專利名稱：用于高速掃描的探針的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于坐標(biāo)定位機(jī)如坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、機(jī)床、手動(dòng)坐標(biāo)測(cè)量臂或檢驗(yàn)機(jī)器人上的掃描探針，以測(cè)定位置或一個(gè)表面的輪廓。
背景技術(shù)：
一種坐標(biāo)定位機(jī)的已知類型包括，例如相對(duì)于一個(gè)可支撐工件的桌子用于在相互垂直方向上運(yùn)動(dòng)的一個(gè)支撐臂，以及用于測(cè)量臂相對(duì)于桌子的參考位置或基面位置的傳感器。掃描探針通常包括一個(gè)相對(duì)固定的結(jié)構(gòu)，如外殼，支撐在支架組件上的觸頭，該觸頭用于相對(duì)于固定結(jié)構(gòu)作三維運(yùn)動(dòng)，以及用于測(cè)量相對(duì)于固定結(jié)構(gòu)上參考位置的觸頭位置的傳感器。
使用中探針的固定結(jié)構(gòu)固定于機(jī)器的臂上，在通常的操作中，觸頭接觸工件上的一點(diǎn)，因此便相對(duì)于固定結(jié)構(gòu)移位。探針以及坐標(biāo)定位機(jī)中各自傳感器輸出的總和確定了觸頭相對(duì)于基面的位置。
一種掃描探針的常規(guī)類型包括能夠使觸頭平移的一個(gè)平行彈簧機(jī)構(gòu)，用于測(cè)量觸頭平移量的一個(gè)偏移測(cè)量系統(tǒng)，以及將探針機(jī)構(gòu)與觸頭的自由空間慣性偏移降低到最小值的阻尼裝置。
美國(guó)專利5390424號(hào)提供了一種類似探針，該探針具有一個(gè)觸頭，它通過(guò)三個(gè)串聯(lián)的平行的彈簧相對(duì)支撐于固定的結(jié)構(gòu)上。相對(duì)于固定結(jié)構(gòu)的觸頭的位移由光學(xué)裝置來(lái)傳感，該光學(xué)裝置包括設(shè)置在與觸頭相連的部件上的三個(gè)光學(xué)標(biāo)尺，以及與光學(xué)標(biāo)尺相鄰的固定結(jié)構(gòu)上的對(duì)應(yīng)讀數(shù)頭。部件相對(duì)于固定結(jié)構(gòu)的位移與觸頭感應(yīng)尖端的位移相對(duì)應(yīng)。
在這種探針中，通常在三個(gè)或更多維度上測(cè)量與觸頭相連的部件的位移。
這是無(wú)源探針的一個(gè)例子，在這個(gè)例子中，垂直探針機(jī)構(gòu)中的彈簧在測(cè)量過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一種與偏移相匹配的力。這種接觸力隨著偏移而變化，但是具有高度的可重復(fù)性。
美國(guó)專利3,876,799號(hào)公開(kāi)了一種帶有由一系列彈簧四邊形支撐的觸頭的探針，并且在其中設(shè)置了馬達(dá)以在觸頭尖端與待測(cè)工件之間產(chǎn)生一種預(yù)定力。
這種探針是一種使用了機(jī)動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)控制觸頭偏移以及調(diào)節(jié)與待測(cè)元件接觸力的活動(dòng)掃描探針。在這種探針中，是馬達(dá)而不是彈簧產(chǎn)生了接觸力。
這種類型的探針通常能夠測(cè)量幾毫米的范圍，因此具有低的對(duì)應(yīng)測(cè)量帶寬。
國(guó)際專利申請(qǐng)WO00/60310描述了一種含有空心觸頭的探針，其中在觸頭組件的內(nèi)部設(shè)置了光學(xué)傳感器系統(tǒng)。光源將光束引向觸頭尖端中的反射鏡，光束經(jīng)反射后射向檢測(cè)器，這樣就可以測(cè)量觸頭尖端的側(cè)向位移了。
希望使用高速掃描快速檢查工件。然而，高速掃描會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的振動(dòng)顯著增加。
另外，觸頭尖端在高速下可能不再沿工件的表面輪廓運(yùn)動(dòng)，相反僅在輪廓的突起處保持與表面接觸，而在溝槽處則不與表面接觸。在高速下，要求探針具有足夠的機(jī)械響應(yīng)度來(lái)沿著工件的表面輪廓運(yùn)動(dòng)。機(jī)械響應(yīng)度是探針機(jī)構(gòu)(例如彈簧)跟蹤表面的能力。
如果掃描探針的機(jī)械響應(yīng)度很低，例如小于20Hz，探針將不能夠?qū)ι鲜稣駝?dòng)與輪廓調(diào)整作出反應(yīng)，并且將在組合坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、掃描探針數(shù)據(jù)與實(shí)際表面輪廓之間產(chǎn)生失配或誤差。
普遍地，探針具有機(jī)械或者電振動(dòng)阻尼以減弱在探針與機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中所產(chǎn)生的任何不希望的瞬時(shí)振動(dòng)或慣性。然而，在快速掃描的過(guò)程中，這種阻尼具有不希望的效果，及掩蓋了一部分由表面引起的觸頭彎曲，從而引起測(cè)量誤差。
為確保獲得與表面相匹配的充足數(shù)據(jù)，需要一種用于測(cè)量觸頭偏移或者力的具有高度機(jī)械響應(yīng)帶寬的傳感器。然而具有高度機(jī)械響應(yīng)帶寬以及很高固有頻率的傳感器，其工作范圍十分有限。例如，頻率響應(yīng)在50Hz以上的傳感器，其工作范圍可能小于500um。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于坐標(biāo)定位儀的探針，包括一個(gè)可附在坐標(biāo)定位儀的一個(gè)臂上的外殼，一個(gè)安裝在觸頭支撐件上的觸頭，所述觸頭與觸頭支撐件可相對(duì)于外殼偏移；一個(gè)第一傳感器系統(tǒng)，用于測(cè)量觸頭支撐件相對(duì)于坐標(biāo)定位儀的臂的位移；一個(gè)第二傳感器系統(tǒng)，用于測(cè)量觸頭的尖端相對(duì)于觸頭支撐件的位移；一個(gè)將第一與第二傳感器系統(tǒng)的輸出結(jié)合的尖端位置計(jì)算器，以提供總的觸頭偏移量的測(cè)量結(jié)果。
第一傳感器系統(tǒng)可以在至少三個(gè)維度上測(cè)量觸頭支撐件相對(duì)于坐標(biāo)定位儀的臂的位移。優(yōu)選地，第一傳感器系統(tǒng)測(cè)量直線位移。第一傳感器系統(tǒng)可以測(cè)量觸頭支撐件相對(duì)于坐標(biāo)定位儀的臂的橫向位移。第一傳感器系統(tǒng)可以具有小于5mm的量程。
優(yōu)選地，第二傳感器系統(tǒng)具有比第一傳感器系統(tǒng)更高的機(jī)械響應(yīng)度。
優(yōu)選地，第二傳感器系統(tǒng)的機(jī)械響應(yīng)度超過(guò)100Hz。
第一傳感器系統(tǒng)控制工作范圍，而第二傳感器系統(tǒng)控制表面響應(yīng)。第二傳感器系統(tǒng)，其具有的機(jī)械響應(yīng)度至少是第一傳感器系統(tǒng)所具有機(jī)械響應(yīng)度的5倍，在相當(dāng)廣范的工作范圍內(nèi)產(chǎn)生最佳的良好表面響應(yīng)效果。
將第一與第二傳感器的數(shù)據(jù)結(jié)合能夠使探針對(duì)一個(gè)表面進(jìn)行高速掃描，而與表面輪廓保持高度的接觸，同時(shí)保持在可接受的工作范圍以內(nèi)。
第二傳感器系統(tǒng)可以在兩個(gè)維度上測(cè)量觸頭的尖端相對(duì)于觸頭支撐件的位移。
第二傳感器系統(tǒng)可以包括例如應(yīng)變計(jì)、電容傳感或光學(xué)傳感。
優(yōu)選地，第二傳感器系統(tǒng)位于觸頭尖端的附近。
探針可以是無(wú)源探針或者有源探針。
根據(jù)第二方面，本發(fā)明提供了一種用于坐標(biāo)定位儀的探針，包括一個(gè)可附在坐標(biāo)定位儀的一個(gè)臂上的外殼，一個(gè)可相對(duì)于外殼偏移的觸頭；一個(gè)第一傳感器系統(tǒng)，用于測(cè)量觸頭相對(duì)于坐標(biāo)定位儀的臂的位移；一個(gè)第二傳感器系統(tǒng)，用于測(cè)量觸頭的尖端相對(duì)于第一傳感器系統(tǒng)的位移；
一個(gè)將第一與第二傳感器系統(tǒng)的輸出結(jié)合，以提供總的觸頭偏移量的測(cè)量結(jié)果的尖端位置計(jì)算器。
根據(jù)第三方面，本發(fā)明提供了一種使用探針測(cè)量物體表面的方法，所述探針包括一個(gè)外殼，一個(gè)安裝在觸頭支撐件上的觸頭，所述觸頭與觸頭支撐件可相對(duì)于外殼偏移；方法包括的步驟有將探針安裝在坐標(biāo)定位儀的一個(gè)臂上；將探針定位，以使觸頭接觸待測(cè)表面，并在觸頭與所述表面保持接觸的同時(shí)沿所述表面移動(dòng)探針；從第一傳感器系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)，第一傳感器系統(tǒng)用于測(cè)量觸頭支撐件相對(duì)于坐標(biāo)定位儀的臂的位移；從第二傳感器系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)，第二傳感器系統(tǒng)用于測(cè)量觸頭的尖端相對(duì)于觸頭支撐件的位移；將來(lái)自第一與第二傳感器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)合，以產(chǎn)生總的探針偏移量的測(cè)量結(jié)果。
來(lái)自第一與第二傳感器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可以通過(guò)在一個(gè)尖端位置計(jì)算器中結(jié)合第一與第二傳感器系統(tǒng)的輸出而結(jié)合在一起。


現(xiàn)在本發(fā)明的實(shí)施例將通過(guò)舉例進(jìn)行描述，并參照附圖進(jìn)行說(shuō)明，其中圖1示出安裝在坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上的一個(gè)模擬式探針；圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例的探針的剖視圖；圖3是圖2所示的觸頭變換模塊的剖視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，用于探針的觸頭變換模塊的側(cè)視圖；圖5是圖4所示觸頭的剖視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例，用于探針的觸頭變換模塊的側(cè)視圖；以及圖7是信號(hào)處理裝置的示意說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式
坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)示于圖1中，包括可以放置工件8的機(jī)械臺(tái)4。具有可變形的觸頭9與工件接觸尖端12的模擬式探針5安裝在機(jī)器4的套筒軸6上。套筒軸6與探針5可以在CMM的X、Y與Z驅(qū)動(dòng)的作用下，沿X、Y與Z方向運(yùn)動(dòng)，CMM的X、Y與Z驅(qū)動(dòng)由電腦控制。CMM的X、Y與Z標(biāo)尺在三個(gè)維度上顯示了安裝有探針的套筒軸位置的瞬時(shí)坐標(biāo)。從探針發(fā)出的指示探針觸頭偏移的信號(hào)與CMM的X、Y與Z標(biāo)尺的讀數(shù)結(jié)合，以計(jì)算觸頭尖端的位置，從而計(jì)算工件的表面。
計(jì)算機(jī)含有令探針掃描工件表面的程序。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2將更加詳細(xì)地描述探針。探針5具有一個(gè)固定的結(jié)構(gòu)16以及觸頭支撐件28，觸頭支撐件28通過(guò)片簧18、20及22的三對(duì)串聯(lián)接相對(duì)于固定結(jié)構(gòu)16懸掛。片簧對(duì)使觸頭支撐件28能夠相對(duì)于固定結(jié)構(gòu)16在X、Z和Y方向上分別平移，這樣就提供了三個(gè)平移的自由度。然而，片簧對(duì)18、20和22以一階近似作用以防止觸頭支撐件28相對(duì)于固定結(jié)構(gòu)16旋轉(zhuǎn)。觸頭支撐件28在其自由端支撐著伸長(zhǎng)觸頭10，伸長(zhǎng)觸頭10具有基本球狀的工件感應(yīng)尖端12。
觸頭10與觸頭變換模塊50相連，觸頭變換模塊50又通過(guò)磁性裝置可拆卸地安裝在探針的觸頭支撐件28上。觸頭變換模塊50的位置由觸頭變換模塊50上的協(xié)同操作運(yùn)動(dòng)元件52、54以及已知形式的觸頭安裝部件28確定。
觸頭支撐件28與一個(gè)部件14相連，部件14通過(guò)三對(duì)片簧18、20和22又與探針外殼16相連。三對(duì)片簧18、20和22為串聯(lián)內(nèi)連接，并設(shè)置為分別沿X、Y和Z方向彎曲。三對(duì)片簧18、20和22分別位于YZ、XZ與經(jīng)XY平面內(nèi)。
每個(gè)彈簧可以看成具有一個(gè)自由端和一個(gè)固定端，固定端為串聯(lián)連接中最靠近外殼16的一端。通過(guò)這種方式，彈簧18分別具有固定在部件14上的自由端和固定端18A、18B，以及中間一個(gè)部件24。彈簧20具有分別固定在中間部件24上的自由端20A和固定端20B，以及一個(gè)第二中間部件26。彈簧22具有分別固定在第二中間部件26上的自由端22A和固定端22B，以及外殼16的一部分16A。
通過(guò)將彈簧分組來(lái)實(shí)現(xiàn)彈簧18、20、22的緊湊的節(jié)省空間的安置，就好像彈簧是處于矩形盒的六個(gè)面上一樣。更具體地說(shuō)是這樣設(shè)置的，彈簧20從它們的自由端20A向彈簧18的自由端18A延伸，并放在后者端部的附近，彈簧18、20置于彈簧22之間的間隔中。
為建立彈簧20、22與第二中間部件26之間的可能的連接，后者具有與彈簧20的固定端相連的部分26A以及與彈簧22的自由端相連的垂直部分26B，彈簧22的固定端通過(guò)部分16A相連。
如圖所示，固定有觸頭的部件14在由彈簧18、20和22所構(gòu)成的盒子的最里面。因此部件26A與相鄰的彈簧22具有用于使觸頭支撐件28延伸到所述盒子外部的孔30、32。
如圖2所示，觸頭支撐件28與穿過(guò)片簧孔徑延伸的一根伸長(zhǎng)桿34相連。桿34的末端支撐著安裝有標(biāo)尺40、42和44的立方體36。標(biāo)尺中的兩個(gè)40、42具有在Z方向上的線性延伸，并分別安裝在XZ與YZ平面內(nèi)，第三個(gè)標(biāo)尺44具有在X方向上的線性延伸，并安裝在XZ平面中的立方體上。立方體36在由固定結(jié)構(gòu)所提供的空腔內(nèi)運(yùn)動(dòng)，并且其運(yùn)動(dòng)嚴(yán)格對(duì)應(yīng)于觸頭支撐件28的運(yùn)動(dòng)以及對(duì)應(yīng)于一個(gè)一階近似，即觸頭12的感應(yīng)端。
讀數(shù)頭安裝在固定結(jié)構(gòu)上，圖中只示出其中的兩個(gè)46、48，與標(biāo)尺40、42、44對(duì)準(zhǔn)，并與標(biāo)尺協(xié)同操作來(lái)測(cè)量空腔內(nèi)的立方體36在X、Y和Z方向上的位移。讀數(shù)頭檢測(cè)在垂直于每個(gè)標(biāo)尺線的空間的方向上標(biāo)尺的任何位移，但是對(duì)于標(biāo)尺在垂直于標(biāo)尺平面或者沿標(biāo)尺線方向上的任何位移均不敏感。
立方體36相對(duì)于固定結(jié)構(gòu)的位移一階近似于工件感應(yīng)尖端12相對(duì)于固定結(jié)構(gòu)16的位移。
這種平行彈簧的常規(guī)系統(tǒng)，結(jié)合了標(biāo)尺與讀數(shù)頭傳感器系統(tǒng)，包括一個(gè)主傳感器系統(tǒng)，它能夠使探針實(shí)現(xiàn)大于1mm的大工作范圍。探針以已知的方式減振，例如通過(guò)在兩個(gè)運(yùn)動(dòng)的部分或在由電控制的一個(gè)螺線管之間施以阻尼液。
除了這個(gè)主傳感器系統(tǒng)以外，在探針頭與觸頭尖端之間還設(shè)置了一個(gè)高頻率的次級(jí)傳感器系統(tǒng)。
圖2顯示了一個(gè)高頻率的次級(jí)傳感器系統(tǒng)，它包括安裝在觸頭變換模塊50的壁上的應(yīng)變計(jì)38。在觸頭變換模塊的壁上設(shè)置有三個(gè)切斷部分40，這樣就保留了三個(gè)薄薄的可變形的橋42。應(yīng)變計(jì)38就安裝在這些可變形的橋42上。
優(yōu)選地，如圖3所示，三個(gè)應(yīng)變計(jì)安裝在觸頭變換模塊上，彼此以120°分開(kāi)。這可以對(duì)觸頭在X、Y和Z上的彎曲進(jìn)行測(cè)量。然而，可以在觸頭變換模塊架上安裝兩個(gè)應(yīng)變計(jì)以測(cè)量在X和Y上的觸頭彎曲。
在對(duì)工件進(jìn)行掃描的過(guò)程中，由于探針施加的測(cè)量力將使觸頭發(fā)生彎曲。應(yīng)變計(jì)測(cè)量這種偏移。
圖4示意說(shuō)明了次級(jí)傳感器系統(tǒng)的第二個(gè)實(shí)施例。在這幅圖中，次級(jí)傳感器位于觸頭10上。如前所述，觸頭彎曲產(chǎn)生了應(yīng)變計(jì)的信號(hào)。次級(jí)傳感器優(yōu)選地盡可能地靠近觸頭尖端放置。
如圖4和圖5所示，應(yīng)變計(jì)安裝在可變形的薄壁管44上，薄壁管44是觸頭的一部分。應(yīng)變計(jì)呈120°間隔，以能夠測(cè)量觸頭在X、Y和Z上的彎曲。然而，如果觸頭在Z平面上呈剛性，那么在觸頭上設(shè)置兩個(gè)應(yīng)變計(jì)僅測(cè)量X和Y上的彎曲就足夠了。
在圖6所示的第三個(gè)實(shí)施例中，次級(jí)傳感器系統(tǒng)可以是第一和第二實(shí)施例的組合，其中次級(jí)傳感器既設(shè)置了觸頭變換模塊又設(shè)置了觸頭。在這種情況下，來(lái)自這兩套傳感器的讀數(shù)就結(jié)合在了一起。
次級(jí)傳感器系統(tǒng)可以或者包括諸如電容或光學(xué)傳感器等傳感器。
總的探針偏移量現(xiàn)在就是兩套傳感器(即主系統(tǒng)和次級(jí)系統(tǒng))的結(jié)合讀數(shù)。次級(jí)傳感器系統(tǒng)(例如應(yīng)變計(jì)38)測(cè)量觸頭尖端12相對(duì)于觸頭支撐件28的位移。主傳感器系(例如光學(xué)標(biāo)尺與讀數(shù)頭)測(cè)量觸頭支撐件28相對(duì)于CMM的轉(zhuǎn)軸6的位移。因此，主傳感器與次級(jí)傳感器測(cè)量結(jié)果的結(jié)合就提供了對(duì)于觸頭尖端12相對(duì)于CMM轉(zhuǎn)軸6位移的測(cè)量。
如圖7所說(shuō)明的那樣，第一60與第二62傳感器系統(tǒng)的輸出在尖端位置計(jì)算器66中結(jié)合，以確定觸頭尖端的位置。第一與第二傳感器系統(tǒng)60、62的輸出可以絕緣結(jié)合，以確定觸頭尖端相對(duì)于探針外殼的位置。或者，第一與第二傳感器系統(tǒng)60、62的輸出可以與機(jī)器位置64一同結(jié)合，以確定觸頭尖端相對(duì)于機(jī)器基座的位置。
尖端位置計(jì)算器66可以包括信號(hào)處理器，信號(hào)處理器能夠?qū)⒚總€(gè)傳感器系統(tǒng)中每個(gè)傳感器的輸出結(jié)合。(即從第二傳感器系統(tǒng)中的三個(gè)應(yīng)變計(jì)的輸出)。
這種結(jié)合具有主傳感器系統(tǒng)工作范圍大與次級(jí)傳感器系統(tǒng)頻率高的優(yōu)點(diǎn)。盡管上述探針頭包括平行彈簧的常規(guī)系統(tǒng)，該常規(guī)系統(tǒng)與標(biāo)尺和讀數(shù)頭傳感器結(jié)合，但是還可以使用其他系統(tǒng)。例如主系統(tǒng)的傳感器可以包括一個(gè)線性可變差動(dòng)傳感器(LVDT)。這樣使用了雙重主次級(jí)傳感器系統(tǒng)既適合于無(wú)源探針又適合于有源探針。
本發(fā)明的探針并不局限于具有三個(gè)自由度平移的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，諸如上面描述的平行彈簧機(jī)構(gòu)。一種運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)關(guān)于樞軸的平移運(yùn)動(dòng)，如美國(guó)專利6,430,833中所描述的，其中觸頭支架通過(guò)一對(duì)隔板懸掛于探針外殼。至少一個(gè)隔板加工有螺線形切斷，當(dāng)將橫向力作用于觸頭尖端、觸頭支架轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可以使觸頭相對(duì)外殼的軸橫向運(yùn)動(dòng)。盡管存在翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，但是傳感器的輸出被用于確定觸頭尖端的線性位移。
本發(fā)明并不局限于一種具有觸頭變換模塊的模塊探針，該模塊探針可安裝于探針的觸頭安裝部件上。相反探針也可以具有整體觸頭。在這種情況下，次級(jí)傳感器系統(tǒng)將測(cè)量觸頭的尖端相對(duì)于第一傳感器系統(tǒng)的位移。
本發(fā)明的探針通過(guò)兩個(gè)階段實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)。在第一階段中，通過(guò)使用已知的方法，用一種配合于探針?lè)莻鞲行缘挠|頭，對(duì)主傳感器系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)。觸頭優(yōu)選地為短小并呈剛性，以便在校準(zhǔn)過(guò)程中減小觸頭的彎曲。
在第二階段中，非轉(zhuǎn)換的觸頭被包含有次級(jí)傳感器系統(tǒng)的觸頭所取代，并重復(fù)校準(zhǔn)過(guò)程。次級(jí)傳感器的校準(zhǔn)可以這樣進(jìn)行，使用校準(zhǔn)過(guò)的主傳感器的數(shù)據(jù)與CMM的定位數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種用于坐標(biāo)定位儀的探針，包括能夠連接于坐標(biāo)定位儀的一個(gè)臂上的外殼，和安裝在觸頭支撐件上的觸頭，所述觸頭具有一尖端，并且所述觸頭與觸頭支撐件能夠相對(duì)于外殼偏移；測(cè)量觸頭支撐件相對(duì)于坐標(biāo)定位儀的臂的位移的第一傳感器系統(tǒng)；測(cè)量觸頭的尖端相對(duì)于觸頭支撐件的位移的第二傳感器系統(tǒng)；尖端位置計(jì)算器，該尖端位置計(jì)算器結(jié)合第一和第二傳感器系統(tǒng)的輸出，以提供對(duì)總的觸頭偏移量的測(cè)量結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的探針，其中，第一傳感器系統(tǒng)至少在三個(gè)維度上對(duì)觸頭支撐件相對(duì)于坐標(biāo)定位儀的臂的位移進(jìn)行測(cè)量。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的探針，其中，第一傳感器系統(tǒng)對(duì)觸頭支撐件相對(duì)于坐標(biāo)定位儀的臂的橫向位移進(jìn)行測(cè)量。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的探針，其中，第一傳感器系統(tǒng)具有小于5mm的量程。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的探針，其中，第二傳感器系統(tǒng)在兩個(gè)維度上對(duì)觸頭的尖端相對(duì)于觸頭支撐件的位移進(jìn)行測(cè)量。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的探針，其中，第二傳感器系統(tǒng)具有高于第一傳感器系統(tǒng)的機(jī)械響應(yīng)度。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的探針，其中，第二傳感器系統(tǒng)的機(jī)械響應(yīng)度比第一傳感器系統(tǒng)的機(jī)械響應(yīng)度至少高5倍。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的探針，其中，第二傳感器系統(tǒng)包括至少一個(gè)應(yīng)變計(jì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的探針，其中，該至少一個(gè)應(yīng)變計(jì)包括圍繞觸頭的縱軸間隔120°設(shè)置的三個(gè)應(yīng)變計(jì)。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的探針，其中，第二傳感器系統(tǒng)安裝在觸頭支撐件上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的探針，其中，觸頭支撐件設(shè)置有可變形的橋，第二傳感器系統(tǒng)安裝于該橋上。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)的探針，其中，第二傳感器系統(tǒng)安裝在觸頭上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的探針，其中，第二傳感器系統(tǒng)位于觸頭尖端的附近。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13的探針，其中，觸頭設(shè)置有可變形管，第二傳感器系統(tǒng)安裝在該可變形管上。
15.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的探針，其中，第二傳感器系統(tǒng)包括安裝在觸頭支撐件上的至少一個(gè)傳感器，以及安裝在觸頭上的至少一個(gè)傳感器，其中，來(lái)自上述至少兩個(gè)傳感器的讀數(shù)被結(jié)合，以從該第二傳感器系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)。
16.根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的探針，其中，第二傳感器系統(tǒng)是光學(xué)、電容或電感傳感器中的一種。
17.一種用于坐標(biāo)定位儀的探針，包括能夠連接于坐標(biāo)定位儀的一個(gè)臂上的外殼和具有觸頭尖端的觸頭，所述觸頭能夠相對(duì)于外殼偏移；測(cè)量觸頭相對(duì)于坐標(biāo)定位儀的臂的位移的第一傳感器系統(tǒng)；測(cè)量觸頭的尖端相對(duì)于第一傳感器系統(tǒng)的位移的第二傳感器系統(tǒng)；尖端位置計(jì)算器，該尖端位置計(jì)算器結(jié)合第一和第二傳感器系統(tǒng)的輸出，以提供對(duì)總的觸頭偏移量的測(cè)量結(jié)果。
18.一種用探針測(cè)量物體表面的方法，所述探針包括外殼以及安裝在觸頭支撐件上的觸頭，所述觸頭具有一觸頭尖端，所述觸頭與所述觸頭支撐件可相對(duì)于外殼偏移，該方法包括以下步驟將探針安裝在坐標(biāo)定位儀的一個(gè)臂上；將探針定位，以使觸頭接觸待測(cè)表面，并在觸頭通過(guò)與所述表面保持接觸的同時(shí)沿所述表面移動(dòng)探針；從第一傳感器系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)，第一傳感器系統(tǒng)測(cè)量觸頭支撐件相對(duì)于坐標(biāo)定位儀的臂的位移；從第二傳感器系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)，第二傳感器系統(tǒng)測(cè)量觸頭的尖端相對(duì)于觸頭支撐件的位移；結(jié)合來(lái)自第一與第二傳感器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)以產(chǎn)生總的探針偏移量的測(cè)量結(jié)果。
全文摘要
一種測(cè)量探針(5)，包括用于安裝在坐標(biāo)定位儀(2)的一個(gè)臂(6)上的外殼(16)，以及安裝于觸頭支撐件(28)上的一個(gè)觸頭(10)。觸頭(10)與觸頭支撐件(28)可相對(duì)于外殼(16)偏移。第一傳感器系統(tǒng)(40－48)對(duì)觸頭支撐件(28)相對(duì)于坐標(biāo)定位儀(2)的臂(6)的位移進(jìn)行測(cè)量。第二傳感器系統(tǒng)(38)對(duì)觸頭尖端(12)相對(duì)于觸頭支撐件(28)的位移進(jìn)行測(cè)量。總的觸頭的偏移量將通過(guò)結(jié)合第一與第二傳感器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)G01B7/008GK1720427SQ200380105229
公開(kāi)日2006年1月11日 申請(qǐng)日期2003年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月5日
發(fā)明者大衛(wèi)·羅伯茨·麥克默特里, 杰弗瑞·姆法蘭 申請(qǐng)人:瑞尼斯豪公司