CN109313004A - 坐标测量探针主体 - Google Patents

Abstract

一种坐标测量探针主体，包括刚性探针主体结构，该刚性探针主体结构包括上部安装部分、顺应元件安装框架和它们之间的轴向延伸部分。触针悬挂部分包括将移动元件悬挂在顺应元件安装框架上的顺应元件。感测移动元件的位移的位移感测装置包括输出相应位移信号的位移传感器。接收位移信号的电路板组件具有三个部件安装部分，它们与柔性电路部件互连，并位于轴向延伸部分周围。在各种实施例中，所有顺应元件都位于电路板组件的远侧。

Description

坐标测量探针主体

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年4月21日提交的临时申请No.62/325,763的权益，其全部公开内容通过引用并入本文。

背景技术

某些坐标测量系统，例如一维或三维测量系统，诸如坐标测量机(CMM)，使用构造成检测接触探针的触针何时接触工件的接触探针获得工件的测量值。在Fuchs等人的美国专利No.5,526,576中描述的示例性现有技术CMM(其通过引用以其整体并入本文)，包括：用于接触工件的接触探针；移动机构，其包括用于移动接触探针的多个驱动器；以及相关联的电子系统，其包括与处理在接触探针主体或头部中或来自接触探针主体或头部的信号有关的特征。

接触探针使用各种类型的敏感位移传感器来感测接触探针触针的偏转，以指示其已接触工件。在接触探针中，期望从最小可行的接触力感测到接触探针触针的最小偏转。

在McMurtry的美国专利No.5,755,038中公开了示例性的接触探针，该专利的全部内容通过引用并入本文。McMurtry公开了一种接触探针，其具有可释放地接合远侧触针模块的感测模块或接触探针主体。如最好地理解的，McMurtry公开了一种探针主体，其具有在三个支柱之间轴向延伸的中心弹性支撑的移动负载构件，所述支柱包括围绕弹性支撑的移动负载构件的刚性支撑结构。包括专用集成电路(“ASIC”)信号处理器的印刷电路板在刚性支撑结构上安装在弹性支撑的负载构件周围。弹性支撑的移动负载构件沿着感测模块的中心轴线基本上沿着传感模块的整个长度延伸，并且在刚性支撑结构的上端附近连接到弹性膜片。三个顺应柱将移动负载构件连接到刚性支撑结构的下端。每个柱包括连接到ASIC信号处理器的应变仪，以响应于负载构件相对于刚性支撑结构的运动而产生触发信号。需要一种用于可以更经济地制造、组装和修理的高精度接触探针主体的构造。

发明内容

提供本概述以用简化的形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的概念选集。本概述并非旨在确定所要求保护的主题的关键特征，也并非旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

现有技术的接触探针主体构造，包括上述探针主体构造，已经被确定为具有各种不希望的方面，包括：难以组装，在完全组装之前不充分或难以测试子系统，难以进行组装后测试和/或编程，和组装后维修困难。例如，悬挂支撑触针的移动元件的顺应元件易碎且容易损坏。可安装在其上的应变仪也是易碎的，并且应变仪组件是低产量操作。现有技术的探针主体构造，诸如上述探针主体构造，在完成或几乎完全组装之前不便于经济的子组装和子组装验证。因此，产量可能低，组装完成复杂且昂贵，并且维修昂贵或不切实际。妨碍针对这些问题的改进解决方案的一个因素是已经证明难以提供以类似的紧凑构造(大约12-15毫米直径，或大约人类“小指”手指的大小)实现类似的高精度测量(例如，微米或亚微米级可重复性)的替代构造。当希望增加在探针主体自身中执行的电子部件和信号处理时，进一步增加了针对这些问题产生改进的解决方案的难度。

目前在接触探针主体中所要求的性能水平和小型化迫使在这些装置中组合的所有元件之间的权衡：降低结构刚度允许由于振动而导致的偏转，这降低了精度；增加刚度则增加了材料，这减少了用于电子部件和所需移动元件的空间，等等。所有上述内容使得增加便于子组装和/或子组装测试和/或维修的特征变得复杂。

与现有技术相比，本文公开了一种用于接触探针主体的构造，其包括解决上述问题的独特特征组合。在一个实施例中，探针主体可以沿着探针主体轴线的方向具有相对较大的长度尺寸，并且沿着横向于探针主体轴线的方向具有相对较短的截面尺寸。探针主体可包括：刚性探针主体结构，包括上部安装部分，沿探针主体轴线方向延伸的轴向延伸部分，以及顺应元件安装框架；触针悬挂部分，包括联接到触针的移动元件，以及被布置成将移动元件从顺应元件安装框架悬挂的顺应元件构造；位移感测构造，其布置成感测移动元件相对于顺应元件安装框架和刚性探针主体结构中的至少一个的位移，其中位移感测构造包括输出相应的位移信号的至少一个位移传感器；和电路板组件，其包括至少第一、第二和第三部件安装部分，它们是沿探针主体轴线方向延伸的近似平面部分。在各种实施例中，布置成将移动元件从顺应元件安装框架悬挂的顺应元件附接到顺应元件安装框架的附接部分，该附接部分相对于电路板组件的远端远侧地定位，并且电路板组件的所述至少第一、第二和第三部件安装部分布置在刚性探针主体结构的轴向延伸部分周围、并且布置在上部安装部分和顺应元件安装框架的附接部分之间。

在一些实施例中，所述至少第一、第二和第三部件安装部分与至少一个柔性连接器部件电互连，使得第一、第二和第三部件安装部分和至少一个柔性连接器部件形成可折叠电路板组装。在一些实施例中，可折叠电路板组件包括现场可编程门阵列，并且所述至少一个柔性连接器部件的暴露端部包括连接元件，所述连接元件被构造为提供对现场可编程门阵列的可编程访问。

在一些实施例中，将移动元件从顺应元件安装框架悬挂的所有顺应元件以及顺应元件安装框架的附接部分相对于电路板组件的远端远侧地定位。在一些实施例中，顺应元件安装框架刚性且可释放地联接到刚性探针主体结构的其余部分(例如，通过孔中的柱子)，使得移动元件、将移动元件从顺应元件安装框架悬挂的所有顺应元件、位移感测构造和顺应元件安装框架形成悬挂模块，该悬挂模块可与刚性探针主体组件的其余部分分离。在一些实施例中，柔性电路连接器可操作地连接到至少一个位移传感器，并且从位移感测构造延伸，以在配合连接器处可释放地接合电路板组件构造。

在一些实施例中，顺应元件构造包括：形成在第一平面元件中的第一挠曲构造，其将第一平面元件的中心区域连接到周边区域；以及形成在第二平面元件中的第二挠曲构造，其将第二平面元件的中心区域连接到周边区域，其中第一和第二平面元件的中心区域联接到移动元件，第一和第二平面元件的周边区域联接到顺应元件安装框架的附接部分。

在一些实施例中，电路板组件的所述至少第一、第二和第三部件安装部分由三个部件安装板组成，并且轴向延伸部分限定三个面，其中三个部件安装板中的每一个的尺寸设计成覆盖三个面中的相应一个面。刚性探针主体结构的轴向延伸部分可以是沿其中心轴线定位的整体元件。第一、第二和第三部件安装部分可以柔性地连接和折叠，以形成具有近似三角形截面的结构。

附图说明

结合附图参考以下详细描述，本发明的前述方面和许多附带优点随着变得被更好地理解而将变得容易理解，在附图中：

图1示出了适用于本发明实施例的现有技术坐标测量机；

图2是根据本发明的坐标测量探针主体的一个实施例的透视图，其中壳体用虚线表示；

图3是图2中所示的坐标测量探针主体的局部分解图；

图4是图2中所示的坐标测量探针主体的剖视图，并以虚线示出了示意性示出的触针模块；

图5是图2、3和4中所示的移动元件组件的分解图，包括作为刚性探针结构的一部分的顺应元件安装框架、以及组装在其中的相关元件；

图6是图2、3和4中所示的坐标测量探针主体的电路板组件构造的透视图；和

图7示出了可以包括在图6中所示的电路板组件构造中的电子系统的一个实施例的各种元件的框图。

具体实施方式

将描述说明性实施例以帮助更好地理解本发明的各个方面。这里描述的方法和设备旨在作为示例性实施例，并且不旨在限制性地解释。除非上下文或描述另有指示，否则具有相似后缀(例如，1XX和3XX)的附图标记可以标识各图中的类似元件。

坐标测量机(CMM)在本领域中是已知的，例如，在Usui的美国专利申请公开No.2011/0192044中，其通过引用以其整体并入本文。在图1中示意性地示出了已知CMM的典型布置，示出了包括CMM 100'的测量系统100，其使用接触探针200'。接触探针200'可以包括具有诸如本文公开的构造的新型探针主体200。测量系统100包括操作单元10、控制CMM100'的移动的运动控制器15、主计算机20和CMM 100'。操作单元10联接到运动控制器15，并且可包括一个或多个操纵杆11，用于手动操作CMM 100'。主计算机20联接到运动控制器15并操作CMM 100'，并根据已知方法处理用于工件W的测量数据。主计算机20包括用于输入例如测量条件的输入器件25(例如，键盘等)，以及用于输出例如测量结果的输出器件30(例如，显示器、打印机等)。

CMM 100'包括位于表面板110上的驱动机构120，以及用于将触摸探针200'附接到驱动机构120的附接部分124。驱动机构120用于三维地移动接触探针200'，相应地，其包括x轴滑动机构122、y轴滑动机构121和z轴滑动机构123。附接到接触探针200'的触针164包括接触部分165。如下面将更详细描述的，触针模块160将触针164附接到接触探针主体200的触针悬挂部分，这允许触针164在其接触部分165接触工件W的表面时偏转，以根据需要产生触发触摸信号。市场上可买到的CMM的特征和操作在本领域中通常是已知的，因此在此不作更详细的描述。

关于接触探针200'，它提供了3D触觉探测系统，其具有诸如一般机械刚度和对触针164的偏转的信号灵敏度的特征，使得可以可靠地信任特征以适当地反映通过探测系统测量到的实际坐标。这种3D触觉探测系统可以允许三维的高精度触觉测量，具有亚微米级的可重复性，并且使用低探测力。为了经济的高产量，可能通常希望以高速执行CMM 100'的所有操作(例如，运动和感测)。在Briegel等人的美国专利申请公开No.2015/0323300中公开了高速接触检测器的示例性实施例，该专利的全部内容通过引用并入本文。

应当理解，高速操作，例如，每小时数千次触摸检测表面，可能需要在坐标测量探针主体200和主计算机系统20之间双向传输大量数据。在某些情况下，数据传输要求可能会限制可以进行此类测量的速率。如果由接触探针200'产生的至少一些数据在探针主体200处被处理以减少必须传输到计算机系统20的数据量将是有益的。然而，在高速操作期间，坐标测量探针主体200非常快速地加速。这些高加速度和增加的信号处理电子器件的量以及与移除探针主体200中的材料以容纳增加的电子器件相关联的结构刚度降低相结合，先前已经限制了将更全面的信号处理系统集成到CMM“集成”探针主体200中的能力，同时保留了其他所需的特性(例如，足够的机械刚度，经济的组装和先前概述的其他期望的特性)。下面描述包括克服这些问题并提供特定优点的特征的组合的实施例。

图2、3和4示出了集成坐标测量探针主体200的实施例。图2是集成坐标测量探针主体200的实施例的透视图，其中壳体301以虚线示出以显示电路板组件构造400和设置在壳体301中的移动元件组件300。图3是图2中所示的坐标测量探针主体200的局部分解图，图4是图2中所示的坐标测量探针主体200的截面图，还示出了以虚线示意性示出的触针模块360。

该实施例中的探针主体200包括：壳体301；连接组件302，其构造成用于将集成坐标测量探头主体200连接到诸如CMM的测量系统(未示出，参见例如图1中所示的CMM)；刚性探针主体结构310；电路板组件构造400；和移动元件组件300，其包括顺应元件安装框架320，触针悬挂部分340和安装在顺应元件安装框架320中的位移感测构造350，其全部在下面更详细地描述。

刚性探针主体结构310包括主构件310'和轴向延伸部分330，主构件310'包括上部安装部分302'，轴向延伸部分330具有沿轴向方向延伸的孔331。顺应元件安装框架320连结到刚性探针主体结构310并且形成刚性探针主体结构310的附加部分。顺应元件安装框架320包括中心部分320A、上部部分320B和下部部分320C，在该实施例中，它们通过螺钉329夹紧在一起。上部部分320B包括柱部分326，柱部分326通过已知器件夹紧、螺纹连接或以其他方式可拆卸地固定在孔331中，用于刚性附接到轴向延伸部分330。如前所述，各种顺应和/或移动元件和相关的传感元件组装在顺应元件安装框架320内，以形成移动元件组件300，如下面参照图4和图5更详细地描述的。移动元件组件300作为一个单元易于组装和测试，并且易于在探针主体200中更换。

在该实施例中，轴向延伸部分330包括具有三角形截面的轴向构件332，其尺寸设计成接收电路板组件构造400，其中部件安装部分402A、402B、402C(图6)大体上对齐以覆盖在轴向延伸部分330的面上。尽管在该实施例中示出了三个部件安装部分402A、402B、402C，但是电路板组件构造可替代地包括更多或更少的部件安装部分。例如，在一个实施例中，包括第四部件安装部分，并且轴向构件可以具有矩形或正方形截面。在一些实施例中，当组装探针主体200时，电路板组件构造400牢固地设置并支撑在壳体301内，在顺应元件安装框架320的上部部分320B与上安装部分302'之间。如参照图5详细描述的，移动元件组件300包括顺应元件341，顺应元件341附接(例如，夹紧)到顺应元件安装框架320的靠近其周边区域的附接部分(例如，恰好在图示的移动元件组件300的主体的圆周内)。在各种实施例中，电路板组件构造400仅接合刚性探针主体结构310的刚性部分。所有移动组件，第一和第二柔性元件341A、341B及其对应的附接部分从电路板组件构造400远侧地设置。因此，所示实施例教导了元件的特别有利的组合，其中探针主体200的结构元件既经济又具有高刚性，并且顺应元件341A、341B和电路板组件构造400布置在探针主体200中的易于组装且可接取的位置。

所示实施例仅是示例性的。例如，在各种替代实施例中，轴向构件332可以形成为与上部安装部分302'分开的元件，例如，与上部部分320B一体形成，因此不需要柱部分326，并且上部安装部分302'可以螺纹连接或以其他方式固定到轴向构件332的近端。在所示实施例中，如图3和4中最佳所示，连接组件302包括互锁套环304和示意性示出的电连接器部分303，用于将探针主体200及其电路刚性地连接到CMM 100'。连接组件302在环形壳体盖部分305处连接到壳体301。在各种实施例中，上部安装部分302'可以通过已知方法附接到壳体盖部分305，或者它们可以合并和/或不可区分。

图5是图2、3和4中所示的移动元件组件300的一个实施例的分解图，在该实施例中，该移动元件组件包括顺应元件安装框架部分320A、320B、320C，触针悬挂部分340和位移感测构造350。探针主体200在图4中以截面视图示出。

顺应元件安装框架320是刚性框架，其形成整个刚性探头主体结构310的一部分。在所示实施例中，顺应元件安装框架320包括中心部分320A、上部部分320B和下部部分320C，在该实施例中，它们通过螺钉329夹在一起。由此，第一顺应元件341A夹在中心部分320A和上部部分320B之间被加紧，中心部分320A和上部部分320B具有表面起伏(surfacereliefs)REL，表面起伏REL构造成使得夹紧发生在中心部分320A和上部部分320B的外周界(outer perimeters)，其对应于第一顺应元件341A的周边区域341PR。类似地，第二顺应元件341B在中心部分320A和下部部分320C之间被夹紧，其也具有表面起伏REL，表面起伏REL构造成使得夹紧发生在中心部分320A和下部部分320C的外周界，其对应于第二顺应元件341B的周边区域341PR。表面起伏REL构造成使得第一和第二顺应元件341A、341B的中心区域341CR以及它们的挠曲部分346A、346B沿探针主体200的轴向方向自由偏转。中心部分320A的下表面上的表面起伏REL还为位移感测构造350和相关联的连接元件提供间隙。

触针悬挂部分340包括顺应元件341A、341B的构造，顺应元件341A、341B包括挠曲部分346A、346B，挠曲部分346A、346B布置成将移动组件343从顺应元件安装框架320悬挂。移动组件343包括销343P，第一、第二和第三夹紧环343A、343B和343C，以及联接到可互换的触针模块的触针捕获元件343D。销343P延伸穿过基本平坦且平行的顺应元件341A和341B的可偏转中心区域341CR的中心孔口342A、342B。第一和第二夹紧环343A和343B被压或以其他方式紧固或结合到销343P上并且被夹紧或结合到顺应元件341A的可偏转中心区域341CR。类似地，第二和第三夹紧环343B和343C被压或以其他方式紧固到销343P上并且被夹紧或结合到顺应元件341B的可偏转中心区域341CR。触针捕获元件343D被压或以其他方式紧固到销343P的远端上。触针捕获元件343D被构造为使用已知技术接合可互换触针模块360(图4中以虚线示出)。例如，如图4中最佳所示，触针捕获元件343D包括与可互换触针模块360上的磁体366和配合运动安装装置368配合的磁体343M和运动安装特征，使得通过克服磁力易于其拆卸和更换。然而，由于磁体和稳定的配合运动安装装置，在操作期间，移动组件343(以及相关的位移感测构造350，如下所述)以可重复且稳定的方式固定到可互换触针模块360，并且当触针364的接触部分365接触待测表面时，移动组件343将对位移做出反应以产生接触信号。

在图4和图5中所示的位移感测构造350和相关联的顺应元件341B的该示例性实施方式中，每个挠曲部分346B具有与其结合的对应的应变仪型位移传感器352以响应于触针364的运动检测其应变和/或位移，以产生对应的位移信号。应当理解，位移传感器352通过包括在柔性导体连接器354(图5中最佳地示出)中的各个导电迹线(未示出)与电路板组件构造400进行信号通信。例如，柔性导体连接器354的环形传感器连接器部分353可以结合到顺应元件341B的非移动部分，并且可以提供相对于顺应元件341B的可偏转中心区域341CR的间隙。传感器连接器部分353上的各个导电迹线(未示出)与位移传感器352之间的引线接合可以是顺应的，以便不抑制顺应元件341B的偏转。尽管示出了四个位移传感器352，但是可以使用更多或更少的位移传感器352，并且可以在特定应用中具有优势。

图6是如图2、3和4所示的包括多个平面部件安装部分的电路板组件构造400的一个实施例的透视图。在该实施例中，电路板组件400包括例如第一部件安装部分402A、第二部件安装部分402B和第三部件安装部分402C。为了便于制造和组装，部件安装部分402A、402B和402C可以基本上是平面的。尽管示出了三个部件安装部分，但是应当理解，在各种实施例中可以包括更多或更少的部件安装部分。

部件安装部分402A、402B和402C与柔性电路构件403物理地和电气地连接。因此，电路板组件400可以是可折叠的。部件安装部分402A、402B和402C可以在柔性电路构件403的一侧或两侧上具有安装表面(所示为两侧)。例如，在一些实施例中，部件安装部分402A、402B和402C包括层叠的多层电路板，其具有用于安装部件的外部刚性层和共用的柔性中心层。图6示出了展开的电路板组件构造400，以示出构造400的特定特征。在特定实施例中，部件安装部分中的一个部件安装部分402C包括连接器405，连接器405被构造为与柔性导体连接器354(图4)连接，以接收来自位移感测构造350的位移传感器352的信号。

在一些实施例中，构造400的特征允许有利于将敏感模拟信号与潜在破坏性数字信号分离的部件布置和布线。本领域技术人员将理解，将电路板组件构造400分成主要模拟和主要数字域可以最小化串扰和干扰。例如，如果需要，第三部件安装部分402C可以主要构造成接收来自位移感测构造350的模拟信号，和/或产生和/或放大和/或过滤这些和其他模拟信号。第二部件安装部分402B可以包括电力输入和调节部件，并且还可以通过柔性电路构件403从第三部件安装部分402C接收经处理的信号，并且可以进一步处理信号(例如，以提供数字信号的特定的期望的集合)。然后，数字信号可以通过柔性电路构件403从第二部件安装部分402B传输到第一部件安装部分402A，以进行额外的处理和分析。然而，各种安装部分上的该部件布局仅是示例性的，而不是限制性的。

在该实施例中，柔性电路构件403的一端包括弯曲接头(flex tab)或连接器404，其包括多个接触或连接元件(未示出)，以允许电路板组件构造400连接到测试和/或重新编程系统(未示出)。例如，这极大地简化了在安装之前测试电路板组件构造400，并且另外允许访问更全面的一组测试或连接点，而不会显着损害探针主体200中的成本或体积。此外，从前面的描述可以理解，坐标测量探针主体200可以替换或维修某些部分或模块，并且在该实施例中可以容易地拆卸以提供对电路板组件构造400的访问。该方面允许根据需要或机会容易地测试和升级坐标测量探针主体200。探针主体200可以通过更换电路板组件构造400来更新，或者在一些实施例中，通过经由弯曲接头或连接器404连接到电子设备(其可以包括例如现场可编程门阵列)来对电路板组件构造400重新编程。

图7示出了接触探针电路800的一个实施方式的各个元件的框图，其可以包括在图6中所示的电路板组件构造400中。发明人已经发现，紧凑型探针主体200的构造允许对应的部件组装在电路板组件构造400中(例如，以12-15毫米的紧凑直径)，以在探针中提供前所未有的信号处理操作范围，例如，对应于以下描述，使用经济的非定制部件。下面相对简要地描述接触探针电路800。其他细节可以在共同受让的美国专利申请No.62/271,082中找到，其通过引用以其整体并入本文。

在图7所示的实施方式中，接触探针电路800包括具有多个位移传感器852-1至852-4的传感器组件852，包括多个单独的偏移补偿控制器部分830-1至830-4的偏移补偿控制器830，以及多个差分放大器DA1至DA4。应当理解，具有类似“X”或“-X”标记的各个元件(例如，X＝1等)如图中所示的连接所意指的那样一起工作，以形成单独的接触探针电路“通道”，每个通道可以以类似于针对“通道X＝1”所描述的方式操作。

在操作中，位移传感器852-1被配置为输出响应于触针(例如，触针364)的位移的传感器信号S1。偏移补偿控制器部分830-1被配置为输出变化的偏移补偿信号OC1(例如，通过D/A转换器835，在一些实施例中，D/A转换器835被认为是偏移补偿控制器830和/或偏移补偿控制分830-1的一部分)。来自偏移补偿控制器部分830-1的变化的偏移补偿信号OC1用于补偿由位移传感器852-1输出的静止状态信号分量的变化，如下面更详细地描述的。差分放大器DA1被连接以输入位移传感器信号S1和来自偏移补偿控制器部分830-1的偏移补偿信号OC1，并放大输入信号之间的差。放大的差从差分放大器DA1输出，作为偏移补偿位移信号OCDS1(例如，通过A/D转换器845)。

偏移补偿位移信号OCDS1可以通过A/D转换器845输出到触发信号确定处理电路950，以有助于确定用于接触探针的接触触发信号(例如，信号975T)，如在下面更详细地描述的。偏移补偿位移信号OCDS1也通过A/D转换器845输出，以输入到偏移补偿控制器部分830-1，用于调整其输出的偏移补偿信号。具体地，偏移补偿控制器部分830-1被配置为提供反馈回路，该反馈回路输入偏移补偿位移信号OCDS1并响应该输入以产生低通滤波偏移补偿信号OC1(例如，通过D/A转换器835)，该低通滤波偏移补偿信号OC1输入到差分放大器DA1以补偿由于静止状态信号分量引起的位移传感器信号S1中的偏移。与各种已知的现有技术中的用于补偿位移传感器信号中更缓慢变化的(一个或多个)静止状态信号漂移分量以便隔离位移传感器信号中更快速变化的(一个或多个)工件接触信号分量的方法相比，使用这种类型的反馈回路以在差分放大器DA1处生成并应用低通滤波偏移补偿信号OC1具有优势。

接触探针电路800通常可以以模拟或数字电路或其组合来实施。在各种部分或完全模拟电路实施例中，可以省略D/A转换器835和/或A/D转换器845。然而，在各种实施方式中，偏移补偿控制器830和/或偏移补偿控制器部分830-1的数字电路实施可具有优点。在这样的实施方式中，接触探针电路800则可以有利地包括A/D转换器845和/或D/A转换器835。在各种实施方式中，A/D转换器845和/或D/A转换器835可以通过并行转换器通道并行地转换多个通道，或者在其他实施方式中，如果相关联的处理时间在特定实施方式中是允许的，它们可以复用各个通道以用于顺序转换。

在各种实施方式中，A/D转换器845可以额定地以M位分辨率操作。差分放大器DA1可以包括模拟放大器，模拟放大器被构造为将偏移补偿位移信号OCDS1输出到A/D转换器845，A/D转换器845被构造为将偏移补偿位移信号OCDS1转换成对应的数字偏移补偿位移信号OCDS1，其被输出到触发信号确定处理电路950，并且还被输入到偏移补偿控制器部分830-1，用于调整偏移补偿信号OC1。在各种实施方式中，偏移补偿控制器部分830-1包括额定地以N位分辨率操作的D/A转换器835，偏移补偿控制器部分830-1包括被配置为输入数字偏移补偿位移信号OCDS1并确定输入到D/A转换器835的低通滤波数字偏移补偿信号OC1的值的数字电路，并且D/A转换器835被配置为将低通滤波数字偏移补偿信号OC1转换成输入到模拟差分放大器DA1的对应的低通滤波模拟偏移补偿信号OC1。在各种实施方式中，如果N比M大至少8位可能是有利的。这可能是有利的，因为如前所述，对于各种类型的位移传感器和/或它们在接触探针中的实施，由位移传感器输出的静止状态信号分量的变化(例如，各种传感器信号“漂移”)通常可以超过由于允许的触针偏转量而引起的位移传感器信号的变化。这意味着低通滤波模拟偏移补偿信号OC1可以是很大的值。相反，由差分放大器DA1提供的处理从其输出中去除了低通滤波模拟偏移补偿信号OC1的很大的值，仅输出相对较小值的信号偏移补偿(模拟)位移信号OCDS1(由于允许的触针偏转量而引起的位移传感器信号)。结果，为了在从D/A转换器835和A/D转换器845输出的信号中提供可比较的信号分辨率，如果N比M至少大8位，则在各种实施方式中可能是最经济和最有利的。

触发信号确定处理电路950可以根据接触探针设计领域的技术人员已知的原理来实现。因此，这里仅在一个示例性实施方式中简要地描述。如图7所示，可能需要组合多个位移传感器信号，以便提供与接触触发信号切换阈值进行比较的组合信号。因此，如图7所示，触发信号确定处理电路950输入四个单独的偏移补偿数字位移信号OCDS1至OSDS4，并包括信号组合处理部分951，其确定提供给触发阈值处理电路952的组合位移信号。触发阈值处理电路952定义切换阈值，该切换阈值与组合位移信号进行比较。当组合位移信号超过切换阈值时，触发阈值处理电路952输出指示触针已接触工件的接触触发信号975T。接触触发信号975T例如通过I/O电路970被传送到CMM主机系统等，从而可以记录主机系统中的当前测量值以指示触针的当前坐标和其接触的工件表面的测量坐标。在各种实施例中，I/O电路970还可以在主机系统和触发信号确定处理电路950、和/或触摸探测电路800的各种元件之间传递其他控制信号和/或参数975。触发阈值处理电路952可以包括已知类型的滞后电路953，其实现与所定义的切换阈值相关的滞后，以防止接触触发信号975T在触针略微接触/不接触工件表面时颤振地打开和关闭。

触发信号确定处理电路950还可以包括偏移补偿控制器中断信号产生电路954，其可以从触发阈值处理电路952接收接触触发信号975T或相关信号，并发送中断信号954S至偏移补偿控制器830，以中断或冻结其效果。这确保偏移补偿控制器830在由于位移传感器信号中的(一个或多个)持续工件接触信号分量引起的位移传感器信号变化时，不进行补偿操作，这种补偿操作将是不正确的操作。

可以基于目前在接触探针设计领域中可获得的各种相关材料的研究和应用来进一步理解和实现触发信号确定处理电路950的示例性操作的前述概述。例如，在美国专利No.7,792,654中描述了一个示例性触发信号确定处理电路和方法，包括信号组合处理的方法以及切换阈值定义方法，该专利的全部内容通过引用并入本文。

虽然已经说明和描述了说明性实施例，但是应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以在其中进行各种改变。

Claims (20)

1.一种用于坐标测量探针主体的构造，具有沿探针主体轴线方向的相对较大的长度尺寸和沿横向于探针主体轴线的方向的相对较短的截面尺寸，所述坐标测量探针主体包括：

刚性探针主体结构，包括上部安装部分、沿探针主体轴线方向延伸的轴向延伸部分、以及顺应元件安装框架；

触针悬挂部分，包括：

联接到触针的移动元件，以及布置成将所述移动元件从所述顺应元件安装框架悬挂的顺应元件构造；

位移感测构造，布置成感测移动元件相对于顺应元件安装框架和刚性探针主体结构中的至少一个的位移，所述位移感测构造包括输出相应的位移信号的至少一个位移传感器；和

电路板组件，包括至少第一部件安装部分、第二部件安装部分和第三部件安装部分，它们是大致平面部分并且沿着探针主体轴线的方向延伸；

其中，布置成使所述移动元件从所述顺应元件安装框架悬挂的顺应元件构造附接到所述顺应元件安装框架的附接部分，所述附接部分相对于所述电路板组件的远端远侧地定位；和

其中，电路板组件的所述至少第一部件安装部分、第二部件安装部分和第三部件安装部分围绕刚性探针主体结构的轴向延伸部分布置，并且布置在上部安装部分与顺应元件安装框架的附接部分之间。

2.根据权利要求1所述的构造，其中，所述至少第一部件安装部分、第二部件安装部分和第三部件安装部分与至少一个柔性连接器部件电互连，使得至少第一部件安装部分、第二部件安装部分和第三部件安装部分和所述至少一个柔性连接器部件形成能够折叠的电路板组件。

3.根据权利要求2所述的构造，其中，至少第一部件安装部分、第二部件安装部分和第三部件安装部分中的一个还包括安装在其上的现场可编程门阵列，并且其中，至少一个柔性连接器部件的端部部分延伸超出至少第一部件安装部分、第二部件安装部分和第三部件安装部分并包括配置为提供对现场可编程门阵列的可编程访问的连接元件。

4.根据权利要求1所述的构造，其中，所述至少第一部件安装部分、第二部件安装部分和第三部件安装部分包括多层电路板的刚性层，并且它们与包括柔性电路构件的共用柔性层电互连。

5.根据权利要求1所述的构造，其中，将移动元件从顺应元件安装框架悬挂的所有顺应元件以及顺应元件安装框架的附接部分相对于电路板组件的远端远侧地定位。

6.根据权利要求5所述的构造，其中，顺应元件安装框架刚性且可释放地联接到刚性探针主体结构的其余部分，使得移动元件、将移动元件从顺应元件安装框架悬挂的所有顺应元件、位移感测构造和顺应元件安装框架形成悬挂模块，该悬挂模块能够与刚性探针主体结构的其余部分分离。

7.根据权利要求5所述的构造，其中，顺应元件安装框架包括柱部分，并且刚性探针主体结构的轴向延伸部分包括配置成接收柱部分的孔。

8.根据权利要求7所述的构造，还包括柔性电路连接器，其可操作地连接到至少一个位移传感器，并且从位移感测构造延伸，以在第一部件安装部分、第二部件安装部分和第三部件安装部分中的一个上的配合连接器处可释放地接合电路板组件。

9.根据权利要求5所述的构造，其中，顺应元件安装框架包括柱部分，并且刚性探针主体结构的轴向延伸部分螺纹附接到柱部分。

10.根据权利要求1所述的构造，其中，顺应元件构造包括：

形成在第一平面元件中的第一挠曲构造，第一挠曲构造将第一平面元件的中心区域连接到第一平面元件的周边区域；

形成在第二平面元件中的第二挠曲构造，第二挠曲构造将第二平面元件的中心区域联接到第二平面元件的周边区域；和

其中，第一平面元件的和第二平面元件的中心区域联接到移动元件，第一平面元件和第二平面元件的周边区域联接到顺应元件安装框架的附接部分。

11.根据权利要求1所述的构造，其中，第一部件安装部分包括处理模拟信号的模拟部件，第三部件安装部分仅包括数字信号处理部件。

12.根据权利要求1所述的构造，其中，电路板组件的所述至少第一部件安装部分、第二部件安装部分和第三部件安装部分由三个部件安装板组成，并且刚性探针主体结构的轴向延伸部分限定三个面，其中，三个部件安装板中的每一个的尺寸设计成覆盖三个面中的相应的一个面。

13.根据权利要求1所述的构造，其中，刚性探针主体结构的轴向延伸部分是沿坐标测量探针主体轴线定位的整体元件。

14.根据权利要求2所述的构造，其中，电路板组件包括与柔性连接器部件互连的第一部件安装部分、第二部件安装部分和第三部件安装部分，使得电路板组件能够折叠以形成具有近似三角形截面的结构，并且进一步地，其中，刚性探针主体结构的轴向延伸部分具有近似三角形的截面。

15.根据权利要求1所述的构造，其中，所述至少第一部件安装部分、第二部件安装部分和第三部件安装部分包括第一部件安装部分、第二部件安装部分、第三部件安装部分和第四部件安装部分，它们是近似平面部分并且沿着探针主体轴线的方向相对较长并且沿横向于所述探针主体轴线的方向相对较窄。

16.一种坐标测量探针主体，包括：

刚性探针主体结构，包括安装部分、沿探针主体轴线延伸的轴向延伸部分、以及顺应元件安装框架；

触针悬挂组件，包括联接到触针的移动元件，以及布置成将所述移动元件从所述顺应元件安装框架悬挂的多个顺应元件；

位移感测组件，布置成感测移动元件相对于顺应元件安装框架和刚性探针主体结构中的至少一个的位移，所述位移感测构造包括输出相应的位移信号的位移传感器；和

电路板组件，包括第一部件安装部分、第二部件安装部分和第三部件安装部分，它们沿着探针主体轴线的方向延伸；

其中，所述多个顺应元件附接到所述顺应元件安装框架的附接部分，所述附接部分相对于所述电路板组件的远端远侧地定位；和

其中，电路板组件的第一部件安装部分、第二部件安装部分和第三部件安装部分围绕刚性探针主体结构的轴向延伸部分布置，并且布置在上部安装部分与顺应元件安装框架的附接部分之间。

17.根据权利要求16所述的坐标测量探针主体，其中，第一部件安装部分、第二部件安装部分和第三部件安装部分与柔性连接器部件电互连，使得第一部件安装部分、第二部件安装部分和第三部件安装部分和柔性连接器部件形成能够折叠的电路板组件。

18.根据权利要求17所述的坐标测量探针主体，其中，现场可编程门阵列安装在第一部件安装部分、第二部件安装部分和第三部件安装部分中的一个上，并且其中，柔性连接器部件的端部部分延伸超出第一部件安装部分、第二部件安装部分和第三部件安装部分并包括配置为提供对现场可编程门阵列的可编程访问的连接元件。

19.根据权利要求16所述的坐标测量探针主体，其中，第一部件安装部分、第二部件安装部分和第三部件安装部分包括多层电路板，所述多层电路板与包括柔性电路构件的共用柔性层电互连。

20.根据权利要求16所述的坐标测量探针主体，其中，将移动元件从顺应元件安装框架悬挂的所有顺应元件以及顺应元件安装框架的附接部分相对于电路板组件的远端远侧地定位。