TW201518682A - 接觸探針和相關電路，以及用於信號處理的方法 - Google Patents

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Abstract

探針(100)包括框體(2)、可移動的臂組(3)和用於處理信號的處理電路(30；30')。處理電路能夠獨立地檢測由臂組的機械元件和框體的機械元件之間的配合所界定之接點(13)的狀態，亦即，接點的關閉或開啟，並在其檢測到不超過一個開啟的接點時，提供指示探針的停留位置之信號。 用於處理信號的方法使用上述電路以提供指示探針的停留位置之信號。 電路和用於處理信號的方法被有利地實施，用於處理接觸探針的輸出信號，接觸探針係適於在座標量測機和工具機中去檢查工件的位置或尺寸。

Description

接觸探針和相關電路，以及用於信號處理的方法
本發明關於一種用於檢查工件的位置及/或尺寸的接觸探針，其包括具有停留與定位區域的支承與保護框體、可相對於支承與保護框體移動且部分地容納於支承與保護框體中的臂組，該臂組包括承載適於去接觸待檢查的該工件之測隙片的臂、適於將臂組迫向停留與定位區域的推進裝置、在停留與定位區域被佈置在臂組和支承與保護框體之間的限制與定位系統，該限制與定位系統包括具有參考機械停止點(reference mechanical stop)和接點的停留系統，該等接點在臂組的機械元件和支承與保護框體的機械元件相配合時被關閉，該等參考機械停止點係適於去界定出接觸探針的停留位置、以及適於去檢測接點的狀態並在接點全部被關閉時提供指示停留位置之信號的處理電路。
本發明亦關於一種用於處理信號的方法，該信號係由接觸探針所輸出，用以檢查工件的位置及/或尺寸，該接觸探針包括支承與保護框體、可相對於支承與保護框體移動且部分地容納於支承與保護框體中的臂組、具有參考機械停止點和接點的停留系統，該等接點在臂組的機械元件 和支承與保護框體的機械元件相配合時被關閉，該等參考機械停止點係適於去界定出接觸探針的停留位置、用於檢測接點的狀態並在接點全部被關閉時提供指示停留位置之信號的處理電路。
接觸探針為廣泛地使用於座標測量機和工具機(特別是切削機(machining center)和車床(lathe))中的一種機電工具(electromechanical tool)，用於檢查被加工或待加工的工件、工具和機台等。
例如，如同美國專利US4153998A中所描述的，這種探針一般係包括支承結構或框體，以及臂組，該臂組係可相對於框體移動且包括承載適於去接觸待檢查的工件之測隙片的臂。特別是，臂組係在介於由導電材料所製成的元件之間的參考機械停止點處被耦接於框體，參考機械停止點係界定出一般為串聯的多對電接點，多對電接點為電路的部分。
當探針處於停留位置時，臂組在彈簧的推力下在所有的參考機械停止點處被耦接到框體。電接點的開啟和關閉係藉由檢查，例如，跨越這些接點之電阻的變化，而被檢測。當測隙片接觸工件時，相反於彈簧的推力，外力作用在臂組上，造成後者對應至少一接點相對於框體之逐漸釋放。跨越一個或多個接點的電阻值逐漸地增加，直到超過所決定的界限，從而產生指示探針從停留位置移開的輸出 信號，作為測隙片與待檢查的工件之間的接觸的結果。在接觸探針中，為了使檢查為可重複的並且可靠的，重要的是，當測隙片與工件之間的接觸停止時，探針回到其停留位置。
此需求亦出現在探針中，其中，測隙片與工件之間的接觸係由不同種類的感測器來檢測，例如，壓電式感測器或應變計，其係發出指示施加於探針的總力之信號。在此情況下，臂組和框體與對應的電路之間的耦接可被使用來作為輔助裝置，用以檢測是否實際上已有測隙片與工件之間的接觸，以及探針因此分別未處在停留位置或處在停留位置。詳而言之，由於感測器並非始終能夠傳送關於系統的狀態之資訊，且特別是關於臂組相對於框體的偏向的資訊，例如，緊接在信號的發送之後的時間點，因此該耦接及相對電路可被使用來導出這樣的資訊。此類型的探針係於公開號為WO2012055866之國際專利申請案中被說明。
在目前所述的接觸探針中，特別是若使用於重複地檢查的接觸探針，在實踐中可能發生不正確地發出探針回到停留位置的信號之問題。特別是，因測隙片和工件之間的接觸停止，當臂組在彈簧的推力下在參考機械停止點處被再次耦接於框體時，例如，由於所檢測到的對應於至少一接點的電阻值並未回到低於所決定的界限，停留位置可能不會被正確地恢復及/或發出信號。
意圖去部分地解決此問題的電路和方法係在公開號為EP0501681A1的歐洲專利申請案中說明。該申請案關於一 種探針，其包括用於信號處理之包括主動組件的電路，例如，電晶體，以及一種用於檢查的方法，該方法包括清潔接點的步驟。然而，在此習知技術的主要缺點中，由於主動組件的切換時間和進一步的清潔接點的步驟所引起的延遲，探針的反應時間增加，且由於可能在電路中流動的高電流，損害接點的表面之風險增加。
更複雜的解決方式在探針不運作時給予臂組佈置的指示。例如，根據呈現在美國專利US5090131A中的解決方式，各個參考機械停止點係配備有應變計(strain gauge)，其在所有的方向上測量臂組相對於預定參考位置的偏移，使得這些偏移在隨後的檢查中被納入考量。然而，這個習知的技術需要複雜的電路，其係為昂貴且在多數的情況下為難以製造的。
本發明的目的在於實現一種用於檢查工件的位置及/或尺寸的接觸探針，以及一種用於處理信號的方法，例如，由適於檢查工件的位置或尺寸的接觸探針在座標測量機(coordinate measuring machine)或工具機中所輸出的信號，該接觸探針和方法是免受先前所描述的不便之處，且同時為容易且便宜地被執行。
根據本發明，此目的和其他的目的係分別藉由根據申請專利範圍第1項和第8項的接觸探針與用於處理信號的方法(形成本說明書的一個組成部分)來達成。
從下面以非限制性範例的方式被賦予之關於本發明的較佳實施例之詳細說明參照附圖，本發明的目的及優勢將是清楚的。
2‧‧‧框體(支承與保護結構)
3‧‧‧臂組
4‧‧‧臂
5‧‧‧測隙片
7‧‧‧停留與定位區域
8‧‧‧彈簧(壓縮彈簧)
10‧‧‧參考機械停止點
11‧‧‧徑向元件
12‧‧‧球體
13‧‧‧接點(理想點區域)
15‧‧‧檢測系統
20‧‧‧工件
29‧‧‧調節單元
30‧‧‧處理電路(處理電子設備)
30'‧‧‧處理電路
32‧‧‧偏壓電阻
33‧‧‧比較器
34‧‧‧信號調整電路
35‧‧‧類比/數位轉換器
36‧‧‧微控制器
40‧‧‧分壓器
41‧‧‧臨界值比較器
42‧‧‧觸發器(脈波產生器)
100‧‧‧(接觸)探針
A‧‧‧縱軸
S0~S7‧‧‧狀態
本發明現在參照以非限制性範例的方式被賦予的圖式之附頁來說明，其中：- 圖1為根據本發明之接觸探針的縱剖面之示意圖；- 圖2以示意性的方式顯示根據本發明的接觸探針之組件的放大縱剖面；- 圖3為在根據本發明的較佳實施例之接觸探針中的信號處理系統之示意性電路方塊圖；- 圖4為在該處理系統中的信號調節單元之示意性電路方塊圖；- 圖5為在根據本發明的不同實施例之接觸探針中的信號處理系統之示意性電路方塊圖；以及- 圖6顯示由根據本發明的不同實施例之處理電路來執行的有限狀態機(finite state machine)。
圖1以示意性的方式顯示用於檢查工件20的位置及/或尺寸的接觸探針100之剖面。在本發明的較佳實施例中，探針100包括，例如，界定出縱軸A的支承與保護結構或框體2，以及可相對於框體2移動且部分地容納在框 體2中的臂組3。臂組3包括承載測隙片(feeler)5的臂4，該測隙片5係適於去接觸要被檢查的工件20。具有壓縮彈簧8的推進裝置被放置在框體2和臂組3之間，且將後者迫向框體2的停留與定位區域7。
限制與定位系統在停留與定位區域7被佈置在臂組3和框體2之間。該限制與定位系統包括具有參考機械停止點10的停留系統，該等參考機械停止點10係由臂組3的機械元件和框體2的機械元件之配合所定義出來，理想地佈置成圓形的方式且彼此等距。例如，停留系統可藉由三個參考機械停止點10而為等壓平衡的(isostatic)，每一參考機械停止點10係藉由固定到框體2且適於去界定出V形座的兩球體12(當中僅一個球體為可見於圖1)，並藉由為臂組3的一部分之具有圓柱形狀的徑向元件11所定義出來。球體12和徑向元件11完全地由導體或半導體材料所製成，或至少部分地由導體或半導體材料所覆蓋，導體或半導體材料的一般特徵為在一給定值的範圍內的預定電導率。各個徑向元件11可在理想的點區域或接點13(例如電接點)(圖2)獨立地與兩球體12的每一者相配合。
在停留與定位區域7，探針100亦包括獨立於接點13的檢測系統15，其包括，例如，連接於框體2且實質地配置在垂直於縱軸A的平面上之至少一層狀壓電式元件(laminar piezoelectric element)或傳感器。層狀壓電式傳感器具有將其所遭受之壓縮或解壓縮事件轉換為電子信 號的能力，該電子信號指示其所經歷的力變化。具有層狀壓電式傳感器的檢測系統15將控制信號傳送到處理電路30，控制信號本身以習知的方式被處理及使用，用以檢測如上所述之工件20的位置及/或尺寸。在已被引用的公開號為WO2012055866的國際專利申請案中，有關於具有層狀壓電式傳感器的接觸探針的更多細節係被說明。
處理電子設備被定位在支承結構2中，且包括處理電路30，球體12和檢測系統15均藉由電導體的方式被連接到處理電路30，電導體係由粗線所描繪之連接來表示。
在本發明的較佳實施例中，如示意性地顯示於圖3中的，所有的徑向元件11被連接到一已知電位(通常為零(null))，且各個球體12被連接到，例如，處理電路30的調節單元29。有利地，接點13與一調節單元29係被並聯連接在一起，該等接點13在所繪示的範例中為六個，且更精確的而言係為各包括一接點13的多個電路分支，此一接點13係由一徑向元件11與此徑向元件11相配合的兩球體12中的一球體來界定。以這樣的方式，處理電路30可獨立地去檢測六個接點13的每一者之狀態，換言之，無論各個單一接點13係關閉或開啟。處理電路30亦包括類比/數位轉換器35和微控制器36。除了其他事項外，後者係適於去處理用於正確發送指示總力變化的信號之由檢測系統15所傳送之控制信號，以及有關於球體12的狀態之信號，例如，賦予指示關於關閉的接點13 的數量之每一球體12的電位，即臂組3與框體2的停留與定位區域7之間的相互位置。
為了較佳地繪示根據本發明的接觸探針之處理電路以及對應的處理方法，圖4顯示僅一調節單元29之示意性電路方塊圖的部分主要組件，這樣的圖對於其他者為相同的。關聯於球體12的電位(後者未見於圖4當中)藉由分壓器被產生，分壓器係介於偏壓電阻32和接觸電阻之間，偏壓電阻32連接到供應電壓VA，接觸電阻係關聯於球體12和其相配合的徑向元件11之間的接點13。
分壓器根據習知的操作原理產生電位，該電位被傳送到比較器33，其界限被固定在參考值VT，較佳地為可編程的參考值，其產生可代表對應的接點13之狀態的信號。當接點13被關閉時，理論上，跨越接點13的電阻為零、比較器33的輸入電位為零且其輸出電位為高的，通常相當於比較器33的供應電壓。當接點13在徑向元件11從其停留的球體上離開時被實質地開啟時，理論上，電阻為無限大的(實際上，大於決定值)、比較器33的輸入電位對應於電壓產生器VA的輸入電位且其輸出電位為低的，例如，相當於零。調節單元29亦包括信號調整電路34，其係連接到比較器33且設計來，例如，用於過濾和放大信號。
信號調整電路34的輸出電位(各經由類比/數位轉換器35被方便地轉換為數字號碼)被微控制器36處理，以得到關於關閉的接點13的數量之指示，並在這樣的指 示之基礎上去提供指示探針100的停留位置之信號。
根據本發明之用於信號處理的方法係在下文中加以說明。
當探針100在彈簧8的作用下處於初始停留位置時(亦即，沒有測隙片5與待檢查的工件20之間的接觸)，三個徑向元件11被放置在由球體12所實現的V形座，且參考機械停止點10(臂組3因此相對於框體2的位置)被單一地界定。如圖2所示，其係以示意性的方式繪示參考機械停止點10中的一個參考機械停止點10在此初始停留位置的橫剖面，每一徑向元件11接觸定義出其位於當中的V形座的兩球體12，將對應的六個接點13關閉。六個比較器33均具有零輸入電位，且傳送相當於其供應電壓的電位給對應的信號調整電路34。信號調整電路34的每一輸出信號被類比/數位轉換器35轉換為數字，且被適當地結合，接著被傳送到微控制器36，微控制器36處理它們並提供指示該初始停留位置的信號。
探針100和待檢查的工件20之間接著相互移動，例如，沿著以雙箭頭X在圖1中所指示的橫向方向，測隙片5接觸工件20，且後者對臂組3施加力，其係被傳送到限制與定位系統。停留與定位區域7接著受到壓縮或解壓縮事件，壓縮或解壓縮事件係由檢測系統15的壓電式傳感器所檢測，其係將它們轉換為指示待傳送到微控制器36的力變化的控制信號，以處理並發出相互移動的停止控制和指示總力變化的信號。對應於三個參考機械停止點10 的至少一個參考機械停止點10，徑向元件11在對應的球體12之耦接上的推進動作以及釋放由彈簧8在其他兩個參考機械停止點10(或其他一個參考機械停止點10)所施加的推力的同時動作亦發生，參考機械停止點10隨之開啟一個或多個接點13。同樣地，當比較器33對應於一個或多個開啟的接點13的輸入電位被改變時，此比較器33獨立地具有零輸出電位，其由信號調整電路34適當地調整、由類比/數位轉換器35結合及數位化、提供信號給微控制器36，該信號係為在該一個或多個開啟的接點13處的配合失敗，或者，換言之，該一個或多個接點13係開啟。微控制器36處理這樣的信號並檢測發生在測隙片5和工件20之間的接觸，亦即探針100的運作狀態。
藉由沿著除了X方向以外的方向之相互移動，例如，沿著Z方向，同樣的結果係被產生，且隨後測隙片5和待檢查的工件20之間的接觸，在對應的釋放動作之後，伴隨著六個接點13的隨之開啟和在層狀壓電式傳感器中的解壓縮，理論上在至少所有的三個參考機械停止點10發生。
在檢查的最後和隨後的探針100與工件20之間的相互移動，例如，在沿橫向方向X的相互面對的感測中，測隙片5和工件20之間的接觸被釋放，且探針100回到由參考機械停止點10所界定之停留位置。該位置係由處理電路30在從接點13所接收到的信號之基礎上來檢測，其中，可由壓電式傳感器檢測的壓縮及解壓縮事件至少理論 上地不會發生在停留與定位區域7，且配合存在於接點13處，亦即六個接點13全部被關閉。由本申請案之申請人所執行之實驗測試證明了，即使從機械的角度來看停留位置被正確地恢復，從電的角度來看在所有的接點13之配合的存在並未發出信號的情況並非罕見的，換言之，六個接點13全部被關閉不會被發出信號。在該實驗測試的基礎上，特別是，從機械的角度來看停留位置可被視為完全地恢復，不僅是在檢測到六個接點13全部被關閉時，亦在檢測到六個接點13中僅一個接點未被證實其被關閉時，亦即，當其檢測到六個接點13中的五個被關閉時。 例如，因為相關的參考機械停止點10之局部的磨損、或者由於氧化或由於定義出六個接點13的球體12與徑向元件11之間的油(通常存在於探針內)的薄層之沉積而造成的電氣故障，關於六個接點13的關閉可能不會發出信號。
根據圖1及圖3所繪示之較佳的實施例，探針100的停留位置與運作狀態係由處理電子設備在從接點13所接收到的信號之基礎上來加以檢測。特別是，在根據本發明之用於信號處理的方法中，當隨著探針100和待檢查的工件20之間的接觸和臂組3相對於框體2的相對運動，配合不存在於對應之六個接點13中的至少兩接點時，或換言之，六個接點13的至少兩個接點被證實為被開啟時，亦即，當六個比較器33的至少兩個比較器33之輸出電位為零時，微控制器36處理指示探針100的運作狀態之信 號。當接觸在當至少五個接點13被再次關閉的同時確實停止時，對應的至少五個比較器33具有零輸入電位以及相當於其供應電壓的輸出電位，其係藉由信號調整電路34的方式而被適當地調整、藉由類比/數位轉換器35來數位化及結合、且被傳送到微控制器36。微控制器36接收對應於至少五個接點13的配合所發出的信號來作為輸入信號(亦即，微控制器36接收至少五個接點13被關閉的指示)，並在這樣的指示之基礎上來提供指示探針100的停留位置之信號。
在不偏離本發明的範疇下，可作成對於在此所說明的方法和用於信號調節的電路之變化。
例如，V形座和徑向元件11可分別為臂組3及支承框體2的一部分，或者限制與定位系統可以不同的方式來實現，例如，以不同的等壓平衡的系統，像是習知為凱爾文耦接(Kelvin coupling)的一種系統。
作為對於層狀壓電式傳感器的替代方案，探針100可包括不同性質及配置的檢測裝置，包括各種類型的壓阻式傳感器(piezo-resistive transducer)或壓力傳感器。
需注意的是，當接點13被關閉且跨越接點的電阻至少理論上地相當於零時，比較器33的輸入電位係相當於不同於零之已知的電壓。
另外，調節單元29和類比/數位轉換器35可在微控制器36中被實現。
在處理電子設備的不同實施例中，類比/數位轉換器 35可被移除，且調節單元29可被修改，例如，藉由將適當大小的電阻納入信號調整電路34中使得電阻的值相等或相互成比例，並將修改過的調節單元29相互連接，以使得其被視為一整體的作用為單一分壓器，該單一分壓器取得關於所有球體12的輸入電位並提供代表關閉的接點13的數量之信號。特別是，該分壓器(其操作原理為習知的)的特徵在於電壓比，該電壓比係依據存在於臂組3的機械組件和框體2的機械組件之間的共同配合的數量(亦即，開啟或關閉的接點13的數量)而變化，並產生開啟或是關閉的接點13的數量之指示。
在本發明的不同實施例中，處理比較器33的輸出電位以發出指示總力變化的信號之微控制器36可被以邏輯閘(logic gate)或可程式化的邏輯單元來替代，例如，現場可程式閘陣列(FPGA)。
有利地，在此說明的電路和方法能夠補償檢測系統15關於探針100的位置之內在限制，例如，在發出指示總力變化的信號之後，當檢測系統15如同已說明的一般可能不能夠去傳送關於臂組3相對於框體2的位移之資訊時。在此說明的電路亦可被有利地使用，當探針100與工件20之間的相互移動為相對緩慢的，且即使它們有效地造成工件20與測隙片5之間接觸時，層狀壓電式傳感器發出大小小於微控制器36去檢測已發生的接觸所需之信號的信號，接著處理並發出相互移動的停止控制以及指示總力變化的信號。因此，由於相互移動的不當持續，而不 是其應在已發生的接觸和測隙片5之稱作的超行程(overstroke)之後的停止，探針100不僅將失敗工件20的檢查，且其亦將處於受到過大的機械應力及/或斷裂的風險之下。根據本發明，藉由包括上述之獨立的電路的接觸探針，來克服所說明的問題，獨立的電路包括接點13，且適於去傳送指示臂組3與框體2在停留與定位區域7的相互位置的信號。
此外，本發明目的之接觸探針的方法和電路允許以簡單、堅固和緊湊的組件去得到優異的結果。
根據本發明之用於信號處理的其他可能的方法可藉由使用處理電子設備來實施有限狀態機(finite state machine)來得到，例如，如圖6所示之米利機(Mealy machine)，其係獨立且不對稱地去評估在接點13處之配合的存在，換言之，接點13的開啟與關閉，用於處理指示探針100的停留位置之信號。如熟知本領域技術人士所知的，米利機具有以輸出值為特徵的有限狀態，例如，關閉的接點13之數量，其係由目前狀態和目前輸入值兩者來決定的，例如，接點13的開啟-1或關閉1。對於各對的狀態和輸入值，單一的轉變是可能的，一般係由從目前狀態到未來狀態的箭頭來表示。根據本發明之米利機的狀態與轉變在下文中加以說明。
初始狀態為，例如，以六個關閉的接點13為特徵的狀態S0，其中探針100位在已提及的初始停留位置。接著，探針100和待檢查的工件20之間的相互移動決定臂 組3相對於框體2的位移，已提及的壓縮和解壓縮事件、以及在所涉及的接點13處之電阻的變化和因此電位的變化發生在停留與定位區域7。在此情況下，一旦微控制器36接收在接點13中的一個接點處發出的配合失敗之信號，亦即，在僅一個接點13的開啟-1，微控制器36係能夠去檢測發生在測隙片5與工件20之間的接觸，提供指示探針100從停留位置移開的事實之信號，並發出相互移動的停止控制。據此，探針100的目前狀態為狀態S1，其係以五個關閉的接點13和唯一一個開啟的接點13為特徵，對應於除了停留位置以外的位置，指示探針100的運作狀態。從此狀態S1開始，探針100可交替地採用兩種不同的未來狀態，其係分別由唯一一個開啟的接點13的關閉1、或藉由五個關閉的接點13中的至少一個接點13的開啟-1來決定。
在第一種情況下，例如，當與待檢查的工件20之初始接觸停止時，唯一一個開啟的接點13再次關閉，且微控制器36接收指示探針100在停留位置移動且具有以六個接點13全部關閉為特徵的目前狀態S0的信號。因此，對於此一特徵，探針100顯示類似於已知的探針之行為的行為，例如，顯示於已在公開號為WO2012055866之國際專利申請案中所提及的探針。
在第二種情況下，例如，由於探針100和工件20之間的相互移動的進展，五個關閉的接點13中的至少一個接點13開啟。微控制器36接收至少一進一步開啟-1的信 號，其表明了探針100在以不超過四個關閉的接點13(亦即，至少兩個開啟的接點13)為特徵的目前狀態S2或S3或S4或S5或S6中保持在操作狀態。更詳細地，五個關閉的接點13中之進一步開啟-1，一次一個的，以S2、S3、S4、S5及S6的順序決定為越多的轉變到未來狀態，其特徵在於關閉的接點13的數量一次一個的逐漸減少，且最後狀態S6的特徵在於沒有關閉的接點13，亦即，六個開啟的接點13。從狀態S6開始，若，例如，探針100和工件20之間的相互移動逆轉，六個開啟的接點13想必是一次一個的關閉。六個開啟的接點13中的四個接點13之關閉1，一個接著一個地，從以沒有關閉的接點13為特徵的目前狀態S6，以S5、S4、S3及S2的順序決定為越多的轉變到未來狀態，其特徵在於關閉的接點13之數量一次一個的逐漸增加，如已經提過的，狀態S2的特徵在於四個關閉的接點13，亦即，兩個開啟的接點13。當兩個開啟的接點13中的一個接點13關閉時，亦即，五個接點13被證實為關閉時，微控制器36接收該關閉1的信號，且在該信號的基礎上，根據本發明，在以五個關閉的接點13為特徵之狀態S7中，透過證實六個接點13中的一個接點13為開啟的，來提供指示探針100回到停留位置的事實之信號。從此最後的狀態S7開始，停留位置的指示，再次有兩種可能性：在至少第二接點13的開啟時，探針100回到先前的操作狀態，即以至少兩開啟的接點13為特徵的目前狀態。此外，在唯一一個開啟的 接點13的關閉時，探針100保持在停留位置，即以六個關閉的接點13為特徵的目前狀態S0。
為了提供進一步的資訊，圖6亦顯示接點13的不變性(invariance)0，亦即，無論當前的狀態，接點13未開啟亦未關閉，總是決定在後者中的恆久性，亦即，未來狀態對應於目前狀態。
有鑑於處理電子設備30的更大的計算複雜度，除了已經提到的較佳方法之優點外，根據本發明之用於信號處理的這種替代方法展現出新的優點，例如，因為它擁有一個絕對減少的預定行程。同樣為此理由，接點13的開啟和關閉的信號可被使用，不僅是來得到關於探針100的停留位置或操作狀態的資訊，亦可作為對於由檢測系統15所傳來的控制信號的替代品，以發出發生在測隙片5和工件20之間的接觸之信號。在這方面需注意的是，當探針100，在可由壓電式傳感器所達成的較佳的效能的考量上，無論如何使用由檢測系統15所傳來的控制信號以檢測發生在測隙片5和工件20之間的接觸時，由於盡可能更快的反應時間和等向性的行為受到關注，不同的探針可被提供，這種探針使用根據本發明之用於處理信號的上述替代方法，且不需要壓電式傳感器，且一般為獨立的檢測系統。
根據本發明的另一不同的實施例包括不同的處理電路30'，如圖5所示，其亦能夠獨立地檢測每一接點13的狀態。處理電路30'包括唯一一個分壓器，其係已被說明且 具有習知的操作原理，參照圖5中的標號40。分壓器40被串聯的連接到脈波產生器或觸發器42和臨界值比較器41，觸發器42適於從所有接點13被關閉的狀態下去檢測接點13中之一個接點13的開啟，並產生對應的脈波信號，臨界值比較器41適於去產生兩級輸出信號(two-level output signal)，一級係指示對應於至少兩接點13的配合失敗，亦即，至少兩接點13開啟的狀態，另一級係指示在不超過一個接點13處的配合失敗，亦即，不超過一個接點13開啟的狀態(在所顯示的範例中，至少五個接點13關閉)。特別是，當六個關閉的接點13中唯一一個接點開啟時，觸發器42產生指示該開啟之對應的脈波信號，然而，當在唯一一個接點13已經開啟的情況下五個關閉的接點13中的一個接點開啟時，或者，反之，當在另外四個接點13關閉的情況下兩個開啟的接點13中僅一個接點關閉時，臨界值比較器41的輸出信號從一級轉變到另一級。臨界值比較器41和觸發器42的輸出信號被傳送到微控制器36。此另一不同的實施例考慮到微控制器36使用接收自臨界值比較器41(兩級輸出信號)和觸發器42(脈波信號)的信號，以根據類似於由先前所述之有限狀態機所實施之用於信號處理的方法，來處理指示探針100的停留位置之信號，其不對稱地考慮在接點13處之配合的存在，亦即，接點13的開啟與關閉。特別是，當微控制器36在第一接點13的開啟時從觸發器42接收到指示該開啟的脈波信號時，微控制器36檢測探針 100從停留位置移開。
在唯一一個開啟的接點13再次關閉的情況下，例如，當測隙片5與待檢查的工件20之間的初始接觸停止時，觸發器42不會傳送任何信號到微控制器36。然而，此失敗傳送不會連累到由微控制器36從檢測系統15所接收用於精確地發出指示總力變化的信號之控制信號的正確處理。
相反地，在五個關閉的接點13中的一個接點13開啟的情況下，例如，因為探針100和工件20之間的相互移動的進展而開啟，臨界值比較器41的輸出信號適時地去到指示對應於至少兩個接點13的配合失敗(亦即，至少兩個接點13係開啟的事實)之級別，且微控制器36保持檢測探針100為處於操作狀態。當關閉的接點13從四個變為五個時，例如，作為探針100和工件20之間的相互移動的逆轉之結果，臨界值比較器41的輸出信號適時地去到指示在不超過一個接點13的配合失敗(亦即，至少五個接點13係關閉的事實)之級別，且微控制器36處理所接收到的信號，使得其檢測並發出探針100位在停留位置的信號。從該停留位置開始，若五個關閉的接點13中的一個接點13開啟，且臨界值比較器41的輸出電位再次去到指示對應於至少兩接點13的配合失敗(亦即，其中至少兩接點13係開啟的狀態)的級別時，微控制器36檢測並發出新的操作狀態的信號。即使當在單一接點13被關閉之後六個關閉的接點13中的一個接點13開啟時，新 的操作狀態被微控制器36檢測並發出信號，且觸發器42產生指示該新的操作狀態之對應的脈波信號。
除了用於較佳的實施例之已提及的優點外，根據本發明之具有此電路的探針和用於信號處理之相關的替代方法顯示出新的優點。如同先前所說明的有限狀態機，本實施例亦以減少的預定行程為特徵，但是，不同於該有限狀態機，本實施例顯示出具有較低的製造成本的進一步優勢。此外，電路佔據探針100中較少的空間。除此之外，此替代的實施例可使用在接點13的開啟和關閉的基礎上所得到的信號，以同樣地去發出在探針中發生在測隙片5和工件20之間的接觸的信號，其中，獨立的檢測系統15係不存在。
2‧‧‧框體(支承與保護結構)
3‧‧‧臂組
4‧‧‧臂
5‧‧‧測隙片
7‧‧‧停留與定位區域
8‧‧‧彈簧(壓縮彈簧)
10‧‧‧參考機械停止點
11‧‧‧徑向元件
12‧‧‧球體
15‧‧‧檢測系統
20‧‧‧工件
30‧‧‧處理電路(處理電子設備)
100‧‧‧(接觸)探針
A‧‧‧縱軸

Claims (14)

  1. 一種接觸探針(100)，用於檢查工件(20)的位置及/或尺寸，該接觸探針包括：支承與保護框體(2)，具有停留與定位區域(7)，臂組(3)，可相對於該支承與保護框體(2)移動，且部分地容納於該支承與保護框體(2)中，該臂組包括承載測隙片(5)的臂(4)，該測隙片(5)係適於去接觸待檢查的該工件(20)，推進裝置，適於將該臂組(3)迫向該停留與定位區域(7)，限制與定位系統(17)，在該停留與定位區域(7)被佈置在該臂組(3)和該支承與保護框體(2)之間，該限制與定位系統(17)包括停留系統，其具有參考機械停止點(10)和接點(13)，該等接點(13)在該臂組(3)的機械元件與該支承與保護框體(2)的機械元件相配合時關閉，該等參考機械停止點(10)係適於去界定出該接觸探針(100)的停留位置，以及處理電路(30；30')，適於去檢測該等接點(13)的狀態，並在該等接點(13)全部關閉時提供指示該停留位置之信號，其特徵在於，該處理電路(30；30')能夠去獨立地檢測該等接點(13)的每一者之狀態，即使當該處理電路(30；30')檢測到該等接點(13)中的一個接點未關閉時，該處理電路(30；30')係適 於去提供指示該停留位置之該信號。
  2. 如申請專利範圍第1項之接觸探針(100)，其中，該等接點(13)為電接點。
  3. 如申請專利範圍第1項之接觸探針(100)，其中，該等接點(13)的每一者係被包含在該處理電路(30；30')的電路分支中，且該等電路分支係以並聯連接。
  4. 如申請專利範圍第1項之接觸探針(100)，其中，該處理電路(30')包括分壓器(40)，該分壓器(40)適於提供代表該等關閉的接點(13)的數量之信號。
  5. 如申請專利範圍第4項之接觸探針(100)，其中，該處理電路(30')包括脈波產生器(42)和臨界值比較器(41)，其兩者均連接於該分壓器(40)，該脈波產生器(42)係適於去檢測始於所有該等接點(13)均關閉的狀態下之一接點(13)的開啟，並產生脈波信號，該比較器(41)係適於產生一二級輸出信號，一級係指示該等接點(13)的至少兩個接點係開啟的狀態，另一級則指示不超過一個接點(13)係開啟的狀態，該脈波信號和該二級輸出信號係使用於處理指示該停留位置的該信號。
  6. 如申請專利範圍第1項之接觸探針(100)，包括在該停留與定位區域(7)的檢測系統(15)，該檢測系統(15)係適於提供控制信號。
  7. 如申請專利範圍第6項之接觸探針(100)，其中，該檢測系統(15)包括至少一壓電式傳感器(piezoelectric transducer)。
  8. 一種用於處理信號的方法，該信號係由接觸探針(100)所輸出，用以檢查工件(20)的位置及/或尺寸，該接觸探針(100)包括支承與保護框體(2)、可相對於該支承與保護框體(2)移動且部分地容納於該支承與保護框體(2)中的臂組(3)、具有參考機械停止點(10)和接點(13)的停留系統，該等接點(13)在該臂組(3)的機械元件與該支承與保護框體(2)的機械元件相配合時關閉，該等參考機械停止點(10)係適於去界定出該接觸探針(100)的停留位置、以及處理電路(30；30')，該處理電路(30；30')用於檢測該等接點(13)的狀態並在該等接點(13)全部關閉時提供指示該停留位置之信號，該方法的特徵在於以下的步驟：藉由該處理電路(30；30')去獨立地檢測該等接點(13)的每一者之狀態；以及即使當該處理電路(30；30')檢測到該等接點(13)中的一個接點未關閉時，藉由該處理電路(30；30')去提供指示該停留位置之該信號。
  9. 如申請專利範圍第8項之用於處理信號的方法，包括檢測該等關閉的接點(13)之數量的步驟。
  10. 如申請專利範圍第9項之用於處理信號的方法，其中，該接觸探針(100)之該等接點(13)為六個，且當檢測到五個關閉的接點(13)時，提供指示該停留位置的該信號。
  11. 如申請專利範圍第8項之用於處理信號的方法， 其中，當始於所有該等接點(13)被關閉的狀態之一接點(13)的開啟被檢測到時，產生脈波信號，且產生一二級輸出信號，一級係指示該等接點(13)的至少兩接點係開啟的狀態，另一級則指示不超過一個接點(13)係開啟的狀態，該脈波信號和該二級輸出信號係使用於處理指示該停留位置的該信號。
  12. 如申請專利範圍第8項之用於處理信號的方法，包括，提供控制信號給該處理電路(30；30')，且處理對該工件(20)的該檢查位置及/或尺寸的該等控制信號的另一步驟。
  13. 如申請專利範圍第12項之用於處理信號的方法，其中，該等控制信號係藉由檢測系統(15)來提供，該檢測系統(15)係獨立於該等接點(13)。
  14. 如申請專利範圍第8項之用於處理信號的方法，其中，當始於一個或兩個接點(13)被開啟的狀態且根據該臂組(3)和該支承與保護框體(2)之間的相互移動，去檢測到該一個或兩個接點(13)中的一個接點被關閉時，提供指示該停留位置的該信號。
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