接觸式探針和相關(guān)電路，以及用于信號處理的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于檢查工件的位置和/或尺寸的接觸式探針，該接觸式探針包括具有停留與定位區(qū)域的支承與保護(hù)框體、可相對于支承與保護(hù)框體移動且部分地容納于支承與保護(hù)框體中的臂組，該臂組包括承載適于接觸待檢查的工件的觸頭的臂、適于將臂組壓靠停留與定位區(qū)域的推進(jìn)裝置、在停留與定位區(qū)域被布置在臂組和支承與保護(hù)框體之間的限制與定位系統(tǒng)，該限制與定位系統(tǒng)包括具有參考機(jī)械止擋(reference mechanicalstop)和觸點(diǎn)的停留系統(tǒng)，該觸點(diǎn)在臂組的機(jī)械組件和支承與保護(hù)框體的機(jī)械組件相配合時(shí)被閉合，該參考機(jī)械止擋適于限定接觸式探針的停留位置、以及適于檢測觸點(diǎn)的狀態(tài)并在觸點(diǎn)全部被閉合時(shí)提供指示停留位置的信號的處理電路。
[0002]本發(fā)明亦涉及一種用于處理信號的方法，該信號由接觸式探針輸出，以用于檢查工件的位置和/或尺寸，該接觸式探針包括支承與保護(hù)框體、可相對于支承與保護(hù)框體移動且部分地容納于支承與保護(hù)框體中的臂組、具有參考機(jī)械止擋和觸點(diǎn)的停留系統(tǒng)，該觸點(diǎn)在臂組的機(jī)械組件和支承與保護(hù)框體的機(jī)械組件相配合時(shí)被閉合，該參考機(jī)械止擋適于限定接觸式探針的停留位置、用于檢測觸點(diǎn)的狀態(tài)并在觸點(diǎn)全部被閉合時(shí)提供指示停留位置的信號的處理電路。
【背景技術(shù)】
[0003]接觸式探針是被廣泛地用于坐標(biāo)測量機(jī)和機(jī)械工具(特別是加工中心和車床)中的一種機(jī)電工具，其用于檢查被加工或待加工的工件、工具和機(jī)臺等。
[0004]例如在美國專利US4153998A號中所描述的，這種探針一般包括支承結(jié)構(gòu)或框體，以及臂組，該臂組可相對于框體移動且包括承載適于接觸待檢查的工件的觸頭的臂。特別地，臂組在介于由導(dǎo)電材料所制成的組件之間的參考機(jī)械止擋處與框體耦接，參考機(jī)械止擋限定一般為串聯(lián)的多對電觸點(diǎn)(該多對電觸點(diǎn)為電路的一部分)。
[0005]當(dāng)探針處于停留位置時(shí)，臂組在彈簧的推力下在所有的參考機(jī)械止擋處與框體耦接。電觸點(diǎn)的斷開和閉合是通過檢查(例如，跨越這些觸點(diǎn)的電阻的變化)而被檢測的。當(dāng)觸頭接觸工件時(shí)，相反于彈簧的推力的外力作用在臂組上，造成臂組在對應(yīng)至少一個(gè)觸點(diǎn)處相對于框體逐漸釋放。跨越一個(gè)或多個(gè)觸點(diǎn)的電阻值逐漸地增加，直到超過確定的閾值，從而產(chǎn)生指示探針移離停留位置的輸出信號，作為觸頭與待檢查的工件之間的接觸的結(jié)果。在接觸式探針中，為了使檢查為可重復(fù)并且可靠，重要的是，當(dāng)觸頭與工件之間的接觸停止時(shí)，探針回到其停留位置。
[0006]此需求亦也現(xiàn)在以下的探針中，其中，觸頭與工件之間的接觸是由不同種類的傳感器來檢測的，這些傳感器例如是壓電式傳感器或應(yīng)變計(jì)，其發(fā)出指示施加于探針的總力的信號。在此情況下，臂組和框體之間的耦接與相應(yīng)的電路可被用作輔助裝置以檢測觸頭與工件之間是否實(shí)際上有接觸，以及探針因此未處于停留位置或處于停留位置。更詳細(xì)地，由于傳感器并不一定能夠傳送關(guān)于系統(tǒng)的狀態(tài)的信息，且特別是關(guān)于臂組相對于框體的偏向的信息，因此例如緊接在信號的發(fā)送之后，該耦接及相關(guān)的電路可被使用來導(dǎo)出這種信息。此類型的探針在公開號為W02012055866的國際專利申請案中被描述。
[0007]在目前為止提到接觸式探針中，特別是用于重復(fù)地檢查的接觸式探針，在實(shí)踐中可能發(fā)生不正確地發(fā)出探針回到停留位置的信號的問題。特別地，隨著觸頭和工件之間的接觸停止，當(dāng)臂組在彈簧的推力下在參考機(jī)械止擋處再次耦接于框體時(shí)，由于所檢測到的對應(yīng)于至少一個(gè)觸點(diǎn)的電阻值并未回到低于所確定的閾值，因此停留位置可能不會被正確地恢復(fù)和/或被通知。
[0008]為了部分地解決此問題的電路和方法在公開號為EP0501681A1的歐洲專利申請案中被描述。該申請案涉及一種探針，其包括用于信號處理的電路，該電路包括有源部件(例如，晶體管)，以及一種用于檢查的方法，該方法包括清潔觸點(diǎn)的步驟。然而，此已知技術(shù)的主要缺點(diǎn)是:由于有源部件的切換時(shí)間和進(jìn)一步的清潔觸點(diǎn)的步驟所引起的延遲，因此探針的反應(yīng)時(shí)間增加，以及由于高電流可能會在電路中流動，因此觸點(diǎn)表面被損害的風(fēng)險(xiǎn)會增加。
[0009]更復(fù)雜的解決方案包括在探針不運(yùn)作時(shí)給予臂組的布置的指示。例如，根據(jù)在美國專利US5090131A中提出的解決方案，各個(gè)參考機(jī)械止擋均配備有應(yīng)變計(jì)(straingauge)，其在所有的方向上測量臂組相對于預(yù)定參考位置的偏移，使得這些偏移在隨后的檢查中被納入考慮。然而，這種已知的技術(shù)需要復(fù)雜的電路，其十分昂貴并且在多數(shù)的情況下較難制造。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于實(shí)現(xiàn)一種用于檢查工件的位置和/或尺寸的接觸式探針，以及一種用于處理信號的方法，該信號例如是在坐標(biāo)測量機(jī)(coordinate measuring machine)或機(jī)械工具中由適于檢查工件的位置或尺寸的接觸式探針?biāo)敵龅男盘?，該接觸式探針和方法免受先前所描述的不便，且同時(shí)可容易地且便宜地被執(zhí)行。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，此目的和其他目的是分別由根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)利要求8所述的接觸式探針和用于處理信號的方法(形成本說明書不可或缺的部分)來實(shí)現(xiàn)的。
[0012]通過以下對于本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式(僅通過非限制性示例的方式給出)的詳細(xì)說明并參考附圖，本發(fā)明的目的及優(yōu)點(diǎn)將變得清楚。
【附圖說明】
[0013]現(xiàn)參考附圖(僅通過非限制性示例的方式給出)來對本發(fā)明進(jìn)行描述，其中:
[0014]圖1是根據(jù)本發(fā)明的接觸式探針的縱剖面示意圖；
[0015]圖2以示意性的方式顯示了根據(jù)本發(fā)明的接觸式探針的組件的放大縱剖面；
[0016]圖3是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的接觸式探針中的信號處理系統(tǒng)的示意性電路框圖；
[0017]圖4是在該處理系統(tǒng)中的信號調(diào)節(jié)單元的示意性電路框圖；
[0018]圖5是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的接觸式探針中的信號處理系統(tǒng)的示意性電路框圖；以及
[0019]圖6顯示由根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的處理電子設(shè)備來執(zhí)行的有限狀態(tài)機(jī)(finite state machine)。
【具體實(shí)施方式】
[0020]圖1以示意性的方式顯示了用于檢查工件20的位置和/或尺寸的接觸式探針100的剖面。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，探針100包括，例如，限定縱軸A的支承與保護(hù)結(jié)構(gòu)或框體2，以及可相對于框體2移動且部分地容納在框體2中的臂組3。臂組3包括承載觸頭(feeler) 5的臂4，觸頭5適于接觸要被檢查的工件20。具有壓縮彈簧8的推進(jìn)裝置被放置在框體2和臂組3之間，且將臂組3壓靠框體2的停留與定位區(qū)域7。
[0021]限制與定位系統(tǒng)在停留與定位區(qū)域7被布置在臂組3和框體2之間。限制與定位系統(tǒng)包括具有參考機(jī)械止擋10的停留系統(tǒng)，參考機(jī)械止擋10由臂組3的機(jī)械組件和框體2的機(jī)械組件的配合限定，其理想地被布置成圓形的方式且彼此的距離相等。例如，停留系統(tǒng)可以是等壓平衡的(isostatic)且具有三個(gè)參考機(jī)械止擋10，每一個(gè)參考機(jī)械止擋10均由固定到框體2且適于限定V形座的兩個(gè)球體12 (在圖1中僅可看見一個(gè)球體)，并由作為臂組3的一部分的具有圓柱形狀的徑向組件11限定。球體12和徑向組件11完全地由導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料所制成，或至少部分地被導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料覆蓋，該導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料的一般特征是其在給定值范圍內(nèi)的預(yù)定電導(dǎo)率。每個(gè)徑向組件11可在理想的點(diǎn)區(qū)域或觸點(diǎn)13 (例如電觸點(diǎn))(圖2)獨(dú)立地與兩個(gè)球體12中的每一個(gè)相配合。
[0022]在停留與定位區(qū)域7處，探針100亦包括獨(dú)立于觸點(diǎn)13的檢測系統(tǒng)15，其包括，例如，連接于框體2且大體配置在垂直于縱軸A的平面上的至少一個(gè)層狀壓電式組件或傳感器。層狀壓電式傳感器具有將其所遭受的壓縮或解壓縮事件轉(zhuǎn)換為電子信號的能力，該電子信號指示其所經(jīng)受的力的變化。具有層狀壓電式傳感器的檢測系統(tǒng)15將控制信號傳送到處理電路30，控制信號本身已知的方式被處理及使用，以用于檢測上述的工件20的位置和/或尺寸。在已經(jīng)引用的公開號為W02012055866的國際專利申請案中描述了有關(guān)于具有層狀壓電式傳感器的接觸式探針的更多細(xì)節(jié)。
[0023]處理電子設(shè)備位于支承結(jié)構(gòu)2內(nèi)，且包括處理電路30。球體12和檢測系統(tǒng)15均借助電