[发明专利]包括数字信号通信的用于坐标测量机的触控探针

说明书

紧凑型CMM触控探针可以包括：内部数字处理、稳压电源电路、触发信号生成电路、被限制为两个电连接的接口连接器以及差分信号配置，其通过所述两个连接输入和输出叠加到来自CMM与其连接的CMM供电电压上的输入和输出差分数字通信信号(包括触摸触发信号)。专用电源隔离电路被配置为结合各种探针部件和操作参数，以将稳压电源电路耦合到两个连接处的CMM供电电压，同时将其与加载与所述两个连接交流耦合的差分数字信号隔离。所述差分数字信号通常包括在各个独立的时段期间内的触摸触发信号以及断续(intermittent)控制信号和数据信号。在各种实施例中，使用DC平衡编码方案对至少大部分差分数字信号进行格式化。

技术领域

本公开涉及精密计量学，尤其涉及用于坐标测量系统的触控探针(touch probe)。

背景技术

例如一维或三维测量系统的某些坐标测量系统，如坐标测量机(CMM)，可以使用被配置为检测触控探针的触针(stylus)何时接触工件的触控探针，来获得工件的测量。触控探针使用各类位移传感器来感测触控探针触针的偏转，以指示其已经接触到了工件。

美国专利5,526,576('576专利)描述了一种使用触控探针的示例性现有技术CMM，在此通过引用将其全部内容并入本文。'576专利公开了一种移动机构，包括用于移动触控探针的多个驱动器、包括CANBUS数字通信系统等的相关电子系统以及与触控探针中(或来自其)的信号处理相关联的特征。美国专利4,817,362('362专利)描述了一种机械接触式触控探针，其包括仅使用双线在主机和探针之间的双向通信，在此通过引用将其全部内容并入本文。在'362专利中，接触工件会引起探针内的电路中的电流变化，其由主机上的电流感测电路感测。通过改变供应到探针的电压，并基于所感测的供电电压在探针中启动不同的功能，实现从机器到探头的通信。

另一个示例性触控探针被公开在美国专利5,755,038('038专利)中，在此通过引用将其全部内容并入本文。'038专利公开了一种紧凑型触控探针，其包括对探针的触针偏转响应的三个应变计以及ASIC处理器，该ASIC处理器接收应变计信号，并产生“自动归零”触发信号，该“自动归零”触发信号通过同轴电连接器被输出到主机。

虽然在'576、'362和'038专利中公开的系统包括与触控探针中处理信号相关联的特性和/或在触控探针和主机之间使用有限数目的线来传递某些类型的操作参数和/或数据，但在实践中，这些特征伴随着不期望的权衡(tradeoff)。不利影响因素已经包括探针大小和/或到触控探针的线的数目和/或用于与现有主机硬件的使用或兼容性的相关“改造能力(retrofit ability)”。其他受影响的因素包括所传递的信号的有限鲁棒性和范围和/或易用性等。将期望改进后的系统和特征，其使触控探针能够传递额外的操作数据，而不增加不期望的权衡(例如，同时保持最小尺寸、易用性和改造能力)。

发明内容

提供此部分是为了以简化形式介绍概念的选择，这在下面的“具体实施方式”中被作进一步的描述。本部分并不是为了确定权利要求的主要特征，也不打算用来帮助确定权利要求的范围。

现有技术的触控探针配置，包括上面所示的那些，已被确定为具有各种不期望的特征组合。触控探针体当前所要求的性能水平和小型化通常会迫使在这些设备中组合的所有元件之间进行权衡，特别是在增加新特征或功能时。例如，触控探针内增加的信号处理和/或触控探针和主机之间增加的通信复杂性通常造成增加的尺寸、增加的到触控探针的线的数目和/或结合现有主机硬件而使用触控探针的受限的“改造能力”。阻碍对这些问题的改进的解决方案的一个因素是：已证明难以提供这样的配置来在紧凑配置(例如，在某些实现中为大约12-15毫米的直径或者大约是人类“小指”的大小)中实现类似的高精度测量(例如微米或亚微米级重复性)、内部信号处理和与外部设备的数字信号通信。