[发明专利]具有复用位置信号的测量装置

摘要

提供一种在三轴上响应的扫描探针，以用于坐标测量机。扫描探针利用复用技术以产生X、Y和Z位置信号。X和Y位置信号表示触针联接部分围绕旋转中心的旋转，且Z位置信号表示触针联接部分沿着轴向方向的位置。Z位置信号对轴向检测偏转器在横向于轴向方向的至少一个方向上的运动基本上不敏感。X、Y和Z位置信号可以被处理，以确定触针的接触部分的3D位置，其可以包括利用Z位置信号结合扫描探针的已知三角学，从X或Y位置信号中的至少一个移除轴向运动交叉耦合分量。

主权项

1.一种用于与坐标测量机一起使用的扫描探针，所述扫描探针包括：外壳；触针悬挂部分，包括：触针联接部分，其配置为刚性地联接至触针，所述触针具有触针接触部分；以及触针运动机构，其联接至所述外壳，并且包括：轴向运动机构，其配置为实现所述触针联接部分的轴向运动以在轴向方向上移动所述触针接触部分；以及旋转运动机构，其配置为实现所述触针联接部分围绕旋转中心的旋转运动，以借助于所述旋转运动而在与所述轴向方向近似垂直的方向上移动所述触针接触部分，其中所述旋转运动机构的弯曲元件用于提供所述旋转中心；以及触针位置检测部分，包括：包括可控的旋转检测光源和可控的轴向检测光源的光源配置，所述可控的旋转检测光源配置为提供旋转检测光束，且所述可控的轴向检测光源配置为提供轴向检测光束；多点位置检测器部分；复用信号处理和控制电路；旋转位置检测配置，包括：旋转位置检测光束路径，配置为接收来自所述可控的旋转检测光源的所述旋转检测光束；以及旋转检测偏转器，其包括沿着所述旋转位置检测光束路径的一部分定位的凹面镜，所述旋转位置检测光束路径沿着所述轴向方向延伸且刚性地联接至所述触针联接部分，且所述凹面镜的光轴在所述轴向方向上取向，其中所述触针联接部分围绕所述旋转中心的旋转运动使所述凹面镜横向于其光轴移动，且由此所述凹面镜向所述多点位置检测器部分输出可变偏转旋转检测光束；以及轴向位置检测配置，包括：轴向检测光束路径，配置接收来自所述可控的轴向检测光源的所述轴向检测光束；以及轴向检测偏转器，其包括沿着所述轴向检测光束路径的一部分定位的透镜，所述轴向检测光束路径横向于所述轴向方向延伸且刚性地联接至所述触针联接部分，且所述透镜的光轴在横向于所述轴向方向的方向上取向，其中所述轴向检测偏转器配置为响应于所述触针联接部分的轴向运动而在所述轴向方向上移动，由此所述透镜向所述多点位置检测器部分输出可变偏转轴向检测光束，且其中所述轴向检测偏转器还配置为响应于所述旋转运动在横向于所述轴向方向的至少一个方向移动；其中：所述多点位置检测器部分刚性地联接至所述外壳且配置为接收所述可变偏转旋转检测光束，并且通过所述可变偏转轴向检测光束响应于形成在其上的旋转检测点的位置而输出X和Y位置信号，其中所述X和Y位置信号表示所述触针联接部分围绕所述旋转中心的旋转，且所述多点位置检测器部分还配置为接收所述可变偏转轴向检测光束，并且通过所述可变偏转旋转检测光束响应于形成在其上的点的位置而输出表示所述触针联接部分关于所述轴向方向的位置的Z位置信号；所述复用信号处理和控制电路配置为将所述可变偏转旋转检测光束和所述可变偏转轴向检测光束复用到所述多点位置检测器部分上，并且提供解复用，以使所述X和Y位置信号与所述Z位置信号分离；以及所述触针位置检测部分配置为使得所述Z位置信号对所述轴向检测偏转器在横向于所述轴向方向的所述至少一个方向上的运动基本上不敏感。