[发明专利]接触感测探头

权利要求书

1.一种接触感测探头装置，包括触针、以机械方式安装到所述触针上的换能器、将交流电提供给所述换能器以便引发所述触针振动的振荡器以及用于监测施加到所述换能器上的电压和流到所述换能器的电流之间的相位差的接触传感器，其中，所述振荡器在接触感测期间向所述换能器提供第一频率的交流电，其特征在于，选择所述第一频率以便引起机械共振但是将该第一频率选择为偏离机械共振顶部的最大值，并且使得当所述触针接触表面时施加到换能器的电压和通过所述换能器的电流之间的相位差的变化最大化。

2.根据权利要求1所述的装置，包括频率调节器，用于执行建立程序以确定所述第一频率，所述频率调节器设置为控制所述振荡器，从而改变施加到所述换能器上的交流电的频率。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述频率调节器设置为分析施加到换能器的电压和通过所述换能器的电流之间的相位差，所述相位差为频率的函数，所述第一频率选择为等于与相对于所述触针的频率特性的相位差的局部梯度中的绝对最大值对应的频率。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一频率选择为等于与相对于频率特性的相位差中正局部梯度和负局部梯度中的至少一个对应的频率。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述频率调节器设置为在第一频率范围上执行初始频率扫描。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述频率调节器设置为在第二频率范围上执行微调频率扫描，所述第二频率范围比所述第一频率范围窄。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述微调频率扫描的第二频率范围包含前面所确定的第一频率。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述接触传感器设置为将施加到换能器上的电压与通过所述换能器的电流之间的相位差与阈值相位差进行比较。 

9.根据权利要求8所述的装置，包括接触信号线，所述接触信号线能够在施加到换能器上的电压与通过所述换能器的电流之间的相位差降至所述阈值相位差以下的任何时候可用。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述换能器包括至少一层压电材料。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述换能器包括压电堆叠，所述压电堆叠包括至少两层压电材料。

12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一频率大于15KHz。

13.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一频率小于35KHz。

14.根据权利要求1所述的装置，包括可释放地进行安装的触针。

15.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述触针的轴具有中空芯。

16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，块状物保持在所述中空芯中。

17.根据前面任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述第一频率选择为与纵向触针共振模式相一致。

18.一种配置振动探头的方法，所述探头包括以机械方式连接到触针的换能器，所述方法包括以下步骤：

(i)将交流电施加到所述探头的换能器上以使所述触针发生振动，

(ii)监测施加到换能器上的电压和通过所述换能器的电流之间的相位差，以及

(iii)确定用于在接触感测操作期间驱动所述换能器的第一频率，

其特征在于，所述步骤(iii)包括确定引起机械共振但偏离机械共振顶部中的最大值的第一频率，所述第一频率使得当所述触针接触物体时施加到换能器上的电压与通过所述换能器的电流之间的相位差中的变化最大化。

19.根据权利要求18所述的装置，包括步骤(iv)操作振动探头以便检测其与表面的接触，其中，所述第一频率的交流驱动信号在所述操作期间被施加到所述换能器上。