用于集成复杂电路的紧凑测量装置结构的制作方法

本公开涉及精确计量，更具体地涉及与坐标测量机一起使用的探针的紧凑结构。

背景技术：

坐标测量机(cmm)可以获得被检查工件的测量。美国专利号8438746中描述的一种示例性现有技术cmm包括用于测量工件的探针、用于移动探针的移动机构以及用于控制移动的控制器，该专利在此全文引入作为参考。在美国专利号7652275中描述了一种包括表面扫描探针的cmm，该专利在此全文引入作为参考。如其中所公开的，机械接触探针或光学探针可以扫描整个工件表面。

在美国专利号6971183('183专利)中也描述了一种采用机械接触探针的cmm，该专利在此全文引入作为参考。其中公开的探针包括具有表面接触部分的触针、轴向运动机构和旋转运动机构。轴向运动机构包括移动构件，该移动构件允许接触部分在测量探针的中心轴线方向(也称为z方向或轴向方向)上移动。旋转运动机构包括允许接触部分垂直于z方向移动的旋转构件。轴向运动机构嵌套在旋转运动机构内部。接触部分位置和/或工件表面坐标是根据旋转构件的位移和轴向运动移动构件的轴向位移确定的。

在mcmurtry的美国专利号5755038中公开了一种示例性接触探针，该专利在此全文引入作为参考。mcmurtry公开了一种具有可释放地接合远端触针模块的接触探针主体或感测模块的接触探针。如最佳理解，mcmurtry公开了一种探针主体，该探针主体具有在三个支柱之间轴向延伸的中央弹性支撑的移动负载构件，该三个支柱包括围绕弹性支撑的移动负载构件的刚性支撑结构。包括asic信号处理器的印刷电路板围绕弹性支撑的负载构件安装在刚性支撑结构上。弹性支撑的移动负载构件基本上沿着感测模块的整个长度沿着其中心轴线延伸，并且在刚性支撑结构的上端附近连接至弹性膜片。三个柔性支柱将移动的负载构件连接到刚性支撑结构的下端。每个支柱包括连接至asic(专用集成电路)信号处理器的应变仪，以响应于负载构件相对于刚性支撑结构的运动而生成触发信号。将需要用于制造、组装和维修更经济并且能够将相对复杂的电路装配到相对紧凑的探针主体中的高精度探针结构。

技术实现要素：

提供本发明内容以简化形式介绍一些概念，这些概念将在下面的详细描述中进一步描述。该发明内容不旨在指出所要求保护的主题的关键特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

提供了一种紧凑的坐标测量机(cmm)探针结构，用于将复杂的电路集成到cmm探针中。cmm探针结构包括触针位置检测部分、触针悬架部分和电路板组件。触针位置检测部分包括对准框架和以固定关系安装到对准框架的光学感测结构。光学感测结构至少包括第一光源和第一位置敏感检测器。对准框架和光学感测结构构造成至少部分地围绕内部光束路径空间，并在触针位置检测部分的远端中提供开口以提供对内部光束路径空间的介入。

触针悬架部分布置成靠近触针位置检测部分的远端。触针悬架部分包括：悬架框架、触针联接部分、触针运动机构和第一位置指示元件。悬架框架以固定关系连结到触针位置检测部分。触针联接部分构造成刚性地联接到触针。触针运动机构附接到悬架框架和触针联接部分，并且构造成使得触针联接部分能够相对于悬架框架运动。第一位置指示元件相对于触针联接部分固定并与触针联接部分一起移动。另外，第一位置指示元件布置成沿第一源光路接收来自光源的光，并沿第一测量光路向第一位置敏感检测器输出第一测量光束，其中第一测量光束根据第一位置指示元件的相应运动而移动。

电路板组件包括刚性-柔性电路元件和三维载体框架。刚性-柔性电路元件包括一组板部分，所述一组板部分包括至少四个板部分，所述至少四个板部分由一组弯曲部分连接，所述一组弯曲部分包括具有相应弯曲轴线的至少三个挠性弯曲部分。在各种实施方式中，当刚性-柔性电路元件为大致平面展开形式时，弯曲部分中的至少两个的弯曲轴线在它们之间形成60度到120度的角度。三维载体框架包括与所述一组板部分中的至少两个板部分配合的一组支撑表面。刚性-柔性电路元件配置为在弯曲部分处弯折以将至少两个板部分定位为靠近载体框架上的相应支撑表面。至少两个板部分构造成与载体框架上的相应支撑表面连结。另外，电路板组件构造成至少部分地围绕大部分触针位置检测部分，并通过相对于对准框架固定的载体框架与之连接。

附图说明

图1是示出测量系统的各种典型部件的图，该测量系统包括利用诸如本文公开的扫描探针的cmm；

图2是示出与cmm联接并提供位置信号的扫描探针的各种元件的框图；

图3a和3b是示出了联接到触针的触针悬架部分和用于检测触针悬架部分的位置的触针位置检测部分的示例性实施方式的横截面的图；

图4a至4c是表示触针位置检测部分和载体框架部的图；

图5a至5c是示出处于大致平面展开形式的刚性-柔性电路元件的图；

图6a和6b是示出图5a至5c的刚性-柔性电路元件的弯折形式的图，其围绕图4a至4c的载体框架和触针位置检测部分附接；

图7是示出包括与对准框架联接的悬架框架的触针悬架部分的示例性实施方式的横截面的图；以及

图8是示出用于组装与cmm一起使用的扫描探针的方法的一个示例性实施方式的流程图。

具体实施方式

图1是示出测量系统100的各种典型部件的图，该测量系统包括利用诸如本文公开的扫描探针300的cmm200。测量系统100包括操作单元110、控制cmm200的运动的运动控制器115、主计算机120和cmm200。操作单元110联接到运动控制器115，并且可以包括用于手动操作cmm200的操纵杆111。主计算机120联接到运动控制器115，并且操作cmm200和处理工件w的测量数据。主计算机120包括用于输入例如测量条件的输入装置125(例如键盘等)以及用于输出例如测量结果的输出装置130(例如显示器、打印机等)。

cmm200包括位于表面板210上的驱动机构220和用于将扫描探针300附接到驱动机构220的保持元件224。驱动机构220包括x轴、y轴和z轴滑动机构222、221和223，分别用于三维移动扫描探针300。附接到扫描探针300的端部的触针306包括接触部分348。如将在下面更详细地描述，触针306附接到扫描探针300的触针悬架部分，其在接触部分348沿着工件w的表面上的测量路径移动时允许接触部分348在多个方向上自由地改变其位置。

应当理解，以高速操作可能需要在扫描探针300和主计算机系统120之间双向传输大量数据。在某些情况下，数据传输要求可能会限制进行此类测量的速度。如果由扫描探针300产生的至少一些数据在扫描探针300处被处理以减少必须被传输到计算机系统120的数据量将是有益的。然而，在高速操作期间，扫描探针300可能会非常迅速地加速。这些高加速度，加上信号处理电子设备的质量增加以及与去除扫描探针300中的材料以适应增加的电子设备相关的结构刚度降低，以前已经限制了将更全面的信号处理系统集成到cmm“集成”扫描探针300中的能力，同时保留了其他所需的特性(例如足够的机械刚度、经济的组装等)。下面描述包括克服这些问题并提供特定优点的特征的组合的实施方式。

图2是示出联接到cmm200并提供位置信号的扫描探针300的各种元件的框图。如上所述，扫描探针(probe)300通过保持元件224联接到cmm200。扫描探针300包括探针主体302(例如包括壳体等)，该探针主体302包括触针(stylus)悬架部分307、触针位置检测部分311以及本地信号处理和控制电路与例程部分380。触针悬架部分307包括触针联接部分342和触针运动机构309。触针联接部分342刚性地联接到触针306。触针运动机构309配置为使触针联接部分342和所附接触针306能够进行各种类型的运动。例如，在一实施方式中，触针运动机构309可以配置为使触针联接部分342和所附接触针306能够沿着轴向方向轴向运动，并使触针联接部分342和所附接触针306围绕旋转中心旋转运动。

触针位置检测部分311包括第一位置检测结构313和第二位置检测结构325。第一位置检测结构313输出第一组位置指示信号313'。在一特定示例实施方式中，第一组位置指示信号313'可以包括指示触针联接部分342的旋转位置的至少第一和第二旋转信号(例如x和y位置信号)。第二位置检测结构325输出第二组位置指示信号325'。在一特定示例实施方式中，第二组位置指示信号325'可以包括指示触针联接部分342沿轴向方向的轴向位置的轴向信号(例如z位置信号)。

本地信号处理和控制电路与例程部分380可以接收第一和第二组位置指示信号313'和325'。在各种实施方式中，本地信号处理和控制电路与例程部分380中的一些或全部部件/部分可以包括被在电路板组件中(例如被包括在电路板组件490的刚性-柔性电路元件491中，如下面关于图5a至5c更详细描述)。在各种实施方式中，本地信号处理和控制电路与例程部分380可以包括模拟放大器和处理部分381、本地电源部分382、探针识别部分383、探针信号处理部分384和输入/输出管理器部分385。

在各种实施方式中，模拟放大器和处理部分381可以包括放大器和/或放大和/或以其他方式处理第一和第二组位置指示信号313'和325'的其他部件。本地电源382(例如电池或其他本地电源和/或来自cmm的在电源和信号线389a和389b等上的电源连接等)可提供用于操作本地信号处理和控制电路与例程部分380的部件和/或用于扫描探针300的其他一般操作的电源。在各种实施方式中，探针识别部分383可以存储并提供识别数据和/或可以另外提供用于识别扫描探针300和/或相关部件的机构。在各种实施方式中，对扫描探针300和任何可互换部件的正确识别可以使得能够执行各种类型的功能。例如，适当的标识可以允许利用适当的配置和校准数据，以确保准确的操作(例如相对于处理位置指示信号313'和325')以及来自扫描探针300和任何可互换部件的所得测量结果。

在各种实施方式中，探针信号处理部分384可以提供和/或利用配置和校准数据，以对位置指示信号313'和325'执行某些处理。在各种实施方式中，输入/输出管理器部分385可以管理提供给/来自扫描探针300的信号(例如在电源和信号线389a和389b上)。例如，在各种实施方式中，一个或多个接收部分(例如在扫描探针300、cmm200、运动控制器115和/或主机计算机120等中)可接收信号(例如对应于第一和第二组位置指示信号313'和325'的原始或经处理的版本)，并且一个和一个或多个相关的处理部分(例如在扫描探针300、cmm200、运动控制器115和/或主计算机120等中)在接触部分沿着被测量的工件的表面移动时可以用来确定触针联接部分342和/或所附接触针306的接触部分的3d位置。

图3a和3b是示出扫描探针400的各种部件的横截面的图，该扫描探针400包括联接到触针406的触针悬架部分407和用于检测触针悬架部分407的位置的触针位置检测部分411的示例性实施方式。在共同待决且共同转让的美国专利公开号2017/0176170中描述了类似的触针悬架部分和触针位置检测部分的各种部件，该专利申请的全部内容通过引用合并于此(在下文中称为'170出版物)。应当理解，图3a和3b的某些编号的部件4xx可以对应于和/或具有与图2的相似编号的对应部件3xx相似的操作，并且可以通过类推理解，并且如以下另外描述。指示具有类似设计和/或功能的元件的该编号方案也应用于以下图4至7。

如将在下面更详细地描述，图3a的扫描探针400的cmm探针结构包括触针悬架部分407、触针位置检测部分411和电路板组件490。触针位置检测部分411包括对准框架(alignmentframe)437和以固定关系安装到对准框架437的光学感测结构438。如将在下面关于图3b更详细地描述，在各种实施方式中，光学感测结构438包括光源418和位置敏感检测器421和427。对准框架437和光学感测结构438构造成至少部分地围绕内部光束路径空间ibpv，并在触针位置检测部分411的远端de中提供开口opn以提供对内部光束路径空间ibpv的介入(例如参见图4a和4c)。电路板组件490包括刚性-柔性电路元件491和三维载体框架495，这将在下面相对于图4至7更详细地描述。

如图3a所示，触针悬架部分407布置成靠近触针位置检测部分411的远端de，并且包括悬架框架439、触针联接部分442、触针运动机构409和位置指示元件416和426。悬架框架439以固定关系连接到触针位置检测部分411。在各种实施方式中，悬架框架439可以使用可旋转调节的夹紧装置安装到对准框架437。例如，在一实施方式中，可以首先在对准框架437内对准、调节和/或校准联接至对准框架437的部件。此后，悬架框架439可以附接到对准框架437，为此，可以调节联接到悬架框架439的部件(例如位置指示元件416和426)相对于联接到对准框架437的部件(例如光源418、位置敏感检测器421和427、相应的光路等)的对准。例如，悬架框架439相对于对准框架437的取向可以是可旋转调节的，以便在通过夹紧装置(例如利用v形凹槽和紧定螺钉)或其他类型装置相对于彼此固定位置之前适当地对准所附接的部件。

在各种实施方式中，触针联接部分442构造成刚性地联接至触针406，其具有用于接触工件w(未示出)的表面s的接触部分448。触针运动机构409附接到悬架框架439和触针联接部分442，并且构造成使得触针联接部分442和所附接触针406能够相对于悬架框架439运动，使得接触部分448可以沿着表面s的形状更改其位置。在一特定示例实施方式中，触针运动机构409配置为使得触针联接部分442和所附接触针406能够轴向运动和旋转运动，使得接触部分448可以沿表面s的形状在三个方向上更改其位置。为了说明的目的，将图3a中的纸平面上的竖直和水平方向分别定义为z方向和y方向，并且将与纸平面垂直的方向定义为x方向。在该图中，测量探针300的中心轴线o的方向(例如轴向方向ad)与z方向重合。

位置指示元件416和426相对于触针联接部分442固定并且随触针联接部分442一起移动。如下面将参照图3b更详细地描述，第一位置指示元件416布置成沿第一源光路423接收来自光源418的光，并沿着第一测量光路423'向第一位置敏感检测器421输出第一测量光束，其中第一测量光束根据第一位置指示元件416的相应运动而移动。第二位置指示元件426布置成沿第二源光路429接收来自光源418的光，并沿第二测量光路429'向第二位置敏感检测器427输出第二测量光束，其中第二测量光束根据第二位置指示元件426的相应运动而移动。

如将在下面关于图3b更详细地描述，在各种实施方式中，来自位置敏感检测器421的位置指示信号与来自位置敏感检测器427的位置指示信号相结合来指示触针联接部分442相对于对准框架437和悬架框架439的位置。在各种实施方式中，位置指示元件416是旋转检测偏转器，而位置指示元件426是轴向检测偏转器。在各种实施方式中，第一位置指示元件416和第二位置指示元件426彼此刚性地联接并且与触针联接部分442刚性地联接，并且定位在内部光束路径空间ibpv内。

如图3a所示，触针运动机构409可包括移动构件412、旋转构件436、联接至悬架框架439以用于支撑并实现旋转构件436的旋转运动的挠性元件440、以及挠性元件414和415(即称为第一挠性元件)，其支撑移动构件412并将其联接到旋转构件436以实现移动构件412的轴向运动。挠性元件440(即称为第二挠性元件)可以在轴向方向o上设置在一对挠性元件414和415(即称为第一挠性元件)的相应平面之间。旋转构件436可以具有关于第二挠性元件440对称的形状，并且可以一体地包括：两个环部分436a；两个连接部分436b；圆柱部分436c。第一挠性元件414和415的外围部分固定到环部分436a。连接部分436b在环部分436a的内部延伸，以便连接到具有中空中心的圆柱部分436c。第一挠性元件414和415可以相对于第二挠性元件440以对称距离设置，尽管这样的实施例仅是示例性的而不是限制性的。

包括移动构件412的轴向运动机构410被支撑在旋转构件436的内部，并且旋转构件436和轴向运动机构410一起构成作为触针运动机构409的一部分的运动模块。轴向运动机构410允许接触部分448在轴向方向o上移动。包括旋转构件436的旋转运动机构434允许触针406的接触部分448通过围绕旋转中心rc的旋转运动而横向于(例如大致垂直于)轴向方向o移动。如将在下面参考图3b更详细地描述，光学感测结构438用于确定触针触针406的接触部分448和/或运动机构409的位置和/或运动。

移动构件412一体地包括：下部412a；杆部412b；和上部412c。支架432用于将位置指示元件416(例如曲面镜)和位置指示元件426(例如透镜)刚性地附接到上部412c。杆部412b设置在一对第一挠性元件414和415之间。杆部412b容纳在旋转构件436中。

下部412a形成在杆部412b的下方，并且触针联接部分442(例如凸缘构件)附接到下部412a。提供凸缘部分444以用于触针406的附接。凸缘部分444和触针联接部分442可以一起构成可拆卸的联接机构(例如已知类型的运动接头或联接)，其允许以可重复的定位(例如在撞落触针的碰撞的情况下，或者当故意改变触针时等)在各种触针406和触针联接部分442之间进行附接和拆卸。

如将在下面相对于图5a至5c更详细地描述，扫描探针400还包括具有刚性-柔性电路元件491和载体框架495的电路板组件490。关于在图3a中示出的刚性-柔性电路元件491的部分，示出了内部板部分ibp1连接到光源418。在内部板部分ibp1上方的是内部板部分ibp4、中间板部分mbp1和外部板部分ebp6，所有都处于大致堆叠的配置。在图3a的截面图中，在左侧示出了外部板部分ebp2，在右侧示出了外部板部分ebp4，其通过弯曲部分bd6连接到内部板部分ibp4。另外，内部板部分ibp2示出为连接到位置敏感检测器421，并且内部板部分ibp3示出为连接到位置敏感检测器427。如下面将更详细描述，刚性-柔性电路元件491的各种板部分bp(例如下面描述的内部和外部板部分ibp和ebp)可以包括各种电路部分和其他元件(例如，诸如图2的本地信号处理和控制电路与例程380的元件)。例如，内部板部分ibp2和ibp3可以包括放大器(例如作为图2的模拟放大器和处理部分381的一部分)，用于分别放大来自位置敏感检测器421和427的位置指示信号。

图3b是示出图3a的触针位置检测部分411的光学感测结构438的图。如以上关于图3a所描述，除非另外指出，否则光学感测结构438的各种部件可以相对于对准框架437固定。光学感测结构438包括光源结构417、分束器420、引导部分435以及位置敏感检测器421和427。如图所示，光源结构417包括光源418(例如led光源)，并且在一些实施例中(例如使用准直透镜418')可以配置为提供准直或接近准直的光束419。分束器420(例如偏振分束器)沿着源光路(sourcelightpath)423和429接收光束419并将其分成一些源光束(sourcelight)。在替代实施方式中，可以利用包括多个光源的光源结构，并且为此可能不需要分束器将光分成多个路径。

位置敏感检测器421包括具有表面平面的光电检测器422。在示出的实施方式中，通过分束器420透射的光束沿着轴向方向沿着源光路423行进到其被反射的位置指示元件416。如图所示，光束由凹入位置指示元件416沿着测量光路423'反射，以朝着分束器420(其可以是偏振分束器)的分束表面返回，其沿着与光轴横向的方向将至少一部分光反射到光电检测器422的表面上的一位置，该光电检测器可以是已知类型的，其分别提供与沿x轴方向和y轴方向的光斑位置有关的信号。

当分束器420是偏振分束器时，四分之一波片433可以沿着分束表面和位置指示元件416之间的源光路的一部分定位。四分之一波片433根据已知方法将来自分束器的线性偏振变为圆偏振。从位置指示元件416反射的光束通过四分之一波片433返回并再次变为线性偏振，具有旋转的偏振，使得偏振分束器420将全部或大部分的光向光检测器422反射。这种偏振分束器结构可将光源418与反射光隔离开，并且与非偏振分束器结构相比，显著提高了触针位置检测功率效率。

如图所示，位置敏感检测器427包括光电检测器428，该光电检测器428的表面平面可以大致平行于光电检测器422的表面平面。在所示的实施方式中，被分束的光束沿着源光路429从分束器420被反射为经过引导部分435(例如顶或二面棱镜结构)并朝向且经过位置指示元件426(例如圆形透镜或圆柱透镜)。位置指示元件426定位为使其光轴沿着源光路429的横向于轴向方向取向的部分延伸，并且其将沿着测量光路429'的透射光束朝向光电检测器428的表面平面上的一位置引导，该光电检测器可以是已知类型的，其提供与沿z轴方向的光斑位置有关的信号。

位置指示元件426联接到触针悬架部分的移动构件(例如先前参考图3a描述的移动构件412)。在一实施方式中，位置指示元件426和位置指示元件416均附接到支架432，支架432联接到移动构件。移动构件的轴向运动使位置指示元件426沿横向于其光轴并横向于源光路429的轴向方向(例如大致沿z轴方向)移动。该平移使位置指示元件426相对于输入源光路429重新定位。位置指示元件426的透镜形状使得，透射光根据与偏转器426的光轴相距的距离而使测量光路429'折射或偏转。因此，所得的光斑在光电检测器428上的位置能指示出位置指示元件426和其附接至的移动构件412的轴向运动。

类似地，移动构件412的旋转运动使位置指示元件416横向于其光轴并且横向于源光路423(例如横向于z轴方向)移动。该平移使位置指示元件416相对于输入源光路423重新定位。位置指示元件416的凹表面使反射光根据与位置指示元件416的光轴相距的距离而偏转测量光路423'。因此，所得光斑在光电检测器422上的位置能指示出位置指示元件416和其所附接的移动构件412的旋转运动。在各种实施方式中，位置指示元件416的凹表面可以成形为为由光电检测器422检测到的反射光提供期望的“偏转关系”。这种配置可以具有各种优点(例如允许光电检测器422的小型化，允许使用更大范围的具有不同长度的触针等)。

各种三角和/或其他方程式可用于确定/表示光电探测器422和428上的所得光斑的运动与位置指示元件416和426的旋转和轴向运动之间的相关性，如在先前并入的'170出版物中更详细地描述。在各种实施方式中，来自光电检测器422的位置指示信号与来自光电检测器428的位置指示信号组合从而指示移动构件412和所附接的触针联接部分442的位置(例如相对于对准框架437、悬架框架439等)。

在各种实施方式中，位置指示元件416和426之一或两者可以配置成通过触针位置检测部分411的远端de(例如参见图4a和4c)中的开口opn延伸到内部光束路径空间ibpv中。关于这种配置，源光路423和429之一或两者以及相应的测量光路423'和429'之一或两者可以完全包含在内部光束路径空间ibpv中。在一些实施方式中，位置指示元件416和426之一或两者可以位于内部光束路径空间ibpv的外部。在这种配置中，源光路423和429之一或两者以及相应的测量光路423'和429'之一或两者可以延伸穿过触针位置检测部分411的远端de中的开口opn。

图4a至4c是示出了触针位置检测部分411和载体框架部495a的图。如图4a所示，触针位置检测部分411包括对准框架437和以固定关系安装到对准框架437的光学感测结构438。更具体地，对准框架437包括用于安装光学感测结构438(例如以上关于图3b所述)的部件的表面。例如，光源418、分束器420、位置敏感检测器421和427以及引导部分435(例如顶或二面棱镜结构)可以全部以固定关系安装到对准框架437。对准框架437和光学感测结构438配置为至少部分地围绕内部光束路径空间ibpv，并且在触针位置检测部分411的远端de中设置开口opn以提供对内部光束路径空间ibpv的介入。

如将在下面更详细地描述，在各种实施方式中，图4a的对准框架437可以相对于图4b的载体框架部495a附接或以其他方式固定(例如图4c的构造所示)。在将载体框架部495a附接到对准框架437之前，会期望联接到对准框架437的部件(例如光学感测结构438的部件)最初在对准框架437内安装、对准、调节和/或校准。更具体地讲，会期望最初让对准框架437的内部/外部和所附接的部件存在间隔并可操作，以用于安装、对准、调节、校准等，没有载体框架部495a的部件以这种方式或以其他方式附接。此后，载体框架部495a可以附接到对准框架437，如将在下面关于图4c更详细地描述。

如图4b所示，载体框架部495a在载体框架部495a的侧面sd1-sd4上包括各种支撑表面sr(例如刚性-柔性电路元件491的各种板部分bp可以与之配合)。关于图4b所示的视图，在侧面sd1上示出了支撑表面sr1，并且在侧面sd2上示出了支撑表面sr2和sr5。如将在下面关于图5-6更详细地描述，在组装期间，可以将外部板部分ebp1配合到支撑表面sr1，可以将外部板部分ebp2配合到支撑表面sr2，并且可以将外部板部分ebp5配合到支撑表面sr5。在各种实施方式中，载体框架495的侧面sd3和sd4可以包括附加的支撑表面(例如在图4b的视图中不可见的支撑表面sr3和sr4)，外部板部分ebp3和ebp4可以分别与之配合。

如图4b所示，支撑表面sr1和sr2分别包括切口部分cp1和cp2。如下面将参考图5-6更加详细地描述，至少一些板部分(例如板部分ebp1和ebp2)可以包括位于板部分的外侧上的至少一个电子部件和位于板部分的内侧上的至少一个电子部件。当板部分配合到相应的支撑表面时，板部分的内侧上的电子部件可以延伸穿过相应的切口部分。

在各种实施方式中，载体框架495可被制成为包括附加的载体框架部，其作为组装过程的一部分被添加到载体框架部495a。例如，如下面将参照图6b更详细地描述，可以在连续的层中将附加的载体框架部495b和495c添加到载体框架部495a的顶部tp上。这种附加的载体框架部495b和495c可以包括支撑表面tsr1和tsr2，所述支撑表面横向于z轴取向并且对也可以横向于z轴取向的板部分进行支撑。作为横向于z轴取向的板部分bp的另一示例，作为组装过程的一部分，板部分可以安装并附接到光源418，从而由触针位置检测部分411的上表面支撑。

在各种实施方式中，载体框架部495a可以包括圆形的弯曲轴线支撑区域basr。例如，在侧面sd1和sd2之间的过渡处示出了圆形的弯曲轴线支撑区域basr2，并且相应地位于支撑表面sr1和sr2之间的过渡处。作为另外的示例，分别在侧面sd4和sd1以及sd2和sd3之间的过渡处类似地示出了圆形的弯曲轴线支撑区域basr1和basr3。如将在下面关于图5-6更详细地描述，当刚性-柔性电路元件491在弯曲部分bd处弯折以将至少一些板部分bp定位成接近载体框架495上的相应支撑表面sr时，刚性-柔性电路元件491的相应弯曲部分bd可定位成接近相应的圆形弯曲轴线支撑区域basr(例如可绕其弯曲)。

图4c是包括与图4b的载体框架部495a附接的图4a的对准框架437的触针位置检测部分411的图。如将在下面关于图5-6更加详细地描述，在各种实施方式中，电路板组件490配置为至少部分地围绕大部分触针位置检测部分411，并通过相对于对准框架437固定的载体框架495与之连接。如上所述，在一实施方式中，各种部件(例如光学感测结构438的部件)可以在载体框架部495a被附接之前在对准框架437内安装、对准、调节和/或校准等。如将在下面关于图5-6更加详细地描述，在各种实施方式中，刚性-柔性电路元件491可以在将载体框架部495a附接到对准框架437之前或之后附接到载体框架部495a。在各种实施方式中，附加的载体框架部495b和495c也可以附接至载体框架部495a以在将载体框架部495a附接至对准框架437之前或之后形成载体框架495。在各种实施方式中，当将载体框架495附接到对准框架437时，载体框架495的一个或多个支撑表面sr可邻接对准框架437的一个或多个表面。

在各种实施方式中，载体框架495可以由不与刚性-柔性电路元件491上的导电元件或其他元件电联接的电绝缘材料构成，从而避免电短路和其他相关问题。另外，载体框架495还可包括整体间隔件或绝缘肋中的至少一个，其将金属壳体(例如作为图2的探针主体302的外部的一部分所包括的外壳)引导到cmm探针结构上的在其组装过程中的适当位置，并防止刚性-柔性电路元件491上的任何未接地导电元件与已组装的金属壳体之间的接触。作为另一示例，在图4a-4c和图6a所示的实施方式中，载体框架部495a、495b和495c可以用作整体间隔件，并且载体框架部495a的一部分可以用作绝缘肋485。

图5a至5c是示出处于大致平面展开形式pln的刚性-柔性电路元件491的图。如图所示，刚性-柔性电路元件491包括一组板部分492，该板部分包括由一组弯曲部分493连接的单个板部分bp，该组弯曲部分493包括具有相应弯曲轴线ba的单个挠性弯曲部分bd。更具体地，这组板部分492包括外部板部分ebp1-ebp6、中间板部mbp1以及内部板部分ibp1-ibp4。该组弯曲部分493包括具有相应弯曲轴线ba1-ba11的弯曲部分bd1-bd11。

如以上关于图4b和4c所述，载体框架495包括一组支撑表面sr，该支撑表面sr与该组板部分492中的至少一些板部分bp配合。如下面将更详细描述，刚性-柔性电路元件491配置为在弯曲部分bd处弯折以将至少一些板部分bp定位成靠近载体框架495上的相应支撑表面sr。在各种实施方式中，至少一些板部分bp配置为结合到载体框架495上的相应支撑表面sr(例如通过保持元件、连结等中的一个或多个)。在各种实施方式中，载体框架495可以包括板部分保持元件re(例如用于联接到板部分上的相应保持元件re，比如凸片的凹槽部分)，其捕获并保持板部分bp接近载体框架495上的相应支撑表面sr。

在各种实施方式中，当刚性-柔性电路元件491为大致平面展开形式pln(例如图5a-5c所示)时，至少一些弯曲部分bd的弯曲轴线ba可以在它们之间形成60度到120度的角度(例如在一些配置中，至少一些弯曲轴线ba可以彼此大致正交)。在图5a-5c的示例配置中，弯曲轴线ba2、ba3、ba5、ba7、ba8、ba10和ba11都彼此大致平行，并且都与弯曲轴线ba4、ba6、ba7'、ba8'和ba9大致正交。

在各种实施方式中，一组板部分492包括至少一个内部板部分ibp和至少一个外部板部分ebp，并且当刚性-柔性电路元件491在弯曲部分bd处弯折时，至少一个内部板部分ibp定位为接近载体框架495上的相应支撑表面sr，并且至少一个内板部分ibp和至少一个外板部分ebp定位成彼此大致平行，并且沿大致垂直于至少一个外部板部分ebp以及至少一个内部板部分ibp和载体框架495上的相应支撑表面sr的方向至少部分地彼此重叠。例如，如下面将参照图6a更详细地描述，当刚性-柔性电路元件491在弯曲部分bd处弯折时，内部板部分ibp4和外部板部分ebp6可以满足这样的标准。作为另一示例，当刚性-柔性电路元件491在弯曲部分bd处弯折时，内部板部分ibp2和ibp3以及外部板部分ebp4也可以满足这样的标准。

在各种实施方式中，一组板部分492包括至少一个连接器板部分bp，其电连接至固定至对准框架437的至少一个电子部件。例如，内部板部分ibp1可被指定为电连接到与对准框架437固定的光源418的连接器板部分。作为另一示例，内部板部分ibp2和ibp3可被指定为分别电连接到与对准框架437固定的位置敏感检测器421和427的连接器板部分，为此，连接器板部分ibp2和ibp3可以包括信号放大器，该信号放大器放大来自位置敏感检测器421和427的输出。在各种实施方式中，刚性-柔性电路元件491包括连接元件，其配置为提供对扫描探针300的可编程访问。例如，外部板部分ebp5包括安装在其上的现场可编程门阵列fpga(例如以在组装完成后允许刚性-柔性电路元件491的外部编程等)。

图5b和5c示出了前视图和后视图，示出了刚性-柔性电路元件491的板部分bp的外侧和内侧。如图5b和5c之间的比较所示，至少一些板部分bp在外侧和内侧上都包括电子部件。如以上关于图4b所述，在一些情况下，当板部分bp与相应的支撑表面sr配合时，在板部分的内侧上的电子部件可以延伸穿过载体框架495的相应支撑表面sr中的相应切口部分cp。作为示例，在各种实施方式中，外部板部分ebp1包括在板部分的外侧上的一个或多个电子部件ec1和在板部分的内侧上的一个或多个电子部件ic1(例如组装时延伸穿过切口部分cp1)。作为另一示例，在各种实施方式中，外部板部分ebp2包括在板部分的外侧上的一个或多个电子部件ec2和在板部分的内侧上的一个或多个电子部件ic2(例如组装时延伸穿过切口部分cp2)。作为板部分的内侧上的电子部件的另一示例，在图5c中，内部板部分ibp2和ibp3示出为包括内部电子连接器iec2和iec3，分别用于连接到位置敏感检测器421和427。

如在图5b和5c中进一步示出，至少一些板部分bp可以包括保持元件re(例如用于附接到载体框架495上的相应保持元件re等)。例如，可以利用凸片和凹槽构造，其中板部分上的保持元件re可以由凸片构成，该凸片“卡扣”在载体框架部中的相应保持元件re(例如相应成形的凹槽)中。作为另一示例，可以利用结合机构将至少一些板部分bp附接到载体框架495。

将理解的是，能够利用常规的pcb制造和组装技术来产生大致平面展开形式pln的刚性-柔性电路元件491。另外，当刚性-柔性电路元件491处于大致平面展开形式pln时，可以执行电路的常规测试等。如将在下面关于图6a和6b更详细地描述，然后可以弯折刚性-柔性电路元件491以作为扫描探针300的一部分插入。在各种实施方式中，刚性-柔性电路元件491的多面形状允许将必要的电部件装配在板部分面板上，同时仍能够装配到相对紧凑的探针直径中(例如在某些特定示例实施方式中，对于扫描探针300而言，在25mm至30mm直径的柱面内，比如在27.2mm直径的柱面内)。

刚性-柔性电路元件491的复杂信号处理系统能够在使用经济的非定制部件的同时，在这种扫描探针内提供预料不到的信号处理操作范围。在各种实施方式中，刚性-柔性电路元件491能够执行来自位置敏感检测器421和427的位置指示信号的重要部分或全部处理(例如确定触针406的接触部分448的运动和/或3d位置)。在一实施方式中，刚性-柔性电路元件491的一组板部分包括处理部分，该处理部分处理来自第一位置敏感检测器421的第一组位置指示信号和来自第二位置敏感检测器427的第二组位置指示信号，以确定触针406的接触部分448的3d位置。

图6a和6b是示出弯折形式fld的刚性-柔性电路元件491的图(例如围绕三维载体框架495和触针位置检测部分411附接)。在图6a中未示出载体框架495和触针位置检测部分411，以便更好地示出弯折形式的刚性-柔性电路元件491的各个板部分bp的位置，并且在图6b中示出了包括载体框架495和触针位置检测部分411的组装形式。在一特定示例实施方式中，刚性-柔性电路元件491的弯折可以包括以下顺序。

弯折过程可以开始于外部板部分ebp1的定位(例如在图4b和4c的载体框架部495a的侧面sd1上的支撑表面sr1上)。然后，弯曲部分bd2可以绕弯曲轴线ba2弯曲90度，作为定位外部板部分ebp2的操作的一部分(例如在载体框架部495a的侧面sd2上的支撑表面sr2上)。然后，弯曲部分bd3可以绕弯曲轴线ba3弯曲90度，作为定位外部板部分ebp3的操作的一部分(例如在载体框架部495a的侧面sd3上的支撑表面sr3上)。然后，弯曲部分bd4可以绕弯曲轴线ba4弯曲90度，作为定位内部板部分ibp1的操作的一部分(例如用于当附接到对准框架437时附接到光源418)。

弯曲部分bd5可以从已经定位的外板部分ebp1(例如定位在载体框架部495a的侧面sd1上的支撑表面sr1上)绕弯曲轴线ba5松弛地弯曲90度，作为松弛地定位外部板部分ebp4的操作的一部分(例如接近载体框架部495a的侧面sd4上的支撑表面sr4)。然后，弯曲部分bd6可以绕弯曲轴线ba6松弛地弯曲90度，作为松弛地定位内部板部分ibp4的操作的一部分(例如大致在载体框架部495a的顶部上方)。然后，弯曲部分bd7和bd8可以绕各自弯曲轴线ba7和ba8弯曲90度(例如以在外部板部分ebp3下方穿过)，然后绕各自弯曲轴线ba7'和ba8'再次弯曲90度(例如在外部板部分ebp4下方穿过)，作为定位内部板部分ibp2和ibp3的操作的一部分(例如当附接到对准框架437时分别附接到位置敏感检测器421和427)。在图6b中，安装螺钉ms1和ms2被示为已经用于将位置敏感检测器421和427附接到对准框架437。然后，可以将外部板部分ebp4完全定位(例如接合、固定等)到载体框架部495a的侧面sd4上的支撑表面sr4上。

然后，可以将载体框架部495b附接在载体框架部495a的顶部上方，并且可以提供横向于z轴取向的上支撑表面tsr1。然后，内部板部分ibp4可以完全定位成横向于z轴取向(例如当附接在载体框架部495b的顶部上方时固定到载体框架部495b上的支撑表面tsr1上)。然后，可以将载体框架部495c附接在载体框架部495b的顶部上方，并且可以提供横向于z轴取向的上支撑表面tsr2。然后，弯曲部分bd9可以从已定位的外部板部分ebp1(例如定位在载体框架部495a的侧面sd1上的支撑表面sr1上)绕弯曲轴线ba9弯曲90度，作为将中间板部分mbp1定位为横向于z轴取向的操作的一部分(例如当附接在载体框架部495b的顶部上方时固定到载体框架部495c的支撑表面tsr2上)。

如图6b所示并且如上所述，在一实施方式中，中间板部分mbp1上的保持元件re(例如凸片)可以用于附接到载体框架部495c上的相应保持元件re(例如相应凹槽)。作为其他示例，结合机构或其他附接构造也可以或替代地用于附接。将理解的是，在各种实施方式中，其他板部分bp可以类似地附接到任何相应的载体框架部495a、495b或495c，并且载体框架部可以类似地彼此附接。

然后，弯曲部分bd11可以从已定位的中间板部分mbp1绕弯曲轴线ba11弯曲180度，作为定位外部板部分ebp6的操作的一部分。在各种实施方式中，板部分ebp6、mbp1、ibp4和ibp1因此可以基本上是一种堆叠构造，它们全部横向于z轴取向(例如图3a的扫描探针结构的顶部附近所示)。

在各种实施方式中，板部分bp的电路/编程可以相对于板部分bp连接到的部件执行某些功能。例如，外部板部分ebp6可以对应于用于扫描探针300的自动接头连接器的类型，用于为扫描探针300提供某些通信/控制/电源连接，并且与所附接的中间板部分mbp1(和其他联接板部分)一起可以包括与图2的385的输入/输出管理器部分的某些功能相对应的电路/程序。内部板部分ibp1可以连接到光源418，为此，外部板部分ebp3(和其他联接板部分bp)可以包括用于某些照明控制/电源功能的电路/程序。内部板部分ibp2和ibp3以及所附接的内部板部分ibp4(和其他联接的板部分)可以包括与位置敏感检测器421和421的操作/信号处理相对应的电路/程序(例如包括模拟放大器)，并且可以对应于图2的模拟放大器和处理部分381和/或探针信号处理384的某些功能。

图7是示出触针悬架部分407的示例性实施方式的横截面的图，该触针悬架部分407包括与对准框架437联接的悬架框架439。在各种实施方式中，触针悬架部分407布置为靠近包括对准框架437的触针位置检测部分411的远端de。在各种实施方式中，悬架框架439刚性且可释放地联接至对准框架437。如下文将更详细地描述，在各种实施方式中，悬架框架439使用可旋转调节的夹紧装置而安装到对准框架437。

在一具体示例实施方式中，对准框架437的底部包括v形凹槽710，该v形凹槽710用于附接悬架框架439。更具体地，附接到悬架框架439的紧定螺钉720延伸到对准框架437的v形凹槽710中，从而一旦实现期望的旋转取向就可以用于将悬架框架439夹紧到对准框架437。当未完全拧紧紧定螺钉720时，该构造允许悬架框架439相对于对准框架437旋转，这允许调节旋转取向，直到实现期望的取向。如以上关于图3a所描述，在各种实施方式中，会期望执行这样的旋转调节，以便能够相对于联接至对准框架437的部件(例如光源418、位置敏感检测器421和427、相应的光路等)适当地对准联接至悬架框架439的部件(例如位置指示元件416和426)。作为一些部件附接到对准框架437的示例，如图7所示，安装螺钉ms1、ms1'、ms2和ms2'用于将位置敏感检测器421和427附接到对准框架437。

图8是示出用于组装与坐标测量机(cmm)一起使用的扫描探针的例程800的一示例性实施方式的流程图。在框810处，弯折刚性-柔性电路元件，该刚性-柔性电路元件包括具有至少四个板部分的一组板部分，其由一组弯曲部分连接，所述一组弯曲部分包括具有相应弯曲轴线的至少三个挠性弯曲部分。另外，在刚性-柔性电路元件弯折之前当刚性-柔性电路元件为大致平面展开形式时，至少两个弯曲部分的弯曲轴线在它们之间形成60度到120度的角度。

在框820处，将刚性-柔性电路元件附连到三维载体框架，其包括一组支撑表面，作为附接过程的一部分，该一组支撑表面配合到所述一组板部分中的至少两个板部分。刚性-柔性电路元件的弯折包括在弯曲部分处弯折以将至少两个板部分定位为靠近载体框架上的相应支撑表面。作为附接过程的一部分，至少两个板部分附接到载体框架上的相应支撑表面，并且电路板组件至少部分地围绕大部分触针位置检测部分，并通过相对于对准框架固定的载体框架与之附接。

在框830处，触针位置检测部分联接到触针悬架部分(例如利用可旋转调节的夹紧装置)。在各种实施方式中，在触针悬架部分的取向相对于触针位置检测部分固定之前，可以相对于触针位置检测部分(例如包括与位置指示元件一起操作的光学感测结构)调节触针悬架部分(例如包括一个或多个位置指示元件)的对准。例如，可以在夹紧可旋转调节的夹紧装置之前进行这种调节(例如利用带有紧定螺钉720的v形凹槽710)，以固定触针悬架部分相对于触针位置检测部分的旋转取向。

2017年9月29日提交的美国临时专利申请序列号62/565,961的公开内容全文并入本文。

尽管已经示出和描述了本公开的优选实施方式，但是基于该公开，示出和描述的特征布置和操作顺序的多种变化对于本领域技术人员而言将显而易见的。可以使用各种替代形式来实现本文公开的原理。另外，上述各种实施方式可以组合以提供进一步的实施方式。本说明书中提及的所有美国专利和美国专利申请均通过引用整体并入本文。如果需要采用各种专利和申请的概念来提供进一步的实施方式，则可以修改实施方式的各方面。

可以根据以上详细描述对实施方式进行这些和其他改变。通常，在以下权利要求书中，所使用的术语不应解释为将权利要求书限制为说明书和权利要求书中公开的特定实施方式，而应解释为包括所有可能的实施方式以及此类权利要求所享有的等同形式的全部范围。