专利名称：测试头定位系统和方法
技术领域：
本发明涉及用于定位和操纵负载的系统，更具体地说，涉及用于定位和操纵测试头的系统。
背景技术：
在集成电路(IC)及其它电子设备的制造中，采用自动测试设备(ATE)的测试在整 个过程的一个或多个阶段进行。一些专用搬运装置被用于将待测器件放置到测试位置。一 些情况下，这些专用搬运装置也可以使待测器件置于合适的温度下和/或在进行测试时将 它保持在合适的温度下。这些专用搬运装置有很多种类型，包括用于测试晶片上未封装器 件的“探测器”和用于测试封装件的“器件搬运机”；这里，“搬运装置”或外围设备将用于表 示这种外围装置的所有类型。电子测试本身带有庞大而昂贵的ATE系统，该系统包括一个 需要与搬运装置连接和对接(dock)的测试头。被测器件(DUT)需要准确、高速的信号用于 有效测试；因此，ATE中用于测试DUT的“电子测试设备”通常位于测试头中，所述测试头必 须尽可能近地靠近DUT。测试头非常沉重，并且由于DUT随着电气连接的数量增加而变得日 益复杂，测试头的尺寸和重量已经从几百磅增加到目前的重达二、三千磅。测试头通常通过 缆线连接到ATE的固定主机，缆线为信号、地线和电源提供传导路线。另外，测试头可能需 要通过经常捆在缆线中的挠性管为其供应冷却剂。在复杂设备的测试中，必须在测试头和DUT之间建立成百上千个电气连接。这些 连接通过精密且密集分布的触点来实现。在晶片上未封装器件的测试中，与DUT的实际连 接通常是通过安装在一个探针板上的针状探测器实现的。在封装器件的测试中，通常使用 一种安装在“DUT板”上的测试插座。不管为哪种情况，探针板或DUT板通常适当地固定在 搬运装置上，该搬运装置反过来将大量DUT各自放置到测试位置。不管为哪种情况，探针板 或DUT板还提供连接点，测试头可以与这些连接点进行对应的电气连接。测试头通常配备 有一个接口单元，该接口单元包括接触元件以实现与探针板或DUT板的连接。通常，这些接 触元件为弹簧负载的“弹簧针”。总的来说，这些触点非常脆弱并且精密，必须防止它们遭到 损坏。测试头操纵器可以用于相对于搬运装置操纵测试头。这种操纵可以越过大约1米 或更长的相对很长的距离。目标可以从一个搬运装置快速改变为另一个，或者移动测试头 远离当前搬运装置用于维修或者改变接口部件。当测试头相对于搬运装置保持在某个位 置以至于测试头和探针板或DUT板之间的所有连接已经完成，就说测试头已经与搬运装置 “对接”。为了成功地进行对接，测试头必须关于笛卡尔坐标系在六个自由度上精确定位。 通常，先使用测试头操纵器操纵测试头进入在对接位置大约几厘米范围内粗定位的第一位 置，然后使用“对接装置”实现最终精确定位。通常，对接装置的一部分设置在测试头上，而其它部分设置在搬运装置上。因为一个测试头可以用于大量搬运装置，通常首选的是将对接装置更贵重的部分放在测试头上。对接装置可以包括一个将对接的两部分拉到一起从而 对接测试头的致动器装置；这被称为“致动器驱动的”对接。对接装置，或“对接”具有很多 重要的功能，包括(1)将测试头与搬运装置对齐，(2)将测试头和搬运装置拉到一起、然后 分开，(3)为电触点提供预对齐保护，和(4)将测试头和搬运装置锁扣或保持在一起。根据《inTEST手册》(inTEST公司，1996年第五版)，“测试头定位”是指测试头轻松 运动到一个搬运装置，并且精确对准需要成功对接或脱离的搬运装置。测试头操纵器也可 以称为测试头定位器。带有合适的对接装置的测试头操纵器进行测试头定位。该技术，例如 在前面提到的《inTEST手册》中得到说明。该技术，例如在美国专利No. 5608334,5450766, 5030869,4893074,4715574和4589815中也得到说明，这些专利在测试头定位系统领域的 内容全部在此被引作参考。前述专利主要涉及到致动器驱动的对接。测试头定位系统在单 个装置提供相对长距离的测试头操纵和最终精确对接方面也为人所知。例如，授予Holt等 人的美国专利6057695和授予Graham等人的美国专利5900737和5600258说明了一种对 接为“操纵器驱动”而非致动器驱动的定位系统，这些专利在此被引作参考。但是，致动器 驱动的系统使用最广泛，并且本发明将注意力放在此类系统上面。在典型的致动器驱动的定位系统中，操作者控制操纵器的运动以操纵测试头从一 个位置到另一个位置。这可以由操作者在系统中测试头在其运动轴线上完全平衡的地方 直接在测试头上施加力而手动完成，或者它可以通过使用由操作者直接控制的致动器来完 成。在几个当前的系统中，测试头由一些轴线上直接的手动力和其它轴线上的致动器组合 操纵。为了对接测试头与搬运装置，操作者必须首先操纵测试头到一个“准备对接”位 置，该位置靠近并且大致对准其最终的对接位置。另外操纵测试头直到它位于“准备起动” 位置，此时对接致动器可以接管测试头运动的控制。致动器然后可以将测试头拉入其最终 的、完全对接的位置。在该过程中，各个对齐结构提供测试头的最终对齐。一个对接可以使 用两组或多组不同类型的对齐结构以提供从最初到最终、不同阶段的对齐。通常首选的是， 在脆弱的电触点进行机械接触之前测试头在五个自由度上已经对齐。然后测试头可以对应 于第六个自由度沿着直线推进，该直线与接口平面(通常为探针板或DUT板的平面)垂直； 并且触点将进行连接，并且没有任何可能对其造成损坏的侧向摩擦或力。当对接致动器进行操作时，测试头通常在几个(如果并非全部)轴线上柔顺性地 自由运动，以允许最终对齐和定位。对于适当平衡并且没有致动器驱动的操纵器轴，这不是 问题。但是，致动器驱动的轴通常需要柔顺性机构设置于其中。一些典型例子在授予Slocum 等人的美国专利5931048和授予Alden的5949002中得到说明。特别是对于非水平的非 平衡轴，柔顺性机构经常包括弹簧类装置，除了柔顺性之外它还增加了一定量的弹性或“反 弹”。此外，测试头与ATE主机的电缆连接也具有弹性。当操作者企图操纵测试头进入大致 对齐并且可以由对接装置捕捉的位置时，他或她必须克服系统的弹性，如果测试头大而重， 这通�：芾�。而且，如果操作者在对接装置适当接合之前释放施加于测试头上的力，柔顺 性机构的弹性可能导致测试头运动脱离对接。这有时被称为反弹效应。授予Smith的美国专利4589815公开了一种现有技术的对接装置。专利4589815 的图5A、5B和5C中所示的对接装置使用提供最终对齐的两个导销和孔组合以及两个圆形凸轮。当凸轮由连接到上面的手柄转动时，对接的两半部分被拉到一起，而导销完全插入它 们的配合孔中。一根钢缆连接两个凸轮以至于它们同步旋转。这种钢缆布置使对接可以通 过施加力到两个手柄的一端或另一端来操作。因此在这种情况下手柄就是对接致动器。随着测试头变得越来越大，专利4589815对接的基本思想已经发展成为具有三组 或四组导销和由钢缆相互连接的圆形凸轮的对接。本申请的图38a、38b、38c和38d显示 了一种具有四个导销和孔组合以及四个圆形凸轮的现有技术的对接，在后面将更详细地进 行说明。尽管这种四点对接已经构成为具有一个与四个凸轮中每个相连接的致动手柄，但 是，所示的对接只结合有一个操作钢缆驱动器的致动手柄。当钢缆驱动器由手柄旋转时，钢 缆运动以至于四个凸轮以同步方式旋转。该布置为操作者在方便的位置设置了一个致动手 柄。而且，可以通过适当调节凸轮直径与钢缆驱动器直径的比率而实现更大的机械优势。
美国专利5654631和5774974中说明的对接使用导销和孔对齐两半部分。但是， 对接通过真空设备起动，当应用真空时所述真空设备将两半部分推到一起。只要真空保持， 两半部分就保持锁在一起。但是，可以由真空设备产生的力的大小限于大气压力乘以有效 面积。因此，这种对接在其应用上受到限制。这里说明图37a至37d中所述现有技术的对接的结构和操作的选定细节。该说明 包括美国专利No. 4589815中所述更早的对接装置的特征，其内容在此被引作参考。图38a以透视图显示了容纳在支架2190中的测试头2100，而该支架反过来由一个 测试头操纵器(未示出)支撑。另外还显示了一个测试头2100可以与其对接的外围设备 2108的一个剖切部分。图38b以稍微更大的比例更详细地显示了外围搬运机2108。(在该 特定实例中，搬运机装置是一个封装器件搬运机并且测试头从下面与其对接。)简单地看 图38c中的剖视图，可以看到测试头2100具有电气接口 2126，并且搬运机装置2108具有对 应的电气接口 2128。电气接口 2126和2128通常具有成百上千个微小、脆弱的电触点(未 示出)，当测试头最终对接时，这些触点必须以某种方式精确地接合以提供可靠对应的各电 气连接。如该示例显示，搬运机装置2108的下表面包括搬运机电气接口 2128，并且测试头 2100从下面以通常为向上的运动对接。也可能并且已知有其它方位，包括但是不限于以 向下的运动对接到顶面、以水平运动对接到一个竖直平面表面和对接到与水平和竖直都成 一定角度的平面。回到图38a和38b，它们显示了完整的四点对接装置；其各部分或者连接到搬运机 装置2108，或者连接到测试头2100。连接到测试头2100的是面板2106。四个导销2112连 接到并且位于面板2106的四个角附近。面板2106具有一个中心孔并且与测试头2100相 连以至于测试头电气接2126 (图38a和38b中未示出)穿过该孔伸出，并且导销2112形成 一个大致的矩形，该矩形具有与电气接口 2126大致公共的中心。角撑板2114被连接到搬运机装置2108的下表面。角撑板2114具有一个中心孔 并且与搬运机装置2108相连以至于搬运机电气接口 2128穿过该孔伸出。四个角撑2116 与角撑板2114相连，每个靠近四个角中的各角。各角撑2116具有一个钻入其中的导销孔 或座2112a。各导销孔2112a对应于各导销2112。这些部件设置为当测试头完全对接时各 导销2112将完全插入其各自的导销孔2112a中。各导销2112在其对应孔2112a中的配合 为紧配合。因此，导销2112和导销孔2112a提供测试头2100和搬运机装置2108之间的对 齐。
四个对接凸轮2110可旋转地连接到面板2106上。凸轮2110为圆形并且与专利4589815中所述相似。具体地说，各自具有一个环绕其圆周的侧螺旋槽2129，带有一个位于 上表面的上切口 2125。各对接凸轮2110位于各导销2112附近以至于它通常位于一个大致 从测试头电气接口 2126延伸通过各导销2112的直线上，以至于导销2112位于凸轮2110 和测试头电气接口 2126之间。角撑2116和角撑板2114的各角具有圆形切口以至于当导 销2112完全插入角撑中的导销孔2112a中时，各凸轮2110的圆周与各角撑2116中的圆形 切口接近并且同心。该布置提供了当首先操纵测试头2100进入与处理装置2108对接的位 置时对接部件之间的初始粗对齐。初始粗对齐也可以通过导销2112进入其各自的座2112a 中的锥形端部来提供。角撑2116、凸轮2110和导销2112设置为使得搬运机电气接口 2128 保持与测试头电气接口 2126分离(在图38a和38b中未示出)直到导销2112实际上容纳 在它们各自的导销孔2112a中。于是，为电气接触提供预对齐。因此，这里提供了两组对齐结构，SP (1)角撑2116关于凸轮2110的配合，和(2) 导销2112和座2112a的组合。带有附属对接手柄2135的圆形钢缆驱动器2132也可旋转地连接到面板2106上。 对接钢缆2115与各凸轮2110相连，并且与钢缆驱动器2132相连。滑轮2137适当地引导 钢缆到达和离开钢缆驱动器2132的路线。钢缆驱动器2132可以通过施加力到手柄2135 上而旋转。当钢缆驱动器2132旋转时，它将力传递到钢缆2115上，钢缆2115反过来引起 凸轮2110同步旋转。从各角撑2116的圆形切口伸出的是一个凸轮从动件2110a。凸轮从动件2110a配 合到其各自的凸轮2110上表面的上切口中。图38c以横截面显示了测试头2100与搬运机 装置2108对接过程中的一个阶段。这里，导销2112部分插入角撑2116中的导销孔2112a 中。应该注意到，在该实例中，导销2112靠近其顶端为锥形并且更靠近它们与面板2106的 连接点处为恒定直径。在图38c中，导销2112已经插入导销孔2112a中至一点，此时恒定直 径的区域刚刚进入导销孔2112a中。而且在图38c中，各凸轮从动件2110a已经插入其各 自的凸轮2110上表面的上切口 2125中至一定深度，此时从动件位于螺旋凸轮槽2129最上 端。在该构型中，准备通过施加力至手柄2135(在图38c中未示出)上并且旋转凸轮2110 而起动对接。因此，该构型可以称为“准备起动”位置。在该位置已经实现五个自由度上的 对齐，注意到这一点很重要。具体地说，如果搬运机装置电气接口 2128的平面为三维接口 的X-Y平面，那么其大直径已经插入座中的导销2112已经形成X、Y和ΘΖ对齐。此外，凸 轮从动件2110a完全插入所有切口 2125中已经形成搬运机装置电气接口 2128和测试头电 气接口 2126之间的平面化。图38d以横截面显示了完全旋转凸轮2110的结果。测试头2100现在与搬运机装 置2108 “完全对接”。可以看到，凸轮2110已经旋转并且导致凸轮从动件2110a沿着螺旋 槽2129至更接近面板2106的一点。另外，导销2112完全插入它们各自的导销孔2112a中。 可以看到，导销2112的恒定直径区域与各导销孔2112a侧面之间配合的紧密程度决定了搬 运机电气接口 2128和测试头电气接口 2126之间的最终对齐。因此，通常需要紧配合以提供 三至七千分之一英寸内对齐位置的可重复性。此外，一旦角撑板2114已经连接到搬运机装 置2108，导销2112关于角撑必须精确地置于面板2106上。为了便于这样做，导销2112可 以以一某种允许其位置被调节的方式连接。这样做的一个广泛采用的方法在专利4589815得到说明。根据前面讨论，现在适合更完全地讨论对接过程并定义某些术语。对接的目的是精确地配合测试头电气接口 2126和搬运机装置电气接口 2128。各电气接口 2126和2128 确定一个平面，该平面通常，但是并非必定名义上平行于电触点的顶端。当对接时这两个平 面必须彼此平行。为了防止损坏电触点，优选的是，在允许电触点彼此进入机械接触之前首 先在五个自由度上对齐两个接口 2126和2128。如果在对接位置中，接口所确定的平面平行 于三维笛卡尔坐标系的X-Y平面，为了各触点彼此排列，必须在X和Y轴上以及绕着与X-Y 平面垂直的Z轴旋转(θ Ζ)上进行对齐。另外，通过绕着X和Y轴的旋转运动使这两个平 面平行。使这两个电气接口平面彼此平行的过程称为接口的“平面化”；当这已经实现时， 就称接口已经“平面化”或“共面”。一旦在X、Y和θ Z上已经平面化和对齐，就通过沿着 与搬运机电气接口 2128平面垂直的Z方向引起运动来进行对接。在对接过程中，首先操纵 测试头2100到搬运机2108附近。另外进行的操纵使角撑2116的圆形切口与凸轮2110进 入第一对齐。该位置，或者它之前的位置可以称为“准备对接”位置。更一般地说，“准备对 接”是指一些最初的粗对齐装置大致位于待接合位置的一个位置。在该阶段，决定于设计细 节，导销的顶端准备进入其各自的导销座中。另外进行的操纵使测试头进入“准备起动位 置”，该位置根据图38a至38d在前面得到定义。更一般地说，“准备起动”是指测试头已经 到达一个位置以至此时对接装置可以起动的位置。在准备起动位置，X、Y和ΘΖ上的大致 平面化和对齐已经实现。当对接起动并且导销2112完全插入其各自的导销孔2112a中时， 对齐和平面化更加精确。要注意到，在操纵器驱动的对接中，如专利5600258和5900737中 所述，为了从粗定位模式改变到精定位模式，传感器检测准备起动位置的等价物。因此，对 于本领域的普通技术人员，在致动器驱动的对接中检测准备起动位置将是专利5600258和 5900737中所讲授和公开内容的一个自然延伸(直观而明显)。上述类型的对接已经成功地用于重量达到和超过一千磅的测试头中。但是，随着 测试头已经变得甚至更大并且随着触点数量的增加，很多问题已经显而易见。首先，由于触 点的数量增加，接合触点所需的力增加。通常每个触点需要几盎司的力；因此，为了对接具 有1000或更多触点的测试头就需要超过50或100千克。由于测试头占据1立方码或更大 的体积，操作者观察到所有角撑和凸轮以确定测试头何时位于准备对接位置和准备起动位 置就变得越来越困难。另外，因为测试头操纵器中柔顺性机构和钢缆的弹性，反弹效应已经 使得难以在开始起动的同时保持测试头位于准备起动位置。由起动装置要克服的力越来越 大所带来的另一个困难在于凸轮运动因为钢缆的伸长而变得不同步。在使用固体连接和钟 形曲柄的对接中就已经知道一个装置变形的类似问题。如上所述的对接装置其特征在于所用导销和座的数量。专利4589815中所述的装 置其特征在于两点对接，并且图38a至38d中所示的装置作为一种四点对接而为人所知。遵 循相同普遍原理的三点对接也为人所知并且很常用，本发明将根据三点结构进行说明。但 是，这并不限制其应用于其它结构。
发明内容
一种负载支撑装置包括与负载相反侧相连的气动单元和连接器。连接器响应于气 动单元的驱动平行于第一轴线移动负载。至少一个连接器绕着与第一轴线垂直的第二轴线转动负载。负载沿着第一轴线和绕着第二轴线具有柔顺性。至少一个气动单元沿着第一轴 线和绕着第二轴线提供柔顺性。
图1是一个透视图，显示了根据本发明一个示例性实施例的定位系统。图2是图1中所示定位系统的一个分解视图。图3是图1中所示定位系统的另一个分解视图。图4是图1中所示定位系统的底座的一个透视图。图5是显示图4中所示底座的一个放大部分的另一个透视图。图6是示例性定位系统的进出单元的一个分解视图。图7是图6中所示进出单元的另一个分解视图。图8是示例性定位系统的侧移单元的一个分解视图。图9是图8中所示侧移单元的一个局部分解视图，但是从一个不同于图8中所示 的视角。图10是侧移单元的另一个透视图。图Ila是示例性定位系统的摆动单元的一个分解视图。图lib是显示有带的摆动单元的一个透视图。图12是图Ila中所示摆动单元的一个局部分解视图，但是从一个不同的视角。图13是示例性定位系统的主臂的一个分解视图。图14a是主臂单元的一个局部分解视图，但是从一个不同于图13中所示的视角。图14b是一个示意图，举例说明了一种与图13和14a中气动气缸一起使用的压力 调节系统。图15是示例性定位系统的微调臂的一个透视图。图16是示例性定位系统的另一个微调臂的一个透视图。图17是示例性定位系统的翻转驱动单元的一个分解视图。图18是翻转驱动单元的另一个局部分解视图，但是从一个不同于图17中所示的 视角。图19是翻转驱动单元的另一个局部分解视图，但是从一个不同于图17和18中所 示的视角。图20是与图17、18和19中所示翻转驱动单元一起使用的齿轮、衬套和轴的一个 分解透视图。图21是图17、18和19中翻转驱动单元已经安装有驱动齿轮、衬套和轴的一个透 视图。图22a和b是示例性定位系统的翻转枢轴单元的透视图。图23是一个透视图，举例说明了根据本发明一个示例性实施例的对接�？樽爸玫挠τ�。图24是根据本发明一个示例性实施例的对接销的一个透视图。图25a和b是对接�？樽爸玫钠是胁嗍油�。图26是根据本发明一个示例性实施例的对接�？樽爸玫囊桓龇纸馔甘油肌�
图27是根据本发明一个示例性实施例的销座的一个透视图。图28是根据本发明一个示例性实施例的销探测器的一个透视图。图29是根据本发明一个示例性实施例的销探测器移去了探测片的一个透视图。图30是根据本发明一个示例性实施例的探测片的一个透视图。图31是根据本发明一个示例性实施例的活塞单元的一个透视图。图32是根据本发明一个示例性实施例的臂的一个透视图。图33至36是对接�？樽爸玫囊幌盗胁嗍油迹允玖烁荼痉⒚鞯囊桓鍪纠允� 施例的对接方法。图37是一个流程图，显示了将测试头与外围设备对接的示例性步骤。图38a是一种现有技术的对接装置的一个透视图。图38b是与外围设备相连的现有技术的对接装置一部分的一个透视图。图38c是位于准备起动位置的现有技术的对接装置的一个截面图。图38d是位于完全对接位置的现有技术的对接装置的一个截面图。
具体实施例方式图1是根据本发明一个示例性实施例的定位系统10的一个透视图。定位系统10 用于保持和移动一个重负载，如测试头，在美国专利号4527942中进行了更完全地说明，在 此被引作参考。如该专利中图6所示，六个运动自由度得到定义。根据本发明一个示例性 实施例的定位系统10实现了这六个运动自由度。图2是图1中所示定位系统的一个分解 视图。如图所示，在图2的底部，包括有底座50。进出单元100靠在底座50上面，而底座 50靠在地板上。如其名字暗示，进出单元100能够以进的方向(即远离进出单元100的后 面并且朝向其开口)和以出的方向(即朝向进出单元100的后面)沿着Z轴平行于地板滑 动。进的方向通常取为朝向与外围设备对接的位置，而出的方向取为远离外围设备。侧移单元200在进出单元100上面沿着X轴滑动，也与地板平行。侧移单元200 的运动与进出单元100的运动垂直。摆动单元300位于侧移单元200上面。摆动单元300绕着Y轴枢轴转动，而Y轴 与侧移单元200移动的轴线和进出单元100移动的轴线相互垂直。这也被称为扭转、摆动 或偏转运动。主臂400、500沿着竖直设置在摆动单元300中的直线轨道沿Y轴上下滑动。 为了提供微调的Y向运动，微调臂600可以沿着竖直设置在主臂400中的直线轨道上下移 动。此外，微调臂700沿着关于主臂500竖直设置的直线轨道上下移动。微调的Y向运动 为用于Y向位置最终精调节的相对小量的运动(例如，1英寸或2英寸)。该运动可以为通 过空气压力实现的浮动运动。翻转枢轴单元900与微调臂600相连。翻转驱动单元800与 微调臂700相连。测试头绕着延伸穿过翻转驱动单元800和翻转枢轴单元900的X轴旋转 (即为翻转或俯仰运动)。为了允许测试头以最小的外力枢轴旋转，该轴线可以设置为通过 负载的重心。图3是构成定位系统10的各部件的另一个透视图。底座50基于图4得到更清楚地说明。如图所示，底座50包括直线导轨52a和直线导轨52b (在图4中不可见)。在底座组件中包括进出驱动电机65和进出位置编码器70。 电机65可以包括合适的减速齿轮。电机65也可以包括一个制动单元用于在需要时将它锁定在停止位置。如图5中更清楚地显示，电机滑轮66以传统方式与进出电机65相连。位置编码器70 (在图5中不可见)与支架80相连，而支架80反过来与底座50相连。编码器 滑轮71以传统方式与编码器70的轴相连。另外还包括两个同步带(未示出)。第一根带连接一个电机滑轮66与滑轮60以 至于当电机旋转时滑轮60旋转。该第一根带通常平行于直线导轨52a、b设置。第二根带 连接另一个电机滑轮66与编码器滑轮71以至于当电机旋转时编码器旋转。进出单元100的细节基于图6和7得到更清楚地显示。直线导轨支承102、104、 106和108与进出基座110的下侧相连。直线导轨支承102、104沿直线导轨52a移动。此 外直线导轨支承106、108沿直线导轨52b移动。当电机65起动时，进出单元100可以沿进出方向移动。更具体地说，当电机65起 动时，带(在图4或图5中未示出)开始运动。连接电机滑轮66与滑轮60的带在一个方 便的点与进出单元100相连。因此，当带运动时，进出单元100根据电机65的旋转方向沿 着向内或向外的方向被驱动。如果电机65包括一个制动单元，它可以用于在需要时相对于 底座50将进出单元锁定于固定位置。另外如图6和7中所示，直线导轨112、114被固定到进出基座110的顶部，以至于 与连接到底座50上的直线导轨52a、b垂直。另外还包括侧移驱动电机120。与电机120 邻近的是电机支架125和滑轮142。电机120可以包括合适的减速齿轮。电机120也可以 包括制动单元用于在需要时将它锁定在停止位置。另外还包括侧移位置编码器130。滑轮 144被固定到位置编码器130上。一根带(未示出)连接滑轮142和滑轮144。该带通常 平行于轨道112和114设置。因此，当电机120旋转时编码器130将旋转。另外还包括盖 子 152 和 154。现在转到图8、9和10，现在将说明侧移单元200的特征。如显示其下侧的图10中 更清楚地显示，侧移单元包括直线导轨支承210、212、214和216。直线导轨支承214、216沿 直线导轨114移动而直线导轨支承210、212沿直线导轨112移动。要记得导轨112和114 分别与进出基座110相连。侧移基座220包括一个孔，摆动板支承组件260穿透该孔。摆 动板支承组件260包括一个连同大量密封垫和密封圈的传动杆260a。另外还包括摆动驱动 电机230，该电机可以包括合适的减速齿轮。电机230还可以包括制动单元用于在需要时将 它锁定在停止位置。驱动轴250与滑轮254相连。滑轮254通过带(未示出)与滑轮256 相连。滑轮256与位置编码器240相连。作为选择，位置编码器240可以通过齿轮与驱动 轴250相连。驱动轴250的旋转轴线通常为水平并且与摆动板支承组件260通常竖直的旋转轴 线成直角。两者通过合适的传动装置，如螺旋齿轮传动装置或蜗轮传动装置彼此啮合，以至 于当轴250旋转时也引起支承组件260与其成直角旋转。也可以通过驱动轴250与摆动板 支承组件260之间微小的间隙实现柔顺性(compliance)。现在说明侧移单元200相对于进出单元100的移动。连接滑轮142和144 (图6) 的带可以在一个方便的点与侧移基座220相连。因此，当侧移驱动电机120运行时，连接滑 轮142和144的带运动，导致侧移单元相应地运动。如果电机120配备有制动单元，那么该 制动单元可以用于在需要时相对于进出单元100将侧移单元200锁定在适当位置。摆动单元300示于图11a、lib和12中。摆动单元孔302接合图8、9和10中所示的摆动板支承组件260。因此，当摆动板支承组件260旋转时，摆动单元300与其一起旋转。 更具体地说，当电机230旋转时，驱动轴250也旋转。因为如前所述由驱动轴250转动，摆 动板支承组件260因而也旋转。因此，当摆动板支承组件旋转时，摆动单元300也旋转。如 果电机230配备有制动单元，那么该制动单元可以用于在需要时相对于侧移单元200将摆 动单元300锁定在适当位置。 参考图IlaUlb和12，摆动单元300包括摆动单元基座305。柱315a、b和侧板 310a、b与摆动单元基座305相连。直线导轨320a、b分别与柱315a、b相连，并且基本上平 行，形成一个竖直平面。导向螺杆325a、b分别在柱315a、b前面安装到摆动单元基座305 上的所示位置。滑轮326a和326b分别与螺杆325a和325b的端部相连。滑轮326a、b位 于基座305下面并且螺杆325a、b穿过基座305中的孔向上伸出。传统型式的合适的轴承 被用于以允许其自由旋转的紧固方式将螺杆325a、b固定到基座305上。螺杆325a、b可以 为滚珠螺纹。但是，如下面所述，螺杆325a、b最终支撑重负载，并且可以选择螺纹形式和螺 距以避免在驱动电源掉电时逆向驱动。另外还包括可能包括合适的减速齿轮的竖直驱动电机330和竖直位置编码器 340。电机330还可能配备有制动器用于在其没有运行时防止旋转。电机滑轮331与电机 330的轴相连，并且编码器滑轮341与编码器340相连。还包括一个与曲柄滑轮351相连的 手摇柄350。滑轮331、341和351位于基座305下面。惰轮371连接到基座305的下侧。一组共三根带361、362、363将滑轮326a、b、331、341、351、371相互连接。第一根 带361连接电机滑轮331和导向螺杆滑轮326b。第二根带362连接螺杆滑轮326b和编码 器滑轮341及曲柄滑轮351。惰轮371张紧并引导第二根带362。最后，第三根带363连接 导向螺杆滑轮326a和曲柄滑轮351。因此，在运行中，电机330轴的旋转引起两个导向螺杆 326a、b和编码器340旋转。手摇柄350也旋转。对于手动操作，手摇柄350可以用于转动 两个导向螺杆325a、b。两个螺杆325a、b在螺纹类型和螺距上相同；它们由电机330或手 摇柄350同步驱动。如图2中所示，主臂400、500分别沿直线导轨320b、a�？�。虽然有两个主臂，即 主臂400和主臂500，下面的说明将涉及主臂400。除了位置和直线导轨以及它所啮合的螺 杆之外，主臂500的说明与主臂400相同。如图13和14a所示，主臂400包括直线导轨支承410、420。直线导轨支承410、 420沿直线导轨320b (图12中所示)�？�。一个直径稍微大于螺杆325a、b的纵向孔462 延伸主臂400的长度。孔462的进入区域适当地放大并且形成为容纳与主臂400刚性连接 的螺母460。螺母460带有螺纹以至于它可以容纳螺杆325b。因此，螺杆325b螺旋通过螺 母460并且伸入孔462。因此，当螺杆325b旋转时，螺母460沿着螺杆325b上下�？�。这样，主臂400能 够上下移动。主臂400包括气动气缸440、直线导轨470、保持气动气缸在适当位置的保持 件450和顶部480。 因为螺杆325a、b同步旋转并且具有相同的螺纹，两个主臂400、500同步上下移 动。当主臂400、500因此上升和下降时，竖直位置编码器340记录它们的竖直位置。如果 电机330配备有制动器，它就可以用于锁定螺杆325a、b并且防止它们转动。即使在这种情 况下，优选的是，螺杆325a、b出于安全原因而不可由重负载逆向驱动。
微调臂600和700操作上相似。如图15中所示，微调臂600沿直线导轨470移动。 因此，微调臂600包括直线导轨支承610、620。此外，微调臂700示于图16中。微调臂700 沿直线导轨570移动。因此，它包括直线导轨支承710、720。微调臂600、700分别由气动气 缸440、540支撑。气动活塞轴441、541直接接合微调臂600、700的底部。如图1和2中所 示(后面将更详细地说明)，翻转枢轴单元900与微调臂600相连，并且由其支撑。并且翻 转驱动单元800与微调臂700相连，并且由其支撑。一个水平“翻转”轴线形成于枢轴单元 900和驱动单元800之间。测试头负载基本上在翻转轴线通过它们的两个点处可旋转地安 装到枢轴单元900和驱动单元800上。优选的是，翻转轴线平行于由两个平行轨道320a、b 形成的平面。因此，测试头负载由翻转枢轴单元900和翻转驱动单元800支撑，它们反过来分别由气动气缸440和540支撑。气动气缸440和540分别与主臂400、500相连。竖直微调臂 600,700关于其相关的主臂400、500运动的竖直范围大约为士25mm。竖直微调臂600、700的一个目的是在对接(docking)过程中提供测试头两个自由 度上的柔顺性运动(compliant motion) 0各气动气缸440、540设置有一个调节气源。也 就是说，提供了两个调节器一个用于气缸440而另一个用于气缸540。可以为两个调节器 提供一个公用的高压气源。因此各气缸440、540中的压力可以独立调节。通过调节气缸 440,540中的气压，测试头可以关于主臂400、500向上或向下移动。这样，测试头可以大致 位于竖直微调运动范围的中间。在没有任何外力的情况下，通过保持气缸440、540内的恒 定压力足以抵消由测试头负载施加在各活塞轴441、541上的向下力而使测试头在竖直微 调范围内的位置可以得到保持。因为各气缸独立调节，两个气缸中的压力不一定相等。这 允许负载的重心通常不一定位于两个柱中间。如果一个外力在测试头上向下推，气缸440、 540中的压力企图增加。调节器因此放出一些空气以保持恒定的压力。测试头因此向下移 动。同样，如果施加向上的力，气缸压力企图降低，调节器供应更多空气以保持恒定压力，并 且测试头向上移动。因此，测试头保持在基本无重或浮动的状态中。此外，如果一个外力 矩施加在测试头上，例如企图将一侧向上移动而另一侧向下移动，那么气动气缸使得该运 动很方便，因为调节器供应更多空气到一个气缸，同时从另一个气缸放出空气。因此，该布 置方便测试头在两个自由度上的柔顺性运动竖直(沿Y轴)运动和绕着一个与直线导轨 320a、b形成的平面垂直并因此平行于Z轴的轴线的旋转(ΘΖ)运动。此外，旋转柔顺性可 以绕着一个不一定穿过负载重心的轴线进行；关于该运动的基本无重或浮动状态不象现有 技术的系统中那样决定于旋转轴线的位置。为了实现由气缸440、540提供的竖直和旋转柔顺性运动，设置有一个压力调节装 置，该装置示意性地示于图14b中。尽管本说明和实施例使用空气作为工作流体，但是也可 以在本发明的精神范围内用其它工作流体替代。装置中设置有两个相同的压力调节系统 R6，每个分别用于气动气缸440、540，以至于各气缸内的压力可以独立控制。受压空气从一 个公用气源R7输入到两个调节系统R6中，该气源在多数测试或其它工业设备中经常用到。各气压调节系统R6包括一个压力调节器R8，该调节器可以调节以提供足够的压 力支撑相应气缸440上的负载。由调节器R8提供的压力首先流过电磁控制阀R9，该阀开 关以允许流体通过至激活状态的气缸440中。阀R9具有弹簧复位，以至于在电源失效时阀 R9返回到一个位置，阻塞来自气缸440的回流，由此防止负载下突然的压力丧失。
调节系统R6试图通过在负载下压力下降的情况下允许更多空气从气源R7流入并 且在负载下压力升高的情况下释放空气来保持输出的恒定压力。调节器R8提供这种稳态 控制。平行于阀R9提供的是单向节流器R0，该节流器便于流体上足够快速的响应出于定位 目的而由外力施加在负载上的小运动。从阀R9和节流器RO的两条线合在一起以形成供应 到气缸440中的流体线R5。
如果负载的一侧现在应该关于其对应的气缸440手动升高，那么气缸440中的压 力就根据提升力而降低。压力调节系统R6识别到压力的下降并且通过供应另外的流体到 气缸440中来升高流体压力，直到达到最初的目标压力。作为选择，如果负载的一侧关于其 气缸440向下压，气缸440中的压力就增加。压力调节系统R6识别到这种压力升高，并且 使流体流出气缸440直到再次达到最初的目标压力。θ Z(或滚动)运动可以通过测试头(或其支架)与定位系统相连处合适的柔顺量 来实现。例如，松配合的球窝或者适当的滑动或挠性装置可以用于该处连接。现在转向考虑翻转运动。翻转驱动单元800与微调臂700相连。因此，当微调臂 700沿着直线导轨320a上下移动时，翻转驱动单元也与微调臂单元700移动。翻转驱动单元800结合图17、18、19、20和21显示。翻转驱动单元800包括翻转驱 动电机810和翻转位置编码器820。电机810可以包括减速齿轮。如果需要电机810也可 以包括一个制动单元。电机810与滑轮876相连。驱动轴830与滑轮875相连。滑轮875 和876通过一根带(未示出)相连。因此，当电机810的轴旋转时，驱动轴830也旋转。作 为可选方式，可以使用齿轮替代滑轮875、876和带。驱动轴830包括啮合驱动齿轮880 (在 图17、18和19中未示出，下面说明)的蜗轮传动装置(等)的轮齿889 (未示出)。驱动轴 830通过滑轮872、871和一根带(未示出)与位置编码器820相连。因此，当驱动轴830旋 转时，位置编码器820的轴也旋转。作为可选方式，可以使用齿轮替代滑轮871、872和带。图20显示了驱动齿轮和轴组件895(为了可以看到其它部件，该组件在图17、18 和19中未示出)的一个分解视图。驱动齿轮880包括环绕其与驱动轴齿889啮合的圆周 899的轮齿(未示出)。驱动齿轮880还包括一个中心圆孔898。环绕孔898的是一个敞开 的圆柱体897。圆形凸缘896位于孔898中并且具有一个环形孔898a。六个孔881环绕凸 缘896中的环形孔898a均勻分布。轴承885配合在环形孔898a中。轴组件894包括轴890 ；轴环893和连接单元892刚性固定到轴890上。六个硫 化天然橡胶销891配合在轴环893的六个对应的孔中，这六个孔关于轴890均勻分布。如 图所示，橡胶销平行于轴890延伸。测试头的一侧连接到连接单元892以至于提供测试头 绕着由轴890的旋转中心线形成的轴线的翻转旋转。(这是先前所述“翻转”轴线)为了使 绕该轴线转动测试头所需的力矩最小，该轴线可以设置为大致通过负载的重心。轴890配合在轴承885中并且各橡胶销891配合在凸缘896中对应的孔881中。 轴承885可以安装为它稍微隔开轴环893和凸缘896。于是，轴890、轴环893和连接单元 892柔顺性连接到驱动齿轮880上。橡胶销891足够刚硬以至于如果驱动齿轮880旋转，假 如连接到连接单元892的旋转负载不太大，就如同旋转轴线通过负载的大致重心的情况一 样，轴组件894就与其一起旋转。但是，如果驱动齿轮880刚性保持在固定位置，橡胶销具 有足够柔性以允许连接到连接单元892的负载由适当小的外力转动正或负的几度。隔开轴 环892和凸缘896降低了剪断橡胶销891的可能性。而且，组件的相对刚度可以通过改变该间隔而调节。因此，该组件提供了柔顺性的旋转驱动装置。在操纵系统中，当与外围设备 对接时，这提供了测试头柔顺性运动的理想组件。因此，即使在驱动齿轮880固定时，连接 单元892也能够绕着驱动齿轮880进行有限量的旋转运动。这是因为连接轴单元893和齿 轮880的橡胶销891的柔顺性。如图21中所示，驱动齿轮和轴组件895位于翻转驱动单元800的井部855中。轴 890与驱动轴830垂直。驱动齿轮880圆周899上的轮齿啮合驱动轴830上的对应齿889 (未 示出)以至于驱动轴830的旋转引起齿轮880的旋转，并且因此驱动齿轮和轴组件895以 及与其相连的负载。可以使用合适的齿轮装置，如蜗轮或螺旋齿轮，以使驱动齿轮880绕着 一个与驱动轴830旋转轴线垂直的轴线旋转。翻转驱动壳840包括轴890穿过其中的孔841 (见图17)。盖子860包括连接单元 892穿过其中的孔861 (见图17、18和19)。还包括支撑件865用以提供精确、低摩擦的配
I=I ο示于图22a和b中的翻转枢轴单元900是一个与测试头另一侧相连的非动力连接 单元。翻转枢轴单元900与微调臂600相连。如前所述，微调臂600沿着直线导轨570上 下移动。翻转枢轴单元基本上为一个方形盒，提供有与可枢轴旋转的测试头安装设备连接 的装置。在示例性实施例中，这实际上是一个通过枢轴单元的孔901。一个通过该孔901的 短轴(未示出)可以安装到测试头上。可以使用合适的轴承以提供低摩擦。翻转枢轴单元 900和翻转驱动单元800 (“翻转单元”)通过啮合连接孔的连接螺钉(未示出)与它们各自 的竖直微调臂600、700相连。这允许简化安装或者更换测试头。例如，为了安装测试头，首 先从操纵器上移走翻转枢轴和驱动单元900、800。这些单元现在可以连接到测试头上。然 后，测试头和翻转枢轴和驱动单元的装配体可以方便地连接到定位系统上。图23是根据本发明一个示例性实施例的对接装置的一个透视图。在图23中包括 示例性测试头1000。测试头1000与支架1005相连。支架1005反过来与翻转驱动单元800 和翻转枢轴单元900相连。多个对接装置1010与测试头1000的侧面相连。在该示例性实 施例中，显示了三个对接装置1010。各对接装置1010位于底支承1020上。对接装置1010 通过合适的螺栓或调节螺钉1075与侧校准杆1015相连。侧校准杆1015用于将对接装置 1010固定到底支承1020上。底支承1020反过来与底校准杆1025相连。底校准杆1025通 过合适的螺栓或调节螺钉1035与底校准平台1030相连。于是，对接装置1010可以通过改 变对接装置1010相对于侧校准杆1015的位置和通过改变底支承1020相对于底校准平台 1030的位置而运动至合适的位置。另外还显示了对接框架1050。对接框架1050被固定到 外围设备(即一种器件或包装搬运机、晶片探测器或者其它测试装置)上。固定到对接框 架1050上的是多个对接销1060。对接销1060和对接装置1010定位为使得对接销1060相 对于各对接装置1010对齐并且匹配。图24是图23中所示对接销1060的一个透视图。对接销1060包括对接销底座 1100，销部分1150、1140和1130从这里延伸。如图所示，销部分的直径可以靠近对接销1060 的末端而变得越来越小。当对接测试头与外围设备时这将特别有用，因为在对接测试头与 外围设备时，销部分1130相对于其它销部分更小的直径允许更大的初始误差。通过赋予定 位系统足够的柔顺性(即微小的非动力运动)，有可能在对接操作进行时校正测试头和器 件搬运机之间微小的偏差。图24中还显示了从对接销1060的侧面伸出的凸轮从动件1120。凸轮从动件1120与形成于对接装置1010中的合适的狭槽啮合，后面将对其进行说明。结合图25a和b显示了本发明示例性实施例的一个剖切侧视图。另外还在图26 中显示了一个分解透视图。在图25a和b中，对接销1060显示为最初插入销座1300中之 后。在图25a和b中，对接销1060显示为已经穿透销探测器1400。销座1300与臂1600相 连。臂1600因为活塞单元1500中包括的活塞而运动。活塞单元1500包括活塞1515和活 塞轴1510。活塞单元1500还包括位于其相反侧面的枢接点1505 (图中只显示了一侧)。枢 接点1505使活塞单元1500可以具有小量的枢轴旋转运动。在一个示例性实施例中活塞单 元为一种气动单元；但是，可以使用其它类型，如液压或机电单元。枢接点1505使活塞单元 1500可以绕枢接导向器1080枢轴转动，枢接导向器1080位于外壳1012和盖子1014的侧 面上并且在对接装置1010中面向内部。臂单元1600包括枢接点1620。通过啮合枢接导向 器1090 (也位于外壳1012和盖子1014的侧面上并且在对接装置1010中面向内部)，枢接 点1620使臂1600可以具有枢轴旋转运动。在图25中，活塞单元1500内的活塞1515得到更清楚地显示。下面说明销座1300 的各个特征的操作。图26是对接装置1010的一个分解透视图。在该图中，可能看到对接装置外壳1012 和对接装置盖子1014。另外还显示有销座1300、销探测器1400、臂1600和活塞单元1500。在图27中，显示了销座1300的一个透视图。销座1300包括凸轮槽1305。在销座 1300的各侧件1315中铣出一个凸轮槽1305。在图24中显示为从对接销1060的侧面伸出 的凸轮从动件1120与槽1305啮合。销座1300滑动连接到外壳1012和盖子1014上。具 体地说，杆1316与外壳1012中的狭槽1022啮合，并且杆1317与盖子1014中的狭槽1021 啮合。下面将要进一步说明，活塞1515和活塞轴1510通过枢轴臂1600与销座1300连接。 因此，活塞1515的运动引起销座1300左右滑动。在图中，当活塞1515位于最左边以至于 活塞轴1510缩回时，销座1300将位于其最右边的位置。同样，当活塞1515位于最右边以 至于活塞轴1510伸出时，销座1300将位于其最左边的位置。图28是销探测器1400的一个透视图。如图所示，销探测器1400包括探测片1405。 图29显示了去除探测片1405的销探测器1400。探测器开关1410在图29中可以看到。图30是探测片1405的一个透视图。探测片1405包括片孔1450，探测片1405可 以绕着该孔枢轴转动。探测片1405包括滚子装置1470，该装置通过一个插入穿过滚子孔 1460的轴保持在适当位置。探测片1405包括尾部构件1480。销探测器1400的操作结合图25b得到更清楚地显示。具体地说，当对接销1060进 入销探测器1400时，探测片1405由于绕着片孔1450枢轴转动而被向后推。作为向后枢轴 转动的结果，尾部构件1480推向探测器开关1410。这样，销探测器1400发出对接销1060 已经进入销探测器1400的信号。探测器开关1410可以是电控系统中的电开关、全气动系 统中的空气阀或更一般地说为基于流体的系统中的阀。图31是活塞单元1500的一个透视图。活塞单元1500包括活塞1515 (不可见)、 活塞轴1510和臂支承1520。图32是臂1600的一个透视图。臂1600包括臂体1630。臂头1610通过头部枢轴 1660与臂体1630的一端相连。这允许头部1610具有枢轴旋转运动。延伸部分1640与臂 1630的相对端相连。延伸部分1640分别包括延伸孔1650。另外还包括臂枢轴1620。
如图33所示，对接销1060相对于对接装置1010位于适当位置以至于对接可以实 现。在对接的这一阶段，对接销1060位于销座1300中凸轮槽1305的开孔上方，销座1300 位于其最右边位置。而且，由于没有任何物体将探测片1405推向探测器开关1410，销探测 器1400指示销1060没有插入。更一般地说，测试头已经由定位器，如定位器10操纵到一 个位置，以至于首先所有对接销1060关于其各自的对接装置1010如图33中所示对齐，其 次测试头1000的对接表面和由连接到外围设备的对接板1050形成的表面大致平行。然后 就称测试头位于“准备对接”位置。定位器10中带有的编码器使得针对特定外围设备的该 位置被系统控制器记录。因此，系统控制器可以自动将测试头定位至前面已经学习的准备 对接位置。如图34中所示，对接销1060现在已经移动进入对接装置1010至“准备起动”位 置。具体地说，凸轮从动件1120已经进入凸轮槽1305中至一个位置，此时，如果销座1300 滑动到左边，这些凸轮从动件就可以由凸轮槽1305向下的倾斜区域捕捉。而且，对接销 1060进入对接装置1010中足够深，以至于对接销1060现在推向探测片1405。各部件设置 为当对接销1060已经到达该位置时，它将充分地推向探测片1405，以至于使尾部构件1480 可以推向并且触发开关1410。一旦开关1410已经因此而向里推，对接装置1010就可以被 起动。更具体地说，各部件设置为当到达准备起动位置时开关1410被触发。更一般地说，在对接过程中，测试头从准备对接位置压入准备起动位置，此时所有 对接销1060关于它们各自的对接装置1010位于准备起动位置。因此，当所有探测器开关 1410都已经触发时，所有对接装置1010同时被起动。优选的是，在探测器开关1410触发之 前，没有对接装置1010被起动。众所周知，为了保护将要接合的精密电触点，当在准备对接位置和准备起动位置 之间运动时，优选的是，测试头沿着与对接平面或对接框架1050垂直的直线运动。在如这 里所述的自动定位系统中，系统控制器具有提供这种受控运动的责任。系统控制器可以记 录来自编码器针对特定外围设备的准备起动位置并且使用该信息控制该动作。在一个示例性系统中，准备对接位置和准备起动位置，以及其它位置可以通过教 学过程输入到系统控制器中。在教学过程中，测试头通过操作者手工操作定位器而进入各 位置。在各位置，命令系统读取编码器并且记录坐标值。一系列这样的“已学会”位置以后 可以被系统用于描述要遵循的路线。于是，系统控制器可以自动从服务位置(即测试头被 服务的位置)沿着某一路线移动测试头远离外围设备到准备对接位置，然后到准备起动位 置。在对接过程中测试头位于准备起动位置的阶段中，定位系统驱动电机的电源被中 断，注意到这一点很重要。但是气动气缸440、540的压力和提供柔顺性运动所包括的任何 其它动力设备必须保持。更具体地说，当定位系统移动测试头进入各个位置时，定位系统通 过前面所述的大量位置编码器知道测试头的位置。因此，当定位系统中的位置编码器指示 准备起动位置已经到达时，定位系统中包括的各个电机现在停止所有进一步的动力运动。 测试头进一步的运动将由对接装置1010提供。如果任何操纵器电机配备有制动器，为了允 许测试头的柔顺性运动，它们将被释放。由于图34中所示的位置已经到达，对接装置1010 现在处于“准备起动”模式。在该模式中，不是由定位系统继续将测试头推向外围设备，而 是对接装置1010现在将测试头推向外围设备。在本发明的一个示例性实施例中，对接装置1010由空气压力致动，并且可以就在定位系统释放其电机之前开始该推动顺序。因此，对接 系统和定位系统之间的控制信号不需要协调该阶段对接。图35举例说明了起动过程已经开始之后的对接装置1010。换句话说，当对接装置 1010位于图35中所示状态时，对接装置1010现在正处于将测试头拉向器件搬运机的过程 中。更具体地说，下面的事情将发生。由于所有探测器开关1410现在已经被压下，活塞单 元1500被起动，活塞单元1500内的活塞轴1510现在开始伸出。在一个示例性系统中，活 塞单元1500为气动并且通过施加空气压力来致动。由于活塞轴1510伸出，臂1600现在开 始绕着臂枢轴1620转动。随着臂1600绕着臂枢轴1620转动，头部1610推动销座1300以 至于销座1300现在开始滑动。因为臂1600正在枢轴转动，当头部1610推动销座1300时 它将沿弧线运动。因此当臂1600枢轴转动时，头部1610相对于臂1600稍微旋转。为头部 1610的弧线运动的竖直分量提供有间隙。在图35中，可以看到，销座1300已经相对于图 34中的位置向左边滑动。由于销座1300滑动，凸轮槽1305相对于凸轮从动件1120滑动。 如图35中看到，凸轮槽1305从其开口到其末端具有增加的深度。因此，当销座1300移动 时，销1060因为销座1300的移动而被向下拉。图36举例说明了位于完全对接位置的对接装置1010。在该位置，活塞轴1510已 经充分伸出，并且臂1600已经充分枢轴转动，以至于销1060已经充分向下拉，以至于测试 头和外围设备现在对接。当测试头从准备起动位置被拉到完全对接位置时，由于对接销将它拉入与外围设 备的精确对齐，因此在六个空间自由度上进行相对很少量的运动。因此，优选的是，定位系 统允许其运动轴上的柔顺性运动。在定位系统10中，这通过断开和释放除竖直驱动电机 330以外所有电机上的制动器而提供。该作用与来自气动气缸440、540和翻转驱动单元800 的柔顺性效应相结合以提供需要的柔顺性。作为选择，如果这些方法不足够，可以很容易地 结合其它已知的、以前公开的方法。当到达测试头相对于器件搬运机脱离的时间时，活塞1510可以收到信号而缩回， 以至于臂1600逆时针枢轴转动并且凹槽构件1120位于槽1305的开口处。当这已经实现 时，可以通过激活测试头定位系统中的电机而实现测试头与器件搬运机的分离。一个控制系统可以用于控制定位系统。该控制系统(后面将称为“定位控制系 统”)可以是控制定位系统各部件(如电机、气动元件等)的基于微处理器的系统。另一个 用于对接装置1010的控制系统(后面将称为“对接控制系统”)也可以是基于微处理器的。 用于对接示例性测试头与示例性外围设备的总体操作顺序如下1、操作者手动“教会”定位控制系统针对特定外围设备的准备对接和准备起动位置。2、操作者还“教会”定位控制系统服务位置和沿着服务位置与准备对接位置之间 期望路线的一系列相关点。3、测试头被置于服务位置并且准备测试。4、当受到命令时定位控制系统自动使测试头位于由其编码器测定的准备对接位置。5、当到达准备对接位置时，定位控制系统可以提供信号以“打开”或者起动在步骤 8和9中将进一步说明的一个单独的对接控制装置(见图37，步骤5)。
6、定位控制系统现在沿着与对接平面垂直的直线路线小心移动测试头至编码器 测定的准备起动位置(见图37，步骤6)。与该直线路线无关的运动制动器可能应用。7、一个时间段T之后，定位控制系统断开其驱动电机并且释放除竖直驱动电机之 外所配备的任何电机上的制动器(如果已应用)。8、在时间T内，对接控制系统通过注意到所有开关1410已经触发而识别到测试头 位于准备起动位置。9、遵循步骤8，然后在时间T内，对接控制系统起动所有活塞单元(附加驱动单 元)1010 (见图37，步骤9)。10、当时间T超过，测试头在对接控制系统的控制下移动到完全对接位置，同时定 位器允许所有轴上的柔顺性运动(见图37，步骤10)。11、由于测试头和外围设备上的各电触点已配合，测试头和外围设备之间的测试 就可以进行。使用者更希望可以激活电机制动器以锁定定位器在适当位置，或者它们可以 未锁定从而允许吸收振动。尽管这里结合特定实施例举例说明并描述了本发明，但是本发明并不设计为限于 所示的细节。而是可以在权利要求的等同替换的范围内不脱离本发明在细节上进行各种修 改。
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权利要求
一种负载支撑装置，包括多个气动单元；多个与所述负载相反侧相连的连接器，所述连接器响应于所述多个气动单元的驱动平行于第一轴线移动所述负载，至少一个连接器绕着与所述第一轴线垂直的第二轴线转动所述负载，所述负载沿着所述第一轴线和绕着所述第二轴线具有柔顺性，至少一个所述气动单元沿着所述第一轴线和绕着所述第二轴线提供柔顺性。
2.根据权利要求1所述的负载支撑装置，还包括一个绕着所述第一轴线移动所述负载 的摆动板。
3.根据权利要求1所述的负载支撑装置，其特征在于，当所述负载绕着所述第二轴线 移动时，所述一个连接器沿一个方向移动，并且同时a)另一个连接器沿相反反向移动；或者b)所述另一个连接器保持静止。
4.根据权利要求1所述的负载支撑装置，还包括一个平行于所述第二轴线移动所述负 载的进出板。
5.根据权利要求1所述的负载支撑装置，还包括一个沿着与所述第一轴线和所述第二 轴线垂直的第三轴线移动所述负载的侧移板。
6.根据权利要求1所述的负载支撑装置，其特征在于，所述连接器绕着与所述第二轴 线垂直的第三轴线转动所述负载。
7.根据权利要求1所述的负载支撑装置，其特征在于，不论所述第二轴线是否位于所 述负载的重心，所述负载均绕着所述第二轴线具有柔顺性。
8.根据权利要求1所述的负载支撑装置，其特征在于，各所述气动单元被单独调节。
9.根据权利要求1所述的负载支撑装置，还包括多个移动所述气动单元至各自第一位 置的致动器，所述气动单元有助于所述负载移动至最终位置。
10.一种负载支撑装置，包括多个气动单元；多个将所述气动单元连接到所述负载的相反侧的连接器，所述气动单元在至少两个自 由度上提供柔顺性。
11.根据权利要求10所述的负载支撑装置，还包括多个沿第一轴线移动所述负载的致 动器，至少一个连接器响应于至少一个所述致动器的驱动绕着第二轴线移动所述负载，所 述气动单元使得所述负载沿着所述第一轴线和绕着所述第二轴线具有柔顺性。
12.根据权利要求11所述的负载支撑装置，还包括一个绕着所述第一轴线移动所述负 载的摆动板。
13.根据权利要求11所述的负载支撑装置，其特征在于，当所述负载绕着所述第二轴 线移动时，所述一个连接器沿一个方向移动，并且同时a)另一个连接器沿相反反向移动；或者b)所述另一个连接器保持静止。
14.根据权利要求11所述的负载支撑装置，还包括一个平行于所述第二轴线移动所述 负载的进出板。
15.根据权利要求11所述的负载支撑装置，还包括一个沿着与所述第二轴线垂直的第三轴线移动所述负载的侧移板。
16.根据权利要求11所述的负载支撑装置，其特征在于，所述连接器绕着与所述第一 轴线和第二轴线垂直的第三轴线转动所述负载。
17.一种负载支撑装置，包括多个柱；多个可以分别沿所述柱移动以便沿第一轴线移动所述负载的主臂；至少一个可以沿至少一个所述主臂移动的微调臂，所述微调臂绕着与所述第一轴线垂 直的第二轴线提供柔顺性。
18.根据权利要求17所述的装置，还包括一个允许移动所述微调臂的气动单元。
19.根据权利要求17所述的装置，还包括一个与所述负载的一侧相连的连接器，所述 连接器可以与所述微调臂一起移动，所述连接器沿所述第一轴线和绕着所述第二轴线移动 所述负载。
20.根据权利要求18所述的负载支撑装置，还包括一个绕着所述第一轴线移动所述负 载的摆动板。
21.根据权利要求19所述的负载支撑装置，其特征在于，当所述负载绕着所述第二轴 线移动时，所述一个连接器沿一个方向移动，并且同时a)另一个连接器沿相反反向移动；或者b)所述另一个连接器保持静止。
22.根据权利要求18所述的负载支撑装置，还包括一个沿所述第二轴线移动所述负载 的进出板。
23.根据权利要求18所述的负载支撑装置，还包括一个沿着与所述第二轴线垂直的第 三轴线移动所述负载的侧移板。
24.根据权利要求18所述的负载支撑装置，其特征在于，所述连接器绕着与所述第一 轴线和第二轴线垂直的第三轴线转动所述负载。
25.一种负载支撑装置，包括多个连接到所述负载的相反侧的连接器，至少一个连接器受动力驱动而绕着一个旋转 轴线转动所述负载，所述至少一个连接器包括一个具有柔性元件以提供绕着所述旋转轴线 的柔顺性的连接单元。
26.根据权利要求25所述的负载支撑装置，其特征在于，所述连接器沿着与所述旋转 轴线垂直的第一轴线和绕着与所述第一轴线和所述旋转轴线垂直的第二轴线移动所述负 载。
27.根据权利要求26所述的负载支撑装置，其特征在于，所述负载沿所述第一轴线和 绕着所述第二轴线具有柔顺性。
28.根据权利要求26所述的负载支撑装置，其特征在于，当所述负载绕着所述第二轴 线移动时，所述一个连接器沿一个方向移动，并且同时a)另一个连接器沿相反反向移动；或者b)所述另一个连接器保持静止。
29.根据权利要求26所述的负载支撑装置，还包括一个沿所述第二轴线移动所述负载 的进出板。
30.根据权利要求26所述的负载支撑装置，还包括一个沿着与所述第二轴线垂直的所 述旋转轴线移动所述负载的侧移板。
31.根据权利要求25所述的负载支撑装置，其特征在于，所述柔性元件包括橡胶。
32.根据权利要求25所述的负载支撑装置，其特征在于，所述柔性元件与一个动力驱 动齿轮相连。
33.根据权利要求25所述的负载支撑装置，其特征在于，所述一个连接器由选自电力 和气动的动力源驱动。
34.一种负载支撑方法，包括驱动多个间隔布置的致动器沿第一轴线移动所述负载；沿所述第一轴线提供柔顺性自由度；和绕着与所述第一轴线垂直的第二轴线提供柔顺性自由度。
35.根据权利要求34所述的负载支撑方法，还包括绕着所述第一轴线移动所述负载的步骤。
36.根据权利要求34所述的负载支撑方法，其特征在于，当所述负载绕着所述第二轴 线移动时，一个所述致动器沿一个方向移动，并且同时a)另一个所述致动器沿相反反向移动；或者b)所述另一个所述致动器保持静止。
37.根据权利要求34所述的负载支撑方法，还包括平行于所述第二轴线移动所述负载 的步骤。
38.根据权利要求34所述的负载支撑方法，还包括绕着沿着与所述第一轴线和所述第 二轴线垂直的第三轴线移动所述负载的步骤。
39.根据权利要求34所述的负载支撑方法，还包括绕着与所述第二轴线垂直的第三轴 线转动所述负载的步骤。
40.根据权利要求34所述的负载支撑方法，还包括调节至少一个气动单元以提供柔顺 性自由度的步骤。
41.根据权利要求40所述的负载支撑方法，其特征在于，所述一个气动单元是被单独 调节以提供所述柔顺性自由度的多个气动单元中的一个。
42.根据权利要求40所述的负载支撑方法，其特征在于，所述致动器移动所述至少一 个气动单元至第一位置，并且所述气动单元有助于所述负载移动至最终位置。
全文摘要
一种负载支撑装置包括与负载相反侧相连的气动单元和连接器。连接器响应于气动单元的驱动平行于第一轴线移动负载。至少一个连接器绕着与第一轴线垂直的第二轴线转动负载。负载沿着第一轴线和绕着第二轴线具有柔顺性。至少一个气动单元沿着第一轴线和绕着第二轴线提供柔顺性。
文档编号G01R1/04GK101806817SQ201010150668
公开日2010年8月18日 申请日期2004年3月31日 优先权日2003年3月31日
发明者克里斯蒂安·米勒 申请人:英特斯特公司
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