專(zhuān)利名稱(chēng)：用于具有主動(dòng)柔順性的測(cè)試頭的操縱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使測(cè)試頭相對(duì)于一根或多根軸保持平衡的方法和設(shè)備。并且，本發(fā)明還提供了相對(duì)于一根或多根軸為測(cè)試頭提供運(yùn)動(dòng)的柔順?lè)秶?compliant range of motion)的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
在集成電路、芯片、和晶片的測(cè)試中，習(xí)慣的做法是使用包括測(cè)試頭和處理待測(cè)項(xiàng)目的儀器的系統(tǒng)。處理儀器可以是封裝的器件處理器、晶片檢測(cè)器、或其它設(shè)備。為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)，我們將稱(chēng)這樣的儀器為“器件處理器”或簡(jiǎn)稱(chēng)為“處理器”。測(cè)試頭與處理器“對(duì)接”。然后，可以在測(cè)試頭和集成電路之間建立電路連接，以便測(cè)試頭可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏y(cè)試。
一般說(shuō)來(lái)，有兩種對(duì)接方法，即，致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)對(duì)接和操縱器驅(qū)動(dòng)對(duì)接。公知為“致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)”對(duì)接的技術(shù)首先公開(kāi)在授予Smith的美國(guó)專(zhuān)利第4,589,815號(hào)(下文稱(chēng)為‘815)中，它的一些變型以后被開(kāi)發(fā)出來(lái)，并公開(kāi)在授予Ames的美國(guó)專(zhuān)利第5,654,631號(hào)、授予Bogden的第5,744,974號(hào)、授予Chiu等人的第5,982,182號(hào)、授予Slocum等人的第6,104,202號(hào)，和也授予Slocum等人的第5,821,764中。它們統(tǒng)統(tǒng)合并于此，以供參考。
在一般意義上，對(duì)接系統(tǒng)在要對(duì)接的兩個(gè)項(xiàng)目之一上需要“對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)”，該對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)與兩個(gè)項(xiàng)目中的另一個(gè)上的“對(duì)準(zhǔn)插孔”接合。在‘815專(zhuān)利中，包含有作為對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)銷(xiāo)，并包含有作為對(duì)準(zhǔn)插孔的導(dǎo)銷(xiāo)插孔和角板。在授予Chiu等人和Slocum等人的三個(gè)專(zhuān)利中，在所有六個(gè)自由度中的對(duì)準(zhǔn)通過(guò)動(dòng)態(tài)耦合來(lái)提供，動(dòng)態(tài)耦合在“沒(méi)有多于兩個(gè)的接觸點(diǎn)是共線(xiàn)的”提供表面之間提供六個(gè)接觸點(diǎn)。在這些專(zhuān)利中，在要對(duì)接的兩個(gè)項(xiàng)固之一上的“動(dòng)態(tài)表面”用作對(duì)準(zhǔn)插孔；和在兩個(gè)項(xiàng)目的另一個(gè)上的“動(dòng)態(tài)配合表面”起對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的作用。在這些專(zhuān)利中描述的優(yōu)選實(shí)施例中，球或球狀表面是動(dòng)態(tài)配合表面或?qū)?zhǔn)結(jié)構(gòu)，而凹槽是動(dòng)態(tài)表面或?qū)?zhǔn)插孔。正如這些專(zhuān)利所指出的那樣，可以使用許多其它表面組合。
在‘815專(zhuān)利中描述的對(duì)接組件類(lèi)似于部分顯示在本申請(qǐng)的圖13中的垂直平面處理器位置(Vertical Plane Handler Position)中(圖13左下方的圖形被部分剖開(kāi))的兩點(diǎn)對(duì)接組件1340。在圖13中，只顯示了連接到測(cè)試頭上的一半組件。這些二點(diǎn)對(duì)接組件都使用2個(gè)導(dǎo)銷(xiāo)912和各自的配合孔(在圖13中未示出)和2個(gè)圓形凸輪910。當(dāng)通過(guò)連接在凸輪910上的把柄914使凸輪910旋轉(zhuǎn)時(shí)，與變得完全插入它們的配合孔(未示出)中的導(dǎo)銷(xiāo)912一起拖動(dòng)對(duì)接件(dock)的兩個(gè)半部。線(xiàn)纜915鏈接2個(gè)凸輪910，以便使它們同步旋轉(zhuǎn)。繩索布局使對(duì)接件能夠通過(guò)把力僅施加到兩個(gè)把柄914中的一個(gè)或另一個(gè)上來(lái)工作。于是，在這種情況下，把柄是對(duì)接致動(dòng)器。
Reid Ashman制造公司(RAM)制造的對(duì)接件[參見(jiàn)網(wǎng)站和銷(xiāo)售印刷品]在概念上類(lèi)似于在‘815專(zhuān)利中描述的那些對(duì)接件。但是，在RAM對(duì)接件中，線(xiàn)性凸輪用來(lái)取代圓形凸輪。此外，RAM對(duì)接件利用剛性的機(jī)構(gòu)連桿和鐘形曲柄來(lái)取代線(xiàn)纜，使凸輪的運(yùn)動(dòng)同步。對(duì)接件由與各自的鐘形曲柄耦合的兩個(gè)把柄中的一個(gè)或另一個(gè)致動(dòng)。
可以以各種各樣的方式把動(dòng)力致動(dòng)器合并到對(duì)接件中。例如，可以容易地加入如上所述的線(xiàn)性致動(dòng)器，把對(duì)接驅(qū)動(dòng)直接傳遞給‘815對(duì)接件中的線(xiàn)纜或其它對(duì)接件中的機(jī)構(gòu)連桿或線(xiàn)狀凸輪。線(xiàn)性致動(dòng)器可以是包括電動(dòng)機(jī)、電螺線(xiàn)管、或氣胎在內(nèi)的幾種類(lèi)型的任何一種。
在美國(guó)專(zhuān)利第5,654,631號(hào)和第5,744,974號(hào)中描述的對(duì)接件利用導(dǎo)銷(xiāo)和小孔來(lái)對(duì)準(zhǔn)兩個(gè)半部。但是，對(duì)接件由抽成真空時(shí)一起推進(jìn)兩個(gè)半部的真空器件驅(qū)動(dòng)。只要保持真空，兩個(gè)半部就一直鎖在一起。
在美國(guó)專(zhuān)利第5,821,764號(hào)、第5,982,182號(hào)和第6,104,202號(hào)中公開(kāi)的對(duì)接件利用動(dòng)態(tài)耦合技術(shù)，以在兩個(gè)半部之間提供最終對(duì)準(zhǔn)。還可以利用導(dǎo)銷(xiāo)提供初步對(duì)準(zhǔn)。導(dǎo)銷(xiāo)可以配有卡爪機(jī)構(gòu)，卡爪機(jī)構(gòu)把導(dǎo)銷(xiāo)俘獲到它的小孔中，防止其逃脫。在‘764和‘202專(zhuān)利中，卡爪機(jī)構(gòu)呈現(xiàn)出自動(dòng)啟動(dòng)；然而，在‘182專(zhuān)利中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器件用于三個(gè)導(dǎo)銷(xiāo)的每一個(gè)。同樣，在‘182專(zhuān)利中，三個(gè)電機(jī)可以單獨(dú)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)接部件之間的平面化。在所有這些公開(kāi)物中，線(xiàn)性致動(dòng)器用于最后把兩個(gè)半部拉在一起。公開(kāi)的線(xiàn)性致動(dòng)器是氣動(dòng)類(lèi)型的。
上面討論的目的是提供某些適用致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)對(duì)接技術(shù)的概況?？梢钥闯觯瑢?duì)接件可以由各種不同的器件致動(dòng)。
稱(chēng)為“操縱器驅(qū)動(dòng)”對(duì)接的另一種可供選擇的方法公開(kāi)在，例如，授予Graham等人的美國(guó)專(zhuān)利第5,600,258號(hào)和第5,900,737號(hào)中。這個(gè)可供選擇的方法提供操縱器的一根或多根動(dòng)力并受控的軸(“受控軸”)來(lái)定位測(cè)試頭。例如，并且，正如在提到的專(zhuān)利中所述的那樣，在Graham專(zhuān)利中，垂直、俯仰、和橫滾軸都是受控軸。只控制單根軸，譬如，垂直軸或翻滾軸的系統(tǒng)也是已知的。位置傳感器通常用于把反饋提供給與測(cè)試頭相對(duì)于器件處理器/檢測(cè)器的位置有關(guān)的受控軸。在對(duì)接過(guò)程中，控制器(或操作器)操作一根受控軸或數(shù)根受控軸，首先把測(cè)試頭帶入對(duì)接結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)備就緒狀態(tài)，然后，繼續(xù)操作受控軸完成對(duì)接。在[Graham等人的專(zhuān)利]中，傳感器由控制器用于使測(cè)試頭的對(duì)接表面適當(dāng)?shù)爻蚱骷幚砥?檢測(cè)器的對(duì)接表面(通常是共面)，并在對(duì)接完成且已經(jīng)適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行了測(cè)試頭和器件處理器/檢測(cè)器之間的電連接時(shí)終止運(yùn)動(dòng)。沒(méi)有對(duì)接件致動(dòng)器，并且，通常也沒(méi)有與操縱器軸無(wú)關(guān)的分離、獨(dú)立鎖閂機(jī)構(gòu)。如果沒(méi)有分離、獨(dú)立的鎖閂器，必須把操縱器軸鎖定在使測(cè)試頭保持在完全對(duì)接位置上的位置上。
此外，在操縱器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，讓測(cè)試頭在所有軸上都保持平衡并非合乎需要的或行得通的。不平衡的測(cè)試頭導(dǎo)致必須由驅(qū)動(dòng)和控制機(jī)構(gòu)，由對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)，和由器件處理器/檢測(cè)器本身的結(jié)構(gòu)克服的難以預(yù)料和不想要的力。
對(duì)接系統(tǒng)被稱(chēng)為“鎖閂對(duì)接”系統(tǒng)，其中在完全對(duì)接時(shí)與操縱器單獨(dú)并無(wú)關(guān)的機(jī)構(gòu)把測(cè)試頭鎖閂在處理器/檢測(cè)器上。只通過(guò)鎖住操縱器軸使測(cè)試頭保持在完成對(duì)接位置上的系統(tǒng)被稱(chēng)為“非鎖閂對(duì)接”系統(tǒng)。通常，致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)對(duì)接系統(tǒng)是鎖閂對(duì)接系統(tǒng)，而操縱器驅(qū)動(dòng)對(duì)接系統(tǒng)是非鎖閂對(duì)接系統(tǒng)。但是，另一種情況是，這兩種結(jié)合在一起也是可以的。
在把操縱器設(shè)計(jì)成用于大測(cè)試頭的情況中，最好讓測(cè)試頭基本上可在多達(dá)六根軸或六個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度上自由運(yùn)動(dòng)，以促進(jìn)受控運(yùn)動(dòng)的容易程度。這在如名稱(chēng)為“測(cè)試頭操縱器(TEST HEAD MANIPULATOR)”的PCT國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)第US00/00704號(hào)和名稱(chēng)為“在受驅(qū)垂直軸測(cè)試頭操縱器中的抗衡垂直對(duì)接運(yùn)動(dòng)(COUNTER BALANCED VERTICAL DOCKING MOTION IN ADRIVEN VERTICAL AXIS TEST HEAD MANIPULATOR)”的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)第60/186,196號(hào)所討論的運(yùn)動(dòng)軸的手動(dòng)操縱和安全動(dòng)力是確實(shí)的。這在與器件處理器/檢測(cè)器的對(duì)接/脫離中也是確實(shí)的，此處，運(yùn)動(dòng)是由如授予Smith的美國(guó)專(zhuān)利第4,589,815號(hào)、授予Slocum等人的美國(guó)專(zhuān)利第5,821,764和6,104,222號(hào)、或授予Chiu等人的美國(guó)專(zhuān)利第5,982,182號(hào)所述的對(duì)接系統(tǒng)提供。這種運(yùn)動(dòng)自由度或“柔順運(yùn)動(dòng)”在使測(cè)試頭與處理器對(duì)接的過(guò)程中特別重要。
提供與地面平行的運(yùn)動(dòng)的兩根軸(從一側(cè)到另一側(cè)和從里到外)和與地板垂直的軸(從上到下)顯示在圖14中。這三根軸包括x-軸(從一側(cè)到另一側(cè))1315、y-軸(從內(nèi)到外)1325、和z-軸(從上到下)1335。還顯示了三根樞轉(zhuǎn)軸，包括俯仰軸(x)1310、橫滾軸(y)1320、和偏轉(zhuǎn)(和橫擺)軸(z)1330。在與地板平行的兩根軸(x和y)中，一般通過(guò)低摩擦軸承和軌道等，或者，在如也授予Smith的美國(guó)專(zhuān)利第4,527,942號(hào)所述的鉸接臂中提供運(yùn)動(dòng)自由性。在垂直或上、下軸(z軸)的情況中，典型的做法是，除了軸被操作者故意鎖住之外，使用配重來(lái)達(dá)到基本上無(wú)重量狀態(tài)，以便提供所需運(yùn)動(dòng)自由性。上-下軸中已知的其它技術(shù)是使用如在授予Beaucoup等人的美國(guó)專(zhuān)利第4,943,020號(hào)中所述的彈簧機(jī)構(gòu)、和如授予Slocum等人的美國(guó)專(zhuān)利第5,931,048號(hào)、和授予Smith的美國(guó)專(zhuān)利第5,149,029和4,705,447號(hào)中所述的氣動(dòng)裝置。但是，授予Alden的美國(guó)專(zhuān)利第5,949,002號(hào)指出，采取這樣的方法存在某些困難，并且，建議使用包含測(cè)壓元件力傳感器的伺服控制環(huán)路。但是，包含帶力和位置反饋的伺服控制環(huán)路的技術(shù)既復(fù)雜又昂貴，在出現(xiàn)故障的情況下，不能提供操作者駕御系統(tǒng)的簡(jiǎn)單方法。
在俯仰、側(cè)滾、和橫擺轉(zhuǎn)動(dòng)的情況中，眾所周知，把樞轉(zhuǎn)軸設(shè)成使它們幾乎穿過(guò)測(cè)試頭和它的附屬安裝機(jī)構(gòu)和繩索的重心。通過(guò)加上壓塊配重，在翻滾模式操縱器中這已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。在繩索樞轉(zhuǎn)操縱器上，正如授予Holt的美國(guó)專(zhuān)利第5,450,766號(hào)所述，這通過(guò)提供各種各樣的墊片來(lái)改變背靠在凸出的繩索樞轉(zhuǎn)操縱器上的內(nèi)支架的長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)。
如圖13所示，把測(cè)試頭內(nèi)部的一根或多根轉(zhuǎn)動(dòng)軸設(shè)在測(cè)試頭和繩索組件的實(shí)際重心上或附近也許是合算的。請(qǐng)注意，在測(cè)試頭結(jié)構(gòu)內(nèi)，綜合了俯仰和橫擺運(yùn)動(dòng)。在圖13中，這些被顯示成俯仰軸1310(±5°的θX)和橫擺軸1320(±5°的θZ)。橫滾軸1330(±90-95°的θY)也顯示在圖13中。
在目前的系統(tǒng)中，可以證明，設(shè)置大約±5°運(yùn)動(dòng)的俯仰軸，至少±90°運(yùn)動(dòng)(在測(cè)試頭外部)的橫滾軸、和在測(cè)試頭內(nèi)的大約±5°橫擺運(yùn)動(dòng)是合乎需要的。這是因?yàn)?，通過(guò)使用，例如，分別在授予Holt的美國(guó)專(zhuān)利第5,450,766號(hào)和也授予Holt的美國(guó)專(zhuān)利第5,608,333號(hào)中描述的“CPPJ”(用于俯仰)和SplitRing Cable Pivot技術(shù)，在重心上或附近實(shí)現(xiàn)這些軸所需的結(jié)構(gòu)的范圍顯著地小于當(dāng)它們?cè)跍y(cè)試頭的外部時(shí)實(shí)現(xiàn)這些軸所需的結(jié)構(gòu)的范圍。
已經(jīng)建議通過(guò)把球軸承設(shè)在測(cè)試頭的重心附近來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)概念?？梢匝刂鴥?nèi)外方向配備移動(dòng)球軸承的位置的外部調(diào)整裝置，以便當(dāng)測(cè)試頭處在DUT(正在測(cè)試之中的器件)向上或DUT向下方位時(shí)，可以從物理上定位它，使俯仰軸(或翻滾)軸平衡。球軸承缺點(diǎn)在于它同時(shí)提供所有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。
盡管希望這樣，但是把這些內(nèi)部軸設(shè)在真實(shí)測(cè)試頭的真正重心上或非常接近的地方是非常困難的。改變測(cè)試頭內(nèi)部引腳電子線(xiàn)路板的多少和測(cè)試頭繩索的長(zhǎng)度和重量以滿(mǎn)足特殊測(cè)試裝置最終用戶(hù)的需要的實(shí)際活動(dòng)往往導(dǎo)致重心位置的顯著偏移，因此，導(dǎo)致顯著的不平衡力。另外，隨著測(cè)試頭通過(guò)它的運(yùn)動(dòng)包絡(luò)線(xiàn)移動(dòng)，由繩索施加在測(cè)試頭上的力會(huì)發(fā)生改變；當(dāng)使用固定結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)時(shí)，這引起可變的不平衡力。這些不平衡力妨礙了相對(duì)于一根或多根運(yùn)動(dòng)軸所希望的可自由運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
正如傳統(tǒng)上對(duì)操縱器所做的那樣，無(wú)論運(yùn)動(dòng)軸在測(cè)試頭的內(nèi)部，還是在測(cè)試頭的外部，還經(jīng)常希望把運(yùn)動(dòng)軸的位置重新定位到遠(yuǎn)離重心的位置上。這方面的例子是，把翻滾軸定位在非常接近非常厚測(cè)試頭的DUT接口處，而不是通?？拷鼫y(cè)試頭的物理中心的測(cè)試頭重心上。如果測(cè)試頭有一米厚，那么，把翻滾樞轉(zhuǎn)軸設(shè)在重心上，并由此在物理中心附近暗示著操縱器將需要至少一米(100cm)的垂直運(yùn)動(dòng)范圍(沖程)。如果有可能把翻滾樞轉(zhuǎn)軸設(shè)在DUT表面內(nèi)13cm處，那么，操縱器的垂直沖程將減少74cm(100cm-26cm)，從而降低了操縱器的總高度，或者，對(duì)于相對(duì)于給定軸承結(jié)構(gòu)的較大負(fù)載容量，允許使用較長(zhǎng)的主臂。但是，正如上面所指出的那樣，把測(cè)試頭的重心移動(dòng)到遠(yuǎn)離已知物理中心的地方會(huì)產(chǎn)生不平衡力。并且，這些不平衡力使測(cè)試頭處在不平衡狀態(tài)，致使它不能沿著所有六根軸自由運(yùn)動(dòng)。
這樣，隨著測(cè)試頭變得越來(lái)越大和越來(lái)越復(fù)雜，在每根關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)軸中的不平衡力相應(yīng)地增加。最好有一種措施能夠把這些不平衡力中和掉，以便在為操作者和儀器二者的安全提供保證的同時(shí)，可以有效地操縱和定位測(cè)試頭。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及用于使測(cè)試頭相對(duì)于一根軸保持平衡，以便測(cè)試頭相對(duì)于該根軸基本上無(wú)重量的設(shè)備和方法。本發(fā)明可應(yīng)用于測(cè)試頭操縱器的多根軸。并且，本發(fā)明還涉及相對(duì)于測(cè)試頭的至少一根軸為測(cè)試頭提供運(yùn)動(dòng)的柔順?lè)秶脑O(shè)備和方法。


圖1(a)是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示范性實(shí)施例的、與測(cè)試頭耦合的平衡單元的透視圖；圖1(b)是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)示范性實(shí)施例的、與測(cè)試頭耦合的平衡單元的透視圖；圖1(c)是根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)示范性實(shí)施例的、與測(cè)試頭耦合的平衡單元的透視圖；圖1(d)是根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)示范性實(shí)施例的、與測(cè)試頭耦合的平衡單元的透視圖；圖2(a)是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示范性實(shí)施例的、與安裝在支架中的測(cè)試頭耦合的平衡單元的透視圖；圖2(b)是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)示范性實(shí)施例的、與安裝在支架中的測(cè)試頭耦合的平衡單元的透視圖；圖3(a)是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示范性實(shí)施例的、與用內(nèi)部軸承支承的測(cè)試頭耦合的平衡單元的透視圖；圖3(b)是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)示范性實(shí)施例的、與用內(nèi)部軸承支承的測(cè)試頭耦合的平衡單元的透視圖；圖4(a)是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示范性實(shí)施例的氣壓缸的詳細(xì)剖面圖；圖4(b)是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示范性實(shí)施例的液壓缸的詳細(xì)剖面圖；圖5(a)是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示范性實(shí)施例的、包括位置傳感器和機(jī)械鎖定器的柔順驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的透視圖；圖5(b)是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示范性實(shí)施例的、包括位置傳感器和液壓鎖定器的柔順驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的透視圖；圖5(c)是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示范性實(shí)施例的、包括位置傳感器和兩個(gè)柔順定心致動(dòng)器的柔順驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的透視圖；圖6(a)是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示范性實(shí)施例的柔順驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和氣動(dòng)平衡單元的透視圖；
圖6(b)是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)示范性實(shí)施例的柔順驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和氣動(dòng)平衡單元的透視圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)示范性實(shí)施例的柔順驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的透視圖；圖8(a)是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示范性實(shí)施例的、耦合在一起的柔順驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和氣動(dòng)平衡單元的透視圖；圖8(b)是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)示范性實(shí)施例的、耦合在一起的柔順驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和氣動(dòng)平衡單元的透視圖；圖9(a)是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示范性實(shí)施例的、與作用在第一轉(zhuǎn)軸上的氣動(dòng)平衡單元耦合的第一柔順驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、和與作用于第二轉(zhuǎn)軸上的氣動(dòng)平衡單元耦合的第二柔順驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的透視圖；圖9(b)是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)示范性實(shí)施例的、與作用在第一轉(zhuǎn)軸上的氣動(dòng)平衡單元耦合的第一柔順驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、和與作用于第二轉(zhuǎn)軸上的氣動(dòng)平衡單元耦合的第二柔順驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的透視圖；圖10(a)是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示范性實(shí)施例的、在垂直軸上的柔順驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的透視圖；圖10(b)是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)示范性實(shí)施例的、在垂直軸上的柔順驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的透視圖；圖10(c)是根據(jù)本發(fā)明再一個(gè)示范性實(shí)施例的、在垂直軸上的柔順驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的透視圖；圖10(d)是根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例在垂直軸上的柔順驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的透視圖；圖10(e)是根據(jù)本發(fā)明還一實(shí)施例在垂直軸上的柔順驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的透視圖；圖10(f)是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)示范性實(shí)施例的、在垂直軸上的柔順驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的透視圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)示范性實(shí)施例的、具有數(shù)個(gè)柔順驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的測(cè)試頭操縱器的透視圖；圖12(a)是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示范性實(shí)施例的、將測(cè)試頭與處理器對(duì)接的對(duì)接設(shè)備的透視圖；圖12(b)是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示范性實(shí)施例的、與處理器耦合的對(duì)接設(shè)備的透視圖；圖12(c)是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示范性實(shí)施例的、將測(cè)試頭與處理器對(duì)接的對(duì)接設(shè)備的剖面圖；
圖12(d)是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示范性實(shí)施例的、與處理器耦合的對(duì)接設(shè)備的另一個(gè)剖面圖；圖13(a)-(c)是現(xiàn)有測(cè)試頭的裝配圖；圖14是六根運(yùn)動(dòng)軸的圖例；圖15(a)-15(n)是根據(jù)本發(fā)明各種示范性實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施例方式
在下面本發(fā)明幾個(gè)實(shí)施例的詳細(xì)描述中，將參照前面列出的附圖。應(yīng)該理解，這些圖有意畫(huà)成不成比例的，而是，它們畫(huà)成強(qiáng)調(diào)本發(fā)明的重要特征。
在器件測(cè)試的過(guò)程中，顯而易見(jiàn)，測(cè)試頭保持完全對(duì)接。處理器/檢測(cè)器配有相對(duì)于測(cè)試接口輪流自動(dòng)定位待測(cè)試的每個(gè)器件的機(jī)構(gòu)。這在通過(guò)對(duì)接件與測(cè)試頭和操縱器耦合的處理器/檢測(cè)器中產(chǎn)生了低頻機(jī)械振動(dòng)。必須安全地耗散掉這些振動(dòng)相關(guān)聯(lián)的能量。因此之故，許多用戶(hù)在測(cè)試期間喜歡使用鎖閂的對(duì)接件，并喜歡讓操縱器軸松開(kāi)。在這種情況下，振動(dòng)方便地通過(guò)操縱器軸的運(yùn)動(dòng)而被吸收，且能量耗散在它們相關(guān)的摩擦中。另一方面，如果在測(cè)試期間牢固地鎖住操縱器軸，那么，系統(tǒng)彈性差的部分將主要吸收振動(dòng)。測(cè)試頭和正在測(cè)試之中的器件之間的接口中的電觸點(diǎn)，包括，例如，底下裝有彈簧(pogo)的引腳和探針，是精密的機(jī)械結(jié)構(gòu)，其吸收這樣的振動(dòng)能量可能會(huì)損害或使它們的使用壽命降低。在非鎖閂對(duì)稱(chēng)系統(tǒng)中，最好鎖住某些操縱器軸，以在測(cè)試的同時(shí)使測(cè)試頭保持完成對(duì)接。為了使一根或多根軸松開(kāi)以吸收振動(dòng)，有必要讓它們保持平衡和柔順。因此，在對(duì)接測(cè)試頭的同時(shí)，保持一根軸處在平衡柔順狀態(tài)下是有益的。
另外的考慮是，當(dāng)與器件處理器或檢測(cè)器對(duì)接時(shí)，不平衡的測(cè)試頭將把它所有或一部分的不平衡力施加在與之對(duì)接的設(shè)備上。通常，只把這樣的設(shè)備設(shè)計(jì)成支承垂直負(fù)載。不平衡力未必是垂直的，一般說(shuō)來(lái)，具有不可預(yù)測(cè)的大小和方向。未知不平衡力可以潛在地對(duì)儀器造成傷害，并危及合并在其中處理晶片和器件的自動(dòng)機(jī)構(gòu)。因此，如果在測(cè)試頭與器件處理器/檢測(cè)器對(duì)接的整個(gè)間隔內(nèi)可以中和不平衡力，那就最好不過(guò)了。
此外，在垂直裝載在器件處理器/檢測(cè)器上的情況中，許多傳統(tǒng)操縱器是平衡型的，其把測(cè)試頭保持在基本無(wú)重量狀態(tài)。這使測(cè)試頭在器件處理器/檢測(cè)器上的垂直負(fù)載達(dá)到最小，從而簡(jiǎn)化了它的結(jié)構(gòu)要求。此外，對(duì)于含有硬驅(qū)動(dòng)垂直軸的操縱器，在對(duì)接期間可以把部分負(fù)載傳遞到器件處理器/檢測(cè)器上，這增大了對(duì)它們的結(jié)構(gòu)要求。因此，最好在具有垂直柔順性的硬驅(qū)動(dòng)垂直軸操縱器中，能夠在測(cè)試頭保持與器件處理器/檢測(cè)器對(duì)接的整個(gè)時(shí)間內(nèi)維持平衡狀態(tài)。在基于氣動(dòng)的平衡機(jī)構(gòu)的情況中，氣體的最終泄漏意味著平衡力的喪失。
還有一種考慮是，在含有氣動(dòng)柔順機(jī)構(gòu)的測(cè)試頭操縱器系統(tǒng)中，當(dāng)測(cè)試頭非常接近對(duì)接機(jī)構(gòu)時(shí)，通常有必要在對(duì)接之前馬上使系統(tǒng)達(dá)到平衡。在目前已知的一些系統(tǒng)中，為了做到這一點(diǎn)，測(cè)試頭必須在它的整個(gè)柔順?lè)秶鷥?nèi)自由運(yùn)動(dòng)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在這樣的平衡過(guò)程中，測(cè)試頭可能突然地和出人意料地移動(dòng)顯著的距離，產(chǎn)生很大的沖力。這樣的移動(dòng)潛在地引起與對(duì)接設(shè)備的碰撞，導(dǎo)致精密電觸點(diǎn)受到損害。此外，操作人員也可能處在危險(xiǎn)之中。
由于測(cè)試頭變得越來(lái)越大和越來(lái)越復(fù)雜，在關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)軸中的不平衡也相應(yīng)地增加。重要的是，有一種措施能夠把這些不平衡中和，以便測(cè)試頭可以有效地且在操作者和儀器二者安全情況下得以操縱和定位。
已經(jīng)提出的一種技術(shù)是使用一個(gè)或多個(gè)氣缸，譬如，雙作用氣壓缸，抵消不平衡力。這樣的氣缸具有兩個(gè)氣體進(jìn)口和裝配在它們之間的活塞。第一氣體進(jìn)口被稱(chēng)為伸出進(jìn)口，第二氣體進(jìn)口被稱(chēng)為縮回進(jìn)口?；钊浪鼉蓚?cè)上的氣壓差而移動(dòng)。附在活塞上的連桿與氣缸同軸并穿過(guò)一端，以把線(xiàn)性力和運(yùn)動(dòng)施加在負(fù)載上。如果在伸出輸入上的壓力大于在縮回輸入上的壓力，那么，連桿從氣缸伸出來(lái)。反之，如果在縮回輸入上的壓力大于在伸出輸入上的壓力，那么，連桿縮回到氣缸?？梢园ㄎ恢脗鞲衅?，以指示活塞的位置。因此，可以理解的是這樣的活塞和適當(dāng)?shù)目刂葡到y(tǒng)可以與特定軸，例如，俯仰軸相關(guān)聯(lián)地使用。隨著測(cè)試頭得到操縱和對(duì)接，控制系統(tǒng)將按需要把氣體泵入伸出進(jìn)口或縮回進(jìn)口中，以消除任何不平衡力和提供柔順運(yùn)動(dòng)。可以想像，雙作用氣壓缸將提供類(lèi)彈簧作用；即，當(dāng)壓差已經(jīng)調(diào)整到抵消軸的不平衡力時(shí)，可以使測(cè)試頭好像它的確與非常小的力達(dá)到平衡那樣移動(dòng)。
由于幾方面原因，這種方法非常難以實(shí)現(xiàn)。首先，唯一反饋機(jī)制是活塞的位置。其次，密封用在氣壓缸中，使從活塞的一側(cè)到另一側(cè)和從連桿穿過(guò)氣缸末端的那一點(diǎn)處的氣體泄漏達(dá)到最小。在運(yùn)動(dòng)路徑中的這些密封提供了靜摩擦和動(dòng)摩擦。通常，氣壓缸呈現(xiàn)稱(chēng)為“掙脫力(break away force)”的特性。氣壓缸的掙脫力是克服靜摩擦和讓活塞在氣缸內(nèi)運(yùn)動(dòng)所需的力。靜摩擦(靜態(tài)阻力)可以相當(dāng)大，并且隨時(shí)間、使用、和溫度改變。靜態(tài)阻力往往比動(dòng)或運(yùn)動(dòng)摩擦大得多。于是，為了引起改變，控制系統(tǒng)按需要調(diào)整氣壓差，直到至少探測(cè)到位置改變(即，運(yùn)動(dòng))為止，然后，對(duì)運(yùn)動(dòng)加以分析，調(diào)整成所需結(jié)果。由于靜態(tài)阻力(靜摩擦)，開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的氣壓差可能并經(jīng)常顯著大于與氣壓缸的動(dòng)摩擦相組合的負(fù)載不平衡。這可以導(dǎo)致非線(xiàn)性很大且不穩(wěn)定的控制問(wèn)題。尤其在靜態(tài)阻力分量的動(dòng)態(tài)性質(zhì)方面，穩(wěn)固的解決方案難以實(shí)現(xiàn)和維持。
雙作用氣壓缸提供了補(bǔ)償測(cè)試頭軸中的不平衡的有用措施的可能性；但是，需要新的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)有用的解決方案。本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供克服雙作用氣壓缸的缺點(diǎn)以穩(wěn)固地利用它的優(yōu)點(diǎn)的措施。
在示范性的實(shí)施例中，主發(fā)明補(bǔ)償至少一根測(cè)試頭軸中的不平衡力，以便可以有效地和安全地操縱、對(duì)接和脫離測(cè)試頭。本發(fā)明包含與其它部件和新的基本控制方案結(jié)合在一起的、像如上所述的至少一個(gè)雙作用氣壓缸(例如)那樣的力源。氣缸和這些部件的組合體被稱(chēng)為“平衡單元”?？傊瑢?duì)于單根軸，首先測(cè)試頭相對(duì)于它的支承結(jié)構(gòu)設(shè)置和鎖定在所希望位置上。因此，相對(duì)于正在考慮之中的那一軸鎖定測(cè)試頭。包括在平衡單元中的力傳感器(即，雙向測(cè)壓元件)測(cè)量相對(duì)于鎖定軸的不平衡力，以確定是否存在顯著的不平衡量和不平衡的方向。然后，調(diào)整雙作用氣壓缸兩側(cè)的氣壓，以便把力傳感器檢測(cè)到的力降低到某個(gè)預(yù)定最小值以下，取決于測(cè)試頭的重量和氣缸的特性，通常認(rèn)為5到25磅是合理的。然后，釋放鎖定器，氣壓缸內(nèi)的壓差通過(guò)連桿將力傳給測(cè)試頭，以抵消不平衡力?？梢韵胍囝l繁就多頻繁地重復(fù)該過(guò)程，使所選測(cè)試頭軸保持在平衡、可自由運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
圖1(a)是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示范性實(shí)施例的、用于測(cè)試頭操縱器的測(cè)試頭平衡系統(tǒng)的透視圖。這里提供了含有兩個(gè)端部的平衡單元110。如上所述，平衡單元是用于使測(cè)試頭相對(duì)于一根軸保持平衡的、與其它部件和新的控制方案結(jié)合在一起的力源(即，雙作用氣壓缸)。平衡單元1101的第一端部與測(cè)試頭100相連接。平衡單元110的第二端部與用于樞轉(zhuǎn)軸102的支承結(jié)構(gòu)(未示出)相連接。平衡單元110的用途是當(dāng)測(cè)試頭100的重心與樞轉(zhuǎn)軸102不重合時(shí)，有助于測(cè)試頭100繞著樞轉(zhuǎn)軸102轉(zhuǎn)動(dòng)。在圖1(a)所示的示范性實(shí)施例中，平衡單元110包括雙作用氣壓缸、及其相關(guān)部件，如下所述。
平衡單元110包括力傳感器120，和力桿112。力傳感器110與力桿112耦合，以便它測(cè)量沿著力桿的力。力桿112通過(guò)軸承116a與測(cè)試頭100相連接。如果測(cè)試頭100的重心與樞轉(zhuǎn)軸102不重合，那么，由測(cè)試頭100繞著樞轉(zhuǎn)軸102施加一個(gè)力。通過(guò)它與力桿112的連接，力傳感器120測(cè)量出這個(gè)力的至少一個(gè)分量。
力傳感器120可以是可以測(cè)量和指示(例如，向控制器)測(cè)試頭100相對(duì)于樞轉(zhuǎn)軸102的不平衡力的大小和方向的典型的雙向測(cè)壓元件。力傳感器120可以包含應(yīng)變儀，其以眾所周知的方式處在橋式電路之中，提供隨測(cè)量力單調(diào)變化的電壓輸出。利用模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器和處理器，可以確定沿著力桿112的力是否大于自由運(yùn)動(dòng)所能容忍的最大值；并且，如果是的話(huà)，確定力的方向。另外，模擬比較器電路可以以已知的方式用于產(chǎn)生指示顯著不平衡力的存在和方向的是/否(go/nogo)信號(hào)。
力桿112通過(guò)鎖定器118可滑行地附在氣壓缸128上，鎖定器118包括致動(dòng)鎖定器118的鎖定器進(jìn)口126，當(dāng)鎖定器118未致動(dòng)時(shí)，鎖定器118允許力桿相對(duì)于氣缸128平行移動(dòng)。于是，當(dāng)鎖定器118未致動(dòng)時(shí)，測(cè)試頭100可以繞著軸102旋轉(zhuǎn)。當(dāng)致動(dòng)鎖定器118時(shí)，力桿112不再可以相對(duì)于氣缸128滑動(dòng)；并且，測(cè)試頭100被鎖定在相對(duì)于軸102的某個(gè)位置上。鎖定器118是現(xiàn)有技術(shù)中眾所周知的幾種類(lèi)型之一。取決于所選的鎖定器118的類(lèi)型，可以通過(guò)電信號(hào)、氣體輸入、或適于特定應(yīng)用的其它措施來(lái)控制它。
氣壓缸128只是用于朝向或遠(yuǎn)離測(cè)試頭100推動(dòng)的力源。當(dāng)通過(guò)力傳感器120檢測(cè)不平衡力時(shí)，氣壓缸128用于通過(guò)連桿114把反力施加在測(cè)試頭100上。在這個(gè)示范性實(shí)施例中，利用需要?dú)怏w系統(tǒng)的氣壓缸128。可以預(yù)料，反力可以通過(guò)各種其它措施，譬如，液壓缸或電磁器件來(lái)實(shí)現(xiàn)。
氣壓缸128通過(guò)活塞130與連桿114相連接。連桿114通過(guò)軸承116b與測(cè)試頭100相連接。連桿114布置成與力桿112平行。氣缸128的軸和連桿114與測(cè)試頭100的轉(zhuǎn)軸102正交。把這些軸布置成使沿著每根軸作用的力將產(chǎn)生繞著測(cè)試頭轉(zhuǎn)軸102的力矩或轉(zhuǎn)矩。用足夠的力使連桿114伸縮將使測(cè)試頭100繞軸102旋轉(zhuǎn)。
氣壓缸128通過(guò)軸承138與支承結(jié)構(gòu)(未示出)相連接。在氣壓缸128內(nèi)部，活塞130按照活塞130的兩側(cè)上的氣壓差移動(dòng)。氣壓缸128內(nèi)活塞130的一側(cè)包含伸出進(jìn)口134。氣壓缸128內(nèi)活塞130的另一側(cè)包含縮回進(jìn)口132。氣壓缸的氣體進(jìn)口132和134通過(guò)電操縱控制閥(未示出)分別與相對(duì)高壓氣體供應(yīng)源(未示出)相連接?？蛇x地，可以把蓄能器(未示出)附在每個(gè)進(jìn)口132和134上，來(lái)提供大量氣體，以作用活塞130。
在工作時(shí)，力傳感器120用于檢測(cè)來(lái)自測(cè)試頭100的不平衡力；然后，把氣體提供給縮回進(jìn)口132和伸出進(jìn)口134，以抵消力傳感器120檢測(cè)的力。因此，在活塞130兩端形成壓差。對(duì)于這個(gè)具有足夠大小和方向的壓差，其目的是把力桿112中的力減小到小于預(yù)定最大許可不平衡力的大小。
仍然參照?qǐng)D1(a)，氣壓缸128還包含兩個(gè)活塞位置傳感器136a和136b，它們指示活塞130在氣壓缸128內(nèi)相對(duì)于例如控制器的位置。例如，限位開(kāi)關(guān)可以以已知的方式用于指示活塞130是否處在中心位置上，或處在氣壓缸128的哪一端上。如有必要，可以配備更加復(fù)雜的位置傳感裝置。例如，電位計(jì)、絕對(duì)編碼器、和含有適當(dāng)電子器件的增量編碼器等可以用于提供相對(duì)于氣壓缸128的、與活塞130和連桿114的位置有關(guān)的精確位置信息。最好，位置傳感機(jī)構(gòu)是可標(biāo)定的和可調(diào)整的，以便于系統(tǒng)構(gòu)造、設(shè)置、和維護(hù)。
可以配備控制器(未示出)來(lái)操縱進(jìn)口閥132和134和鎖定器118，并接收位置傳感器136a和136b和力傳感器120的反饋信號(hào)。例如，剛啟動(dòng)時(shí)，對(duì)于沒(méi)有與處理器對(duì)接的測(cè)試頭100，通常沒(méi)有對(duì)氣壓缸128加壓。在任何控制動(dòng)作之前，應(yīng)該注意，保證測(cè)試頭100和設(shè)備不要靠在可能干擾即將到來(lái)的平衡操作的任何外來(lái)物體或結(jié)構(gòu)上。測(cè)試頭100現(xiàn)在已經(jīng)處在相對(duì)平衡狀態(tài)，或者，更可能性處在不平衡狀態(tài)。然后，如果還沒(méi)有致動(dòng)鎖定器118就致動(dòng)鎖定器118，把測(cè)試頭100鎖定在某一位置上。在一些情況下，也許有必要先把測(cè)試頭100移動(dòng)到某一所需位置。這種移動(dòng)可以通過(guò)手動(dòng)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者，可選地，控制器可能配有適當(dāng)?shù)乃惴?，以使它可以與反饋的位置相結(jié)合利用氣壓缸128。應(yīng)注意，對(duì)于前述靜態(tài)阻力而言，這樣的控制算法可能難以實(shí)現(xiàn)。如果在應(yīng)用鎖定器118之前試圖讓測(cè)試頭100停止在所需位置上這也是如此的。但是，適當(dāng)?shù)逆i定器118還可以用作制動(dòng)器，隨著測(cè)試頭100移動(dòng)到所需位置，可以通過(guò)應(yīng)用鎖定器118來(lái)停止移動(dòng)。
現(xiàn)在，對(duì)于鎖定在某一位置上的測(cè)試頭100，控制器對(duì)源自力傳感器120的信號(hào)作出響應(yīng)。力傳感器120檢測(cè)是否存在來(lái)自測(cè)試頭100的圍繞樞轉(zhuǎn)軸102的顯著不平衡力。力傳感器120能夠檢測(cè)力的大小和方向。如果檢測(cè)到顯著的不平衡力，那么，調(diào)整縮回進(jìn)口132和伸出進(jìn)口134內(nèi)的氣壓，以達(dá)到產(chǎn)生活塞130兩端的壓差的目的。活塞130兩端的這種壓差具有足夠的大小，以把力傳感器120測(cè)量的力減小到小于預(yù)定最大許可不平衡力。當(dāng)完成了這項(xiàng)工作時(shí)，脫開(kāi)鎖定器118，測(cè)試頭100相對(duì)于樞轉(zhuǎn)軸102基本上是無(wú)重量的?，F(xiàn)在，可以讓測(cè)試頭100繞著樞轉(zhuǎn)軸102轉(zhuǎn)動(dòng)。可以按需要重復(fù)這個(gè)過(guò)程，使測(cè)試頭100保持在相對(duì)于樞轉(zhuǎn)軸102的平衡狀態(tài)下。
隨著測(cè)試頭100轉(zhuǎn)動(dòng)，活塞130也將運(yùn)動(dòng)。與機(jī)械彈簧類(lèi)似，壓差隨活塞位移單調(diào)增大。施加在活塞130的給定側(cè)上的氣動(dòng)力與體積成反比地增大。但是，對(duì)于氣體體積的改變相對(duì)小的位移，等效彈性力隨著位移近似線(xiàn)性地改變，等效“彈簧常數(shù)”是K。也就是說(shuō)，F(xiàn)＝Kx，此處，F(xiàn)是力的變化量，和x是活塞位置的變化量。最好，設(shè)法使K小一點(diǎn)，以便力在整個(gè)運(yùn)動(dòng)范圍上不會(huì)相當(dāng)大地改變。K部分由總氣體體積相對(duì)于每個(gè)活塞位移增量的壓力改變來(lái)確定，也就是說(shuō)，由V和dP/dx決定的，此處，V是體積，而P是壓力。隨著活塞130靠近行程的一端，V變得很小，dP/dx變成指數(shù)增大，因此，K像F那樣增大。如上所述，可以加入蓄能器(在圖1(a)中未示出)。蓄能器用于顯著增加可用的氣體體積V，同時(shí)把dV/dx和dP/dx限制在可接受的值上。這樣就達(dá)到了所謂的“軟彈簧”效果，顯而易見(jiàn)這是所需要的。
理想的情況是，上述循環(huán)只進(jìn)行一次，在對(duì)系統(tǒng)作某種改變之前不重復(fù)。但是，氣壓缸128的系統(tǒng)易發(fā)生氣體泄漏，因此，在需要的時(shí)候，周期性地重復(fù)上述循環(huán)。經(jīng)驗(yàn)證明，在需要重復(fù)循環(huán)之前，系統(tǒng)將保持足夠的氣體長(zhǎng)達(dá)約10分鐘以上。在典型的操作中，每隔幾分鐘(比方說(shuō)，5到8分鐘)該循環(huán)自動(dòng)重復(fù)。此外，在典型的操作中，沒(méi)有必要重復(fù)把測(cè)試頭100移動(dòng)到所需位置的步驟。除非測(cè)試頭100已經(jīng)遇到意外的硬障礙物或一些其它意外事故，它應(yīng)該保持在它的許可運(yùn)動(dòng)范圍之內(nèi)，的確，如果測(cè)試頭100現(xiàn)在處在執(zhí)行理想功能所需的位置上，那么，非常不希望讓測(cè)試頭100移動(dòng)回到預(yù)定所希望位置上。
于是，如圖15(a)所示，按照順序，在示范性實(shí)施例中的操作順序如下1.如步驟1501所示，鎖住鎖定器118。
2.如步驟1502和1503所示，調(diào)整氣壓進(jìn)口壓力，直到力桿112中的力小于預(yù)定值為止。
3.如步驟1504所示，解脫鎖定器118。
4.如步驟1505所示，在比要從氣缸128中損失掉顯著氣體量的時(shí)間短的時(shí)間之后，轉(zhuǎn)到步驟1501。
這個(gè)序列使測(cè)試頭100好像軸102直接穿過(guò)它的重心似的運(yùn)轉(zhuǎn)；我們將稱(chēng)此為“正常序列”。
在示范性的系統(tǒng)中，步驟1501、1502、1503和1504所需的時(shí)間小于4秒。這個(gè)步驟序列將被稱(chēng)為“力消除序列”。
仍然參照?qǐng)D1(a)，兩個(gè)止動(dòng)環(huán)122和124或“運(yùn)動(dòng)限制器”附在力桿112上，使鎖定器130處在它們之間。這樣放置止動(dòng)環(huán)122和124，使得當(dāng)氣壓缸128中的活塞130居中時(shí)，止動(dòng)環(huán)122和124離鎖定器118的中心是等距離的。兩個(gè)止動(dòng)環(huán)122和124之間的距離A是比氣壓缸128中活塞130的總沖程小的某個(gè)合理值。因此，止動(dòng)環(huán)122和124防止活塞130運(yùn)行到氣缸128的端部，并防止活塞130去掉力桿112和力傳感器120的負(fù)載，從而使過(guò)程失真。它們同時(shí)用作測(cè)試頭100的正向止動(dòng)器(positive motion stop)。應(yīng)注意，如果系統(tǒng)處在不平衡狀態(tài)且鎖定器118脫開(kāi)，那么，兩個(gè)止動(dòng)環(huán)122或124必有一個(gè)靠在鎖定器118上，且力桿112和力傳感器承受和測(cè)量不平衡力。
可以把在圖1(a)中未示出的其它控制功能加入上面系統(tǒng)中。例如，可以配備按鈕，使操作者能夠啟動(dòng)從上面列出的步驟1501或步驟1502開(kāi)始的控制序列?？梢约由现甘緹?，以便當(dāng)鎖住力桿112時(shí)提醒操作者；這將有助于操作者避免試圖沿著軸102移動(dòng)操縱器和/或正在執(zhí)行步驟1502的時(shí)候試圖進(jìn)行對(duì)接。這樣的嘗試將在測(cè)試頭100上產(chǎn)生附加不平衡力，而系統(tǒng)將錯(cuò)誤地設(shè)法補(bǔ)償它們。還可以把系統(tǒng)與對(duì)接機(jī)構(gòu)中的傳感器合并在一起，例如，以便在對(duì)接的時(shí)候，系統(tǒng)成為鎖住的和/或禁用的。此外，最好探測(cè)測(cè)試頭100是否處在準(zhǔn)備對(duì)接的位置上，并讓序列正好在對(duì)接之前得以執(zhí)行。這將保證在實(shí)際發(fā)生對(duì)接的時(shí)候，不執(zhí)行該序列，并且還保證在對(duì)接開(kāi)始之前，最佳地補(bǔ)償不平衡力。
將被稱(chēng)為“鎖定序列”的另一種控制循環(huán)在所選擇的應(yīng)用中是可能的和有用的。在鎖定序列中，當(dāng)測(cè)試頭100遠(yuǎn)離將與之對(duì)接的設(shè)備(在圖1(a)中未示出)時(shí)，保持測(cè)試頭100相對(duì)于軸102所在大致中心位置處。這是“所需鎖定位置”。當(dāng)操縱測(cè)試頭112進(jìn)入準(zhǔn)備對(duì)接的位置中時(shí)，調(diào)用力消除序列；也就是說(shuō)，調(diào)整氣壓缸128中的氣壓，直到有效地消除了力桿112中的力為止。然后，解脫鎖定器118，就可以進(jìn)行對(duì)接了。通過(guò)手動(dòng)或利用氣壓缸128和位置傳感器136a和136b的自動(dòng)控制，可以把測(cè)試頭100放置在所需鎖定位置上。也就是說(shuō)，在啟動(dòng)時(shí)，對(duì)于沒(méi)有對(duì)接的測(cè)試頭100，控制器將首先使鎖定器118不起作用。然后，把測(cè)試頭100移動(dòng)到相對(duì)于正在受控制的軸102的所需鎖定位置上，例如，如位置傳感器136a和136b所指的大致中心位置上。在自動(dòng)控制的情況中，優(yōu)選地把鎖定器118用作制動(dòng)器，強(qiáng)制測(cè)試頭100停在所需鎖定位置上，而不是只通過(guò)氣動(dòng)動(dòng)作使其停止。
當(dāng)準(zhǔn)備利用正常序列進(jìn)行對(duì)接時(shí)，操縱測(cè)試頭100進(jìn)入準(zhǔn)備對(duì)接位置，同時(shí)鎖定器118松開(kāi)，而氣壓缸128使測(cè)試頭100保持平衡。取決于系統(tǒng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)準(zhǔn)備對(duì)接位置時(shí)，操作者或傳感器將提供準(zhǔn)備對(duì)接信號(hào)。根據(jù)這個(gè)信號(hào)，調(diào)用力消除序列，保證使測(cè)試頭100盡可能地平衡。當(dāng)使用鎖定序列方法時(shí)，操縱測(cè)試頭100進(jìn)入準(zhǔn)備對(duì)接位置，同時(shí)鎖定器118接合；并且，當(dāng)接收到準(zhǔn)備對(duì)接信號(hào)時(shí)，只輪流執(zhí)行上面列出的力消除序列的步驟1502和1503?，F(xiàn)在，在每一種情況中，對(duì)于準(zhǔn)備對(duì)接的、剛剛平衡的、并在所有軸上都可自由運(yùn)動(dòng)的測(cè)試頭100，致動(dòng)和接合對(duì)接機(jī)構(gòu)，把測(cè)試頭100拖入完全對(duì)接的位置中。在一些用途中，當(dāng)提供已經(jīng)完全對(duì)接的信號(hào)(由操作者或由傳感器)時(shí)，再次應(yīng)用鎖定器118。在利用測(cè)試頭測(cè)試集成電路的時(shí)候，仍然應(yīng)用鎖定器118。在這兩種情況下，在未對(duì)接期間，仍然應(yīng)用鎖定器118，直到由操作者或傳感器提供“clear-of-dock(清除對(duì)接)”信號(hào)為止。在這兩種情況中，現(xiàn)在可以執(zhí)行力消除序列了。在鎖定序列的情況中，最后執(zhí)行把測(cè)試頭100放在所需中心位置上的過(guò)程，并且接合鎖定器118。在正常序列的情況中，讓鎖定器118松開(kāi)。
正如后面所述的那樣，在一些應(yīng)用中，在對(duì)接的時(shí)候，最好讓鎖定器118解開(kāi)。后面還要提供有關(guān)對(duì)接的進(jìn)一步信息。
圖1(b)顯示了與參照?qǐng)D1(a)所述的系統(tǒng)相同的系統(tǒng)，除了在圖1(b)中，軸承116a和116b耦合在一起，并在單點(diǎn)處與測(cè)試頭100相連接之外。與之相反，在圖1(a)中，軸承116a和116b分別與測(cè)試頭100相連接。
如此描述的平衡機(jī)構(gòu)適用于圖6(a)、6(b)和8(a)等。與這些圖有關(guān)的討論提供了有關(guān)控制氣體和其它事項(xiàng)的更多信息和細(xì)節(jié)。
圖1(c)示出了與參照?qǐng)D1(a)所示的系統(tǒng)相同的系統(tǒng)，除了在圖1(c)中，與圖1(a)所示的鎖定器118和力傳感器120不同，使用了包括壓力傳感器146a和146b的液壓鎖定器140之外，與圖(1a)所示的系統(tǒng)一樣，圖1(c)中的系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)如上所述的正常序列或如上所述的鎖定序列。圖4(b)提供了液壓鎖定單元140的更詳細(xì)剖面圖。這里，力桿112附在雙作用液壓缸140的活塞144上。
如圖1(c)所示，液壓缸140剛性地附在氣壓缸128上。液壓缸140內(nèi)充滿(mǎn)適當(dāng)?shù)牟豢蓧嚎s流體(未示出)。在液壓缸140內(nèi)部，活塞144依活塞144兩側(cè)上的壓差而移動(dòng)?；钊?44的每一側(cè)包括經(jīng)穿過(guò)控制閥142的導(dǎo)管152相互連接的流體進(jìn)口154。在控制閥142一側(cè)上的是壓力傳感器146a和146b，每一個(gè)與兩個(gè)流體進(jìn)口154之一相連接。
由于液壓流體基本上是不可壓縮的，因此，當(dāng)關(guān)閉控制閥142時(shí)，鎖住了力桿112。當(dāng)打開(kāi)控制閥142時(shí)，力桿112可自由移動(dòng)。運(yùn)動(dòng)僅由流過(guò)系統(tǒng)的流體流動(dòng)妨礙。這種流動(dòng)可以通過(guò)軟管、導(dǎo)管、小孔的孔徑、和閥門(mén)操作來(lái)控制。對(duì)流動(dòng)的適當(dāng)控制可以形成可能有好處的系統(tǒng)阻尼。盡管活塞144兩側(cè)上的壓力在控制閥142關(guān)閉瞬間是相同的，但是，測(cè)試頭100施加在力桿112上的不平衡力使活塞144一側(cè)上的壓力增大，而使活塞144另一側(cè)上的壓力減小。由此得出，由兩個(gè)壓力傳感器146a和146b確定的壓力差指示作用在力桿112上的力的大小和方向。
圖1(c)所示的系統(tǒng)的操作就像針對(duì)圖1(a)的系統(tǒng)所述的那樣，除了致動(dòng)液壓閥142，而不是機(jī)械鎖定器118，并由控制器讀出和處理壓力傳感器輸出以指示力桿112中的力之外。
在操作過(guò)程中，壓力傳感器146a和146b用于指示來(lái)自測(cè)試頭100的不平衡力；把空氣提供給氣動(dòng)缸128的縮回進(jìn)口132和伸出進(jìn)口134，以抵消壓力傳感器146a和146b檢測(cè)的力。圖4(a)提供了液壓缸128的更詳細(xì)的剖面圖。通過(guò)進(jìn)入了縮回進(jìn)口132和伸出進(jìn)口134的氣壓，在活塞130兩端形成壓力差。對(duì)于這個(gè)具有足夠大小和方向的壓力差，其目的是把力桿112中的力減小到小于預(yù)定最大許可不平衡力的大小。
在圖1(c)中，使測(cè)試頭100相對(duì)于樞轉(zhuǎn)軸102保持平衡的過(guò)程如下。隨著控制閥142打開(kāi)，測(cè)試頭100相對(duì)于它支承結(jié)構(gòu)(未示出)處于所希望位置中，然后，關(guān)閉控制閥142。此時(shí)，由于控制閥142被關(guān)閉了，測(cè)試頭100相對(duì)于樞轉(zhuǎn)軸102被鎖住。壓力傳感器146a和146b檢測(cè)是否存在來(lái)自測(cè)試頭100的圍繞樞轉(zhuǎn)軸102的顯著不平衡力，壓力傳感器146a和146b能夠探測(cè)力的大小和方向。如果檢測(cè)到顯著的不平衡力，那么，調(diào)整縮回進(jìn)口132和伸出進(jìn)口134內(nèi)的氣壓，以達(dá)到擴(kuò)大活塞130兩端的壓力差的目的。對(duì)于活塞130兩端的壓力差，其目的是壓差足夠大以把壓力傳感器146a和146b測(cè)量的力減小到小于預(yù)定最大許可不平衡力的大小。此時(shí)，控制閥142被打開(kāi)，并且，測(cè)試頭100沿著樞轉(zhuǎn)軸102的方向基本上是無(wú)重量的?，F(xiàn)在，測(cè)試頭100可以沿著樞轉(zhuǎn)軸102的方向移動(dòng)。可以按需要重復(fù)這個(gè)過(guò)程，以便把測(cè)試頭100保持在相對(duì)于樞轉(zhuǎn)軸102的平衡狀態(tài)。
圖1(d)示出了與圖1(c)所示的系統(tǒng)相同的系統(tǒng)，除了在圖1(d)中，軸承116a和116b耦合在一起，并在單點(diǎn)處與測(cè)試頭100相連接之外。與之相反，在圖1(c)中，軸承116a和116b分別與測(cè)試頭100相連接。
圖2(a)示出了本發(fā)明的另外示范性實(shí)施例。圖2(a)是示出把平衡單元110應(yīng)用于安裝在傳統(tǒng)支架200上的測(cè)試頭100的翻滾軸(樞轉(zhuǎn)軸)102上的透視圖。測(cè)試頭100在翻滾軸102的兩個(gè)端點(diǎn)上與支架200相連接。這里提供了具有兩個(gè)端部的平衡單元110。平衡單元110的第一端部與測(cè)試頭100相連接。平衡單元110的第二端部與支架200相連接。支架200是繞著翻滾軸102的測(cè)試頭的支承結(jié)構(gòu)。
如果測(cè)試頭100的重心與翻滾軸102不重合，那么，測(cè)試頭100將繞著翻滾軸102旋轉(zhuǎn)，遠(yuǎn)離圖2(a)所示的位置。平衡單元110將提供反力，使測(cè)試頭100的重心相對(duì)于翻滾軸102保持平衡，以維持圖2(a)中測(cè)試頭100的位置。因此，由于測(cè)試頭100現(xiàn)在相對(duì)于翻滾軸102基本上是無(wú)重量的，便于通過(guò)手動(dòng)使測(cè)試頭100繞著軸102的轉(zhuǎn)動(dòng)。
圖2(b)示出了與圖2(a)所示的系統(tǒng)相同的系統(tǒng)，除了在圖2(b)中，軸承116a和116b耦合在一起，并在單點(diǎn)處與測(cè)試頭100相連接之外。與之相反，在圖2(a)中，軸承116a和116b分別與測(cè)試頭100相連接。
圖3(a)顯示了本發(fā)明的另一個(gè)示范性實(shí)施例。圖3(a)是示出把平衡單元110應(yīng)用于測(cè)試頭100的樞轉(zhuǎn)軸102上的透視圖。測(cè)試頭100通過(guò)支承臂302和夾持凸緣300來(lái)支承。軸承305容納在測(cè)試頭100的內(nèi)部。在測(cè)試頭100的外部，支承臂302與夾持凸緣300相連接。這里提供了具有兩個(gè)端部的平衡單元110。平衡單元110的第一端部與測(cè)試頭100相連接。平衡單元110的第二端部與夾持凸緣300相連接。夾持凸緣300是樞轉(zhuǎn)軸102的支承結(jié)構(gòu)。
如果測(cè)試頭100的重心與樞轉(zhuǎn)軸102不重合，那么，測(cè)試頭100將繞著穿過(guò)軸承305的樞轉(zhuǎn)軸102旋轉(zhuǎn)，遠(yuǎn)離圖3(a)所示的位置。平衡單元110將提供反力，以使測(cè)試頭100的重心相對(duì)于樞轉(zhuǎn)軸102平衡，維持圖3(a)中測(cè)試頭100的位置。因此，由于測(cè)試頭100現(xiàn)在相對(duì)于樞轉(zhuǎn)軸102基本上是無(wú)重量的，便于通過(guò)手動(dòng)使測(cè)試頭100運(yùn)動(dòng)。
圖3(b)示出了與圖3(a)所示的系統(tǒng)相同的系統(tǒng)，除了在圖2(b)中，軸承116a和116b耦合在一起，在單點(diǎn)處與測(cè)試頭100相連接之外。與之相反，在圖3(a)中，軸承116a和116b分別與測(cè)試頭100相連接。
盡管已經(jīng)就與單根軸102耦合的單個(gè)平衡單元110對(duì)本發(fā)明作了描述，但是，兩個(gè)或更多個(gè)單元可以應(yīng)用于單根軸或多根軸上。當(dāng)使用多于一個(gè)的單元時(shí)，它們可以相互作用。整個(gè)控制方案最好考慮到這種潛在相互作用。例如，如果兩個(gè)單元用于控制兩個(gè)獨(dú)立的樞轉(zhuǎn)軸，那么，應(yīng)該每次操縱一個(gè)?？梢栽O(shè)想，三個(gè)或更多個(gè)單元可以成功地用于控制與如在發(fā)明背景中描述的球軸承一起安裝的測(cè)試頭。
圖5(a)示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示范性實(shí)施例的、適用于不平衡力很小或沒(méi)有不平衡力，且柔順力主要由摩擦引起的水平軸的基本柔順驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)512。在圖5(a)中，平板504和平板500代表用在如，例如授予Holt等人、名稱(chēng)為“測(cè)試頭操縱器(TEST HEAD MANIPULATOR)”的PCT國(guó)際申請(qǐng)第US00/00704號(hào)所述的、具有一根或多根內(nèi)置的水平運(yùn)動(dòng)軸的操縱器基座的結(jié)構(gòu)中的平板。如圖所示，兩個(gè)線(xiàn)性導(dǎo)軌503a和503b相互平行布置，并剛性地附在平板504的上表面上。兩對(duì)滾珠滑塊，第一對(duì)包括滾珠滑塊502a和502b，而第二對(duì)包括滾珠滑塊502c和502d，附在平板500的底面上。第一對(duì)滾珠滑塊502a和502b布置成使它們與線(xiàn)性導(dǎo)軌503a可滑動(dòng)地耦合，第二對(duì)滾珠滑塊502c和502d類(lèi)似地布置成與線(xiàn)性導(dǎo)軌503b可滑動(dòng)地耦合。于是，平板500與平板504平行，并且在平板504的上面，且平板500可以沿著由線(xiàn)性導(dǎo)軌503a和503b限定的軸，相對(duì)于平板504作線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)。這樣的布置可以在測(cè)試頭操縱器基座中實(shí)現(xiàn)內(nèi)外運(yùn)動(dòng)或左右運(yùn)動(dòng)。還應(yīng)該注意到，這樣的布置也適用于如，例如，授予Holt等人、名稱(chēng)為“測(cè)試頭操縱器(TEST HEADMANIPULATOR)”的PCT國(guó)際申請(qǐng)第US00/00704號(hào)所述的、由圍繞垂直軸旋轉(zhuǎn)水平平板相對(duì)于水平面引起的搖擺運(yùn)動(dòng)。如圖5(a)所示，運(yùn)動(dòng)阻力是由與滾珠滑塊502a、502b、502c、和502d、和線(xiàn)性導(dǎo)軌503a和503b相關(guān)的摩擦力造成的。為了方便起見(jiàn)，如圖5(a)所示，把平板50沿著線(xiàn)性導(dǎo)軌503a和503b，向朝著線(xiàn)性致動(dòng)器508的方向的運(yùn)動(dòng)當(dāng)作向“內(nèi)”方向的運(yùn)動(dòng)，而把相反方向的運(yùn)動(dòng)當(dāng)作向“外”方向的運(yùn)動(dòng)。
包括致動(dòng)器電機(jī)510的、線(xiàn)性致動(dòng)器508的靜止元件506附在平板504上。通常，線(xiàn)性致動(dòng)器508包括由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的滾珠絲杠機(jī)構(gòu)，且驅(qū)動(dòng)部件為滾珠絲杠。但是，只要適合于給定應(yīng)用，也可以使用其它機(jī)構(gòu)和/或螺紋類(lèi)型。在圖5(a)中，線(xiàn)性致動(dòng)器508的驅(qū)動(dòng)部件是致動(dòng)器軸514，當(dāng)向致動(dòng)器電機(jī)510供能時(shí)，它從靜止元件506伸出和/或縮回到靜止元件506中。致動(dòng)器軸514的運(yùn)動(dòng)方向由致動(dòng)器電機(jī)510的旋轉(zhuǎn)方向決定。如所示，線(xiàn)性致動(dòng)器508布置成使致動(dòng)器軸514在與線(xiàn)性導(dǎo)軌503a和503b平行的平面內(nèi)移動(dòng)。
致動(dòng)器軸514的頂端有一個(gè)其方向與致動(dòng)器軸514的軸向成名義直角的小孔。U形夾516和穿過(guò)致動(dòng)器軸514的小孔的U形夾插銷(xiāo)518將致動(dòng)器軸514與柔順軸520耦合在一起。柔順軸520的軸優(yōu)選與致動(dòng)器軸514的軸基本上同軸；但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該明白，其它布置也是可以的。
柔順軸520穿過(guò)鎖定器118；鎖定器118剛性地附在平板500上。鎖定器118可以是包括電操縱型和氣動(dòng)操縱型在內(nèi)的許多不同類(lèi)型之一。當(dāng)接合鎖定器118時(shí)，限制平板500相對(duì)于柔順軸520，并因而相對(duì)于平板504運(yùn)動(dòng)。因此，隨著鎖定器118被接合，線(xiàn)性致動(dòng)器508可以用于相對(duì)于平板504沿著導(dǎo)軌503a和503b定位平板500。當(dāng)未接合鎖定器118時(shí)，平板500相對(duì)于柔順軸520和平板504自由運(yùn)動(dòng)；因此，實(shí)現(xiàn)了平板500相對(duì)于平板504的柔順運(yùn)動(dòng)。由于這種機(jī)構(gòu)引起的相關(guān)柔順力包括克服線(xiàn)性導(dǎo)軌503a和503b、和滾珠滑塊502a、502b、502c、和502d的摩擦，加上柔順軸520穿過(guò)鎖定器118運(yùn)動(dòng)的摩擦所需的力。應(yīng)注意，在特定的操縱器和用途中，另外還可能存在一些力，但是，這些與如上所述的機(jī)構(gòu)無(wú)關(guān)。
伸出的柔順止動(dòng)器522和縮回的柔順止動(dòng)器524都剛性地附在柔順軸520上，在鎖定器118的每側(cè)上各有一個(gè)。如圖5(a)所示，伸出的柔順止動(dòng)器522位于鎖定器118和U形夾516之間；而縮回的柔順止動(dòng)器524位于柔順軸520a的遠(yuǎn)端和鎖定器118之間。這些柔順止動(dòng)器522和524作用為限制柔順軸520相對(duì)于平板500的游動(dòng)，或者，等效地，限制平板500相對(duì)于柔順軸520的游動(dòng)。如果未接合鎖定器118，平板500可以在外力的驅(qū)動(dòng)下，在兩個(gè)柔順止動(dòng)器522和524之間的距離“D”減去鎖定器118的寬度“W”所限定的游動(dòng)范圍上運(yùn)動(dòng)，并且，這也限定了運(yùn)動(dòng)的柔順?lè)秶?。也就是說(shuō)，隨著鎖定器118解脫(且優(yōu)選關(guān)閉線(xiàn)性致動(dòng)器508)，平板500可以在足以克服上述柔順力的外力的驅(qū)動(dòng)下，在由D-W限定的距離上沿著線(xiàn)性導(dǎo)軌503a和503b運(yùn)動(dòng)。
一般說(shuō)來(lái)，與滾珠滑塊502a、502b、502c、和502d、及線(xiàn)性導(dǎo)軌503a和503b有關(guān)的摩擦大于柔順軸520和鎖定器118之間的摩擦。于是，如果鎖定器118解脫，并且向線(xiàn)性致動(dòng)器電機(jī)520供能，那么，柔順軸520相對(duì)于鎖定器118和平板500運(yùn)動(dòng)。如果向致動(dòng)器電機(jī)510供能，以便致動(dòng)器軸514從靜止元件506伸出，那么，伸出的柔順止動(dòng)器522沿著鎖定器118的方向運(yùn)動(dòng)。如果致動(dòng)器電機(jī)510未關(guān)閉，那么，隨著到達(dá)柔順?lè)秶哪┒?，伸出的柔順止?dòng)器522靠在鎖定器118上；然后，致動(dòng)器軸514的進(jìn)一步伸出使平板500相對(duì)于平板504向“外”方向移動(dòng)。另外，如果向致動(dòng)器電機(jī)510供能，使致動(dòng)器軸514縮回到靜止元件506中，那么，縮回的柔順止動(dòng)器524沿著鎖定器118的方向運(yùn)動(dòng)。如果致動(dòng)器電機(jī)510未關(guān)閉，那么，隨著到達(dá)柔順?lè)秶哪┒耍s回的柔順止動(dòng)器524靠在鎖定器118上；然后，致動(dòng)器軸514的進(jìn)一步縮回使平板500相對(duì)于平板504向“內(nèi)”方向移動(dòng)。
在操作過(guò)程中，最好把柔順軸520定位和鎖定在它相對(duì)于平板500的運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)、某個(gè)預(yù)選點(diǎn)的小鄰域內(nèi)的位置上。通常，這個(gè)點(diǎn)是兩個(gè)柔順止動(dòng)器522和524之間的中點(diǎn)；但是，存在著使這個(gè)點(diǎn)位于更靠近兩個(gè)柔順止動(dòng)器522或524的某一個(gè)的位置上更優(yōu)選的應(yīng)用。把這個(gè)鄰域稱(chēng)為“柔順中性區(qū)域”。柔順中性區(qū)域通常是整個(gè)柔順?lè)秶囊恍〔糠?；例如?0到50mm總?cè)犴樂(lè)秶?dāng)中的±3或4mm。
當(dāng)鎖定器118位于柔順中性區(qū)域和伸出的柔順止動(dòng)器522之間時(shí)，一般稱(chēng)它處在“柔順伸出區(qū)域”中。類(lèi)似地，當(dāng)鎖定器118位于柔順中性區(qū)域和縮回的柔順止動(dòng)器524之間時(shí)，一般稱(chēng)它處在“柔順縮回區(qū)域”中。
如圖5(a)所示，把位置傳感器528合并進(jìn)來(lái)，以探測(cè)平板500相對(duì)于柔順軸520的相對(duì)位置。位置傳感器528可以是從精確編碼器、電位計(jì)等到限位開(kāi)關(guān)、接近傳感器、測(cè)距儀等的組合范圍內(nèi)的許多種已知類(lèi)型的任何一種。作為最起碼的能力，位置傳感器528應(yīng)該指示機(jī)構(gòu)當(dāng)前處在三個(gè)范圍的哪一個(gè)中柔順伸出、柔順中性、還是柔順縮回。
現(xiàn)在描述柔順機(jī)構(gòu)512的操作。首先，解脫鎖定器118。然后，將線(xiàn)性致動(dòng)器508與位置傳感器528結(jié)合在一起使用以把柔順軸520定位在預(yù)定柔順中性位置上。現(xiàn)在，鎖住鎖定器118，并且，線(xiàn)性致動(dòng)器508用于把平板500定位在相對(duì)于平板504的所需位置上。例如，所需位置可以是將對(duì)接測(cè)試頭或負(fù)載(未示出)的位置?，F(xiàn)在，關(guān)閉線(xiàn)性致動(dòng)器電機(jī)510，并解脫鎖定器118?，F(xiàn)在，隨著測(cè)試頭或負(fù)載被驅(qū)使進(jìn)入它的最后對(duì)接位置時(shí)，平板500可以在外力，例如，對(duì)接機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的力的驅(qū)動(dòng)下以柔順?lè)绞揭苿?dòng)。根據(jù)特定的應(yīng)用和/或用戶(hù)偏好，一旦到達(dá)最后對(duì)接位置，鎖定器118可以或不重新鎖住。同樣，根據(jù)特定的應(yīng)用和/或用戶(hù)偏好，在解開(kāi)測(cè)試頭或負(fù)載的同時(shí)，鎖定器118可以或不鎖住。但是，一旦脫離，在通過(guò)線(xiàn)性致動(dòng)器508啟動(dòng)平板500的運(yùn)動(dòng)之前，應(yīng)該根據(jù)前面的過(guò)程，把柔順軸520放置并鎖定在柔順中性位置中。
圖5(b)示出了圖5(a)的可替代實(shí)施例。在圖(b)中，液壓機(jī)構(gòu)513取代圖5(a)的鎖定器118和柔順止動(dòng)器522和524。尤其是，雙作用液壓缸140的主體附在平板500上且它的缸筒的軸線(xiàn)與線(xiàn)性致動(dòng)器508的致動(dòng)器軸514的軸在一個(gè)平面內(nèi)。并且，正如圖5(b)所示的那樣，平板50沿著線(xiàn)性導(dǎo)軌503a和503b在朝著線(xiàn)性致動(dòng)器508的方向的運(yùn)動(dòng)是向“內(nèi)”方向的運(yùn)動(dòng)，而相反方向的運(yùn)動(dòng)是向“外”方向的運(yùn)動(dòng)。缸140離線(xiàn)性致動(dòng)器508最遠(yuǎn)的一端是“伸出端”532，而缸140最接近線(xiàn)性致動(dòng)器508的一端是“縮回端”533?；钊?44位于液壓缸140的內(nèi)部；并且，活塞144與軸520b相連接，軸520b與液壓缸140的缸筒同軸，并且通過(guò)液壓缸140的縮回端533伸出。軸520b用作柔順軸520的一部分，并且，它通過(guò)參照?qǐng)D5(a)所述的U形夾516和U型夾插銷(xiāo)518與致動(dòng)器軸514相連接。在圖5(b)中，附在活塞144的相對(duì)側(cè)的第二軸520c通過(guò)液壓缸140的伸出端532延伸。這個(gè)第二軸520c用作柔順軸520的延伸部，并且，圖5(b)中的位置傳感器探測(cè)這個(gè)軸520c相對(duì)于平板500的位置。但是，把系統(tǒng)布置成使位置傳感器528可以與第一軸520b結(jié)合在一起操作以節(jié)省配備第二軸520c的可能額外成本也是可行的。
液壓缸140兩端的每一個(gè)都配有使適當(dāng)?shù)囊簤毫黧w流入或流出缸140的端口154。兩個(gè)端口154通過(guò)導(dǎo)管152經(jīng)由閥門(mén)142從外部相互連接。閥門(mén)142設(shè)置成當(dāng)打開(kāi)它時(shí)，流體可以自由地從一個(gè)端口流出，流入另一個(gè)端口；而當(dāng)關(guān)閉它時(shí)，流體不能在兩個(gè)端口之間流動(dòng)。整個(gè)機(jī)構(gòu)充滿(mǎn)適當(dāng)?shù)?、基本上不可壓縮的流體。流體的選擇應(yīng)該考慮到如果在系統(tǒng)中產(chǎn)生泄漏會(huì)發(fā)生的可能有害的作用。此外，由于系統(tǒng)往往要放在溫度比水的冰點(diǎn)低得多的飛機(jī)貨艙中裝運(yùn)，流體應(yīng)該具有低的凝固點(diǎn)。由于流體是不可壓縮的，很顯然，當(dāng)關(guān)閉閥門(mén)142時(shí)，活塞不能沿著任一方向運(yùn)動(dòng)。但是，隨著閥門(mén)142打開(kāi)，由于流體可以通過(guò)端口154、導(dǎo)管152、和打開(kāi)的閥門(mén)142所提供的路徑自由地從活塞144的一側(cè)流動(dòng)到另一側(cè)，因此，活塞144能夠移動(dòng)。當(dāng)關(guān)閉閥門(mén)142時(shí)，基本上鎖住了柔順軸520相對(duì)于液壓缸140和其上附著缸140的平板500的運(yùn)動(dòng)。因此，隨著閥門(mén)142被關(guān)閉，線(xiàn)性致動(dòng)器508的操作使平板500沿著線(xiàn)性導(dǎo)軌503a和503b限定的軸相對(duì)于平板504運(yùn)動(dòng)。但是，隨著閥門(mén)142被打開(kāi)，平板500可以在外力的驅(qū)動(dòng)下，在活塞144的有效沖程所定義的游動(dòng)范圍(基本上等于缸140的兩端壁之間的內(nèi)距離減去活塞144的厚度)內(nèi)，沿著線(xiàn)性導(dǎo)軌503a和503b限定的軸移動(dòng)；并且，這限定了運(yùn)動(dòng)的柔順?lè)秶Ｒ簿褪钦f(shuō)，隨著閥門(mén)142打開(kāi)(且優(yōu)選關(guān)閉線(xiàn)性致動(dòng)器電機(jī)510)，平板500可以在外力的驅(qū)動(dòng)下，在通過(guò)活塞144的有效沖程限定的距離上，沿著線(xiàn)性導(dǎo)軌503a和503b運(yùn)動(dòng)。
一般來(lái)說(shuō)，隨著閥門(mén)142被打開(kāi)，與活塞144在液壓缸140中運(yùn)動(dòng)有關(guān)的摩擦和其它力小于與線(xiàn)性導(dǎo)軌503a和503b、和滾珠滑塊502a、502b、502c、和502d有關(guān)的摩擦力。于是，如果閥門(mén)142被打開(kāi)且向線(xiàn)性致動(dòng)器電機(jī)510供能，那么，柔順軸520相對(duì)于液壓缸140和平板500運(yùn)動(dòng)。如果向致動(dòng)器電機(jī)510供能以使致動(dòng)器軸514從靜止元件506伸出來(lái)，那么，活塞144朝著缸的伸出端532運(yùn)動(dòng)?，F(xiàn)在，如果沒(méi)有關(guān)閉致動(dòng)器電機(jī)510，那么，隨著到達(dá)柔順?lè)秶哪┒?，活?44靠在缸140的伸出端532的端壁上。然后，致動(dòng)器軸514的進(jìn)一步伸出使平板500相對(duì)于平板504向“外”方向移動(dòng)。如果向致動(dòng)器電機(jī)510供能，使致動(dòng)器軸514縮回到靜止元件506中，那么，活塞144朝著缸140的縮回端533移動(dòng)。現(xiàn)在，如果致動(dòng)器電機(jī)510沒(méi)有關(guān)閉，那么，隨著到達(dá)柔順?lè)秶哪┒?，活?44靠在缸140的縮回端533的端壁上。此外，致動(dòng)器軸514的進(jìn)一步縮回使平板500相對(duì)于平板504向“內(nèi)”方向移動(dòng)。
在操作過(guò)程中，最好把活塞144(及與它相連的柔順軸520)定位和鎖定在它相對(duì)于平板500的運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)、某個(gè)預(yù)選點(diǎn)的小鄰域內(nèi)的位置上。通常，這個(gè)點(diǎn)是缸140兩個(gè)端點(diǎn)之間的中點(diǎn)；但是，存在使這個(gè)點(diǎn)位于更靠近兩個(gè)端點(diǎn)的某一個(gè)的位置上更優(yōu)選的應(yīng)用。我們將再次把這個(gè)鄰域稱(chēng)為“柔順中性區(qū)域”。柔順中性區(qū)域通常是整個(gè)柔順?lè)秶囊恍〔糠?；例如?0到50mm總?cè)犴樂(lè)秶?dāng)中的±3或4mm。
當(dāng)活塞144位于柔順中性區(qū)域和缸140的伸出端532之間時(shí)，一般認(rèn)為它處在“柔順伸出區(qū)域”中。類(lèi)似地，當(dāng)活塞144位于柔順中性區(qū)域和缸140的縮回端533之間時(shí)，一般認(rèn)為它處在“柔順縮回區(qū)域”中。
正如圖5(a)那樣，合并有位置傳感器528，以探測(cè)平板500相對(duì)于柔順軸520的相對(duì)位置。位置傳感器528可以是在從精確編碼器、電位計(jì)等到限位開(kāi)關(guān)、接近傳感器、測(cè)距儀等的組合的范圍內(nèi)的許多種已知類(lèi)型的任何一種。作為最起碼的能力，位置傳感器528應(yīng)該指示機(jī)構(gòu)當(dāng)前處在三個(gè)范圍的哪一個(gè)中柔順伸出、柔順中性、還是柔順縮回。
現(xiàn)在描述機(jī)構(gòu)513的操作。首先，打開(kāi)閥門(mén)142。然后，將線(xiàn)性致動(dòng)器508與位置傳感器528結(jié)合使用，以將活塞144定位在預(yù)定柔順中性位置上。現(xiàn)在，關(guān)閉閥門(mén)142，把活塞144和柔順軸520鎖定在柔順中性位置中，并且，線(xiàn)性致動(dòng)器508用于把平板500定位在相對(duì)于平板504的所需位置上。例如，所需位置可以是將對(duì)接測(cè)試頭或負(fù)載(未示出)的位置?，F(xiàn)在，關(guān)閉線(xiàn)性致動(dòng)器508且打開(kāi)閥門(mén)142?，F(xiàn)在，當(dāng)驅(qū)使測(cè)試頭或負(fù)載進(jìn)入它的最后對(duì)接位置時(shí)，平板500可以在外力，例如，對(duì)接機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的力的驅(qū)動(dòng)下以柔順?lè)绞揭苿?dòng)。根據(jù)特定的應(yīng)用和/或用戶(hù)偏好，一旦到達(dá)最后對(duì)接位置，閥門(mén)142可以關(guān)閉或不關(guān)閉。此外，還根據(jù)特定的應(yīng)用和/或用戶(hù)偏好，在解開(kāi)測(cè)試頭或負(fù)載的同時(shí)，閥門(mén)142可以關(guān)閉或不關(guān)閉。但是，一旦脫離，在通過(guò)線(xiàn)性致動(dòng)器508啟動(dòng)平板500的運(yùn)動(dòng)之前，應(yīng)該根據(jù)前面的過(guò)程，把柔順軸520放置和鎖定在柔順中性位置中。
圖5(c)示出了用于不平衡力很小或沒(méi)有且柔順力主要由摩擦引起的水平軸的另一種示范性柔順驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)550。兩個(gè)平板500和504、線(xiàn)性導(dǎo)軌503a和503b、滾珠滑塊502a、502b、502c和502d、和線(xiàn)性致動(dòng)器508的布置和目的基本上與參照?qǐng)D5(a)所述的相同。另外，柔順軸520以與圖5(a)所示的相似方式，通過(guò)U形夾516和U形夾插銷(xiāo)518與致動(dòng)器軸514相連接。如圖5(c)所示，平板50沿著線(xiàn)性導(dǎo)軌503a和503b，向朝著線(xiàn)性致動(dòng)器508的方向的運(yùn)動(dòng)是向“內(nèi)”方向的運(yùn)動(dòng)，而相反方向的運(yùn)動(dòng)是向“外”方向的運(yùn)動(dòng)。
柔順軸520穿過(guò)內(nèi)安裝支架554和外安裝支架552，這兩個(gè)支架剛性地附在平板500的下側(cè)，內(nèi)安裝支架554比外安裝支架552更接近線(xiàn)性致動(dòng)器508。最好，柔順軸520可以相對(duì)于安裝支架552和544，沿著內(nèi)外方向的軸自由運(yùn)動(dòng)，而滾珠滑塊502a、502b、502c和502d可以用于完成這個(gè)任務(wù)。柔順止動(dòng)器556在位于兩個(gè)安裝支架552和554之間的位置上剛性地附在柔順軸520上。
外定心致動(dòng)器558的靜止元件附在外安裝支架552上，而內(nèi)定心致動(dòng)器560的靜止元件附在內(nèi)安裝支架554上。這兩個(gè)定心致動(dòng)器558和560每一個(gè)的驅(qū)動(dòng)部件是一旦適當(dāng)?shù)貙?duì)致動(dòng)器558或560供能，就從靜止元件伸出來(lái)或縮回到靜止元件中的柱塞或滾珠絲杠機(jī)構(gòu)(為了方便起見(jiàn)，我們用術(shù)語(yǔ)“柱塞”指每一個(gè)都是適用的、來(lái)龍去脈清楚的每一種類(lèi)型驅(qū)動(dòng)部件)。把兩個(gè)致動(dòng)器558和560安裝在相反方向上，使得柱塞或滾珠絲杠基本上同軸和與柔順軸520的軸平行，并使得在適當(dāng)?shù)毓┠軙r(shí)，柱塞或滾珠絲杠機(jī)構(gòu)向朝著柔順止動(dòng)器556的方向伸出。
可以看出，如果使內(nèi)致動(dòng)器柱塞564和外致動(dòng)器柱塞562之一或二者充分縮回，以便在柔順止動(dòng)器556與致動(dòng)器柱塞562和564之一或二者的遠(yuǎn)端之間存在空隙，那么，就形成柔順運(yùn)動(dòng)的范圍。如果這個(gè)狀態(tài)得到滿(mǎn)足，那么，平板500可以由足以克服除了安裝支架552和554和柔順軸520的摩擦力之外還有滾珠滑塊502a、502b、502c和502d、和線(xiàn)性導(dǎo)軌503a和503b的摩擦力的外力驅(qū)動(dòng)下，沿著線(xiàn)性導(dǎo)軌503a和503b移動(dòng)?？捎玫娜犴樳\(yùn)動(dòng)總范圍等于兩個(gè)致動(dòng)器柱塞562和564的遠(yuǎn)端之間的距離減去柔順止動(dòng)器556的厚度。于是，在圖5(c)的系統(tǒng)中，如果需要的話(huà)，可以借助定心致動(dòng)器558和560控制柔順運(yùn)動(dòng)的范圍；然而，在圖5(a)和5(b)的系統(tǒng)中，柔順區(qū)域是固定的。
還可以看出，如果內(nèi)、外致動(dòng)器柱塞564和562兩者分別伸出，使得兩者同時(shí)靠在柔順止動(dòng)器556上，那么，平板500固定在相對(duì)于柔順軸520的某一位置上。然后，線(xiàn)性致動(dòng)器508可以用于相對(duì)于平板504移動(dòng)和定位平板500。
一般說(shuō)來(lái)，與滾珠滑塊502a、502b、502c、和502d、和線(xiàn)性導(dǎo)軌503a和503b相關(guān)的摩擦大于分別在柔順軸520與內(nèi)、外安裝支架554和552之間的摩擦。于是，如果定心致動(dòng)器柱塞562或564之一或二者充分縮回，使得柔順運(yùn)動(dòng)成為可能，然后向線(xiàn)性致動(dòng)器電機(jī)520供能，那么，柔順軸520和柔順止動(dòng)器556分別作相對(duì)于內(nèi)、外安裝支架554和552的運(yùn)動(dòng)。如果向致動(dòng)器電機(jī)510供能，使致動(dòng)器軸514從靜止元件506伸出，那么，柔順止動(dòng)器526沿著外致動(dòng)器柱塞562的方向運(yùn)動(dòng)。如果致動(dòng)器電機(jī)510未關(guān)閉，那么，隨著到達(dá)柔順?lè)秶哪┒?，柔順止?dòng)器556靠在外致動(dòng)器柱塞562上。然后，致動(dòng)器軸514的進(jìn)一步伸出使平板500相對(duì)于平板504向外方向移動(dòng)。相反，如果向致動(dòng)器電機(jī)510供能，使致動(dòng)器軸514縮回到靜止元件506中，那么，柔順止動(dòng)器556沿著內(nèi)致動(dòng)器柱塞564的方向運(yùn)動(dòng)。如果致動(dòng)器電機(jī)510未關(guān)閉，那么，隨著到達(dá)柔順?lè)秶哪┒?，柔順止?dòng)器556靠在內(nèi)致動(dòng)器柱塞564上。然后，致動(dòng)器軸514的進(jìn)一步縮回使平板500相對(duì)于平板504移動(dòng)。
在操作過(guò)程中，最好把柔順軸520定位和固定在它相對(duì)于平板500的運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)、某個(gè)預(yù)選點(diǎn)的小鄰域內(nèi)的位置上。通常，這個(gè)點(diǎn)是兩個(gè)內(nèi)、外定心致動(dòng)器560和558的中點(diǎn)；但是，存在這個(gè)點(diǎn)位于更靠近兩個(gè)定心致動(dòng)器560和558的某一個(gè)的位置上更優(yōu)選的應(yīng)用。我們將再次把這個(gè)鄰域稱(chēng)為“柔順中性區(qū)域”。柔順中性區(qū)域通常是整個(gè)柔順?lè)秶囊恍〔糠?；例如?0到50mm總?cè)犴樂(lè)秶?dāng)中的±3或4mm。
當(dāng)柔順止動(dòng)器556位于柔順中性區(qū)域和外致動(dòng)器柱塞562的遠(yuǎn)端之間時(shí)，一般稱(chēng)它處在“柔順外側(cè)區(qū)域”中。類(lèi)似地，當(dāng)柔順止動(dòng)器556位于柔順中性區(qū)域和內(nèi)外致動(dòng)器柱塞562的遠(yuǎn)端之間時(shí)，一般稱(chēng)它處在“柔順內(nèi)側(cè)區(qū)域”。
正如下面所討論的那樣，如果遵循適當(dāng)?shù)亩ㄐ闹聞?dòng)器和設(shè)計(jì)過(guò)程，無(wú)需探測(cè)平板150相對(duì)于平板504的相對(duì)位置的傳感器，也可以實(shí)現(xiàn)圖5(c)中那種類(lèi)型的有用系統(tǒng)。但是，為了這個(gè)目的可以把位置傳感器528(未示出)可選地包括進(jìn)來(lái)，以實(shí)現(xiàn)可能更復(fù)雜的系統(tǒng)。位置傳感器528可以是從精確編碼器、電位計(jì)等到限位開(kāi)關(guān)、接近傳感器、測(cè)距儀等的組合范圍內(nèi)的許多種已知類(lèi)型的任何一種。作為最起碼的能力，位置傳感器528應(yīng)該指示機(jī)構(gòu)當(dāng)前處在三個(gè)范圍的哪一個(gè)中柔順內(nèi)側(cè)、柔順中性、還是柔順外側(cè)。
為了實(shí)現(xiàn)沒(méi)有位置傳感器528的系統(tǒng)，最好使用這種類(lèi)型的定心致動(dòng)器558和560，該定心致動(dòng)器558和560可以被控制到能夠使它們的柱塞562和564沿著給定方向移動(dòng)，直到到達(dá)它的整個(gè)游動(dòng)范圍的程度。這樣的致動(dòng)器558和560可以簡(jiǎn)單得像具有柱塞562和654的螺線(xiàn)管器件那樣，一旦供能，它馬上伸長(zhǎng)到它的整個(gè)范圍，而一旦斷電，在彈簧的驅(qū)動(dòng)下，完全縮回。包括電機(jī)和螺桿機(jī)構(gòu)的致動(dòng)器558和560也是可行的。如果把硬止動(dòng)器包含在致動(dòng)器558和560中，以防止螺桿走過(guò)頭，且如果適當(dāng)?shù)胤乐闺姍C(jī)在停轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)過(guò)熱，可以在足以使它到達(dá)它的游動(dòng)極限的時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)，沿著已知方向簡(jiǎn)單驅(qū)動(dòng)螺桿。另外，電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺桿致動(dòng)器可以包含限位開(kāi)關(guān)，以發(fā)出已經(jīng)達(dá)到游動(dòng)范圍的端點(diǎn)的信號(hào)。另一種可供選擇的方案可以包含步進(jìn)電機(jī)，并且，通過(guò)控制電機(jī)的步數(shù)來(lái)控制位置，可能與一個(gè)或多個(gè)限位開(kāi)關(guān)結(jié)合。第二個(gè)要求是設(shè)計(jì)每個(gè)致動(dòng)器柱塞562和564、或螺桿的行程長(zhǎng)度以及內(nèi)、外安裝支架552和554和定心致動(dòng)器558和560的布局，以達(dá)到所需結(jié)果。具體的準(zhǔn)則包括當(dāng)致動(dòng)器558和560兩者都處在完全伸出狀態(tài)下時(shí)，使柔順止動(dòng)器556穩(wěn)固地保持在所需柔順中性位置上；和當(dāng)致動(dòng)器558和560兩者都處在完全縮回狀態(tài)下時(shí)，實(shí)現(xiàn)所需運(yùn)動(dòng)的柔順?lè)秶?br> 現(xiàn)在描述沒(méi)有位置傳感器的圖5(c)的機(jī)構(gòu)的操作。首先，向定心致動(dòng)器558和560供能以完全伸出它們的柱塞562和564或螺桿。這使平板500相對(duì)于柔順軸520移動(dòng)到柔順中性位置上。注意，在這個(gè)在圖5(c)的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)柔順中性位置的步驟中，平板500在柔順軸520保持靜止的同時(shí)移動(dòng)；然而，在圖5(a)和5(b)的系統(tǒng)中，平板500保持固定，而柔順軸520移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的?，F(xiàn)在，致動(dòng)器558和560處在它們的柱塞562和564或螺桿保持在完全伸出的位置中，致使平板500保持在柔順中性位置中的狀態(tài)下。對(duì)于不可向后驅(qū)動(dòng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器，簡(jiǎn)單地關(guān)掉電源就可以實(shí)現(xiàn)。對(duì)于其它致動(dòng)器，譬如，螺線(xiàn)管致動(dòng)器，也許有必要保持施加在上面的電激勵(lì)。對(duì)于如此保持在柔順中性位置中的平板500，線(xiàn)性致動(dòng)器508然后用于把平板500定位在相對(duì)于平板504的所需位置上。例如，所需位置可以是將對(duì)接測(cè)試頭或負(fù)載(未示出)的位置?，F(xiàn)在，關(guān)閉線(xiàn)性致動(dòng)器電機(jī)510，并以縮回它們的柱塞562和564或螺桿以為柔順運(yùn)動(dòng)形成一個(gè)區(qū)域的方式控制定心致動(dòng)器558和560?，F(xiàn)在，當(dāng)驅(qū)使測(cè)試頭或負(fù)載進(jìn)入它的最后對(duì)接位置時(shí)，平板500可以在外力，例如，對(duì)接機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的力的驅(qū)動(dòng)下以柔順?lè)绞揭苿?dòng)。根據(jù)特定的應(yīng)用和/或用戶(hù)偏好，當(dāng)?shù)竭_(dá)最后對(duì)接位置時(shí)，定心致動(dòng)器558和560可以或不用于相對(duì)于平板504有效地鎖定平板500。此外，還根據(jù)特定的應(yīng)用和/或用戶(hù)偏好，在使測(cè)試頭或負(fù)載脫離的同時(shí)，可以或不通過(guò)定心致動(dòng)器558和560使平板500保持在某一位置中。但是，一旦脫離，在通過(guò)線(xiàn)性致動(dòng)器508啟動(dòng)平板500的運(yùn)動(dòng)之前，應(yīng)該根據(jù)前面的過(guò)程，把柔順軸520放置和鎖定在柔順中性位置中。
現(xiàn)在描述根據(jù)圖5(c)的還包含了探測(cè)平板500相對(duì)于柔順軸520的位置的位置傳感器528a(未示出)的系統(tǒng)。在這樣的系統(tǒng)中，使用電機(jī)操作定心致動(dòng)器558和560，以便利用有效的反饋位置是最切實(shí)可行的。致動(dòng)器柱塞562和564或螺桿的整個(gè)行程和致動(dòng)器558和560的布置沒(méi)有在如上所述沒(méi)有位置傳感器528a的系統(tǒng)中那么重要。把致動(dòng)器558和560設(shè)置成當(dāng)它們的柱塞562和564兩者都完全縮回時(shí)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的適當(dāng)柔順?lè)秶?；而?dāng)它們完全伸出時(shí)柱塞562和564至少到達(dá)柔順中性位置就足夠了。除了位置傳感器528a用于指示柔順止動(dòng)器556何時(shí)到達(dá)柔順中性位置之外，其操作基本上與沒(méi)有位置傳感器528a的系統(tǒng)相同。此外，如果使用編碼器或電位計(jì)型位置傳感器528a，在圖5(c)的系統(tǒng)中，以及在圖5(a)和圖5(b)的系統(tǒng)中，通過(guò)適當(dāng)?shù)鼐幊炭刂葡到y(tǒng)，無(wú)需改變機(jī)械結(jié)構(gòu)，就可以改變?nèi)犴樦行詤^(qū)域的位置。
圖5(a)(以及圖5(b)和圖5(c))的機(jī)構(gòu)也可以應(yīng)用于樞轉(zhuǎn)軸，其中，運(yùn)動(dòng)是主體或負(fù)載繞軸的旋轉(zhuǎn)，而不是沿著軸平動(dòng)。該技術(shù)也可以應(yīng)用于轉(zhuǎn)動(dòng)和平動(dòng)的組合。圖7示出了應(yīng)用于繞垂直軸102旋轉(zhuǎn)的主體100的柔順機(jī)構(gòu)。這與測(cè)試頭操縱器中的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)相同。圖7中的柔順機(jī)構(gòu)還顯示了可替代圖5(a)中的機(jī)構(gòu)的實(shí)施例。具體地說(shuō)，圖5(a)中的機(jī)構(gòu)具有附在臂(柔順軸520)上的致動(dòng)器軸514或螺桿和附在臂(柔順軸520)上操作的鎖定器118上的可移動(dòng)主體(平板500)。在圖7中，鎖定器118和臂(力桿112)的布置倒過(guò)來(lái)了；也就是說(shuō)，致動(dòng)器軸514或螺桿514與在力桿112上操作的鎖定器118耦合，力桿112又與可移動(dòng)主體100耦合。可以看出圖7的操作完全與圖5(a)的操作類(lèi)似。下面更詳細(xì)地討論包含在圖7中的特征。
圖5(a)到5(c)的實(shí)施例已經(jīng)闡述了說(shuō)明對(duì)水平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軸的柔順性或不存在任何顯著的不平衡力的其它情況的示范性實(shí)施例。圖6(a)和圖8(a)說(shuō)明提供抵消不平衡力的平衡力、和在不平衡力可以是顯著的、隨位置而改變的、和往往不可預(yù)測(cè)的的驅(qū)動(dòng)軸中的柔順性的機(jī)構(gòu)。這些機(jī)構(gòu)被稱(chēng)為“平衡柔順致動(dòng)器組件(BCAA)”。
在圖6(a)和8(a)中，主體100代表可繞樞轉(zhuǎn)軸102旋轉(zhuǎn)的重負(fù)載(即，測(cè)試頭)，樞轉(zhuǎn)軸102處在靠近一個(gè)表面且偏離所述主體重心相當(dāng)距離的地方。圖6(a)和8(a)中的主體600代表支承樞轉(zhuǎn)軸102的固定結(jié)構(gòu)的一部分。例如，主體100可以代表測(cè)試頭，其俯仰軸或翻滾軸靠近dut接口，而主體600可以代表測(cè)試頭固定支架的一部分，測(cè)試頭固定支架又被與測(cè)試頭操縱器(未示出)的主臂相連接的設(shè)備支承。在如下的討論中，除非另有說(shuō)明，假設(shè)俯仰軸102處在水平面內(nèi)。注意，如果主體100發(fā)生旋轉(zhuǎn)，使得它的重心不正好在俯仰軸102的下面，那么，由主體100的重量引起的力矩造成隨主體100的位置而改變的不平衡。因此，柔順力包括克服這個(gè)力矩以及摩擦和諸如繩索力之類(lèi)的其它可能作用所需的力。
如圖6(a)和8(a)所示的和將要描述的機(jī)構(gòu)包括在名稱(chēng)為“用于測(cè)試頭操縱器的測(cè)試頭平衡系統(tǒng)(A Test Head Balancing System for a Test HeadManipulator)、授予Ny等人和轉(zhuǎn)讓給與本申請(qǐng)相同的受讓人的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)第60/234,598號(hào)中說(shuō)明的概念。明確地說(shuō)，在臨時(shí)中請(qǐng)第60/234,598號(hào)中解釋了圖1(a)、1(c)、2(a)、3(a)、4(a)和4(b)。
盡管沒(méi)有示出，但是，在圖6(a)和8(a)中暗示著，存在系統(tǒng)控制器。系統(tǒng)控制器執(zhí)行控制序列，并把控制信號(hào)提供給致動(dòng)器和閥門(mén)，后面將對(duì)這些加以描述。另外，系統(tǒng)控制器接收操作者的輸入和來(lái)自傳感器的反饋信號(hào)，后面也將對(duì)這些加以描述。
總之，圖6(a)和8(a)兩者都包括繞著樞轉(zhuǎn)軸102驅(qū)動(dòng)主體100的線(xiàn)性致動(dòng)器508、包括鎖定器118、力桿112、和兩個(gè)柔順止動(dòng)器522和524以使主體100作柔順運(yùn)動(dòng)的柔順機(jī)構(gòu)、測(cè)量施加在力桿112中的不平衡力的力傳感器120、和生成平衡力以補(bǔ)償不平衡力的雙作用氣壓缸128。
圖6(a)和8(a)是相當(dāng)相似的。它們之間的唯一區(qū)別在于，如何支承雙作用氣壓缸128的主體的。于是，下面一起描述這兩個(gè)圖的共同特征；并且，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候分別描述它們之間的差異。
在圖6(a)和8(a)兩者中，線(xiàn)性致動(dòng)器508的靜止元件506，包括它的電機(jī)510在內(nèi)，借助于軸承620附在主體600上。線(xiàn)性致動(dòng)器508的驅(qū)動(dòng)部件是致動(dòng)器螺桿514，當(dāng)向電機(jī)510供能時(shí)，致動(dòng)器螺桿514從靜止元件506伸出或縮回到靜止元件506中；明確地說(shuō)，如果向電機(jī)510供能，使電機(jī)沿著第一旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，螺桿(致動(dòng)器)從靜止元件506中伸出；而如果向電機(jī)510供能，使電機(jī)沿著相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，螺桿(致動(dòng)器)縮回到靜止元件506中。致動(dòng)器螺桿514通常是滾珠螺桿；但是，在適當(dāng)?shù)牡胤?，可以使用其它?lèi)型的螺桿或其它致動(dòng)器裝置。
力桿112借助軸承116a附在主體100上。如圖所示，力桿112通過(guò)鎖定器118接合，鎖定器118則借助于機(jī)器螺桿或其它適當(dāng)?shù)难b置剛性地附在致動(dòng)器螺桿514的遠(yuǎn)端。鎖定器118可以是現(xiàn)有技術(shù)中眾所周知的幾種類(lèi)型的任何一種。取決于所選鎖定器的類(lèi)型，可以通過(guò)電信號(hào)、氣體輸入、或適合于特定應(yīng)用的其它措施控制它。當(dāng)鎖定器118致動(dòng)時(shí)，它牢固地抓住力桿112，然后，使力桿112以剛性的方式有效地附在致動(dòng)器螺桿514上。因此，當(dāng)使鎖定器接合時(shí)，限制主體100相對(duì)于致動(dòng)器螺桿514運(yùn)動(dòng)。當(dāng)釋放鎖定器118時(shí)，力桿112可以沿著鎖定器118滑動(dòng)，并沿著基本上與致動(dòng)器螺桿514的軸平行的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。因此，當(dāng)瞬間把氣壓缸128和任何不平衡力置之度外時(shí)，通過(guò)致動(dòng)鎖定器118，線(xiàn)性致動(dòng)器508可以用于使主體100圍繞樞轉(zhuǎn)軸102相對(duì)于主體600旋轉(zhuǎn)。另外，當(dāng)沒(méi)有鎖住鎖定器118時(shí)，主體100對(duì)足夠的外力作出反應(yīng)，相對(duì)于致動(dòng)器螺桿514和主體600自由運(yùn)動(dòng)；因此，實(shí)現(xiàn)了主體100相對(duì)于主體500的柔順運(yùn)動(dòng)。也就是說(shuō)，隨著鎖定器118被釋放，響應(yīng)外力，實(shí)現(xiàn)主體100繞著它的樞轉(zhuǎn)軸102并相對(duì)于主體600的柔順運(yùn)動(dòng)。為了限制柔順運(yùn)動(dòng)的范圍，伸出的柔順止動(dòng)器522和縮回的柔順止動(dòng)器524剛性地附在力桿112上。伸出的柔順止動(dòng)器522位于鎖定器118和主體100之間?？s回的柔順止動(dòng)器524位于鎖定器118的對(duì)面和鎖定器118與力桿112的遠(yuǎn)端之間。
雙向力傳感器120以沿著力桿112測(cè)量力的方式與力桿112耦合。力傳感器120可以用雙向測(cè)壓元件、一種容易獲得的器件實(shí)現(xiàn)。測(cè)壓元件包含可以以眾所周知的方式處在橋式電路之中、提供隨測(cè)量力單調(diào)變化的電壓輸出的應(yīng)變儀。利用模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器和處理器，可以確定沿著力桿112的力是否大于自由運(yùn)動(dòng)所能容忍的最大值；并且，如果是的話(huà)，確定力的方向。可選地，模擬比較器電路可以以已知的方式用于產(chǎn)生指示顯著不平衡力的存在和方向的是/否信號(hào)。
前述柔順止動(dòng)器522和524用于在線(xiàn)性致動(dòng)器508伸出一定長(zhǎng)度的情況下，限制力桿112相對(duì)于主體600的游動(dòng)。如果桿鎖定器118沒(méi)有接合，力桿112可以在作用于主體100的外力的驅(qū)動(dòng)下，在通過(guò)兩個(gè)柔順止動(dòng)器522和524之間的距離“C”減去桿鎖定器118的寬度“L”限定的游動(dòng)范圍上移動(dòng)，并且，這也限定了主體100的運(yùn)動(dòng)柔順?lè)秶?。也就是說(shuō)，隨著桿鎖定器118被松開(kāi)(且優(yōu)選關(guān)閉線(xiàn)性致動(dòng)器電機(jī)510)，主體100可以在足以克服柔順力的外力的驅(qū)動(dòng)下，繞著樞轉(zhuǎn)軸102轉(zhuǎn)過(guò)由力桿112經(jīng)過(guò)距離C-L的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)所確定的角度。在圖6(a)或8(a)中，隨著鎖定器118相對(duì)于力桿112運(yùn)動(dòng)，氣壓缸128中的活塞130也將移動(dòng)?；钊?30的總有效沖程設(shè)計(jì)成使活塞130和氣壓缸128不與柔順止動(dòng)器522和524干涉是重要的。
可以看出，倘若鎖定器118被解開(kāi)并使主體100轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，以便它的重心不正好在樞轉(zhuǎn)軸102的下面，那么，兩個(gè)柔順止動(dòng)器522和524必有一個(gè)將靠在鎖定器118上。這是主體100的重量引起的繞樞轉(zhuǎn)軸102的力矩是否足以克服系統(tǒng)中的靜摩擦、由于氣壓缸128和活塞130作用在主體100上的力、和作用在系統(tǒng)上的任何力的情況。在這種狀態(tài)下，很顯然，向致動(dòng)器電機(jī)510供能將使主體100繞樞轉(zhuǎn)軸102旋轉(zhuǎn)。這未必是最佳的操作模式；相反，它是當(dāng)對(duì)本發(fā)明的示范性實(shí)施例考慮各種操作序列時(shí)應(yīng)留意的情況。
在操作過(guò)程中，最好把鎖定器118移動(dòng)和鎖定在它相對(duì)于力桿112的運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)、某個(gè)預(yù)選點(diǎn)的小鄰域內(nèi)的位置上。通常，這個(gè)點(diǎn)是兩個(gè)柔順止動(dòng)器522和524的中點(diǎn)；但是，存在使這個(gè)點(diǎn)位于更靠近兩個(gè)柔順止動(dòng)器522或524的某一個(gè)的位置上更優(yōu)選的應(yīng)用。我們將把這個(gè)鄰域稱(chēng)為“柔順中性區(qū)域”。柔順中性區(qū)域通常是整個(gè)柔順?lè)秶囊恍〔糠?；例如?0到50mm總?cè)犴樂(lè)秶?dāng)中的±3或4mm。
仍然參照?qǐng)D6(a)和8(a)，當(dāng)鎖定器118位于柔順中性區(qū)域和伸出的柔順止動(dòng)器522之間時(shí)，一般稱(chēng)它處在“柔順伸出區(qū)域”中。類(lèi)似地，當(dāng)鎖定器118位于柔順中性區(qū)域和縮回的柔順止動(dòng)器524之間時(shí)，一般稱(chēng)它處在“柔順縮回區(qū)域”中。
也許有必要使主體100處在平衡狀態(tài)，以便使鎖定器解開(kāi)，然后，移動(dòng)到柔順中性位置。這種平衡可以以許多可能方式，包括，例如，使重心位于樞轉(zhuǎn)軸102的下面和/或施加外力來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是，正如上面所說(shuō)明的，氣壓缸128和活塞130的目的是提供平衡力的可控制源。
配備位置傳感器612以探測(cè)力桿112相對(duì)于鎖定器118的位置。位置傳感器612可以是從精確編碼器、電位計(jì)等到限位開(kāi)關(guān)、接近傳感器、測(cè)距儀等的組合范圍內(nèi)的許多種已知類(lèi)型的任何一種。作為最起碼的能力，位置傳感器612應(yīng)該指示機(jī)構(gòu)當(dāng)前處在三個(gè)范圍的哪一個(gè)中柔順伸出、柔順中性、還是柔順縮回。
配備雙作用氣壓缸128以產(chǎn)生抗衡任何不平衡力的力。其目的是使作用在主體100上的凈力和/或力矩最小化到可接受水平，以便使主體100相對(duì)于主體600作柔順運(yùn)動(dòng)。當(dāng)實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的時(shí)，可以認(rèn)為主體100處在“平衡狀態(tài)”下。注意，當(dāng)處在平衡狀態(tài)下，可能存在成為總?cè)犴樍Φ姆至康摹皻堄喾瞧胶饬Α?。在圖6(a)中，雙作用氣壓缸128借助于適當(dāng)?shù)陌惭b硬件624和軸承622附在主體600上。在圖8(a)中，雙作用氣壓缸128利用支架附在鎖定器118上。在圖6(a)和8(a)中，氣壓缸128包含與連桿114耦合的活塞130，連桿114與缸128的軸同軸。連桿114穿過(guò)氣壓缸128的端部，伸向主體100，并且，它通過(guò)軸承116b與主體100耦合。盡管圖6(a)和8(a)示出借助于兩個(gè)分離軸承116a和116b附在主體100上的連桿114和力桿112，但是，如在其它方面與圖8(a)相同的圖8(b)所示，其它可替代的結(jié)構(gòu)也是可以的，包括使用支架等，以便借助于軸承116a和116b將桿114和112兩者與主體100共同耦合在一起。圖8(b)示出了與支架800耦合在一起的鎖定器118和缸128，支架800有效地耦合桿114和112。
高壓氣體供應(yīng)器602提供用于操作氣壓缸128的氣源。通常，在半導(dǎo)體測(cè)試設(shè)施中，每英寸80到100磅的氣壓是適合的和可獲得的。氣壓缸128含有兩個(gè)氣體進(jìn)口132和134，一個(gè)在活塞130的一側(cè)，通?？拷?28的每端。第一氣體進(jìn)口132借助于導(dǎo)管與第一蓄能器608a耦合，且第二氣體進(jìn)口134借助于導(dǎo)管與第二蓄能器608b耦合。第一和第二蓄能器608a和608b借助于導(dǎo)管分別與第一和第二閥門(mén)604a和604b耦合，而第一和第二閥門(mén)604a和604b借助于適當(dāng)?shù)膶?dǎo)管與氣體供應(yīng)器602耦合。第一和第二閥門(mén)604a和604b由未示出的控制器來(lái)控制。
另外，兩個(gè)閥門(mén)604a和604b每個(gè)都具有使氣體排出缸128和蓄能器608a和608b的通氣口。閥門(mén)604a和604b的每一個(gè)可以處在如下三個(gè)位置之一“注入位置”使氣體從氣體供應(yīng)器602流入蓄能器608a和608b和缸128。
“通氣位置”使氣體通過(guò)通氣口從蓄能器608a和608b和缸128排出到大氣中。
“關(guān)閉位置”阻止氣體通過(guò)閥門(mén)604a和604b流入或流出蓄能器608a和608b和缸128。
閥門(mén)(604a和604b)的許多不同結(jié)構(gòu)都可在市場(chǎng)上買(mǎi)到。例如，除了如圖所示的單個(gè)獨(dú)立閥門(mén)(604a和604b)之外，還可以存在如下單元，該單元包含兩個(gè)閥，其配置成如果一個(gè)閥門(mén)處在注入位置，另一個(gè)處在排出位置，那么，當(dāng)從活塞130的一側(cè)注入氣體時(shí)，從對(duì)側(cè)自動(dòng)排出氣體。
正如上面所指出的，氣壓缸128的目的是生成補(bǔ)償作用在負(fù)載上不平衡力的力，在本例中，負(fù)載是主體100。例如，假設(shè)主體100繞樞軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，使得它重心在水平方向與樞轉(zhuǎn)軸102偏離。那么，主體100的重量是形成沿著把重心移動(dòng)到直好在樞轉(zhuǎn)軸102下面的點(diǎn)的方向起作用的、繞樞轉(zhuǎn)軸102的轉(zhuǎn)矩的不平衡力。這個(gè)轉(zhuǎn)矩的大小和方向是重量，以及旋轉(zhuǎn)角的大小和方向的函數(shù)，其中，旋轉(zhuǎn)角是重心相對(duì)于樞轉(zhuǎn)軸102的水平位移除以從重心到樞轉(zhuǎn)軸102的最短距離所得比率的反正弦。不平衡力被看出是一個(gè)變量，并且是負(fù)載位置的函數(shù)。氣壓缸128根據(jù)活塞130兩側(cè)上氣壓差，生成作用在它的活塞130上的力。這個(gè)力沿著連桿114傳遞，作用在由連續(xù)桿11的軸的延長(zhǎng)線(xiàn)確定的位置和方向上的主體100上。設(shè)備被布置成使這根力線(xiàn)在整個(gè)關(guān)注的旋轉(zhuǎn)角的范圍內(nèi)不與樞轉(zhuǎn)軸102相交。因此，活塞130可以產(chǎn)生主體100上繞樞轉(zhuǎn)軸102的轉(zhuǎn)矩，這個(gè)轉(zhuǎn)矩等于主體100的重量引起的不平衡轉(zhuǎn)矩，方向與主體100的重量引起的不平衡轉(zhuǎn)矩的方向相反，從而，使主體100達(dá)到平衡狀態(tài)。由氣動(dòng)設(shè)備生成的力在這里被稱(chēng)為“平衡力”。
在操作過(guò)程中，閥門(mén)604a和604b通常處在關(guān)閉位置。為了增大作用在活塞130的一側(cè)上的壓力，把相應(yīng)閥門(mén)(604a或604b)切換到注入位置。獲得的壓力改變是缸128中的當(dāng)前壓力、氣體供應(yīng)器的壓力、和閥門(mén)(604a或604b)工作的時(shí)間長(zhǎng)度的函數(shù)。為了減小作用在活塞130的給定側(cè)上的壓力，把相應(yīng)閥門(mén)(604a或604b)切換到排出位置。這里，取得的壓力改變只是缸128中的當(dāng)前壓力和閥門(mén)(604a或604b)工作的時(shí)間長(zhǎng)度的函數(shù)。因此閥門(mén)(604a或604b)工作的最短時(shí)間長(zhǎng)度決定在給定初始缸壓下可以實(shí)現(xiàn)的缸128中的最小壓力增量。通常，最短時(shí)間是8到10微秒?？梢宰饔迷谶B桿114上的最小平衡力增量由壓力的最小增量與活塞130的面積乘積決定。通過(guò)適當(dāng)選擇部件和參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)小于2磅的平衡力增量，并且，這決定如何可以盡可能接近地抵消不平衡力。
如果平衡力是通過(guò)氣壓缸128和活塞130，且主體100相對(duì)于主體600處在特定位置上而建立起來(lái)的，且如果主體100現(xiàn)在相對(duì)于主體600稍微移動(dòng)，那么，活塞130在缸128內(nèi)移動(dòng)，而建立起來(lái)的抗衡力將隨著活塞130每一側(cè)上的氣體體積改變而改變。明確地說(shuō)，與機(jī)構(gòu)彈簧類(lèi)似，壓力差隨著活塞130的位移單調(diào)增大。施加在活塞130給定側(cè)上的氣動(dòng)力與體積成反比地改變。但是，對(duì)于氣體體積改變相對(duì)小的位移，等效彈性力隨位移，以及等效“彈簧常數(shù)”K近似線(xiàn)性地改變。也就是說(shuō)，F(xiàn)＝Kx，其中，F(xiàn)是力的改變，和x是活塞130位移的改變。最好，設(shè)法使K小一點(diǎn)，以便力在整個(gè)運(yùn)動(dòng)范圍上不會(huì)相當(dāng)大地改變。K部分地由氣體總體積相對(duì)于每活塞130位移增量引起的壓力改變決定，也就是說(shuō)，由V和dP/dx決定，此處，V是體積，而P是壓力。隨著活塞130接近它行程的一端，V變得很小，dP/dx變成成指數(shù)增大，因此，K像F那樣增大?？梢园讶缟纤龅男钅芷骷舆M(jìn)來(lái)，用于顯著增加V，并把dV/dx和dP/dx限制在可接受的值上。這樣就在柔順?lè)秶鷥?nèi)提供了相對(duì)低的和不變的值K，或者說(shuō)，達(dá)到了所謂的“軟彈簧”效果，這顯然是所需要的。
在簡(jiǎn)要描述了如圖6(a)和8(a)所示的設(shè)備的各部件之后，現(xiàn)在進(jìn)一步闡述系統(tǒng)的細(xì)節(jié)和操作。
為了實(shí)現(xiàn)平衡狀態(tài)，首先鎖住鎖定器118，以防止主體100移動(dòng)。然后，控制器對(duì)源自力傳感器120的信號(hào)作出響應(yīng)，以適當(dāng)?shù)姆绞讲僮鏖y門(mén)604a和604b，以便使平衡力施加到主體100上?？刂破髡{(diào)整平衡力，直到它具有足夠的大小和方向，以把力桿112中的力的大小減小到小于預(yù)定閾值的大小為止，預(yù)定閾值代表最小許可不平衡力。取決于環(huán)境，這個(gè)閾值通常小于5到10磅；并且，如果考慮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，它可以低至1到2磅。當(dāng)這個(gè)狀態(tài)已經(jīng)得到滿(mǎn)足時(shí)，主體100被認(rèn)為處在“平衡狀態(tài)”，并且，原始不平衡力與活塞130生成的平衡力之間的差值將被稱(chēng)為“殘余不平衡力”。
現(xiàn)在假設(shè)主體100處在這樣的平衡狀態(tài)下，且鎖定器118鎖定和定位在遠(yuǎn)離兩個(gè)柔順止動(dòng)器522和524之一的地方。如果現(xiàn)在解開(kāi)鎖定器118，那么，倘若任何殘余不平衡力小于系統(tǒng)中的靜摩擦力，包括與氣壓缸128和活塞130相關(guān)的掙脫力的效果，主體100和鎖定器118就不移動(dòng)。如果達(dá)到這個(gè)狀態(tài)，那么，主體100被認(rèn)為是“完全平衡”的。但是，如果殘余不平衡力足以克服所有靜摩擦力，那么，主體100被認(rèn)為是“近乎平衡”的。如果主體100是近乎平衡的且鎖定器118被釋放，鎖定器110將朝著兩個(gè)柔順止動(dòng)器522或524之一移動(dòng)。鎖定器118是否靠在柔順止動(dòng)器(522或524)上取決于不平衡力和平衡力兩者作為位置改變的函數(shù)如何改變。應(yīng)該明白，實(shí)現(xiàn)完全平衡狀態(tài)要求更大的精度，于是，要求更高的系統(tǒng)成本，然后，實(shí)現(xiàn)近乎平衡狀態(tài)。
現(xiàn)在引入術(shù)語(yǔ)“柔順準(zhǔn)備狀態(tài)”來(lái)表示主體100處在平衡狀態(tài)且力桿112處在柔順中性區(qū)域時(shí)的情況。一般說(shuō)來(lái)，最好平衡狀態(tài)是完全平衡狀態(tài)，以便如果鎖定器被解開(kāi)，那么，主體100不移動(dòng)。
在一般情況下，可以假設(shè)主體100開(kāi)始不處在平衡狀態(tài)，而處在相對(duì)于主體600的任意位置上。還假設(shè)要達(dá)到柔順準(zhǔn)備狀態(tài)。在這種情況下，不平衡力通過(guò)力桿112和力傳感器120支承和測(cè)量。如果鎖定器118處在解開(kāi)狀態(tài)和如果不平衡力相當(dāng)大，那么，力桿112最有可能處在它柔順?lè)秶倪@一端或那一端；并且，不平衡力將通過(guò)靠在柔順止動(dòng)器(122或124)上的鎖定器118從力桿112傳遞到致動(dòng)器螺桿514。但是，如果鎖定器118處在鎖定狀態(tài)，那么，不平衡力直接從力桿112傳遞到鎖定器118，因而傳遞到致動(dòng)器螺桿514。
存在幾種實(shí)現(xiàn)所需柔順準(zhǔn)備狀態(tài)的可能方式。但是，在任何控制動(dòng)作之前，應(yīng)該注意，保證主體100和其它設(shè)備不要靠在可能干涉即將到來(lái)的平衡和柔順?lè)秶ㄎ徊僮鞯娜魏瓮鈦?lái)物體或結(jié)構(gòu)上。在一些情況下，也許有必要把主體100首先移入某個(gè)所需位置中。在這樣的情況下，如果鎖定器118還沒(méi)有致動(dòng)，那么，首先致動(dòng)鎖定器118，然后，利用線(xiàn)性致動(dòng)器508產(chǎn)生所需運(yùn)動(dòng)。如果存在的話(huà)，其它操縱器軸的移動(dòng)或許也是必要的。所述移動(dòng)可以通過(guò)手動(dòng)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)，手動(dòng)措施可以包括利用按鈕命令使控制器操縱線(xiàn)性致動(dòng)器508。可選地，控制器可以配有適當(dāng)?shù)乃惴ǎ顾軌蛟谧詣?dòng)定位序列中利用與位置反饋結(jié)合在一起的線(xiàn)性致動(dòng)器508。對(duì)于處在所需位置中的主體100，存在幾種達(dá)到柔順準(zhǔn)備狀態(tài)的可能性。具體方法的設(shè)計(jì)和選擇取決于現(xiàn)有應(yīng)用的細(xì)節(jié)。如下所述的是兩種所選方法，以及表示每一種的可能應(yīng)用的注釋。在這兩種情況中，假設(shè)鎖定器118不處在柔順中性位置上。
方法1如圖15(b)中的流程圖所示，這種方法需要把系統(tǒng)設(shè)計(jì)成平衡果總導(dǎo)致完全平衡狀態(tài)，它包括如下一系列步驟1.如步驟1510所示，如果鎖定器118還沒(méi)有被鎖住，那么，鎖住它。
2.如步驟1511所示，根據(jù)前述過(guò)程，使主體100達(dá)到平衡。
3.如步驟1512所示，解開(kāi)鎖定器118。
4.如步驟1513所示，線(xiàn)性致動(dòng)器508用于把鎖定器118定位在柔順中性位置上。
5.如步驟1514所示，再次鎖住鎖定器118。
6.如步驟1515所示，再次使主體100達(dá)到平衡，以調(diào)節(jié)步驟1513導(dǎo)致的不平衡的任何改變。
7.如步驟1516所示，主體100現(xiàn)在完全平衡且處在柔順準(zhǔn)備狀態(tài)，同時(shí)鎖定器118鎖住。
注意，步驟1513要求滿(mǎn)足兩個(gè)條件才能實(shí)現(xiàn)。首先，要求在步驟1513中實(shí)現(xiàn)的平衡是完全平衡狀態(tài)，以便當(dāng)鎖定器118被釋放時(shí)，主體100保持固定不動(dòng)。其次，要求鎖定器118和力桿112之間的摩擦力小于系統(tǒng)的其余部分的靜摩擦力，包括氣壓缸128中活塞130的掙脫力在內(nèi)。
方法2如圖15(c)中的流程圖所示，這種方法不需要把系統(tǒng)設(shè)計(jì)成平衡總是導(dǎo)致完全平衡狀態(tài)。它可以在平衡是完全平衡或近乎平衡的情況下工作。它包括如下一系列步驟如步驟1520所示，解開(kāi)鎖定器118。
如步驟1521所示，根據(jù)來(lái)自位置傳感器612的反饋，控制器操作閥門(mén)604a和604b，以操縱雙作用氣壓缸128中的氣體壓力，使活塞130沿著相對(duì)于鎖定器118移動(dòng)力桿112所需的方向移動(dòng)。這導(dǎo)致力桿112沿著所需方向作相對(duì)于鎖定器118的移動(dòng)。
如步驟1522所示，當(dāng)?shù)竭_(dá)柔順中性位置時(shí)，中止步驟1521中的移動(dòng)。鎖定器118可以用作制動(dòng)器來(lái)中止移動(dòng)。
如步驟1523所示，鎖住鎖定器118。
如步驟1524所示，根據(jù)前述過(guò)程，使主體100達(dá)到平衡。
如步驟1525所示，主體100現(xiàn)在處在柔順準(zhǔn)備狀態(tài)，但未必完全平衡。
注意，在步驟1521和1522中，活塞130是最初推進(jìn)器(mover)。就尤其包括活塞130的掙脫力的系統(tǒng)靜摩擦而言，相對(duì)于鎖定器118定位力桿112的控制算法可能難以實(shí)現(xiàn)(注意，在方法1中，線(xiàn)性致動(dòng)器508中受控最初推進(jìn)器，并且，它通常提供足夠的力來(lái)克服系統(tǒng)靜態(tài)阻力)。如果試圖在應(yīng)用鎖定器118之前，讓主體100停止在所需位置上，這尤其如此。但是，合適的鎖定器118也可以用作制動(dòng)器，隨著主體100移動(dòng)到所需柔順中性位置上，可以應(yīng)用鎖定器118來(lái)迫使移動(dòng)終止。
在測(cè)試頭操縱器系統(tǒng)中，兩個(gè)可能動(dòng)作之一很可能在達(dá)到柔順準(zhǔn)備位置之后。第一種可能性是測(cè)試頭100準(zhǔn)備對(duì)接。在這種情況下，可以稍微移動(dòng)它，以便對(duì)接致動(dòng)器和對(duì)接引導(dǎo)機(jī)構(gòu)(在圖6(a)和8(a)中未示出)首先接合。對(duì)接設(shè)備通常被設(shè)計(jì)成，在這樣的位置中，精密的電觸點(diǎn)還沒(méi)有接合，沒(méi)有被損壞的風(fēng)險(xiǎn)。這個(gè)小移動(dòng)量通常不足以干涉柔順準(zhǔn)備位置。如果鎖定器118被鎖住，現(xiàn)在就可以釋放它了。如果存在足以引起移動(dòng)的微小殘余不平衡力，移動(dòng)只導(dǎo)致對(duì)接設(shè)備的相配合的引導(dǎo)部件之間形成的接觸。主體110現(xiàn)在能夠柔順地移動(dòng)，且對(duì)接致動(dòng)器現(xiàn)在可以接合，把測(cè)試頭100拖入完全對(duì)接位置中。
第二種可能性是借助于操縱器設(shè)備(在圖6(a)和8(a)中未示出)把測(cè)試頭100從當(dāng)前位置移動(dòng)到新位置。在這種情況下，鎖定器118最好被鎖住，以保持柔順中性位置，且線(xiàn)性致動(dòng)器508可以按需要用于把主體100移動(dòng)到所需的第二位置。應(yīng)注意，隨著主體100作如此的移動(dòng)，作用在它上面的不平衡力將很有可能發(fā)生改變。于是，當(dāng)主體100到達(dá)所述第二位置時(shí)，應(yīng)該再次使它達(dá)到平衡。一旦達(dá)到平衡，由于主體100仍然被鎖在柔順中性位置中，因此，它處在柔順準(zhǔn)備狀態(tài)。如果需要，可以釋放鎖定器118，并且，主體100可以繞樞轉(zhuǎn)軸102柔順地移動(dòng)。
理想的情況是，達(dá)到柔順準(zhǔn)備狀態(tài)的過(guò)程只進(jìn)行一次，在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行包括例如主體100相對(duì)于主體600的位置某種改變之前，不要重復(fù)。但是，氣壓缸系統(tǒng)易發(fā)生氣體泄漏和相應(yīng)的壓力損失，因此，在需要的時(shí)候，應(yīng)該周期性地重復(fù)實(shí)現(xiàn)平衡或柔順準(zhǔn)備狀態(tài)所需的過(guò)程。在示范性的實(shí)施例中，在需要重復(fù)所需過(guò)程之前，系統(tǒng)保持足夠的氣體長(zhǎng)達(dá)約10分鐘以上。在典型的操作中，每隔幾分鐘(比方說(shuō)，5到8分鐘)循環(huán)自動(dòng)重復(fù)。由氣體泄漏和氣體壓力差損失引發(fā)的另一種考慮是，當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間對(duì)接測(cè)試頭時(shí)，平衡力將會(huì)喪失。例如，當(dāng)測(cè)試持續(xù)許多小時(shí)或許多分鐘時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種情況。在對(duì)接的時(shí)候，通過(guò)對(duì)接機(jī)構(gòu)牢固地保持測(cè)試頭，通過(guò)前述方法不能重新建立平衡力。因此，對(duì)于脫離，必須首先鎖住鎖定器118，以便相對(duì)于致動(dòng)器螺桿514牢固地保持主體100。然后，由對(duì)接致動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的脫離運(yùn)動(dòng)應(yīng)該是這樣的，不需要主體600和100之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。作為可替代的方法，系統(tǒng)可以配有可選壓力傳感器(600a、606b)，并且，隨著對(duì)接開(kāi)始，就可以記錄缸128的壓力。然后，正好在脫離之前，可以恢復(fù)缸128的壓力，這樣就可以恢復(fù)適當(dāng)?shù)钠胶饬Α＿@將使鎖定器118松開(kāi)，并使主體100在脫離的同時(shí)作柔順移動(dòng)。
到此為止，已經(jīng)對(duì)樞轉(zhuǎn)軸102處在水平平面內(nèi)作了討論，這足以說(shuō)明本發(fā)明的原理。但是，樞轉(zhuǎn)軸102可能處在其它方向也是可以的?？紤]的具體結(jié)構(gòu)是垂直樞轉(zhuǎn)軸的情況，其中主體100代表操縱器圓柱的支承結(jié)構(gòu)，操縱器圓柱又支承著測(cè)試頭。在這種情況下，樞轉(zhuǎn)軸102對(duì)應(yīng)于操縱器的偏轉(zhuǎn)軸。由于測(cè)試頭繩索彎曲生成的力，在這樣的軸中可能存在不平衡力。與前面所述的由于重力引起的不平衡力相比，在這種情況中不存在重力，繩索引起的不平衡力將以一般說(shuō)來(lái)不可預(yù)測(cè)的方式變化著。盡管如此，很顯然，圖6(a)或圖8(a)的機(jī)構(gòu)仍然可以用于有效地提供具有繩索力的柔順性和抗衡性的驅(qū)動(dòng)偏轉(zhuǎn)軸。例如，圖6(b)示出了應(yīng)用于樞轉(zhuǎn)軸的圖6(a)所示的類(lèi)型的BCAA，在此情況下，樞轉(zhuǎn)軸是垂直的，即，偏轉(zhuǎn)軸。還可以看出，如果繩索力很小，可忽略不計(jì)，那么，可以有效地使用不含圖6(a)所示的雙作用氣壓缸128和相關(guān)設(shè)備的機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)化形式。因此，圖7示出了對(duì)不需要任何反力的偏轉(zhuǎn)軸102的應(yīng)用。圖7與圖6(a)的不同之處在于，移去了力傳感器120和氣壓缸128的反力設(shè)備。圖7與圖5(a)的柔順機(jī)構(gòu)類(lèi)似，除了在圖7中，致動(dòng)器桿514直接與鎖定器118耦合，而不是與諸如桿520之類(lèi)的桿耦合。
如上所述，圖6(a)和8(a)的BCAA相當(dāng)相似。從這兩種結(jié)構(gòu)中選擇哪一種來(lái)使用通?；谟猛镜奈锢聿贾玫募?xì)節(jié)。例如，圖8(a)將適于軸102，并由此線(xiàn)性致動(dòng)器508中的運(yùn)動(dòng)的所需范圍比柔順運(yùn)動(dòng)的所需范圍大得多的情況。這是因?yàn)?，在圖8(a)中，缸128內(nèi)活塞130的沖程只需足以適應(yīng)柔順運(yùn)動(dòng)；然而，圖6(a)中活塞130的沖程必須適應(yīng)軸102中運(yùn)動(dòng)的整個(gè)范圍。因此，在圖8(a)中可以使用較小的和較便宜的氣壓缸128和活塞130組件。圖6(a)是優(yōu)選的例子是存在空間限制的情況，這種空間限制將阻止把BCAA的所有部件緊密地放在一起。尤其是，在圖6(a)中，氣壓缸128和活塞130子組件可以位于遠(yuǎn)離包括致動(dòng)器508、鎖定器118、力桿112、和相關(guān)部件和傳感器的子部件的地方。
圖9(a)示出了用在典型操縱器系統(tǒng)應(yīng)用中的、兩個(gè)如圖8(a)所示的平衡柔順致動(dòng)器組件(BCAA)機(jī)構(gòu)的典型應(yīng)用的例子。在圖9(a)中，一個(gè)機(jī)構(gòu)影響測(cè)試頭100的橫擺軸934，而第二機(jī)構(gòu)影響同一測(cè)試頭100的俯仰軸936。還配備了為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)沒(méi)有示出的單個(gè)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)BCAA以及整個(gè)操縱器系統(tǒng)的所需控制。
在圖9(a)中示出了測(cè)試頭100，其在頂面901上具有測(cè)試接口。DUT板900提供了將測(cè)試之中的器件與位于測(cè)試頭100內(nèi)部的測(cè)試頭引腳電子線(xiàn)路(未示出)適當(dāng)對(duì)接所需的接口電路和連接設(shè)備。
還以剖開(kāi)方式示出了包括四個(gè)對(duì)接凸輪910當(dāng)中的三個(gè)、四個(gè)導(dǎo)銷(xiāo)912數(shù)中的三個(gè)、繩索915、繩索驅(qū)動(dòng)器917、和對(duì)接控制器914的一部分的對(duì)接組件916?？傊?，為了將測(cè)試頭100與測(cè)試設(shè)備，譬如，器件處理器(未示出)、晶片檢測(cè)器等對(duì)接，首先操縱測(cè)試頭100，以便導(dǎo)銷(xiāo)912部分插入附在測(cè)試設(shè)備上的配合的對(duì)接組件(未示出)上的配合導(dǎo)孔(未示出)中。這里，對(duì)接凸輪910接合配合的對(duì)接組件(未示出)上的配合的凸輪跟隨器(未示出)。現(xiàn)在，可以施加外力，使對(duì)接把柄914旋轉(zhuǎn)，從而使繩索驅(qū)動(dòng)器917旋轉(zhuǎn)。隨著繩索驅(qū)動(dòng)器917旋轉(zhuǎn)，通過(guò)繩索915傳遞它的運(yùn)動(dòng)，使對(duì)接凸輪910同步旋轉(zhuǎn)，這樣就把測(cè)試頭100拖入它的最終對(duì)接位置中。在對(duì)接處理器914、繩索驅(qū)動(dòng)器910和對(duì)接凸輪910把測(cè)試頭100拖入其位置中的同時(shí)，希望測(cè)試頭100在所有六個(gè)自由度中都能夠柔順地移動(dòng)。在后面要討論的圖12(a)到12(d)中將更詳細(xì)地示出這種對(duì)接。此外，這種對(duì)接是特此引用以供參考的、使用兩個(gè)導(dǎo)銷(xiāo)912和凸輪910的、授予Smith的美國(guó)專(zhuān)利第4,489815號(hào)所述的對(duì)接件的改進(jìn)。還有，這種類(lèi)型的其它對(duì)接件使用了三個(gè)導(dǎo)銷(xiāo)912和凸輪910。進(jìn)一步的信息請(qǐng)參閱inTEST手冊(cè)。
測(cè)試頭100被安裝在如，例如，授予Holt的美國(guó)專(zhuān)利第5,030,869和5,450,766號(hào)和inTEST手冊(cè)所述的測(cè)試頭操縱器(未示出)的典型繩索樞軸環(huán)924上。圖9(a)示出了附在繩索樞軸環(huán)924上的測(cè)試頭固定件926，而測(cè)試頭支承梁922的第一端附在所述測(cè)試頭固定件926上。測(cè)試頭支承梁922的軸與繩索樞軸環(huán)924的平面正交，且軸的延長(zhǎng)線(xiàn)穿過(guò)繩索樞軸環(huán)924的中心。測(cè)試頭支承梁922延伸過(guò)測(cè)試頭100后部上的小孔920，剛性地附在圓形軸承組件905的外環(huán)904上。內(nèi)環(huán)902被安排在內(nèi)部，并且由圓形軸承組件905的外環(huán)904支承。內(nèi)、外環(huán)902和904分別是圓形、共面、和同心的。橫擺軸934與兩個(gè)環(huán)902和904的平面垂直，并且穿過(guò)它們的共同中心。內(nèi)環(huán)902在外環(huán)904的內(nèi)部繞橫擺軸934旋轉(zhuǎn)。兩根附屬軸906穿過(guò)外環(huán)904中的縫隙，將內(nèi)環(huán)904與軸承塊908耦合，軸承塊908固定在測(cè)試頭100的兩側(cè)，其被示為在與測(cè)試頭支承梁922平行的垂直平面上。軸承塊908使測(cè)試頭100能夠繞著由附屬軸906定義的樞轉(zhuǎn)軸936旋轉(zhuǎn)。
六個(gè)凸輪跟隨器(未示出)用作支承器件，承受作低摩擦橫擺運(yùn)動(dòng)的同時(shí)內(nèi)環(huán)902施加在外環(huán)904上的負(fù)載。凸輪跟隨器(未示出)當(dāng)中的三個(gè)處在外環(huán)904的內(nèi)圓周線(xiàn)附近相隔120°的地方，承受與橫擺軸934垂直的方向上的徑向負(fù)載。其它三個(gè)凸輪跟隨器(未示出)以支承與橫擺軸934平行的軸向負(fù)載的方式在前面三個(gè)之間等間隔地也排列在外環(huán)904的內(nèi)部。
總而言之，繩索樞軸環(huán)924支承測(cè)試頭固定件926。測(cè)試頭固定件926支承著限定橫滾軸的測(cè)試頭支承梁922。測(cè)試頭支承梁922支承著外環(huán)904，而外環(huán)904又支承內(nèi)環(huán)902。內(nèi)環(huán)902提供橫擺軸934并支承附屬軸906。附屬軸906支承測(cè)試頭100并提供俯仰軸936。這種布置使測(cè)試頭100能夠繞俯仰軸936(被顯示成水平的)轉(zhuǎn)動(dòng)±5°和繞橫擺軸934(被顯示成垂直的)轉(zhuǎn)動(dòng)±5°，其中，橫擺軸和俯仰軸相互垂直和彼此與測(cè)試頭支承梁922垂直。俯仰軸和橫擺軸的范圍由內(nèi)置在為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)在圖9(a)中未示出的系統(tǒng)中的物理約束和機(jī)構(gòu)止動(dòng)器分別限制在±5°內(nèi)。另外，位置傳感器(未示出)可以以已知的方式包括進(jìn)來(lái)，以指示測(cè)試頭100相對(duì)于俯仰軸936和橫擺軸934的相對(duì)位置，和把這個(gè)信息提供給控制系統(tǒng)。
繩索樞軸環(huán)924通常提供測(cè)試頭100繞支承梁922定義的軸的±95°滾動(dòng)。在測(cè)試接口表面朝上的圖9(a)中，測(cè)試頭100被顯示在大約+90°的位置上。測(cè)試頭繩索的部件穿過(guò)繩索樞軸環(huán)924，和測(cè)試頭固定件926中的開(kāi)孔928被安排成沿著測(cè)試頭支承梁922方向，并且通過(guò)支持桿開(kāi)孔902進(jìn)入測(cè)試頭100。附在支承梁922上的腹板918在它們分散到測(cè)試頭內(nèi)部的各種電子元件(未示出)，為繩索元件提供支承并消除應(yīng)變。
如果無(wú)需讓所有轉(zhuǎn)軸都穿過(guò)重心就能夠提供平衡柔順運(yùn)動(dòng)，那是有利的。在圖9(a)中，具有與圖8(a)所示和如前所述相同類(lèi)型的兩個(gè)平衡柔順致動(dòng)器組件930和932用于消除俯仰軸936和橫擺軸934為作平衡柔順運(yùn)動(dòng)而穿過(guò)重心的必要性。
兩個(gè)BCAA 930和932布置成使它們的力桿112和連桿114一般與測(cè)試頭支承梁922定義的橫滾軸平行。橫擺BCAA 930被定向成使沿著力桿112或連桿114作用的力將產(chǎn)生繞著橫擺軸934的非零力矩。類(lèi)似地，俯仰BCAA932定向成使沿著力桿112或連桿114作用的力將產(chǎn)生繞著俯仰軸936的非零力矩。兩個(gè)BCAA 930和932的線(xiàn)性致動(dòng)器508的靜止元件506借助于軸承620適當(dāng)?shù)馗皆跍y(cè)試頭固定件926上。
重要的是，兩個(gè)BCAA 930和932能夠彼此之間相互作用最小地進(jìn)行操作。因此，最好把橫擺BCAA 930定向成使它的力桿112和連桿114沿著幾乎與俯仰軸936相交的直線(xiàn)作用。類(lèi)似地，最好也把俯仰BCAA 932定向成使它的力桿112和連桿114沿著幾乎與橫擺軸934相交的直線(xiàn)作用。但是，如圖9(a)所示，兩根力桿112和兩根連桿114分別附在測(cè)試頭100上，每一根分別帶有軸承116a和116b。因此，不可能讓橫擺BCAA 930的力桿112的延長(zhǎng)軸和連桿114的延長(zhǎng)軸兩者與俯仰軸936相交。實(shí)際上，兩根桿112和114通?？康煤芙沟门c兩根桿112和114平行和幾乎在兩根桿112和114中間的直線(xiàn)與俯仰軸936相交。類(lèi)似地，不可能使俯仰BCAA932的力桿112的延長(zhǎng)軸和連桿114的延長(zhǎng)軸與橫擺軸934相交。實(shí)際上，兩根桿112和114通?？康煤芙沟门c兩根桿112和114平行和幾乎在兩根桿112和114中間的直線(xiàn)與俯仰軸936相交。在前面參照?qǐng)D8(a)和8(b)所說(shuō)明的、BCAA的可替代結(jié)構(gòu)中，力桿112和連桿114的測(cè)試頭100端部可以與適當(dāng)?shù)闹Ъ?00連接在一起。此外，正如前面參照?qǐng)D8(b)所說(shuō)明的那樣，可以把與測(cè)試頭100耦合的支架116a和116b連接在一起，以便只有一個(gè)軸承116b需要與測(cè)試頭100相連接。在這種情況下，軸承116可以處在與正在討論的軸相交并與力桿112和連桿114兩者都平行的直線(xiàn)上。圖9(b)顯示了配有這樣的單個(gè)軸承116b的系統(tǒng)。圖9(b)在其它方面與圖9(a)相同。
現(xiàn)在可以描述圖9(a)和9(b)所示的系統(tǒng)的操作。在一般情況下，可以假設(shè)測(cè)試頭100最初處在不平衡狀態(tài)和處在兩個(gè)BCAA 930和932的鎖定器118解開(kāi)的任意位置。在最壞情況的場(chǎng)面中，測(cè)試頭100靠在內(nèi)置在系統(tǒng)中的物理約束和機(jī)械止動(dòng)器上，也就是說(shuō)，存在把測(cè)試頭100保持在俯仰軸936和橫擺軸934中在其運(yùn)動(dòng)極限的位置上的顯著不平衡力，且不平衡力沒(méi)有被兩個(gè)BCAA 930和932的任何部件完全支承。第一個(gè)目的是把測(cè)試頭100放置在相對(duì)于俯仰軸936和橫擺軸934的柔順準(zhǔn)備狀態(tài)(即，平衡狀態(tài)和柔順中性位置)中。鎖住兩個(gè)BCAA 930和932每一個(gè)的鎖定器118。然后，致動(dòng)器508用于把測(cè)試頭100定位到所希望的第一位置處，該位置遠(yuǎn)離內(nèi)置在系統(tǒng)中的物理約束和機(jī)械止動(dòng)器，且此處不平衡力被兩個(gè)BCAA 930和932的任一個(gè)或兩個(gè)的鎖定器118和線(xiàn)性致動(dòng)器508完全支承。此外，這個(gè)所希望位置應(yīng)該是這樣的，使測(cè)試頭100可以在它的整個(gè)柔順?lè)秶铣浞值匾苿?dòng)，以便使柔順準(zhǔn)備狀態(tài)在沒(méi)有來(lái)自可能內(nèi)置在系統(tǒng)中的物理約束和機(jī)械止動(dòng)器的任何一個(gè)的干擾情況下得以實(shí)現(xiàn)。
把測(cè)試頭100移動(dòng)到所希望位置可以通過(guò)手動(dòng)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種手動(dòng)措施可以包括利用按鈕指令使控制器操縱線(xiàn)性致動(dòng)器508?？蛇x地，控制器可以配有適當(dāng)?shù)乃惴?，使它能夠在自?dòng)定位序列中利用與位置反饋結(jié)合在一起的線(xiàn)性致動(dòng)器508。
對(duì)于現(xiàn)在所希望位置之中的測(cè)試頭100，現(xiàn)在可以實(shí)現(xiàn)柔順準(zhǔn)備狀態(tài)了。在所希望位置中，在兩個(gè)BCAA 930和932之間共享不平衡力。也就是說(shuō)，不平衡力被分解成兩個(gè)分力，一個(gè)分力沿著橫擺BCAA力桿112作用，另一個(gè)分力沿著俯仰BCAA力桿112作用。可以依次對(duì)軸進(jìn)行操作。首先是一根軸，然后是另一根軸。由于使一根軸處在柔順準(zhǔn)備狀態(tài)下可能擾亂以前在另一根軸中實(shí)現(xiàn)的狀態(tài)，因此，可以重復(fù)地輪流對(duì)每根軸再次進(jìn)行操作，直到這兩根軸的平衡和位置同時(shí)得到滿(mǎn)足為止。利用已知的方法，可以實(shí)現(xiàn)控制算法，使依次對(duì)每根軸進(jìn)行重復(fù)操作的序列自動(dòng)化，直到實(shí)現(xiàn)整個(gè)柔順準(zhǔn)備狀態(tài)為止。但是，實(shí)際上，每根軸試兩次通常就足夠了。
選擇哪根軸首先對(duì)其進(jìn)行操作取決于各種準(zhǔn)則。在某些應(yīng)用中，最好總是首先解決特定軸。在其它一些應(yīng)用中，最好隨機(jī)選擇它。還有，在其它一些應(yīng)用中，最好根據(jù)作用在各個(gè)BCAA上的力的比較結(jié)果，選擇對(duì)其進(jìn)行操作的第一軸。例如，最好對(duì)其上作用不平衡力的較大分量的BCAA上首先進(jìn)行操作。于是，可以比較兩個(gè)力傳感器120的輸出，然后，把不平衡力的分量最大的那根軸選為第一。類(lèi)似地，你也可以選擇不平衡力的分量最小的那根軸。在每一種情況下，如果不平衡力的兩個(gè)分量接近相等，那么，可以隨機(jī)選擇這一根軸或那一根軸。
被選為首先對(duì)其進(jìn)行操作的那根軸現(xiàn)在被稱(chēng)為第一軸，而另一根軸則被稱(chēng)為第二軸?，F(xiàn)在按照適當(dāng)?shù)倪^(guò)程，譬如，前面所述的方法1(圖15(b))或方法2(圖15(c))，使第一軸進(jìn)入柔順準(zhǔn)備狀態(tài)中。在這樣做的同時(shí)，第二軸的BCAA(930或932)的鎖定器118仍然鎖著。當(dāng)?shù)谝惠S已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了柔順準(zhǔn)備狀態(tài)時(shí)，鎖住它BCAA(930或932)的鎖定器118；然后，也可以使第二軸進(jìn)入柔順準(zhǔn)備狀態(tài)中。在使第二軸進(jìn)入柔順準(zhǔn)備狀態(tài)的過(guò)程中，在第一軸中建立起來(lái)的平衡可能受到一點(diǎn)干擾。于是，可以重復(fù)使第一軸進(jìn)入柔順準(zhǔn)備狀態(tài)的過(guò)程。類(lèi)似地，也可以重復(fù)使第二軸進(jìn)入柔順準(zhǔn)備狀態(tài)的過(guò)程。典型做法是，疊代兩次通常同時(shí)在兩根軸中實(shí)現(xiàn)足夠合理程度的柔順準(zhǔn)備狀態(tài)。
我們現(xiàn)在可以考慮如圖9(a)所示包含兩個(gè)BCAA 930和932的測(cè)試頭操縱器的整個(gè)操作。從處在任意位置中和沒(méi)有與任何測(cè)試設(shè)備對(duì)接的測(cè)試頭100開(kāi)始，具有BCAA 934和936的軸將首先進(jìn)入鎖定器118鎖住的同時(shí)柔順準(zhǔn)備狀態(tài)。然后，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候利用BCAA線(xiàn)性致動(dòng)器508，操縱測(cè)試頭100進(jìn)入對(duì)接準(zhǔn)備位置，也就是說(shuō)，在測(cè)試頭100要與之對(duì)接，以便對(duì)接設(shè)備的配合部件接近接合點(diǎn)的測(cè)試設(shè)備附近的位置。在圖9(a)所示的對(duì)接機(jī)構(gòu)中，這將是導(dǎo)銷(xiāo)921處在附近但還沒(méi)有插入配合導(dǎo)孔(未示出)中的點(diǎn)。由于假設(shè)測(cè)試頭100處在新的方向，因此，可以進(jìn)一步假設(shè)它不再為平衡和柔順準(zhǔn)備狀態(tài)。于是，具有BCAA(934和936)的軸再次進(jìn)入同時(shí)柔順準(zhǔn)備狀態(tài)?，F(xiàn)在，解開(kāi)BCAA鎖定器118，調(diào)動(dòng)測(cè)試頭100，以便對(duì)接致動(dòng)機(jī)構(gòu)變成接合。在圖9(a)所示的測(cè)試頭100中，這出現(xiàn)在導(dǎo)銷(xiāo)912已經(jīng)插入導(dǎo)孔(未示出)和配合對(duì)接組合(未示出)上的凸輪跟隨器已經(jīng)充分插入對(duì)接凸輪910中，使對(duì)接處理器914能夠進(jìn)行操作的時(shí)候?，F(xiàn)在啟動(dòng)對(duì)接致動(dòng)機(jī)構(gòu)，把測(cè)試頭拖入完全對(duì)接位置。在圖9(a)中，這通過(guò)旋轉(zhuǎn)對(duì)接處理器914來(lái)實(shí)現(xiàn)。其它對(duì)接致動(dòng)機(jī)構(gòu)是已知的，包括電動(dòng)、氣動(dòng)、和真空操作型在內(nèi)，可以同樣好地使用。在對(duì)接的同時(shí)，如有必要測(cè)試頭100可以自由地作柔順運(yùn)動(dòng)。測(cè)試頭100可以保持對(duì)接很大的時(shí)間間隔，且氣壓缸128中的氣壓差可能因泄漏而損失。于是，為了脫離，保持鎖定器118鎖住，并沿著與測(cè)試接口表面(未示出)垂直的直線(xiàn)路徑撤回測(cè)試頭100，以便無(wú)需作完全柔順運(yùn)動(dòng)?？蛇x地，系統(tǒng)可以配有壓力傳感器(606a、606b)，使得當(dāng)正好在對(duì)接之前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)柔順準(zhǔn)備狀態(tài)時(shí)，活塞130每一側(cè)上壓力可以被控制器(未示出)記錄下來(lái)。然后，在脫離之前，控制利用這個(gè)信息恢復(fù)柔順準(zhǔn)備狀態(tài)，并且，脫離不再與柔順運(yùn)動(dòng)有關(guān)。一旦測(cè)試頭100已經(jīng)脫離，可以按需要使BCAA受控軸934和936再次進(jìn)入柔順準(zhǔn)備狀態(tài)。
圖10a、10b、10c、10d、10e、和10f顯示了本發(fā)明應(yīng)用于垂直軸的許多個(gè)實(shí)施例。
圖10d和10e類(lèi)似。這兩個(gè)都具有固定垂直柱1000，而致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)垂直軸由柱1000確定。在圖10d中，圖8a所示那種類(lèi)型的BCAA用于達(dá)到平衡和柔順狀態(tài)；然而，在圖10e中，圖6a所示那種類(lèi)型的BCAA用于這個(gè)目的。如下的討論與這兩個(gè)圖的共同點(diǎn)有關(guān)。在必要的地方，指出基于BCAA類(lèi)型的具體差異。
總地參照?qǐng)D10d和10e，主臂1030以利用軌道1058和直線(xiàn)引導(dǎo)軸承(未示出)或圓軸(未示出)和軸承(未示出)的普通方式可滑動(dòng)地附在柱1000上。測(cè)試頭(未示出)通過(guò)任意個(gè)眾所周知的裝置(也未示出)與主臂1030耦合。因此，主臂1030支承著負(fù)載。主臂1030的垂直運(yùn)動(dòng)受上止動(dòng)器1032限制。
包括致動(dòng)器電機(jī)510a的線(xiàn)性致動(dòng)器508a的靜止元件506a附在基板1003上。這個(gè)致動(dòng)器508a被稱(chēng)為主線(xiàn)性致動(dòng)器508a。主線(xiàn)性致動(dòng)器508a的驅(qū)動(dòng)部件514a是螺桿，通常是具有適當(dāng)螺距和摩擦的滾珠螺桿或梯形螺桿，以便不可向后驅(qū)動(dòng)。無(wú)論是否加電，主線(xiàn)性致動(dòng)器508a都必須能夠安全地支承整個(gè)負(fù)載。主線(xiàn)性致動(dòng)器508a驅(qū)動(dòng)主臂1030經(jīng)過(guò)它的整個(gè)垂直范圍，以便主線(xiàn)性致動(dòng)器508a的行程等于操縱器的垂直行程。實(shí)際上，行程長(zhǎng)達(dá)30英寸的適用致動(dòng)器可以在市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)得到，并且，這種類(lèi)型的操縱器可以相應(yīng)地被設(shè)計(jì)成具有長(zhǎng)達(dá)30英寸的垂直行程。對(duì)于更長(zhǎng)的垂直行程，可以使用圖10a、10b、和10c所示那些類(lèi)型的可伸縮柱。
支架1040附在主致動(dòng)器螺桿514a的頂端。圖6a(與圖10e一樣)或圖8a(與圖10d一樣)所示那種類(lèi)型的BCAA將主臂1030與支架1040耦合。BCAA包括相對(duì)于力桿112精確定位鎖定器118的BCAA致動(dòng)器508b。主致動(dòng)器508a的操作使支架1040作垂直運(yùn)動(dòng)，這又使主臂1030及其負(fù)載作相應(yīng)的垂直運(yùn)動(dòng)。主臂1030及其負(fù)載的重量通過(guò)BCAA機(jī)構(gòu)傳遞給支架1040和致動(dòng)器螺桿514a。
在正常使用下，主臂1030將首先處在鎖定器解開(kāi)的柔順準(zhǔn)備狀態(tài)。也就是說(shuō)，鎖定器118相對(duì)于力桿112位于柔順中性位置，而氣壓缸128中的氣體壓力被調(diào)整成使連桿114和活塞130基本上承受整個(gè)負(fù)載。在這種情況下，由力傳感器120測(cè)量的力幾乎是零。并且，活塞130最好相對(duì)于缸128處于柔順中性位置上，使得在活塞130不必到其沖程的末端的情況下，負(fù)載就能夠在它的整個(gè)柔順?lè)秶弦苿?dòng)。然后，主線(xiàn)性致動(dòng)器508a用于在垂直方向定位負(fù)載。
在垂直軸的情況中，不平衡力的方向總是向下的。于是，不需要雙作用氣壓缸(正如圖6a和8a的一般情況所示的那樣)；具有單個(gè)氣體進(jìn)口132的單作用氣壓缸128就足夠了。因此，如圖所示，只有一個(gè)三位閥604、一個(gè)蓄能器608、和一個(gè)可選壓力傳感器606，它們通過(guò)柔軟導(dǎo)管1010與高壓氣體供應(yīng)器602耦合。柔軟導(dǎo)管1010允許氣壓缸128和它的相關(guān)部分相對(duì)于通常靜止的氣體供應(yīng)器602運(yùn)動(dòng)。缸128和活塞130的直徑最好足以支承主臂1030和附在它上面的負(fù)載。例如，如果主臂1030和所附負(fù)載的組合重量是1000磅，且可以進(jìn)入缸128的最大氣體壓力是100磅每平方英寸，那么，缸128和活塞130的面積最好至少10平方英寸，且相應(yīng)直徑至少接近3.57英寸。所需缸128的直徑與負(fù)載的平方根成正比。因此，負(fù)載加倍要求缸128的直徑增加2的平方根，或者，可選地，可以讓氣體壓力加倍(例如，借助于氣壓倍加器)。如果對(duì)于給定負(fù)載，所需缸130的尺寸太大，那么，可以平行地排列兩個(gè)或更多個(gè)較小的缸128。
通常，最好具有大約±1英寸的垂直柔順運(yùn)動(dòng)。通常，最好讓活塞130的沖程略大于由柔順止動(dòng)器522和524確定的柔順?lè)秶?，以便在鎖定器118靠在柔順止動(dòng)器上的情況下，活塞不會(huì)“觸底”。將系統(tǒng)設(shè)計(jì)成，在操作過(guò)程中，如果鎖定器130相對(duì)于伸出的柔順止動(dòng)器522和縮回的柔順止動(dòng)器524處于其柔順中性位置上，那么，活塞130相對(duì)于缸128處于柔順中性位置上。在對(duì)接期間，負(fù)載可以在如柔順止動(dòng)器522和524限定的整個(gè)柔順?lè)秶弦苿?dòng)。
在圖10(d)中，缸128和鎖定器118通過(guò)支架1052相互剛性地附在一起，而系統(tǒng)可以方便地布置成無(wú)論鎖定器118什么時(shí)候處在柔順中性位置上，活塞130也處在這樣的位置上。例如，優(yōu)選柔順中性位置往往是定心位置；且系統(tǒng)可以被布置成當(dāng)鎖定器118被定心在柔順止動(dòng)器522和524之間時(shí)，活塞130處在它沖程的中點(diǎn)上。圖10(d)所示的單個(gè)位置傳感器1046足以把鎖定器118和活塞130兩者定位在它們各自柔順中性位置上。
在圖10e中，鎖定器118沒(méi)有附在缸128上，而鎖定器118可以并的確相對(duì)于缸128運(yùn)動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)把鎖定器118和活塞130兩者定位在柔順中性位置上的所需目標(biāo)，需要除了由所示位置傳感器1046提供的信息之外的信息。與活塞130或BCAA致動(dòng)器508b有關(guān)的位置信息足夠了。在優(yōu)選實(shí)施例中，系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成如果BCAA致動(dòng)器508b充分伸出且鎖定器118處在它的柔順中性位置上，那么，活塞也將處在柔順中性位置上。探測(cè)BCAA致動(dòng)器508b的完全伸出狀態(tài)可以以公知方式輕易實(shí)現(xiàn)，該公知方式包括使用包含在所購(gòu)BCAA致動(dòng)器508b組件內(nèi)的限位開(kāi)關(guān)(在圖中未示出)，或者通過(guò)操作BCAA致動(dòng)器508b足以使它到達(dá)它的游動(dòng)終點(diǎn)和停止的時(shí)間間隔來(lái)實(shí)現(xiàn)。在后一種情況中，建議把限流電壓供應(yīng)器用于BCAA致動(dòng)器電機(jī)510b，使出現(xiàn)過(guò)熱現(xiàn)象的可能性達(dá)到最低程度。一種可選方法是探測(cè)活塞130相對(duì)于它的缸128的位置。氣壓缸-活塞組件往往由它們的制造者配備限位開(kāi)關(guān)(在圖中未示出)，該制造者將允許這種探測(cè)。
在某些應(yīng)用中，當(dāng)活塞處在它的游動(dòng)范圍上的任何點(diǎn)上，最好使BCAA致動(dòng)器508b能夠在柔順止動(dòng)器522和524限定的整個(gè)柔順?lè)秶隙ㄎ绘i定器118。在這種情況中，圖10e中BCAA致動(dòng)器508b的范圍至少是柔順?lè)秶由匣钊?30的沖程的和。此外，在圖10e中，在實(shí)現(xiàn)柔順準(zhǔn)備狀態(tài)的過(guò)程中，有必要直接探測(cè)活塞130的位置。相比之下，圖10d中BCAA致動(dòng)器508b的所需范圍至少是柔順?lè)秶蚧钊?30的沖程的較大者，并且，只有所示的單個(gè)位置傳感器1046就足夠了。
實(shí)現(xiàn)柔順準(zhǔn)備狀態(tài)的操作序列如下首先，我們定義“平衡序列”。
平衡序列(如圖15(d)所示)1.如步驟1530所示，鎖住鎖定器118。
2.如步驟1531所示，調(diào)整缸128中的氣體壓力，直到力傳感器120指示由力桿112施加在鎖定器118上的力小于閾值為止。
現(xiàn)在，為了實(shí)現(xiàn)柔順準(zhǔn)備狀態(tài)(“柔順準(zhǔn)備序列1”)柔順準(zhǔn)備序列1(如圖15(e)所示)(可應(yīng)用于圖10d和10e兩者)1.如步驟1540所示，執(zhí)行平衡序列。
2.如步驟1541所示，解開(kāi)鎖定器118。
3.如步驟1542a所示，利用BCAA致動(dòng)器508b把鎖定器118定位在柔順中性位置上。
4。如果系統(tǒng)是圖10e所示那種類(lèi)型的，如步驟1542b所示鎖住鎖定器118，然后，如步驟1542c中的可替換實(shí)施例所示，利用BCAA致動(dòng)器508b把活塞130定位在它的柔順中性位置上。
5.如步驟1543所示，如果力傳感器120指示平衡已經(jīng)受到干擾或變壞(例如，如果測(cè)量的力大于力閾值)，那么，重復(fù)平衡序列。
6.如步驟1544所示，如果鎖定器118鎖住，那么，解開(kāi)鎖定器118。
應(yīng)注意，在柔順準(zhǔn)備序列1中，優(yōu)選地用于平衡的力閾值必須小于靜摩擦力和氣動(dòng)活塞掙脫力的合力。否則，當(dāng)在步驟1541中解開(kāi)鎖定器118時(shí)，鎖定器118將移動(dòng)，靠在柔順止動(dòng)器522或524上，且BCAA致動(dòng)器508b的操作將不會(huì)使鎖定器118作相對(duì)于力桿112的移動(dòng)。但是，靜摩擦力和氣動(dòng)活塞掙脫力的合力通常在5到10磅或更大一點(diǎn)的范圍內(nèi)，因此，可以在1到3磅內(nèi)平衡。
對(duì)于如后所述的理由，優(yōu)選地系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成滿(mǎn)足前述準(zhǔn)則。但是，在實(shí)現(xiàn)這個(gè)準(zhǔn)則是不可能的或不切實(shí)際的情況下，存在實(shí)現(xiàn)柔順準(zhǔn)備狀態(tài)的其它可能可替換序列?，F(xiàn)在描述兩種序列。
第一種可替換序列是借助于如下操作序列(“柔順準(zhǔn)備序列2”)，利用氣壓缸128和活塞130定位活塞118柔順準(zhǔn)備序列2(如圖15(f)所示)(可應(yīng)用于圖10d和10e兩者)
1.如步驟1550所示，解開(kāi)鎖定器118。
2.如步驟1551所示，從缸130中排出氣體，以便伸出的柔順止動(dòng)器522靠在鎖定器118上。
3.如步驟1552所示，調(diào)整BCAA致動(dòng)器508b，以便它接近其沖程的中點(diǎn)或接近它所需柔順中性位置(這個(gè)步驟要求使用眾所周知的解決方案，包括使用位置傳感器1046來(lái)探測(cè)致動(dòng)器508b的驅(qū)動(dòng)部件514b相對(duì)于它靜止部件506b的位置。在一些情況中，致動(dòng)器508b配有限位開(kāi)關(guān)，檢測(cè)驅(qū)動(dòng)部件514b何時(shí)到達(dá)它游動(dòng)的終點(diǎn)；可以以已知方式與定時(shí)器結(jié)合使用，獲得所需結(jié)果)。
4.如步驟1553所示，把氣體注入缸128中，將缸氣體壓力增加到使活塞130掙脫和向上移動(dòng)的點(diǎn)。
5.如步驟1554所示，在借助于所示的位置傳感器1046監(jiān)視力桿112相對(duì)于鎖定器118的位置的同時(shí)，繼續(xù)調(diào)整缸128的氣體壓力，使活塞130，并因而連桿114和力桿112繼續(xù)移動(dòng)。
6.如步驟1555a所示，當(dāng)力桿112相對(duì)于鎖定器118到達(dá)柔順中性位置時(shí)，鎖住鎖定器118并停止調(diào)整缸128中的氣體壓力。
7.如步驟1555b中的可替換實(shí)施例所示，如果系統(tǒng)是圖10e所示那種類(lèi)型，那么，利用BCAA致動(dòng)器508b把活塞130定位在它柔順中性位置上。
8.如步驟1556所示，執(zhí)行平衡序列。
第二種可替換序列是稍微改變一下設(shè)計(jì)。與如上所述的避免使活塞130觸底的偏愛(ài)相反，系統(tǒng)被布置成如果在缸128中不存在氣體壓力且鎖定器118解脫，那么，使活塞130靠在缸128的下端。實(shí)際上，靠在缸128的底端的活塞130執(zhí)行伸出柔順止動(dòng)器522的功能，并因此，可以從系統(tǒng)中省略掉伸出的柔順止動(dòng)器522(還應(yīng)注意，如果使活塞130靠在作為止動(dòng)器的缸128的頂端，那么，可以省略縮回的柔順止動(dòng)器524)。然后，可應(yīng)用如下“柔順準(zhǔn)備序列3”。
柔順準(zhǔn)備序列3(如圖15(g)所示)(可應(yīng)用于圖10d和10e兩者)1.如步驟1560所示，使致動(dòng)器508a縮回到使缸128內(nèi)活塞到達(dá)它沖程的底部的位置(取決于設(shè)計(jì)，這可以由合并在致動(dòng)器508a內(nèi)的限位開(kāi)關(guān)，通過(guò)沿著縮回方向驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器508a足夠長(zhǎng)時(shí)間以達(dá)到完全縮回狀態(tài)，或其它已知技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn))。
2.如步驟1561所示，解開(kāi)鎖定器118。
3.如步驟1562所示，從缸128中排出氣體，以便活塞130靠在缸128的底部上。
4.如步驟1563所示，利用BCAA致動(dòng)器508b，把鎖定器118定位在柔順中性位置上。
5.如步驟1564所示，執(zhí)行平衡序列。
6.如步驟1565所示，保持鎖定器118鎖住，利用BCAA致動(dòng)器508b以將負(fù)載提升到活塞130相對(duì)于缸128處于柔順中性位置(通常接近中點(diǎn))的位置上。
7.如步驟1566所示，由于活塞130的移動(dòng)會(huì)引起出現(xiàn)稍微不平衡，再次執(zhí)行平衡序列。
在柔順準(zhǔn)備序列2和3中，假設(shè)平衡序列閾值不小于與掙脫力合成在一起的靜止摩擦力得不到保證。因此，鎖定器118應(yīng)該停留在鎖定狀態(tài)，直到實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)備對(duì)接位置且負(fù)載局部由對(duì)接設(shè)備支承，(或其它所需狀態(tài))。但是，應(yīng)該看到，如果可以讓鎖定器118保持解脫，而借助于主致動(dòng)器508a在垂直方向定位負(fù)載，那么，位置傳感器1046可以用于檢測(cè)負(fù)載是否遇到任何障礙物。如果遇到障礙物，那么，負(fù)載上的相關(guān)力將使力桿112相對(duì)于鎖定器118運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)位置傳感器1046來(lái)檢測(cè)，由此提供信號(hào)，以采取適當(dāng)?shù)男袆?dòng)，譬如，使主致動(dòng)器508a停止。于是，系統(tǒng)優(yōu)選地設(shè)計(jì)成可以可靠地使用柔順準(zhǔn)備序列1。
圖10f還可應(yīng)用于固定垂直柱1000。垂直軸是致動(dòng)器508驅(qū)動(dòng)的。圖8(a)和圖10d所示那種類(lèi)型的BCAA提供了垂直驅(qū)動(dòng)，以及平衡和柔順狀態(tài)。在圖10d和10e的描述中所述的許多內(nèi)容也可應(yīng)用于圖10f，因此，在這一節(jié)中，我們主要集中在新的內(nèi)容和相異之處上。
圖10f中的系統(tǒng)含有單個(gè)線(xiàn)性致動(dòng)器508，它等效于圖8a中BCAA的線(xiàn)性致動(dòng)器508。并且，它在行程和技術(shù)要求方面等效于圖10d和10e中的主線(xiàn)性致動(dòng)器508a。致動(dòng)器螺桿514的遠(yuǎn)端附在鎖定器118上。支架1094把鎖定器118附在單作用氣壓缸128上。主臂1030由連桿114和活塞130的子組件、力桿112、力傳感器120、和鎖定器118的子組件、或取決于系統(tǒng)狀態(tài)由這兩個(gè)子組件的組合支承。附在線(xiàn)性致動(dòng)器508的遠(yuǎn)端并與主臂1030耦合的設(shè)備等效于圖1(a)的平衡機(jī)構(gòu)。
為了使主臂1030進(jìn)入柔順準(zhǔn)備狀態(tài)，可以使用如下序列(“柔順準(zhǔn)備序列4”)柔順準(zhǔn)備序列4(如圖15(h)所示)1.如步驟1570所示，解開(kāi)鎖定器118。
2.如步驟1571所示，從缸128中排出氣體，以便伸出的柔順止動(dòng)器522靠在鎖定器118上。
3.如步驟1572所示，把氣體注入缸128中，將缸氣體壓力增加到使活塞130掙脫和向上移動(dòng)的點(diǎn)。
4.如步驟1573所示，在監(jiān)視位置傳感器1046的同時(shí)，繼續(xù)調(diào)整缸氣體壓力，使活塞130、并因而使連桿114和力桿112繼續(xù)移動(dòng)。
5.如步驟1574所示，當(dāng)力桿112到達(dá)相對(duì)于鎖定器118的柔順中性位置時(shí)，鎖住鎖定器118并停止調(diào)整缸128中的氣體壓力。
6.如步驟1575所示，執(zhí)行平衡序列。
如果平衡序列力閾值小于靜摩擦力和活塞130的掙脫力的合力，那么，由于致動(dòng)器508用于把主臂1030和它支承的負(fù)載驅(qū)動(dòng)到所需垂直位置，因此可以解開(kāi)鎖定器118，并且讓它保持在解開(kāi)狀態(tài)。正如前面所討論的那樣，這是優(yōu)選的。否則，應(yīng)該使鎖定器118保持在鎖住狀態(tài)，直到實(shí)現(xiàn)負(fù)載由對(duì)接設(shè)備部分支承的對(duì)接位置準(zhǔn)備狀態(tài)(或其它適當(dāng)?shù)乃锠顟B(tài))為止。
圖10a和10b兩者都具有操縱器，以及與授予Holt等人的PCT申請(qǐng)PCT/US01/06456中描述的可伸縮柱類(lèi)似的可伸縮柱1000。在圖10a中，圖8a所示那種類(lèi)型的BCAA用于提供平衡和柔順狀態(tài)；而在圖10b中，圖6a所示那種類(lèi)型的BCAA用于這個(gè)目的。如下的討論與這兩個(gè)圖的共同點(diǎn)有關(guān)。在必要的地方，指出基于BCAA類(lèi)型的具體差異。
主臂1030利用線(xiàn)性導(dǎo)軌1058和直線(xiàn)引導(dǎo)軸承(未示出)可滑動(dòng)地附在可伸縮柱1000的上段1001上。這提供了主臂1030相對(duì)于上段1001大約±1英寸的垂直微動(dòng)。上、下主壁止動(dòng)器1032和1054分別限制主臂1030相對(duì)于上段1001的游動(dòng)。測(cè)試頭(未示出)通過(guò)任意個(gè)眾所周知的裝置(也未示出)與主臂1030耦合。因此，主臂1030支承著負(fù)載。
第一線(xiàn)性致動(dòng)器508a相對(duì)于固定的下段1004和基座1003沿著垂直方向移動(dòng)柱的中段1002。第二線(xiàn)性致動(dòng)器508b被安裝在中段1002上附著的第一支架1034上，并且，它相對(duì)于固定中段1002沿著垂直方向移動(dòng)上段1001?？缮炜s柱100的伸縮提供了負(fù)載的第一垂直定位。在對(duì)接過(guò)程中，主臂1030在上止動(dòng)器1032和下止動(dòng)器1054之間的微動(dòng)用于柔順垂直移動(dòng)。
BCAA 508c耦合在附在上段1001的第二支架1040與主臂1030之間。用在圖8a中那種類(lèi)型的BCAA 508c用在圖10a中，而用在圖6a中那種類(lèi)型的BCAA 508c用在圖10b中。在每一種情況中，BCAA 508c用于控制垂直微動(dòng)和在垂直微動(dòng)的整個(gè)范圍上提供柔順狀態(tài)。
在這個(gè)系統(tǒng)中的柔順準(zhǔn)備狀態(tài)類(lèi)似于像圖10d和10e中那樣含有固定柱1000的系統(tǒng)的柔順準(zhǔn)備狀態(tài)。但是，另外，還需要把主臂1030定位在上主臂止動(dòng)器1032和下主臂止動(dòng)器1054之間的特定的大致同心位置(或者，在下止動(dòng)器1054不存在的情況下，定位到相對(duì)于上止動(dòng)器1032特定距離的位置)。我們稱(chēng)主臂1030的那個(gè)位置為柔順中性位置。
然后，有關(guān)柔順準(zhǔn)備狀態(tài)的狀態(tài)可以陳述如下1.氣壓缸128中的氣體壓力必須是這樣的，使連桿114和活塞130基本上承受主臂1030及其負(fù)載的整個(gè)負(fù)載。
2.鎖定器118必須相對(duì)于伸出的柔順止動(dòng)器522和縮回的柔順止動(dòng)器524處于柔順中性位置(通常，這兩者之間的中點(diǎn))，3.活塞130相對(duì)于它的缸128處于柔順中性位置，且4.主臂1030必須相對(duì)于上主臂止動(dòng)器1032和下主臂止動(dòng)器1054處于柔順中性位置(通常，這兩者之間的中點(diǎn))。
實(shí)現(xiàn)圖10a和10b中上面列表的第2項(xiàng)和第3項(xiàng)中的鎖定器118和活塞130的共同定位要求與前面參照?qǐng)D10d和10e所述的相同。明確地說(shuō)，由于鎖定器118通過(guò)支架1052附在缸128上，這可以通過(guò)圖10a中的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且，在圖10b中需要BCAA致動(dòng)器508c或活塞120的位置信息。
為了提供用鎖定器118和活塞130的組合共同定位主臂1030所需的一般解決方案，在圖10a和10b中示出了探測(cè)主臂1030相對(duì)于上段1001的位置的位置傳感器1056。應(yīng)注意，在圖10b中(不是在圖10a中)，這個(gè)傳感器1056也有效地指示活塞130相對(duì)于缸128的位置。因此，在圖10a和10b兩者中，與所示的位置傳感器1046組合在一起的傳感器1056足以為一般解決方案提供所有必要的位置感測(cè)。
可選地，并且，考慮到整個(gè)成本，系統(tǒng)最好被設(shè)計(jì)成當(dāng)BCAA致動(dòng)器508c完全伸出時(shí)，主臂1030處在它的柔順中性位置，且鎖定器118也處在它的柔順中性位置。對(duì)于這種約束，可以從圖10a和10b中刪除主臂位置傳感器1056。但是，有必要包括當(dāng)BCAA致動(dòng)器508c完全伸出時(shí)進(jìn)行檢測(cè)的裝置。對(duì)此的典型解決方案已參照?qǐng)D10d和10e作了討論。
如下的操作序列可以用于把設(shè)備定位在柔順準(zhǔn)備狀態(tài)下(“柔順準(zhǔn)備序列5”)柔順準(zhǔn)備序列5(如圖15(i)所示)1.如步驟1580所示，執(zhí)行平衡序列。
2.如步驟1581a所示，解開(kāi)鎖定器118，并利用BCAA致動(dòng)器508c把鎖定器118定位在柔順中性位置上。
3.如步驟1581b中的可替代實(shí)施例所示，如果系統(tǒng)是圖10b所示那種類(lèi)型的，那么，鎖住鎖定器118，并利用BCAA致動(dòng)器508c把活塞130定位在它的柔順中性位置上。
4.如步驟1582所示，如果主臂1030還沒(méi)有處在它的柔順中性位置上(例如，通過(guò)設(shè)計(jì))，那么，鎖住鎖定器118，并利用BCAA致動(dòng)器508c把主臂1030移動(dòng)到它的柔順中性位置上。
5.如步驟1583所示，如果力傳感器120指示力桿112中的力大于力閾值，那么，執(zhí)行平衡序列。
6.如步驟1584所示，如果鎖住鎖定器118，那么，可以解開(kāi)它。
應(yīng)注意，步驟1581和1584要求力閾值小于靜摩擦力和活塞130的掙脫力的合力。與圖10d和10e的情況中一樣，對(duì)于系統(tǒng)這是優(yōu)選準(zhǔn)則。就此情況而言，隨著主臂1030和它支承的負(fù)載被驅(qū)動(dòng)到所需垂直位置，可以解開(kāi)鎖定器118，并且使它保持在解開(kāi)狀態(tài)。此外，正如授予Holt等人的PCT申請(qǐng)PCT/US01/06456所述的那樣，兩個(gè)位置傳感器1046和1056之一可以用于檢測(cè)主臂1030相對(duì)于上段1001的運(yùn)動(dòng)，其指示遇到障礙物。
在系統(tǒng)被設(shè)置成使力閾值未必小于靜摩擦力和活塞130的掙脫力的合力的情況中，則可以采用柔順準(zhǔn)備序列2或柔順準(zhǔn)備序列3來(lái)取代柔順準(zhǔn)備序列5的前面三個(gè)步驟。下面提供所得的序列。應(yīng)注意，在這種情況中，一般說(shuō)來(lái)，有必要在定位負(fù)載的同時(shí)，使鎖定器118保持在鎖住狀態(tài)，并且，位置傳感器1046和1056不能用于檢測(cè)運(yùn)動(dòng)障礙物。但是，在任何情況下，力傳感器120都可以用于檢測(cè)運(yùn)動(dòng)障礙物。
柔順準(zhǔn)備序列6(如圖15(j)所示)(可應(yīng)用于圖10a和10b兩者，其中，氣壓缸128用在定位鎖定器118中，且平衡閾值大于靜摩擦力和掙脫力)1.如步驟1590所示，解開(kāi)鎖定器118。
2.如步驟1591所示，從缸128中排出氣體，以便伸出的柔順止動(dòng)器522靠在鎖定器118上。
3.如步驟1592所示，調(diào)整BCAA致動(dòng)器508b，以便它接近它沖程的中點(diǎn)或接近它所需柔順中性位置(這個(gè)步驟要求使用眾所周知的解決方案，包括使用位置傳感器1046來(lái)探測(cè)致動(dòng)器508b的驅(qū)動(dòng)部件514b相對(duì)于它靜止部件506b的位置。在一些情況中，致動(dòng)器508b配有限位開(kāi)關(guān)，檢測(cè)驅(qū)動(dòng)部件514b何時(shí)到達(dá)它游動(dòng)的終點(diǎn)；可以以已知方式與定時(shí)器結(jié)合起來(lái)使用，獲得所需結(jié)果)。
4.如步驟1593所示，把氣體注入缸128中，把缸氣體壓力增加到使活塞130掙脫和向上移動(dòng)的點(diǎn)。
5.如步驟1594所示，在借助于所示的位置傳感器1046監(jiān)視力桿112相對(duì)于鎖定器118的位置的同時(shí)，繼續(xù)調(diào)整缸128的氣體壓力，使活塞130，并因而使連桿114和力桿112繼續(xù)移動(dòng)。
6.如步驟1595a所示，當(dāng)力桿112到達(dá)相對(duì)于鎖定器118的柔順中性位置時(shí)，鎖住鎖定器118并停止調(diào)整缸128中的氣體壓力。
7.如步驟1595b中的可替換實(shí)施例所示，如果系統(tǒng)是圖10b所示那種類(lèi)型，那么，利用BCAA致動(dòng)器508b把活塞130定位在它柔順中性位置上。
8.如步驟1596所示，如果主臂1030還沒(méi)有處在它的柔順中性位置上(例如，通過(guò)設(shè)計(jì))，那么，鎖住鎖定器118，并利用BCAA致動(dòng)器508c把主臂1030移動(dòng)到它的柔順中性位置上。
9.如步驟1596所示，執(zhí)行平衡序列。
柔順準(zhǔn)備序列7(如圖15(k)所示)(可應(yīng)用于圖10a和10b兩者，其中，活塞130可以靠在缸128的底部，且平衡閾值大于靜摩擦力和掙脫力)1.如步驟1600所示，使致動(dòng)器508c縮回到使缸128內(nèi)活塞130到達(dá)它沖程的底部的位置(取決于設(shè)計(jì)，這可以由合并在致動(dòng)器508a內(nèi)的限位開(kāi)關(guān)，通過(guò)沿著縮回方向驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器508a足夠長(zhǎng)時(shí)間來(lái)達(dá)到完全縮回狀態(tài)，或通過(guò)其它已知技術(shù)實(shí)現(xiàn))。
2.如步驟1601所示，解開(kāi)鎖定器118。
3.如步驟1602所示，從缸128中排出氣體，以便活塞130靠在缸128的底部上。
4.如步驟1603所示，利用BCAA致動(dòng)器508b，把鎖定器118定位在柔順中性位置上。
5.如步驟1604所示，鎖住鎖定器118，并利用BCAA致動(dòng)器508c把負(fù)載提升到活塞130相對(duì)于缸128處于柔順中性位置(通常接近中點(diǎn))的位置。
6.如步驟1605所示，如果主臂1030還沒(méi)有處在它的柔順中性位置上(例如，通過(guò)設(shè)計(jì))，那么，利用BCAA致動(dòng)器508c把主臂1030移動(dòng)到它的柔順中性位置上。
7.如步驟1606所示，執(zhí)行平衡序列。
圖10c也是包括可伸縮柱1000的操縱器，這個(gè)可伸縮柱100與授予Holt等人的PCT申請(qǐng)PCT/US01/06456中描述的可伸縮柱類(lèi)似。與前面所述一樣，主臂1030利用線(xiàn)性導(dǎo)軌1058和直線(xiàn)引導(dǎo)軸承(未示出)可滑動(dòng)地附在上段1001上。這提供了主臂1030相對(duì)于上段1001大約±1英寸的垂直微動(dòng)。
第一線(xiàn)性致動(dòng)器508a相對(duì)于固定的下段1004和基座1002沿著垂直方向移動(dòng)柱1000的中段1002。圖8a所示那種類(lèi)型的BCAA適合于在垂直微動(dòng)軸方向使上段1001相對(duì)于中段1002運(yùn)動(dòng)并提供平衡和柔順狀態(tài)。
第二線(xiàn)性致動(dòng)器1042的靜止元件506b附在第一支架1040上，第一支架1040又附在中段1002上。致動(dòng)器514b的遠(yuǎn)端附在BCAA鎖定器118上。鎖定器118附在第二支架1076上，該第二支架1076也附在上段1001上。于是，線(xiàn)性致動(dòng)器508b驅(qū)動(dòng)上段1001相對(duì)于中段1002的垂直運(yùn)動(dòng)。BCAA的氣壓缸128也附在第二支架1076上。力桿112和連桿114用于支承主臂1030。可以看出，包括第二線(xiàn)性致動(dòng)器508b、氣壓缸128、活塞130、連桿114、力桿112、力傳感器120、位置傳感器1056、柔順止動(dòng)器522和524等的設(shè)備構(gòu)成圖8a所示那種類(lèi)型的BCAA，且具有支架1076也附在可移動(dòng)上段1001上的附加特征。
有關(guān)主臂1030處在柔順準(zhǔn)備狀態(tài)的條件與圖10a和10b的那些條件相同。但是，由于不能如在圖10a和10b中那樣與上段1001獨(dú)立地定位鎖定器118，因此，情況更簡(jiǎn)單些。最終結(jié)果是，如果主臂1030處在它的柔順中性位置，那么，鎖定器也必須處在它有柔順中性位置，反之亦然。如下的序列可以用于實(shí)現(xiàn)柔順準(zhǔn)備狀態(tài)(“柔順準(zhǔn)備序列8”)柔順準(zhǔn)備序列8(如圖15(1)所示)
1.如步驟1610所示，解開(kāi)鎖定器118。
2.如步驟1611所示，從缸128中排出氣體，以便使主臂1030靠在下主臂止動(dòng)器1054上和/或使伸出的柔順止動(dòng)器522靠在第二支架1076上(注意，在這種情況下，第二支架1076和下主臂止動(dòng)器1054兩者都固定在上段1001上)。
3.如步驟1612所示，把氣體注入缸128中，使缸氣體壓力增加到使活塞130掙脫和向上移動(dòng)的點(diǎn)。
4.如步驟1613所示，在監(jiān)視主臂位置傳感器1056的同時(shí)，繼續(xù)調(diào)整缸氣體壓力，使活塞130，并因而分別使連桿和力桿114和112、和主臂1030繼續(xù)向上移動(dòng)。
5.如步驟1614所示，當(dāng)力桿112和主臂1030到達(dá)它們的柔順中性位置時(shí)，鎖住鎖定器118并停止調(diào)整缸128中的氣體壓力。
6.如步驟1615所示，執(zhí)行平衡序列。
如果平衡序列力閾值小于靜摩擦力和活塞130的掙脫力的合力，那么，由于致動(dòng)器508用于把主臂1030和它支承的負(fù)載驅(qū)動(dòng)到所需垂直位置，因此可以解開(kāi)鎖定器118，并且讓它保持在解開(kāi)狀態(tài)。否則，應(yīng)該使鎖定器118保持在鎖住狀態(tài)，直到實(shí)現(xiàn)負(fù)載由對(duì)接設(shè)備部分支承的準(zhǔn)備對(duì)接狀態(tài)(或其它所需狀態(tài))。
從上面可以看出，在這種情況下，一個(gè)位置傳感器1056就足夠了。
圖11示出了用在單個(gè)測(cè)試頭操縱器1101中本發(fā)明的各種示范性實(shí)施例中的幾個(gè)。圖11中的操縱器1101含有如授予Holt等人的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)09/646,072中描述的基座1103、固定柱1000、和支承在前面圖9(b)中所述那種類(lèi)型的測(cè)試頭100的主臂1030(注意，圖11中的測(cè)試頭100以剖面圖的形式顯示出來(lái)，并為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，在圖11中沒(méi)有重復(fù)圖9(b)所示的對(duì)接硬件-以及內(nèi)部俯仰和橫擺旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu))。操縱器1101擁有七根運(yùn)動(dòng)軸，3根平動(dòng)軸和4根轉(zhuǎn)動(dòng)軸。平動(dòng)軸是內(nèi)-外軸1128、左-右軸1126、和上-下(或垂直)軸1130。轉(zhuǎn)動(dòng)軸是繞基座旋轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)軸1115、俯仰軸1113、橫擺軸1117、和繞測(cè)試頭100旋轉(zhuǎn)的橫滾軸1111。典型的運(yùn)動(dòng)要求是內(nèi)外±10英寸、左右±5英寸、垂直±30英寸、偏轉(zhuǎn)30多度、橫滾±95度、俯仰±5度、和橫擺±5度。在這個(gè)實(shí)施例中，所有操縱器軸的運(yùn)動(dòng)都由運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器施加動(dòng)力。致動(dòng)器由中心控制器(未示出)控制，使測(cè)試頭100在操縱器1101運(yùn)動(dòng)包跡內(nèi)從一個(gè)位置和方向移動(dòng)到另一個(gè)位置和方向。可以使用在數(shù)根軸上實(shí)現(xiàn)控制以控制運(yùn)動(dòng)的許多技術(shù)的任何一種。在所有軸上使用適當(dāng)?shù)奈恢脗鞲衅?，以便把反饋提供給控制器。
在這種操縱器1101中，繩索樞軸環(huán)組件924被安裝在主臂1030上附著的支架1114的末端。測(cè)試頭100由固定在測(cè)試頭固定件926上的測(cè)試頭支承梁922來(lái)支承。測(cè)試頭固定件926與繩索樞軸環(huán)924的可旋轉(zhuǎn)環(huán)1102耦合，以便支承梁922的中心線(xiàn)穿過(guò)可旋轉(zhuǎn)環(huán)1102的中心，并且與可旋轉(zhuǎn)環(huán)1102的平面垂直。設(shè)備被配置成使測(cè)試頭100能夠繞由支承梁922的中心線(xiàn)限定的軸，即，運(yùn)動(dòng)的橫滾軸111旋轉(zhuǎn)±95度。
在圖11中，橫滾軸1111穿過(guò)測(cè)試頭100的重心，使得橫滾基本上是平衡的和無(wú)有效重量的。因此，測(cè)試頭100繞橫滾軸的運(yùn)動(dòng)可以借助于如授予Holt等人的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)09/646,072所述的電機(jī)電機(jī)-變速箱-離合器布局來(lái)供應(yīng)動(dòng)力。當(dāng)電機(jī)(未示出)沒(méi)有受到驅(qū)動(dòng)時(shí)，離合器脫離，允許繞橫滾軸1111作平衡柔順運(yùn)動(dòng)。
測(cè)試頭100的俯仰軸1113和橫擺軸1117沒(méi)有穿過(guò)測(cè)試頭100的重心。如圖9(a)所示和前面所討論的俯仰BCAA 932和橫擺BCAA 930耦合在測(cè)試頭100和測(cè)試頭固定件926之間。在圖11中將這些分別示意性表示成機(jī)構(gòu)1106和機(jī)構(gòu)1112。其細(xì)節(jié)與圖9(a)中的相同。這兩個(gè)BCAA 1106和1112用于分別相對(duì)于它的俯仰軸和橫擺軸定位測(cè)試頭100，以及為對(duì)接或/或手工操作提供平衡、柔順運(yùn)動(dòng)。在這兩個(gè)俯仰軸和橫擺軸1113和1117中分別提供了±5度的移動(dòng)范圍。
測(cè)試頭100的垂直移動(dòng)可以通過(guò)包括如前面針對(duì)圖10(d)、10(e)和10(f)所示的可替換裝置所討論的BCAA的布置來(lái)提供。在圖11中，圖10(e)的布置被明確地顯示成機(jī)構(gòu)1118(請(qǐng)注意，在圖11中沒(méi)有顯示柔軟氣體導(dǎo)管和高壓氣體供應(yīng)器)。可以看出，如果可伸縮柱用于取代固定柱1000，那么，可以使用如圖10(a)、10(b)、或10(c)所示那些類(lèi)型之一的布置。圖11中的系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成使靜摩擦力加上氣壓缸128的掙脫力大于平衡力閾值，以便測(cè)試頭100可以在鎖定器118解開(kāi)狀態(tài)下沿垂直方向定位。
基底1103中的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)在水平面內(nèi)，并且通過(guò)圖11中示意性地表示成機(jī)構(gòu)1120的柔順驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。一般來(lái)說(shuō)，沿著該軸的運(yùn)動(dòng)基本上是平衡的，且不承受外力。在這種情況下，原則上可以使用如圖5(a)、5(b)、5(c)或7的任何一個(gè)所示那種類(lèi)型的柔順驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。由于大約30多度的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)要求行程充分長(zhǎng)的致動(dòng)器，因此，圖5(a)和圖7是優(yōu)選的。但是，在某些應(yīng)用中，把測(cè)試頭100連接到測(cè)試柜(未示出)上的粗的、稍微有彈性的測(cè)試頭繩索(未示出)可以沿著這根軸施加對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響的隨位置改變的力。在這種情況中，BCAA可以用作機(jī)構(gòu)1120，提供驅(qū)動(dòng)，以及平衡柔順狀態(tài)?？梢圆捎萌鐖D6(b)所示那樣的BCAA配置。此外，圖8(a)或8(b)所示那種類(lèi)型的BCAA可以類(lèi)似地適用于這種應(yīng)用。
類(lèi)似地，基底1103的內(nèi)-外和左-右運(yùn)動(dòng)也在水平面內(nèi)。與這些軸有關(guān)的柔順驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在圖11中也分別示意性表示成機(jī)構(gòu)1122和機(jī)構(gòu)1124。與偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)一樣，沿著這些軸的運(yùn)動(dòng)基本上是平衡的，不承受外力。在這些軸中所需的運(yùn)動(dòng)范圍通常從±5英寸到±10英寸。因此，最好選擇圖5(a)或圖7的機(jī)構(gòu)來(lái)提供所需行程。在顯著的可變繩索力存在于系統(tǒng)之中的情況下，可以采用和利用圖6(a)、6(b)、8(a)、或8(b)所示那些類(lèi)型的BCAA機(jī)構(gòu)，這對(duì)水平軸有利。
應(yīng)該注意到，圖11所示的BCAA和柔順驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)被顯示在看得見(jiàn)位置中，這使描述和討論更加清楚。在實(shí)際裝置中，某些機(jī)構(gòu)或它們的一部分從給定視角看過(guò)去是看不見(jiàn)的。例如，機(jī)構(gòu)1120、1122和1124的部件通常與其它部件一起處在包括操縱器基底1103在內(nèi)的各種平板之間。此外，還例如，機(jī)構(gòu)1118可以處在操縱器柱1105的一側(cè)或另一側(cè)上或背面上。
有關(guān)對(duì)接的信息參照?qǐng)D11解釋致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)對(duì)接的示范性實(shí)施例。在圖11中，操縱器1101用于使測(cè)試頭進(jìn)入對(duì)接位置的準(zhǔn)備狀態(tài)，然后，分離的、獨(dú)立的對(duì)接致動(dòng)器(未示出)把測(cè)試頭100拖入最后或完全對(duì)接位置中。各種類(lèi)型的引導(dǎo)機(jī)構(gòu)，例如，導(dǎo)銷(xiāo)和小孔、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)等是已知的，以保證使測(cè)試頭100適當(dāng)?shù)睾途_地與器件處理器/檢測(cè)器(未示出)對(duì)準(zhǔn)。當(dāng)操作致動(dòng)器時(shí)，測(cè)試頭100必須相對(duì)于操縱器1101柔順地移動(dòng)。當(dāng)完成對(duì)接時(shí)，可以是致動(dòng)器機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)把測(cè)試頭安全地鎖閂在某一位置中。
隨著測(cè)試頭100越來(lái)越大，‘815對(duì)接件的基本思想已經(jīng)演變成含有三到四組通過(guò)繩索915互連的導(dǎo)銷(xiāo)912、導(dǎo)銷(xiāo)插孔912a、和圓形凸輪910的對(duì)接件。本申請(qǐng)的圖12(a)、12(b)、12(c)、和12(d)顯示了含有4個(gè)導(dǎo)銷(xiāo)912和小孔(插孔)912a組合和四個(gè)圓形凸輪910的對(duì)接件。盡管這樣的四點(diǎn)對(duì)接被構(gòu)造成含有附在四個(gè)凸輪910每一個(gè)上的致動(dòng)器把柄，但是，所示的對(duì)接件還包含附在繩索驅(qū)動(dòng)器917上的單個(gè)致動(dòng)器把柄914。當(dāng)通過(guò)對(duì)接把柄914使繩索驅(qū)動(dòng)器917旋轉(zhuǎn)時(shí)，這種布置使單個(gè)致動(dòng)器把柄處在操作者用起來(lái)方便的位置中。此外，通過(guò)適當(dāng)?shù)卣{(diào)整凸輪910的直徑與繩索驅(qū)動(dòng)器的直徑的比例，可以獲得更大的機(jī)械優(yōu)點(diǎn)。
現(xiàn)在更詳細(xì)地考慮圖12(a)到12(d)。圖12(a)用透視方式顯示了固定在支架200中的測(cè)試頭100，支架200又被操縱器(未示出)支承著。所示的還有測(cè)試頭100可以與之對(duì)接的器件處理器1208的剖開(kāi)片段。圖12(b)以稍微大一些的比例并更詳細(xì)地示出了器件處理器1208(再一次提醒讀者，這里不失一般性地使用術(shù)語(yǔ)“處理器”來(lái)指包括插件式器件處理器、晶片檢測(cè)器等在內(nèi)的各種測(cè)試設(shè)備的任何一種)。先簡(jiǎn)要地看一下圖12(c)中的剖面圖，可以看出，測(cè)試頭100含有電氣接口1226，而器件處理器1208含有相應(yīng)的電氣接口1228。電氣接口1226和1228通常含有數(shù)百個(gè)或數(shù)千個(gè)微小、精密的電觸點(diǎn)，這些電觸點(diǎn)必須以當(dāng)測(cè)試頭最終對(duì)接時(shí)，以提供可靠的相應(yīng)單獨(dú)電連接的方式精密接合。正如在這種示范性情況中所示的那樣，器件處理器1208的下表面包含處理器電氣接口1228，且測(cè)試頭100一般來(lái)說(shuō)通過(guò)從下而上的運(yùn)動(dòng)對(duì)接。其它的方向也是可以的，并且是已知的，包括借助于向下運(yùn)動(dòng)與上表面對(duì)接，借助于水平運(yùn)動(dòng)與垂直面對(duì)接，和與水平和垂直面兩者成某一角度的平面對(duì)接。
返回到圖12(a)和12(b)，這些圖所示的是完全四點(diǎn)對(duì)接設(shè)備；它的一些部分附在器件處理器1208上或附在測(cè)試頭100上。附在測(cè)試頭100上的是面板1206。四個(gè)導(dǎo)銷(xiāo)912附在面板1206的四個(gè)角上，并且處在面板1206的四個(gè)角附近。面板1206具有中心孔，并且附在測(cè)試頭100上，以便測(cè)試頭電氣接口1226穿過(guò)小孔伸出來(lái)，并且導(dǎo)銷(xiāo)912定義了與電接口1226幾乎同心的近似長(zhǎng)方形。
角板1214附在器件處理器1208的下表面上。角板1214具有中心孔，并且附在器件處理器1208上，以便處理器電氣接口1228穿過(guò)小孔伸出來(lái)。四個(gè)角片1216附在角板1214上，每一個(gè)分別處在它四個(gè)角的每一個(gè)角附近。每個(gè)角片1216含有鉆在其中的導(dǎo)銷(xiāo)小孔或插孔912a。每個(gè)導(dǎo)銷(xiāo)小孔912a對(duì)于各自的導(dǎo)銷(xiāo)912。將這些安排成當(dāng)對(duì)接時(shí)，每個(gè)導(dǎo)銷(xiāo)912將完全插入它各自的導(dǎo)銷(xiāo)小孔912a中。因此，導(dǎo)銷(xiāo)912和導(dǎo)銷(xiāo)小孔912a保證了測(cè)試頭和器件處理器之間的對(duì)準(zhǔn)。
四個(gè)對(duì)接凸輪910可旋轉(zhuǎn)地附在面板1206上。凸輪910是圓形的，并且與‘815專(zhuān)利中所述的那些類(lèi)似。尤其是，每個(gè)凸輪910存在環(huán)繞著它圓周的側(cè)螺旋槽，以及在上表面上的上切口。每個(gè)對(duì)接凸輪910處在各自導(dǎo)銷(xiāo)912的附近，使得它一般被定心在大約從測(cè)試頭電接口1226的中心延伸出來(lái)，穿過(guò)各自導(dǎo)銷(xiāo)912的直線(xiàn)上，從而使導(dǎo)銷(xiāo)912位于凸輪910和測(cè)試頭電接口1226之間。角片1216和角板1214的角具有圓形的切口，使得當(dāng)導(dǎo)銷(xiāo)912完全插入角片中的導(dǎo)銷(xiāo)小孔912a中時(shí)，每個(gè)凸輪910的圓周與它各自角片1216中的圓形切口鄰接，并且與它各自角片1216中的圓形切口同心。這種布置保證了當(dāng)首次對(duì)測(cè)試頭100進(jìn)行操作，使之進(jìn)入對(duì)器件處理器1208對(duì)接的位置中時(shí)，對(duì)接部件之間的初始導(dǎo)向?qū)?zhǔn)。
帶有附屬對(duì)接把柄914的圓形繩索驅(qū)動(dòng)器917也可旋轉(zhuǎn)地附在面板1206上。對(duì)接繩索917附在凸輪910的每一個(gè)上，并附在繩索驅(qū)動(dòng)器917上?；?224適當(dāng)?shù)匾龑?dǎo)到繩索驅(qū)動(dòng)器917和來(lái)自繩索驅(qū)動(dòng)器914的繩索的路徑。通過(guò)把力施加到把柄914上，可以使繩索驅(qū)動(dòng)器917旋轉(zhuǎn)。隨著繩索驅(qū)動(dòng)器917旋轉(zhuǎn)起來(lái)，它把力傳遞給又使凸輪910同步旋轉(zhuǎn)的繩索915。
從每個(gè)角片1216的圓形切口延伸出來(lái)的是凸輪跟隨器1210。凸輪跟隨器1210配合到其相應(yīng)凸輪910的上表面上的上切口內(nèi)。圖12(c)以剖面圖的形式示出了測(cè)試頭100與處理器910對(duì)接的過(guò)程中的一個(gè)階段。這里，導(dǎo)銷(xiāo)912部分插入角片1216中的導(dǎo)銷(xiāo)小孔912a中。應(yīng)注意，在這個(gè)示范性情況中，導(dǎo)銷(xiāo)912在接近其遠(yuǎn)端處逐漸變細(xì)，并且在較接近它們附在面板1206上的點(diǎn)的地方，具有不變的直徑。在圖12(c)中，已經(jīng)把導(dǎo)銷(xiāo)912插入導(dǎo)銷(xiāo)小孔912a中，直到不變直徑的區(qū)域正好進(jìn)入導(dǎo)銷(xiāo)小孔912a中的點(diǎn)。并且在圖12(c)中，已經(jīng)把每個(gè)凸輪跟隨器1210插入其相應(yīng)凸輪910的上表面上的上切口中，直到它處在凸輪螺旋槽的最上端的深度。在這種配置中，對(duì)接件作好通過(guò)把力施加到把柄上和使凸輪旋轉(zhuǎn)而被驅(qū)動(dòng)的準(zhǔn)備。于是，這種配置可以被稱(chēng)為“準(zhǔn)備驅(qū)動(dòng)”位置。
圖12(d)以剖面圖的形式示出了凸輪910全速旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致的結(jié)果。測(cè)試頭100現(xiàn)在完全與處理器1208對(duì)接?？梢钥闯觯馆?10已經(jīng)旋轉(zhuǎn)起來(lái)，并且已經(jīng)使凸輪跟隨器1210沿著螺旋槽走到更接近面板1206的點(diǎn)。另外，導(dǎo)銷(xiāo)912完全插入它們相應(yīng)的導(dǎo)銷(xiāo)小孔912a中?？梢钥闯觯瑢?dǎo)銷(xiāo)912的不變直徑區(qū)和相應(yīng)導(dǎo)銷(xiāo)小孔912a之間配合的緊密程度決定處理器電接口1228和測(cè)試頭電氣接口1226之間的最后對(duì)準(zhǔn)。
根據(jù)前述討論，現(xiàn)在更全面地討論對(duì)接過(guò)程和定義某些術(shù)語(yǔ)是合適的。對(duì)接的目的是精確地將測(cè)試頭電氣接口1226與處理器電氣接口1228配合。每個(gè)電氣接口1226和1228限定一個(gè)平面，該平面通常，但非必須與電氣接口的頂端名義上平行。當(dāng)對(duì)接時(shí)，這兩個(gè)平面必須相互平行。為了防止對(duì)電觸點(diǎn)的損害，最好在使電觸點(diǎn)與機(jī)構(gòu)觸點(diǎn)相互機(jī)械接觸之前，首先在五個(gè)自由度中對(duì)準(zhǔn)兩個(gè)接口1226和1228。如果在對(duì)接位置中，接口限定的平面與圖14的X-Y平面平行，那么，必須在X、Y和θZ方向?qū)?zhǔn)，以便使各個(gè)觸點(diǎn)相互排齊。另外，通過(guò)沿著θX和θY方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，使兩個(gè)平面平行。使兩個(gè)電氣交接面相互平行的過(guò)程被稱(chēng)為“接口”的平面化；并且，當(dāng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)平面化時(shí)，可以認(rèn)為接口是“平面化的”或“共面的”。一旦在X、Y和θZ方向被平面化和對(duì)準(zhǔn)，通過(guò)促使在與處理器電接口1228的平面垂直的Z方向的運(yùn)動(dòng)，繼續(xù)進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)。在對(duì)接過(guò)程中，首先把測(cè)試頭100移動(dòng)到處理器1208附近。進(jìn)一步的移動(dòng)使角片1216的圓形切口首先與凸輪910對(duì)準(zhǔn)。這個(gè)位置，或者正好在這個(gè)位置之前的那個(gè)位置，可以被認(rèn)為是“準(zhǔn)備對(duì)接”位置。更明確地說(shuō)，“準(zhǔn)備對(duì)接”位置指的是某個(gè)第一導(dǎo)向?qū)?zhǔn)裝置才剛剛接合或在要接合的位置附近的位置。在這個(gè)階段，取決于設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，導(dǎo)銷(xiāo)的遠(yuǎn)端準(zhǔn)備進(jìn)入它們相應(yīng)的導(dǎo)孔中。再繼續(xù)移動(dòng)將把測(cè)試頭帶入前面針對(duì)圖12(a)到(d)所討論的“準(zhǔn)備驅(qū)動(dòng)位置”。更明確地說(shuō)，“準(zhǔn)備驅(qū)動(dòng)位置”指的是測(cè)試頭已經(jīng)到達(dá)可以驅(qū)動(dòng)對(duì)接設(shè)備的位置。在準(zhǔn)備對(duì)接位置上，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了在X、Y和θZ方向的近似平面化和對(duì)準(zhǔn)。隨著對(duì)接件受到驅(qū)動(dòng)且導(dǎo)銷(xiāo)912更完全地插入它們各自的導(dǎo)銷(xiāo)小孔912a中，對(duì)接和平面化變得更加準(zhǔn)確。
一般說(shuō)來(lái)，準(zhǔn)備驅(qū)動(dòng)位置是對(duì)接件的兩個(gè)半部中的對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)至少已經(jīng)部分接合和已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一些，但未必所有軸已經(jīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)的位置。例如，在如‘815專(zhuān)利所述那種類(lèi)型的對(duì)接件和如圖9(a)和(b)及12(a)到(d)所述那種類(lèi)型的那些對(duì)接件中，這是如上所述，逐漸變細(xì)的導(dǎo)銷(xiāo)912已經(jīng)進(jìn)一步插入導(dǎo)銷(xiāo)小孔912a中，致使處理器1208上的凸輪跟隨器1210已經(jīng)插入對(duì)接凸輪910中的位置。這樣，測(cè)試頭100通常在千分之幾英寸內(nèi)和在大約1度共面性?xún)?nèi)與目標(biāo)設(shè)備對(duì)準(zhǔn)。作為另一個(gè)例子，在如美國(guó)專(zhuān)利5,982,182(特此引用，以供參考)所述的對(duì)接件中，這是運(yùn)動(dòng)觸點(diǎn)已經(jīng)接合且系統(tǒng)準(zhǔn)備好進(jìn)行與目標(biāo)垂直的最終直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的位置。
對(duì)上述問(wèn)題的解決方案適用于本文在圖1(a)到4(b)中所述(Ny等人的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)60/234,598中所述)的平衡系統(tǒng)，并且也適用于本文在圖6(a)到9(b)中所述的BCAA。這些具有幾個(gè)共同方面；一個(gè)方面是，平衡系統(tǒng)是BCAA的組成部分。于是，可以按要求把BCAA和/或平衡系統(tǒng)加入操縱器和測(cè)試頭100中，以便在需要或想要的地方達(dá)到平衡和柔順狀態(tài)。
在本申請(qǐng)中，如前所述，可以在對(duì)接之前，使測(cè)試頭100進(jìn)入和鎖定在柔順中性位置中。正好在在非常接近對(duì)接系統(tǒng)進(jìn)行最后對(duì)接之前，可以使一根軸或數(shù)根軸保持平衡，使它或它們處在柔順準(zhǔn)備狀態(tài)。由于這是通過(guò)把鎖定器118鎖住實(shí)現(xiàn)的，因此，不存在測(cè)試頭100作突然的、不可預(yù)測(cè)的、和可能危險(xiǎn)的運(yùn)動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。然后，借助于處在柔順準(zhǔn)備狀態(tài)的系統(tǒng)，解開(kāi)測(cè)試頭118，使它作柔順運(yùn)動(dòng)，繼續(xù)進(jìn)行對(duì)接。
正如本文早些時(shí)候所指出的那樣，壓力傳感器(606a，606b)可以合并入內(nèi)并布置成測(cè)量氣壓缸128的每個(gè)進(jìn)口上的氣體壓力?？刂破?未示出)接收來(lái)自壓力傳感器的、指示測(cè)量壓力的信號(hào)。本文在前面描述了壓力傳感器在脫離之前用于恢復(fù)平衡狀態(tài)。無(wú)需這種方法，正常操作就可以在平衡系統(tǒng)鎖定器鎖住的情況下使測(cè)試頭100脫離，這放棄了在脫離的時(shí)候作柔順運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)。
壓力傳感器(606a，606b)也可以用在在對(duì)接測(cè)試頭100的整個(gè)時(shí)間內(nèi)和在繼續(xù)進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候保持平衡狀態(tài)的系統(tǒng)中。為了完成這個(gè)任務(wù)，使測(cè)試頭100進(jìn)入準(zhǔn)備對(duì)接的位置。具有平衡系統(tǒng)或BCAA的所有軸進(jìn)入柔順準(zhǔn)備狀態(tài)。也就是說(shuō)，使它們保持平衡，并且使它們處在柔順中性區(qū)域。然后，由控制器測(cè)量和記錄氣壓缸128中的壓力。接著，釋放鎖定器118并對(duì)接測(cè)試頭100。根據(jù)對(duì)接系統(tǒng)的類(lèi)型和應(yīng)用，當(dāng)最后對(duì)接測(cè)試頭100時(shí)，可以、也可以不重新鎖住鎖定器118。在對(duì)接測(cè)試頭100的同時(shí)，控制器不斷監(jiān)視氣壓缸128中的壓力，將它們與記錄值相比較，并且操縱閥門(mén)604，以便保持缸壓力基本不變。這樣就維持了作用在活塞130和連桿114上的基本不變力并使系統(tǒng)保持在所需平衡狀態(tài)。顯然，對(duì)于在平衡狀態(tài)可得到的柔順運(yùn)動(dòng)，可以使測(cè)試頭100脫離。
更具體地說(shuō)，對(duì)接系統(tǒng)是鎖閂型的還是非鎖閂型的將決定可用的操作模式。鎖閂對(duì)接件在這兩種操作模式之間提供了如下選擇
1.在對(duì)接測(cè)試頭100的同時(shí)通過(guò)解脫鎖定器118保持平衡(如上所述)。在脫離的同時(shí)，通過(guò)解開(kāi)鎖定器118，保持平衡和作柔順運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)。
2.在對(duì)接測(cè)試頭100的同時(shí)，通過(guò)鎖住鎖定器118，不保持平衡。對(duì)于脫離，存在兩種分選擇a.在脫離之前恢復(fù)平衡，且在脫離同時(shí)通過(guò)解開(kāi)鎖定器118保留作柔順運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)。
b.在脫離同時(shí)，不恢復(fù)平衡，且鎖定器118必須保持鎖住。這種方法不需要壓力傳感器。
在非鎖閂對(duì)接系統(tǒng)中，一般說(shuō)來(lái)，在對(duì)接測(cè)試頭100的時(shí)候，需要鎖住鎖定器118。根據(jù)柔順運(yùn)動(dòng)的需要，在脫離之前可以、也可以不恢復(fù)平衡。
現(xiàn)在考慮使用鎖閂、致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)對(duì)接的系統(tǒng)中的操作。這是目前使用得最廣泛那種類(lèi)型的系統(tǒng)?？梢园严衩绹?guó)專(zhuān)利第4,589,815號(hào)所述那樣的基本兩點(diǎn)對(duì)接設(shè)備推廣到包括如前面所述的、如圖9(a)、9(b)和12(a)到(d)所示的三組或四組導(dǎo)銷(xiāo)912、導(dǎo)銷(xiāo)小孔912a和繩索驅(qū)動(dòng)器。這樣的二組、三組和四組對(duì)接件廣泛用在這個(gè)目的的工業(yè)中。盡管這樣的設(shè)備可以由操作者通過(guò)把力施加到對(duì)接把柄914上手工驅(qū)動(dòng)，但是，包括電機(jī)、電或氣體線(xiàn)性致動(dòng)器、和/或真空操作器件的其它類(lèi)型對(duì)接致動(dòng)器也是已知的。一般說(shuō)來(lái)，測(cè)試頭100將與插件式器件處理器、晶片檢測(cè)器或其它可能設(shè)備對(duì)接，這些設(shè)備被術(shù)語(yǔ)處理器1208統(tǒng)稱(chēng)為“目標(biāo)設(shè)備”。對(duì)于對(duì)接，可以遵照如下序列如圖15(m)所示，系統(tǒng)已作好把測(cè)試頭或負(fù)載100從與目標(biāo)設(shè)備分離的開(kāi)始點(diǎn)移動(dòng)到準(zhǔn)備對(duì)接位置的準(zhǔn)備。
a.如步驟1620所示，水平(內(nèi)外、左右、和橫滾)軸上的柔順驅(qū)動(dòng)器和/或BCAA進(jìn)入柔順準(zhǔn)備狀態(tài)，并鎖住它們的鎖定器118。
b.如步驟1621所示，使俯仰和橫擺BCAA進(jìn)入柔順準(zhǔn)備狀態(tài)，并鎖住它們的鎖定器118。
c.如步驟1622所示，垂直驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)的BCAA進(jìn)入柔順準(zhǔn)備狀態(tài)(利用柔順準(zhǔn)備序列)，并解開(kāi)它的鎖定器118。
d.如步驟1623所示，現(xiàn)在把測(cè)試頭或負(fù)載100移動(dòng)到準(zhǔn)備與目標(biāo)設(shè)備對(duì)接的位置。為此，控制器控制致動(dòng)器以沿著運(yùn)動(dòng)路徑移動(dòng)測(cè)試頭100，使它進(jìn)入準(zhǔn)備對(duì)接位置。一般說(shuō)來(lái)，這是對(duì)接件的兩個(gè)半部中的對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)已經(jīng)進(jìn)入非常接近的地方或初始觸點(diǎn)，但還沒(méi)有完全接合的位置。例如，在具有導(dǎo)銷(xiāo)912的許多種對(duì)接件中，這是對(duì)接導(dǎo)銷(xiāo)912已經(jīng)接近目標(biāo)設(shè)備中的它們配合的對(duì)接導(dǎo)銷(xiāo)小孔912a或正好與目標(biāo)設(shè)備中的它們配合的對(duì)接導(dǎo)銷(xiāo)小孔912a接合的位置。控制器可以利用一些算法來(lái)實(shí)現(xiàn)它，或者，操作者通過(guò)將按鈕、操縱桿、和/或其它適用輸入器件用于控制器來(lái)引導(dǎo)這個(gè)過(guò)程。
從準(zhǔn)備狀態(tài)到對(duì)接狀態(tài)，再到完全對(duì)接狀態(tài)e.準(zhǔn)備具有BCAA的操縱器的所有軸都重新達(dá)到平衡。如步驟1624所示，依次使每個(gè)BCAA達(dá)到平衡。使特定的BCAA達(dá)到平衡可能擾亂一些其它BCAA的平衡。于是，重復(fù)這個(gè)過(guò)程，直到每個(gè)BCAA的力傳感器120都指示平衡狀態(tài)(典型地，這個(gè)目的通過(guò)疊代3次或更少次數(shù)，通常是疊代2次來(lái)達(dá)到)。
f.如步驟1625所示，如果壓力傳感器包含在BCAA的任何一個(gè)中，那么，通過(guò)控制器讀出當(dāng)前壓力，將其存儲(chǔ)在控制器存儲(chǔ)器中，供以后使用。
g.如步驟1626所示，把所有鎖定器118都解開(kāi)，允許沿著所有軸作平衡柔順運(yùn)動(dòng)(注意，正如授予Holt等人的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)09/646,072所述的那樣，通過(guò)設(shè)計(jì)，每當(dāng)電機(jī)未致動(dòng)且橫滾軸沒(méi)有受到驅(qū)動(dòng)時(shí)，橫滾軸電機(jī)的離合器自動(dòng)脫開(kāi))?，F(xiàn)在，測(cè)試頭100或負(fù)載處在平衡柔順狀態(tài)，可以由外部裝置利用通常小于25到30磅的力移動(dòng)它。
h.把測(cè)試頭100進(jìn)一步移動(dòng)到準(zhǔn)備驅(qū)動(dòng)位置。這是通常小于1英寸的整個(gè)運(yùn)動(dòng)，并且，該移動(dòng)可以并通常手工完成。但是，在更復(fù)雜的系統(tǒng)中，控制器(未示出)可以用于迫使測(cè)試頭100進(jìn)入這個(gè)準(zhǔn)備驅(qū)動(dòng)位置。為此，控制器迫使測(cè)試頭100沿著與處理器(或其它目標(biāo)器件)電氣接口1228的平面垂直的直線(xiàn)路徑移動(dòng)。選擇用于運(yùn)動(dòng)的一根或數(shù)根適當(dāng)?shù)妮S(對(duì)于水平對(duì)接，垂直軸；對(duì)于垂直面對(duì)接，內(nèi)外軸或左右軸；或?qū)τ趦A斜對(duì)接，垂直軸和內(nèi)外軸或左右軸的組合)，鎖定器118鎖住，并且致動(dòng)器用于迫使測(cè)試頭100進(jìn)入位置，由此，再次解開(kāi)鎖定器118(讓其它軸保持在解開(kāi)狀態(tài)，以允許作必要的柔順運(yùn)動(dòng)，如上所述，這使測(cè)試頭能夠?qū)?zhǔn))。
i.如步驟1628所示，現(xiàn)在啟動(dòng)對(duì)接致動(dòng)器，把測(cè)試頭100拖入與目標(biāo)設(shè)備1201的完全對(duì)準(zhǔn)位置。在如圖9(a)所示的對(duì)接設(shè)備那樣的手工驅(qū)動(dòng)對(duì)接件中，這通過(guò)把力施加在對(duì)接把柄914上來(lái)實(shí)現(xiàn)，把力施加在對(duì)接把柄914上使圖9(a)中的對(duì)接凸輪910或圖12(a)中的繩索驅(qū)動(dòng)器(單元914的一部分)旋轉(zhuǎn)起來(lái)。在具有動(dòng)力致動(dòng)器的對(duì)接件中，這通過(guò)向致動(dòng)器適當(dāng)供能來(lái)實(shí)現(xiàn)。隨著測(cè)試頭100被拖入最后對(duì)接位置中，它在所有六個(gè)空間自由度中自由地作柔順運(yùn)動(dòng)。如果需要，盡管這不總是優(yōu)選的，但是所選軸可以使它們的鎖定器118接合，以限制相應(yīng)自由度中的柔順運(yùn)動(dòng)。
通常，把對(duì)接機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成這樣的，測(cè)試頭100被有效地鎖閂在對(duì)接致動(dòng)器已經(jīng)到達(dá)它完全對(duì)接極限時(shí)的地方。于是，測(cè)試頭100現(xiàn)在完全對(duì)接，被鎖閂在位置上，并在機(jī)械方面已作好測(cè)試器件的準(zhǔn)備。
現(xiàn)在考慮使用非鎖閂對(duì)接的操縱器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的操作。在這樣的系統(tǒng)中，操縱器必須克服與對(duì)接相關(guān)的力。這些力通常起因于壓縮數(shù)百個(gè)或數(shù)千個(gè)裝有彈簧的pogo引腳的需要和/或耦合電連接器中數(shù)百個(gè)或數(shù)千個(gè)配合觸點(diǎn)的需要。對(duì)于每一個(gè)這樣需要幾克或幾盎司力的pogo引腳或觸點(diǎn)，常常會(huì)遇到幾百磅的總對(duì)接力。對(duì)于操縱器驅(qū)動(dòng)對(duì)接，用在對(duì)接中的操縱器驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)必須能夠克服對(duì)接力，以及在自由空間中移動(dòng)測(cè)試頭或負(fù)載100所需的力。如果使驅(qū)動(dòng)軸保持平衡，那么，就可以減小驅(qū)動(dòng)力。
在軸中使用在操縱器驅(qū)動(dòng)對(duì)接過(guò)程中為驅(qū)動(dòng)軸的BCAA機(jī)構(gòu)是有利的。首先，通?？梢匀菀椎匕羊?qū)動(dòng)軸的致動(dòng)器的尺寸調(diào)整成具有足夠的驅(qū)動(dòng)能力來(lái)克服對(duì)接力，以及移動(dòng)移動(dòng)測(cè)試頭或負(fù)載100所需的力。此外，如果所考慮的軸被設(shè)計(jì)成可以在鎖定器118解開(kāi)的平衡狀態(tài)下移動(dòng)它，那么，相對(duì)位置傳感器可以用于檢測(cè)是否遭遇到障礙物或阻礙物(例如，參閱對(duì)圖10(a)到10(f)的討論)。另外，在鎖定器118鎖住狀態(tài)移動(dòng)測(cè)試頭100的情況下，力傳感器120可以用于檢測(cè)是否遭遇到阻礙物和障礙物。
回憶一下，在致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)對(duì)接中，通常，對(duì)接設(shè)備在一側(cè)配有導(dǎo)銷(xiāo)912，在另一側(cè)配有配合導(dǎo)孔912a，以便引導(dǎo)測(cè)試頭100與器件處理器(圖12(a)中的1208)或檢測(cè)器的測(cè)試點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)。倘若導(dǎo)銷(xiāo)912有足夠的長(zhǎng)度且導(dǎo)孔912a有足夠的深度，配合到兩個(gè)密配導(dǎo)孔912a中的兩個(gè)導(dǎo)銷(xiāo)912將在五個(gè)空間自由度中提供對(duì)準(zhǔn)。如果對(duì)接表面是平面，這些自由度包括平面內(nèi)的X、Y和θ和相對(duì)于平面的俯仰和橫滾。其余自由度是受對(duì)接致動(dòng)器機(jī)構(gòu)控制的兩個(gè)平面之間的垂直距離。這種技術(shù)也可以用在操縱器驅(qū)動(dòng)對(duì)接中；但是，其它技術(shù)也是已知的，譬如，在前面討論的[Graham等人]中公開(kāi)的那種技術(shù)。
下面概括有關(guān)操縱器驅(qū)動(dòng)對(duì)接的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程顯示在圖15(n)所示的流程圖中。這個(gè)過(guò)程遵循前面致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)對(duì)接過(guò)程的一般形式。
1)系統(tǒng)已作好把測(cè)試頭或負(fù)載100從與目標(biāo)設(shè)備分離的開(kāi)始點(diǎn)移動(dòng)到準(zhǔn)備對(duì)接位置的準(zhǔn)備。
a)如步驟1630所示，使水平(內(nèi)外、左右、和橫滾)軸上的柔順驅(qū)動(dòng)器和/或BCAA進(jìn)入柔順準(zhǔn)備狀態(tài)，并鎖住它們的鎖定器118。
b)如步驟1631所示，使俯仰和橫擺BCAA進(jìn)入柔順準(zhǔn)備狀態(tài)，并鎖住它們的鎖定器118。
c)如步驟1632所示，使垂直驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上的BCAA進(jìn)入柔順準(zhǔn)備狀態(tài)(利用柔順準(zhǔn)備序列)，并解開(kāi)它的鎖定器118。
2)如步驟1633所示，現(xiàn)在把測(cè)試頭或負(fù)載100移動(dòng)到準(zhǔn)備與目標(biāo)設(shè)備對(duì)接的位置。為此，控制器控制致動(dòng)器沿著運(yùn)動(dòng)路徑移動(dòng)測(cè)試頭100，使它進(jìn)入準(zhǔn)備對(duì)接位置，其中，兩個(gè)半部的對(duì)接設(shè)備已經(jīng)接近它們的配合物或剛好與它們的配合物接合。控制器可以利用一些算法來(lái)實(shí)現(xiàn)它，或者，操作者通過(guò)將按鈕、操縱桿、和/或其它適用輸入器件應(yīng)用于控制器來(lái)引導(dǎo)這個(gè)過(guò)程。
3)從準(zhǔn)備狀態(tài)到對(duì)接狀態(tài)，再到完全對(duì)接狀態(tài)a)準(zhǔn)備使具有BCAA的操縱器的所有軸都重新達(dá)到平衡。如步驟1634所示，依次使每個(gè)BCAA達(dá)到平衡。使特定的BCAA達(dá)到平衡可能擾亂一些其它BCAA的平衡。于是，重復(fù)這個(gè)過(guò)程，直到每個(gè)BCAA的力傳感器120都指示平衡狀態(tài)(典型地，這個(gè)目的通過(guò)疊代3次或更少次數(shù)，通常是疊代2次來(lái)達(dá)到)。
b)如步驟1635所示，如果壓力傳感器包含在BCAA的任何一個(gè)中，那么，通過(guò)控制器讀出當(dāng)前壓力，將其存儲(chǔ)在控制器存儲(chǔ)器中，供以后使用。
c)如步驟1636所示，確定將受到驅(qū)動(dòng)和控制的軸。這些可以在專(zhuān)門(mén)設(shè)備中通過(guò)設(shè)計(jì)預(yù)先確定，但是，在一般情況下，正在將測(cè)試頭100與之對(duì)接的設(shè)備將確定它們。通常，所選軸至少實(shí)現(xiàn)沿著與處理器或檢測(cè)器的對(duì)接平面垂直的路徑的移動(dòng)，處理器或檢測(cè)器的對(duì)接平面可以是水平的、垂直的、或與水平面成某一角度的傾斜的。在某些應(yīng)用中，可以驅(qū)動(dòng)和控制使被帶到一起的兩個(gè)表面的平面化得以實(shí)現(xiàn)的軸是理想的。
d)如步驟1637所示，將在非驅(qū)動(dòng)和非控制軸中的鎖定器118統(tǒng)統(tǒng)解開(kāi)，以便在移動(dòng)到完全對(duì)接位置的同時(shí)，允許沿著這些軸作平衡柔順運(yùn)動(dòng)。將受到驅(qū)動(dòng)和控制的軸的鎖定器118保持在鎖定狀態(tài)(請(qǐng)注意，正如授予Holt等人的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)09/646,072所述的那樣，通過(guò)設(shè)計(jì)，每當(dāng)不驅(qū)動(dòng)電機(jī)和橫滾軸未受到驅(qū)動(dòng)時(shí)，使橫滾軸電機(jī)的離合器自動(dòng)脫開(kāi)。還請(qǐng)注意，如果橫滾軸要作為對(duì)接運(yùn)動(dòng)的一部分而受到驅(qū)動(dòng)，那么，需要配有如上所述實(shí)現(xiàn)非轉(zhuǎn)矩限制操作的裝置)。現(xiàn)在，測(cè)試頭或負(fù)載100處在平衡柔順狀態(tài)。
e)如步驟1638所示，測(cè)試頭100進(jìn)一步移動(dòng)到傳感器確定的初步對(duì)準(zhǔn)位置和/或把逐漸變細(xì)的導(dǎo)銷(xiāo)912部分插入導(dǎo)銷(xiāo)插孔912a之中。這樣，測(cè)試頭100在千分之幾英寸內(nèi)和在大約1度共面性?xún)?nèi)與目標(biāo)設(shè)備對(duì)準(zhǔn)。這是通常小于1英寸的總體運(yùn)動(dòng)，并且，在操縱器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，通常利用控制器進(jìn)行移動(dòng)，迫使測(cè)試頭100進(jìn)入這個(gè)初步對(duì)準(zhǔn)位置。為此，控制器迫使測(cè)試頭100沿著與目標(biāo)設(shè)備中對(duì)接區(qū)的平面相垂直的直線(xiàn)路徑移動(dòng)。如果在這個(gè)步驟中使用了除了上面在步驟2)c)中選擇的軸之外的軸，那么，必須在移動(dòng)之前鎖住它們，并在移動(dòng)之后再次解開(kāi)它們(使其它軸保持在解開(kāi)狀態(tài)，以允許必要的柔順性)。
f)如步驟1639所示，把測(cè)試頭100驅(qū)動(dòng)到與目標(biāo)設(shè)備的完全對(duì)接位置。上面在步驟1636中選擇的軸受系統(tǒng)控制器驅(qū)動(dòng)和控制，使測(cè)試頭100沿著適當(dāng)路徑移動(dòng)到它的完全對(duì)接位置。隨著測(cè)試頭100被驅(qū)動(dòng)到最后對(duì)接位置，它可以在所有的非選軸中自由地作柔順運(yùn)動(dòng)。但是，如果需要，某些非選軸可以使它們的鎖定器118接合以限制在相應(yīng)自由度內(nèi)的柔順運(yùn)動(dòng)；但是，一般說(shuō)來(lái)，這不是優(yōu)選的操作模式。當(dāng)發(fā)生這種運(yùn)動(dòng)時(shí)，監(jiān)視適當(dāng)?shù)奈恢脗鞲衅?。?dāng)測(cè)試頭已經(jīng)到達(dá)它的完全對(duì)接位置時(shí)，至少需要一個(gè)或多個(gè)位置傳感器發(fā)出信號(hào)。倘若在這個(gè)過(guò)程中適當(dāng)?shù)妮S受到驅(qū)動(dòng)和控制，隨著測(cè)試頭100被移動(dòng)到對(duì)接位置，在必要的時(shí)候，可以使用其它傳感器來(lái)保持和提高測(cè)試頭100的對(duì)準(zhǔn)和平面化。
4)如步驟1640所示，當(dāng)測(cè)試頭100完全對(duì)接時(shí)，使驅(qū)動(dòng)軸(上面在步驟1636中選擇的)停止和保持在完全對(duì)接狀態(tài)。除非在對(duì)接硬件中配備了鎖閂機(jī)構(gòu)以測(cè)試頭100保持在它的對(duì)接位置，則在測(cè)試頭100的隨后測(cè)試和使用期間，它們必須保持在這個(gè)狀態(tài)。這樣的鎖閂器可以由控制器來(lái)控制并在表示已經(jīng)到達(dá)對(duì)接位置的信號(hào)時(shí)致動(dòng)。
將測(cè)試頭保持在與測(cè)試頭設(shè)備的對(duì)接位置的可替換技術(shù)包括鎖住或不鎖住一些或全部操縱器運(yùn)動(dòng)軸。另外的技術(shù)是通過(guò)監(jiān)視和保持BCAA的缸128中的壓力來(lái)保持測(cè)試頭100的平衡狀態(tài)。
在對(duì)接方法中，在每種情況下都要識(shí)別測(cè)試頭100的兩個(gè)中間位置在兩種情況中的準(zhǔn)備對(duì)接位置、和在致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)對(duì)接中的準(zhǔn)備驅(qū)動(dòng)位置和在操縱器驅(qū)動(dòng)對(duì)接中的相應(yīng)初步對(duì)準(zhǔn)位置。在某些情況下，兩個(gè)中間位置可以是同一個(gè)。此外，在某些對(duì)接中，機(jī)構(gòu)捕獲器可以用于捕獲測(cè)試頭100和使測(cè)試頭保持在這些中間位置之一或兩者中。當(dāng)這些捕獲器被啟動(dòng)時(shí)，它們防止測(cè)試頭100離開(kāi)為對(duì)接位置而獲得的對(duì)接位置，而是使它移動(dòng)到對(duì)接位置附近。使用這些方法擴(kuò)大了上述方法，而不是創(chuàng)造了新方法。
雖然已經(jīng)對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了圖示和描述，但是，應(yīng)該明白，這樣的實(shí)施例只是通過(guò)舉例來(lái)提供的。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以作出許許多多變型、改變和替換，而不偏離本發(fā)明的精神。因此，我們認(rèn)為，所附權(quán)利要求書(shū)涵蓋落在本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)的所有這樣的變型。
權(quán)利要求
1.一種支承負(fù)載的設(shè)備，所述設(shè)備包括支承結(jié)構(gòu)，用于支承所述負(fù)載；驅(qū)動(dòng)單元，用于沿著某一方向驅(qū)動(dòng)所述支承結(jié)構(gòu)；柔順單元，用于向所述支承結(jié)構(gòu)提供運(yùn)動(dòng)范圍，由于所述驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)所述支承結(jié)構(gòu)，所述驅(qū)動(dòng)單元改變所述運(yùn)動(dòng)范圍所處的位置；以及鎖定器，用于當(dāng)所述鎖定器處在鎖定狀態(tài)時(shí)，把所述負(fù)載的位置保持在所述運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的某一點(diǎn)上。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述柔順單元包括在所述運(yùn)動(dòng)范圍的每一端上的止動(dòng)器。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，向所述驅(qū)動(dòng)單元供能。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，當(dāng)所述鎖定器處在解開(kāi)狀態(tài)時(shí)，所述負(fù)載的位置可以通過(guò)克服所述負(fù)載的滑動(dòng)摩擦在所述運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)改變。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述方向處在水平面上。
6.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述運(yùn)動(dòng)范圍是相對(duì)于所述驅(qū)動(dòng)單元的。
7.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述柔順單元是液壓缸，而所述運(yùn)動(dòng)范圍由包含在所述液壓缸內(nèi)的活塞的沖程來(lái)決定。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，所述液壓缸包括在所述活塞的第一側(cè)上的第一端口、在所述活塞的第二側(cè)上的第二端口、和連接所述第一端口和第二端口的導(dǎo)管，所述缸包含在所述第一端口和第二端口之間的所述導(dǎo)管中流動(dòng)的不可壓縮流體，和所述支承結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致流體在所述第一端口和第二端口之間流動(dòng)。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，所述導(dǎo)管包括一個(gè)閥門(mén)，當(dāng)所述閥門(mén)處在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，它阻止流體在所述第一端口和第二端口之間流動(dòng)，所述阻止流體流動(dòng)保持所述支承結(jié)構(gòu)相對(duì)于所述柔順單元的位置的位置。
10.一種支承負(fù)載的設(shè)備，所述設(shè)備包括支承結(jié)構(gòu)，用于支承所述負(fù)載；驅(qū)動(dòng)單元，用于沿著某一方向驅(qū)動(dòng)所述支承結(jié)構(gòu)；以及柔順單元，用于向所述支承結(jié)構(gòu)提供運(yùn)動(dòng)范圍，所述柔順單元包括與所述支承結(jié)構(gòu)耦合的第一致動(dòng)器和與所述支承結(jié)構(gòu)耦合的第二致動(dòng)器，其中，所述第一致動(dòng)器和所述第二致動(dòng)器中至少一個(gè)工作改變所述運(yùn)動(dòng)范圍至少一個(gè)界限。
11.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，所述柔順單元還包括與所述驅(qū)動(dòng)單元耦合的柔順軸、和與所述柔順軸耦合的柔順止動(dòng)器，由此，驅(qū)動(dòng)所述柔順軸的所述驅(qū)動(dòng)單元改變所述柔順止動(dòng)器在所述運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的位置，所述運(yùn)動(dòng)范圍由所述第一致動(dòng)器和所述第二致動(dòng)器的位置來(lái)限定。
12.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，所述驅(qū)動(dòng)單元沿著朝向所述第一致動(dòng)器的第一方向驅(qū)動(dòng)所述柔順止動(dòng)器，所述驅(qū)動(dòng)單元沿著朝向所述第二致動(dòng)器的第二方向驅(qū)動(dòng)所述柔順止動(dòng)器，當(dāng)所述柔順止動(dòng)器與所述第一致動(dòng)器接觸時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)單元沿著所述第一方向驅(qū)動(dòng)所述支承結(jié)構(gòu)，而當(dāng)所述柔順止動(dòng)器與所述第二致動(dòng)器接觸時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)單元沿著所述第二方向驅(qū)動(dòng)所述支承結(jié)構(gòu)。
13.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，所述驅(qū)動(dòng)單元與所述鎖定器耦合，使得當(dāng)所述鎖定器處在解開(kāi)狀態(tài)時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)單元在所述運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)驅(qū)動(dòng)所述鎖定器。
14.一種支承負(fù)載的設(shè)備，包括支承結(jié)構(gòu)，用于支承所述負(fù)載；與所述支承結(jié)構(gòu)耦合的柔順單元，用于向所述支承結(jié)構(gòu)提供運(yùn)動(dòng)范圍，所述柔順單元包括鎖定器，用于當(dāng)所述鎖定器處在所述鎖定狀態(tài)時(shí)，把所述支承結(jié)構(gòu)保持在所述運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的某一位置上；以及與所述柔順單元耦合的驅(qū)動(dòng)單元，用于沿著某一方向驅(qū)動(dòng)所述支承結(jié)構(gòu)，當(dāng)所述鎖定器處在所述鎖定狀態(tài)時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)單元由于所述驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)所述支承結(jié)構(gòu)而改變所述運(yùn)動(dòng)范圍所處的位置。
15.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，當(dāng)所述鎖定器處在解開(kāi)狀態(tài)時(shí)，所述鎖定器在所述運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的位置可由于所述驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)所述鎖定器而改變。
16.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，所述柔順單元包括在所述運(yùn)動(dòng)范圍的每一端上的止動(dòng)器，所述鎖定器處在所述止動(dòng)器之間。
17.如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中，當(dāng)所述鎖定器與所述止動(dòng)器之一接觸時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)單元在所述鎖定器解開(kāi)的情況下沿所述方向驅(qū)動(dòng)所述負(fù)載。
18.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，向所述驅(qū)動(dòng)單元供能。
19.一種支承負(fù)載的設(shè)備，所述設(shè)備包括支承結(jié)構(gòu)，用于支承所述負(fù)載；與所述支承結(jié)構(gòu)耦合的柔順軸，用于向所述支承結(jié)構(gòu)提供運(yùn)動(dòng)范圍，所述柔順軸包括鎖定器，用于當(dāng)所述鎖定器處在鎖定狀態(tài)時(shí)，保持所述支承結(jié)構(gòu)相對(duì)于所述柔順軸的位置的位置；以及與所述鎖定器耦合的致動(dòng)器，用于沿著某一方向驅(qū)動(dòng)所述支承結(jié)構(gòu)，當(dāng)所述鎖定器處在鎖定狀態(tài)時(shí)，所述致動(dòng)器由于所述致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)所述支承結(jié)構(gòu)而改變所述運(yùn)動(dòng)范圍所處的位置。
20.如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中，當(dāng)所述鎖定器處在解開(kāi)狀態(tài)時(shí)，所述鎖定器在所述運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的位置可由于所述致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)所述鎖定器而改變。
21.如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中，所述柔順單元包括在所述運(yùn)動(dòng)范圍的每一端上的止動(dòng)器。
22.一種支承負(fù)載的設(shè)備，所述設(shè)備包括支承結(jié)構(gòu)，用于支承所述負(fù)載；與所述支承結(jié)構(gòu)耦合的柔順軸，用于向所述支承結(jié)構(gòu)提供運(yùn)動(dòng)范圍；和與所述柔順軸耦合的致動(dòng)器，用于沿著某一方向驅(qū)動(dòng)所述支承結(jié)構(gòu)。
23.一種支承負(fù)載的設(shè)備，所述設(shè)備包括支承結(jié)構(gòu)，用于支承所述負(fù)載；通過(guò)鎖定器與所述支承結(jié)構(gòu)耦合的柔順軸，用于向所述支承結(jié)構(gòu)提供運(yùn)動(dòng)范圍，當(dāng)所述鎖定器處在鎖定狀態(tài)時(shí)，所述鎖定器保持所述支承結(jié)構(gòu)相對(duì)于所述柔順軸的位置的位置；以及與所述柔順軸耦合的致動(dòng)器，用于沿著某一方向驅(qū)動(dòng)所述支承結(jié)構(gòu)，當(dāng)所述鎖定器處在所述鎖定狀態(tài)時(shí)，所述致動(dòng)器由于所述致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)所述支承結(jié)構(gòu)而改變所述運(yùn)動(dòng)范圍所處的位置。
24.如權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其中，所述柔順單元包括在所述運(yùn)動(dòng)范圍的每一端上的止動(dòng)器。
25.如權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其中，向所述致動(dòng)器供能。
26.一種將測(cè)試頭與處理器對(duì)接的方法，所述方法包括如下步驟測(cè)量沿著所述測(cè)試頭的多根運(yùn)動(dòng)軸的至少一根的不平衡力；向所述不平衡力提供反力；以及將附在所述測(cè)試頭和所述處理器之一上的多個(gè)對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)與附在所述測(cè)試頭和所述處理器另一個(gè)上的數(shù)個(gè)對(duì)準(zhǔn)插孔的至少一個(gè)對(duì)準(zhǔn)，所述對(duì)準(zhǔn)步驟是提供所述反力的同時(shí)完成的。
27.一種將測(cè)試頭與器件處理器對(duì)接的方法，所述方法包括如下步驟提供包括如下配置的設(shè)備控制器；具有受控制器控制的致動(dòng)器并限定交接面的對(duì)接設(shè)備；測(cè)試頭操縱器，其包括使測(cè)試頭相對(duì)于交接面與器件處理器平面化的兩個(gè)或更多個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度；使測(cè)試頭沿著與交接面垂直的軸運(yùn)動(dòng)的、受控制器控制的一根或多根運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸；操縱測(cè)試頭進(jìn)入準(zhǔn)備對(duì)準(zhǔn)位置；使測(cè)試頭平面化；沿著所述軸把測(cè)試頭驅(qū)動(dòng)到準(zhǔn)備驅(qū)動(dòng)位置；以及操作致動(dòng)器，把測(cè)試頭推入完全對(duì)接位置。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，還包括如下步驟當(dāng)處在完全對(duì)接位置中時(shí)，鎖閂測(cè)試頭。
29.如權(quán)利要求27所述的方法，還包括如下步驟當(dāng)測(cè)試頭處在完全對(duì)接位置中時(shí)，鎖閂驅(qū)動(dòng)軸。
30.如權(quán)利要求27所述的方法，其中，平衡與所述兩個(gè)或更多個(gè)自由度相對(duì)應(yīng)的一根或多根軸。
31.如權(quán)利要求27所述的方法，其中，與所述兩個(gè)或更多個(gè)自由度相對(duì)應(yīng)的一根或多根軸是柔順的。
32.如權(quán)利要求27所述的方法，其中，與所述兩個(gè)或更多個(gè)自由度相對(duì)應(yīng)的一根或多根軸受到驅(qū)動(dòng)并由控制器控制。
33.如權(quán)利要求27所述的方法，其中，一根或多根驅(qū)動(dòng)軸是柔順的。
34.如權(quán)利要求27所述的方法，其中，一根或多根驅(qū)動(dòng)軸是平衡的。
35.如權(quán)利要求30所述的方法，其中，一根或多根平衡軸由平衡單元來(lái)平衡。
36.如權(quán)利要求34所述的方法，其中，一根或多根平衡軸由平衡單元來(lái)平衡。
37.一種將測(cè)試頭與器件處理器對(duì)接的方法，所述方法包括如下步驟提供包括如下的設(shè)備控制器；限定交接面的對(duì)接設(shè)備；測(cè)試頭操縱器，其具有使測(cè)試頭相對(duì)于交接面與器件處理器平面化的兩個(gè)或更多個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度；使測(cè)試頭沿著與交接面垂直的軸運(yùn)動(dòng)、由控制器控制的一根或多根運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸；操縱測(cè)試頭進(jìn)入準(zhǔn)備對(duì)準(zhǔn)位置；使測(cè)試頭平面化；以及沿著所述軸把測(cè)試頭驅(qū)動(dòng)到完全對(duì)接位置。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，還包括如下步驟當(dāng)處在完全對(duì)接位置中時(shí)，鎖閂鎖定器。
39.如權(quán)利要求37所述的方法，還包括如下步驟當(dāng)測(cè)試頭處在完全對(duì)接位置中時(shí)，鎖閂驅(qū)動(dòng)軸。
40.如權(quán)利要求37所述的方法，其中，與所述兩個(gè)或更多個(gè)自由度相對(duì)應(yīng)的一根或多根軸是平衡的。
41.如權(quán)利要求37所述的方法，其中，與所述兩個(gè)或更多個(gè)自由度相對(duì)應(yīng)的一根或多根軸是柔順的。
42.如權(quán)利要求37所述的方法，其中，與所述兩個(gè)或更多個(gè)自由度相對(duì)應(yīng)的一根或多根軸受到驅(qū)動(dòng)并由控制器控制。
43.如權(quán)利要求37所述的方法，其中，一根或多根驅(qū)動(dòng)軸是柔順的。
44.如權(quán)利要求37所述的方法，其中，一根或多根驅(qū)動(dòng)軸是平衡的。
45.如權(quán)利要求40所述的方法，其中，一根或多根平衡軸由平衡單元來(lái)平衡。
46.如權(quán)利要求44所述的方法，其中，一根或多根平衡軸由平衡單元來(lái)平衡。
47.一種將固定在測(cè)試頭操縱器中的電子測(cè)試頭與電子器件處理器對(duì)接的方法，所述方法包括如下步驟測(cè)量沿著或繞所述測(cè)試頭操縱器的多根運(yùn)動(dòng)軸的至少一根的不平衡力的大?。灰约盀樗霾黄胶饬μ峁┓戳?，直到所述不平衡力基本上是零為止。
48.如權(quán)利要求47所述的方法，還包括如下步驟在對(duì)接所述測(cè)試頭的同時(shí)，保持所述反力。
49.如權(quán)利要求47所述的方法，還包括如下步驟記錄所述反力的大小。
50.如權(quán)利要求47所述的方法，還包括如下步驟在使所述測(cè)試頭脫離之前，重新施加所述反力。
51.如權(quán)利要求47所述的方法，還包括如下步驟借助于氣壓缸施加所述反力。
52.如權(quán)利要求51所述的方法，還包括如下步驟測(cè)量和記錄產(chǎn)生所述反力的氣體壓力。
53.如權(quán)利要求51所述的方法，還包括如下步驟在對(duì)接所述測(cè)試頭的同時(shí)，保持施加在所述氣壓缸上的氣體壓力。
54.如權(quán)利要求51所述的方法，還包括如下步驟在使所述測(cè)試頭脫離之前，恢復(fù)氣體壓力并將氣體壓力重新施加到所述氣壓缸上。
55.一種將電子測(cè)試頭與電子器件處理器對(duì)接的方法，所述方法包括如下步驟測(cè)量沿著或繞所述測(cè)試頭操縱器的多根運(yùn)動(dòng)軸的至少一根的不平衡力的大??；提供所述不平衡力的反力，直到所述不平衡力基本上是零為止；以及在施加所述反力的同時(shí)，把所述測(cè)試頭移向相對(duì)于所述器件處理器的對(duì)接位置。
56.如權(quán)利要求55所述的方法，還包括如下步驟在對(duì)接所述測(cè)試頭的同時(shí)，保持所述反力。
57.如權(quán)利要求55所述的方法，還包括如下步驟記錄所述反力的大小。
58.如權(quán)利要求55所述的方法，還包括如下步驟在使所述測(cè)試頭脫離之前，重新施加所述反力。
59.如權(quán)利要求55所述的方法，還包括如下步驟借助于氣壓缸施加所述反力。
60.如權(quán)利要求59所述的方法，還包括如下步驟測(cè)量和記錄產(chǎn)生所述反力的氣體壓力。
61.如權(quán)利要求59所述的方法，還包括如下步驟在對(duì)接所述測(cè)試頭的同時(shí)，保持施加在所述氣壓缸上的氣體壓力。
62.如權(quán)利要求59所述的方法，還包括如下步驟在使所述測(cè)試頭脫離之前，恢復(fù)氣體壓力并將氣體壓力重新施加到所述氣壓缸上。
63.一種將固定在測(cè)試頭操縱器中的電子測(cè)試頭與電子器件處理器對(duì)接的方法，所述方法包括如下步驟測(cè)量沿著或繞所述測(cè)試頭操縱器的多根運(yùn)動(dòng)軸的至少一根的不平衡力的大?。粸樗霾黄胶饬μ峁┓戳?，直到所述不平衡力基本上是零為止；以及在施加所述反力的同時(shí)，將所述測(cè)試頭移向相對(duì)于所述器件處理器的對(duì)接位置上。
64.如權(quán)利要求63所述的方法，還包括如下步驟在對(duì)接所述測(cè)試頭的同時(shí)，保持所述反力。
65.如權(quán)利要求63所述的方法，還包括如下步驟記錄所述反力的大小。
66.如權(quán)利要求63所述的方法，還包括如下步驟在使所述測(cè)試頭脫離之前，重新施加所述反力。
67.如權(quán)利要求63所述的方法，還包括如下步驟借助于氣壓缸施加所述反力。
68.如權(quán)利要求67所述的方法，還包括如下步驟測(cè)量和記錄產(chǎn)生所述反力的氣體壓力。
69.如權(quán)利要求67所述的方法，還包括如下步驟在對(duì)接所述測(cè)試頭的同時(shí)，保持施加在所述氣壓缸上的氣體壓力。
70.如權(quán)利要求67所述的方法，還包括如下步驟在使所述測(cè)試頭脫離之前，恢復(fù)氣體壓力并將氣體壓力重新施加到所述氣壓缸上。
71.如權(quán)利要求26所述的方法，還包括如下步驟在對(duì)接所述測(cè)試頭的同時(shí)，保持所述反力。
72.如權(quán)利要求26所述的方法，還包括如下步驟記錄所述反力的大小。
73.如權(quán)利要求26所述的方法，還包括如下步驟在使所述測(cè)試頭脫離之前，重新施加所述反力。
74.如權(quán)利要求26所述的方法，還包括如下步驟借助于氣壓缸施加所述反力。
75.如權(quán)利要求74所述的方法，還包括如下步驟測(cè)量和記錄產(chǎn)生所述反力的氣體壓力。
76.如權(quán)利要求74所述的方法，還包括如下步驟在對(duì)接所述測(cè)試頭的同時(shí)，保持施加在所述氣壓缸上的氣體壓力。
77.如權(quán)利要求74所述的方法，還包括如下步驟在使所述測(cè)試頭脫離之前，恢復(fù)氣體壓力并將氣體壓力重新施加到所述氣壓缸上。
78.如權(quán)利要求35所述的方法，還包括如下步驟在對(duì)接所述測(cè)試頭的同時(shí)，保持所述平衡單元提供的反力，以使所述一根或多根平衡軸平衡。
79.如權(quán)利要求35所述的方法，還包括如下步驟記錄所述平衡單元提供的使所述一根或多根平衡軸平衡的反力的大小。
80.如權(quán)利要求35所述的方法，還包括如下步驟在使所述測(cè)試頭脫離之前，重新施加由所述平衡單元提供的使所述一根或多根平衡軸平衡的反力。
81.如權(quán)利要求35所述的方法，還包括如下步驟借助于氣壓缸施加由所述平衡單元提供的使所述一根或多根平衡軸平衡的反力。
82.如權(quán)利要求81所述的方法，還包括如下步驟測(cè)量和記錄產(chǎn)生所述反力的氣體壓力。
83.如權(quán)利要求81所述的方法，還包括如下步驟在對(duì)接所述測(cè)試頭的同時(shí)，保持施加在所述氣壓缸上的氣體壓力。
84.如權(quán)利要求81所述的方法，還包括如下步驟在使所述測(cè)試頭脫離之前，恢復(fù)氣體壓力并將氣體壓力重新施加到所述氣壓缸上。
85.如權(quán)利要求36所述的方法，還包括如下步驟在對(duì)接所述測(cè)試頭的同時(shí)，保持由所述平衡單元提供的使所述一根或多根平衡軸平衡的反力。
86.如權(quán)利要求36所述的方法，還包括如下步驟記錄由所述平衡單元提供的使所述一根或多根平衡軸平衡的反力大小。
87.如權(quán)利要求36所述的方法，還包括如下步驟在使所述測(cè)試頭脫離之前，重新施加由所述平衡單元提供的使所述一根或多根平衡軸平衡的反力。
88.如權(quán)利要求36所述的方法，還包括如下步驟借助于氣壓缸施加由所述平衡單元提供的使所述一根或多根平衡軸平衡的反力。
89.如權(quán)利要求88所述的方法，還包括如下步驟測(cè)量和記錄產(chǎn)生所述反力的氣體壓力。
90.如權(quán)利要求88所述的方法，還包括如下步驟在對(duì)接所述測(cè)試頭的同時(shí)，保持施加在所述氣壓缸上的氣體壓力。
91.如權(quán)利要求88所述的方法，還包括如下步驟在使所述測(cè)試頭脫離之前，恢復(fù)氣體壓力并將氣體壓力重新施加到所述氣壓缸上。
92.如權(quán)利要求45所述的方法，還包括如下步驟在對(duì)接所述測(cè)試頭的同時(shí)，保持由所述平衡單元提供的使所述一根或多根平衡軸平衡的反力。
93.如權(quán)利要求45所述的方法，還包括如下步驟記錄由所述平衡單元提供的使所述一根或多根平衡軸平衡的反力大小。
94.如權(quán)利要求45所述的方法，還包括如下步驟在使所述測(cè)試頭脫離之前，重新施加由所述平衡單元提供的使所述一根或多根平衡軸平衡的反力。
95.如權(quán)利要求45所述的方法，還包括如下步驟借助于氣壓缸施加由所述平衡單元提供的使所述一根或多根平衡軸平衡的反力。
96.如權(quán)利要求95所述的方法，還包括如下步驟測(cè)量和記錄產(chǎn)生所述反力的氣體壓力。
97.如權(quán)利要求95所述的方法，還包括如下步驟在對(duì)接所述測(cè)試頭的同時(shí)，保持施加在所述氣壓缸上的氣體壓力。
98.如權(quán)利要求95所述的方法，還包括如下步驟在使所述測(cè)試頭脫離之前，恢復(fù)氣體壓力并將氣體壓力重新施加到所述氣壓缸上。
99.如權(quán)利要求46所述的方法，還包括如下步驟在對(duì)接所述測(cè)試頭的同時(shí)，保持由所述平衡單元提供的使所述一根或多根平衡軸平衡的反力。
100.如權(quán)利要求46所述的方法，還包括如下步驟記錄所述平衡單元提供的使所述一根或多根平衡軸平衡的反力大小。
101.如權(quán)利要求46所述的方法，還包括如下步驟在使所述測(cè)試頭脫離之前，重新施加由所述平衡單元提供的使所述一根或多根平衡軸平衡的反力。
102.如權(quán)利要求46所述的方法，還包括如下步驟借助于氣壓缸施加由所述平衡單元提供的使所述一根或多根平衡軸平衡的反力。
103.如權(quán)利要求102所述的方法，還包括如下步驟測(cè)量和記錄產(chǎn)生所述反力的氣體壓力。
104.如權(quán)利要求102所述的方法，還包括如下步驟在對(duì)接所述測(cè)試頭的同時(shí)，保持施加在所述氣壓缸上的氣體壓力。
105.如權(quán)利要求102所述的方法，還包括如下步驟在使所述測(cè)試頭脫離之前，恢復(fù)氣體壓力并將氣體壓力重新施加到所述氣壓缸上。
全文摘要
一種支承像電子測(cè)試頭那樣的負(fù)載的設(shè)備。力傳感器檢測(cè)從負(fù)載接收的力，該力來(lái)源于所述負(fù)載不平衡而繞所述負(fù)載的轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。力源響應(yīng)力傳感器檢測(cè)的力，提供相對(duì)于負(fù)載的反力。還提供了一種把固定在測(cè)試頭操縱器中的電子測(cè)試頭與電子器件處理器對(duì)接的方法。該對(duì)接方法包括測(cè)量沿著或繞測(cè)試頭操縱器的多根運(yùn)動(dòng)軸的至少一根的不平衡力的大小，以及為不平衡力提供反力。
文檔編號(hào)B23Q1/25GK101038301SQ20071000771
公開(kāi)日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2001年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月22日
發(fā)明者尼爾·O·奈, 亨利·M·阿庫(kù)卡, 阿利恩·R·霍爾特 申請(qǐng)人:因泰斯特Ip公司