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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Positionierungssysteme
für Testköpfe zum
Testen elektronischer Komponenten und genauer auf Positionierungssysteme,
um eine vertikale konforme Bewegung der Testköpfe zum Testen elektronischer
Komponenten zu schaffen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Beim
automatischen Testen elektronischer Komponenten, wie z. B. integrierter
Schaltungen (ICs), ist es üblich,
ein System zu verwenden, das eine "Handhabungsvorrichtung" enthält, um das
zu testende Element handzuhaben. Die Handhabungsvorrichtung kann
eine Handhabungseinrichtung für paketierte
Vorrichtungen, eine Wafer-Untersuchungseinrichtung oder eine andere
Handhabungsausrüstung
sein; der verwendete Typ der Handhabungsvorrichtung kann von der
Stufe der Herstellung oder Entwicklung abhängig sein, in der das Testen auftritt.
Die Handhabungsvorrichtung bringt jede getestete Vorrichtung (DUT)
wiederum an eine enthaltene Teststelle, wo sie mit einem Testsockel,
einer Sondenkarte oder dergleichen verbunden wird, wo sie elektronisch
getestet werden kann.
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Das
elektronische Testen selbst wird durch ein großes und durchdachtes automatisches
Testsystem bereitgestellt, das einen Testkopf enthält. Der Testkopf
ist oft mittels eines Kabels, das elektrische Leistung, Signale
und möglicherweise
andere erwünschte
Elemente, wie Z. B. ein Kühlmittel
für den Testkopf, überträgt, mit
einem Großrechner
verbunden. Der Testkopf stellt der DUT die elektrische Leistung
und die Testsignale bereit. Der Testkopf ist oft dicht mit elektronischen
Hochgeschwindigkeits-Präzisionsschaltungen
gepackt, um das genaue Hochgeschwindigkeitstesten der hochentwickelten
Vorrichtungen auszuführen.
Folglich ist der Testkopf sehr schwer, in der Größenordnung von 40 bis 1000 Kilogramm
oder mehr. In sehr hochentwickelten Testköpfen kann die Schaltungsanordnung
erfordern, dass das Kühlmittel
durch den Testkopf gepumpt wird, was sowohl zum Gewicht des Testkopfes
als auch zum Gewicht und zur Steifigkeit des Kabels signifikant
beiträgt.
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Wenn
getestet wird, muss sich der Testkopf so nah wie möglich an
der Teststelle der Handhabungsvorrichtung befinden, um die Signalverschlechterung
zu mini mieren. Demzufolge kann es erforderlich sein, dass der Testkopf
an die Handhabungsvorrichtung angekoppelt wird. Ein Testkopf-Positionierungssystem
kann verwendet werden, um den Testkopf in Bezug auf die Handhabungsvorrichtung
zu positionieren, wobei es konstruiert sein kann, um die flexible
Ankopplung und Abkopplung eines Testkopfes an verschiedene Handhabungsvorrichtungen
zu unterstützen.
Ein Testkopf-Positionierungssystem kann außerdem als eine Testkopf-Positioniereinrichtung
oder ein Testkopf-Manipulator bezeichnet werden. Testkopf-Positionierungssysteme
sind in zahlreichen Patienten beschrieben worden, wobei bestimmte
Patente von Interesse später
erwähnt
werden.
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Das
Ankoppeln ist wohlbekannt und in der Patentliteratur dokumentiert.
US-Patent 4.589.815 (an
Smith) beschreibt z. B. ein frühes
Ankopplungssystem, dessen Prinzipien sich immer noch in allgemeiner
Verwendung befinden. Außerdem
stellen die internationalen WIPO-Veröffentlichungen
WO 02/25292 A2 (Ny u. a.)
und
WO 01/64389 A2 (Holt
u. a.) allgemeinere Erörterungen
des heutigen Ankoppelns bereit und enthalten mehrere weitere Literaturhinweise.
Einige einschlägige
Konzepte sind in den folgenden Erörterungen an geeigneter Stelle
zusammengefasst.
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Es
ist oft erwünscht,
von Zeit zu Zeit einen gegebenen Testkopf an verschiedene Handhabungsvorrichtungen
anzukoppeln. Das Testen kann z. B. während einer Zeitdauer mit einer
bestimmten Handhabungseinrichtung für paketierte Vorrichtungen
ausgeführt
werden, wobei es dann erwünscht
sein kann, zu einer weiteren Habungseinrichtung für paketierte Vorrichtungen
zu wechseln. In anderen Situationen kann es erwünscht sein, zwischen einer
Wafer-Untersuchungseinrichtung und einer Handhabungseinrichtung
für paketierte
Vorrichtungen zu wechseln. In derartigen Fällen wird der Testkopf von
der ursprünglichen
Handhabungsvorrichtung abgekoppelt, die dann aus dem Weg bewegt
wird. Die neue Handhabungsvorrichtung wird dann an den Platz bewegt, wobei
der Testkopf an sie angekoppelt wird. Außerdem ist es oft erwünscht, den
Testkopf weg von der Handhabungsvorrichtung zu bewegen, um die Wartung
auszuführen.
Folglich kann es erforderlich sein, den Testkopf an verschiedene
unterschiedliche Handhabungsvorrichtungen leicht anzukoppeln und abzukoppeln.
Der Ort und die Orientierung der Teststellen variieren von einer
Handhabungsvorrichtung zur nächsten.
Sie kann horizontal nach oben (DUT oben), horizontal nach unten
(DUT unten), vertikal oder in einem beliebigen Winkel orientiert
sein. Folglich kann es sein, dass der Testkopf in Abhängigkeit von
der Vorrichtung, an die er angekoppelt ist, im Allgemeinen nach
oben, nach unten, horizontal oder in einem beliebigen Winkel bewegt
werden muss. Demzufolge ist in einem Testkopf-Positionierungssystem ein
ausgedehnter Bewegungsbereich erwünscht. Ein Bedarf an einen
vertikalen Bewegungsbereich von etwa einem Meter oder mehr ist z.
B. nicht ungewöhnlich.
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Das
Testkopf-Positionierungssystem ist eine mechanische Vorrichtung,
die einer Bedienungsperson erlaubt, einen Testkopf mit einer automatischen Testeinrichtung
mit einer Masse von Hunderten von Kilogramm oder mehr in die Nähe einer
Handhabungsvorrichtung zu bringen, und die erlaubt, dass der Testkopf
an sie angekoppelt wird. Da Halbleiterchips schneller und komplexer
geworden sind und weiterhin schneller und komplexer werden, sind
die Größe und das
Gewicht der Testköpfe
kontinuierlich größer geworden.
Was noch wichtiger ist, die Größe, das
Gewicht und die Steifigkeit des Kabels, das den Testkopf mit dem
Gehäuse
der automatischen Testausrüstung
verbindet, haben sich entsprechend vergrößert. Diese Faktoren haben
einen Bedarf an einem Testkopf-Positionierungssystem sowohl mit
einer vergrößerten Lastentragfähigkeit
als auch mit einem vergrößerten Bewegungsbereich
erzeugt. Wenn der Testkopf an die Handhabungsvorrichtung angekoppelt
ist, müssen
Hunderte oder Tausende empfindlicher elektrischer Kontakte präzise ausgerichtet und
angepasst sein, um zu ermöglichen,
dass die Testsignale und die Leistung zwischen der DUT und dem Testkopf übertragen
werden. Insgesamt ist es sehr herausfordernd, eine Vorrichtung zu
konstruieren, die Lasten, die viele Hunderte von Kilogramm erreichen,
mit der Präzision
frei bewegen kann, die notwendig ist, um Hunderte oder Tausende
einzelner empfindlicher elektrischer Kontakte anzupassen.
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Wie
in den vorher erwähnten
WIPO-Veröffentlichungen
ausführlicher
erörtert
ist, gibt es zwei allgemeine Kategorien des Ankoppelns: durch einen Aktuator
angetrieben und durch einen Manipulator angetrieben. Das durch einen
Aktuator angetriebene Ankoppeln, das im '815-Patent eingeführt wird, ist bei weitem die
am umfassendsten akzeptierte und verwendete Kategorie. Das durch
einen Aktuator angetriebene Ankoppeln erfordert, dass komplementäre Ausrichtungsmerkmale,
wie z. B. Ausrichtungsstifte und -aufnahmen (aber nicht eingeschränkt auf
diese), jeweils am Testkopf und der Handhabungsvorrichtung befestigt
sind. Außerdem
ist ein Betätigungsmechanismus,
wie z. B. durch Hebel angetriebene Nocken (aber nicht eingeschränkt auf
diese), die an einem von Testkopf und Handhabungsvorrichtung befestigt
sind, die sich mit Betätigungsstrukturen
in Eingriff befinden, wie z. B. Nockenstößel (aber nicht eingeschränkt auf
diese), die am anderen von Testkopf und Handhabungsvorrichtung befestigt sind,
vorgesehen. Kurz, das An koppeln erfordert, dass zuerst der Testkopf
so positioniert wird, dass er sich in nächster Nähe (z. B. innerhalb etwa eines Zentimeters)
zur Handhabungsvorrichtung und in ungefährer Ausrichtung auf die Teststelle
befindet. Es wird gesagt, dass sich das System dann in einer Position "bereit zum Ankoppeln" befindet. Der Testkopf wird
näher zu
seiner angekoppelten Position bewegt, bis der Betätigungsmechanismus
in anfänglichen Eingriff
mit den Betätigungsstrukturen
kommt. Oft sind Merkmale zur Grobausrichtung vorgesehen, um sicherzustellen,
dass diese Bewegung genau und ohne Beschädigung der empfindlichen Kontakte
ausgeführt
wird. Nun wird gesagt, dass sich das System in einem Zustand "bereit zur Betätigung" befindet. Nun kann
der Aktuator betätigt
werden, wobei er die weitere Ankopplungsbewegung beeinflusst, wobei
er den Testkopf in vollen elektrischen Kontakt mit der Teststelle
in einem "völlig angekoppelten" Zustand zieht. Typischerweise
sind Merkmale zur Feinausrichtung vorgesehen, um sicherzustellen,
dass die Kontakte innerhalb der gewünschten Toleranzen präzise ausgerichtet
sind. Der Aktuator entwickelt die notwendige Kraft, um die Systemreibung
und die Kontaktkraft zu überwinden.
In Abhängigkeit
vom System kann der Aktuator entweder angetrieben oder manuell sein.
Die relativ kleinen Bewegungen des Testkopfes, wenn er aus einer
Position nahe bei bereit zur Betätigung
zur völlig
angekoppelten Position bewegt wird, können generisch als die "Feinabstimmung" der Position des
Testkopfes bezeichnet werden.
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Folglich
ist es einleuchtend, dass der Manipulator die Masse des Testkopfes
unterstützen
muss, während
er dem Aktuator erlaubt, den Testkopf in die völlig angekoppelte Position
zu ziehen. Während
der Feinabstimmung und der Ankopplungsbetätigung hängt die allgemeine Trajektorie
des Testkopfes von der Orientierung der Teststelle der Handhabungsvorrichtung
ab. Außerdem
kann während
der Ankopplungsbetätigung
die Feinausrichtung des Testkopfes auftreten, die kleine Bewegungen
in mehreren Richtungen erfordert. Während das Testkopf-Positionierungssystem
die Masse des Testkopfes unterstützt, erlaubt
es folglich erwünscht,
dass sich der Testkopf konform frei oder in einer im Wesentlichen
gewichtslosen Weise in mehreren Freiheitsgraden bewegt. Das heißt, die
Kraft, die erforderlich ist, um die Last zu positionieren, ist beträchtlich
kleiner als die Kraft, die erforderlich ist, um die Last zu unterstützen. Obwohl
die konforme Bewegung in allen sechs Freiheitsgraden oft bevorzugt
ist, sind Testkopf-Positionierungssysteme mit weniger Freiheitsgraden
bekannt. Außerdem
kann die Handhabungsvorrichtung während des Testens mechanische
Schwingungen erzeugen, deren Energie durch das System absorbiert
werden muss. Demzufolge bevorzugen es die Anwender oft, während des
Testens den Testkopf in einem konformen Zustand aufrechtzuerhalten,
damit die Schwingungen nicht in einer schädlichen Weise durch die empfindlichen
elektrischen Kontakte absorbiert werden.
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Testkopf-Positionierungssysteme,
die den Testkopf überall
in seinem ganzen Bewegungsbereich in einem im Wesentlichen gewichtslosen
Zustand aufrechterhalten, sind wohlbekannt. Derartige Systeme erlauben
einer Bedienungsperson, den Testkopf (oder an ihm befestigte Griffe)
zu ergreifen und ihn manuell durch den Raum zu bewegen. Die konforme
Bewegung für
das durch einen Aktuator angetriebene Ankoppeln ist inhärent enthalten.
Folglich positioniert für
das Ankoppeln eine Bedienungsperson den Testkopf manuell in die
Position bereit zur Betätigung,
wobei sie dann den Aktuator betätigt.
US-Patent 4.529.942 (Smith)
offenbart eine Testkopf-Positioniereinrichtung, die eine derartige
freie Bewegung in sechs Freiheitsgraden bereitstellt. Um dies zu
erreichen, sorgen Gegengewichte für die freie Bewegung in der
vertikalen Richtung; verlaufen Drehachsen, die nicht in der horizontalen
Ebene liegen können,
im Wesentlichen durch den Schwerpunkt des Testkopfes; und werden
durchweg reibungsarme Lager verwendet.
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US-Patente 4.589.815 ,
4.705.447 und
5.149.029 (alle an Smith) offenbaren
ein alternatives System, das anstelle der Gegengewichte Druckzylinder
und Kolben verwendet, um die im Wesentlichen gewichtslose Bewegung überall im
vertikalen Bewegungsbereich zu schaffen. Eine pneumatisch betätigte vertikale
Teleskopsäule,
bei der der bewegliche Abschnitt effektiv der pneumatische Kolben
ist, wird beschrieben. In dieser Anordnung schafft das Aufrechterhalten
eines konstanten pneumatischen Druckes eine im Gleichgewicht stehende
Kraft zum Gewicht des Testkopfes und des Kabels. Der Testkopf ist
durch eine geeignete Unterstützungsstruktur
am Kolben befestigt. Wie der Testkopf vertikal bewegt wird, bewegt
sich der Kolben entsprechend innerhalb des Zylinders. In den Zylinder
wird komprimierte Luft oder ein anderes geeignetes Fluid injiziert,
wobei ein Regulierer seinen Druck derart steuert, dass er eine Kraft
auf den Kolben aufrechterhält,
die dem Gewicht der durch den Kolben getragenen Last entspricht. Der
Regulierer erhält
diesen konstanten Druck aufrecht, wie die Last des Testkopfes bewegt
wird, wobei er folglich einen im Wesentlichen gewichtslosen Zustand
schafft. Das System ist ferner so beschaffen, dass der Zylinder
und der Kolben eine vertikale Teleskopsäule bilden, deren Höhe der Höhe des Testkopfes
entspricht.
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In
bestimmten Situationen und insbesondere deshalb, weil die Testköpfe größer und
massiver geworden sind, ist es erwünscht geworden, Antriebseinheiten,
wie z. B. Motoren, Handkurbeln oder dergleichen, bereitzustellen,
um ausgewählte
Achsen in Testkopf-Positionierungssystemen anzutreiben. Oft ist
vor allen Dingen eine Antriebseinheit für die vertikale Achse erwünscht. Die
Antriebseinheit würde
in Gebrauch mit dem durch einen Aktuator angetriebenen Ankoppeln
die Achse antreiben, bis eine Position bereit zum Ankoppeln oder
bereit zum Betätigen
erreicht ist. Dann kann der Testkopf konform in Bezug auf die Antriebseinheit
bewegt werden, damit er angekoppelt wird. In einem pneumatischen
Teleskopsystem, wie es z. B. im '815-Patent
beschrieben ist (siehe oben), könnte
dies denkbar ausgeführt
werden, indem der Luftdruck im Zylinder wie in einem Wagenheber
gesteuert wird; es könnte
jedoch schwierig sein, eine angemessene Steuerung auszuführen. Ein
praktischerer Zugang ist in der internationalen WIPO-Veröffentlichung
mit der Nummer
WO 00/41536 (Holt
u. a.) offenbart. Diese offenbart eine Technik, um Antriebsmotoreinheiten
zu vertikalen und anderen Achsen eines völlig im Gleichgewicht stehenden
Manipulators in einer Weise hinzuzufügen, die die Konformität erhält.
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Da
ferner die Testköpfe
größer und
massiver geworden sind, sind ihre Positionierungssysteme entsprechend
größer und
höher geworden,
insbesondere da sich die vertikalen Hubanforderungen vergrößert haben.
Folglich sind vertikale Teleskopstrukturen erwünscht geworden, um das Verladen,
das Bewegen durch Türöffnungen,
die Wartung usw. zu unterstützen.
Da die Testköpfe
außerdem
immer massiver geworden sind, ist es immer weniger erwünscht geworden,
Gegengewichte zu verwenden, die ein wenig größer als die kombinierte Masse
des Testkopfes, seiner Unterstützungsstruktur
und des Kabels, das er unterstützt,
sein müssen.
Ein vollpneumatisches System, wie es z. B. im '815-Patent beschrieben ist, ist in seinem
Hub begrenzt; wobei eine genaue Positionierung schwierig zu erreichen
ist, wie vorher erwähnt
worden ist.
US-Patent 5.931.048 (Slocum
u. a.) offenbart einen Teleskop-Testkopf-Manipulator, der durch
einen Elektromotor und einen Spindelmechanismus angetrieben ist.
Es werden keine Gegengewichte verwendet, wobei der Spindelmechanismus
die Last unterstützt.
Die vertikale Konformität
wird durch einen pneumatischen Mechanismus geschaffen, der zwischen
der Basis und der vertikalen Teleskopsäule angeordnet ist. Folglich
erfordert der vertikale Konformitätsmechanismus wertvollen Raum
unter der Säule,
was die vertikale Reichweite begrenzen könnte und/oder im Gesamtkonformitätsbereich
begrenzt sein könnte. Federn
und dergleichen schaffen die Konformität in anderen Achsen.
US-Patent 5.949.002 (Alden)
beschreibt den gleichen Manipulator wie im '048-Patent, aber mit einem Druckkraftgeber
und einem hochentwickelten elektronischen Steuersystem, das so beschaffen
ist, dass es die Konformität
schafft und das pneumatische Schema ersetzt. Wie verlautet, macht
dies das System an variable oder sich ändernde Lastbedingungen anpassbarer.
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Es
ist über
noch weiteren Stand der Technik berichtet worden. Die WIPO-Veröffentlichung
WO 01/64389 A2 (Holt
u. a.) offenbart einen Teleskopmanipulator mit einer durch eine
Kugelumlaufspindel angetriebenen vertikalen Achse. Die Last ist
durch die angetriebene Spindel unterstützt. Ein vertikaler Konformitätsmechanismus
ist vorgesehen, der eine mechanische Kraftverstärkungsvorrichtung (wie z. B. eine
Kugelumlaufspindel) und Gegengewichte, die eine Masse besitzen,
die einen Bruchteil der Masse der Last beträgt, umfasst. Die WIPO-Veröffentlichung
WO 02/25292 A2 (Ny
u. a.) offenbart Techniken, die Kraftsensoren, Kraftgeneratoren
und hochentwickelten Steuerungen umfassen, um das Gleichgewicht und
die Konformität
in verschiedenen möglichen
angetriebenen Achsen zu schaffen, um das Ankoppeln zu unterstützen.
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Eine
in Beziehung stehende Offenbarung ist das deutsche Patent
44 36 045 A1 ,
in dem eine Hubvorrichtung eine durch einen Elektromotor angetriebene
Kugelumlaufspindel-Welle aufweist, die einen Wagen, der ein Werkstück oder
eine andere Vorrichtung trägt,
in der vertikalen Richtung bewegen kann. Hier arbeitet der Wagen
unter Verwendung von Magneten zusammen mit einem Zylinder. Diese
Technologie ist nicht in Testkopf-Positionierungssystemen angewendet
worden, wobei es nicht den Anschein hat, dass sie Konformität bietet.
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Es
ist ein verbessertes Teleskop-Testkopf-Positionierungssystem mit
einer angetriebenen vertikalen Achse mit Konformität für das Ankoppeln erwünscht. Für die Einfachheit
der Wartung und der Anpassung und die minimalen Kosten sollte es
nicht von Druckkraftgebern und anderen Sensoren, die mit hochentwickelten
Steuersystemen kombiniert sind, abhängig sein. Um das Gesamtgewicht
zu minimieren, sollte es keine Gegengewichte verwenden. Der vertikale
Antrieb sollte vorzugsweise für
einen gleichmäßigen Betrieb
elektrisch gesteuert und entweder an die Drucktastenschalter-Steuerung
durch eine Bedienungsperson oder die Computer-Steuerung anpassbar
sein. Die Konformitätsmittel
sollten einen annehmbaren Bereich der konformen Bewegung bieten und
leicht einstellbar sein, um einem Bereich von Bedingungen und Anwendungen
zu entsprechen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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In
einer beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird eine Positionierungsvorrichtung
zum Positionieren eines Testkopfes zum Testen elektronischer Komponenten
geschaffen. Die Positionierungsvorrichtung enthält einen Außenzylinder und einen Träger, der
an den Außenzylinder
gekoppelt ist, um den Testkopf zu tragen. Die Positionierungsvorrichtung
enthält
außerdem
einen Kolben, der in dem Außenzylinder
so angeordnet ist, dass der Kolben und der Außenzylinder einen Fluidraum
im Außenzylinder
definieren. Die Positionierungsvorrichtung enthält außerdem einen Druckregulierer,
um einen Druck im Fluidraum aufrechtzuerhalten, derart, dass der
Testkopf in einer im Wesentlichen gewichtslosen Position aufgehängt werden
kann, wobei die im Wesentlichen gewichtslose Position in einer vertikalen
Richtung einstellbar ist. Die Positionierungsvorrichtung enthält außerdem eine
Hubvorrichtung zum Anheben und Absenken des Außenzylinders. Die Hubvorrichtung
enthält
einen Gewindeantriebsmechanismus, der an den Kolben gekoppelt ist.
Die Positionierungsvorrichtung enthält außerdem eine Antriebsvorrichtung
zum Betätigen
des Getriebeantriebsmechanismus, um den Testkopf in eine vorgegebene
Position zu bewegen.
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In
einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird abermals eine Positionierungsvorrichtung zum Positionieren eines
Testkopfes zum Testen elektronischer Komponenten geschaffen. Die
Positionierungsvorrichtung enthält
einen Antriebsmechanismus, um den Testkopf in einer vertikalen Richtung
zu bewegen. Die Positionierungsvorrichtung enthält außerdem einen druckluftkonformen
Kopplungsmechanismus, der an den Antriebsmechanismus gekoppelt ist.
Der druckluftkonforme Kopplungsmechanismus unterstützt den
Testkopf in einem im Wesentlichen gewichtslosen Zustand und schafft
einen Bewegungsbereich für den
Testkopf in der vertikalen Richtung. Der druckluftkonforme Kopplungsmechanismus
ist über
dem Antriebsmechanismus positioniert und an diesem befestigt, derart,
dass der Antriebsmechanismus den druckluftkonformen Kopplungsmechanismus
bewegt, wenn er den Testkopf in der vertikalen Richtung bewegt.
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In
einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren zum Positionieren eines Testkopfes
zum Testen elektronischer Komponenten geschaffen. Das Verfahren
enthält
das Bereitstellen einer Flu idströmung
in einen Fluidraum, der mit dem Testkopf gekoppelt ist. Das Verfahren
enthält
außerdem
das mechanische Bewegen des Testkopfes in eine gewünschte Position
in einer vertikalen Richtung unter Verwendung eines Antriebsmechanismus.
Das Verfahren enthält
außerdem
das fluidische Aufhängen des
Testkopfes in einem im Wesentlichen gewichtslosen Zustand durch
Aufrechterhalten eines Fluiddrucks in dem Fluidraum, der zwischen
den Testkopf und dem Antriebsmechanismus positioniert ist.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Die
Erfindung wird am besten aus der folgenden ausführlichen Beschreibung verstanden,
wenn sie zusammen mit der beigefügten
Zeichnung gelesen wird. Es wird betont, dass gemäß der üblichen Praxis die verschiedenen
Merkmale der Zeichnung nicht maßstabsgerecht
sind. Im Gegenteil, die Abmessungen der verschiedenen Merkmale sind
für die Klarheit
beliebig erweitert oder verringert worden. In der Zeichnung sind
die folgenden Figuren enthalten:
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1 ist
eine perspektivische Ansicht einer Positionierungsvorrichtung, die
einen Testkopf trägt, gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine perspektivische Ansicht einer Positionierungsvorrichtung, die
einen Testkopf trägt, der
an eine Handhabungsvorrichtung angekoppelt ist, gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 ist
eine Querschnitts-Vorderansicht von zwei Zylindern mit einer Antriebsspindel,
die in einer Positionierungsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung enthalten sind;
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4 bis 6 sind
Querschnitts-Vorderansichten eines Außenzylinders, der in verschiedene Höhenpositionen
in Bezug auf einen Innenzylinder gesetzt ist, der in einer Positionierungsvorrichtung gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung enthalten ist;
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7 ist
eine graphische Darstellung der pneumatischen Verbindungen einer
Druckregulierungsvorrichtung gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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8 ist
eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer Positionierungsvorrichtung
gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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9 ist
eine ausführliche
teilweise perspektivische Ansicht eines Querschnitts von zwei Zylindern
und einer Antriebsspindel, die in einer Positionierungsvorrichtung
gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung enthalten sind;
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10 ist
eine teilweise perspektivische Ansicht eines Querschnitts von zwei
Zylindern und einer Antriebsspindel, die in einer Positionierungsvorrichtung
gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung enthalten sind; und
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11 ist
eine perspektivische Ansicht einer Basis zum Unterstützen von
zwei Zylindern und einer Antriebsspindel, die in einer Positionierungsvorrichtung
gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung enthalten sind.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1 und 2 stellen
perspektivische Ansichten einer Positionierungsvorrichtung 1 bereit,
die eine Trägerarmvorrichtung 2 enthält, um einen
Testkopf 3 zum Testen elektronischer Komponenten zu unterstützen.
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Die
Positionierungsvorrichtung 1 enthält einen Basisrahmen 4,
der auf dem Boden ruht, von dem sich eine vertikale Säulenanordnung 5 nach oben
erstreckt. Die Säulenanordnung 5 kann über einen
Wagen 6 in der y-Richtung bewegt werden. Die Trägerarmvorrichtung 2 kann
in Bezug auf die Säulenanordnung 5 in
der x-Richtung bewegt
werden. Die Säulenanordnung 5 enthält einen
unteren röhrenförmigen Innenzylinder 7 und
einen oberen röhrenförmigen Außenzylinder 8,
der so im Innenzylinder 7 angeordnet ist, dass sich die
Zylinder 7 und 8 in Teleskopeingriff miteinander
befinden. Durch das Einstellen der Höhe des Außenzylinders 8 in
Bezug auf den Innenzylinder 7 kann die Trägerarmvorrichtung 2,
die am Außenzylinder 8 (und
am Testkopf 3) befestigt ist, in der Höhe, d. h. in der z-Richtung, eingestellt
werden. Außerdem
kann sich die Trägerarmvorrichtung 2 um
eine horizontale Achse in der v-Richtung drehen. Der Testkopf 3 kann
sich um eine horizontale Achse in der w-Richtung und um eine vertikale
Achse in der u-Richtung
drehen. Der Testkopf 3 ist am freien Ende der Trägerarmvorrichtung 2 befestigt.
Unter Verwendung dieser Anordnung kann der Testkopf 3 in
allen Richtungen manipuliert werden; d. h. mit sechs Freiheitsgraden.
Der Kabelaufhänger 9,
der die dem Testkopf 3 und/oder der Positionierungsvorrichtung 1 zugeordneten
Kabel unterstützt,
ist außerdem
in den 1 und 2 gezeigt.
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2 veranschaulicht
abermals die Positionierungsvorrichtung 1, die die Trägerarmvorrichtung 2 zum
Unterstützen
des Testkopfes 3 enthält.
in 2 ist der Testkopf 3 an eine Handhabungsvorrichtung 10 angekoppelt.
Die elektronischen Komponenten werden über die Handhabungsvorrichtung 10 in
einer derartigen Weise zum Testkopf 3 gebracht, dass sie
in Bezug auf ihre elektrischen Eigenschaften getestet werden können. Als
solche ist die präzise Positionierung
des Testkopfes 3 in Bezug auf die Handhabungsvorrichtung 10 erwünscht.
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Die
Ausrichtung des Testkopfes 3 in Bezug auf die Handhabungsvorrichtung 10 kann
z. B. unter Verwendung der Ausrichtungsmerkmale, wie z. B. eines
Zentrierstifts und/oder von Passschrauben, ausgeführt werden,
die sich z. B. von einem an der Handhabungsvorrichtung 10 vorgesehenen
Rahmen in der Richtung des Testkopfes 3 erstrecken und
in entsprechende Öffnungen
oder Aufnahmen eingeführt sind,
die sich am Testkopf 3 oder an einem am Testkopf 3 befestigten
Rahmen befinden.
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Das
Ankoppeln wird typischerweise ausgeführt, indem der Testkopf 3 über eine
entsprechende Bewegung in den u-, v-, w-, x-, y- und/oder z-Richtungen
so genau wie möglich
in eine gewünschte
Position bereit zum Ankoppeln in der unmittelbaren Nähe der Handhabungsvorrichtung 10 gesteuert
wird. Nötigenfalls
kann dann die Feinabstimmungsbewegung in die Position bereit zum
Betätigen
größtenteils
manuell ausgeführt
werden, bis sich die Ankoppelungs-Betätigungskomponenten miteinander
in Eingriff befinden. Der Ankoppelungs-Aktuator kann verwendet werden,
um den Testkopf 3 in eine völlig angekoppelte Position
zu ziehen, wie vorher beschriebenen worden ist.
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In
diesem Zusammenhang kann die vertikale Feinabstimmungs-Ausrichtung
des Testkopfes 3, d. h. eine Feinabstimmungs-Einstellung
in der z-Richtung, in einer sehr einfachen und präzisen Weise
unter Verwendung der Positionierungsvorrichtung 1 der vorliegenden
Erfindung ausgeführt
werden, wie im Folgenden ausführlicher
erklärt
ist.
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Die
vertikale Säulenanordnung 5,
die den Innenzylinder 7 und den Außenzylinder 8 enthält, ist
in 3 ausführlicher
veranschaulicht. Der Außenzylinder 8 ist
so beschaffen, dass er auf dem Innenzylinder 7 gleiten
kann, wobei dadurch eine Teleskop-Ausrichtungskonfiguration geschaffen
wird. Um die gewünschten
Gleiteigenschaften zu erreichen, sind zwischen den Zylindern 7 und 8 zwei
Gleitbuchsen 11 und 12 vorgesehen. Die obere Gleitbuchse 11 befindet
sich in der Nähe
des oberen Endes des Innenzylinders 7, während sich
die untere Gleitbuchse 12 in der Nähe des unteren Endes des Außenzylinders 8 befindet.
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Der
Kolben 13 ist am oberen Endabschnitt des Außenzylinders 8 angeordnet,
von dem sich eine mittige Hubstange 14 vertikal nach unten
erstreckt. Die Hubstange 14 ist innerhalb der Führungsbuchsen 15 und 16 longitudinal
beweglich. Die obere Führungsbuchse 15 wird
durch horizontale Haltestege 17 gehalten, die sich von
der inneren Begrenzungswand des Außenzylinders 8 radial
nach innen erstrecken und an einer Stelle auf der inneren Begrenzungswand
befestigt sind. Die Haltestege 17 und folglich die Führungsbuchsen 15 befinden
sich in der Nähe des
oberen Endbereichs des Außenzylinders 8 in
einem Abstand von der oberen Stirnfläche 18 des Zylinders 8,
der in der in 3 gezeigten beispielhaften Ausführungsform
etwa 11 % der Gesamtlänge
des Zylinders 8 entspricht. Selbstverständlich kann sich dieser Abstand
in Übereinstimmung
mit dem gewünschten
Bereich der Kolbenbewegung verändern und
z. B. 5 bis 20 % der Länge
des Zylinders 8 betragen.
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Die
untere Führungsbuchse 16 ist
in die Mitte der oberen Stirnseite 19 des Innenzylinders 7 gesetzt.
Die Hubstange 14 erstreckt sich folglich nach unten in
den Innenzylinder 7. Außerdem kann der Querschnitt
der Hubstange 14 und folglich außerdem der Öffnungen der Führungsbuchsen 15, 16 quadratisch
sein, um ein Drehen der Hubstange 14 innerhalb der Säulenanordnung 5 zu
verhindern. Am unteren Ende der Hubstange 14, das sich
in der Nähe
des unteren Endes des Innenzylinders 7 befindet, ist eine Antriebsspindelmutter 20 befestigt.
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Damit
die Hubstange 14 (und mit ihr der Kolben 13, der
Außenzylinder 8,
die Trägerarmvorrichtung 2 und
der Testkopf 3) in der vertikalen Richtung bewegt werden
kann, ist eine Antriebsspindel 21 vorgesehen, die sich
in den Innenzylinder 7 nach unten erstreckt und sich mit
der Antriebsspindelmutter 20 in Eingriff befindet. Die
Hubstange 14 kann eine hohle Konstruktion aufweisen, so
dass sich die Antriebsspindel 21 in die Hubstange 14 erstrecken
kann. Die Antriebsspindel 21 erstreckt sich über das
untere Ende des Innenzylinders 7 nach unten und ist an
einen (in 3 nicht gezeigten) Antriebsmotor
gekoppelt. Wie in 3 gezeigt ist, verläuft das
Ende 21a der Antriebsspindel unter dem Innenzylinder 7.
Durch das Drehen der Antriebsspindel 21 (unter Verwendung
eines Antriebsmotors) bewegt sich die Antriebsspindelmutter 20 zusammen
mit der Hubstange 14 vertikal längs der stationären Antriebsspindel 21 nach
oben oder nach unten. Der Kolben 13, die Hubstange 14,
die Antriebsspindelmutter 20 und die Antriebsspindel 21 sind
Teil einer Hubvorrichtung 31.
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Der
Kolben besitzt einen radial vorstehenden Dichtungsring 22,
der den Kolben 13 gegen die Innenwand des Außenzylinders 8 abdichtet.
Dadurch wird zwischen dem Kolben 13 und der oberen Stirnfläche 18 des
Außenzylinders 8 ein
abgedichteter Fluidhalteraum 23 geschaffen. Der Fluidhalteraum 23 ist
durch eine Öffnung 24,
die sich in der oberen Stirnfläche 18 befindet,
mit einer Fluidleitung 25 verbunden, so dass das Fluid
(z. B. komprimierte Luft) in den Fluidhalteraum 23 eingeleitet
und aus dem Fluidhalteraum 23 abgeleitet werden kann.
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Wenn
ein Fluid in den Fluidhalteraum 23 eingespeist wird, dann
wird der Außenzylinder 8 nach oben
gedrückt,
wobei der Kolben 13 stationär bleibt. Die 4 bis 6 veranschaulichen
drei verschiedene Positionen des Außenzylinders 8 in
Bezug auf den Kolben 13. 4 veranschaulicht
z. B. eine Position, in der der Außenzylinder 8 zu einem
maximalen Maß in
Bezug auf den Kolben 13 abgesenkt ist, so dass der Kolben 13 auf
die obere Stirnfläche 18 stößt. 5 veranschaulicht
eine angehobene Position des Zylinders 8. 6 veranschaulicht
die maximal angehobene Position des Zylinders 8 in Bezug auf
den Kolben 13. Um den Prozess umzukehren und den Zylinder 8 in
Bezug auf den Kolben 13 abzusenken, wird das Fluid aus
dem Fluidhalteraum 23 freigesetzt, woraufhin der Zylinder 8 in
Bezug auf den Kolben 13 infolge des Gewichts der Trägerarmvorrichtung 2,
die am Zylinder 8 befestigt ist, und des Testkopfes 3 fällt.
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Wenn
es beim Beginn der Ankopplungsoperation eine unangemessene Zufuhr von
Luft in den Fluidhalteraum 23 gibt, kann die Luft als solche
in den Fluidhalteraum 23 injiziert werden, um das Gewicht
des Testkopfes 3 (und der zugeordneten Systemkomponenten)
zu kompensieren und dadurch den Testkopf 3 in einem im
Wesentlichen gewichtslosen Zustand aufzuhängen. Eine Bedienungsperson könnte dann
den Testkopf 3 in eine mittige Position innerhalb des Bewegungsbereichs
des Kolbens 13 (z. B. 5) oder
irgendeine andere gewünschte
Position bewegen.
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Wie
im Folgenden ausführlicher
erklärt
ist, ist es während
des Ankoppelns des Testkopfes 3 an die Handhabungsvorrichtung 10 oft
erwünscht,
den Testkopf 3 in einem im Wesentlichen gewichtslosen Zustand
aufrechtzuerhalten, der vertikal ohne eine übermäßige Kraft eingestellt werden
kann, so dass die Feineinstellungen an der Position des Testkopfes 3 ausgeführt werden
können.
Dieser im Wesentlichen gewichtslose Zustand kann als das Vorhandensein
in einem konformen Zustand bezeichnet werden, in dem der Testkopf
längs einer
vertikalen Achse in einem bestimmten Bewegungsbereich ohne eine übermäßige äußere Kraft
konform bewegt werden kann. Die Position des Außenzylinders 8 in 5 gibt
z. B. an, dass sich der Testkopf 3 in einem konformen Zustand
befindet, in dem der Zylinder sich längs eines vertikalen Bewegungsbereichs
nach oben und nach unten (zu den in 4 und 6 gezeigten
Positionen) bewegen kann.
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Um
eine Feinabstimmungs-Einstellung der vertikalen Position des Testkopfes 3 in
einer einfachen Weise und ohne eine übermäßige Kraft ausführen zu
können,
wird der Testkopf 3 durch die Positionierungsvorrichtung 1 in
etwa der gewünschten
Höhe in
einem aufgehängten
Zustand gehalten, so dass eine relativ kleine Kraft verwendet werden
kann, um die Höhe
innerhalb bestimmter Grenzen in einer präzisen Weise einzustellen. Für diesen
Zweck ist eine Druckregulierungsvorrichtung 26, die in 7 veranschaulicht
ist, vorgesehen. Die Druckregulierungsvorrichtung 26 reguliert
die Fluidströmung
und den Druck zwischen einer Druckerzeugungsvorrichtung 27 und
dem Fluidhalteraum 23. Für diesen Zweck ist die Druckerzeugungsvorrichtung 27 mit
einem Druckfeinabstimmungsregulierer 28 verbunden, der den
Fluiddruck in einer sehr präzisen
Weise reguliert, so dass ein spezifischer Zielwert des Drucks aufrechterhalten
werden kann. Im Fall eines Abfalls des Drucks in der Fluidleitung 25 kann
das Fluid sofort in den Fluidhalteraum 23 eingespeist werden,
während im
Fall einer Zunahme des Drucks über
den Zielwert das Fluid sofort aus dem Fluidhalteraum 23 abgeleitet
werden kann.
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Wie
in 7 gezeigt ist, strömt das durch die Druckerzeugungsvorrichtung 27 gelieferte
Fluid zuerst durch ein elektromagnetisch gesteuertes 3/2-Wegeventil 29,
das im aktivierten Zustand für
die Durchströmung
umgeschaltet ist. Dieses 3/2-Wegeventil 29 besitzt
einen Federrücklauf,
so dass im Fall eines Leistungsausfalls das Verteilerventil 29 zurück in eine
Position gedrückt
wird, in der die Rückströmung aus
dem Fluidhalteraum 23 blockiert ist.
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Parallel
zum 3/2-Wegeventil 29 ist ein Einweg-Restriktor 30 vorgesehen,
der außerdem
eine Rückströmung des
Fluids aus dem Fluidhalteraum 23 verhindert und der darüber hinaus
ein leichtes manuelles Anheben des Testkopfes 3 für Positionierungszwecke
erlauben kann. Stromabwärts
des 3/2-Wegeventils 29 und des Einweg-Restriktors 30 sind
zwei Abzweigleitungen gemeinsam zurückgebracht, wobei sie die Fluidleitung 25 bilden,
die sich in den Fluidhalteraum 23 des Außenzylinders 28 aufweitet.
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Wenn
der Testkopf 3 für
den Zweck der Feinabstimmungs-Einstellung der Höhenposition (wenn sich der
Testkopf 3 in einem im Wesentlichen gewichtslosen Zustand
befindet) ein wenig manuell angehoben wird, dann wird der Druck
im Fluidhalteraum 23 in Übereinstimmung mit der Hubkraft
verringert. Die Druckregulierungsvorrichtung 26 erkennt
diesen Abfall des Drucks und vergrößert den Fluiddruck, indem
sie zusätzliches
Fluid in den Fluidhalteraum 23 einspeist, bis der ursprüngliche
Zieldruck abermals erreicht ist. Bei einem fortgesetzten leichten
Heben des Testkopfes 3 können der Außenzylinder 8 und folglich
der Testkopf 3 kontinuierlich nach oben und mit wenig Kraft
bewegt werden, bis der Außenzylinder 8 die
in 6 gezeigte Position erreicht hat, in der der Kolben 13 gegen
die Haltestege 17 oder die Führungsbuchse 15 drückt. Falls
alternativ der Testkopf 3 beim Prozess der Feinabstimmungs-Einstellung
(wenn sich der Testkopf 3 in einem im Wesentlichen gewichtslosen
Zustand befindet) nach unten gedrückt wird, nimmt der Druck im
Fluidhalteraum 23 zu. Die Drucksteuervorrichtung 26 erkennt
diese Druckzunahme und leitet Fluid aus dem Fluidhalteraum 23 ab,
bis der ursprüngliche
Zielwert abermals erreicht ist. Durch einen kontinuierlichen leichten
Abwärtsdruck
kann der Testkopf 3 in dieser Weise nach unten bewegt werden,
ohne eine übermäßige Kraft auszuüben, bis
der Außenzylinder 8 die
in 4 gezeigte Position erreicht hat.
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In
dieser Weise kann ein aufgehängtes
oder "schwebendes" System für die leichte
konforme manuelle Feinabstimmungs-Einstellung der Höhenposition
des Test kopfes 3 geschaffen werden.
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8 ist
eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts der Positionierungsvorrichtung 1.
Wie oben beschrieben worden ist, befinden sich der Außenzylinder 8 und
der Innenzylinder 7 miteinander in Teleskopeingriff. Der
Innenzylinder 7 ist an einem Wagen 6 angebracht.
An dem Wagen 6 können
zusätzliche
Komponenten angebracht sein, z. B. die Leistungsversorgungseinheiten 32 und 34 und
das Gehäuse 33 der
Steuerelektronik, wie in 8 gezeigt ist. 8 stellt
außerdem
eine perspektivische Ansicht der Komponenten des Systems bereit,
das unter dem Wagen 6 untergebracht ist. Ein (in 8 nicht
sichtbarer) Motor ist auf der Oberseite des Wagens 6 angebracht.
Wie in 8 gezeigt ist, verläuft die Motorwelle 36 unter
dem Wagen 6. Die Motorwelle 36 ist an die Motorriemenscheibe 38 gekoppelt.
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Die
Antriebsspindel 21 ist an eine Codiererantriebs-Riemenscheibe 44 gekoppelt.
Die Antriebsspindel-Riemenscheibe 42 kann starr an der
Antriebsspindel 21 befestigt sein, oder sie kann optional durch
die Codiererantriebs-Riemenscheibe 44 (z. B. eine abgestufte
Riemenscheibe, die die Antriebsspindel-Riemenscheibe 42 und
die Codiererantriebs-Riemenscheibe 44 umfasst) an die Antriebsspindel 21 gekoppelt
sein. Die Antriebsspindel-Riemenscheibe 42 ist durch den
Antriebsriemen 40 mit der Motorriemenscheibe 38 verbunden.
Wenn sich die Motorwelle 36 als solche dreht, dreht sich
die Motorriemenscheibe 38 ebenfalls, wodurch der Antriebsriemen 40 angetrieben
wird. Der Antriebsriemen 40 dreht die Antriebsspindel-Riemenscheibe 42, wodurch
die Antriebsspindel 21 betätigt wird. Durch das Betreiben
des Motors in irgendeiner Richtung kann die Antriebsspindel 21 als
solche betätigt
werden, um den Kolben 13 anzuheben oder abzusenken, wie
oben beschrieben worden ist, wodurch der Testkopf 3 angehoben
oder abgesenkt wird.
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Die
Codiererantriebs-Riemenscheibe 44 ist durch den Synchronriemen 46 mit
der Codierer-Riemenscheibe 48 verbunden. Wenn sich die
Codiererantriebs-Riemenscheibe 44 als solche dreht, dreht sich
auf diese Weise die Codierer-Riemenscheibe 48. Der Codierer 50 kann
Daten von der Codierer-Riemenscheibe 48 wiedergewinnen,
z. B. Synchrondaten, die Anzahl der Drehungen usw. Diese Daten können in
Informationen bezüglich
des Betriebs der Antriebsspindel 21 und des Testkopf-Positionierungssystems
im Allgemeinen, z. B. der vertikalen Position des Testkopfes 3,
umgesetzt werden. Als solcher kann der Codierer 50 Rückkopplungsdaten einem
Computer oder einem Steuersystem bereitstellen. Obwohl die Abtastvorrichtung
in dieser beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ein Codierer ist, kann jeder Typ der
Abtastvorrichtung verwendet werden, z. B. ein herkömmlicher Positionssensor
(z. B. ein Saitenpotentiometer).
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9 ist
eine ausführliche
teilweise perspektivische Ansicht eines Querschnitts der Zylinder 7 und 8.
Verschiedene Elemente der Hubvorrichtung 31 sind außerdem wenigstens
teilweise in 9 sichtbar, einschließlich der
Antriebsspindel 21 und der Antriebsspindelmutter 20.
Unter der Antriebsspindelmutter 20 befindet sich der Anschlag 51.
Der Anschlag 51 kann optional enthalten sein, um die mechanische
Bewegung der Antriebsspindelmutter 20 unter eine vorgegebene
Position zu verhindern. Die Antriebsspindel 21 enthält die Schulter 21b.
Die Schulter 21b wird durch das Lager 53 gelagert.
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In 9 ist
der Motor 52 außerdem
an dem Wagen 6 angebracht gezeigt. Die Motorwelle 36 verläuft vom
Motor 52 unter der Unterseite des Wagens 6. Der
Codierer 50, die Codierer-Riemenscheibe 48, der
Synchronriemen 46, die Codiererantriebs-Riemenscheibe 44,
die Antriebsspindel-Riemenscheibe 42, der Antriebsriemen 40 und
die Motorriemenscheibe 38 sind außerdem in der in 9 veranschaulichten
Querschnittsansicht gezeigt. Wie in 9 gezeigt
ist, ist das Ende 21a der Antriebsspindel an die Codiererantriebs-Riemenscheibe 44 gekoppelt.
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10 ist
eine teilweise perspektivische Ansicht des Positionierungssystems
einschließlich
der Zylinder 7 und 8 und der Hubvorrichtung 31.
Wie vorher beschrieben worden ist, enthält die Hubvorrichtung 31 die
Antriebsspindel 21 und die Antriebsspindelmutter 20.
Der Motor 52 ist abermals am Wagen 6 angebracht
gezeigt, wobei die Motorwelle 36 unter der Unterseite des
Wagens 6 verläuft.
Wie in 9 sind außerdem
der Codierer 50, die Codierer-Riemenscheibe 48,
der Synchronriemen 46, die Codiererantriebs-Riemenscheibe 44,
die Antriebsspindel-Riemenscheibe 42,
der Antriebsriemen 40 und die Motorriemenscheibe 38 in
der in 10 veranschaulichten Querschnittsansicht
gezeigt.
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11 ist
eine perspektivische Ansicht eines oberen Abschnitts des Wagens 6.
Die Zylinder 7 und 8 befinden sich miteinander
in Teleskopeingriff, wobei sie am Wagen 6 angebracht sind.
Der Motor 52 ist außerdem
am Wagen 6 angebracht. Außerdem sind auf jeder Seite
des Motors 52 die Leistungsversorgungseinheiten 54 und 56 gezeigt.
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Als
solche schafft die vorliegende Erfindung eine Positionierungsvorrichtung 1,
die ein Ankoppeln eines Testkopfes 3 an eine Handhabungsvorrichtung 10 in
einer einfachen, sicheren und effektiven Weise erlaubt.
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Wie
oben angegeben worden ist, schafft in einer beispielhaften Ausführungsform
die vorliegende Erfindung eine Positionierungsvorrichtung, die einen
Innenzylinder 7 umfasst, der sich mit einem Außenzylinder 8 in
Teleskopeingriff befindet. Eine Hubvorrichtung 31 enthält einen
Kolben 13, der innerhalb des Außenzylinders 8 angeordnet
ist, wobei der Außenzylinder 8 in
Bezug auf den Kolben 13 beweglich ist. Der Druck im Fluidhalteraum 23 kann
so reguliert werden, dass der Außenzylinder 8 zusammen
mit der Trägerarmvorrichtung 2 und
dem Testkopf 3 in eine aufgehängte Position gebracht werden
kann, die in Bezug auf den Kolben 13 in der Höhe einstellbar
ist.
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Durch
den Betrieb des Positionierungssystems 1 wird der Testkopf 3 in
einer bestimmten Höhe in
einem aufgehängten
oder schwebenden Zustand gehalten. In dieser beispielhaften Ausführungsform wird
die Höhenposition
des Testkopfes 3 solange aufrechterhalten, wie keine äußere Kraft
auf den Testkopf 3 oder die Trägerarmvorrichtung 2 ausgeübt wird.
Wenn jedoch eine Bedienungsperson oder ein Ankopplungs-Aktuator
versucht, den Testkopf 3 nach oben oder nach unten zu bewegen,
wenn er angekoppelt wird, um ihn in die gewünschte Position zu bringen,
dann bewegt sich der Testkopf 3 ohne die wesentliche Ausübung einer
Kraft in die gewünschte vertikale
Position. Das Gewicht des Testkopfes 3 und der Trägerarmvorrichtung 2 wird
in diesem Zusammenhang durch das Fluid getragen und kompensiert, das
im Fluidhalteraum vorhanden ist.
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Wenn
z. B. die Bedienungsperson versucht, den Testkopf 3 ein
wenig zu heben, dann fällt
der Druck im Fluidhalteraum 23 um einen Betrag, der der manuellen
Hubkraft entspricht. Die Druckregulierungsvorrichtung 26 erkennt
diese Kraft und vergrößert den
Druck im Fluidhalteraum 23 entsprechend, so dass der festgelegte
Zieldruck abermals erreicht wird. Wenn andererseits der Testkopf 3 abzusenken ist,
zieht oder schiebt die Bedienungsperson den Testkopf 3 unter
Verwendung einer relativ kleinen Ausübung einer Kraft nach unten,
wobei der Druck im Fluidhalteraum 23 vergrößert wird.
Die Druckregulierungsvorrichtung 26 erkennt diese Druckzunahme und
leitet Fluid aus dem Fluidhalteraum 23 ab, um den ursprünglich festgelegten
Zieldruck abermals zu erreichen. Dies senkt den Test kopf 3 ab.
Die manuell auszuübende
Kraft stellt deshalb ein Steuersignal dar, das die Druckregulierungsvorrichtung 26 veranlasst,
Fluid zum Fluidhalteraum 23 hinzufügen oder Fluid aus dem Fluidhalteraum 23 abzuleiten,
um den festgelegten Wert des Zieldrucks zu reproduzieren. In dieser
Weise kann der Testkopf 3 ohne die Anwendung einer beträchtlichen
Kraft und in einer sehr präzisen
Weise in die genaue vertikale Position gebracht werden, die für das Ankoppeln
erforderlich ist.
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In
einer beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung enthält
die Hubvorrichtung 31 die Hubstange 14, die unter
Verwendung der Antriebsspindel 21 (die an die Antriebsspindelmutter 20 gekoppelt
ist) vertikal einstellbar ist, wobei als solcher der Kolben 13 in
der Höhe
einstellbar ist. Die Antriebsspindel 21 kann ein Typ sein,
der in einer einfachen und raumsparenden Weise implementiert sein kann,
die Antriebsspindel 21 kann z. B. so beschaffen sein, dass
sie im Inneren der Kombination aus den Zylindern 7 und 8 positioniert
und dadurch geschützt ist.
Alternativ sind anstelle einer Antriebsspindel dieses Typs andere
Hubvorrichtungen außerdem
für die Grobeinstellung
der Höhenposition
denkbar, z. B. Scherenverbindungen, hydraulische Antriebe oder irgendeinen
anderer Typ des Hubmechanismus.
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In
einer beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung enthält
die Hubvorrichtung 31 einen hohlen Hubstab 14,
der mittels einer Antriebsspindel 21 (die an die Antriebsspindelmutter 20 gekoppelt
ist) in der Höhe
einstellbar ist, wobei die Antriebsspindel 21 innerhalb
des Innenzylinders 7 mittig angeordnet ist, wobei die Antriebsspindel 21 wenigstens
teilweise in den hohlen Hubstab 14 eingesetzt sein kann.
Eine derartige Ausführungsform kann
in einer einfachen und raumsparenden Weise erzeugt werden.
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In
einer beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist der Fluidhalteraum 23 am oberen
Ende durch die obere Stirnfläche 18 des
Außenzylinders 8 und
am Boden durch den Kolben 13 begrenzt. Dies bedeutet, dass
sich der Fluidhalteraum 23 am oberen Ende des Außenzylinders 8 befindet,
wobei der Kolben 13 gegen die innere Begrenzungswand des
Außenzylinders 8 abgedichtet
ist.
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In
einer beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung enthält
die Druckregulierungsvorrichtung 26 einen Druckfeinabstimmungsregulierer 28,
um einen konstanten Druck in der Fluidleitung aufrechtzuerhalten,
die zum Fluidhalte raum 23 führt. In dieser Fluidleitung
ist ein 3/2-Wegeventil 29 zusammen mit einem Einweg-Restriktor 30 vorgesehen,
der zum 3/2-Wegeventil 29 parallelgeschaltet ist. In dieser
Weise wird im Fall eines Leistungsausfalls ein unerwünschtes
Absenken des Testkopfes 3 verhindert. Außerdem kann
während
eines Leistungsausfalls der Testkopf 3 außerdem innerhalb
eines bestimmten Bewegungsbereichs in einer einfachen Weise manuell
angehoben werden, um ein Ankoppeln oder Abkoppeln des Testkopfes 3 zu
erlauben.
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Wie
oben beschrieben worden ist, kann die Hubvorrichtung 31 verwendet
werden, um eine grobe Positionierung des Testkopfes 3 in
Bezug auf die Handhabungsvorrichtung 10 zu schaffen. Die
Hubvorrichtung 31 kann z. B. verwendet werden, um den Testkopf 3 in
eine Position bereit zum Ankoppeln oder möglicherweise in eine Position
bereit zum Betätigen
zu steuern, wobei beide früher
beschrieben worden sind. Ferner kann ein durch die pneumatische
Ausrüstung
bereitgestellter Konformitätsbewegungsbereich
verwendet werden, um einen Bewegungsbereich für die präzise Ausrichtung des Testkopfes 3 in
Bezug auf die Handhabungsvorrichtung 10 zu schaffen, wobei
sich der Testkopf 3 in einem im Wesentlichen gewichtslosen
Zustand befindet.
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Obwohl
verschiedene beispielhafte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung unter Verwendung einer Antriebsspindel
als Antriebsmechanismus beschrieben worden sind, kann der Antriebsmechanismus
irgendein Typ eines Mechanismus sein, der den Außenzylinder und als solchen
den Testkopf antreibt. Der Antriebsmechanismus kann z. B. ein Gewindeantriebsmechanismus
(z. B. eine Antriebsspindel oder eine Kugelumlaufspindel), ein pneumatischer
Antriebsmechanismus oder irgendein anderer Mechanismus, der zum
Antreiben einer vertikalen Last nützlich ist, sein.
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Verschiedene
beispielhafte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind hinsichtlich einer vertikalen Achse
beschrieben worden. Der Antriebsmechanismus ist z. B. beschrieben
worden, um den Testkopf in einer vertikalen Richtung zu bewegen.
Ferner schafft der hierin beschriebene druckluftkonforme Kopplungsmechanismus
die Konformität
in einer vertikalen Richtung; es ist jedoch beabsichtigt, dass diese
Merkmale auf andere Bewegungsachsen des Testkopfes angewendet werden
können.
Der Antriebsmechanismus kann z. B. den Testkopf in jeder Richtung,
die von einer vertikalen Richtung verschieden ist (z. B. einer Richtung
im Winkel von 45 Grad, einer horizontalen Richtung usw.), antreiben, wobei der
Konformitätsmechanismus
die Konformität
in jeder Richtung bereitstellen kann, die von einer vertikalen Richtung
verschieden ist. Ferner wird der hierin beschriebene Begriff der
Gewichtslosigkeit so verwendet, dass er bedeutet, dass der Testkopf
bezüglich
jeder auf den Testkopf ausgeübten äußeren Kraft und
nicht nur bezüglich
der Gravitationskräfte
(z. B. Kabelkräfte,
Ankopplungskräfte
usw.) gewichtslos ist.