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    关 键 词:
    测试 操作系统
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    摘要
    申请专利号:

    CN201410090717.X

    申请日:

    2008.02.19

    公开号:

    CN103913697A

    公开日:

    2014.07.09

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01R 31/28申请日:20080219|||公开
    IPC分类号: G01R31/28 主分类号: G01R31/28
    申请人: 英泰斯特股份有限公司
    发明人: 赫尔曼恩·约瑟?!の核谷付? 关威; 克里斯多?!·维斯特; 查理斯·保罗·纳纷; 史蒂芬·J·阔威尔
    地址: 美国新泽西州劳雷尔东门巷804号200室
    优先权: 2007.02.23 US 60/903,015; 2007.03.13 US 60/894,515; 2007.08.13 US 60/955,515
    专利代理机构: 北京同立钧成知识产权代理有限公司 11205 代理人: 臧建明
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201410090717.X

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2017.04.12|||2014.08.06|||2014.07.09

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    一种测试头操作器系统,包括:耦接单元,配置成支撑测试头,以绕给定的轴旋转;旋转单元,配置成可控制地提供旋转输出;驱动带,延伸于所述旋转单元与所述耦接单元之间,并且配置成传送所述旋转输出至所述耦接单元;以及至少一个惰轮,偏置成与所述驱动带啮合,并且可在给定路径上移动,使得当外力施加到所述耦接单元上时,所述惰轮在所述驱动带上保持所需的张力。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种测试头操作器系统,包括:
    耦接单元,配置成支撑测试头,以绕给定的轴旋转;
    旋转单元,配置成可控制地提供旋转输出;
    驱动带,延伸于所述旋转单元与所述耦接单元之间,并且配置成传送所述旋转输出至所述耦接单元;以及
    至少一个惰轮,偏置成与所述驱动带啮合,并且可在给定路径上移动,使得当外力施加到所述耦接单元上时,所述惰轮在所述驱动带上保持所需的张力。

    2.  根据权利要求1所述的测试头操作器系统,其中所述至少一个惰轮配置成一旦所述外力被解除则使得所述耦接单元返回到初始位置。

    3.  根据权利要求1所述的测试头操作器系统,包括至少两个惰轮,每个所述惰轮分别向所述驱动带提供偏置作用力。

    4.  根据权利要求3所述的测试头操作器系统,其中所述至少两个惰轮的偏置作用力不一致。

    5.  根据权利要求1所述的测试头操作器系统,其中所述至少一惰轮是弹簧偏置的。

    6.  根据权利要求1所述的测试头操作器系统,其中所述至少一惰轮是流体偏置的。

    7.  根据权利要求6所述的测试头操作器系统,其中所述流体偏置是可调的。

    8.  根据权利要求7所述的测试头操作器系统,其中基于所述测试头操作器系统的操作状态来调节所述流体偏置。

    9.  根据权利要求8所述的测试头操作器系统,其中当所述测试头操作器系统驱动所述测试头的位置时,所述流体偏置增加,当所述测试头不被驱动时,所述流体偏置降低。

    10.  根据权利要求1所述的测试头操作器系统,其中所述耦接单元在其整个动作范围内是旋转顺应的。

    11.  根据权利要求1所述的测试头操作器系统,其中所述耦接单元配置成防止其回倒驱动。

    12.  根据权利要求1所述的测试头操作器系统,其中所述给定轴是水平的。

    13.  根据权利要求12所述的测试头操作器系统,其中对于绕所述给定轴的旋转,所述负载是平衡的。

    说明书

    说明书测试头操作系统
    本申请案是发明名称为“测试头操作器”,申请号为200880005589.7的专利申请案(申请日为2008年2月19日)的分案申请。本申请的母案为PCT申请案,其PCT申请号为PCT/US2008/002134,国际申请日为2008年2月19日。
    本申请案的母案是基于先前美国专利申请案第60/903015(于2007年2月23日申请)、美国专利申请案第60/894515(于2007年3月13日申请)、以及美国专利申请案第60/955515(于2007年8月13日申请),并且要求其中的优先权,其全部内容以参考例揭示于此。
    本分案申请也要求上述的优先权。
    技术领域
    本发明是关于定位且操作负载的系统,并且特别是关于定位且操作测试头的系统。
    背景技术
    测试头通常用于测试集成电路。为了使用测试头来测试集成电路,测试头通?!岸越?dock)”到一件周边设备上,例如探针或者设备处置器(device handler)(下文中称为“周边件’’)。测试头操作器通常用于在对接操作中定位且操作测试头。
    在将测试头对接到周边件上时,希望测试头可以在多个方向上移动(即,测试头具有多个自由度)。此外,还希望测试头可在各自由度上顺应地(compliantly)移动(即,测试头在各自由度上实质上是无重量的或者在相对小的外加作用力下就可移动)。
    如果测试头(与测试头操作器配合)可分别沿X轴、Y轴以及Z轴移动且分别绕X轴、Y轴以及Z轴转动,则认为操作器可提供至少六(6)个自由度。如果测试头可顺应地以线性以及旋转方式相对其本身的轴进行移 动,则认为此测试头在六(6)个自由度上是顺应的。
    由于测试头通常都是非常昂贵的,经常希望使用同一测试头来对接各种不同的周边件。例如,同一测试头可用于在水平面上与设备处置器对接(例如,测试头可从设备处置器下方与设备处置器对接)以及与探针对接(例如,测试头可从探针上方与探针对接)。为了与各种不同类型的周边件对接,希望测试头操作器具有长的竖直冲程(例如,长的竖直动作范围)。然而,由于测试头以及相关操作器的尺寸限制,这种情况通常是不现实的。因而,有些测试头操作器系统采用气动缸(pneumatic cylinder)来在竖直方向上定位且操作测试头。在这种设计中,测试头操作器所提供的竖直冲程由气动缸的冲程所限制。通常,对于更大的测试头,气动缸的冲程不足以提供能够使测试头与不同类型的周边件进行对接的竖直动作范围。
    如上文所提供的,在测试头的对接系统中,有时希望在测试头的六(6)个自由度的每个自由度上分别提供顺应的动作。这就意味着,测试头操作器在对接过程中可以分别在这六(6)个自由度的每个自由度上将测试头平衡于实质上无重量的状态下,使得操作者可以用相对小的作用力在各方向上手动地移动测试头。然而,随着测试头变得更大且更重,操作者难以(甚至不可能)在特定方向上(甚至在顺应状态下)提供手动操作测试头所需的物理作用力。
    因此,希望提供一种解决上述不足的测试头定位及操作器系统。
    发明内容
    本发明提供一种测试头操作器系统,包括基座结构;主臂单元,配置为支撑测试头且相对于基座结构而沿第一轴移动;促动器,沿平行于第一轴的轴具有动作范围L;以及加强机构,定位在主臂单元与促动器之间,且配置成使促动器所移动的第一距离引起主臂单元沿第一轴移动第二距离,此第二距离大于第一距离。
    在本发明的另一实施例中,加强机构包括提升台架(lift carriage),其与促动器相连并且随之移动。
    在本发明的另一实施例中,加强机构还包括皮带(strap),其环绕在提升台架周围,并且具有相对于基座结构而固定的第一端以及相对于主臂单 元而固定的第二端。
    在另一实施例中,本发明提供了一种流体控制系统,用于控制测试头操作器系统,测试头操作器系统包括配置成相对于基座结构而竖直定位测试头的主流体促动器。流体控制系统包括:调整器,配置成可控制地提供一定量的流体到主流体促动器;第二流体控制促动器,配置成调节调整器,以改变提供到主流体促动器的流体量。第二促动器配置成主动地定位于至少四种操作模式中,其中每个操作模式使调整器提供不同的流体量到主流体促动器。
    在本发明的另一实施例中,第二促动器配置成主动地定位于第五操作模式,第五操作模式是中性(neutral)模式。
    在本发明的另一实施例中,流体控制系统还包括流体促动安全锁,配置成如果主流体促动器内的流体压力低于阈值则锁定测试头相对于基座结构的竖直位置。
    在本发明的另一实施例中,流体控制系统还包括流速控制装置,其包括可在打开位置和关闭位置之间达成流体促动的至少一流量控制阀,以分别增加或减小到主流体促动器的流体流速。
    在另一实施例中,本发明提供了一种用于控制测试头操作器系统的流体控制系统,控制测试头操作器系统包括配置成相对于基座结构而竖直定位测试头的主流体促动器。流体控制系统包括调整器,配置成沿第一流路以第一给定速度向主流体促动器提供输出压力。补足流路延伸于调整器与主流体促动器之间。补足阀沿补足流路定位并且具有非促动的关闭位置??刂破髋渲梦范ㄖ髁魈宕俣鞯氖毖由旆段?,并且当主流体促动器竖直延伸到给定范围内时促动该补足阀。
    在另一实施例中,本发明提供了一种测试头操作器系统,其包括配置成支撑测试头绕给定轴旋转的耦接单元。旋转单元配置成可控制地提供旋转输出。驱动带延伸于旋转单元与耦接单元之间,并且配置成传送旋转输出至耦接单元。至少一个惰轮偏置成与驱动带啮合,并且可在给定路径上移动,使得当外力施加到耦接单元上时,惰轮在驱动带上保持所需的张力。
    在另一实施例中,本发明提供一种测试头操作器系统,其包括具有线性促动器总成的基座结构。线性促动器总成包括:流体缸,一端连接到台 架上;制动靴座(brake shoe),连接到从流体缸相反端延伸的活塞杆上,以及至少一个用来定义斜坡槽(ramped slot)的斜坡块(ramp block),此至少一个斜坡块连接到基座板上,以沿其线性动作。销件从制动靴座延伸,并且接收于斜坡槽内,使得流体缸的移动引起销件沿斜坡槽移动,并藉此来移动制动靴座以啮合于基座板以及脱离基座板。
    附图说明
    图1A是根据本发明第一实施例的操作器系统的等角视图。
    图1B是图1A的操作器系统的部分分解图。
    图2A、图2B以及图2C是测试头操作到不同位置时的图1A的操作器系统的等角视图,以显示示范性的动作范围。
    图3是固定有托架的辊轮齿轮箱的实施例的等角视图。
    图4和图5分别是图3的辊轮齿轮箱的前等角视图以及后等角视图。
    图6是图3的辊轮齿轮箱的分解等角视图。
    图7是图3的辊轮齿轮箱的滚动顺应总成的示意图。
    图8是图3的辊轮齿轮箱的顺应单元的等角视图。
    图9是以局部截面显示的类似于图8的等角视图。
    图10是图8的顺应单元的惰轮总成的局部分解等角视图。
    图11是图8的顺应单元的轴杆的等角视图。
    图12是图8的顺应单元的惰轮的等角视图。
    图13是图8的顺应单元的惰轮总成的等角视图。
    图14A是本发明的其他实施例的辊轮齿轮箱的分解等角视图。
    图14B是图14A的顺应单元的放大图。
    图15是本发明的其他实施例的辊轮齿轮箱的分解等角视图。
    图16A是图1A的操作器系统的基座单元的透视图。
    图16B是图16A的基座单元的局部分解图。
    图17是本发明的其他基座单元的透视图。
    图18是图17的基座单元的局部分解图。
    图19是本实施例的台架的底部透视图。
    图20是本实施例的线性促动器总成的分解等角视图。
    图21是图17的基座单元的顶部平面图,其中为了清楚起见移除了支撑件以及类似部件,并且台架与线性促动器处于初始位置。
    图22是沿图21的线22-22的横截面图。
    图22A是由图22的矩形22A所标识的放大图。
    图23是沿图21的线23-23的端视图。
    图23A是由图23的圆圈23A所标识的放大图。
    图24是与图21类似的顶部平面图,其中台架与线性促动器处于开始延伸位置。
    图25是沿图24的线25-25的横截面图。
    图25A是由图25中的矩形25A所标识的放大图。
    图26是沿图24的线26-26的端视图。
    图26A是由图26的圆圈26A所标识的放大图。
    图27是与图21类似的顶部平面图,其中台架与线性促动器处于伸长位置。
    图28是沿图27的线28-28的横截面图。
    图28A是由图28的矩形28A所标识的放大图。
    图29是沿图27的线29-29的端视图。
    图29A是由图29的圆圈29A所标识的放大图。
    图30是与图21类似的顶部平面图,其中台架与线性促动器处于完全伸出位置。
    图31是沿图30的线31-31的横截面图。
    图31A是由图31的矩形31A所标识的放大图。
    图32是沿图30的线32-32的端视图。
    图32A是由图32的圆圈32A所标识的放大图。
    图33A以及图33B分别是图1A的操作器系统的柱状总成的右前透视图和左前透视图,其中主臂总成处于服务位置。
    图33C是其他主臂总成的右前透视图。
    图33D是图33C的主壁总成的左前透视图。
    图33E是沿图33C的线33E-33E的横截面图。
    图34A、图34B以及图34C分别是图33A和图33B的柱状总成的柱 状主体右前透视图、左前透视图以及右后透视图。
    图35A以及图35B分别是主臂总成位于其最下以及最上位置时柱状总成的右前透视图。
    图36A、图36B以及图36C是从右前侧的柱状总成的断面透视图,其中主臂分别处于其最下、服务以及最上位置。
    图37A、图37B以及图37C是从左后侧的柱状总成的断面透视图,其中主臂分别处于其最下、服务以及最上位置。
    图38是图1A的操作器系统的主气动缸总成的透视图。
    图39是图1A的操作器系统的滑轮提升台架的透视图。
    图40是与滑轮提升台架相关的作用力的自由体受力图。
    图41A以及图41B是显示负载的竖直动作的示意图。
    图42A、图42B以及图42C分别是柱状总成的断面侧视图,其中主臂处于其最下、服务以及最上位置。
    图43以及图44是根据本发明实施例的气动控制单元的局部内视图,其中气动控制单元处于中立模式。
    图45是与图44类似的气动控制单元的局部内视图,其中阻挡件处于非阻挡位置。
    图46以及图47是类似于图43以及图44的局部内视图,其中气动控制单元处于上升模式。图46A显示了气动控制单元的一部分,其中为了清楚起见移除了手动模式总成。
    图48以及图49是类似于图43以及图44的局部内视图,其中气动控制单元处于下降模式。图48A显示了气动控制单元的一部分,其中为了清楚起见移除了手动模式总成。
    图50以及图51是类似于图43以及图44的局部内视图,其中气动控制单元处于手动上升模式。图50A显示了气动控制单元的一部分,其中为了清楚起见显示了手动模式总成。
    图52以及图53是类似于图43以及图44的局部内视图,其中气动控制单元处于手动下降模式。图52A显示了气动控制单元的一部分,其中为了清楚起见移除了手动模式总成。
    图54以及图55分别是远程控制单元的前等角视图以及后等角视图。
    图56是与图54类似的视图,其中移除了外壳的一部分。
    图57是根据本发明的实施例的气动控制系统的示意图。
    图58是根据本发明其他实施例的气动控制系统的示意图。
    图59是根据本发明另一实施例的气动控制系统的示意图。
    图60是图59的气动控制系统的远程控制单元的等角视图。
    图61是与图60类似的视图,其中移除了盖体。
    图62是根据本发明的操作器系统的其他实施例的柱状总成的前透视图,其中主臂总成处于服务位置。
    图63是图62的柱状总成的右后断面透视图。
    图64是滑轮提升台架的其他实施例的透视图。
    图65是与图64的滑轮提升台架相关的作用力的自由体受力图。
    图66是图62的柱状体的左后断面透视图。
    图67是图66的柱状总成的内部的放大断面图。
    图68是图62的柱状总成的放大断面图,其中主臂总成处于上部位置并且显示了辊轮促动阀以及促动器板之间的相互作用。
    具体实施方式
    现在将参照附图来描述本发明的较佳实施例。应该知道本发明的精神及范围并不局限于上述实施例?;褂Ω米⒁獾礁酵疾⒉槐硎救魏翁囟ū嚷驶蚬娓???梢栽诒痉⒚鞯姆段诙院笮枋龅呐渲靡约安闹式行奘?。
    将参照图1A-图42C来描述本发明第一实施例的测试头操作器系统10。参照图1A和图1B,操作器系统10一般包括柱状单元100、托架(cradle)300、测试头490、主臂总成500、辊轮齿轮箱(roll gear box)580、基座单元600以及控制器700。未显示的是自动测试设备(automatic testing equipment,ATE)的主机箱以及将测试头490连接到主机箱的线缆(cable)。线缆可以包含各种装置,例如位于测试头与主机箱之间的用于连接信号、供电以及接地的电线、光纤信号连接线以及空气或者其他气态冷却剂的软管和/或用于冷却内部元件(例如,紧密排列的超高速精密电路)的液体冷却剂的软管和/或导管。
    托架300在两个点495夹持测试头490(仅一个点可以看到),这样定 义了大致通过测试头490的重心的轴。测试头490可以绕此轴进行枢轴转动。提供更多功能以及更多动作自由度的其他托架以及测试头夹持机构是本领域众所皆知的,并且可进行替换以适用于特定应用。测试头490包括待测装置(“device under test,dut”)的测试点485。测试头490显示成处于被称作“dut向上”的方位,其中测试点485面向上。
    如图1A和图1B所示,托架300由辊轮齿轮箱580夹持,辊轮齿轮箱580包括手轮585。旋转手轮585可以驱动位于齿轮箱580内部的涡轮(worm gear)机构。此涡轮机构转动固定该托架300的耦接件587。因而,旋转手轮585可以使托架300和测试头490绕其滚轴旋转。在实施例中,辊轮齿轮箱580提供正/负大致95度的滚转动作,这使得测试头490能够移动到且处于dut向下、dut向下、dut竖直或者中间角度的任意位置??梢酝ü嘀旨际跆峁┙卸越拥墓龆秤π?。
    主臂总成500一般包括主臂板510,枢轴耦接单元530通过位于一竖直平面内的两个水平线性导轨515以及轴承或类似装置而固定于主臂板510上。辊轮齿轮箱580通过与低摩擦轴承511a、511b啮合的一对轴颈(journals)512a、512b或者类似装置以枢轴方式耦接到枢轴耦接单元530上,以使辊轮齿轮箱580绕着由枢轴耦接件所定义的竖直轴而自由地旋转。在实施例中,枢轴耦接件提供超过90度的旋转。通过沿水平导轨515以及相关轴承移动主臂板510来提供水平横向(side-to-side)动作。
    现在参照图3-图13来描述本发明另一实施例的辊轮齿轮箱580’。如所描述的,辊轮齿轮箱580’包括顺应单元1600,其配置成促成滚转顺应性。尽管参照测试头操作器系统10的枢轴耦接单元530以及托架300来描述齿轮箱580’,但是齿轮箱580’也可以用于其他测试头操作器系统。
    参照图3-图6,辊轮齿轮箱580’包括轴颈块1582,而轴颈512a、512b从轴颈块1582延伸,以与枢轴耦接单元530的轴承511a、511b枢轴连接。提供摆动锁定机构1581以相对于枢轴耦接单元530来锁定轴颈块1582。枢轴块1584由轴颈块1582支撑,并且配置成支撑耦接件587’,例如通过一种回转轴承(slewing ring bearing)591或类似装置,以绕其中心轴进行低摩擦旋转。该支撑耦接件587’以及轴承591构成本实施例的耦接单元。与前一实施例相同,托架300连接于耦接件587’,使得该支撑耦接件587’ 的旋转引起托架300以及测试头490绕其滚轴旋转。
    涡轮单元1586由枢轴块1584支撑,并且配置成通过输出轴杆1585提供受控制的旋转输出。涡轮轴杆1588延伸过涡轮单元1586,并且包括啮合且驱动输出轴杆1585的内部涡轮(未图示)。参照图6,涡轮轴杆1588的末端1589包括斜齿轮1591,其配置成啮合驱动马达1590的输出斜(bevel)齿轮1593。在本实施例中,驱动马达1590是气动马达,并且包括入口1592和1594,以在顺时针或逆时针方向上驱动该驱动马达1590。尽管显示了气动马达,但可采用电性马达或者其他旋转驱动单元。在本实施例中,涡轮轴杆1588的反端1587配置成接收手轮(hand wheel)或类似装置,手轮用于作为附加装置或者代替驱动马达1590来驱动该输出斜齿轮1593。
    输出轴杆1585的旋转输出通过辊轮驱动滑轮1606以及驱动带1608而传送到耦接件587’。辊轮驱动滑轮1606安装于输出轴杆1585上并且随其一同旋转。驱动带1608延伸于辊轮驱动滑轮1606与耦接件587’之间,并且将旋转输出从辊轮驱动滑轮1606传送到耦接件587’。辊轮驱动滑轮1606以及耦接件587’的尺寸设定成在其间形成所需的齿轮比(gear ratio)。在本实施例中,通过选择滑轮1606与耦接件587’的相对尺寸,相较于驱动马达1590的速度及扭矩而给出托架的合理滚转速度。
    参照图6和图7,本实施例的顺应单元1600包括一对偏置的惰轮1610A、B。惰轮1610A、B安装有弹簧偏置装置或者类似装置,并且可自由地水平移动,或者一般是沿垂直于耦接件587’和驱动滑轮1606的中心连线的线性轴而移动?;箍梢圆捎闷渌亩鞣段?。弹簧固定件向内推动惰轮1610A、B,以在驱动带1608上提供张力。当辊轮驱动滑轮1606处于固定位置时,例如当驱动马达1590关闭时(通过耦接涡轮的后退驱动力(back driving force)可以配置成高到足以使驱动滑轮1606实质上锁定),施加到耦接件587’上的外部旋转作用力或扭矩使耦接件587’旋转。在这样做时,惰轮1610A、B中的一个向内移动,而另一个向外移动。例如,针对图7所示的配置,如果耦接件587’被外部推动成顺时针旋转,则右手的惰轮1610A向内移动,而左手的惰轮1610B向外移动。如耦接件587’被外部推动成逆时针旋转,则左手的惰轮1610B向内移动,而右手的惰轮1610B向外移动。如果移除外部作用力或者扭矩,则惰轮1610A、1610B 倾向于被推回其中心位置,使负载回复到其初始(中立/neutral)位置。
    尽管惰轮1610A、B显示为具有弹簧偏置装置,但是也可以采用其他偏置方式。例如,惰轮1610A、B可以流体偏置。此外,这种流体偏置可以是可调的。例如,可以基于测试头操作器系统的操作状态来调整流体偏置,例如当测试头操作器系统驱动测试头时,流体偏置增加,而当测试头未被驱动时,流体偏置下降?;箍梢圆捎闷渌梅绞揭约芭渲?。
    已经描述了顺应单元1600的一般性操作,现在参照图6-图13来提供顺应单元1600的配置的详细描述。顺应单元1600包括配置成安装到涡轮单元1586上的外壳1602。外壳1602包括通孔1604,其配置成接收该驱动滑轮1606。交叉槽1605延伸到外壳1602顶部内,并且与通孔1604交叉,使得在驱动滑轮1606周围通过的驱动带1608可以延伸到外壳1602外面并且与耦接件587’啮合。交叉槽1605还配置成接收惰轮1610A、B,使其与通过交叉槽1605的驱动带1608对齐。在本实施例中,每个惰轮1610A、B支撑于各自的轮轴1612A、B上。外壳1602包括对置的轮轴槽1613A,其配置成支撑轮轴1612A的末端,以使轮轴1612A在其中线性移动。外壳1602还包括对置的轮轴槽1613B,其配置成支撑轮轴1612B的末端,以使轮轴1612B在其中线性移动。如果需要,轮轴槽1613A、B的结构可以不同于图示的结构。一对轴杆孔1607平行于交叉槽1605而延伸通过外壳1602,其中交叉槽1605每侧一个轴杆孔。每个轴杆孔160通过各自的轮轴槽1613A以及轮轴槽1613B。如下文所描述的,交叉槽1605、轴杆孔1607以及轮轴槽1613A、B配置成支撑惰轮总成1601。图10-图13显示了惰轮总成1601。惰轮总成1601包括一对轴杆1620,其配置成支撑轮轴1612A、B,以使1612A、B沿其线性移动。参照图11,每个轴杆1620包括与各端邻接的行进面1622。行进面1622配置成支撑轮轴套管(axel bushing)1630,以沿其低摩擦行进。轴杆1620的中部可以进行台阶处理,以在各行进面1622上定义行进限位器(limit stop)1624。轴杆1620的中部包括沟槽1625,以接收固定夹(retaining clip)1626,其在轴杆1620定位到各自的轴杆孔1607内后啮合并相对外壳1602紧固该轴杆1620(参见图9)。如下文所描述的,轴杆1620的各端包括螺纹孔1623,其配置成接收各自的弹簧螺钉1642?;蛘?,轴杆1620的各端可以是带螺纹的并且配 置成接收螺母或者类似装置。
    参照图10-图12,各惰轮轮轴1612A、B包括中部1614,配置成可旋转地支撑各自的惰轮1610A、B。惰轮1610A、B可包括轴承或者类似装置(未图示)以降低摩擦。惰轮沟槽1615绕中部1614延伸并且配置成接收多个固定夹1619,固定夹1619将惰轮1610A、B轴向紧固到轮轴1612A、B上。在本实施例中,轮轴1612A、B的各端1616展平以定义弹簧接触面1618。然而,接触面1618可配置成任何配置,包括弧形配置。套管孔1617延伸通过各轮轴末端1616,并且配置成接收各自的套管1630,并进行干涉配合(interference fit),使得轮轴1612A、B随着套管1630一起沿着各自的轴杆行进面1622而移动。
    参照图10与图13,一旦惰轮轮轴1612A、B与各自的套管1630定位于轴杆1620的行进面1622上,各自的压紧弹簧1640分别定位在每个行进面1622的周围。各自的弹簧螺钉1642伸通过各自的压紧弹簧1640,并且啮合于轴杆1620的末端的各自螺纹孔1623内。垫圈1644可以定位于弹簧螺钉1642与压紧弹簧1640之间。随着弹簧螺钉1642拧紧,压缩螺钉1640压紧轮轴1612A、B的各自的弹簧接触面1618。在本实施例中,压紧弹簧1640提供上文参照图7所描述的弹簧偏置。如果需要则拧紧弹簧螺钉1640,以设定驱动带1608上的张力,并且建立惰轮1610A、B的初始中立位置。通过调整各弹簧螺钉1640,惰轮1610A、B还可以用于抵消耦接件587’上的不平衡(out-of-balance)扭矩。例如,如果负载为600磅并且重心从转轴偏离1/2英寸,则存在300in-1bs的扭矩,其倾向于以不希望的方式来旋转该负载。通过调整适当的弹簧螺钉1640,可以调整作用于惰轮1610A、B上的弹簧作用力,来抵消这种不平衡扭矩。
    参照图14A、图14B和图15,顺应单元1600显示成与不同结构的辊轮齿轮箱580’’、580’’’一起使用。具体参照图14A和图14B,辊轮齿轮箱580’’包括轴颈块1582’’,而轴颈512a、512b从轴颈块1582”延伸以与枢轴耦接单元530的轴承511a、511b进行枢轴连接??梢蕴峁┌诙ɑ?581以相对于枢轴耦接单元530来锁定轴颈块1582’’。在本实施例中,轴颈块与轴颈块1582’’一体形成。轴颈块1582’’设有一对轴承593和595,其配置成支撑从支撑耦接件587’’延伸的轴杆 592,以便其中心轴进行低摩擦旋转。轴杆592延伸通过定位于支撑耦接件587’’与轴颈块1582’’之间的驱动件596。销597或者类似装置在支撑耦接件587’’与驱动件592之间延伸,使得它们以旋转方式互相连接。限位架(stop bracket)598与驱动件592相邻地从轴颈块1582’’延伸。限位块(stop)568(仅显示一个)从驱动件592的各侧径向延伸,并且配置成接触限位架598以限制旋转范围。提供盖体总成599以?;じ盟秤Φピ?600、齿轮单元1586、马达1590以及相关设备。支撑耦接件587’’与驱动件592构成本实施例的耦接单元。和先前的实施例一样,托架300连接于耦接件587’’,使得耦接件587’’的旋转引起托架300与测试头490绕其滚轴旋转。
    本实施例中,顺应单元1600由轴颈块1582’’支撑。同样,齿轮单元1586的输出轴杆1585的旋转输出通过辊轮驱动滑轮1606以及驱动带1608而传送到耦接件587’’。辊轮驱动滑轮1606安装到输出轴杆1585上,并且与其一起旋转。在本实施例中,驱动带1608在辊轮驱动滑轮1606与驱动件592之间延伸。由于驱动件592与耦接件587’’以旋转方式互相连接,驱动带1608通过驱动件592而将旋转输出从辊轮驱动滑轮1606输出到耦接件587’’。辊轮驱动滑轮1606与耦接件587’’的尺寸再次设定成在其间形成所需的齿轮比。在其他方面,顺应元件1600以上述方式进行操作。
    参照图15,辊轮齿轮箱580’’’包括轴颈块1582’’’,而轴颈512a、512b从其延伸以与枢轴耦接单元530的轴承511a、511b进行枢轴连接。提供摆动锁定机构1581以相对于枢轴耦接单元530而锁定轴颈块1582’’’。在本实施例中,轴颈块1582’’’包括内部安装架1579,以固定回转轴承591。在本实施例中,轴承591平行于轴颈块1582’’’的主体而延伸。与图3-图13的实施例一样,支撑耦接件587’与轴承591连接,以绕其中心轴进行低摩擦旋转。该支撑耦接件587’与轴承591构成本实施例的耦接单元。与先前的实施例一样,托架300连接于该支撑耦接件587’,使得该支撑耦接件587’的旋转引起托架300和测试头490绕其滚轴旋转。
    在本实施例(图15)中,顺应单元1600由轴颈块1582’’’支撑于不 同方位,然而输出轴杆1585的旋转输出仍通过辊轮驱动滑轮1606和驱动带1608而传送到耦接件587’。辊轮驱动滑轮1606安装于输出轴杆1585上并且随之旋转。与图3-图13的实施例一样,驱动带1608在辊轮驱动滑轮1606与耦接件587’之间直接延伸,藉此将旋转输出从辊轮驱动滑轮1606传送到耦接件587’。辊轮驱动滑轮1606以及耦接件587’的尺寸再次设定成在其间形成所需的齿轮比。在本实施例中,涡轮单元1586的齿轮1591’’’和1593’’’与马达1590直接连接,而不是斜面(beveled)连接。在其他方面,顺应元件1600同样以上述方式进行操作。
    尽管转轴由图3-图6以及图14A和图14B所描述的实施例的耦接单元587’的转轴所定义,并且实质上与由轴颈512a和512b所定义的正交轴交叉,但由图15的实施例的耦接单元587’所定义的转轴位于由枢轴轴颈512a和512b所定义的正交轴的一侧,这是特定应用所需要的。在所有的实施例中,希望负载相对于转轴是平衡的。这可以通过使转轴实质上通过负载的重心来达成。如果希望转轴远离负载的重心,则可以使用同一受让人的美国专利第7,084,358号中所公开的负载平衡装置。
    再次参照图1A-图2C,柱状单元100包括两个线性导轨115,其从柱状单元100的底部竖直延伸到顶部。主臂板510由适当的线性轴承或者类似装置耦接到轨道115上。柱状单元100内的主流体操作促动器150(参照图37A)与主臂板510关联,使主臂板510及其负载(包括主臂总成500、辊轮齿轮箱580、托架300、测试头490以及线缆)在竖直方向上沿轨道115上下移动。这种流体促动操作器100配置成流体平衡型的。Smith最初在美国专利第4,589,815号(参见图38-图12)并且后续在美国专利第4,705,447号以及第5,149,029号中描述了这种结构。这三个专利并入本案以供参考。如这些专利中所描述的,在竖直轴或Y轴上提供实质上无重量的状态(因而提供顺应动作)。如更详细公开的,柱状单元100的内部机构使测试头的竖直移动距离增加,例如,两倍于气动缸内的活塞所移动的距离。
    基座单元600包括水平定位的基座板605,其在操作时一般是静止的。线性导轨630设置于基座板605上。线性轴承或者类似装置将水平台架650耦接到线性导轨630上,使得水平台架650在平行于地板的平面上轻易地线性移动。这种线性动作定义了进出(in-out)轴。柱状单元100紧固于水平 台架650上,并且藉此具有相对于基座单元600的进出线性动作。如所描述的,气动缸设置于基座单元600内,以提供动力进出动作。
    图1A显示了本案所使用的笛卡儿(Cartesian)座标系。X轴1002定位于平行于地板、基座板605以及水平线性导轨515的水平面内,使得水平横向动作平行于X轴1002。Z轴1004也处于水平面内,此水平面平行于地板以及基座板605,并且还平行于位于水平台架650上的线性导轨630,使得进出动作平行于Z轴1004。Y轴1006是竖直的,并且平行于线性导轨115,使得上下(up-down)动作平行于Y轴1006。X轴1002、Y轴1006以及Z轴1004相互正交。
    下面更详细地描述控制单元700??刂频ピ?00一般包括按钮、开关或者类似装置,以使操作者可以控制上下以及进出动作。
    参照图1A以及图2A-图2C,显示了操作器系统10的各种位置,示意了操作器系统10的动作范围。在图1A中,测试头490的竖直位置处于竖直柱状单元100中间的被称为“服务位置(service position)”的地方。在图1A中,测试头490还从Z轴1040右摆45度,并且水平位置完全向右。在图2A中,测试头490处于其最低点,摆动角度为0度,并且完全向左。在图2B中,测试头490处于其最高点,摆动角度为90度,并且完全向右。在图2C中,测试头490处于其最高点,摆动角度为0度,并且完全向左。
    参照图16A以及图16B,将更详细地描述基座单元600?;ピ?00支撑柱状单元100且为柱状单元100提供进出动作,并且藉此为测试头490提供进出动作。柱状单元100(图16A和图16B中未图示)安装于台架650上。台架650由线性轴承635a、b、c、d固定到线性导轨630a、b上,其彼此平行地安装于底板605上。因而,台架650可沿着由线性导轨630a和630b所定义的轴而水平移动。在本实施例中,双动气动缸620作为动作促动器以影响台架650的水平进出动作,并且因而影响测试头490。动作限位块628f、r固定于底板605上,并且与固定于台架650下侧的限位单元640配合,以分别阻止并限制台架650的前向以及后向动作,这些将在下文中进行详细描述。
    底板605较佳地由钢制成,以增加强度并在负载从一个位置移动到另一个位置时使产生的挠曲最小化。也可以采用其他材质,包括金属材质以 及非金属材质。在本实施例中,平行的线性导轨630a、b与实心侧轨606a、b由凹头(socket-head cap)螺钉固定于基座605上?;蛘呖刹捎闷渌潭ǚ绞?。实心侧轨606a、b较佳地提供附加的抗挠曲性。四个脚架(caster bracket)602固定到基座板605上,每个角落附近一个?;蛘呖梢圆捎貌煌考芭渲玫慕偶?02。固定到各脚架602上的是脚轮601。根据应用需要,脚轮601可以是固定的或者回转型的。也可以采用其他类型的轮子。固定到底板605上的还有多个延伸腿,以在测试头移过其动作包络(envelope)时提供稳定性。所示的延伸腿包括前角延伸腿613以及侧延伸腿607。后角延伸腿610可以在ATE系统的主机箱下方延伸以提供进一步的稳定性。
    基座单元600还包括耦接于基座板605的平衡(1eveling)支撑件603、耦接于延伸腿613的平衡支撑件614以及耦接于延伸腿607的平衡支撑件608。这些平衡支撑件是现有的类型,具有面朝下的圆形平面以及螺纹部,螺纹部向上延伸并且啮合其所固定的构件的螺纹孔。后角延伸腿610包括平衡支撑件611,其以倒装方式(upside-down)进行安装。支撑件611用于将后角延伸腿610与ATE主机箱(未图示)啮合。
    在使用操作器系统10之前,平衡支撑件603、608以及614如希望地进行旋转,使其平面与地板接触,而脚轮601定位于地面的略上方。支撑件603、608以及614可进行调节,以平衡基座600并且使得柱状单元100处于所希望的竖直位置。同样,支撑件611旋转使得其与ATE箱(未图示)啮合。通过向内旋动所有的平衡支撑件以使平衡支撑件603、608以及614离地,并且支撑件611脱离主机箱,操作器系统10可以在适当的水平地板上从一个位置移动到另一个位置。由于脚轮601与地板接触,操作器系统10可以轻易地滚动到新的位置。
    水平台架650支撑柱状单元100,并且为测试头490提供进出(前后)动作。与基座板605相类似,矩形台架650较佳地由钢制成,以增加强度以及抗挠曲性。线性轴承635由六个凹头螺钉固定到台架650的每个角落。如所希望地固定线性轴承635,以与线性导轨630a、b精密地啮合,使得台架650能够以非常低的摩擦而沿着线性进出轴轻易地移动?;固峁┧ɑ挂越?50保持在其动作范围的所需位置。在本实施例中,锁定机 构包括:靴座692,位于台架650的下侧;以及肘节(toggle)控制器690,位于台架650上方的操作者可达侧。如图所示,靴座692与轨道630b对齐。当肘节控制器处于第一非锁定位置,靴座692位于轨道630b的略上方或者与轨道630b松动接触,并且台架可沿着轨道630a、b轻易地移动。当台架已经位于所需位置,肘节控制器690可以移动到第二锁定位置。当肘节控制器690处于锁定位置,靴座692有力地支承于轨道630b上,阻止台架650的沿着轨道630a、b进一步动作。
    限位块628f以及628r由适当的螺钉或类似装置而固定于基座板605上。限位块628f以及628r较佳地居中于平行于轨道630a、b的线上。限位块628f位于基座板605的前面,而限位块628r位于后面。限位块628f、r均定向成使得各限位块具有指向基座板605的中心并且垂直于轨道630a、b的平面。台架限位单元640使用适当的螺钉或类似装置而固定到水平台架650的下侧。限位单元640包括限位锥642f以及642r,其较佳地由硬橡胶或者其他适当材质制成。台架限位单元640位于台架650上,当台架650通过线性轴承635而耦接到轨道630a、b上时,台架限位单元640定位成:(1)位于限位块628f与628r之间,并且(2)限位锥642f、r的轴与在限位块628f与628r之间延伸的线对齐。水平台架650可以朝前移动,直到限位锥642f啮合限位块628f,并且可朝后移动,直到限位锥642r啮合限位块628r。净(net)水平线性动作的距离限制到限位块628f和628r的面向内的面之间的距离减去限位锥642f和642r的尖端之间的距离。
    由于轨道630a、b与线性轴承635之间的低摩擦耦接,可以为相对较小的操作器以及测试头手动地提供水平动作。然而,对于较大的系统,许多用户更喜欢在此轴上采用动力动作。在这种配置中,较佳地提供顺应模式,其中通过相对较小的外力(包括手动)可轻易地移动负载,以将测试头与周边件或者可能的其他装置进行对接。在本实施例中,双动气动缸620配置成提供这种顺应模式。双动气动缸620以及相关的活塞杆622由适当的紧固方式固定于基座板605上。气动缸620以及活塞杆622较佳地定位成使得气动缸620与活塞杆622的共用轴平行于线性导轨630a、b。在本实施例中,活塞杆622的远端623是带螺纹的。远端623通过支架625的圆孔,支架625安装到台架650的边缘附近。螺母(未图示)螺纹固定到杆 622的远端623,使得活塞杆622固定到台架650上?;箍梢圆捎闷渌墓潭ㄅ渲?。
    气动缸620装配有两个埠,内部活塞(未图示)每侧一个埠。流体在压力的作用下注入到一个埠,以在第一方向上推动活塞以及活塞杆622,并且注入到另一埠,以在相反方向上推动活塞以及活塞杆622。如果不接收流体注入的埠保持开放以允许前一动作所剩余的流体排出,则可以加强一方向或者另一方向的动作。因而,如下文所描述的,通过控制加压流体流入且流出两个埠,可以控制水平台架650的动作。较佳地,相对于台架限位单元640而配置限位块628f以及628r,使得台架650的动作范围小于气动缸620内的活塞的总可用冲程,并迫使台架在任一方向上到达冲程末端前(也就是,降至最低点之前)停止。这样确保了在气动缸内存在足够的体积来开始离开限位块的动作。通过使用气动元件,包括靴座692在内的锁定机构可以采用“气动’’肘节控制器690’来代替上述的肘节控制器690。气动肘节控制器690’包括流体促动器691(参见图57),其具有默认的非锁定的收回位置,使得靴座692与轨道630b间隔开,类似于上述的非锁定状态。为了通过靴座692来锁定进/出动作,须通过肘节开关来促动控制阀693,藉此,流体促动器691使靴座692伸出,藉此来锁定系统使不能进行进或出运动。
    在本实施例中,工作流体可以是空气,其是可压缩的。因而,如果台架处于静止状态(在任一埠都不添加或者释放空气),则台架可通过施加外力而进行移动。因而,提供了顺应性?;蛘?,如当前实施例所示的,如果释放流体压力,并且将各埠向大气开放,则台架以及其所支撑的负载可手动地从一个限位块移动到另一个限位块。如下文所描述的,通过控制单元700,可将通过气动缸620对水平动作的控制较佳地与其他操作器轴的控制相结合。
    参照图17-图32,更详细地描述其他基座单元600’?;ピ?00’支撑柱状单元100且为柱状单元100提供进/出动作,并藉此为测试头490提供进/出动作。柱状单元100(图17-20中未图示)安装于台架650’上。台架650’由线性轴承635a、b、c、d固定到线性导轨630a、b上,线性导轨630a、b,彼此平行地安装于底板605’上。因而,台架650’可以沿由 线性导轨630a和630b所定义的轴而水平移动。如下文更详细描述的,线性促动器总成50作为动作促动器以影响台架650’和柱状单元100的水平进出动作,并且因而影响测试头490。动作限位块628f、r固定于底板605’上,并且与固定于台架650’下侧的限位单元640配合,以分别阻止并限制台架650’的前向以及后向动作,这些将在下文中进行详细描述。
    底板605’较佳地由钢制成,以增加强度并减小负载从一个位置移动到另一个位置时产生的挠曲。也可以采用其他材质,包括金属材质以及非金属材质。在本实施例中,平行的线性导轨630a、b与实心侧轨606a、b由凹头螺钉固定到基座605’上?;蛘呖刹捎闷渌墓潭ǚ绞?。实心侧轨606a、b较佳地提供附加的抗挠曲性。四个脚架602固定到基座板605’上,每个角落附近一个?;蛘呖梢圆捎貌煌考芭渲玫慕偶?02。附着到各脚架602的是脚轮601。根据应用需要,脚轮601可以是固定的或者回转型的。也可以采用其他类型的轮子。附着到底板605’上的还有多个延伸腿,以在测试头移过其动作包络时提供稳定性。所示的延伸腿包括前角延伸腿613以及侧延伸腿607。后角延伸腿610可以在ATE系统的主机箱下方延伸以提供进一步的稳定性。
    基座单元600’包括耦接于底板605’的平衡支撑件603、耦接于延伸腿613的平衡支撑件614以及耦接于延伸腿607的平衡支撑件608。这些平衡支撑件是现有的类型,具有面朝下的圆形平面以及螺纹部,螺纹部向上延伸并且啮合其所固定的构件的螺纹孔。后角延伸腿610包括平衡支撑件611,其以倒装方式进行安装。支撑件611用于将后角延伸腿610与ATE主机箱(未图示)啮合。
    在使用操作器系统10之前,如希望地旋转多个平衡支撑件603、608以及614,使其平面与地面接触,而脚轮601定位于地面的略上方。支撑件603、608以及614可进行调节,以平衡基座600’并且使得柱状单元100处于所希望的竖直位置?;剐弥С偶?11,使得其与ATE箱(未图示)啮合。通过向内旋动所有的平衡支撑件以使平衡支撑件603、608以及614离地,并且使支撑件611脱离主机箱而使操作器系统10在适当的水平地板上从一个位置移动到另一个位置。由于脚轮601与地板接触,操作器系统10可以轻易地滚动到新的位置。
    水平台架650’支撑操作器系统10,并且为测试头490提供进出(前后)动作。与基座板605’相似,矩形台架650’较佳地由钢制成,以增加强度以及抗挠曲性。线性轴承635由六个凹头螺钉固定到台架650’的每个角落。如所希望地固定线性轴承635,以与线性导轨630a、b进行精密啮合,使得台架650’能够以非常低的摩擦沿着线性进出轴轻易地移动。
    限位块628f以及628r由适当的螺钉或类似装置固定于基座板605’上。限位块628f以及628r较佳地居中于平行于轨道630a、b的线上。限位块628f定位于基座板605’的前面,而限位块628r定位于后面。限位块628f、r均定向成使得各限位块具有指向基座板605’的中心并且垂直于轨道630a、b的平面。台架限位单元640使用适当的螺钉或类似装置而固定到水平台架650’的下侧。限位单元640包括限位锥642f以及642r,其较佳地由硬橡胶或者其他适当材质制成。台架限位单元640位于台架650’上,使得当台架650’通过线性轴承635而耦接到轨道630a、b上时,台架限位单元640定位成:(1)位于限位块628f以及628r之间,并且(2)限位锥642f、r的轴与在限位块628f以及628r的中心之间延伸的线对齐。水平台架650’可向前移动,直到限位锥642f与限位块628f啮合,并且可向后移动直到限位锥642r与限位块628r啮合。净水平线性动作的距离限制到限位块628f以及628r的面向内的面之间的距离减去限位锥642f以及642r的尖端之间的距离。
    参照图20,促动器50一般包括:台架板1、一对斜坡块2、制动靴座3、凸缘4、轴承块5、流体促动缸6、一对轴承7、一对轨道8、一对止回阀9、自粘泡沫垫10、磁铁11、防滑橡胶垫12、一对套筒轴承13、定位(dowel)销14、缸盖螺栓15、多个沈头(countersunk socket)螺钉16、17、多个缸盖螺栓18、19以及六角螺母(nut)20。参照图19,缸6一端通过凸缘4以及轴承块5而以枢轴方式固定于台架605’上。在反端,活塞杆26连接于制动靴座3。制动靴座3包括一对对置的定位销14。每个定位销14延伸到各自的斜坡块2的斜坡槽22内。斜坡块2分别连接到台架板1上,台架板1通过轴承7而固定到轨道8上,以沿着轨道8进行线性动作。如下文更详细解释的,活塞杆26的移动引起销14沿斜坡22的移动,并藉此来控制该制动靴座3的应用。
    本实施例提供了顺应模式,其中通过相对较小的外力(包括手动)可轻易地移动负载,以将测试头与周边件或者可能的其他装置对接。在本实施例中,促动器50配置成提供这种顺应模式。缸6装配有两个埠9,内部活塞(未图示)每侧一个埠。在较佳实施例中,为了实现顺应性,如下文所描述的,释放流体压力且使埠9向大气开放或者供应流体到收回埠(retractport)9,使得不施加制动靴座3。当制动靴座3处于非施加位置时,台架650’及其所支撑的负载可手动地从一个制动器移动到另一个制动器。
    在本实施例中,还提供了台架650’在第一对接方向上的自动移动。系统还可以配置成在两个方向上提供自动移动。流体在压力的作用下注入到埠9中的一个埠内,以在相反的方向上推动活塞以及活塞杆26,藉此来施加制动靴座3,并且在第一对接方向上移动台架650’。流体注入到另一埠,以在相反方向上推动活塞以及活塞杆26,释放制动靴座3,其中台架650’可以手动来移动。另外,可提供独立的偏置件(例如,弹簧),使得活塞在流体压力释放时自动地收回。因而,通过控制加压流体进入以及流出两个埠9,可以控制水平台架650’的动作。
    如上文所示的,活塞杆26的延伸和收回还控制该制动靴座3的施加,将参照图21-图32来描述这种情况。参照图21-图23,此图是初始位置,并且活塞26收回到缸6内。因而定位销14位于其斜坡22的上端(参见图22A),并且该制动靴座3上升,使得其不接触基座板605’(参见图23A)或者使“牵引螺钉头’’从其向上伸出。通过向收回埠9施加流体压力而将活塞26保持在这个位置?;蛘?,弹簧或者其他结构可用于保持活塞26。在这种条件下,台架650’以及乘坐于其上的负载可以利用轴承635而沿轨道630a、b自由地移动。
    参照图24-图26,流体控制器可以切换到“驱动”或者“伸出”位置。流体压力从将活塞26保持在收回位置的埠9(即,收回埠)释放。流体压力施加到使缸6伸长的埠9(即,伸长埠)。如图25A更清楚显示的,缸6伸长了一小段距离,使得定位销14沿着斜坡22而移动。如图26A所示,靴座3现在更靠近基座板605’,但仍未接触基座板605’或者从其向上延伸的“牵引螺钉头”。台架650’仍未移动。
    现在参照图27-图29,通过使开关保持在驱动或伸长位置,流体压力 继续施加到伸长埠9。因而,如图28A所示,缸6现在完全伸长,并且定位销14已经沿着其斜坡22向下移动。如图29A中更清楚地看到的,制动靴座3已经接触基座板605’以及“牵引螺钉头”的顶部。这样,靴座3推在(pushing against)基座板605’上,并且由于缸6已经伸长,使得台架605’向右移动。注意到定位销14不会一直处于其斜坡22的最低端。已经设计成允许并补偿制动靴座3与制动垫12的磨损。随着这些物件的磨损,定位销14会向斜坡22的下方进一步行进。
    参照图30-图32,控制器已经切换到“收回”位置。流体压力已经从伸长埠9移除,埠9被允许进行排气。流体压力已经施加到收回埠9,并且活塞26已经收回。系统50已经准备开始另一动作循环。也就是,如果控制器再次切换到伸长位置,则压力再次施加到伸长埠9同时该收回埠9进行排气。这样使得缸6再一次伸长,更向右推动缸650’。为了将台架650’返回到其开始位置(向左),则使开关处于收回位置,并且这样允许沿着动作轨道而手动地推动台架650’。
    参照图33A-图42C更详细地描述柱状单元100。在附图中,柱状单元100一般具有主臂总成500。但是为了简单起见,省略了辊轮齿轮箱580、托架300、测试头490、基座单元600以及控制单元700。
    参照图34A-图34C,柱状单元100包括柱状主体110,其为各种装置提供竖直支撑结构以及封闭单元和安装结构。在本实施例中,柱状主体110的横截面是U形的,并且由适当的材质制成,例如钢,其尺寸适于支撑所需的负载。U形横截面提供了具有三个连续封闭侧面(右侧101、左侧102以及后侧103)以及一开放(前)侧的结构。固定到柱状主体111底部上的是踏板111,其包括踏板开口111a。踏板111用于将柱状单元100紧固到基座单元600的基座板605上。由于踏板111将负载从柱状单元100传递到基座单元600,踏板111较佳地焊接到柱状主体110上。
    顶片(top piece)112放到柱状主体110的顶部上并且由螺钉或者其他方式固定于其上。固定到柱状主体110的左侧101的是螺栓锁定总成116,其包括可滑动的螺栓116a以及螺栓操作手柄116b。柱状主体110的内部有结构件117。附加结构件118固定到前开口115上,并且位于开口115的中心附近。
    竖直定位的轨道安装面119设置于开口侧115的左面。两个竖直定位的轨道安装面121和122设置于开口侧115的右面。较佳地,安装面119、121以及122包括适当定位的螺纹孔123,以接收螺钉或者类似装置,螺钉将轨道固定到各自的表面上。也可以采用其他安装配置。
    参照图33A和图33B,线性导轨120a和120b分别紧固到轨道安装面119和121上,而齿式制动轨124固定到轨道安装面122上。主臂单元500的主臂板510包括线性轴承505a、b、c和d(线性轴承505c和d在图33A和图33B中看不到)。线性轴承505b和d配置成啮合该线性导轨120a,而线性轴承505a及c配置成啮合该线性导轨120b,使得主臂单元500能够以非常小的摩擦而沿由线性导轨120a和b定义的竖直轴进行竖直平移。提升臂128包括线性轴承125a和b,其配置成分别啮合各线性导轨120a和b,使得提升臂128也能够沿相同的竖直轴以低摩擦进行竖直平移。在本实施例中,提升臂128的竖直动作局限于结构件118的正上方附近到顶片112的正下方附近。提供扇折式屏障126a和126b或者类似装置以分别封闭提升臂128与结构件118之间以及提升臂128与顶片112之间的开口115。实体屏障(solid shield)127(参见图35B)填充结构件118下方的开口115。
    主臂单元500包括气动锁定模组575。锁定模组575包括齿式制动轨道124啮合的小齿轮(pinion gear)(未图示)。当空气压力施加到锁定模组575上时,小齿轮自由地转动;当空气压力移除时,小齿轮则锁定在适当位置,并且不能旋转。因而,当不存在空气压力时,锁定模组575阻止主臂单元500的竖直动作。
    图33C-图33E中显示了具有较薄断面(lower profile)的锁定模组575’的主臂单元500’。锁定模组575’包括经主臂板510延伸的轴杆574,小齿轮576从轴杆574上延伸(参见图33E)。小齿轮576配置成啮合齿式制动轨道124。与先前的实施例-样,锁定模组575’配置成在向锁定模组575’施加空气压力时,小齿轮576自由地旋转,而当空气压力移除,小齿轮576则锁定在适当位置,并且不能旋转。因而,当不存在空气压力时,锁定模组575’阻止主臂单元500的竖直动作。
    锁定模组575’还包括旋转阻尼器578,其啮合轴杆574的后端。阻 尼器578包括密封腔,其中设有一个或多个叶片(未图示),叶片(vane)配置成与轴杆574一起旋转。叶片在填充于压力腔内的流体中移动,并且产生阻尼效应。如果在系统的促动过程中存在“黏附”或者类似情况,阻尼效应是有益的。阻尼器574防止动量变化。因而,当臂板510动作时,小齿轮576由于与齿式轨道124相互作用而旋转。这使得轴杆574旋转,引起阻尼器578内的叶片旋转。通过与流体相互作用的叶片的粘滞阻力来抵抗并且减弱引起板510的速度突然变化的任何影响(例如,克服起步时的静态阻力)。示范性的阻尼器578是可从位于Michigan的Farmington Hills的ACEControls公司所购得的FDT系列产品。本案所描述的所有实施例都可以采用旋转阻尼器578。
    主臂单元500可包括螺栓接收器123,其包括螺栓接收孔123a(参见图37A)。主臂单元500可竖直地定位成使得接收孔123a与螺栓锁定总成116的螺栓116a对齐。随后可操作螺栓操作柄116b以使螺栓116a滑入接收孔123a,因而将主臂单元500牢固地锁定到适当位置。这个位置被称作“服务位置”。当处于服务位置时,系统可以安全地拆分/组装,或者以其他方式处置。具体来说,可以安全地移除、安装或者更换下文所描述的支撑带130a和130b。
    图35A和图35B分别显示了处于其最下和最上位置的主臂单元500以及提升臂128。如下文更详细描述的,可观察到主臂单元500的移动距离106大于(较佳地两倍于)提升臂128的移动距离107。
    参照图36A-图36C以及图37A-图37C,主臂单元500由两个皮带130a和130b支撑,这两个皮带固定到主臂板510的背面并且绕到提升臂128的后面并且返回到柱状主体110的内部,其中它们如下文所描述地与抵衡(counterbalance)/促动机构相互作用。在图37C中,可以看到负载载带130a、b固定到主臂板510的后面。具体来说,负载载带130a、b的端部分别终止于金属固定块131a、b,金属固定块131a、b转而由适当的紧固件或类似装置(例如,机器螺钉)固定到主臂板510的后面。此外,如图36B最佳显示的,负载载带130a、b的另一端也终止于金属固定块131c、d内,金属固定块131c,d转而固定到柱状主体110的内侧后部。
    因而,主臂单元500及其承载的负载的重量(下文称为“总负载”)通 过负载载带130a、b而传递到柱状主体110。本领域熟知此项技艺者应该意识到可以使用一条负载载带来代替两条负载载带。然而,使用两条负载载带可以在一条载带出现故障的情况下提供冗余性(redundancy)以及安全性。当然使用两条以上的负载载带也是可行的。同样,应该意识到可以使用钢缆、钢索、脚踏车链条以及类似装置来代替皮带。
    在组装状态下,负载载带130a、b从主臂单元500向上延伸,绕过滑轮提升台架140,并最后向下延伸到固定块131c、d。图39显示了滑轮提升台架140?;痔嵘?40包括侧条141a和141b。间隔条144安放并由适当的紧固件固定于侧条141a和141b之间,以使侧条彼此间隔且平行。轮轴143a和143b从侧条141a延伸到侧条141b?;?42a、c由适当的轴承并排安装于轮轴143a上。类似的,滑轮142b、d由适当的轴承并排安装于轮轴143d上?;?42a、b,c,da位于侧条141a、b之间,使得它们绕垂直于侧条141a、b并且平行于间隔条144的轴旋转。负载载带130a、b分别从主臂单元500向上延伸,经过提升臂128与滑轮142a和142c之间的空间,水平跨越滑轮142a、b以及142c、d,并向下到达固定块131c、d。
    提升臂128由适当的螺钉固定到侧条141a和141b的面向前的端部。提升臂128包括凹部129a、b,其接收线性轴承125a、b(参见图36A),使得提升台架140可以通过线性导轨120a、b与线性轴承125a、b的相互作用而竖直地平移。
    为了促成主臂单元500的上下移动,滑轮提升单元140固定到主流体操作促动器150上。参照图38,主流体操作促动器150包括具有柱状内孔的气缸本体151以及柱状活塞,柱状活塞响应于施加到垂直于气缸轴的两个活塞表面上的作用力差而沿着孔行进。在本实施例中,工作流体是气体,特别是空气?;钊?52从气缸本体151的一端延伸?;钊?52连接于上述活塞,活塞位于气缸本体151内部。补偿耦接件155(例如,从德国D-76307Karlsbad的Konstandin GmbH的Industriestrasse13-15获得的“ausgleichskupplung”),其提供了若干动作自由度,并且可用于耦接活塞杆152到负载固定架158上。由补偿耦接件155所提供的动作自由度补偿了固定架158与活塞杆152之间的任何失配(misalignment),由此降低妨碍 光滑动作的失配感生的侧向负载(misalignment-induced side loading)。耦接件155的第一端通过第一接头154而耦接到活塞杆152上,并且通过第二接头156而耦接到负载固定架158上。负载固定架158固定到滑轮提升台架140的间隔条141上?;痔嵘?40藉此通过两个挠性接头154和156以及耦接件155而耦接到主流体操作促动器150的活塞上,挠性接头154和156与耦接件155的组合形成万向接头。这样,传递到负载固定单元158的负载将在与活塞杆152以及气缸本体151内的气缸的轴线共轴的位置以及方向上传递到活塞杆152。
    参照图40,结合在负载载带130a、b上的张力支撑着“总负载”?;痔嵘?40包括两个滑轮142,代表实际的提升台架140以及滑轮142a、b、c、d。皮带130代表负载载带130a、b的组合。皮带130内的张力显示为W,其向下并且相切地作用于各滑轮142。(作用力W代表总负载的重量)。因而,向下作用于滑轮提升台架140上的总作用力是2W?;痔嵘?40由活塞杆152支撑,其转而由气缸本体151内的活塞130支撑。为了使得提升台架保持静止平衡或者允许其以恒定的速度移动,活塞杆152和活塞153在向上的方向上施加2W的相反作用力于提升台架140上。因而,施加到气缸本体151上的工作流体必须提供足够的压力,以在活塞152上产生大约2W的向上的净作用力。
    因而,在操作器系统10中,流体操作促动器150必须支撑并且向大约两倍于主臂单元500及其固定负载的重量的负载提供动作。在任何实际的实施例中,静摩擦和动摩擦均起到一定作用。静摩擦有助于在负载静止时较小程度地支撑负载。动摩擦则在负载移动时在相反方向上起作用。
    参照图65,当系统正确地进行水平且被支撑着并且主臂总成500的负载正确地张紧皮带130a和130b时,由皮带130a和130b提供到流体操作促动器150上的负载使得流体操作促动器150倾向于保持在竖直方向上。图65包括滑轮142的自由体受力图,并且显示了作用于各滑轮142上的作用力。在各种情况下,载带130内的张力等于W并且在所示的方向上进行作用。这样,各滑轮的轮轴143在与水平成45度角并且从提升台架140指向下的方向上施加的作用力等于所支撑的重量W乘以2的平方根。因而,由载带130施加到提升台架140上的作用力或负载大小相等,但方 向相反,即,向下作用并且朝向提升台架140的中心??梢钥吹?,这些作用力倾向于将流体促动缸保持在竖直方向上。因而,由载带130施加到提升台架140上的作用力或负载大小相等,但是方向相反,即,向下作用并且朝向提升台架140的中心。然而,如果皮带130上的张力由于任何原因而移除,则这些稳定力将消失。尽管开口111a紧密地包围流体操作促动器150的底部159,并且藉此限制其在水平面上进行明显的移动,但当稳定力移除时,例如在组装、运送、设置或者维护的过程中,倾翻作用(tipping)力产生于流体操作促动器150上。在本实施例中,通过提升臂128以及线性轴承125a和125b而将提升台架140连接到轨道120a和120b上来抵消这种倾翻作用力。
    再次参照图40,通过控制工作流体而使活塞移动。例如,如果活塞152下方的空气从气缸本体151排出,则气缸内的压力以及作用于气缸152上的向上的作用力均开始减弱,使得活塞152向下移动。相反,如果空气在活塞152的下方加入到气缸本体151,则气缸内的压力以及作用于气缸152上的向上的作用力均开始增加,使得活塞152向上移动。通过调节流体压力,例如通过本案所描述的控制单元700,活塞152以及所耦接的负载能够以近似恒定的速率向上或向下移动,这是保持平衡所必须的。
    图41A和图41B是显示由本发明的柱状总成所提供的竖直动作的示意图。如图所示,皮带130的一端显示成耦接到参考线1206的固定位置1205上,并且负载1210固定于第二端上。与实施例的操作器系统10相比,这对应于将负载载带130a、b分别固定到柱状主体103的内部以及主臂单元500上。负载1210用于代替主臂总成500。在图41A中,滑轮提升台架140定位成使得滑轮142的中心在参考线1206上方的距离(1214)为21/2个单位,而负载载带130的总长度使得负载在滑轮142的中心下方的距离(1213)为1个单位。因而负载1210位于参考线1206上方21/2-1=11/2个单位。假设活塞153、活塞杆152以及负载载架140的上升距离(1211)均为1/2个单位。图41B显示了上升后的位置。因而,滑轮142的中心与参考线1206之间的距离1214增加1/2个单位,变为3个单位。因为载带130的总长度不会改变,从滑轮142的中心到负载1210的距离1213必定减小1/2个单位,即,从1个单位减小到1/2个单位。负载1210现在是在参考 线1206上方3-1/2=21/2个单位。因而,负载1210移动的总距离1212为21/2-11/2=1个单位,而活塞153、活塞杆152以及滑轮提升台架140仅移动1/2个单位。因而,在本实施例中,负载1210的移动距离两倍于活塞152的移动距离。
    因而图40、图41A以及图41B所示意性显示的配置能够使负载的移动距离两倍于促动器的冲程,也就是说,促动器的冲程被加倍。然而,促动器必须能够支撑负载重量的两倍。在流体操作促动器的情况下,所施加的作用力正比于活塞的表面积。因而,这种冲程加倍方法“代价”是促动器气缸的直径增加大约1.414。同样,本领域熟知此项技艺者显而易见此技术并不局限于流体操作促动器。也可以采用其他类型的促动器,包括电性促动器或者手动促动器。同样显而易见的是此概念可以延伸到大于2的动作倍增。
    图42A-图42C显示了操作器系统10的冲程加倍特征。具体来说,图42A-C显示了活塞杆152分别完全伸出、收回到服务位置以及完全收回时滑轮提升台架140与主臂总成500的相对位置。
    已经描述了操作器系统10的较佳实施例,现在将参照图43-图57来描述气动控制单元700,其为本发明的较佳实施例。图57是气动控制单元的示意图,并且在后续描述的不同位置进行参照。
    图43-图53提供了气动控制单元700的局部内视图(为了清晰起见移除了内部的部分)。气动控制单元700配置成与上述的操作器系统10一起使用,但是也可应用于其他的操作器系统以及配置??刂频ピ?00包括安装板710以及侧板712a和712b。安装板710以及侧板712a和712b由单片的金属片材形成,此金属片材大致定型并且弯曲成使得侧板712a和712b与安装板710成直角定位。提供各种进气口713(例如,快连进气口)以便于空气从工作压力空气供应器714或者控制压力空气供应器715分配到控制单元内??掌髡?20支撑于控制单元700内,并且包括配置成从工作压力空气供应器714接收空气的入口埠722以及配置成向主流体操作促动器150提供所需大小的压力的出口埠723(为了清晰起见,未显示管线、管道以及类似装置)。所提供的示范性调整器720是SMC型号IR302O-FO3。在工作压力空气供应器714与调整器入口埠722之间的流路 内提供空气供应控制阀716,并且控制到调整器720的工作空气压力的流动方向。如下文更详细描述的,在接到上命令或下命令后,控制压力空气将导引到空气供应控制阀716,随后空气供应控制阀716被促动到打开位置,使得工作压力空气流到并且通过调整器720。通过调整器调节轴杆725来控制由调整器720所调节的工作压力空气的量。
    调整器调节轴杆725枢轴转动或者旋转,来增加或者减小调整器720的压力输出。如下文所描述的,输入驱动轮734由气动控制单元所驱动,以提供调整器调节轴杆725的自动枢轴控制。耦接件705固定到输出驱动轮734上并且在默认(default)状态下(即,非流体赋能状态下)与调整器调节轴杆725耦接。压力调节阀707控制到耦接件705的控制压力空气流。参照图57,压力调节阀707具有默认的关闭位置。按下按钮709将压力调节阀707促动到打开位置,这时该控制压力空气流到耦接件705并且将耦接件705促动到非耦接位置。调整器调节轴杆725独立于耦接件705和输入驱动轮734而自由地旋转。调节轴杆725一端的啮合槽728允许操作者通过顺时针或者逆时针转动调整器调节轴杆725(例如,使用六角、带槽或Phillips驱动器)来手动地调节调整器720的压力输出。这种手动调节一般会允许操作者设置或者调节压力以达成操作器系统10的平衡状态(即,使空气压力大致等于、略小于或者略大于活塞152上的负载)。
    如图57中所看到的,压力调节阀707的促动还提供该控制压力空气到二级(secondary)制动分离阀774。二级制动分离阀774是制动控制安全系统的一部分。如上文所描述的,制动控制安全系统一般将气动锁定模组575保持在锁定状态下。气动锁定模组575具有默认的非流体赋能锁定位置,即,如果气动锁定模组575不从工作压力空气供应器714接收流体,气动锁定模组575保持锁定,使得主臂总成500被禁止相对于柱状单元100进行竖直移动。初级(primary)制动分离阀772和二级制动分离阀774定位于工作空气压力供应器714与气动锁定模组575之间,并且阀门772和774均具有默认的关闭位置。初级制动分离阀772仅能够由安全阀770促动到打开位置。安全阀770是压力促动阀,其在主流体操作促动器150的工作压力(如图57中的线路822所决定的)处于阈值之上时打开。也就是,如果系统内没有足够的工作压力,安全阀770将保持关闭,并且不会促动初级 制动分离阀772。关闭的初级制动分离阀772将防止工作空气到达锁定模组575,并且锁定模组575保持锁定状态。一旦系统具有足够的工作压力,安全阀770打开,并且控制空气压力流到初级制动分离阀772,并藉此促动初级制动分离阀772。提供调节控制器775以便于设定所需的最小工作压力。
    二级制动分离阀774同样具有默认的关闭状态,使得即便当系统压力足够大并且初级制动分离阀772打开时,工作压力空气无法到达并且释放锁定模组575,直到二级制动分离阀774被促动。二级制动分离阀774配置成当接到允许主臂总成500移动的明确命令时被促动。在图57所示的系统中,这些命令包括其中控制压力空气流经上/下控制阀730的上命令或者下命令,或者其中控制压力空气流经压力调节阀707的手动调节命令。在这些所需的移动状态下,控制压力空气将二级制动分离阀774促动到打开位置,使得锁定模组575被促动并且释放。在所有其他时间内,二级制动分离阀774保持关闭,使得锁定模组575保持在锁定状态下。
    除了手动调节调整器调节轴杆725的位置,控制单元700还配置成可促成远程控制该调整器调节轴杆725的位置。这种远程控制一般用于提供五种操作状态中的一种,也就是,中立模式、上模式、下模式、手动上模式以及手动下模式,每种操作模式将在下文中进行更详细的描述。气动操作旋转促动器731设置于控制单元700内,以远程地控制调整器调节轴杆725的位置。适当的旋转促动器是从纽约Hauppauge的Festo公司购得的Swivel Module Type DSM。旋转促动器731的输出轴杆(未图示)延伸通过侧板712a并且连接于输出驱动轮732,输出驱动轮732转而以驱动方式连接到输入驱动轮734,输入驱动轮734与调整器调节轴杆725关联。在所示的实施例中,输出驱动轮732与输入驱动轮734均是齿式的,并且齿式皮带735在其间延伸?;蛘呖梢圆捎闷渌?,例如,连杆总成。因而,旋转促动器731的输出轴杆的枢轴转动将引起调整器调节轴杆725的对应枢轴转动或者旋转。如图44所示的,在输出驱动轮732与输入驱动轮734之间采取不是一比一的齿轮比,以达成旋转促动器731的输出轴杆的移动与调整器调节轴杆725的移动之间的所需关系。
    以气动方式控制旋转促动器731的输出轴杆的枢轴转动。旋转促动器 731包括上入口736和下入口737,其从控制压力空气供应器715而选择性接收空气。在本实施例中,上入口736和下入口737分别是一方向的速度/流量控制器。上/下控制阀730流体定位于控制压力空气供应器715与入口736和737之间。在一般操作中,在接收到上命令(上模式或手动上模式)后,上/下控制阀730供应空气压力到上入口736,并且在接收到下命令(下模式或手动下模式)后,上/下控制阀730供应空气压力到下入口737。下文将更详细地描述上/下控制阀730的控制以及旋转促动器731的相关促动。
    在中立模式下,即,当调整器调节轴杆725处于预设位置,并且操作器系统10处于平衡状态时,旋转促动器731必须对应地处于默认的中立位置,其中旋转促动器731不会枢轴转动调整器调节轴杆725。这种中立模式状态显示于图43以及图44中。没有空气压力供应到入口736或737,并且旋转促动器731的内表面上的旋转限位件(stop)738处于中立位置,较佳地距离上/下限位件739a/b等距。为了确保在中立模式下旋转促动器731处于此默认位置,提供中立模式阻挡总成750。中立模式阻挡总成750包括阻挡件752,其可相对于输出驱动轮732而线性平移。阻挡件752包括具有锥形(tapered)开口754的水平槽753???54配置成随着阻挡件752在图44的箭头A的方向上线性移动而导引对准辊轮733到水平槽753内。各对准辊轮733以枢轴方式安装于输出驱动轮732的前面。对准辊轮733配置于输出驱动轮732上,使得当对准辊轮733水平对准于水平槽753内时,旋转促动器731处于默认的中立位置。这样,阻挡件752在方向A上的线性移动主动地将旋转促动器731定位于默认的中立位置。
    在本实施例中,通过活塞杆756连接于阻挡件752上的气动促动器755来控制阻挡件752的线性移动。伸长入口757和收回入口758配置成通过阻挡控制阀751而从控制空气压力供应器715选择性地接收空气。在本实施例中,伸长入口757和收回入口758分别是一方向的速度/流量控制器。如图57所示,阻挡控制阀751使得控制空气压力从阀门默认地流到伸长入口757。这样,促动器755的默认位置使活塞杆756伸长,并且藉此使阻挡件752伸长。如图57进一步显示的,当通过远程控制单元800中的阀门815或816而向上/下控制阀730提供上或下命令时,该控制空气压力 从上/下控制阀730提供到阻挡控制阀751的促动器。阻挡控制阀751的促动将控制空气供应重新导引到收回入口758,使得阻挡件752收回。如图45所示的,当阻挡件752收回时,对准辊轮733脱离水平槽753,并且输出驱动轮732自由地枢轴转动。在本较佳配置中,阻挡件752在接收到上命令或下命令后自动地移动到其收回位置。在没有上命令或下命令时,阻挡控制阀751不再被促动,并且阻挡件752自动地返回到伸长位置。
    将参照图46-图53更详细地描述上模式、下模式、手动上模式以及手动下模式。图46、图46A以及图47显示了上模式。在从远程控制器(下文所描述的)收到“上”命令后,阻挡控制阀751提供空气压力到促动器775的收回入口758,使得阻挡块752移动到收回位置(参见图47)。上/下控制阀730类似地提供空气压力到上入口736。由于对准辊轮733脱离水平槽753,旋转促动器731自由地旋转输出驱动轮732。如图47中所看到的,输出驱动轮732顺时针旋转,并且藉此类似地旋转输出驱动轮734,使得调整器调节轴杆725顺时针转动(相对于图44参见入口780的位置,入口780的功能将在下文中进行描述),以使到达主流体操作促动器150的空气压力增加。选择调整器调节轴杆725的旋转量并且藉此选择空气压力的增加量,使得主流体操作促动器150内的压力使主臂总成500自动地向上移动。如下文所描述的,还可以选择性控制移动速率。参照图46A,旋转促动器731包括旋转限位件738以及上/下限位件739a和b。旋转限位件738对应于旋转促动器731的输出轴杆的旋转而进行旋转。上限位件739a沿着旋转限位件738的弓形路径而固定地定位,以在向上的方向上定义旋转限位件738的最大动作范围,并且藉此来定义旋转促动器731的输出轴杆的最大动作范围。这样,这种上限位件739a的位置在压力增加的方向上定义调整器调节轴杆725的最大旋转量。在取消“上”命令后,上/下控制阀730停止向上入口736供应空气压力,并且阻挡控制阀751自动地将空气压力从收回入口758重新导引到伸长入口757,使得阻挡件752朝阻挡位置线性移动,并且旋转促动器731自动地移动到如图44所示的默认中立位置。
    参照图48、图48A以及图49,下模式以类似的方式进行操作。在从远程控制器收到“下”命令后,阻挡控制阀751提供空气压力到促动器755 的收回入口758,使得阻挡块752移动到收回位置(参见图49)。上/下控制阀730类似地提供空气压力到下入口737。由于对准辊轮733脱离水平槽753,旋转促动器731自由地旋转输出驱动轮732。如图49中所看到的,该输出驱动轮732逆时针旋转,并且藉此类似地旋转输入驱动轮734,使得调整器调节轴杆725逆时针旋转(参见入口780的相对位置),以使到达主流体操作促动器150的空气压力减小。选择调整器调节轴杆725的旋转量并且藉此来选择空气压力的减小量,使得主流体操作促动器150内的压力允许主臂总成500自动地向下移动。参照图48A,下限位件739b沿着旋转限位件738的弓形路径而固定地定位,以在向下的方向上定义旋转限位件738的最大动作范围,并且藉此来定义旋转促动器731的输出轴杆的最大动作范围。这样,这种下限位件739b的位置在压力减小的方向上定义调整器调节轴杆725的最大旋转量。在取消“下”命令时,上/下控制阀730停止向下入口737供应空气压力,并且阻挡控制阀751自动地将空气压力从收回入口758重新导引到伸长入口757,使得阻挡件752朝阻挡位置而线性移动,并且旋转促动器731自动地移动到如图44所示的默认中立位置。
    在上手动模式和下手动模式下,希望压力仅略微增加或减小,使得主臂总成500不会自动上移或下移,但压力的略微改变有助于操作者手动地上移或下移主臂总成500。这样,调整器调节轴杆725所需的旋转量小于上模式或下模式操作。为了限制旋转促动器731的旋转,并藉此来限制调整器调节轴杆725的旋转,在手动模式下提供了手动模式促动总成760。手动模式促动总成760包括线性促动器762和764。各线性促动器762和764配置成选择性延伸对应的限位杆763、765(分别参见图50和图52)到旋转限位件738的中立位置与对应的上限位件或下限位件739a或b之间的路径内。较佳地,线性促动器762和764以枢轴方式进行调节,使得手动限位件位置可调节并设置到所需的位置。在远程控制单元800上选择手动模式后(参见图55),手动阀812(参见图56)将空气从控制空气压力供应器715提供到线性促动器762和764,藉此来延伸限位杆763和765。当限位杆763和765均伸出后,操作者准备选择手动上模式或者手动下模式。如果随后希望采取自动模式,则开关远程控制单元上的旋钮801,并且手 动阀812停止向线性促动器762和764提供空气,藉此使限位杆763和765收回。
    参照图50、图50A以及图51,将描述手动上模式。在已经选择手动模式并从远程控制器收到“上”命令后,阻挡控制阀751提供空气压力到促动器755的收回入口758,使得阻挡件752移动到收回位置(参见图51)。上/下控制阀730再次提供空气压力到上入口736,然而旋转限位件738与限位杆763的接触(参见图50)限制了旋转促动器731的旋转。如图51看到的,输出驱动轮732顺时针旋转,但旋转范围小于如图47所看到的上模式的范围。类似地,输入驱动轮734并且藉此使调整器调节轴杆725顺时针旋转到较小的范围(相较于图51中入口780的位置到图47中的位置)。调整器调节轴杆725的这种有限的旋转使到主流体操作促动器150的空气压力略微增加,以辅助操作者向上移动主臂总成500。在取消“上”命令时,上/下控制阀730停止向上入口736供应空气压力,并且阻挡控制阀751自动地将空气压力从收回入口758重新导引到伸长入口757,使得阻挡件752朝阻挡位置线性移动,并且旋转促动器731自动地移动到如图44所示的默认中立位置。
    参照图52、图52A以及图53,将描述手动下模式。在已经选择手动模式并从远程控制器收到“下”命令后,阻挡控制阀751提供空气压力到促动器755的收回入口758,使得阻挡件752移动到收回位置(参见图51)。上/下控制阀730再次提供空气压力到下入口737,然而旋转限位件738与限位杆765的接触(参见图52)限制了旋转促动器731的旋转。如图53中看到的,输出驱动轮732逆时针旋转,但旋转范围小于如图49所看到的下模式。类似地,输入驱动轮734并且藉此使调整器调节轴杆725逆时针旋转到较小的范围(相较于图53中的入口780的位置到图49中的位置)。调整器调节轴杆725的这种有限旋转使到主流体操作促动器150的空气压力略微减小,以辅助操作者向下移动主臂总成500。在取消“下”命令后,上/下控制阀730停止向下入口737供应空气压力,并且阻挡控制阀751自动地将空气压力从收回入口758重新导引到伸长入口757,使得阻挡件752朝阻挡位置而线性移动,并且旋转促动器731自动地移动到如图44所示的默认中立位置。
    已经一般性地描述了气动控制系统700的元件,下面将参照图54-图57描述其通过远程控制单元800的操作。参照图54和图55,远程控制单元800一般包括封闭的外壳802。外壳802可设置有手柄804或者类似装置以便于抓取。如图所示,外壳802的外部设置有各种开关、旋钮、按钮或者类似装置。在本实施例中,远程控制单元800包括手动/自动旋钮801、进/出开关803、上/下开关805以及快/慢开关807??梢蕴峁└嗷蛘吒俚目刂谱爸?。远程控制单元800通过管道或类似装置(未图示)以流体方式连接于气动控制单元700上,如下文所解释的,流体从控制空气压力供应器715进入远程控制单元800,并且输出到各种元件。
    参照图56,其显示了外壳802的一部分被移除的远程控制单元800,手动/自动旋钮801与手动阀812相关联并且控制手动阀812。如上文所解释的,在选择手动模式后,手动阀812提供流体到线性促动器762和764。
    进/出开关803与阀门813和814相关联,并且控制各阀门813和814。各阀门813和814与输入/输出阀门790相连接。在从阀门813接收到控制压力空气后,进/出控制阀790被促动,以将空气从工作压力空气供应器714提供到位于气动缸620近端的入口791,使得气动缸620收回,并且基座板605沿着Z轴1004移进。相反,在从阀门814接收到控制压力空气后,进/出控制阀790被促动,以将空气从工作压力空气供应器714提供到位于气动缸620远端的入口792,使得气动缸620伸长,并且基座板605沿着Z轴1004移出。在本实施例中,入口791和792分别是一方向的速度/流量控制器。进/出开关803被偏置到中立位置,其中阀门813、814均不促动,使得气动缸620不会在任一方向上移动。
    上/下开关805与阀门815和816关联并且控制各阀门815和816。上/下开关805偏置到中立位置,其中阀门815或者阀门816均未被促动。各阀门815、816分别控制到上/下控制阀730的流体流。在从阀门815接收到流体后,上/下控制阀730向阻挡控制阀751提供空气压力,此空气压力促动阻挡控制阀751以提供空气到收回入口758来收回阻挡件752。上/下控制阀730还提供控制压力空气到二级制动分离阀774,使得气动锁定模组575被释放?;蛘?,上/下控制阀730提供控制压力空气到空气供应控制阀716,控制阀716被促动到打开位置,其中工作压力空气提供到调整 器720。最后,上/下控制阀730提供空气到上入口736,并且供应控制空气压力以在向上的方向上促动旋转促动器731。只要上/下开关805保持按下到上选择,则这些状态将一直保持着。在释放开关805后,其返回到中立位置,并且使经由上/下控制阀730的流动被终止。
    类似地,在从阀门815接收流体后,上/下控制阀730提供空气压力到阻挡控制阀751,空气压力促动该阻挡控制阀751,以提供空气到收回入口758,来收回阻挡件752。上/下控制阀730还提供控制压力空气到二级制动分离阀774,使得气动锁定模组575被释放。此外,上/下控制阀730提供控制压力空气到空气供应控制阀716,控制阀716被促动到打开位置,其中工作压力空气提供到调整器720。最后,上/下控制阀730提供空气到下入口737,并且供应了控制空气压力以便在向下的方向上促动旋转促动器731。只要上/下开关805保持着按下到下选择,则这些状态将一直保持着。在释放开关805后,其返回中立位置,并且使经由上/下控制阀730的流动被终止。
    快/慢开关807与阀门817和818相关联并且控制各阀门817和818???慢或门(or-gate)819与阀门817和818相关联并且基于快/慢开关807的位置来控制该控制压力空气的流动。参照图57,如果快/慢开关807处于慢位置,则该控制压力空气经阀门818行进并且快/慢或门819仅导引空气到进/出阀813、814以及上/下阀815、816。如上文所描述地控制到达这些阀门的控制压力空气?;蛘?,如果快/慢开关807处于快位置,则该控制压力空气经阀门817行进,其从阀门817行进到进/出阀813、814以及上/下阀81、816,以如上文所描述地进行操作,但控制压力空气还行进到快控制阀795??炜刂品?95定位于调整器720与主流体操作促动器150之间的二级线路821内??炜刂品?95具有默认的关闭位置(处于慢模式时的位置),使得工作压力空气仅经主供应线路820而从调整器720流到主流体操作促动器150。然而,当慢/快开关807处于快位置并且控制压力空气经阀门817行进并且促动快控制阀795时,快控制阀795打开,并且藉此打开二级(secondary)线路821。到达主流体操作促动器150的流体量通过二级线路821的流速而增加,藉此增加了主流体操作促动器150的操作速率。
    参照图59-图61来描述其他气动控制单元2600。气动控制单元2600 配置成控制到达流体操作促动器150的流体压力以及流量,以控制活塞杆152的上下动作以及其静态或顺应行为。如下文所描述地,还提供了附加的进、出以及旋转控制。图59中显示了控制单元2600的气动示意图,而图60和图61显示了远程控制单元2700。附图中的共用元件类似地进行标号。尽管在本案中控制单元2600描述成采用空气作为操作流体的气动系统,但本发明的系统并不局限于上述或者其他流体,例如可采用油。
    在本实施例中,流体操作促动器150是双动式气缸,其利用活塞145一侧的埠2601向大气进行排气,并且活塞145的相对侧连接于气动供给线路2603。弹簧偏置的逆止阀2602设置于供给线路2603内并且配置成在系统失去引导压力(pilot pressure)后关闭,以避免活塞杆152下落(falling)。受导引的偏置的压力调整器2604沿供给线路2603而定位并且配置成控制输送到流体操作促动器150的流体的压力(并因而控制流速)。压力调整器2604从压力源2650沿压力供给线路2605来接收加压的流体。压力调整器2648沿压力供给线路2605设置以将流体压力调节到所需的压力。压力调整器2648还包括过滤器2649以随着空气进入系统而对空气进行清洁。
    偏置的压力调整器2604包括偏置件,例如控制旋钮,以允许对经过调整器2604的压力以及流体流进行机械调节来初始化此系统。如果必须,偏置件也可以随后来进行调节,以重置此系统??梢远云眉约耙际淙氩航胁僮?,使得通过偏置的压力调整器2604的流体压力在活塞145上提供向上的作用力,此作用力实质上等于由活塞杆152上的负载所施加的向下的作用力。通过消除这种压力,活塞杆152上的压力被平衡,使得测试头490处于静止或者实质上无重量的状态。当处于无重量的状态时,可以对重的测试头490进行手动定位以对接(即,匹配或啮合)重的测试头490的测试电子元件与设置于外围测试装置上的待测IC。如WO/05015245A2中更详细描述的,由于与活塞45相关的摩擦以及起步作用力,作用于活塞45上的向上以及向下的压力不必精确地相等来保持静止位置。如WO/05015245A2中进一步表述的,此系统所提供的压力可以略微地调高或者调低以增加系统的功能以及能力。
    柱塞节流(plunger throttle)总成2680设置于气动控制单元2600内,以允许操作者控制活塞杆152的向上以及向下的移动。尽管显示并描述了柱 塞节流总成,但可采用其他类型的能够调制压力的气动元件(例如,方向性控制阀)。柱塞节流总成2680包括柱塞促动压力调整器2682,其通过线路2681而从压力源2650接收输入压力,并且在使能(enabled)时供应一种补足压力到偏置的压力调整器2604。
    为了避免测试头490的非故意的移动,气动控制单元2600包括使能阀(enablement valve)2630,其必须在锁定模组575被释放以允许竖直动作之前并且在柱塞节流总成2680以流体方式连接到偏置压力调整器2604上之前被促动。当该使能阀2630的促动器2631未被按下时,没有空气流经正常打开的系统控制阀2633,并且锁定控制阀2632保持关闭,因而没有空气流到竖直锁定模组575或逆止阀2602,并且活塞杆152无法移动。同样,当该使能阀2630未被促动时,没有空气流经正常打开的系统控制阀2633,并且调整器控制阀2617保持在其初始位置,这允许调节后的压力从调整器2614流到偏置的压力调整器2604的引导输入埠。调整器2614的调节压力一直保持为恒定压力P1。调整器2614的压力输出P1加上偏置的压力调整器2604的偏置控制足以平衡放置于活塞杆152上的负载。偏置的压力调整器2604的输出成为体积增幅调整器2618的引导输入。体积增幅调整器2618的输出压力与在引导输入端接收的压力相同,但流量更高。因而,体积增幅调整器2618的引导输入的压力与体积增幅调整器2618的输出相同。出于安全考量,逆止阀2602处于调整器2618与促动器150之间,以避免从促动器150输出的压力突然增加。
    按压促动器2631允许空气流经正常打开的系统控制阀2633,并且随后流到锁定控制阀2632的引导促动器,该锁定控制阀2632允许锁定模组575以及逆止阀2602打开,假设安全传感阀2629开启并且已经打开锁定安全阀2628。按压促动器2631还允许空气流经正常打开的系统控制阀2633,并且随后流到调整器控制阀2617的引导促动器,这随后允许从柱塞促动压力调整器2682输出的调节压力流到偏置的压力调整器2604的引导输入埠。
    本柱塞促动压力调整器2682在从大气压力到通过柱塞2684的正压力的范围内连续可变。柱塞节流总成2680包括配置成啮合该柱塞2684的手柄2686或者类似装置。弹簧2688或者类似装置将手柄2686偏置到柱塞 2684上,使得柱塞2684移动到中立位置,其中所需的预加载压力流经调整器2682。中立位置内的预加载压力为相同的压力P1。预加载压力可以是任何所需压力,例如10psi,以在设置压力中提供足够的增加或减小范围。手柄2686朝柱塞2684的移动使大于预加载压力的增大压力流经柱塞促动压力调整器2682而到达压力调整器2604的引导控制。手柄2686远离柱塞2684的移动使小于预加载压力的减小压力流经柱塞促动压力调整器2682而到达压力调整器2604的引导控制。增大压力或减小压力的控制在手柄2686的动作范围内是连续可变的,并且为操作者提供控制竖直动作的方式。
    如上文所阐述的,在本实施例中,气动控制单元2600还配置成控制进出移动以及旋转移动。台架的向前移动由具有促动器2641的向前控制阀2640所控制。向前控制阀2640经线路2635接收从使能阀2630输出的输入压力。这样,使能阀2630必须被促动来允许向前控制。当使能阀2630被促动时促动器2641的按压允许流体流到正常关闭的向前促动阀2642的引导控制。向前促动阀2642打开并且流体压力从线路2605提供到水平动作控制气缸6。在本实施例中,气缸6是针对图17-图32A所显示并描述的实施例的气缸,然而也可以采用其他配置。
    控制单元2600还配置成通过一扭转马达2620来控制旋转移动。通过具有促动器2622的顺时针控制阀2621以及具有促动器2624的逆时针控制阀2623来控制旋转移动??刂品?621和2623均通过线路2635而接收从使能阀2630输出的输入压力。这样,使能阀2630必须被促动来允许旋转控制。当使能阀2630被促动时促动器2622的按压允许流体流到三路旋转促动阀2626的顺时针引导控制。旋转促动阀2626打开,并且流体压力从线路2605提供到扭转马达2620的顺时针输入?;蛘?,当使能阀2630被促动时促动器2624的按压允许流体流到三路旋转促动阀2626的逆时针引导控制。旋转促动阀2626打开,并且流体压力从线路2605提供到该扭转马达2620的逆时针输入。作为附加的安全零件,如果阀门2621、2623中的一者或者二者均被促动,则梭动(shuttle)阀2628的输出切换了正常打开的系统控制阀2633的位置,因而不允许空气切换各阀门2617和2632,这将在旋转移动过程中使竖直的气缸保持固定。
    参照图62-图68,描述了其他的操作器系统。本实施例的操作器系统类似于前一实施例,并且实质上相同的元件以及物品使用与先前描述相同的参考标记,类似但有所改变的元件以及物品使用加有后缀“A”或“A1t”的先前的参考标记。
    如图62和图64所示,柱状单元100A的提升台架140A包括位于提升台架140A的突出端的端盖128A。端盖128A代替先前实施例的提升臂128。端盖128A的宽度相较于提升臂128有所减小,并且不需要先前实施例中的线性轴承125a和125b,线性轴承125a和125b对竖直动作产生较小的摩擦。这种情况在需要响应外部作用以进行测试头的顺应动作的情况下是所希望的。主要是出于安全原因提供端盖128A,因此端盖128A可以由适当重型(heavy-gauged)的金属片材或者用于此目的的其他适当材质制成。如图64所示,提升台架140A包括滑轮142a-142d,并且一般以与参照图39所显示并且描述的提升台架140类似的方式进行操作。
    当省略提升臂时,如图63所示,可包括支撑架,以使流体操作促动器150的倾翻得以最小化。在本实施例中,支撑架包括水平件195,其通过固定件196而固定于柱状单元100A的前结构件118上。水平件195包括圆形开口193,其配置成接收流体操作促动器150的上端上的轴套153(参见图38)。轴套153配合到圆形开口193内,并且藉此避免流体操作促动器150在上述未加载情况下倾翻。
    参照图58、图63、图64、图67以及图68,将描述结合到本实施例内的速度控制选项。尽管参照本实施例描述了速度控制选项,但并不局限于此,并且可与操作器系统的其他实施例一起使用。参照图63和图64,阀门促动器板180固定到提升台架140A上。在当前实施例中,阀门促动器板180由穿过开槽孔182的两个螺钉181来固定,这样提供了一种调整方式,然而也可以采用其他连接方式。促动器板180的相对端183a、183b成锥形。
    参照图67以及图68,辊轮促动的3/2(3个埠/2个位置)阀门185设置于柱状单元100A的内部。辊轮促动阀门185包括辊轮186,其可以在阀门185不被促动的第一非接触位置与阀门185被促动的第二按压位置之间移动。辊轮促动阀门185是任选的或者可与阀门促动器板180一起使用。 阀门促动器板180与辊轮促动阀门185的使用是任选的,这取决于应用的需要。阀门促动器板180与辊轮促动阀门185也可以任选地与先前描述的图39的柱状单元100和提升台架140结合使用。此外,尽管本实施例描述流体阀门185作为开关,但是这种阀门可以由电性开关或者类似装置所代替。
    在图68中,提升台架140A已经上升到其最上的位置。在此位置,阀门促动器板180压在辊轮促动阀门185的辊轮186上,并且因而使阀门185切换到其第二促动位置。当提升台架140A从此位置下降时,辊轮186首先沿着促动器板180而滚动一距离D179,保持按压状态并且维持阀门185处于其促动位置。随着台架140A进一步下降,辊轮186在锥形端部183a滚出该促动器板180。辊轮186随后返回到其非按压位置,并且阀门185切换到其第一非促动状态。相反,当提升台架140A从非促动状态沿相反方向移动时,随着提升台架140A上升,辊轮186最终与促动器板180的锥形端部183a开始啮合。随着提升台架140A进一步上升,辊轮186滚到促动器板180上并且被按压,使得阀门185切换到其第二促动状态。随着提升台架140A上升到其最上位置,阀门185保持在其促动状态。因而,辊轮促动阀门185与促动器板180的相互作用提供了指示该提升台架140A处于其最上方行进区域的距离D179内的信号。此信号被用作流体控制信号,以辅助负载的竖直动作的控制。
    此外,阀门185与促动器板180的使用是任选的,并且取决于特定的应用环境。此外,尽管刚描述的结构配置成侦测行进上(最高)限附近的动作,但阀门185可沿柱状单元定位于其他位置,并且用于对其他区域内的行进发出信号。例如,通过将阀门定位在流体促动气缸150的上端附近,可以发出负载处于其行进范围的下端的信号。同样,阀门185可定位在中间位置,以指示负载处于所关注的竖直行进范围的中间,例如,在服务位置附近或者可在对接位置附近?;蛘?,在不同位置设置多个阀门185,以对该提升台架140A的不同位置发出信号。
    参照图58,将描述本实施例的速度控制选项的操作。辊轮促动阀门185从控制压力空气供应器715接收该控制压力空气,并且配置成选择性提供该控制压力空气到补足空气阀840。补足空气阀840是空气促动阀, 其定位于调整器720与流体操作促动器150之间的补足线路823内。补足空气阀840具有正常关闭的位置,使得工作压力空气不会流经该补足空气阀840,而是流到上文参照图57所描述的正常线路中的流体操作促动器150。在第一非促动状态下,阀门185处于关闭状态,使得该控制压力空气不会通过,并且该补足空气阀840保持在关闭位置。提升台架140A移动到上移动范围,即,处于范围179内后,辊轮186被按压并且阀门185被促动??刂蒲沽掌ü?85,并且促动该补足空气阀840。该补足空气阀840打开并且在调整器720与流体操作促动器150之间提供补足流路823,藉此增加到流体操作促动器150的流速。在本实施例中,增加的流速有助于随着流体操作促动器150向其外限延伸而保持恒定的动作?;箍梢蕴峁┢渌渲?。
    尽管本发明主要针对位于柱状物上的测试头固定单元进行描述,其中使用气动元件在实质上无重量的状态下提供竖直动作,但本案所描述的新概念还可以用于其他类型的操作器,包括但不限于抵衡(counterbalanced)操作器。本发明并不取决于提供竖直支撑以及动作的方式。
    已经使用以可压缩流体来进行操作的气动系统对本发明的各方面进行了描述。如本案所使用的,术语“流体”’是指包括气体和液体在内的流体的广大种类。
    如本案中所使用的,术语“顺应机构”是指至少部分提供作用力来在一方向上或者绕轴以实质上无重量的状态支撑负载的机构(例如,弹簧、气动促动器等)。
    尽管本发明主要针对用于测试集成电路的测试头进行描述,但并不局限于此。本发明的各方面可用于许多不同的负载,特别是需要精密操作和/或定位的重负载。
    尽管参照特定的实施例示意并描述了本发明,但本发明并不意图局限于所示的细节。更确切地说,可以在不脱离本发明的情况,在权利要求的范围以及等同物的范围内在细节上进行各种修饰?!  ∧谌堇醋宰ɡ鴚ww.www.4mum.com.cn转载请标明出处

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