DE102007024949B3

DE102007024949B3 - Handhabungsvorrichtung zum Positionieren eines Testkopfs, insbesondere an einer Prüfeinrichtung

Info

Publication number: DE102007024949B3
Application number: DE102007024949A
Authority: DE
Inventors: Helmuth Dr. Heigl; Hubertus Heigl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-05-30
Filing date: 2007-05-30
Publication date: 2009-01-22
Anticipated expiration: 2027-05-31
Also published as: US20080297141A1; US7772832B2

Abstract

Eine Handhabungsvorrichtung zum Positionieren eines Testkopfs (40) ist mit einem Positionierungsmittel (20), durch das der Testkopf (40) im Raum bewegbar ist, und mit einer Halterung (30), an welcher der Testkopf (40) befestigbar ist und die mit dem Positionierungsmittel (20) verbunden ist, versehen. Die Handhabungsvorrichtung weist außerdem eine Ausgleichseinrichtung (50) auf, die durch die Masse des Testkopfs (40) belastet werden kann. Das Posi wenigstens eine Antriebsspindel (21), die sich in vertikaler Richtung (z) erstrecken. Die Ausgleichseinrichtung (50) ist mit der Halterung (30) verbunden und kann mittels der Antriebsspindel (21) in der vertikalen Richtung (z) bewegt werden. Die Ausgleichseinrichtung (50) umfasst einen Mitnehmer (65), der mit der Antriebsspindel (21) zusammenwirkt und in der vertikalen Richtung (z) an der Säule (25) geführt ist. Die Ausgleichseinrichtung (50) umfasst darüber hinaus ein Federelement (51), das vorgespannt und an dem Mitnehmer (65) abgestützt ist. Die Handhabungsvorrichtung zeichnet sich durch eine kompakte und zuverlässige Ausgestaltung aus.

Description

Die Erfindung betrifft eine Handhabungsvorrichtung, die insbesondere zum Positionieren eines Testkopfs an einer Prüfeinrichtung dient und mit einem Positionierungsmittel versehen ist, durch das der Testkopf im Raum positionierbar ist. Die Handhabungsvorrichtung ist ferner mit einer Halterung versehen, an welcher der Testkopf befestigbar ist und die mit dem Positionierungsmittel verbunden ist. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Ausgleichseinrichtung, die für eine solche Handhabungsvorrichtung Anwendung findet und dazu dient, die Masse des Testkopfs zu kompensieren.
Eine Handhabungsvorrichtung oder ein Manipulator zum Positionieren eines Messkopfs verfügt üblicherweise über mehrere Translations- und Rotationsfreiheitsgrade, die es ermöglichen, den Testkopf exakt im Raum zu bewegen und an einer gewünschten Stelle zu positionieren. Anwendung findet eine solche Handhabungsvorrichtung daher in der Regel bei der Prüfung von elektronischen Bauelementen, wie zum Beispiel integrierte Schaltungen (IC) oder Wafer. Um die Funktionsfähigkeit oder Qualität der elektronischen Bauelemente testen zu können, ist es erforderlich, den verhältnismäßig schweren Testkopf präzise an eine Prüfeinrichtung heranzufahren. Die Prüfeinrichtung, zum Beispiel ein so genannter Handler, stellt die durch den Testkopf zu prüfenden elektronischen Bauelemente bereit. Ein unverfälschtes Messergebnis bei der Prüfung der elektronischen Bauelemente setzt ein genaues Andocken des Testkopfs an der Prüfeinrichtung voraus. Aus diesem Grund ist eine präzise und leichtgängige Verstellung der den Testkopf positionierenden Handhabungsvorrichtung unerlässlich.
Eine leichtgängige Verstellung des Testkopfs ergibt sich dann, wenn die Handhabungsvorrichtung mit einer Ausgleichseinrichtung versehen ist, welche die Masse des Testkopfs ausgleicht. Die das Positionierungsmittel von dem Gewicht des Testkopfs entlastende Ausgleicheinrichtung weist üblicherweise ein Gegengewicht auf, das mit dem Testkopf verbunden ist. Handhabungsvorrichtungen, bei denen die Masse des Testkopfs durch ein Gegengewicht kompensiert wird, werden beispielsweise in der DE 36 17 741 C2 und DE 40 07 011 C2 beschrieben.
Darüber hinaus offenbart die DE 10 2004 026 031 B3 eine Handhabungsvorrichtung, die eine zeitweilige Belastung des an eine Prüfeinrichtung andockenden Testkopfs ermöglicht, um eine sichere Kontaktierung der Prüfeinrichtung zu erreichen. Die Handhabungsvorrichtung weist ein Positionierungsmittel auf, das einen in vertikaler Richtung bewegbaren Vertikalschlitten umfasst. Der Vertikalschlitten ist mit einem Gegengewicht verbunden, das die Masse des mit dem Vertikalschlitten verbundenen Testkopfs ausgleicht. Die Handhabungsvorrichtung weist überdies eine Einstellvorrichtung auf, die durch eine Antriebsspindel in der vertikalen Richtung bewegt werden kann. Die Einstellvorrichtung ist mit einem mit der Antriebspindel zusammenwirkenden Mitnehmer und einer Gegenplatte, die sich durch ein Federelement an dem Mitnehmer abstützt, versehen. An der Gegenplatte ist das Gegengewicht befestigt. Eine Verstellung des Mitnehmers durch die Antriebsspindel erfolgt entgegen der Wirkung des Federelements und bewirkt, dass ein Teil der an dem Gegengewicht angreifenden Gewichtskraft durch eine von dem Federelement erzeugte Gegenkraft kompensiert wird. Auf diese Weise sind der Testkopf und das Gegengewicht nicht mehr tariert mit der Folge, dass an dem Testkopf eine Kraft eingreift, welche die Prüfeinrichtung zusätzlich be lastet. Die Größe dieser Kraft entspricht der durch das Federelement bewirkten Kompensation der an dem Gegengewicht angreifenden Gewichtskraft.
Die bekannten Handhabungsvorrichtungen haben gemein, dass die Masse des Testkopfs durch ein gegenläufig zu dem Testkopf in der vertikalen Richtung bewegbares Gegengewicht kompensiert wird. Das bewegbare Gegengewicht erfordert einen hohen konstruktiven Aufwand und eine Anpassung des Gegengewichts an die zu kompensierende Masse des Testkopfs.
Eine Handhabungsvorrichtung, die mit einem feststehenden Gegengewicht versehen ist, wird in der US 6,766,996 B1 beschrieben. Die Handhabungsvorrichtung weist eine Säule auf, an deren Seitenfläche und Rückfläche das Gegengewicht befestigt ist. Neben der Säule ist eine Antriebsspindel angeordnet, die von einem Elektromotor angetrieben wird. Die Antriebsspindel erstreckt sich durch einen äußeren Schlitten hindurch, der mittels Linearlagern in der vertikalen Richtung an der Säule geführt ist. Der äußere Schlitten ist mit einer Halterung verbunden, an welcher ein Testkopf befestigbar ist. Im Inneren des äußeren Schlittens ist ein innerer Schlitten angeordnet, der mittels Linearlagern in der vertikalen Richtung an einer Innenfläche des äußeren Schlittens geführt ist. Der innere Schlitten ist mit einem Mitnehmer verbunden, der mit der Antriebsspindel zusammenwirkt. Im Inneren des äußeren Schlittens ist außerdem ein Federelement angeordnet, das sich konzentrisch zu der Antriebsspindel erstreckt und an einem Ende an dem inneren Schlitten und an dem anderen Ende an einer Deckenfläche des äußeren Schlittens abgestützt ist. Bei einer Drehung der Antriebsspindel wird der Mitnehmer und damit der innere Schlitten in der vertikalen Richtung bewegt. Die Bewegung des inneren Schlittens wird über das Federelement auf den äußeren Schlitten und damit auf die Halterung, an welcher der Testkopf befestigt ist, übertragen. Auf Grund der dem Federelement immanenten Elastizität können sich der äußere Schlitten und der innere Schlitten relativ zueinander bewe gen. Diese Relativbewegung bewirkt eine Nachgiebigkeit, die für ein praxisgerechtes Andocken des Testkopfs an eine Prüfeinrichtung erforderlich ist.
Ein Manipulator für einen Testkopf, der eine vertikale Rundsäulenführung und eine Höheneinstellung mit Gewindespindel aufweist, ist aus der DE 35 26 137 C2 bekannt. Zwischen der Gewindespindel und einem Manipulatorquerhaupt ist eine Feder eingebaut, die vorspannbar ist. Die Feder ermöglicht es, die Gewichtskräfte des Testkopfs und Beschleunigungskräfte, die vertikal auf den Testkopf wirken, abzufangen.
Weiterhin ist aus der DE 10 2004 008 487 A1 eine Handhabungsvorrichtung bekannt, die eine Halterung mit zwei Seitenarmen aufweist. Zwischen den Seitenarmen kann ein Testkopf eingespannt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Handhabungsvorrichtung zum Positionieren eines Testkopfs zu schaffen, die über eine kompakte und betriebssichere Ausgestaltung verfügt.
Diese Aufgabe wird durch eine Handhabungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 und eine bei einer Handhabungsvorrichtung einsetzbare Ausgleichseinrichtung gemäß Anspruch 18 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Ansprüchen 2 bis 17 und 19 bis 29 definiert.
Die erfindungsgemäße Handhabungsvorrichtung weist ein Positionierungsmittel auf, durch das der Testkopf im Raum positioniert werden kann. Die Handhabungsvorrichtung weist ferner eine Halterung auf, an welcher der Testkopf befestigt werden kann und die mit dem Positionierungsmittel verbunden ist. Darüber hinaus weist die Handhabungsvorrichtung eine Ausgleichseinrichtung auf, die durch die Masse des Testkopfs belastet werden kann. Das Positionierungsmittel umfasst eine Säule und wenigstens eine Antriebsspindel, die sich in vertikaler Richtung erstrecken. Die Ausgleichsein richtung ist mit der Halterung verbunden und kann mittels der Antriebsspindel in der vertikalen Richtung bewegt werden. Die Ausgleichseinrichtung umfasst einen Mitnehmer, der mit der Antriebsspindel zusammenwirkt und in der vertikalen Richtung an der Säule geführt ist. Darüber hinaus weist die Ausgleichseinrichtung ein Federelement auf, das an dem Mitnehmer abgestützt ist. Die Ausgleichseinrichtung weist zudem ein Gehäuse auf, durch das sich die Antriebsspindel hindurch erstreckt und in dem das Federelement vorgespannt angeordnet ist.
Die erfindungsgemäße Handhabungsvorrichtung beruht auf der Erkenntnis, die Masse des Testkopfs nicht durch ein bewegbares Gegengewicht, sondern durch eine Gegenkraft zu kompensieren, die durch ein Federelement hervorgerufen wird. Die Handhabungsvorrichtung lässt sich auf diese Weise mit einem relativ geringen Gewicht gestalten, das niedrigere Transportkosten sicherstellt. Im Unterschied zu herkömmlichen Handhabungsvorrichtungen, bei denen das bewegbare Gegengewicht auf die Masse des Testkopfs abgestimmt sein muss, verfügt die erfindungsgemäße Handhabungsvorrichtung zudem über eine universelle Ausgestaltung, die es ermöglicht, die Masse unterschiedlicher Testköpfe zu kompensieren. Denn die von der Ausgleichseinrichtung hervorgerufene und die Gewichtskraft des jeweiligen Testkopfs kompensierende Gegenkraft hängt bei konstanter Federsteifigkeit ausschließlich von der durch die jeweilige Gewichtskraft bewirkten Auslenkung des Federelements ab.
Die an der Ausgleichseinrichtung angreifende Gewichtskraft ergibt sich vornehmlich aus der Masse des Testkopfs, der Masse der Halterung, an welcher der Testkopf befestigt ist, und der Masse einer Befestigungsplatte, an der die Halterung befestigt ist. Das sich bei Bedarf aus mehreren Federn zusammensetzende Federelement weist eine Federsteifigkeit auf, durch die eine Gegenkraft erzeugt wird, welche die an der Befestigungseinrichtung angreifende Gewichtskraft zumindest teilweise kompensiert. Die Federsteifig keit kann zum Beispiel so gewählt werden, dass die durch das Federelement erzeugte Gegenkraft nur den Anteil der Gewichtskraft, der durch die Masse des Testkopfs hervorgerufen wird, kompensiert. Als besonders vorteilhaft hat es sich jedoch erwiesen, dem Federelement eine Federsteifigkeit zu verleihen, durch die eine Gegenkraft erzeugt wird, welche die an der Ausgleichseinrichtung angreifende Gewichtskraft vollständig kompensiert, so dass die Ausgleichseinrichtung leichtgängig bewegt werden kann.
Weiterhin hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, das Federelement vorzuspannen. Die Vorspannung bietet den Vorteil, dass eine Auslenkung des Federelements erst dann auftritt, wenn die angreifende Kraft die Vorspannung übersteigt. Eine präzise Bewegung des Testkopfs durch das Positionierungsmittel ist auf diese Weise sichergestellt. Durch die Vorspannung des Federelements lässt sich zudem die Federkraft beeinflussen und damit eine kompakte Ausgestaltung der Ausgleichseinrichtung erzielen.
Im Unterschied zum Stand der Technik gemäß der US 6,766,996 B1 zeichnet sich die erfindungsgemäße Handhabungsvorrichtung darüber hinaus durch eine zuverlässige Bewegung der Ausgleichseinrichtung in vertikaler Richtung aus. Dies ist vor allem darauf zurückzuführen, dass der mit der Antriebsspindel zusammenwirkende Mitnehmer unmittelbar an der Säule geführt wird, wodurch sich die Ausgleichseinrichtung präzise in der vertikalen Richtung bewegen lässt.
Darüber hinaus gewährleistet die Ausgleichseinrichtung eine ausreichende Nachgiebigkeit oder Compliance, die ein praxisgerechtes Andocken des Testkopfs an beispielsweise einer Prüfeinrichtung ermöglicht. Überdies ist es mit der erfindungsgemäßen Handhabungsvorrichtung möglich, die Prüfeinrichtung zeitweilig mit dem Testkopf zu belasten, um eine sichere Kontaktierung der Prüfeinrichtung zu erreichen, wie es aus der DE 10 2004 026 031 B3 bekannt ist. Denn wenn die durch das Federelement erzeugte Gegenkraft die Masse des Testkopfs nicht vollständig kompensiert, dann belastet der nicht kompensierte Anteil der Gewichtskraft des Testkopfs die Prüfeinrichtung, wenn der Testkopf angedockt wird.
Bevorzugt ist das Federelement eine Druckfeder, beispielsweise eine Schraubendruckfeder. Je nach Anwendungsfall kann das Federelement jedoch als Zugfeder ausgestaltet sein.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Säule mit wenigstens einer Führungsschiene versehen. Der zweckmäßigerweise eine Spindelmutter umfassende Mitnehmer weist einen Schlitten auf, der durch die Führungsschiene geführt ist. Die Führung des Schlittens kann in an sich bekannter Weise durch beispielsweise ein Linearlager erreicht werden.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn das Positionierungsmittel eine Befestigungsplatte umfasst, an der die Halterung befestigt ist. Die Befestigungsplatte kann bei Bedarf an der Säule in vertikaler Richtung geführt und mit einer Vielzahl an Löchern versehen sein, die eine variable Befestigung der Halterung ermöglichen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Handhabungsvorrichtung sind wenigstens zwei Antriebsspindeln, die parallel zueinander angeordnet sind, und wenigstens zwei Ausgleichseinrichtungen vorgesehen. Jeder Antriebsspindel ist eine Ausgleichseinrichtung zugeordnet. Die Masse des Testkopfs wird auf diese Weise durch zwei oder mehr Ausgleichseinrichtungen kompensiert.
Das Gehäuse ist zweckmäßigerweise mit einem Sichtfenster versehen, das es ermöglicht, das Federelement zu inspizieren, um beispielsweise die Auslenkung des Federelements festzustellen.
In Hinsicht auf eine einfache Montage hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Gehäuse eine Innenhülse und eine mit der Innenhülse verbundene Außenhülse aufweist. Bevorzugt lässt sich die Innenhülse in die Außenhülse einschrauben, um auf diese Weise das in der Innenhülse angeordnete Federelement vorzuspannen. Ein einfaches Einschrauben der Innenhülse in die Außenhülse ergibt sich dann, wenn die Innenhülse zweckmäßigerweise mit einem Ansatz versehen ist, der vorzugsweise in Form eines Sechskants ausgestaltet ist, so dass die Innenhülse mittels eines Schraubenschlüssels gedreht werden kann. Um ein Tordieren des Federelements beim Einschrauben der Innenhülse in die Außenhülse zu vermeiden, ist das Federelement vorteilhafterweise drehbar in der Innenhülse gelagert. Zu diesem Zweck kann das Federelement zumindest in der Innenhülse mittels eines Axiallagers abgestützt sein.
Bevorzugt ist in dem Gehäuse eine Spannhülse verschiebbar angeordnet, die mit dem Mitnehmer verbunden ist. Das beispielsweise als Schraubendruckfeder ausgestaltete Federelement ist zweckmäßigerweise an einem Ende an der Spannhülse und am anderen Ende an dem Axiallager abgestützt.
Das Gehäuse weist zweckmäßigerweise wenigstens einen Absatz auf, der dazu dient, das Federelement in dem Gehäuse abzustützen. In diesem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Spannhülse eine Anschlagscheibe aufweist, an der das Federelement abgestützt ist und die im vorgespannten Zustand des Federelements an dem Absatz anliegt. Die Spannhülse weist vorteilhafterweise außerdem einen Verbindungsabschnitt auf, der die Anschlagscheibe und den Mitnehmer miteinander verbindet. Die Anschlagscheibe und der Verbindungsabschnitt sind vorzugsweise getrennte Bauteile, um eine einfache Montage der Ausgleichsvorrichtung sicherzustellen. Je nach Anwendungsfall kann die sich aus der Anschlagscheibe und dem Verbindungsabschnitt zusammensetzende Spannhülse jedoch einteilig ausgestaltet sein.
Bevorzugt weist die Innenhülse eine Stirnfläche auf, die mit einer Fase versehen ist. Die Fase dient dazu, die Spannhülse in der Innenhülse zu zentrieren, und verhindert somit zum Beispiel ein Verklemmen der Anschlagscheibe an der Stirnfläche beim Einschrauben der Innenhülse in die Außenhülse.
Um die Befestigungsplatte oder die Halterung an der Ausgleichseinrichtung zu befestigen, ist das Gehäuse vorteilhafterweise mit einer Befestigungshülse verbunden. Die Befestigungshülse ist zweckmäßigerweise an dem der Außenhülse abgewandten Ende auf die Innenhülse aufgesteckt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Handhabungsvorrichtung weist die Halterung zwei Seitenarme auf, zwischen denen der Testkopf eingespannt werden kann. Die Seitenarme gewährleisten eine sichere Befestigung des Testkopfs, und zwar auch dann, wenn dieser verhältnismäßig schwer ist.
Einzelheiten und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles. In den das Ausführungsbeispiel lediglich schematisch darstellenden Zeichnungen veranschaulichen im Einzelnen:
1 eine perspektivische Ansicht einer Handhabungsvorrichtung, die eine Halterung aufweist, an der ein Testkopf befestigt ist;
2 eine perspektivische Ansicht eines Positionierungsmittels, das zwei parallel angeordnete Antriebsspindeln umfasst;
3 eine Seitenansicht des Positionierungsmittels gemäß 2;
4 eine vergrößerte Darstellung des in 3 mit IV gekennzeichneten Bereichs;
5a eine perspektivische Ansicht einer Ausgleichseinrichtung;
5b eine Seitenansicht der Ausgleichseinrichtung gemäß 5a;
5c einen Schnitt entlang der Linie Vc-Vc in 5b;
6a einen Längsschnitt durch die Ausgleichseinrichtung, der ein Federelement im entlasteten Zustand zeigt;
6b einen Längsschnitt gemäß 6a, der das Federelement im vorgespannten Zustand zeigt, und
6c einen Längsschnitt gemäß 6a, der das Federelement im belasteten Zustand zeigt.
Die in 1 dargestellte Handhabungsvorrichtung dient zum Positionieren eines Testkopfs 40 an einer nicht dargestellten Prüfeinrichtung für elektronische Bauelemente, wie zum Beispiel integrierte Schaltungen oder Wafer. Die Handhabungsvorrichtung weist zu diesem Zweck ein Positionierungsmittel 20 auf, das auf einem Untergestell 10 abgestützt und mit einer Halterung 30 verbunden ist. Das Positionierungsmittel 20 umfasst eine vertikale Säule 25 und zwei parallel zueinander angeordnete und sich in der vertikalen Richtung z erstreckende Antriebsspindeln 21, die innerhalb der Säule 25 angeordnet sind. Die Antriebsspindeln 21 sind, wie insbesondere 2 zu erkennen gibt, mit Hilfe von Lagern 22 drehbar gelagert und mit Hilfe von Getrieben 23 an einen Elektromotor 24 angeschlossen. Der Elektromotor 24 treibt die Antriebsspindeln 21 synchron an.
Die Antriebsspindeln 21 sind auf einem Horizontalschlitten 28 angeordnet, der in einer horizontalen Richtung y auf dem Untergestell 10 linear verschoben werden kann. Je nach Anwendungsfall kann auf dem Horizontalschlitten 28 eine Drehplatte angeordnet sein, die es ermöglicht, die Antriebsspindeln 21 um eine sich in der vertikalen Richtung z erstreckende Rotationsachse zu drehen, wie es aus der DE 101 32 489 B4 bekannt ist. Das Untergestell 10 weist zwei sich in der horizontalen Richtung y erstreckende Tragbalken 11 auf, die von Traversen 12, die sich in einer horizontalen Richtung x orthogonal zu der horizontalen Richtung y erstrecken, abgestützt werden. Um eine ausreichende Standfestigkeit der Handhabungsvorrichtung auch bei einem unebenen Boden sicherzustellen, sind die Tragbalken 11 und die Traversen 12 auf höhenverstellbaren Tellerfüßen 13 gelagert. Auf den Tragbalken 11 sind Führungsschienen 14 angeordnet, die dazu dienen, den Horizontalschlitten 28 in der horizontalen Richtung y zu führen.
Wie 2 ferner zu erkennen gibt, ist jeder Antriebsspindel 21 eine Ausgleichseinrichtung 50 zugeordnet, die durch die Antriebsspindel 21 in der vertikalen Richtung z bewegt werden kann. Eine präzise Bewegung der Ausgleichseinrichtung 50 wird durch eine an der Säule 25 angeordnete Führungsschiene 26 sichergestellt, welche die Ausgleichseinrichtung 50 in der vertikalen Richtung z führt. Die Ausgleichseinrichtung 50 ist mit einer Befestigungsplatte 27 verbunden, an der die Halterung 30 befestigt ist. Je nach Anwendungsfall kann die Halterung 30 drehbar an der Befestigungsplatte 27 angeordnet sein, um eine sogenannte Twist-Bewegung φ des Testkopfs 40 zu ermöglichen. Die Halterung 30 weist zwei Seitenarme 31 auf, zwischen denen der Testkopf 40 eingespannt ist. Der Testkopf 40 kann drehbar zwischen den Seitenarmen 31 eingespannt sein, um eine sogenannte Tumble-Bewegung α des Testkopfs 40 zu ermöglichen.
Wie insbesondere die 3 und 4 zu erkennen geben, weist die Ausgleichseinrichtung 50 ein Gehäuse 52 auf, durch das sich die Antriebsspindel 21 hindurch erstreckt. Das Gehäuse 52 setzt sich aus einer Innenhülse 54 und einer Außenhülse 59 zusammen, wie insbesondere die 5a bis 5c zu erkennen geben. Die Innenhülse 54 ist mit einem Außengewinde versehen, und die Außenhülse 59 ist mit einem Innengewinde versehen, so dass die Innenhülse 54 in die Außenhülse 59 eingeschraubt werden kann. An dem der Außenhülse 59 abgewandten Ende ist die Innenhülse 54 mit einem Absatz 55 versehen, der in einen Ansatz 58 übergeht. Wie insbesondere 5a zu erkennen gibt, ist der Ansatz 58 in Form eines Sechskants ausgestaltet, so dass zum Einschrauben der Innenhülse 54 in die Außenhülse 59 ein herkömmlicher Schraubenschlüssel verwendet werden kann. An dem dem Absatz 55 abgewandten Ende weist die Innenhülse 54 eine Stirnfläche auf, die mit einer Fase 56 versehen ist. Die Innenhülse 54 ist außerdem mit einer Vielzahl an Sichtfenstern 57 versehen, die entlang des Umfangs der Innenhülse 54 verteilt sind. Die Außenhülse 59 weist an dem der Innenhülse 54 abgewandten Ende einen Absatz 60 auf, der die Einschraublänge der Innenhülse 54 begrenzt, wie insbesondere 5c zu erkennen gibt.
Im Inneren der Innenhülse 54 ist ein als Schraubendruckfeder ausgestaltetes Federelement 51 angeordnet. Das Federelement 51 ist an einem Ende an einem Axiallager 61 abgestützt, das an dem Absatz 55 anliegt und beispielsweise als Nadellager ausgestaltet ist. Das Axiallager 61 bewirkt, dass das Federelement 51 drehbar gelagert ist und somit beim Einschrauben der Innenhülse 54 in die Außenhülse 59 nicht tordiert wird. An dem anderen Ende ist das Federelement 51 an einer Spannhülse 62 abgestützt, die verschiebbar in der Innenhülse 54 angeordnet ist. Die Spannhülse 62 setzt sich aus einer Anschlagscheibe 63, an der das Federelement 51 anliegt, und einem Verbindungsabschnitt 64, der auf der dem Federelement 51 abgewandten Seite der Anschlagscheibe 63 angeordnet ist, zusammen. Die Anschlagscheibe 63 ist so dimensioniert, dass sie im entlasteten Zustand des Federelements 51 an dem Absatz 60 der Außenhülse 59 anliegt. Der hohlzylindrische Verbindungsabschnitt 64 hingegen ist so dimensioniert, dass er durch eine Öffnung, die der Absatz 60 bildet, aus der Außenhülse 59 und damit aus dem Gehäuse 52 hinausragt.
Der Verbindungsabschnitt 64 ist an dem der Anschlagscheibe 63 abgewandten Ende mit einem Mitnehmer 65 verbunden. Der Mitnehmer 65 weist, wie insbesondere 4 zu erkennen gibt, eine Spindelmutter 66 auf, die mit der Antriebsspindel 21 zusammenwirkt. Der Mitnehmer 65 ist außerdem mit ei nem Schlitten 67 versehen, der mit der Führungsschiene 26 zusammenwirkt, um den Mitnehmer 65 und damit die Ausgleichseinrichtung 50 in der vertikalen Richtung z zu führen.
Auf die Innenhülse 54 ist an dem der Außenhülse 59 abgewandten Ende eine Befestigungshülse 53 aufgesteckt. Die Befestigungshülse 53 weist, wie insbesondere die 5a und 5b zu erkennen geben, eine Befestigungsfläche 68 auf, an welcher sich die Befestigungsplatte 27 befestigen lässt.
Das Federelement 51 ist vorgespannt. Wie die 6a und 6b zu erkennen geben, wird die Vorspannung des Federelements 51 durch das Einschrauben der Innenhülse 54 in die Außenhülse 59 bewirkt. Die Größe der Vorspannung hängt von der Einschraublänge ab und lässt sich daher auf einfache Weise variieren. Zweckmäßigerweise ist das Federelement 51 jedoch so dimensioniert, dass die gewünschte Vorspannung dann erreicht wird, wenn die Stirnfläche der Innenhülse 54 an dem Absatz 60 der Außenhülse 59 anliegt, wie es in 6b dargestellt ist. Die Fase 56 der Stirnfläche der Innenhülse 54 zentriert die Anschlagscheibe 63 und stellt damit ein ungehindertes Bewegen der Anschlagscheibe 63 in der Innenhülse 54 sicher.
Die Ausgleichseinrichtung 50 dient dazu, die für ein praxisgerechtes Andocken des Testkopfs an der Prüfeinrichtung erforderliche Nachgiebigkeit zu erzielen und die Masse des Testkopfs 40 zu kompensieren, um eine leichtgängige Verstellung des Testkopfs 40 zu gewährleisten. Die Kompensation der Masse des Testkopfs 40 erfolgt durch eine Gegenkraft, die das Federelement 51 erzeugt. Wie insbesondere 6c zu erkennen gibt, ruft die über die Halterung 30, die Befestigungsplatte 27 und die Befestigungshülse 53 an der Innenhülse 54 angreifende Gewichtskraft des Testkopfs 40 eine Auslenkung des Federelements 51 hervor, indem das Federelement 51 zusammengedrückt und damit das Gehäuse 52 in Richtung auf den Mitnehmer 65 verschoben wird. Eine Auslenkung des Federelements 51 erfolgt jedoch erst dann, wenn die an der Innenhülse 54 angreifende Kraft die Vorspannung des Federelements 51 übersteigt.
Aufgrund der an der Innenhülse 54 angreifenden Masse des Testkopfs 40 wird das Federelement 51 ausgelenkt, das heißt im vorliegenden Fall komprimiert, wie 6c zu erkennen gibt. Die sich auf diese Weise ergebende Rückstellkraft stellt eine Gegenkraft dar, welche die an der Ausgleichseinrichtung 50 angreifende Gewichtskraft kompensiert. Die Größe der Kompensation hängt vornehmlich von der Federsteifigkeit des Federelements 51 ab. Durch einen Austausch des Federelements 51 kann die Ausgleichseinrichtung 50 somit an unterschiedlich schwere Testköpfe 40 angepasst werden. Allerdings ist dies nur in Ausnahmefällen erforderlich, da bei konstanter Federsteifigkeit unterschiedlich schwere Testköpfe 40 lediglich eine unterschiedlich große Auslenkung des Federelements 51 hervorrufen. Durch eine geeignete Wahl der Federsteifigkeit und der Länge des die maximale Auslenkung vorgebenden Verbindungsabschnitts 64 lässt sich somit eine universelle Ausgestaltung erreichen, welche geeignet ist, die Masse der gängigsten Testköpfe 40 zu kompensieren. Nicht zuletzt zeichnet sich die zuvor beschriebene Handhabungsvorrichtung durch die kompakte Ausgestaltung und ein insgesamt geringes Gewicht aus, da die Ausgleichseinrichtung 50 das Vorsehen eines bewegbaren Gegengewichts zur Kompensation der Masse des Testkopfs 40 entbehrlich macht.

10: Untergestell
11: Tragbalken
12: Traverse
13: Tellerfuß
14: Führungsschiene
20: Positionierungsmittel
21: Antriebsspindel
22: Lager
23: Getriebe
24: Motor
25: Säule
26: Führungsschiene
27: Befestigungsplatte
28: Horizontalschlitten
30: Halterung
31: Seitenarm
40: Testkopf
50: Ausgleichseinrichtung
51: Federelement
52: Gehäuse
53: Befestigungshülse
54: Innenhülse
55: Absatz
56: Fase
57: Sichtfenster
58: Ansatz
59: Außenhülse
60: Absatz
61: Axiallager
62: Spannhülse
63: Anschlagscheibe
64: Verbindungsabschnitt
65: Mitnehmer
66: Spindelmutter
67: Schlitten
68: Befestigungsfläche
x: erste horizontale Richtung
y: zweite horizontale Richtung
z: vertikale Richtung
φ: Twist-Bewegung
α: Tumble-Bewegung

Claims

Handhabungsvorrichtung zum Positionieren eines Testkopfs (40), insbesondere an einer Prüfeinrichtung, mit einem Positionierungsmittel (20), durch das der Testkopf (40) im Raum positionierbar ist; einer Halterung (30), an welcher der Testkopf (40) befestigbar ist und die mit dem Positionierungsmittel (20) verbunden ist, und einer Ausgleichseinrichtung (50), die durch die Masse des Testkopfs (40) belastbar ist; wobei das Positionierungsmittel (20) eine Säule (25) und wenigstens eine Antriebsspindel (21) umfasst, die sich in vertikaler Richtung (z) erstrecken; wobei die Ausgleichseinrichtung (50) mit der Halterung (30) verbunden und mittels der Antriebsspindel (21) in der vertikalen Richtung (z) bewegbar ist; wobei die Ausgleichseinrichtung (50) einen Mitnehmer (65), der mit der Antriebsspindel (21) zusammenwirkt und in der vertikalen Richtung (z) an der Säule (25) geführt ist, und ein Federelement (51), das an dem Mitnehmer (65) abgestützt ist, umfasst und wobei die Ausgleichseinrichtung (50) ein Gehäuse (52) aufweist, durch das sich die Antriebsspindel (21) hindurch erstreckt und in dem das Federelement (51) vorgespannt angeordnet ist.
Handhabungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (51) eine Federsteifigkeit aufweist, durch die eine Gegenkraft erzeugbar ist, welche die an der Ausgleichsein richtung (50) angreifende Gewichtskraft zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, kompensiert.
Handhabungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (51) eine Druckfeder, vorzugsweise eine Schraubendruckfeder, ist.
Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Säule (25) mit wenigstens einer Führungsschiene (26) versehen ist und der Mitnehmer (65) einen Schlitten (67) aufweist, der durch die Führungsschiene (26) geführt ist.
Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionierungsmittel (20) eine Befestigungsplatte (27) umfasst, an der die Halterung (30) befestigt ist.
Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch wenigstens zwei Antriebsspindeln (21), die parallel zueinander angeordnet sind, und wenigstens zwei Ausgleichseinrichtungen (50), wobei jeder Antriebsspindel (21) eine Ausgleichseinrichtung (50) zugeordnet ist.
Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (52) mit einem Sichtfenster (57) versehen ist.
Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (52) eine Innenhülse (54) und eine mit der Innenhülse (54) verbundene Außenhülse (59) aufweist, wobei vorzugsweise die Innenhülse (54) in die Außenhülse (59) eingeschraubt ist.
Handhabungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülse (54) zum Einschrauben in die Außenhülse (59) mit einem Ansatz (58) versehen ist, der vorzugsweise in Form eines Sechskants ausgestaltet ist.
Handhabungsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (51) vorzugsweise mittels eines Axiallagers (61) drehbar in der Innenhülse (54) gelagert ist.
Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (52) eine Spannhülse (62) verschiebbar angeordnet ist, die mit dem Mitnehmer (65) verbunden ist, wobei das Federelement (51) an der Spannhülse (62) abgestützt ist.
Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (52) wenigstens einen Absatz (55, 60) aufweist.
Handhabungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannhülse (62) eine Anschlagscheibe (63) aufweist, an der das Federelement (51) abgestützt ist und die im vorgespannten Zustand des Federelements (51) an dem Absatz (60) anliegt.
Handhabungsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannhülse (62) einen Verbindungsabschnitt (64) aufweist, der die Anschlagscheibe (63) und den Mitnehmer (65) miteinander verbindet.
Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenhülse (54) eine Stirnfläche aufweist, die mit einer Fase (56) versehen ist.
Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (52) mit einer Befestigungshülse (53) verbunden ist, an der eine Befestigungsplatte (27) befestigt ist.
Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (30) zwei Seitenarme (31) aufweist, zwischen denen der Testkopf (40) einspannbar ist.
Ausgleichseinrichtung für eine Handhabungsvorrichtung zum Positionieren eines Testkopfs (40), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 17, mit einem Gehäuse (52), das mit einer Halterung (30) der Handhabungsvorrichtung verbindbar ist; einem Mitnehmer (65), der geeignet ist, mit einer Antriebsspindel (21) der Handhabungsvorrichtung zusammenzuwirken und in der vertikalen Richtung (z) an einer Säule (25) der Handhabungsvorrichtung geführt zu werden, und einem Federelement (51), das in dem Gehäuse (52) vorgespannt angeordnet ist; wobei das Federelement (51) an dem Mitnehmer (65) abgestützt ist.
Ausgleichseinrichtung ach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (51) eine Federsteifigkeit aufweist, durch die eine Gegenkraft erzeugbar ist, welche die an dem Gehäuse (52) angreifende Gewichtskraft zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, kompensiert.
Ausgleichseinrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (52) mit einem Sichtfenster (57) versehen ist.
Ausgleichseinrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (52) eine Innenhülse (54) und eine mit der Innenhülse (54) verbundene Außenhülse (59) aufweist, wobei vorzugsweise die Innenhülse (54) in die Außenhülse (59) eingeschraubt ist.
Ausgleichseinrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülse (54) zum Einschrauben in die Außenhülse (59) mit einem Ansatz (58) versehen ist, der vorzugsweise in Form eines Sechskants ausgestaltet ist.
Ausgleichseinrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (51) vorzugsweise mittels eines Axiallagers (61) drehbar in der Innenhülse (54) gelagert ist.
Ausgleichseinrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (52) eine Spannhülse (62) verschiebbar angeordnet ist, die mit dem Mitnehmer (65) verbunden ist, wobei das Federelement (51) an der Spannhülse (62) abgestützt ist.
Ausgleichseinrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (52) wenigstens einen Absatz (55, 60) aufweist.
Ausgleichseinrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannhülse (62) eine Anschlagscheibe (63) aufweist, an der das Federelement (51) abgestützt ist und die im vorgespannten Zustand des Federelements (51) an dem Absatz (60) anliegt.
Ausgleichseinrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannhülse (62) einen Verbindungsabschnitt (64) aufweist, der die Anschlagscheibe (63) und den Mitnehmer (65) miteinander verbindet.
Ausgleichseinrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenhülse (54) eine Stirnfläche aufweist, die mit einer Fase (56) versehen ist.
Ausgleichseinrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (52) mit einer Befestigungshülse (53) verbunden ist, an welcher eine Befestigungsplatte (27) der Handhabungsvorrichtung befestigbar ist.