DE60012692T2

DE60012692T2 - Testkopf-manipulator

Info

Publication number: DE60012692T2
Application number: DE60012692T
Authority: DE
Inventors: Alyn R. Holt; Christopher L. West; Brian R. Callington MOORE; Jr. Richard C. POWELL; Marvin I. Weilerstein
Original assignee: InTest IP Corp
Current assignee: InTest Corp
Priority date: 1999-01-13
Filing date: 2000-01-12
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2020-01-13
Also published as: CN1312483C; MY125342A; EP1145018A2; WO2000041536A3; CN1564946A; WO2000041536A2; AU2964400A; EP1145018A3; MY135317A; JP2002534283A; DE60012692D1; KR100709827B1; KR20010108092A; EP1145018B1; TW536626B; ATE272846T1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der elektronischen Prüfkopf-Positioniereinrichtungen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bei der automatischen Prüfung von integrierten Schaltungen (IC) und anderen elektronischen Vorrichtungen werden spezielle Vorrichtungs-Handhabungseinrichtungen verwendet, die die Vorrichtung auf die richtige Temperatur bringen und die zu prüfende Vorrichtung in der geeigneten Position anordnen. Die eigentliche elektronische Prüfung wird durch ein großes und teures automatisches Prüfsystem ausgeführt, das einen Prüfkopf enthält, der erforderlich ist, um eine Verbindung mit der Handhabungseinrichtung herzustellen und mit dieser zu koppeln. Die zu prüfende Vorrichtung (DUT) erfordert genaue schnelle Signale für eine effektive Prüfung; dementsprechend müssen die elektronischen Schaltungen möglichst nahe an der DUT angeordnet sein. Das bewirkt, dass der Prüfkopf äußerst schwer ist.
Prüfkopf-Positionierungssysteme können verwendet werden, um den Prüfkopf in Bezug auf die Handhabungseinrichtung zu positionieren. Wenn der Prüfkopf in Bezug auf die Handhabungseinrichtung genau in Position ist, sind der Prüfkopf und die Handhabungseinrichtung sozusagen ausgerichtet. Wenn der Prüfkopf und die Handhabungseinrichtung ausgerichtet sind, können die empfindlichen elektrischen Verbinder des Prüfkopfs und der Handhabungseinrichtung zusammengebracht (d. h. gekoppelt) werden, so dass Prüfsignale zwischen dem Prüfkopf und der Handhabungseinrichtung übertragen werden können. Vor der Kopplung müssen die elektrischen Verbinder des empfindlichen Prüfkopfes und der Handhabungseinrichtung genau ausgerichtet werden, um eine Beschädigung der empfindlichen elektrischen Verbinder zu vermeiden.
Ein Prüfkopf-Positionierungssystem kann außerdem als eine Prüfkopf-Positionierungseinrichtung oder als ein Prüfkopfmanipulator bezeichnet werden. Diese Technologie ist z. B. im "inTEST Handbook" der inTEST Corporation beschrieben. Diese Technologie ist außerdem z. B. in den US-Patenten Nr. 5.608.334, 5.450.766, 5.030.869, 4.893.074 und 4.715.574 beschrieben.
Für die Zwecke dieser Erläuterung ist eine zu prüfende Vorrichtung (DUT) die vorliegende Vorrichtung (IC), die einer Prüfung unterzogen wird. Eine Prüfstation-Vorrichtung (TSA) bezieht sich allgemein auf Wafer-Prüfeinrichtungen, Handhabungseinrichtungen für Vorrichtungen und manuelle Prüfstationen.
Damit eine Widerspruchsfreiheit mit Beschreibungen von Prüfkopf-Positionierungssystemen im Stand der Technik besteht, wird das in 1 dargestellte Koordinatensystem 100 verwendet, bei dem:

– Y = vertikale Aufwärts-Abwärts-Achse 102
– X = horizontale Achse 104 in seitlicher Richtung bzw. von links nach rechts
– Z = horizontale Einwärts/Auswärts-Achse 106.

Bei Betrachtung von der Vorderseite des Manipulators wird dadurch das Cartesische Koordinatensystem gebildet.
Drehungen um die Achsen werden in der folgenden Weise bezeichnet:

– Theta Y = Drehung um die Y-Achse (nachfolgend als "Schwenken" bezeichnet) 108
– Theta Z = Drehung um die Einwärts/Auswärts-Achse (nachfolgend als "Rollen" oder "Drehen" bezeichnet) 110
– Theta X = Drehung um die X-Achse (nachfolgend als "Kippen" oder "Nicken" bezeichnet) 112

Ein Referenzmodell für eine Prüfungsgrundfläche 200 ist in der Draufsicht von 2 gezeigt. Wie gezeigt ist, sind eine Haupt-Prüfeinrichtungskammer (Prüfeinrichtungskammer) 202, eine TSA 204, ein Manipulator 206 und ein Prüfkopf 208 enthalten.
3 zeigt einen rechtwinkligen kastenförmigen Prüfkopf 300, der so orientiert ist, dass seine obere 302 und seine untere 304 Oberfläche zur X-Z-Ebene parallel verlaufen, die Seiten 308 parallel zur Y-Z-Ebene verlaufen und die Vorderseite und die Rückseite 306 parallel zur X-Y-Ebene verlaufen.
Der Prüfkopf enthält eine Prüfschnittstelle an einer Oberfläche. Die Prüfschnittstelle hält typischerweise eine Prüfschnittstellen-Leiterplatte, die außer anderen Funktionen Verbindungspunkte zu den Prüfeinrichtungen in der Tastkopfeinrichtung, der Handhabungseinrichtung oder der manuellen Prüfstation schafft. Die Oberfläche mit der Prüfschnittstelle wird nachfolgend als die "Schnittstellenoberfläche" (IS) 310 bezeichnet. Die IS definiert sowohl eine Ebene als auch eine Richtung; die Richtung ist durch einen Vektor beschrieben, der normal zur IS-Ebene verläuft und vom Prüfkopf weg zeigt. 3 zeigt die IS 310 in der horizontalen Ebene mit der Aufwärts-Richtung. Im Gebrauch wird sich die Orientierung des Prüfkopfes ändern, wenn er mit verschiedenen Typen von Vorrichtungen gekoppelt ist. Dementsprechend werden sich sowohl die Ebene als auch die Richtung der IS 310 ebenfalls ändern.
Es ist vorteilhaft, Prüfkopf-Abmessungen in Bezug auf die Schnittstellenoberfläche zu bezeichnen. Bei der in 3 gezeigten Orientierung (wobei die IS nach oben weist) können folgende Definitionen verwendet werden:

– T = Prüfkopf-Dicke = Abmessung in der Aufwärts-Abwärts-Richtung 312
– W = Prüfkopf-Breite = Abmessung in der seitlichen Richtung 314
– L = Prüfkopf-Länge = Abmessung in der Einwärts/Auswärts-Richtung 316

Im Gebrauch kann der Prüfkopf in Aufwärtsrichtung bewegt werden, um die DUT wie in einer Vorrichtungs-Handhabungseinrichtung zu berühren. In diesem Fall weist die Schnittstellenoberfläche nach oben (IS UP).
Eine weitere Alternative besteht darin, dass der Prüfkopf in Abwärtsrichtung bewegt werden kann, um die DUT wie in einer Tastkopfeinrichtung zu berühren. In diesem Fall weist die Schnittstellenoberfläche nach unten (IS DOWN).
Drittens können sowohl die DUT als auch die IS in einer vertikalen Ebene orientiert sein (IS vertikal).
Viertens können sowohl die DUT als auch die IS unter einem beliebigen Winkel zwischen IS nach oben und IS nach unten orientiert sein.
Es ist klar, dass der Prüfkopf, wenn er von einer Vorrichtung zur anderen bewegt wird, zwischen den Positionen IS UP, IS DOWN und IS vertikal gedreht werden muss. In Abhängigkeit vom Manipulator kann dies durch Drehung entweder in den Kipp-Koordinaten (Nick-Koordinaten) oder in den Roll-Koordinaten (Dreh-Koordi naten) bewirkt werden.
Der Prüfkopf ist mit der Prüfkammer durch ein großes dickes Kabelbündel verbunden. Die Kabel, die Größe, das Gewicht und der Widerstand gegen Biegen und Verdrehen stören die Prüfkopf-Bewegung und schränken diese ein. Die Prüfkopf-Bewegung wird vorzugsweise derart ausgeführt, dass das Kabel gegen verschiedene Faktoren geschützt ist, wie z. B. im US-Patent Nr. 5.608.334 beschrieben ist.
Viele Prüfköpfe, insbesondere große Prüfköpfe sind mit dem Manipulator unter Verwendung einer Vorrichtung mit "Kabel-Drehgelenk" verbunden. In der Kabel-Drehgelenk-Betriebsart wird das Kabel vom Prüfkopf im Drehpunkt und parallel zur Drehachse (normalerweise die Roll- oder Drehachse) geführt. Das ist z. B. in den US-Patenten Nr. 5.030.869, 5.450.766 und 5.608.334 beschrieben.
Es ist erwünscht, das Kabel so zu unterstützen, dass eine Störung der Prüfkopf-Bewegung minimal gemacht wird. Es ist außerdem erwünscht, das Kabel vor einer Zugbelastung zu schützen. Aus diesem Grund kann ein Teleskop-Kabelunterstützungsmechanismus 400, der in 4 gezeigt ist, verwendet werden. Ein derartiger Mechanismus ist z. B. im US-Patent Nr. 4.893.074 beschrieben.
In 5A ist ein herkömmliches Prüfkopf-Positionierungssystem 500 gezeigt.
Das Prüfkopf-Positionierungssystem 500 kann z. B. einen Hauptarm 511 und eine herausragende Schlittenbaueinheit 520 enthalten, die im US-Patent Nr. 5.450.766 beschrieben ist.
Wie in 5 gezeigt ist, ist der Hauptarm 511 mit der geradlinigen Führungsschiene 510 verbunden. Der Hauptarm 511 bewegt sich vertikal in jeder Richtung längs der geradlinigen Führungsschiene 510. Ein (nicht gezeigter) Verriegelungsmechanismus ermöglicht, dass die Position des Hauptarms 511 relativ zu der geradlinigen Führungsschiene 510 fixiert wird. Eine Positionierungsbaueinheit 501 ist so beschaffen, dass sie auf der geradlinigen Führungsschiene 510 durch eine (nicht gezeigte) Gegengewicht-Baueinheit vertikal verfährt, die sich in dem hinteren Abschnitt des Ständers 545 in jeder Richtung vertikal bewegt. Die Gegengewicht-Baueinheit ermöglicht, dass der Prüfkopf mit minimaler Kraft vertikal bewegt werden kann. Außerdem ist der Prüfkopf entsprechend seines Schwerpunkts angebracht. Kabel 512 erstrecken sich von der Prüfkammer 514 und in den hinteren Abschnitt des Prüfkopfes 502.
Die Schlittenbaueinheit 520 ist mit dem Arm 511 verbunden. Die Schlittenbaueinheit 520 besitzt einen vorderen "C"-förmigen Abschnitt, der mit dem Prüfkopf 502 verbunden ist, so dass der Prüfkopf 502 um eine Achse, die durch seinen Schwerpunkt verläuft, nicken kann. Die Funktionsweise und Einzelheiten bezüglich der Schlittenbaueinheit 520 sind im US-Patent Nr. 5.450.766 vollständig erläutert und werden an dieser Stelle nicht wiederholt.
Der Ständer 545 ruht auf einem Translationstisch 521. Der Translationstisch enthält eine von einer Seite zur anderen oder seitlich bewegliche Platte 522, eine Einwärts/Auswärts-Platte 524, einen Drehtisch 526 und eine Basis 530. Der Ständer 545 ist mit der seitlich beweglichen Platte 522 verbunden. Führungen 523 in der seitlich beweglichen Platte 522 und die (nicht gezeigten) Schienen der Einwärts/Auswärts-Platte 524 verbinden die seitlich bewegliche Platte 522 mit der Einwärts/Auswärts-Platte 524. Führungen 525 der Einwärts/Auswärts-Platte 524 sind mit den Schienen 527 des Drehtisches 526 verbunden. Der Drehtisch 526 ist seinerseits mit einer (nicht gezeigten) Lageroberfläche mit der Basis 530 verbunden. Der Ständer 545 kann bei Bedarf längs der x- und z-Achsen durch Bewegen des seitlich beweglichen Tisches 522 bzw. des Einwärts/Auswärts-Tisches 524 neu positioniert werden. Der Ständer 545 kann außerdem um die y-Achse gedreht werden, indem der Drehtisch 526 um seine Verbindung mit der Basis 530 gedreht wird. Wenn der Ständer 545 längs dieser Achsen bewegt wird, wird natürlich der Prüfkopf 502 neu positioniert.
5B ist 5A ähnlich mit Ausnahme der relativen Positionen der Teile, die mit dem Translationstisch 521 verbunden sind. Im Einzelnen befindet sich der Drehtisch 526 zwischen dem Ständer 545 und der seitlich beweglichen Platte 522. Außerdem sind Führungen 525 der Einwärts/Auswärts-Platte 524 an Schienen 531 direkt mit der Basis 530 verbunden. In allen anderen Aspekten sind die 5A und 5B gleich. Deswegen werden die restlichen Einzelheiten von 5B an dieser Stelle nicht wiederholt.
Weitere Kombination von horizontalen Bewegungen, die in die Manipulatorbasis integriert sind, sind möglich. Wenn derartige Bewegungen nicht in die Basis integriert sind, sind sie typischerweise in der Armbaueinheit vorgesehen. Der "in2 Manipulator" der inTEST Corp., der zuerst im US-Patent Nr. 4 527 942 be schrieben wurde, sieht z. B. keine horizontalen Bewegungen in seiner Basis vor, wobei eine Gelenkarm-Baueinheit alle horizontalen Bewegungen schafft. Ferner sind Manipulatoren bekannt, die Basen besitzen, die lediglich eine Schwenkdrehbewegung vorsehen, wie etwa das System, das im US-Patent Nr. 5.606.262 beschrieben ist, das an Teradyne übertragen wurde.
Verschiedene Manipulatoren sehen in ihren Basen zwei Bewegungen vor. Ein Manipulator, der von Teradyne hergestellt wird und in den US-Patenten Nr. 5.931.048 und 5.5.949.002 beschrieben ist, erzeugt eine Schwenkdrehung und eine seitliche Bewegung in seiner Basis mit dem Schwenkmechanismus an der Unterseite, wobei die Einwärts/Auswärts-Bewegung in diesem Manipulator in der Arm- und Schlittenbaueinheiten erzeugt wird. Ein weiterer Manipulator, der von Reid-Ashman MFG, Inc. hergestellt wird, erzeugt seitliche und Einwärts/Auswärts-Bewegungen in der Basis, wobei ein Schwenken durch Drehung des Arms um eine an dem Ständer befestigten Welle erzeugt wird.
Ein von Schulmberger hergestellter Manipulator erzeugt eine seitliche Bewegung und eine Schwenkdrehbewegung in seiner Basis mit dem Schwenkmechanismus, der sich auf dem Mechanismus für Bewegungen in seitlicher Richtung befindet. Einwärts/Auswärts- und Rollbewegungen werden in der Armbaueinheit erzeugt. Dieser Manipulator ist einmalig dahingehend, dass das Kabel von der Kammer durch die Mitte des Ständers über dem Drehmittelpunkt verläuft und am Prüfkopf endet. Bei diesem Manipulator ist außerdem ein Federmechanismus einmalig, der als Gegengewicht dient, was zuerst in den US-Patenten Nr.4.943.020 und 4.973.015 beschrieben wurde, die beide an Schulmberger übertragen wurden.
Schließlich erzeugt ein weiterer Manipulator, der ebenfalls von Reid-Ashman MFG, Inc. hergestellt wird, alle drei Bewegungen in seiner Basis mit dem Schwenkdrehmechanismus an der Unterseite.
Im Betrieb wird der Prüfkopf 502 zu der Kopplungsposition manipuliert, indem teilweise der oben beschriebene Translationstisch verwendet wird. Wenn der Prüfkopf sich in einer Entfernung von 1 bis 2 cm von seiner endgültigen Kopplungsposition befindet, beginnt der Eingriff einer Ausrichtungsvorrichtung. An diesem Punkt greift ein Kopplungsaktuator ein, der den Prüfkopf in die endgültige ausgerichtete Prüfposition und in einen Eingriff an der DUT-Prüfbefestigung und/oder Messsondenkarte zieht. Da der Prüfkopf in Position gezogen wird, verringert die Ausrichtungsvorrichtung, wie etwa konische Stifte, die an Passlöchern in Eingriff gelangen, alle Anfangsfehler innerhalb einer kleinen zulässigen Toleranz. Während der Kopplungsbetätigung kann sich der Prüfkopf vorteilhaft frei bewegen in jeder Kombination aus Achsen und Drehungen, um eine endgültige Ausrichtung und Parallelität sicherzustellen. Deswegen sollten alle Achsen während der Kopplungsbetätigung frei sein.
Gleichfalls sollten beim Abkoppeln alle Achsen frei sein, wenn der Prozess der Kopplungsbetätigung umgekehrt wird. Nun schiebt der Kopplungsmechanismus des Prüfkopfs aus dem Eingriff an der Vorrichtung der Prüfsockel/Messsonden-Baueinheit. Wenn er abgekoppelt ist, können ausgewählte Achsen bei Bedarf festgestellt werden, damit der Prüfkopf unter Verwendung von lediglich einer Bewegungsachse von der Messsonde/Handhabungseinrichtung weg bewegt werden kann.
Neueste Fortschritte in der Halbleiterindustrie hatten die folgenden Wirkungen:

1. DUTs sind komplexer geworden; die Anzahl von Transistoren pro Vorrichtung ist von einigen Tausend bis zu einigen Millionen stetig angewachsen.
2. DUTs sind immer mehr komplexe Mischungen von digitalen Schaltungsanordnungen, analogen Schaltungsanordnungen und Mischsignal-Schaltungsanordnungen.
3. Die Anzahl von Anschlussstiften für E/A, Leistungsversorgung und Signal-Masse-Referenz pro Vorrichtung ist von weniger als hundert auf mehrere hundert angestiegen.
4. DUT-Taktraten sind von einigen zehn MHz auf wenigstens 1 GHz gestiegen.
5. Daten-, Adress- und Steuersignale liegen demzufolge im Bereich von wenigstens 100 Mbps.
6. Der Frequenz-Bandbreitenbedarf pro Anschlussstift liegt wenigstens im Bereich von 10 GHz.

Im Ergebnis sind die folgenden Prüfsystem-Entwurfsmöglichkeiten wünschenswert geworden:

1. eine größere Anzahl, schnellere und komplexere Pin-Elektronikschaltungen in dem Prüfkopf.
2. Ein größerer Leistungsverlust pro Pin-Schaltung kann auf Grund der höheren Schaltraten in dem Prüfkopf erwartet werden.
3. Wasserkühlungssysteme mit zirkulierendem Wasser sind bei den Prüfköpfen zusätzlich angeordnet worden, wodurch sich ihr Gewicht vergrößert und eine flexible Hohlleitung in dem Prüfkopfkabel enthalten sein muss.
4. Eine größere Anzahl Leistungsversorgungs- und Masseleitungen mit größeren Ausmaßen befinden sich in dem Prüfkopf-Verbindungskabel.
5. Verlagern von Schaltungsanordnungen von der Systemkammer zum Prüfkopf, um den Umfang der Signalverdrahtung und der zugehörigen Verzögerungen im Kabel zu verringern.

Diese Faktoren haben dazu geführt, dass die Größe und das Gewicht von Prüfköpfen bedeutend angestiegen ist, während gleichzeitig gefordert wird:

1. Die Forderung, dass der Prüfkopf in unmittelbare Nähe der DUT gebracht wird, wird immer wichtiger.
2. Das Kabel vom Prüfkopf zur Prüfkammer wird möglichst kurz gehalten; während es gleichzeitig dicker und steifer geworden ist.

Deswegen sind Prüfköpfe und ihre zugehörigen Kabel bedeutend größer und schwerer geworden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein System geschaffen zum Positionieren einer Last, wobei die Last mit einem Seil (Kabel) verbunden ist, wobei das System umfasst: einen Ständer, der eine erste vertikale Achse definiert; eine Armeinheit, die die Last unterstützt und sich längs der ersten vertikalen Achse bewegt; und eine Dreheinheit, die die erste vertikale Achse um eine von der ersten vertikalen Achse beabstandete zweite vertikale Achse dreht; wobei die Last durch die Armeinheit so positionierbar ist, dass das Seil die zweite vertikale Achse schneidet und das Seil sich auf einer Seite des Ständers befindet; dadurch gekennzeichnet, dass der Ständer so positioniert werden kann, dass er sich näher als die zweite vertikale Achse bei der Last befindet.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die Erfindung wird aus der folgenden genauen Beschreibung am besten verstanden, wenn diese in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung gelesen wird. Es wird hervorgehoben, dass gemäß der üblichen Praxis die verschiedenen Merk male der Zeichnung nicht zu skalieren sind. Die Abmessungen der verschiedenen Merkmale sind dagegen zur Klarheit willkürlich vergrößert oder verkleinert. In der Zeichnung sind die folgenden Figuren enthalten:
1 ist eine Darstellung des Koordinatensystems des Prüfkopfmanipulators;
2 ist eine Draufsicht einer Prüfungsgrundfläche für ein typisches Prüfkopfmanipulatorsystem;
3 ist eine Darstellung eines Prüfkopfes, der in dem Koordinatensystem von 1 angeordnet ist;
4 ist eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Teleskop-Kabelträgers;
die 5A und 5B sind perspektivische Ansichten eines repräsentativen herkömmlichen Prüfkopfmanipulators;
6 ist eine teilweise Draufsicht einer herkömmlichen Installation eines Prüfkopfmanipulators;
die 7A und 7B sind perspektivische Ansichten eines Abschnitts eines Prüfkopfmanipulators gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 ist eine Draufsicht eines Prüfkopfmanipulators der 7A und 7B;
9 ist eine Draufsicht des Prüfkopfmanipulators der 7A und 7B, die verschiedene Freiheitsgrads zeigt;
10 ist eine perspektivische Ansicht der Basisbaueinheit für den Prüfkopfmanipulator der 7A und 7B;
die 11A bis 11C sind genaue Ansichten der Bodenplatte der Basisbaueinheit von 10;
die 12A bis 12C sind genaue Ansichten des Schwenkplattenabschnitts der Basisbaueinheit;
die 13A bis 13C sind genaue Ansichten des Einwärts/Auswärts-Platten-Abschnitts der Basisbaueinheit;
die 14A bis 14C sind genaue Ansichten des Abschnitts der Platte für seitliche Bewegungen der Basisbaueinheit;
die 15A bis 15C sind eine Draufsicht und eine Seitenansicht der Basisbaueinheit;
die 16A bis 16C sind verschiedene Ansichten der Schwenkindexierung-Verriegelungsbaueinheit;
die 17A bis 17D sind verschiedene Ansichten der Einwärts/Auswärts-Achsen-Verriegelungsbaueinheit;
die 18A bis 18C sind verschiedene Ansichten der Verriegelungsbaueinheit der Achse für seitliche Bewegungen;
die 19A bis 19B sind genaue Ansichten der Verriegelungsbaueinheit der Achse für seitliche Bewegungen;
20 ist eine Vorderansicht des Rollmotors und zugehöriger Hardware zum Drehen des Prüfkopfes um die Rollachse;
21 ist eine teilweise Seitenansicht des Rollmotors und zugehöriger Hardware;
22 ist eine Rückansicht des Rollmotors und zugehöriger Hardware;
23 ist eine Seitenansicht des Rollmotors und zugehöriger Hardware zum Anheben und Absenken des Prüfkopfes;
24 ist eine Draufsicht des Vertikalmotors und zugehöriger Hardware;
25 ist eine vereinfachte schematische Darstellung einer Einzelachsen-Steuerschaltung;
26 ist eine vereinfachte schematische Darstellung einer Doppelachsen-Steuerschaltung;
die 27A bis 27C zeigen ein Verriegelungssystem für die Prüfkopfbaueinheit;
die 28A, 28B und 29 sind Darstellungen von verschiedenen genauen Merkmalen der Verriegelung, die in den 27A bis 27C gezeigt ist; und
die 30 und 31 veranschaulichen einen Sicherungsmechanismus für das Verriegelungssystem, das in den 27A bis 27C gezeigt ist.
GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die 7A und 7B sind perspektivische Ansichten eines Prüfkopfmanipulatorsystems 700, das gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist. In den 7A und 7B enthält das Prüfkopfmanipulatorsystem 700 eine Manipulatorbaueinheit 702, die über Kabel 706 mit einer Haupt-Prüfsystemkammer verbunden ist. Die Kabel 706 sind mit dem Prüfkopf 802 gekoppelt. Die Kabel 706 können Steuer- und Datensignale an die Kammer 704 bzw. von dieser liefern. Die Kabel 706 enthalten außerdem Leistungs- und Masseverbindungen. Die Kabel 706 können wahlweise Kühlmittelzuführrohre enthalten. Die Kabel 706 werden durch einen Teleskop-Kabeltragarm 708 getragen, der in 4 gezeigt ist und im US-Patent Nr. 4.893.074 vollständig beschrieben ist. Der Kolben 410 des Teleskop-Kabeltragarms ist an einem Ende mit einem Anbringungsblock 716 verbunden und der Zylinder 420 des Teleskop-Kabeltragarms ist mit einem Kabeldrehpunkt 740 verbunden, der seinerseits mit einem Schlitten 739 verbunden ist, den der Prüfkopf 802 hält (wie vollständiger in dem '074-Patent beschrieben ist). Von dem Prüfkopf 802 verläuft das Kabel 706 durch den Kabeldrehpunkt 740 und ist längs des Zylinders 420 des Teleskop-Kabeltragarms angeordnet. Zwischen dem Zylinder 420 des Teleskop-Kabeltragarms und dem Punkt, an dem es in die Kammer 704 eintritt bzw. diese verlässt, ist im Kabel 706 eine "Funktionsschleife" 705 angeordnet. Die Funktionsschleife 705 schafft eine ausreichende Schlaffstelle im Kabel 706, damit der Prüfkopf 802 innerhalb seiner gesamten gewünschten Bewegungshüllkurve bewegt werden kann.
Der Anbringungsblock 716 ist durch einen Trägerarm 718 an der Ständerstruktur 712 befestigt. Eine geradlinige Führungsschiene 720 ist an einer Anbringungsplatte 722 an der Ständerstruktur 712 befestigt und schafft einen Mechanismus, durch den sich der Teleskop-Kabeltragarm 708 bewegen kann, wenn der Prüfkopf 802 vertikal neu positioniert wird. Ein motorgetriebener Linearaktuator 724 kann verwendet werden, um eine Vertikalbewegung des Tragarms 718 längs der geradlinigen Führungsschiene 720 zu schaffen. Folglich kann das Ende des Kabeltragarms 708 angehoben und abgesenkt werden. Somit können die Kabel 706 unter der Steuerung der Bedienperson in Bezug auf die horizontale Ebene waagerecht oder unter einem im Wesentlichen konstanten Winkel gehalten werden, wenn der Prüfkopf 802 längs der vertikalen Achse bewegt wird. Auf diese Weise kann die vertikale Komponente der Kraft, die durch das Kabel 706 auf den Prüfkopf 802 ausgeübt wird, auf einem im Wesentlichen konstanten Wert gehalten werden, wodurch der Prüfkopf 802 in einem frei beweglichen, im Gleichgewicht befindlichen Zustand bleiben kann.
Die Ständerstruktur 712 ist an einer Basisbaueinheit 710 befestigt, die zusätzlich zu der Fähigkeit der Drehung sowohl in einer Uhrzeigerrichtung als auch in einer Gegenuhrzeigerrichtung der gesamten Manipulatorbaueinheit 702 um die Y-Achse am Drehpunkt 734 eine Bewegung längs der X- und Z-Achsen schafft. Diese genannte Drehung ermöglicht, dass die Manipulatorbaueinheit 702 entfernt von jeder TSA neu positioniert werden kann, so dass an der Messsonde oder dem Prüfkopf Wartungsarbeiten ausgeführt werden können.
Die Ständerstruktur 712 kann entweder eine feststehende Höhe oder eine variable (teleskopförmig veränderliche) Höhe besitzen.
7A zeigt den Ständer 712, der zum Ende der Z-Achse, d. h. am nächsten zur Kammer 704 bewegt wurde, und 7B zeigt den Ständer 712, der zum gegenüberliegenden Ende der Z-Achse, d. h. am weitesten entfernt von der Kammer 704 bewegt wurde. Ansonsten sind die beiden Figuren gleich. Es ist ersichtlich, dass die Funktionsschleife 705 kompakt ist und fast bis zum Boden reicht; wohingegen die Funktionsschleife in 7B nahezu lang gestreckt ist, um die vergrößerte Entfernung zwischen dem Ständer 712 und der Kammer 704 zu überbrücken. Die Funktionsschleife 705 ist in 7B nicht vollständig gestreckt; ein zusätzlicher Spielraum verbleibt, um eine vertikale Bewegung des Prüfkopfes 802 zu ermöglichen. In 7A ist ferner ersichtlich, dass der Punkt, an dem die Funktionsschleife 705 auf den Zylinder 420 des Teleskop-Tragarms trifft, im Wesentlichen über dem Drehpunkt 734 liegt, obwohl das Ende des Kolbens 410 des Teleskop-Tragarms sich nahe an der Kammer 704 befindet. Es ist deutlich, dass der Abstand zwischen dem Drehpunkt 734 und der Kammer 704 dem Raumbedarf für die Funktionsschleife 705 entspricht.
Die Basisbaueinheit 710 enthält mehrere Unterplatten, die stapelförmig angeordnet sind, so dass jede Unterplatte mit benachbarten Unterplatten gekoppelt ist. Im Einzelnen ist die Bodenplattenbaueinheit 726 mit der Drehplattenbaueinheit 728 gekoppelt, die ihrerseits mit der Einwärts/Auswärts-Plattenbaueinheit 730 gekoppelt, die ihrerseits mit der Baueinheit 732 der seitlich beweglichen Platte gekoppelt, wobei diese mit der Ständerstruktur 712 gekoppelt ist. Einzelheiten, wie die Prüfplatten miteinander gekoppelt sind, werden später genau erläutert.
Der Prüfkopf 802 ist durch eine obere Armbaueinheit 737 und den Schlitten 739 an dem Hauptarm 736 befestigt. Der Prüfkopf wirkt als eine Last. Ein Antriebssystem (das in dieser Figur nicht gezeigt ist) kann wahlweise an der Ständerstruktur 712 befestigt sein und erzeugt eine Antriebskraft, um den Hauptarm 736 in vertikaler Richtung zu bewegen. Es ist vorgesehen, dass dann, wenn sich der Hauptarm 736 in der Y-Achse längs einer ersten vertikalen Achse bewegt, die durch die geradlinige Führungsschiene 738 geschaffen ist, die verschiedenen Kabel, die durch den Kabeltragarm 708 getragen werden, längs einer zweiten vertikalen Achse, die durch eine geradlinige Führungsschiene 720 geschaffen ist, mit Hilfe des Linearaktuators 724 aufwärts und abwärts bewegt werden.
In 8 ist eine Draufsicht des Prüfkopfmanipulatorsystems 700 gezeigt. Im Betrieb ist der Prüfkopf 802 an einem Ort "a" über der Wafer-Untersuchungseinrichtung 804 positioniert, um eine DUT auf dem (nicht gezeigten) Wafer zu prüfen. Wie oben erläutert wurde, wird der Prüfkopf 802 vorteilhaft von der Untersuchungseinrichtung 804 weg geschwenkt, um an dem Prüfkopf 802 oder an der Untersuchungseinrichtung 804 eine Wartung auszuführen. Der Erfinder realisiert das, indem ein Drehpunkt 734 vorgesehen wird, um den sich die Drehplatte 728 in Bezug auf die Bodenplatte 726 bewegt. Wie in 8 gezeigt ist, ermöglicht der Drehpunkt 734, dass der Ständer 712 und der Prüfkopf 802 in die Position "b" weg von der Untersuchungseinrichtung 804 schwenken. Um eine Beschädigung an den Prüfschnittstellenkomponenten zu verhindern, ist es vorteilhaft, den Prüfkopf 802 so anzuheben, dass er von der Prüfschnittstelle entfernt ist, bevor der Prüfkopf von der Untersuchungseinrichtung 804 weg geschwenkt wird. Der Winkel, um den die Baueinheit schwenkt, kann etwa 30° betragen oder jeder andere Winkel sein, der einen ausreichenden Freiraum ermöglicht. Der Winkel 806 sollte begrenzt sein, um ein übermäßiges Verdrehen des Kabels 706 (das in den 7A und 7B gezeigt ist) zu vermeiden, um die Möglichkeit von Schäden am Kabel 706 minimal zu machen. Es kann deswegen am günstigsten sein, wenn der Drehpunkt 734 direkt unter dem Punkt angeordnet ist, an dem das Kabel 706 aus der Kammer 704 austritt, wie in den 7A und 7B gezeigt ist. In der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Drehpunkt 734 jedoch so nahe wie praktisch möglich direkt unter dem Punkt, an dem das Kabel 706 aus der Kammer 704 austritt, angeordnet. In Abhängigkeit von der Steifigkeit des Kabels 706 erfordert die Funktionsschleife 705 eine Strecke von zwei bis drei Kabeldicken, wenn der Prüfkopf in seine nächste Position an der Kammer 704 bewegt wird. Dieser Faktor bestimmt letztlich den geringsten möglichen Abstand zwischen dem Drehpunkt 734 und der Kammer 704.
Nochmals in 8 ist das Ende des Kabelträgers 708 in der bevorzugten Ausführungsform über dem Drehpunkt 734 angeordnet, wenn die Ständerstruktur 712 in der Mitte der X-Achse und in der Mitte der Z-Achse positioniert ist. Es sollte angemerkt werden, dass dann, wenn eine Bewegung der Basisbaueinheit 710 längs der X-Achse oder längs der Z-Achse erfolgt, das Ende des Kabelträgers 708 sich relativ zum Drehpunkt 734 bewegt. Wie in 8 gezeigt ist, verlängert oder verkürzt sich in keinem Fall die Länge des Kabelträgers 708 während der Drehung um den Winkel 806 oder dann, wenn sich die Ständerstruktur 712 längs der x- oder z-Achse bewegt. Deswegen sind Bewegung, Abnutzung und Ermüdung des Kabels 706 verringert. Der Kabelträger 708 verlängert oder verkürzt sich, wenn der Prüfkopf 802 sich längs der y-Achse relativ zum Trägerarm 718 bewegt und/oder eine Nickbewegung um die z-Achse ausführt. Es sollte angemerkt werden, dass dies die zur Verfügung stehende Bewegungshüllkurve im Vergleich zum Stand der Technik vergrößert, bei dem das Ende des Kabelträgers an einer festen Stelle, wie etwa die Prüfkammer, befestigt ist.
In 9 ist eine weitere Draufsicht des Prüfkopfmanipulatorsystems 700 gezeigt, die den Freiheitsgrad von verschiedenen Abschnitten des Prüfkopfmanipulators 700 veranschaulicht. Wie in 9 gezeigt ist, können der Prüfkopf 802 und der Kabeltragarm 708 einer Schwenkbewegung um die y-Achse unterzogen werden, indem sie in einem Bogen 902 um eine zweite vertikale Achse, die durch den Drehpunkt 734 verläuft, bewegt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Bogen 902 einen Winkelbereich relativ zu der Position enthalten, in der der Prüfkopf an der Handhabungseinrichtung der Vorrichtung gekoppelt ist (die nachfolgend als "die Kopplungsposition" bezeichnet wird). Wenn die Kopplungsposition z. B. so definiert ist, dass sie bei 0° liegt, kann der Bogen 902 Winkel von etwa –10° bis etwa +30° von der Kopplungsposition enthalten.
9 zeigt außerdem, dass sich der Prüfkopf 802 um die z-Achse 904 drehen kann. In einer beispielhaften Ausführungsform kann eine Drehung um die Achse 904 etwa ±95° von der vertikalen Position der Schnittstellenoberfläche (IS) betragen. Der Prüfkopf 802 besitzt einen Schwerpunkt (CG) 912. Die Kombination aus den vertikalen Achsen, die durch den Schwerpunkt (CG) 912, den Drehpunkt 734 und die geradlinige Führungsschiene 738 verlaufen, bildet ein Dreieck 914. Jede von diesen Achsen bildet einen entsprechenden Eckpunkt des Dreiecks 914.
9 zeigt, dass der Prüfkopf 802 einer Nickbewegung um die x-Achse unterzogen werden kann. Die Achse 906 repräsentiert den Grad des Nickens des Prüfkopfes 802. Es wird angenommen, dass der Prüfkopf 802 in Abhängigkeit von der Anwendung eine Nickbewegung um die x-Achse zwischen etwa ±4° von einer horizontalen Sollposition ausführen kann.
9 zeigt, dass sich der Prüfkopf 802 längs der x-Achse bewegen kann. Die Achse 908 repräsentiert eine Bewegung des Prüfkopfmanipulators 700 längs der x-Achse. In einer beispielhaften Ausführungsform wird angenommen, dass die Bewegung längs der x-Achse von einem Ende zum anderen im Bereich von etwa 25 cm liegt.
9 zeigt, dass sich der Prüfkopf 802 längs der z-Achse bewegen kann. Die Achse 910 repräsentiert eine Bewegung des Prüfkopfmanipulators 700 längs der z-Achse. In einer beispielhaften Ausführungsform wird angenommen, dass die Bewegung längs der z-Achse von einem Ende zum anderen im Bereich von etwa 50 cm liegt.
In 10 ist eine perspektivische Ansicht der Basisbaueinheit 710 gezeigt. Die 11 bis 19 zeigen verschiedene Einzelheiten der Basisbaueinheit 710. In den 10 und 11 sind Tragarme 1004 an der Bodenplattenbaueinheit 726 befestigt. Die Tragarme 1004 schaffen eine Stabilisierung, um den Wirkungen der Kraft entgegenzuwirken, die auf die Basisbaueinheit 710 durch die Masse der Prüfkopf baueinheit ausgeübt wird. Höhenausgleichsfüße (nicht gezeigt) können an den Enden des Tragarms 1004 befestigt sein und können bei Bedarf eingestellt werden. Außerdem sind Höhenausgleichskissen 1000 unter Verwendung von herkömmlichen Mitteln an der Bodenplattenbaueinheit 726 befestigt, um Unregelmäßigkeiten im Boden der Prüffläche auszugleichen und um einen Höhenausgleich des Prüfmanipulators 702 zu ermöglichen. In der bevorzugten Ausführungsform sind 9 Höhenausgleichskissen 1000 vorgesehen, obwohl in Abhängigkeit von den Umständen bei Bedarf jede Anzahl von Höhenausgleichskissen 1000 verwendet werden kann. Verriegelungshebel 1014 und 1016 sind an der seitlich beweglichen Platte 732 befestigt, um eine Bewegung längs der x-Achse bzw. der z-Achse zu verhindern. Einzelheiten der Verriegelungshebel 1014 und 1016 und ihrer entsprechenden Mechanismen werden später genau beschrieben.
In den 11A bis 11C sind weitere Einzelheiten der Bodenplattenbaueinheit 726 gezeigt. In 11A ist eine Lagerbaueinheit 1100 auf der oberen Oberfläche der Bodenplatte 1120 angebracht. Eine Schwenkplattenbaueinheit 728 (die in der Figur nicht gezeigt ist) ist mit der Lagerbaueinheit 1100 gekoppelt und dreht sich um die Lagerbaueinheit 1100. Platten 1104, 1105 und Rollen 1108 sind unter Verwendung von Befestigungsmitteln 1112 (wie etwa Schrauben) an der oberen Oberfläche der Bodenplatte 1120 befestigt und schaffen eine Unterstützung für die Schwenkplattenbaueinheit 728. Platten 1104, 1105 sind so vorgesehen, dass Rollen 1202 (die in 12 gezeigt sind), die an der unteren Oberfläche der Schwenkplattenbaueinheit 728 befestigt sind, auf der Oberfläche der Platten 1104, 1105 laufen, wie durch Bögen 1106 bzw. 1107 gezeigt ist, wodurch eine Abnutzung der Bodenplatte 1120 vermieden wird. Die Platten 1104, 1105 können aus einem haltbaren Material, wie etwa gehärteter Stahl, hergestellt sein und können bei Bedarf ersetzt werden. Gleichfalls können die Rollen 1108, von denen in der bevorzugten Ausführungsform 6 vorhanden sind, ersetzt werden, wenn sie abgenutzt sind. In der beispielhaften Ausführüngsform sind die Rollen 1108 an einem Lagerschlitten 1109 angebracht, der seinerseits an der oberen Oberfläche der Bodenplatte 1120 angebracht ist.
Um die Drehbewegung der Schwenkplattenbaueinheit 728 relativ zu der Bodenplattenbaueinheit 726 zu begrenzen, sind Gummipuffer 1110 an der Oberseite der Bodenplatte 1120 befestigt. Die Gummipuffer 1110 schaffen formschlüssige Endanschläge für die Schwenkplattenbaueinheit 728 durch die Kanten der Schwenkplatte 728, die den Gummipuffern 1110, die an der Bodenplatte 1120 angebracht sind, gegenüberstehen. Um ferner formschlüssige Rastpositionen zu schaffen, können Elemente 1114, wie etwa Nockenrollen, an der Oberfläche der Bodenplatte 1120 längs des Bewegungsbogens 1116 der Schwenkplattenbaueinheit 728 befestigt sein. In der bevorzugten Ausführungsform schaffen die Elemente 1114 von oben betrachtet eine Indexierung für die Schwenkplatte in Gegenuhrzeigerrichtung bei etwa 10° und in Uhrzeigerrichtung bei etwa 30° von der Betriebsposition. Natürlich können zusätzlich Elemente 1114 längs des Bewegungsbogens 1116 angeordnet sein, um bei Bedarf eine größere oder kleinere Anzahl von formschlüssigen Raststellen zu schaffen. Es ist vorgesehen, dass zwei zusätzliche Elemente 1114, die jeweils um etwa 10° voneinander beabstandeten sind, hinzugefügt werden können, wodurch eine Indexierung bei etwa 10° und etwa 20° in Uhrzeigerrichtung von der Betriebsposition geschaffen wird.
Nunmehr in 11B sind Rollfüße 1118 an der Unterseite der Bodenplatte 1120 befestigt, um zu ermöglichen, dass die Manipulatorbaueinheit 702 bei Bedarf auf der Prüfunterlage positioniert werden kann. In der bevorzugten Ausführungsform werden vier Rollfüße 1118 verwendet, obwohl bei Bedarf eine größere Anzahl von Rollfüßen verwendet werden kann.
In den 12A bis 12C sind verschiedenen Ansichten der Schwenkplattenbaueinheit 728 gezeigt. In 12A ist eine Lagerbaueinheit 1200 mit einer Lagerbaueinheit 1100 (die in den 11A und 11B gezeigt ist) zusammengefügt, wodurch möglich ist, dass sich die Schwenkplattenbaueinheit 728 um den Drehpunkt 734 drehen kann (wie in 10 gezeigt ist). Rollen 1202 sind an der oberen Oberfläche der Schwenkplatte 1216 mit Befestigungsmitteln 1204, wie etwa Schrauben, befestigt, wodurch die Rollen 1202 ersetzt werden können, wenn sie abgenutzt sind. Wie oben erläutert wurde, rollen die Rollen 1202 auf der Oberfläche der Platten 1104, 1105 (die in 11A gezeigt sind). Die Platte 1206, die aus einem haltbaren Material ist, wie etwa Stahl, ist an der Unterseite der Schwenkplatte 1216 befestigt und schafft eine Oberfläche für Rollen 1108 (die in 11A gezeigt sind). Wie gezeigt ist, ist die Platte 1206 so angeordnet, dass sie dem Bewegungsort 1214 der Rollen 1108 entspricht. Die Platte 1207, die aus einem haltbaren Material sein kann, wie etwa Stahl, ist an der Oberfläche der Schwenkplatte 1216 befestigt und schafft eine Oberfläche für einen Bremsklotz 1704 (der in 17 gezeigt ist). Wie gezeigt ist, ist die Platte 1207 so angeordnet, dass sie der Verfahrwegstrecke des Bremsklotzes 1704 entspricht.
Um für den Prüfkopfmanipulator 702 eine Bewegung längs einer horizontalen Achse, die senkrecht zu der ersten vertikalen Achse ist, zu schalten, sind auf der oberen Oberfläche der Schwenkplatte 1216 geradlinige Führungsschienen 1208 vorgesehen, die mit entsprechenden Gleitern 130 (die in 13A gezeigt sind) übereinstimmen, die an der Einwärts/Auswärts-Platte 1310 befestigt sind. Die Führungsschienen 1208 können lösbar mit der Oberfläche der Schwenkplatte 1216 verbunden sein, so dass sie dann, wenn sie abgenutzt sind, ersetzt werden können. Anschlagblöcke 1210 sind auf der Oberseite der Schwenkplatte 1216 befestigt, um Verfahrweggrenzen für die Einwärts/Auswärts-Plattenbaueinheit 730 zu schaffen.
In den 13A bis 13C sind verschiedene Ansichten der Einwärts/Auswärts-Plattenbaueinheit 730 gezeigt. In 13A sind Gleiter 1300 an der unteren Oberfläche der Einwärts/Auswärts-Platte 1310 befestigt und sind mit geradlinigen Führungsschienen 1208 (die in 12A gezeigt sind) zusammengefügt. Die Kombination aus Gleitern 1300 und geradlinigen Führungsschienen 1208 ermöglicht, dass sich die Ständerstruktur 712 längs der z-Achse bewegt. Die Gleiter 1300 können lösbar mit der Einwärts/Auswärts-Platte 1310 verbunden sein, so dass sie dann, wenn sie abgenutzt sind, ersetzt werden können. Ein Pufferblock 1302 ist an der Unterseite der Einwärts/Auswärts-Platte 1310 befestigt und gelangt an Anschlagblöcken (die in 12A gezeigt sind) in Eingriff, die an der Schwenkplattenbaueinheit 728 befestigt sind, wodurch sie verhindern, dass sich die Einwärts/Auswärts-Plattenbaueinheit 730 über eine vorgegebene Position relativ zu der Schwenkplattenbaueinheit 728 hinaus erstreckt. An den Enden der Pufferblöcke 1302 sind Puffer 1303 aus einem elastischen Material, wie etwa Gummi, ausgebildet. Die Puffer 1303 sind mit dem Pufferblock 1302 lösbar verbunden, damit sie dann, wenn sie abgenutzt sind, einfach ersetzt werden können. Die Puffer 1303 stehen an den Verfahrweggrenzen der Einwärts/Auswärts-Plattenbaueinheit 730 Anschlagblöcken 1210 gegenüber.
Um für die Ständerstruktur 712 eine Bewegung längs einer weiteren horizontalen Achse, die senkrecht zu der ersten vertikalen Achse verläuft und die oben erwähnte horizontale Achse schneidet, zu schaffen, sind geradlinige Führungsschienen 1306 an der oberen Oberfläche der Einwärts/Auswärts-Platte 1310 vorgesehen und passen mit entsprechenden Gleitern 1400 (die in 14A gezeigt sind) zusammen, die an der Baueinheit 732 der seitlich beweglichen Platte befestigt sind. Die Führungsschienen 1306 können mit der Oberfläche der Ein wärts/Auswärts-Platte 1310 lösbar verbunden sein, so dass sie dann, wenn sie abgenutzt sind, ersetzt werden können. Eine Bremsoberfläche 1311 ist lösbar mit der Seite der Einwärts/Auswärts-Platte 1310 unter Verwendung von Befestigungsmitteln 1312, wie etwa Schrauben, verbunden. Die Bremsoberfläche 1311 schafft eine passende Oberfläche für den Bremsklotz 1810 (der in den 18A sowie 19A und 19B gezeigt ist). Ein Pufferblock 1304 ist an der Oberseite der Einwärts/Auswärts-Platte 1310 befestigt, um Verfahrweggrenzen für die seitlich bewegliche Platte 732 zu schalten. An den Enden der Pufferblöcke 1304 sind Puffer 1305 aus einem elastischen Material, wie etwa Gummi, gebildet. Die Puffer 1305 sind mit dem Pufferblock 1304 lösbar verbunden, damit sie leicht ersetzt werden können, wenn sie abgenutzt sind. Die Puffer 1305 stehen an den Verfahrweggrenzen der Baueinheit 732 der seitlich beweglichen Platte Anschlagblöcken 1404 (die in 14A gezeigt sind) gegenüber. Eine Laufbuchse 1308 als Teil einer Einwärts/Auswärts-Platten-Verriegelungsbaueinheit, die später erläutert wird, ist mit der Einwärts/Auswärts-Platte 1310 verbunden.
In den 14A bis 14C sind die Einzelheiten der Baueinheit 732 der seitlich beweglichen Platte beschrieben. In 14A sind Gleiter 1400 an der unteren Oberfläche der seitlich beweglichen Platte 1402 befestigt und sind an geradlinige Führungsschienen 1306 angepasst (die in 13A gezeigt sind). Die Gleiter 1400 können lösbar mit der seitlich beweglichen Platte 1402 verbunden sein, so dass sie ersetzt werden können, wenn sie abgenutzt sind. Anschlagblöcke 1404 sind an der Unterseite der seitlich beweglichen Platte 1402 befestigt und gelangen, wie oben erläutert wurde, an einem Pufferblock 1302 (der in 13A gezeigt ist) in Eingriff, der an der Einwärts/Auswärts-Platten-Baueinheit 730 befestigt ist, um zu verhindern, dass sich die Baueinheit 732 der seitlich beweglichen Platte über eine vorgegebene Position relativ zu der Einwärts/Auswärts-Platten-Baueinheit 730 hinaus erstreckt.
Die Ständerstruktur 712 (die in dieser Figur nicht gezeigt ist) ist an der oberen Oberfläche der seitlich beweglichen Platte 1402, die durch den Umriss 1406 in Phantomlinien dargestellt ist, an Stellen 1408 unter Verwendung von herkömmlichen Befestigungsmitteln, wie etwa (nicht gezeigte) Schrauben, befestigt. Um einen Zugang zu dem Einwärts/Auswärts-Verriegelungsmechanismus (der später beschrieben wird) zu ermöglichen, ist ein Zugangsloch 1410 durch die seitlich bewegliche Platte 1402 vorgesehen. Außerdem ist eine Einsenkung 1412 an der unteren Oberfläche der seitlich beweglichen Platte 1402 vorgesehen, die ermög licht, dass die Laufbuchse 1308 (die in den 13A bis 13C gezeigt ist) darin verfahren kann. Das Zugangsloch 1410 kann bei Bedarf durch eine abnehmbare Abdeckung 1416 bedeckt werden.
Wie in 14A gezeigt ist, besitzt die Einsenkung 1412 an jedem Ende einen Radius, der der Form der Laufbuchse 1308 entspricht. Ein Fußhebel 1016 ist an einer Seite der seitlich beweglichen Platte 1402 befestigt und wird verwendet, um die Einwärts/Auswärts-Verriegelung, die später erläutert wird, zu betätigen.
Die 15A bis 15C sind Draufsichten und Seitenansichten der Basisbaueinheit 710, die die Beziehungen zwischen den verschiedenen Unterbaueinheiten 726, 728, 730 und 732 zeigen.
Die 16A bis 16C sind verschiedene Ansichten der Kombination aus Bodenplatten-Baueinheit 726 und Schwenkplatten-Baueinheit 728. Wie in 16A gezeigt ist, ist ein Indexierungsschwenkarm 1600 an der Unterseite der Schwenkplatte 1216 und am Aktuator 1606 befestigt. Der Indexierungsschwenkarm 1600 dreht sich um den Drehpunkt 1602 und gelangt an der Kurvenrolle 1114 mit der Kerbe 1604 unter Steuerung des Aktuators 1606 in Eingriff. In der beispielhaften Ausführungsform ist der Aktuator 1606 ein pneumatischer Aktuator, er kann jedoch ebenfalls z. B. ein elektrischer Aktuator oder ein federbetätigter Aktuator sein. Wenn die Bedienperson die Ständerstruktur 712 bewegen möchte, wird der Aktuator betätigt, um den Indexierungsarm 1600 aus der Kurvenrolle 1114 freizugeben. Die Ständerstruktur 712 kann dann aus der letzten Position bewegt werden. Wenn die Kerbe 1604 die zuvor im Eingriff befindliche Kurvenrolle 1114 freigegeben hat, kann die Bedienperson den Aktuator 1606 freigeben, wodurch sich der Indexierungsarm in die Verriegelungsposition bewegen kann. Da die Kerbe natürlich keine Kurvenrolle 1114 enthält, kann sich die Ständerstruktur noch frei drehen. Wenn sich die Schwenkplaten-Baueinheit 728 der nächsten Kurvenrolle nähert, gelangt die Vorderkante (relativ zur Drehrichtung der Schwenkplatten-Baueinheit 728) des Indexierungsarms an dem Kurvenroller in Eingriff und dreht sich unter der Kraft des Kurvenrollers um den Drehpunkt 1602, wobei der Arm 1608 des Aktuators 1606 zurückgezogen wird, bis der Kurvenroller an der Kerbe 1604 in Eingriff gelangt. An diesem Punkt drückt der Arm 1608 des Aktuators 1604 den Kurvenroller in einen vollständigen Eingriff an der Kerbe 1604, wodurch die Schwenkplatten-Baueinheit 728 und die Ständerstruktur 712 an der gewünschten Position verriegelt werden (wenigstens in Bezug auf eine Drehung um den Dreh punkt 734).
Die 17A bis 17D sind verschiedene Ansichten der Kombination aus Schwenkplatten-Baueinheit 728 und Einwärts/Auswärts-Platten-Baueinheit 730, um das Verriegeln der Einwärts/Auswärts-Platten-Baueinheit 730 an der Schwenkplatten-Baueinheit 728 zu beschreiben. Um die Einwärts/Auswärts-Platten-Baueinheit 730 an der Schwenkplatten-Baueinheit 728 zu verriegeln, wird die Welle 1700 mit dem Verriegelungspedal 1016 um ihre Längsachse gedreht. Wenn die Welle 1700 in dem exzentrischen Verriegelungsaktuator 1708 gedreht wird, gelangt dieser an einem Druckstempel 1706 in Eingriff, der seinerseits einen Bremsklotz 1704 in Kontakt mit einer Platte 1207 positioniert, die an der oberen Oberfläche 1712 der Schwenkplatte angebracht ist, wodurch eine Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung der Einwärts/Auswärts-Platten-Baueinheit 730 längs der Führungsschienen 1208 verhindert wird. Um den Bremsklotz 1704 freizugeben, wird die Welle 1700 in der entgegengesetzten Richtung gedreht, wodurch sich die Einwärts/Auswärts-Platten-Baueinheit 730 längs der Führungsschienen 1208 frei bewegen kann.
Die 18A bis 18C sind verschiedene Ansichten der Kombination aus Einwärts/Auswärts-Platten-Baueinheit 730 und Baueinheit 732 der seitlich beweglichen Platte und beschreiben das Verriegeln der Baueinheit 732 der seitlich beweglichen Platte an der Einwärts/Auswärts-Platten-Baueinheit 730. 19 ist eine genaue Ansicht der Verriegelungsbaueinheit 1900 der seitlich beweglichen Platte. Wie in den 18A, 19A und 19B gezeigt ist, ist das Fußpedal 1014 mit der Verbindung 1800 an einem ersten Ende durch eine Welle 1806, ein Stirnrad 1804 und ein Schneckenrad 1802 verbunden. Eine Drehung des Fußpedals 1014 dreht die Verbindung 1800 um ihre Längsachse. Das zweite Ende der Verbindung 1800 ist durch ein Keilelement 1808 mit einem Bremsklotz 1810 verbunden. Anbringungsklammern 1807 und 1809 sind an der oberen Oberfläche der seitlich beweglichen Platte 1402 befestigt. Die Drehung der Verbindung 1800 bewegt die Verbindung 1800 längs ihrer Längsachse, die ihrerseits das Keilelement 1808 gegen das Keilelement 1811 drückt. Die Relativbewegung des Keilelements 1808 gegenüber dem gegenüberstehenden Keilelement 1811 fährt den Bremsklotz 1810 aus (der an dem Keilelement 1811 befestigt ist), so dass er die Bremsoberfläche 1311 berührt (die in den 13A und 13C gezeigt ist), die an der Seite der Einwärts/Auswärts-Platten-Baueinheit 730 befestigt ist, wodurch eine Bewegung der Baueinheit 732 der seitlich beweglichen Platte relativ zu der Baueinheit 730 der Einwärts/Auswärts-Platte längs der Führungsschienen 1306 blockiert wird. Um den Bremsklotz 1810 von der Bremsoberfläche 1311 zurückzuziehen, wird das Fußpedal 1014 in der entgegengesetzten Richtung gedreht. Eine (nicht gezeigte) Rückholfeder kann vorgesehen und so mit der Welle 1804 verbunden sein, dass sie eine Federkraft erzeugt, die das Fußpedal 1014 in der normalerweise verriegelten Position angeordnet, wodurch eine Krafteinwirkung auf das Fußpedal 1014 erforderlich ist, um die Baueinheit 732 der seitlich beweglichen Platte zu entriegeln. Anschläge 1812 können an dem Pedal 1014 befestigt sein, um eine Drehbewegung zu begrenzen, indem sie der Oberfläche der seitlich beweglichen Platte 1402 gegenüberstehen. Das verhindert eine Beschädigung der Bremsbaueinheit infolge von übermäßigem Druck oder ein Lösen der Verbindung 1800 und des Schneckenrads von dem Stirnrad 1806. In ähnlicher Weise können Anschläge 1820 an dem Pedal 1016 befestigt sein.
Die 20 und 22 sind eine Vorderansicht bzw. eine Rückansicht der Prüfkopfkupplung 740. Die Prüfkopfkupplung 740 ist an dem Prüfkopf 802 und dem Hauptarm 736 befestigt, wodurch Mittel geschaffen werden, durch die der Prüfkopf 802 um die Z-Achse gedreht (gerollt) werden kann. In 20 enthält die Prüfkopfkupplung eine Rollmotor-Baueinheit 2006, einen Taktgeberriemen 2010 und einen Adapterring 2000. Der Adapterring 2000 ist an der Riemenscheibe 2016 mit dem Taktgeberriemen 2010 mit der Rollmotor-Baueinheit 2006 verbunden und dreht sich in Bezug auf die Rollmotor-Baueinheit 2006 unter der Steuerung des Antriebsmotors 2008 (der in 21 gezeigt ist). In der beispielhaften Ausführungsform von 20 ist der Taktgeberriemen 2010 an dem Adapterring 2000 unter Verwendung von Klammern 2011 befestigt, um ein Rutschen zwischen dem Adapterring 2000 und dem Taktgeberriemen 2010 zu verringern. Es ist vorgesehen, dass die Klammern 2011 an der Oberfläche des Taktgeberriemens 2010 angeordnet sein können und den Taktgeberriemen 2010 zwischen der Klammer 2011 und dem Adapterring 2000 unter Verwendung von Befestigungsmitteln 2013, wie etwa Schrauben, sandwichartig aufnehmen. Obwohl in 20 zwei Klammern gezeigt sind, kann die Anzahl der Klammern 2011 jede beliebige Anzahl enthalten, einschließlich bei Bedarf eine einzige Klammer. In der beispielhaften Ausführungsform ist ferner vorgesehen, dass der Taktgeberriemen 2010 nicht durchgängig ist (d. h. ein geteilter Riemen ist), wobei die Enden des Taktgeberriemens 2010 mit Klammern 2011 befestigt sind. Das erfolgt, um die Installation des Taktgeberriemens 2010 im Hinblick auf die Kabelschwenkeinheiten zu vereinfachen. Der Taktgeberriemen kann natürlich außerdem bei Bedarf ein durchgängiger Riemen sein, der unter Berücksichtigung der mechanischen Einschränkungen realisierbar ist.
21 ist eine teilweise Seitenansicht der Rollmotor-Baueinheit und zugehöriger Hardware. Wie in 21 gezeigt ist, enthält die Rollmotor-Baueinheit 2006 ein Kabelschwenkgehäuse 2002, eine Rahmenbaueinheit 2004, Antriebsmotor/Getriebe 2008, einen Rahmenanbringungsträger 2012, eine Kupplung 2014, einen Kupplungs-Drehbegrenzungsabschnitt 2015, eine Riemenscheibe 2016 und eine Einstelleinrichtung 2018. Eine Abdeckung 2020 kann über dem Antriebsmotor/Getriebe 2008, der Kupplung 2016, dem Begrenzer 2015 und dem Rahmenanbringungsträger 2012 angewendet werden, um sie von Schmutz, Feuchtigkeit usw. zu schützen.
Anschließend werden die Einzelheiten der Schwenk-Baueinheit 2006 und der Drehung des Adapterrings 2000 in Bezug auf die Schwenk-Baueinheit 2006 wiederum unter Bezugnahme auf 21 beschrieben. Beim Anlegen von elektrischer Energie wird der Antriebsmotor/Getriebe 2008 erregt und die Kupplung 2014 wird eingerückt. Eine Drehung und ein Drehmoment, die durch Motor/Getriebe 2008 erzeugt werden, werden über die Kupplung 2014 übertragen, wodurch eine Drehung der Riemenscheibe 2016 bewirkt wird. Eine Drehung der Riemenscheibe 2016, die mit dem Taktgeberriemen 2010 verbunden ist, bewirkt eine Drehung des Rings 2000 um seine Achse, die in der beispielhaften Ausführungsform die z-Achse ist. Die Zugkraft, die die Riemenscheibe 2016 auf den Taktgeberriemen 2010 ausübt, kann mit der Einstelleinrichtung 2018 eingestellt werden. In der beispielhaften Ausführungsform ist die Einstelleinrichtung 2018 eine Schraube, sie kann jedoch jedes andere Mittel sein, durch das eine Zugkraft über die Riemenscheibe 2016 auf den Taktgeberriemen 2010 ausgeübt werden kann, wie etwa eine Federbaueinheit. Eine Drehung der Einstelleinrichtung 2018 in der Uhrzeigerrichtung zieht z. B. an der Rahmenbaueinheit 2004. Die Rahmenbaueinheit 2004 dreht sich ihrerseits um den Rahmenanbringungspunkt 2012 (der als ein Drehpunkt wirkt), wodurch die Riemenscheibe 2016 längs eines Bogens gezogen wird, die wiederum an dem Taktgeberriemen 2010 zieht, wodurch sich die Zugspannung des Taktgeberriemens 2010 vergrößert.
Die Kupplung 2014 ist zwischen das Getriebe 2010 und die Riemenscheibe 2016 geschaltet. In der beispielhaften Ausführungsform wird die Kupplung 2014 elektrisch gesteuert und rückt ein, wenn elektrische Energie an die Kupplung angelegt wird. Wenn die elektrische Energie an der Kupplung 2014 abgeschaltet wird, wird sie ausgerückt, wodurch ein weiterer Antrieb der Riemenscheibe 2016 durch die Drehung von Motor/Getriebe 2008 verhindert wird. Wenn die Kupplung 2014 ausgerückt ist, kann der Prüfkopf einfach und normalerweise per Hand oder durch den Kopplungsmechanismus um die z-Achse gedreht werden.
Die 23 und 24 sind eine Seitenansicht bzw. eine Draufsicht des Vertikalmotors und zugehöriger Hardware (Antriebssystem 2400) zum Anheben und Ansenken des Prüfkopfes, um den Prüfkopf 802 längs einer geradlinigen Führungsschiene 738 (die in den 7A und 7B gezeigt ist), die eine vertikale Achse (y-Achse) für den Prüfkopf 802 definiert, zu bewegen. Wie in den 23 und 24 gezeigt ist, enthalten die Hauptkomponenten des Antriebssystems 2400 eine Riemenscheibe 2406, ein Kabel 2410, Elektromotor/Getriebe 2416, eine Kupplung 2426, eine kleine Riemenscheibe 2412, einen Taktgeberriemen 2420 und eine große Riemenscheibe 2421. Das Kabel 2410 ist mit einem ersten Ende 2411 am Hauptarm 736 (der in den 7A und 7B gezeigt ist) und mit einem zweiten Ende an einem Gegengewicht 2413 befestigt. Der Hauptarm 736 ist mit der geradlinigen Führungsschiene 738 verbunden und bewegt sich längs der geradlinigen Führungsschiene 738 unter der Steuerung des Kabels 2410. In der beispielhaften Ausführungsform sind zwei Kabel 2410 und zwei Riemenscheiben 2406 gezeigt, obwohl bei Bedarf eine größere oder eine kleinere Anzahl von Riemenscheiben und Kabeln verwendet werden kann.
Die Riemenscheiben 2406 sind drehbar an Ständern 2402 befestigt, die die Seitenelemente der Ständerstruktur 712 (die in den 7A und 7B gezeigt ist) mit der Welle 2408 bilden, die in der beispielhaften Ausführungsform eine einzige Welle ist, die beiden Riemenscheiben 2406 gemeinsam ist. Eine Motorantriebsbaueinheit, die den Elektromotor/Getriebe 2416 und die Kupplung 2426 enthält, ist an der Rahmenbaueinheit 2422 befestigt, die ihrerseits durch eine Anbringungsklammer 2414 an einem Anbringungsstab 2418 befestigt ist. Der Anbringungsstab 2418 ist zwischen den Ständern 2402 an einem hinteren Abschnitt davon und hinter der Riemenscheibe 2406 befestigt.
Die kleine Riemenscheibe 2412 ist durch den Taktgeberriemen 2420 mit der großen Riemenscheibe 2421 verbunden. Die große Riemenscheibe 2421 ist mit Befestigungsmitteln 2407, wie etwa Schrauben, an einer der Riemenscheiben 2606 befestigt. Das Anlegen von elektrischer Energie an Motor/Getriebe 2416 erzeugt eine Drehkraft an die elektrisch betätigte Kupplung 2426, die ihrerseits die kleine Riemenscheibe 2412 antreibt. Wenn sich die kleine Riemenscheibe 2412 dreht, wird bewirkt, dass der Taktgeberriemen 2420 durch seine Kopplung mit der großen Riemenscheibe 2421 die Riemenscheibe 2606 antreibt.
Die Funktion der Kupplung 2426 ist ähnlich der Funktion der Kupplung 2014, wobei ihre Beschreibung nicht wiederholt wird. Um eine angemessene Zugspannung des Taktgeberriemens 2420 durch die kleine Riemenscheibe 2412 aufrechtzuerhalten, ist eine Einstelleinrichtung 2428, die z. B. einen Satz Schrauben enthalten kann, vorgesehen. In einer bevorzugten Ausführungsform werden zwei Einstelleinrichtungen 2428 verwendet, die jeweils an entgegengesetzten Enden des Rahmens 2422 vorgesehen sind. Die Verwendung von zwei Einstelleinrichtungen 2428 hilft, eine mögliche Torsionsbiegung der Rahmenbaueinheit 2422 zu vermeiden, die die Zugspannung des Taktgeberriemens 2420 beeinflussen kann. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Einstelleinrichtung 2428 durch den Anbringungsstab 2418 geschraubt und übt dann, wenn sie in eine vorgegebene Richtung gedreht wird, einen nach unten gerichteten Druck auf einen hinteren Abschnitt der Rahmenbaueinheit 2422 aus. Dieser nach unten gerichtete Druck bewirkt eine Drehung der Rahmenbaueinheit 2422 um den Drehpunkt 2340, wodurch sich wiederum die Zugspannung vergrößert, die die kleine Riemenscheibe auf die Oberfläche des Taktgeberriemens 2420 ausübt. Es ist natürlich klar, dass eine Drehung der Einstelleinrichtung 2428 in entgegengesetzter Richtung die Zugspannung verringert, die die kleine Riemenscheibe 2412 auf den Taktgeberriemen 2420 ausübt. Wenn die Einstelleinrichtung 2428 eingestellt wurde, kann sie an der Verwendungsstelle z. B. mit einer Mutter 2432 befestigt oder verriegelt werden, die dann, wenn sie an einem Bodenabschnitt des Anbringungsstabs 2418 festgezogen ist, ein Verändern der Position der Einstelleinrichtung 2428 verhindert. In der beispielhaften Ausführungsform kann eine Schraube, die einen Endabschnitt der Rahmenbaueinheit 2422 mit einer Anbringungsklammer 2414 verbindet, einen Drehpunkt 2430 schaffen. In der beispielhaften Ausführungsform ist eine Anbringungsklammer 2414 mit Schrauben 2436, die in die Oberfläche des Anbringungsstabs 2414 eingelassen sind, an dem Anbringungsstab 2414 befestigt.
In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind Achsen so angeordnet, dass eine Bewegung längs einer Achse oder um eine Achse im Wesentlichen ungestört mit einer angemessen geringen und angemessen konstanten Kraft im Wesentlichen über den gesamten Bewegungsbereich, der längs der Achsen bzw. um die Achsen zur Verfügung steht, erfolgen kann. Im Einzelnen sind die folgenden Wirkungen erwünscht:

a) In der vertikalen Aufwärts/Abwärtsachse ist der Prüfkopf in einem im Wesentlichen gewichtslosen Zustand und kann für ein leichtes und genaues Ankuppeln und Abkoppeln per Hand manipuliert werden.
b) In den horizontalen Achsen der Dreh-, Einwärts/Auswärts- und seitlichen Bewegung können reibungsarme Lager und Komponenten verwendet werden, damit der Prüfkopf per Hand manipuliert werden kann. Das gilt unabhängig davon, ob die horizontale Bewegung in der Basis oder in einem Gelenkarm oder in einer Kombination von beiden abgeleitet wird.
c) In den Nick- und Rollachsen ist der Prüfkopf vorteilhaft an Achsen angebracht, die durch seinen Schwerpunkt verlaufen, damit der Prüfkopf per Hand manipuliert werden kann. Die Verwendung des Kabeldrehpunkts und der Kabelunterstützung hilft, diese Wirkung im Hinblick auf das Kabel aufrechtzuerhalten.
d) Der Ort der Achse der Schwenkdrehung und der vertikalen Bewegung der Kabelunterstützung hilft, die Qualität der im Wesentlichen uneingeschränkten Verfügbarkeit der Bewegung im Wesentlichen innerhalb der gesamten Bewegungshüllkurve zu erreichen.

Somit wird in einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einer einzelnen verfügbaren Bewegung oder einer ausgewählten Kombination aus verfügbaren Bewegungen, die entweder Drehbewegungen um eine Achse oder translatorische Bewegungen längs einer Achse sind, eine Betriebsart der angetriebenen Bewegung hinzugefügt. Mit anderen Worten, damit jede verfügbare Bewegung angetrieben werden kann, wird ein Motor oder ein Aktuator gemeinsam mit seiner geeigneten Steuerschaltung und der Bedienerschnittstelle angefügt und so angeordnet, dass er von der Bewegung der Positioniereinrichtung mechanisch getrennt werden kann, wenn er nicht verwendet wird, so dass die im Wesentlichen ungestörte Bewegung verfügbar und unbeeinflusst bleibt. Wenn alle verfügbaren Bewegungen lediglich einen kleinen Betrag einer verhältnismäßig konstanten Kraft benötigen, können Aktuatoren mit geringer Leistung verwendet werden. Somit kann das Folgende gelten:

a) Der Aktuator kann ein Elektromotor sein.
b) Eine Untersetzung kann bei Bedarf am Ausgang des Motors oder des Aktuators verwendet werden.
c) Die Mittel zum Koppeln des Aktuators/Motors mit der Bewegungsachse bzw. zum Trennen können eine Kupplung sein.
d) Eine Rutschkupplung oder Rutschmechanismus kann bei Bedarf verwendet werden, um die ausgeübte Kraft zu begrenzen.
e) Die Kraft, die durch den Aktuator ausgeübt wird, kann durch eine Steuerschaltungsanordnung reguliert werden, so dass eine ausreichende Kraft ausgeübt wird, um eine Bewegung zu bewirken, die jedoch in einem solchen Umfang begrenzt ist, dass eine Blockierung des Aktuators bewirkt wird, wenn eine Behinderung der im Wesentlichen ungestörten Bewegung erfolgt.
f) Wenn der Aktuator ein Gleichstrom-Elektromotor ist, wird die Kraftregulierung durch Begrenzen des Stroms, der an den Motor geliefert wird, erreicht, wodurch wiederum das vom Motor abgegebene Drehmoment begrenzt wird.

Somit kann eine im Wesentlichen ungestörte Bewegung zum Ankoppeln in der angetriebenen Achse hergestellt werden. Die Kraft, die für diese Bewegung erwünscht ist, kann zweckmäßig konstant sein und muss nicht mit der Position oder der Verschiebung variieren, wenn die Kopplung ausgeführt wird. Komplexe Steuerschemen und ausgeklügelte Mechanismen könnten somit benötigt werden. Ferner steht eine im Wesentlichen ungestörte Bewegung für eine durch den Menschen ausgeführte Positionierung im Wesentlichen innerhalb der gesamten Bewegungshüllkurve zur Verfügung.
Die obige Beschreibung enthielt eine Erläuterung von spezifischen Einzelheiten, die die vertikale Verschiebung und eine Rolldrehung betreffen. Alle anderen Achsen sind möglich und folgen den gleichen allgemeinen Prinzipien.
25 ist eine vereinfachte schematische Darstellung einer Einzelachsen-Steuerschaltung. In 25 ist eine (nicht gezeigte) Spannungsquelle als Leistungsversorgung 2906 über den Schalter 2902 und eine Überlastschutzvorrichtung 2904, wie etwa eine Schmelzsicherung oder ein Leitungsunterbrecher, vorgesehen. Der Ausgang der Leistungsversorgung 2906 kann eine vorgegebene feststehende Spannung sein, die z. B. von den Anforderungen der Schaltungen, die angesteuert werden sollen, abhängig ist. Der Ausgang der Leistungsversorgung 2906 ist mit einem Konstantstrom-Treiber 2924 und einem Richtungswähler 2910 verbunden. Der Ausgang des Konstantstrom-Treibers 2924 ist ebenfalls mit dem Richtungswähler 2910 verbunden. Es ist vorgesehen, dass der Ausgangsstrom 2925 des Konstantstrom-Treibers 2924 feststehend oder bei Bedarf einstellbar ist. In der beispielhaften Ausführungsform beträgt die Ausgangsspannung der Leistungsversorgung 2906 etwa 24 V Gleichspannung und der Ausgangsstrom 2925 ist auf bis zu 2,5 A einstellbar. In der beispielhaften Ausführungsform ist der Richtungswähler 2910 ein nicht rastender Dreistufen-Schalter, wobei die Mittelposition die normale Position ist. Eine Gruppe von Ausgangsanschlüssen 2924 des Wählers 2910 ist mit optionalen Grenzschaltern 2920 und 29222 verbunden, die ihrerseits mit einer Unterdrückungsschaltung 2912 und einem Motor 2914 verbunden sind. Diese erste Gruppe von Ausgangsanschlüssen 2924 liefert den Ausgangsstrom 2925 an den Motor 2914, wie etwa ein Gleichstrom-Getriebemotor.
Eine zweite Gruppe von Ausgangsanschlüssen 2924 liefert die Ausgangsspannung von der Leistungsversorgung 2906 an die Unterdrückungsschaltung 2912 und die Kupplungsspule 2926. Wenn der Wähler in der Mittelposition steht, wird keine Energie an den Motor 2914, die Kupplung 2916 oder ihre zugehörigen Komponenten geliefert. Die Ausgangsanschlüsse 2924 des Wählers 2910 sind untereinander kreuzweise verbunden, so dass der Wähler 2910 dann, wenn er in einer ersten außermittigen Position ist, den Ausgang des Konstantstrom-Treibers 2924 in einer ersten Polarität an die Unterdrückungsschaltung 2912 und den Motor 2914 liefert, damit sich der Motor in einer vorgegebenen Richtung drehen kann. Infolge der oben erläuterten Querverbindung liefert der Bewegungswähler 2910 in der zweiten außermittigen Position den Ausgang des Konstantstrom-Treibers 2924 in einer Polarität, die der ersten Polarität entgegengesetzt ist, an die Unterdrückungsschaltung 2912 und den Motor 2914. Der Motor 2914 dreht sich somit in die Richtung, die zu der Richtung entgegengesetzt ist, als die Spannung mit erster Polarität an den Motor 2914 angelegt wurde. Die Kupplungsspule wird erregt und rückt die Kupplung immer dann ein, wenn der Wähler 2910 in einer außermittigen Position ist.
Das durch den Motor 2914 erzeugte Drehmoment ist zu dem Strom proportional, der von dem Konstantstrom-Treiber 2924 über den Wähler 2910 geliefert wird. Dieses Drehmoment wird über eine Kupplung 2928 an eine (nicht gezeigte) mechanische Last übertragen. Wie oben erläutert wurde, wird der Motor 2914 dann, wenn der Wähler 2910 in der Mittelposition ist, nicht erregt, es wird kein Drehmoment erzeugt und die Kupplung 2918 ist nicht eingerückt. Deswegen ist die mechanische Last schwebend (d. h. frei beweglich ohne Einschränkungen, die durch eine Notwendigkeit der Gegenansteuerung des Motors und des Getriebes, die erregt sind oder nicht, bewirkt werden). Wenn der Wähler 2910 dagegen in einer außermittigen Position ist, wird der Motor 2914 erregt und die Kupplung 2918 ist eingerückt. Da der Strom, der an den Motor 2914 geliefert wird, konstant ist, ist das resultierende Drehmoment, das durch den Motor 2914 ausgegeben wird, gleichfalls konstant. Wie oben erläutert wurde, kann jedoch der Ausgangsstrom des Konstantstrom-Treibers 2924 einstellbar sein. Daher ist das vom Motor 2914 ausgegebene Drehmoment gleichfalls einstellbar und kann bei Bedarf so eingestellt werden, dass es der mechanischen Last angepasst ist, die auf der bestimmten Bewegungsachse angeordnet ist, die der Motor 2914 antreiben soll. Das Einstellen des Drehmoments ist erwünscht, um die Sicherheit zu verbessern und einen optimalen Wirkungsgrad zu schaffen. In der beispielhaften Ausführungsform kann die mechanische Last ebenfalls frei schwebend sein, was dann erwünscht ist, wenn z. B. gekoppelt wird, oder sie kann in jeder Richtung gesteuert und mit konstantem Drehmoment angetrieben werden.
Die optionalen Grenzschalter 2920 und 2922 unterbrechen den Strom zum Motor 2914, wenn eine Grenze des Verfahrwegs, wie etwa aufwärts/abwärts, in Uhrzeigerrichtung/Gegenuhrzeigerrichtung, einwärts/auswärts und in seitlichen Richtungen, erreicht wird. Die Stromunterbrechung durch die Grenzschalter 2920 und/oder 2922 verhindert eine weitere Bewegung in der Richtung der Begrenzung, ohne eine Bewegung entgegengesetzt zur Richtung der Begrenzung zu beeinflussen. Wenn z. B. der Motor 2914 auf eine Begrenzung in Uhrzeigerrichtung trifft, ist eine Bewegung in Gegenuhrzeigerrichtung des Motors 2914 nicht blockiert. Das gleiche Prinzip gilt für alle anderen Bewegungsachsen. Wenn keine Grenzschalter installiert sind, wird der Strom direkt vom Wähler 2910 an den Motor 2914 geliefert, wenn der Wähler 2910 in einer außermittigen Position ist.
26 ist eine vereinfachte schematische Darstellung einer Zwei-Achsen-Steuerschaltung. In 26 sind der Konstantstrom-Treiber 2924, die Wähler 2910, die Motoren 2914, die Kupplungen 2916, die optionalen Grenzschalter (die in 26 mit den Bezugszeichen 3004, 3006, 3008, 3010 gezeigt sind) und die Unterdrückungsschaltungen 2912, 2918 doppelt vorhanden. In der beispielhaften Ausführungsform von 26 schafft eine erste Ansteuerschaltung 3000 einen Drehantrieb und eine zweite Ansteuerschaltung 302 schafft einen vertikalen Antrieb, wie etwa unter Bezugnahme auf die 20 bzw. 23 erläutert wurde.
In der beispielhaften Ausführungsform wird der Prüfkopf für eine leichte und genaue Positionierung in einem im Wesentlichen gewichtslosen Zustand gehalten. Eine Sicherheitsverriegelung kann vorgesehen sein, um den Prüfkopf an einer vorgegebenen vertikalen Position zu halten, indem der Hauptarm an der vertikalen Führungsschiene 738 fixiert wird. Im Hinblick auf das Gewicht des Prüfkopfes und/oder der Gegengewichte ist es enrwünscht, dass der Hauptarm dann, wenn das System außer Gleichgewicht gelangt, während es in einem vertikal verriegelten Zustand ist, verriegelt bleibt, wenn eine Bedienperson versucht, die Verriegelung aufzuheben.
In den 27A bis 31 ist ein beispielhaftes Verriegelungssystem 3100 gezeigt. In den 27A bis 27C zeigen die verschiedenen Ansichten des Verriegelungssystems 3100 seine Beziehungen zu dem Hauptarm 736 und der vertikalen Führungsschiene 738. Das Verriegelungssystem 3100 ist an einer hinteren Oberfläche des Hauptarms 736 mit Befestigungsmitteln 3128, wie etwa Schrauben, befestigt. An der hinteren Oberfläche des Hauptarms 736 ist außerdem ein Gleiter 3112 befestigt, damit sich der Hauptarm 736 längs der vertikalen Führungsschiene 738 bewegen kann.
Das Verriegelungssystem 3100 enthält einen Verriegelungshandgriff 3102, der an einem Ende der Welle 3116 befestigt ist, einen Sicherheitsblock 3110 mit einer Bohrung, durch die die Welle 3116 verläuft, ein Lager 3113, das mit dem Greifer 3122 verbunden ist und eine Lageroberfläche für die Welle 3112 schafft, die sich darin längs ihrer Längsachse dreht, einen Verriegelungsblock 310 mit einer Bohrung 3105, durch die die Welle 3116 verläuft, und einen Gewindezylinder 3120, der auf das andere Ende der Welle 3116 geschraubt ist. Das Gewinde 3117 der Welle 3116 erstreckt sich teilweise über die Länge der Welle 3116. Der Gewindezylinder 3120 passt in die Bohrung 3105 und wenn die Welle 3116 durch den Handgriff 3120 längs ihrer Längsachse gedreht wird, wird die Strecke zwischen dem Sicherheitsblock 3110 und dem Verriegelungsblock 3104 in Abhängigkeit von der Drehrichtung der Welle 3116 entweder größer oder kleiner. Wenn die Welle 3116 z. B. in Uhrzeigerrichtung gedreht wird, bewegen sich der Sicherheitsblock 3110 und der Verriegelungsblock 3104 aufeinander zu, wobei der Verriegelungsblock 3104 veranlasst wird, den Druck auf die Seiten der vertikalen Führungsschiene 738 zu vergrößern, wie später genau erläutert wird. Wenn die Welle 3116 dagegen in Gegenuhrzeigerrichtung gedreht wird, bewegen sich der Sicherheitsblock 3110 und der Verriegelungsblock 3104 voneinander weg, wobei der Druck freigegeben wird, der durch den Verriegelungsblock 3104 auf die Seiten der geradlinigen Führungsschiene 738 ausgeübt wird.
In der beispielhaften Ausführungsform liegt die Welle 3116 in einer Achse senkrecht zur Achse der geradlinigen Führungsschiene 738 und der Verriegelungshandgriff 3120 rastet ein, so dass eine schnelle Verriegelung und Entriegelung unter Verwendung von einer Hand mit minimalem Aufwand erreicht werden können.
In den 28A, 28B und 29 sind Einzelheiten des Verriegelungssystems 3100 gezeigt. In 28A enthält der Verriegelungsblock 3104 Greifer 3122, die an Drehpunkten 3124 befestigt sind. Jeder der Greifer 3122 ist längs gegenüberliegender Seiten der geradlinigen Führungsschiene 728 angeordnet, wobei jeder Greifer eine Spielbohrung aufweist, durch die die Welle 3116 verläuft. Wenn die Welle 3116 gegen den Verriegelungsblock 3104 festgezogen wird, schwenkt der Greifer 3122, der dem Verriegelungsblock 3104 benachbart ist, von oben betrachtet in Uhrzeigerrichtung um den Drehpunkt 3124 und berührt die vertikale Führungsschiene 738. Der Greifer 3122, der dem Endblock 3103 benachbart ist, schwenkt gleichfalls von oben betrachtet in Gegenuhrzeigerrichtung um den Drehpunkt 3124 und berührt die vertikale Führungsschiene 738: Die Kombination aus Greifern 3122, die gegen die vertikale Führungsschiene 738 pressen, verriegelt den Hauptarm 736 an der vertikalen Führungsschiene 738.
In den 30 und 31 ist ein Sicherungsmechanismus für die Sicherheitsverriegelung 3100 beschrieben. In 30 ist ein Klinkensystem 3130 in dem Sicherheitsblock 3110 enthalten. Wie in 31 genauer gezeigt ist, enthält der Klinkenmechanismus 3118 ein Zahnrad 3130, das an einer Welle 3116 befestigt ist, und Klinken 3132, die im Sicherheitsblock 3110 über und unter dem Zahnrad 3130 installiert sind. Schlitze 3136, wie etwa lang gestreckte Schulterbohrungen, die in dem Sicherheitsblock 3110 ausgebildet sind, schaffen gemeinsam mit Schrauben 3134 eine Befestigung des Sicherheitsblocks 3110 am Verriegelungsblock 3104.
In der beispielhaften Ausführungsform sind die Schlitze 3136 lang gestreckte Schulterbohrungen und die Schrauben 3134 sind Ansatzschrauben. Außerdem sind am Sicherheitsblock 3110 Vorspannungsfedern 3126 befestigt, die ermöglichen, dass sich der Sicherheitsblock 3110 längs der Schlitze 3136 relativ zu dem Verriegelungsblock 3104 vertikal bewegen kann.
Unter normalen Bedingungen, d. h., wenn der Prüfkopf an der Prüfkopfanbringung befestigt ist und das (nicht gezeigte) Gegengewicht am Kabel 2410 befestigt ist, kompensieren sich das Gewicht des Prüfkopfes und das Gegengewicht gegenseitig, so dass sich die Schrauben etwa mittig im Schlitz 3136 befinden und keine der Klinken 3132 am Zahnrad 3130 in Eingriff ist, so dass die Bedienperson den Hauptarm 736 nach Belieben verriegeln und entriegeln kann. Wenn der Prüfkopf, nachdem er durch das Verriegelungssystem 3100 an der Verwendungsstelle verriegelt wurde, entfernt wird, kann ein Versuch, den Hauptarm 736 zu entriegeln, bewirken, dass sich der Hauptarm 736 heftig nach oben bewegt, wodurch möglicherweise Verletzungen der Bedienperson und/oder Beschädigungen an der Ausrüstung hervorgerufen werden können. Um eine derartige Situation zu vermeiden, drücken Vorspannungsfedern 3126 beim Entfernen des Prüfkopfes den Sicherheitsblock 3110 so, dass er sich längs der vertikalen Achse abwärts bewegt, so dass die obere Klinke 3132 am Zahnrad 3130 in Eingriff gelangt, wodurch verhindert wird, dass die Bedienperson die Welle 3116 mit dem Handgriff 3102 dreht, um den Hauptarm 736 zu entriegeln. Die Bedienperson kann dann, wenn sie realisiert hat, dass der Prüfkopf entfernt wurde, den Prüfkopf wieder anbringen, wodurch möglich wird, dass sich der Sicherheitsblock 3110 zurück in die neutrale Position bewegt, woraufhin der Hauptarm 736 wieder von der vertikalen Führungsschiene 738 entriegelt werden kann. Wenn umgekehrt entweder ein (nicht gezeigtes) Gegengewicht vom Kabel 2410 entfernt wird oder wenn das Kabel 2410 bricht, würden die Vorspannungsfedern 3126 den Sicherheitsblock 3110 zwingen, sich längs der vertikalen Achse aufwärts zu bewegen, so dass die untere Klinke 3132 am Zahnrad 3130 in Eingriff gelangt, wodurch verhindert wird, dass die Bedienperson die Welle 3116 mit dem Handgriff 3102 dreht, um den Hauptarm 736 zu entriegeln, wodurch wiederum mögliche Verletzungen der Bedienperson oder Schäden am Prüfkopf abgewendet werden.
Während bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung in dieser Beschreibung gezeigt und beschrieben wurden, ist klar, dass diese Ausführungsformen lediglich beispielhaft dargestellt wurden. Zahlreiche Variationen, Änderungen und Erset zungen werden einem Fachmann im Umfang der beigefügten Ansprüche erscheinen.

Claims

System (700) zum Positionieren einer Last (802), wobei die Last (802) mit einem Seil (706) verbunden ist, wobei das System (700) umfasst: einen Ständer (712), der eine erste vertikale Achse definiert; eine Armeinheit (737), die die Last (802) unterstützt und sich längs der ersten vertikalen Achse bewegt; und eine Dreheinheit (710), die die erste vertikale Achse um eine von der ersten vertikalen Achse beabstandete zweite vertikale Achse dreht; wobei die Last (802) durch die Armeinheit (737) so positionierbar ist, dass das Seil (706) die zweite vertikale Achse schneidet und das Seil (706) sich auf einer Seite des Ständers (712) befindet; dadurch gekennzeichnet, dass der Ständer (712) so positioniert werden kann, dass er sich näher als die zweite vertikale Achse bei der Last (802) befindet.
System (700) nach Anspruch 1, bei dem die Last (802) einen Schwerpunkt hat und bei dem sich der Schwerpunkt, die erste Achse und die zweite Achse an den jeweiligen Ecken eines Dreiecks befinden.
System (700) nach Anspruch 1, bei dem sich der Ständer (712) in Richtung zu der Last (802) vor der zweiten vertikalen Achse und auf einer Seite der zweiten vertikalen Achse befindet.
System (700) nach Anspruch 1, das ferner einen Seilträger (708) aufweist, der ein mit der Last (802) verbundenes Seil (706) unterstützt.
System (700) nach Anspruch 4, bei dem der Seilträger (708) sich längs einer dritten vertikalen Achse bewegt.
System (700) nach Anspruch 1, bei dem die Dreheinheit (710) eine Bodenplatte (720) und eine Schwenkplatte (728), die mit der Armeinheit (737) verbunden ist und sich relativ zu der Bodenplatte (720) um die zweite vertikale Achse dreht, um die Last (802) um die zweite vertikale Achse zu drehen, umfasst.
System (700) nach Anspruch 1, bei dem die Dreheinheit (710) eine Seite an Seite angeordnete Platte (732) aufweist, die die Last (802) horizontal längs einer ersten horizontalen Achse, die zu der ersten vertikalen Achse senkrecht ist, bewegt.
System (700) nach Anspruch 1, bei dem die Dreheinheit (710) eine Einwärts/Auswärts-Platte (730) aufweist, die die Last horizontal längs einer zweiten horizontalen Achse bewegt, die die erste horizontale Achse schneidet und zu der ersten vertikalen Achse senkrecht ist.
(Geändert) System nach Anspruch 4, bei dem das Seil (706) eine Prüfkammer (704) verlässt, bevor es von dem Seilträger (708) aufgenommen wird, um es zu tragen, und bei dem die Last (802) ein elektronischer Prüfkopf ist.
System (700) nach Anspruch 6, bei dem die Dreheinheit (710) mehrere Indexierungselemente (1114) umfasst, um eine Drehung der Schwenkplatte (728) um die zweite vertikale Achse zu indexieren.
System (700) nach Anspruch 4, bei dem der Seilträger (708) teleskopartig ist.
System (700) nach Anspruch 1, bei dem die zweite vertikale Achse sich um nicht mehr als drei Breiten des Seils (706) entfernt von der Prüfkammer (704) befindet.
System (700) nach Anspruch 1, bei dem das Seil (706) sich auf einer Achse befindet, die einen Schwerpunkt der Last (802) schneidet.