ES2209928T3 - Manipulador de prueba automatico con soporte interno para cabezal de prueba. - Google Patents
Manipulador de prueba automatico con soporte interno para cabezal de prueba.Info
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Abstract
Un manipulador (100) para posicionar y orientar un cabezal de prueba (110), que consta de una pala alargada (210) que se extiende a lo largo de un eje central desde una región exterior al cabezal de prueba (110) hasta una región interna del cabezal de prueba (110), y una interfaz de acoplamiento dispuesta en la región interna del cabezal de prueba (110), provista de una primera porción acoplada a la pala alargada (210) y una segunda porción acoplada al cabezal de prueba (110), estando la primera y la segunda porciones en libertad para rotar la una con respecto a la otra, con adaptabilidad sobre al menos un eje de rotación.
Description
Manipulador de prueba automático con soporte
interno para cabezal de prueba.
La presente invención se refiere en general al
posicionamiento preciso de objetos pesados, y más en particular a
un dispositivo para posicionar la parte de cabezal de prueba de un
aparato de comprobación automático.
Los fabricantes de ensamblajes y chips
semiconductores utilizan aparatos de comprobación automáticos
("ATE", o automatic test equipment) para verificar la
funcionalidad y el rendimiento de los dispositivos. Dichos
fabricantes de preferencia comprueban los chips semiconductores en
una fase del proceso de fabricación lo más temprana posible, para
evitar los costes de procesar dispositivos defectuosos. Un
dispositivo denominado "probador" sostiene los chips sin
empaque para ser comprobados por el ATE. Un dispositivo denominado
"manejador" sostiene los chips con empaque.
Los sistemas ATE típicamente incluyen un
"cabezal de prueba". El cabezal de prueba aloja partes del ATE
que de preferencia se sitúan lo más cerca posible del dispositivo
por comprobar, y se conecta con un cuerpo principal del ATE por
mediación de uno o más cables. Para comprobar un dispositivo, el
cabezal de prueba es "acoplado" o fijado al probador o al
manejador, y el ATE comprueba el chip.
Las exigencias que afectan a la comprobación de
semiconductores hacen que no sea práctico desplazar los chips hacia
el cabezal de prueba. En la mayoría de las instalaciones de
fabricación modernas, el probador o manejador que sujeta los chips
permanece estacionario, y se desplaza el cabezal de prueba para que
se acople con el probador o el manejador.
El ATE mueve el cabezal de prueba hasta el
probador o el manejador utilizando un dispositivo denominado
"manipulador". Los manipuladores deben satisfacer una serie de
requisitos complicados y difíciles. En primer lugar, el manipulador
debe ser capaz de manejar cabezales de prueba pesados. Los
cabezales de prueba para aparatos ATE de alto rendimiento pueden
pesar cientos o incluso miles de kilogramos.
Asimismo, el manipulador debe ser capaz de
cambiar la orientación del cabezal de prueba para permitir que el
cabezal de prueba se acople con una gran variedad de probadores y
manejadores. Algunos probadores/manejadores requieren que el cabezal
sea posicionado verticalmente y otros requieren que sea posicionado
horizontalmente. Y aún otros requieren que el cabezal se oriente en
un ángulo entre la horizontal y la vertical.
El manipulador debe proporcionar
"adaptabilidad" sobre varios ejes de rotación.
"Adaptabilidad" es la amplitud de rotación sobre la que puede
ajustarse un cabezal de prueba, para acoplar el cabezal de prueba
con el probador/manejador una vez que el manipulador ha colocado el
cabezal de prueba aproximadamente en posición. Lograr adaptabilidad
es particularmente difícil si el cabezal de prueba es pesado, ya que
el manipulador debe estar bien equilibrado y tener un rozamiento lo
bastante bajo para permitir la realización de ajustes finos.
El manipulador también debe caber en el espacio
físico disponible en la sala de pruebas. Los sistemas ATE por lo
general se integran con las instalaciones de prueba existentes,
muchas de las cuales disponen de un espacio sumamente limitado.
Conforme los cabezales de prueba se hacen más grandes y cada vez
más pesados, los manipuladores tienden a crecer proporcionalmente.
Con frecuencia se dispone de muy poco espacio en la sala de pruebas
para alojar el crecimiento del manipulador.
Los anteriores diseños de manipuladores han
intentado afrontar esta difícil serie de requisitos proporcionando
horquillas de brazos paralelos para sostener el cabezal de prueba
por los costados. Según estos diseños, el cabezal de prueba incluye
un adaptador en cada lado para recibir los respectivos brazos de la
horquilla. Los brazos de la horquilla se unen por detrás del
cabezal de prueba y forman una barra única. El manipulador puede
elevar la barra para regular la altura del cabezal de prueba, y
rotar la barra para regular el ángulo del cabezal de prueba. Cada
brazo de la horquilla consta de un cojinete o rodamiento rotativo
acoplado al respectivo adaptador en cada lado del cabezal de
prueba. Los rodamientos rotativos permiten que el cabezal de prueba
gire en una dirección de arriba-abajo, o de
"volteo" (descrita más adelante).
Para los cabezales de prueba pesados, los brazos
de la horquilla del manipulador se vuelven excesivamente gruesos.
Cuanto más pese el cabezal de prueba, más gruesos tendrán que ser
los brazos de la horquilla. Además, los brazos de la horquilla por
lo general constan de piezas mecánicas que proporcionan
adaptabilidad sobre diversos ejes de rotación. Para los cabezales
de prueba más grandes hacen falta piezas mecánicas también más
grandes, y los brazos de la horquilla deben ser aún más gruesos.
Unos brazos de la horquilla gruesos interfieren con el equipamiento
cercano y entran en conflicto con el requisito de que el
manipulador encaje en el espacio disponible en la sala de
pruebas.
Además, el manipulador de horquilla utiliza
distintos juegos de piezas mecánicas para lograr adaptabilidad
sobre distintos ejes de rotación. Por ejemplo, la rotación en torno
a los ejes "theta" y de "volteo" (descritos más adelante)
se obtiene por medio de piezas en cada uno de los dos brazos de la
horquilla. La rotación en torno al eje de "torsión" (descrito
más adelante) se obtiene mediante piezas acopladas a la barra por
detrás del cabezal de prueba. La necesidad de distintas piezas en
distintas ubicaciones del manipulador para lograr adaptabilidad
añade complejidad al manipulador y, de nuevo, ocupa espacio
adicional.
WO9849569 describe un manipulador para posicionar
y orientar un cabezal de prueba que consta de un brazo oscilante
alargado que se extiende a lo largo de un eje central desde una
región exterior al cabezal de prueba hasta el cabezal de prueba y
una interfaz de acoplamiento dispuesta en la región exterior del
cabezal de prueba. La interfaz tiene una primera parte acoplada al
brazo oscilante y una segunda parte acoplada al cabezal de prueba.
La primera y la segunda partes tienen libertad para rotar la una con
respecto a la otra, con adaptabilidad sobre al menos un eje de
rotación.
WO9626446 describe un método para ensamblar un
cabezal de prueba para ser utilizado con un manipulador. El
manipulador tiene un conjunto de soporte para sostener el bastidor
del cabezal de prueba. El conjunto de soporte tiene una parte
trasera y brazos derecho e izquierdo. Cada brazo consta de un par
de rieles en toda su longitud, y un carro que se desliza sobre los
rieles. El bastidor del cabezal de prueba va montado sobre el carro
por medio de una junta rotatoria, que permite el movimiento sobre
la dirección de los rieles y movimiento rotatorio en torno a las
juntas rotatorias.
Teniendo presentes los antecedentes expuestos, es
un objeto de la presente invención aportar un manipulador que ocupe
relativamente poco espacio incluso cuando se utilice con cabezales
de prueba pesados.
Otro objeto de la invención es aportar
adaptabilidad para un cabezal de prueba en torno a distintos ejes
de rotación de una manera relativamente sencilla.
Para lograr los mencionados objetos y otros
objetivos y ventajas, un manipulador incluye una pala alargada que
se extiende a lo largo de un eje central desde una región exterior
al cabezal de prueba hasta una región interna del cabezal de prueba.
El manipulador consta de una interfaz de acoplamiento dispuesta en
la región interna del cabezal de prueba. La interfaz de
acoplamiento tiene una primera parte acoplada a la pala alargada y
una segunda parte acoplada al cabezal de prueba. La primera y la
segunda partes de la interfaz de acoplamiento tienen libertad para
rotar la una con respecto a la otra, con adaptabilidad sobre al
menos un eje de rotación.
Según otro ejemplo de realización de la
invención, un manipulador consta de un rigidizador unido de manera
fija al cabezal de prueba y provisto de partes superior, inferior y
posterior. Una pala alargada se extiende hasta una región interna
del cabezal de prueba entre las partes superior e inferior del
rigidizador y por delante de la parte posterior del rigidizador. El
manipulador incluye una interfaz de acoplamiento que consta de una
primera parte acoplada a la pala alargada y una segunda parte
acoplada al rigidizador. La primera y la segunda partes de la
interfaz de acoplamiento tienen libertad para rotar la una con
respecto a la otra, con adaptabilidad sobre al menos un eje de
rotación.
Según otro ejemplo de realización de la
invención, un método para ensamblar un cabezal de prueba para su
uso con un manipulador incluye la aportación de un rigidizador que
consta de partes superior, inferior y posterior. El método incluye
insertar una pala alargada en una región interna entre las partes
superior e inferior del rigidizador y por delante de la parte
posterior del rigidizador, y unir la pala alargada al rigidizador.
El método incluye también fijar respectivamente las partes primera
y segunda del cabezal de prueba a las superficies de montaje
izquierda y derecha del rigidizador.
Otros objetos, ventajas y características
novedosas de la invención se harán evidentes mediante la
consideración de las siguientes descripción e ilustraciones.
La invención será mejor comprendida con
referencia a la siguiente descripción más detallada e ilustraciones
adjuntas, en las que
la Fig. 1 es una vista en perspectiva de un
manipulador y cabezal de prueba ensamblados según un ejemplo de
realización de la invención;
la Fig. 2 es un despiece en perspectiva del
manipulador de la Fig. 1, que ilustra los componentes en la
interfaz entre el manipulador y el cabezal de prueba;
la Fig. 3 es una vista en sección de la interfaz
entre el manipulador y el cabezal de prueba, tomada sobre la línea
de sección S-S de la Fig. 4; y
la Fig. 4 es una vista en perspectiva
parcialmente ensamblada del manipulador y el cabezal de prueba
según la invención, que muestra la unión del cabezal de prueba con
el manipulador y la adaptabilidad del manipulador sobre distintos
ejes de rotación.
La Fig. 1 ilustra un manipulador y un cabezal de
prueba según la invención. Un manipulador 100 sostiene un cabezal
de prueba 110 desde una región interna del cabezal de prueba 110 y
elimina la necesidad de brazos externos. El manipulador 100 rota el
cabezal de prueba entre las orientaciones horizontal y vertical
sobre un rodamiento giratorio 114, y desplaza el cabezal de prueba
en el extremo de un miembro horizontal 116 sobre un rodamiento
oscilante 122. El manipulador 100 eleva y desciende el cabezal de
prueba sobre un par de rodamientos lineales 124 dispuestos sobre un
miembro elevador 118. El manipulador 100 incluye además una base
120, que de preferencia incluye largueros de soporte 126.
El cabezal de prueba 110 consta de al menos dos
secciones: una sección derecha 110a y una sección izquierda 110b.
Las secciones derecha e izquierda del cabezal de prueba se unen
respectivamente a las superficies derecha e izquierda de un
rigidizador 112. El rigidizador 112 ayuda a sostener el peso del
cabezal de prueba 110, que en la presente implementación puede
superar los 1.000 Kg. El rigidizador 112 incluye también una
interfaz de acoplamiento que conecta el manipulador con el cabezal
de prueba.
Los cabezales de prueba típicamente constan de
placas madre posteriores llenas de tarjetas de circuitos
eléctricos. Por lo general se deja un espacio entre placas madre
adyacentes para permitir la circulación de aire y el acceso a las
tarjetas de circuitos. Hemos reconocido que este espacio también
puede utilizarse para aportar el rigidizador 112 para sostener el
cabezal de prueba internamente. Como este espacio ya se aporta, el
rigidizador 112 ocupa poco espacio adicional dentro del cabezal de
prueba 110.
Las dos secciones 110a y 110b del cabezal de
prueba de preferencia tienen similar tamaño, forma, peso y
distribución del peso, para que el momento giratorio del cabezal de
prueba en torno al rodamiento giratorio 114 se mantenga pequeño.
Alternativamente, las dos secciones del cabezal de prueba son
dispares, pero están equilibradas con respecto al rigidizador 112
para reducir el momento giratorio.
El manipulador 100 de preferencia incluye motores
(no se muestran) en el rodamiento giratorio 114 y los rodamientos
lineales 124. También se puede incluir un motor para el rodamiento
oscilante 122. Los motores mueven y orientan el cabezal de prueba
hasta un ángulo y una posición aproximados para la prueba. A
continuación, el cabezal de prueba se acopla con un
probador/manejador mediante un ajuste fino de la posición y la
orientación del cabezal de prueba dentro del campo de adaptabilidad
del manipulador. Como se muestra en la Fig. 1, el manipulador es
capaz de mover y rotar el cabezal de prueba sobre un amplio campo,
para su acoplamiento con una variedad de probadores/manejadores
distintos.
Los detalles de la base 120, el miembro elevador
118, el miembro horizontal 116 y los rodamientos 114, 122, 124 del
manipulador 100 se aportan como ilustración, para mostrar cómo
puede moverse y orientarse un cabezal de prueba internamente
sostenido. Estos detalles pueden modificarse significativamente
dentro del ámbito de la invención.
La Fig. 2 ilustra la interfaz mecánica entre el
manipulador 100 y el cabezal de prueba 110 según la invención. Las
secciones derecha e izquierda 110a y 110b del cabezal de prueba 110
se han omitido para mayor claridad. Como se muestra en la Fig. 2, el
rigidizador 112 consta de tres porciones que se unen para formar
una estructura en forma de C: una porción superior 112a, una
porción posterior 112b y una porción inferior 112c. Las porciones
superior, inferior y posterior pueden construirse como una sola
pieza (según se muestra en la ilustración) o como piezas separadas
que después se ensamblan.
El rigidizador 112 tiene superficies derecha e
izquierda, respectivamente 112d y 112e, a las que se unen las
secciones derecha e izquierda del cabezal de prueba 110 utilizando
medios de sujeción como tornillos, pernos y tuercas o similares.
Opcionalmente, el rigidizador puede incluir aberturas (no se
muestran) entre las superficies derecha e izquierda, para dejar
paso a cables entre las secciones derecha e izquierda del cabezal de
prueba 110 y permitir la circulación de aire. El rigidizador 112 no
necesita abarcar toda la anchura y grosor del cabezal de prueba
como se muestra en la ilustración, sino que puede ocupar solamente
una porción central del cabezal de prueba.
El manipulador 100 incluye una pala alargada 210
que sostiene internamente el cabezal de prueba 110. La pala
alargada 210 se extiende desde una región exterior al cabezal de
prueba hasta una región interior del cabezal de prueba, donde se
acopla al cabezal de prueba. En el exterior del cabezal de prueba,
la pala alargada 210 va unida a una placa adaptadora de giro 214.
La placa adaptadora de giro 214 va unida a un aro interior 114a del
rodamiento giratorio 114, y un aro exterior 114b del rodamiento
giratorio 114 va unido al miembro horizontal 116 (ver Fig. 1). De
esta manera se puede hacer que la pala alargada 210 gire con
respecto al miembro horizontal 116 sobre el rodamiento giratorio
114, y puede ser movida y rotada de otras maneras por el
manipulador 100. De preferencia, se incluye un motor (no se
muestra) en la placa adaptadora de giro 214. Un gato de cremallera
(no se muestra) se extiende desde la placa adaptadora de giro y
engrana con una serie de dientes exteriores 114c del rodamiento
giratorio para efectuar la rotación de la pala alargada 210.
Los aros interior y exterior del rodamiento
giratorio 114 de preferencia se unen a la placa adaptadora de giro
214 y al miembro horizontal 116 por medios de fijación como
tornillos y tuercas. También se pueden utilizar otros medios de
fijación. De preferencia, se aportan pernos para asegurar una
alineación precisa. La pala alargada de preferencia va soldada a la
placa adaptadora de giro 214, y se incluyen cartelas 216 soldadas en
los lados derecho e izquierdo de la pala alargada para reforzar la
conexión. Cuando la pala alargada 210 se orienta verticalmente, las
cartelas 216 ayudan a estabilizar el cabezal de prueba 110. Cuando
la pala alargada se orienta horizontalmente, las cartelas 216
contribuyen significativamente a soportar el peso del cabezal de
prueba.
En el interior del cabezal de prueba 110, la pala
alargada 210 se acopla al rigidizador 112 por medio de un inserto
de transición 224. El inserto de transición 224 incluye placas
superior e inferior, respectivamente 224a y 224b, placa posterior
224c y placas derecha e izquierda, respectivamente 224d y 224e.
Dichas placas 224a-e se unen para formar un cajón
de cinco lados (ver Fig. 4). La parte frontal del inserto de
transición está abierta. Para permitir que las superficies de las
secciones derecha e izquierda 110a y 110b del cabezal de prueba que
se unen al rigidizador sean planas, el inserto de transición de
preferencia no es más ancho que el rigidizador 112.
Las placas superior e inferior 224a y 224b del
inserto de transición están acopladas respectivamente a las
porciones superior e inferior 112a y 112b del rigidizador 112. Las
placas derecha e izquierda 224d y 224e van unidas las dos a las
placas superior e inferior 224a y 224b. La placa posterior 224c
está unida a las placas superior, inferior, derecha e izquierda. De
preferencia se usan medios de sujeción, por ejemplo tornillos, para
mantener unidas las distintas placas del inserto de transición. La
placa posterior 224c también está unida a la porción posterior 112b
del rigidizador por medio de un husillo madre 226. El inserto de
transición 224 queda así firmemente sujeto en su lugar con respecto
al cabezal de prueba dentro del rigidizador 112.
La pala alargada 210 entra en el inserto de
transición y se acopla al mismo utilizando una interfaz de
acoplamiento. La interfaz de acoplamiento consta de una primera
porción unida a la pala alargada 210 y una segunda porción unida al
inserto de transición 224. La primera y segunda porciones de la
interfaz de acoplamiento están acopladas entre sí y tienen libertad
para girar sobre al menos un eje de rotación.
De preferencia, la interfaz de acoplamiento
incluye un rodamiento esférico 246. Como se sabe, un rodamiento
esférico incluye un aro interior de forma esférica y un agujero
para recibir un eje. El rodamiento esférico también incluye un aro
exterior con la forma de una cavidad esférica. El rodamiento
esférico se lubrica de preferencia entre los aros interior y
exterior para proporcionar movimiento de baja fricción. Los aros
interior y exterior del rodamiento esférico se hallan así libres
para girar el uno con respecto al otro sobre todos los ejes de
rotación. El rodamiento esférico es capaz de manejar cargas tanto en
su configuración normal, con el eje situado horizontalmente, como
en su posición de empuje, con el eje situado verticalmente.
El rodamiento esférico 246 esté dispuesto en el
interior de un agujero 210a de la pala alargada 210. Dos placas de
retención derecha e izquierda 250 y 242 se unen a la pala alargada
210 y fija el aro exterior del rodamiento esférico 246 a la pala
alargada 210. Un eje 244 pasa a través del aro interior del
rodamiento esférico y encaja con él. El diámetro exterior del eje
244 es menor que los diámetros interiores de las placas de retención
250 y 242, para permitir que el eje gire sobre diversos ejes de
rotación sin interferir con las placas de retención. Un anillo
distanciador 248 centra el rodamiento esférico 246 dentro del
inserto de transición 224, y el eje 244 encaja en agujeros en las
placas derecha e izquierda del inserto de transición 224, donde el
eje se une de modo fijo a las placas. Con esta disposición, el aro
interior del rodamiento esférico se referencia con el cabezal de
prueba y el aro exterior se referencia con el manipulador.
La adaptabilidad del manipulador sobre todos los
ejes de rotación se consigue, por tanto, utilizando un solo
componente, el rodamiento esférico 246. El campo de adaptabilidad
viene limitado por las dimensiones relativas de la pala alargada 210
y el inserto de transición 224. El rigidizador está provisto de
topes 222 por encima y por debajo de la pala alargada para limitar
de manera segura el campo de adaptabilidad sobre un eje. En el
inserto de transición se pueden disponer otros topes para limitar
con seguridad el campo de rotación sobre otros ejes. De preferencia
los topes están compuestos de goma u otro material resistente y
compresible.
La Fig. 3 ilustra el inserto de transición 224 en
sección transversal, con una sección tomada sobre la línea
S-S de la Fig. 4, a través del centro del rodamiento
esférico 246. Como se muestra en la Fig. 3, el eje 244 pasa a
través del aro interior 246a del rodamiento esférico 246 y se une a
las placas izquierda y derecha 224e y 224d del inserto de
transición. El eje 244 está roscado en ambos extremos. Las roscas
en el extremo izquierdo del eje 244 engranan con una tuerca 240 que
está dispuesta dentro de una cavidad 314 en la placa izquierda
224e. Las roscas del extremo derecho del eje 244 engranan con un
agujero roscado en la placa derecha 224a del inserto de transición.
La cara de arrastre de la tuerca 240 de preferencia queda a ras con
el borde izquierdo de la placa izquierda. La tuerca 240 es de
preferencia una tuerca de perfil bajo, como una tuerca de
bloqueo.
La placa izquierda 224e de preferencia incluye un
buje 316. El buje 316 proporciona mayor resistencia a la placa
izquierda en la zona opuesta a la cavidad 314. El eje 244 de
preferencia incluye un resalte 244a entre el buje 316 y el aro
interior 246a del rodamiento esférico, para mantener un espaciado
correcto entre los dos.
El distanciador 248 está posicionado entre el aro
interior 246a del rodamiento esférico y la placa derecha 224d del
inserto de transición. El distanciador mantiene un espaciado
correcto entre el aro interior y la placa derecha, y centra el aro
interior 246a en el inserto de transición 224. El distanciador 248
de preferencia consta de una porción ensanchada adyacente a la
placa derecha 224d, para proporcionar mayor resistencia.
El aro exterior 246b del rodamiento esférico se
sujeta a la pala alargada 210 por medio de placas de retención 242
y 250 y tornillos 310 que engranan en agujeros roscados 312. La
pala alargada 210 de preferencia tiene una región en relieve 210b a
la que se fijan las placas de retención. La anchura de la región en
relieve 210b de la pala alargada es ligeramente inferior a la
anchura del aro exterior 246b del rodamiento esférico. De esta
manera, apretando los tornillos 310 sobre la pala alargada 210 se
ejerce una fuerza compresiva sobre el aro exterior 246b que
mantiene dicho aro exterior firmemente sujeto a la pala
alargada.
Los tornillos 310 se pueden sustituir por otros
medios de sujeción. Por ejemplo, se podría extender un tornillo a
través de un agujero 312 en una placa de retención, a través de la
pala alargada 210 y a través de otro agujero 312 en la otra placa de
retención, donde engrana con una tuerca, como una tuerca de
bloqueo.
Volviendo a la Fig. 2, el inserto de transición
224 de preferencia no se une de manera fija al rigidizador 112,
sino que se une al rigidizador mediante un conjunto de rodamiento
lineal. El propósito del conjunto de rodamiento lineal es permitir
que el cabezal de prueba 110 se desplace hacia delante y hacia
atrás, para equilibrar el cabezal de prueba sobre el rodamiento
esférico. En un ejemplo de realización, cada una de las placas
superior e inferior 224a y 224b del inserto de transición va sujeta
a un par de carros 218. Un riel 220 va sujeto a cada cara interior
de las porciones superior e inferior del rigidizador 112. Los carros
encajan con los rieles y permiten que el inserto de transición se
desplace hacia delante y atrás. Los carros y los rieles limitan el
desplazamiento del inserto de transición en todas las direcciones
excepto en la dirección adelante-atrás.
En otro ejemplo de realización (no se muestra),
sólo una de las placas superior e inferior del inserto de
transición está provista de carros, y la otra placa está provista de
una guía (no se muestra). A diferencia del acoplamiento con carros,
que limita todo movimiento sobre un riel excepto en la dirección
adelante-atrás, el acoplamiento con guía limita sólo
el movimiento de lado a lado sobre el riel. De esta manera, la guía
es libre de moverse hacia delante y atrás así como hacia arriba y
abajo. El peso del cabezal de prueba 110 puede hacer que las
porciones superior e inferior del rigidizador 112 se separen o se
acerquen por compresión. La guía permite que las dimensiones del
rigidizador varíen bajo el peso del cabezal de prueba, al mismo
tiempo que mantiene el inserto de transición centrado sobre el riel.
El empleo de un rodamiento carro/riel y un rodamiento guía/riel
elimina así la necesidad de dimensionar precisamente el
rigidizador.
El inserto de transición 224 se desplaza a lo
largo del conjunto de rodamiento lineal utilizando un mecanismo de
regulación lineal. El mecanismo de regulación lineal incluye un
husillo madre 226, un inserto roscado 228, un terminal de husillo
madre 230 y una pieza adaptadora 232. El inserto roscado 228 va
unido a la parte posterior del rigidizador 112 y el husillo madre
226 va roscado a través del inserto roscado. El terminal de husillo
madre 230, la pieza adaptadora 232 y la placa posterior 224c del
inserto de transición están todos unidos por medios de sujeción
como, por ejemplo, tornillos. El husillo madre 226 es capturado por
el terminal de husillo madre 230, y puede girar libremente sin
avanzar ni retirarse, es decir, el terminal de husillo madre 230 no
está roscado. Cuando el husillo madre 226 gira, avanza o se retira
dentro del inserto roscado 228. El inserto de transición se desplaza
en consecuencia a lo largo de los rieles 220. El ejemplo de
realización preferente, el husillo madre 226 y el terminal de
husillo madre 230 se compran como un juego, que se une al inserto de
transición utilizando la pieza adaptadora 232. Alternativamente, el
terminal de husillo madre 230 podría adaptarse para que se uniera
directamente al inserto de transición. En este caso se podría omitir
la pieza adaptadora 232.
Alternativamente, el inserto roscado 228 se une
al interior de la porción posterior 112b del rigidizador, y se
aporta un husillo madre más corto que no se extiende hacia fuera
por la parte posterior del rigidizador. El movimiento del inserto de
transición se consigue insertando una herramienta en un agujero
co-lineal con el husillo madre en la parte posterior
del rigidizador y encajándola con el husillo madre. A medida que se
hace girar el husillo madre, el inserto de transición avanza o se
retira como en el caso anterior.
La Fig. 4 muestra el manipulador y el cabezal de
prueba en un estado de ensamblaje parcial. El inserto de transición
224 y el mecanismo de regulación lineal se muestran plenamente
ensamblados dentro del rigidizador 112.
Una flecha 410 ilustra la rotación del cabezal de
prueba en adaptabilidad sobre un eje comúnmente conocido como
"torsión". El operario puede mover el cabezal de prueba sobre
el eje de torsión girando el cabezal de prueba en la dirección de la
flecha 410 (o en la dirección contraria). El cabezal de prueba gira
sobre el rodamiento esférico 246. El rigidizador 112 y el inserto
de transición 224 mantienen una posición y un ángulo fijos con
respecto al cabezal de prueba 110, y giran juntos con respecto a la
pala alargada 210. Cuando más ancho sea el inserto de transición
224 con respecto a la anchura de la pala alargada 210, mayor será
el campo de adaptabilidad sobre el eje de torsión.
La flecha 414 ilustra la rotación del cabezal de
prueba sobre un eje comúnmente denominado de "volteo". El
cabezal de prueba puede girar sobre el eje de volteo haciendo rotar
el cabezal de prueba sobre el rodamiento esférico 246 en la
dirección de la flecha 414 (o en la dirección contraria). El campo
de adaptabilidad sobre el eje de volteo viene determinado por la
separación entre las porciones superior e inferior del rigidizador
112 y la pala alargada 210. Unos topes 222 limitan de manera segura
el campo de adaptabilidad en el eje de volteo.
La flecha 416 ilustra la rotación del cabezal de
prueba sobre un eje denominado "theta". El cabezal de prueba
gira sobre el eje theta haciendo rotar el cabezal de prueba sobre
el rodamiento esférico 246 en la dirección de la flecha 416 (o en la
dirección contraria). Cuando más ancho sea el inserto de transición
224 con respecto a la anchura de la pala alargada 210, mayor será
el campo de adaptabilidad sobre el eje theta.
De esta manera el rodamiento esférico proporciona
adaptabilidad sobre todos los ejes de rotación, para permitir que
el cabezal de prueba se acople con un probador o manejador. El
manipulador según la invención aporta adaptabilidad sobre todos los
ejes utilizando un solo componente, el rodamiento esférico 246, en
una sola ubicación en el inserto de transición 224.
Se puede ensamblar un cabezal de prueba para su
uso con el manipulador 100 según el siguiente método. Empezando con
el rigidizador 112 que tiene porciones superior, inferior y
posterior, respectivamente 112a, 112b y 112c, y superficies de
montaje derecha e izquierda 112d y 112e, la pala alargada 210 se
inserta en una región interna del rigidizador. La pala alargada 210
se une al rigidizador 112 ensamblando el inserto de transición con
el rodamiento esférico. Los carros 218 (o carros y guía) se hacen
engranar con los rieles 220, y el husillo madre 226 se une a la
placa posterior 224c del inserto de transición.
Según un ejemplo de realización, el inserto de
transición se monta previamente sobre la pala alargada 210 antes de
que la pala alargada sea insertada en el rigidizador.
Alternativamente, el inserto de transición se ensambla in
situ dentro del rigidizador 112.
Después de ensamblar el rigidizador 112, el
inserto de transición 224, la pala alargada 210 y el husillo madre
226, las secciones derecha e izquierda 110a y 110b del cabezal de
prueba se fijan al rigidizador 112. La fijación se realiza de
preferencia utilizando medios como tornillos, pernos y tuercas, o
similares.
Una vez que se ha fijado el cabezal de prueba
110, se pueden instalar cables y refrigeración (no se muestran). A
continuación se equilibra el cabezal de prueba sobre el rodamiento
esférico 246 accionando el husillo madre 226. Al rotar el husillo
madre 226 se mueve todo el cabezal de prueba 110 hacia delante o
atrás sobre los rieles 220. El cabezal de prueba está equilibrado
cuando no tiende a girar sobre el eje de volteo 314 con el cabezal
de prueba orientado verticalmente como se muestra en la Fig. 4.
Equilibrar el cabeza de prueba hace que sea más fácil rotar el
cabezal de prueba en adaptabilidad, lo que facilita el acoplamiento
del cabezal de prueba con el probador o manejador.
Con el cabezal de prueba 110 ensamblado de esta
manera, parte de lo que generalmente se considera el manipulador
100 reside en el interior del cabezal de prueba 110. Si se tienen
que utilizar distintos cabezales de prueba con un mismo manipulador,
de preferencia cada cabezal debe incluir sus propios pala alargada
210, placa adaptadora de giro 214 e inserto de transición 224,
además de su propio rigidizador 112. De esta manera, ensamblar un
cabezal de prueba al manipulador requiere sólo acoplar la placa
adaptadora de giro 214 con el rodamiento giratorio 114. El despiece
entre las porciones que quedan con el cabezal de prueba y las que
quedan con el manipulador se puede variar según sea conveniente. Por
ejemplo, si resulta práctico, se podría almacenar un cabezal de
prueba con el rodamiento giratorio 114 unido al mismo.
Aunque se ha descrito un ejemplo de realización,
se podrían introducir numerosas variaciones o ejemplos de
realización alternativos. Por ejemplo, el conjunto de rodamiento
lineal y el mecanismo de regulación lineal pueden modificarse o
eliminarse por completo. El cabezal de prueba se puede equilibrar
aplicando pesos dentro o fuera del mismo, en lugar de mover el
cabezal con respecto al rodamiento esférico. Alternativamente, el
cabezal de prueba puede venir inherentemente equilibrado por
diseño.
El inserto de transición 224 se puede sustituir
por cualquier estructura en el interior del cabezal de prueba que
encaje con un aro del rodamiento esférico. Por ejemplo, el propio
cabezal de prueba puede ir provisto de un par de encajes que reciben
el eje 244, que va acoplado al aro interior del rodamiento
esférico.
El rigidizador 112 se puede modificar o suprimir.
Las dos secciones del cabezal de prueba 110 se pueden modificar
para que se unan directamente, y pueden proporcionar una región en
relieve en superficies respectivamente frontales a fin de
proporcionar espacio para la pala alargada 210. Las paredes de
secciones del cabezal de prueba se pueden reforzar, o numerosos
rigidizadores más pequeños pueden aportar la resistencia
necesaria.
El rodamiento esférico 246 se puede sustituir por
rodamientos circulares independientes o por una junta universal o
de cardán. Por ejemplo, una junta universal podría aportar
adaptabilidad sobre al menos dos ejes de rotación.
Por consiguiente, la invención debe interpretarse
en un sentido amplio que incluya éstas y otras variaciones
previsibles, y sólo debe limitarse por el alcance de las
reivindicaciones adjuntas.
Claims (28)
1. Un manipulador (100) para posicionar y
orientar un cabezal de prueba (110), que consta de:
una pala alargada (210) que se extiende a lo
largo de un eje central desde una región exterior al cabezal de
prueba (110) hasta una región interna del cabezal de prueba (110),
y
una interfaz de acoplamiento dispuesta en la
región interna del cabezal de prueba (110), provista de una primera
porción acoplada a la pala alargada (210) y una segunda porción
acoplada al cabezal de prueba (110), estando la primera y la segunda
porciones en libertad para rotar la una con respecto a la otra, con
adaptabilidad sobre al menos un eje de rotación.
2. El manipulador (100) de la reivindicación 1,
en el que dicha interfaz de acoplamiento incluye un conjunto de
rodamiento, de manera que la primera porción de la interfaz de
acoplamiento incluye un primer aro del conjunto de rodamiento y la
segunda porción de la interfaz de acoplamiento incluye un segundo
aro del conjunto de rodamiento.
3. El manipulador (100) de la reivindicación 2,
en el que el conjunto de rodamiento es un rodamiento esférico
(246), y el primer y el segundo aros tienen libertad para rotar el
uno con respecto al otro, con adaptabilidad sobre todos los ejes de
rotación.
4. El manipulador (100) de la reivindicación 3,
en el que el primer aro es un aro exterior del rodamiento esférico
(246) y el segundo aro es un aro interior del rodamiento esférico
(246).
5. El manipulador (100) de la reivindicación 3,
incluyendo además un inserto de transición (224) dispuesto en la
región interna del cabezal de prueba (110) y provisto de una
apertura en la que penetra la pala alargada (210), estando el
inserto de transición (224) acoplado al cabezal de prueba (110) y
unido de manera fija al primero y segundo aros del rodamiento
esférico (246).
6. El manipulador (100) de la reivindicación 5,
incluyendo además al menos un acoplamiento lineal orientado en
paralelo con el eje central y provisto de un primer y un segundo
componentes alargados, cuyo primer componente se acopla al cabezal
de prueba y el segundo componente se acopla al inserto de
transición (224), estando el primer y el segundo componentes
acoplados entre sí de manera móvil.
7. El manipulador (100) de la reivindicación 6,
incluyendo además un mecanismo de regulación lineal, provisto de
una primera porción acoplada al cabezal de prueba (110) y una
segunda porción acoplada al inserto de transición (224), en el que
el mecanismo de regulación lineal está adaptado para mover el
cabezal de prueba (110) a lo largo de al menos un acoplamiento
lineal respecto a la pala alargada (210).
8. El manipulador (100) de la reivindicación 1,
incluyendo además al menos un acoplamiento lineal orientado en
paralelo con el eje central y provisto de un primer y un segundo
componentes alargados, cuyo primer componente se acopla al cabezal
de prueba (110) y el segundo componente se acopla a la pala
alargada (210), estando el primer y el segundo componentes
acoplados entre sí de manera móvil.
9. El manipulador (100) de la reivindicación 8,
en el que el primer componente de cada al menos un acoplamiento
lineal incluye uno de un carro (218) y un riel (220), y el segundo
componente de cada al menos un acoplamiento lineal incluye el otro
del carro (218) y el riel (220).
10. El manipulador (100) de la reivindicación 9,
en el que al menos un acoplamiento lineal incluye dos acoplamientos
lineales dispuestos en lados opuestos de la pala alargada
(210).
11. El manipulador (100) de la reivindicación 9,
en el que al menos un acoplamiento lineal consta de un acoplamiento
lineal, y consta además de una guía alargada, estando dicho
acoplamiento lineal y la guía alargada dispuestos en lados opuestos
de la pala alargada (210).
12. El manipulador (100) de la reivindicación 8,
en el que la interfaz de acoplamiento incluye además un mecanismo
de regulación lineal, provisto de una primera porción acoplada al
cabezal de prueba (110) y una segunda porción acoplada a la pala
alargada (210), en el que el mecanismo de regulación lineal está
adaptado para mover el cabezal de prueba (110) respecto a la pala
alargada (210) a lo largo de al menos un acoplamiento lineal.
13. El manipulador (100) de la reivindicación 12,
en el que el mecanismo de regulación lineal incluye al menos un
husillo madre (226), y el husillo madre (226) engrana con una
región roscada del cabezal de prueba (110) y tiene una terminación
acoplada a la pala alargada (210).
14. El manipulador (100) de la reivindicación 12,
en el que el mecanismo de regulación lineal incluye al menos un
husillo madre (226), y el husillo madre (226) engrana con una
región roscada de la pala alargada (210) y tiene una terminación
acoplada al cabezal de prueba (110).
15. El manipulador (100) de la reivindicación 1,
incluyendo además un inserto de transición (224) dispuesto en la
región interna del cabezal de prueba (110) y provisto de una
apertura en la que penetra la pala alargada (210), estando el
inserto de transición (224) acoplado al cabezal de prueba (110) y
unido de manera fija a la primera y segunda porciones de la
interfaz de acoplamiento.
16. El manipulador (100) de la reivindicación 15,
en el que la interfaz de acoplamiento incluye un rodamiento
esférico (246) en el que la primera porción de la interfaz de
acoplamiento incluye un aro exterior del rodamiento esférico (246) y
la segunda porción de la interfaz de acoplamiento incluye un aro
interior del rodamiento esférico (246).
17. El manipulador (100) de la reivindicación 16,
en el que la pala alargada (210) tiene un agujero en el que está
dispuesto el rodamiento esférico (246), y el inserto de transición
(224) consta además de:
placas izquierda y derecha, dispuestas en lados
opuestos de la pala alargada (210), cada una con un agujero que se
alinea con el agujero (210a) de la pala alargada (210); y
un eje que pasa a través de los agujeros de las
placas izquierda y derecha, a través del agujero (210a) de la pala
alargada (210), y engrana con el aro interior del rodamiento
esférico (246).
18. El manipulador (100) de la reivindicación 17,
en el que el inserto de transición incluye además:
retenes izquierdo y derecho unidos de manera fija
a la pala alargada (210) en lados opuestos del agujero de la pala
alargada (210) y acoplados con el aro exterior del rodamiento
esférico (246).
19. Un manipulador (100) para posicionar y
orientar un cabezal de prueba (110), que consta de:
un rigidizador (112) unido de manera fija al
cabezal de prueba (110) y provisto de porciones superior (112a),
inferior (112c) y posterior (112b);
una pala alargada (210) que se extiende a lo
largo de un eje central desde una región exterior al cabezal de
prueba (110) hasta una región interna del cabezal de prueba (110)
entre las porciones superior e inferior del rigidizador (112) y
delante de la porción posterior del rigidizador (112); y
una interfaz de acoplamiento provista de una
primera porción acoplada a la pala alargada (210) en la región
interna del cabezal de prueba (110) y una segunda porción acoplada
al rigidizador (112), estando la primera y la segunda porciones de
la interfaz de acoplamiento en libertad para rotar la una con
respecto a la otra, con adaptabilidad sobre al menos un eje de
rotación.
20. El manipulador (100) de la reivindicación 19,
incluyendo además un inserto de transición (224) dispuesto en la
región interna del cabezal de prueba (110) y provisto de una
apertura en la que penetra la pala alargada (210), estando el
inserto de transición (224) acoplado al rigidizador (112) y unido
de manera fija a la primera y segunda porciones de la interfaz de
acoplamiento.
21. El manipulador (100) de la reivindicación 20,
incluyendo además al menos un acoplamiento lineal orientado en
paralelo con el eje central y provisto de un primer y un segundo
componentes alargados, cuyo primer componente se acopla al
rigidizador (112) y el segundo componente se acopla al inserto de
transición (224), estando el primer y el segundo componentes
acoplados entre sí de manera móvil.
22. El manipulador (100) de la reivindicación 21,
incluyendo además un mecanismo de regulación lineal, provisto de
una primera porción acoplada al rigidizador (112) y una segunda
porción acoplada al inserto de transición (224) a lo largo de al
menos un acoplamiento lineal.
23. El manipulador (100) de la reivindicación 22,
en el que la interfaz de acoplamiento incluye un rodamiento
esférico (246) provisto de un aro exterior acoplado a la primera
porción de la interfaz de acoplamiento y un aro interior acoplado a
la segunda porción de la interfaz de acoplamiento.
24. El manipulador (100) de la reivindicación 23,
en el que la pala alargada (210) tiene un agujero en el que está
dispuesto el rodamiento esférico (246), y el inserto de transición
(224) tiene placas izquierda y derecha, cada una con agujeros,
dispuestas en lados opuestos de la pala alargada (210), y el
inserto de transición (224) incluye:
un eje que pasa a través de los agujeros de las
placas izquierda y derecha, a través del agujero (210a) de la pala
alargada (210), y engrana con el aro interior del rodamiento
esférico (246).
25. El manipulador (100) de la reivindicación 24,
en el que el mecanismo de retención incluye además:
placas de retención izquierda y derecha
dispuestas en lados opuestos del agujero de la pala alargada (210),
cada una de las cuales tiene un agujero a través del cual pasa el
eje y está unida de manera fija a la pala alargada (210) y al aro
exterior del rodamiento esférico (246).
26. Un método para ensamblar un cabezal de prueba
(110) para ser usado con un manipulador (100), que consta de:
aportar un rigidizador (112) provisto de
porciones superior, inferior y posterior, y de superficies de
ensamblaje izquierda y derecha;
insertar una la pala alargada (210) al
rigidizador (112)en una región interna entre las porciones
superior e inferior del rigidizador (112) y delante de la porción
posterior del rigidizador (112);
unir la pala alargada (210) al rigidizador (112);
y
fijar la primera y la segunda porción del cabezal
de prueba (110) respectivamente a las superficies de ensamblaje
izquierda y derecha del rigidizador (112).
27. El método de la reivindicación 26, en el que
el paso de unir la pala alargada (210) al rigidizador (112) incluye
unir un aro exterior de un rodamiento esférico (246) a la pala
alargada (210) y unir un aro interior del rodamiento esférico (246)
al rigidizador (112).
28. El método de la reivindicación 27, incluyendo
además equilibrar el cabezal de prueba (110) sobre el rodamiento
esférico (246) mediante la regulación de una distancia entre la
porción posterior del rigidizador (112) y la pala alargada
(210).
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