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.

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ES2209928T3
ES2209928T3 ES00948713T ES00948713T ES2209928T3 ES 2209928 T3 ES2209928 T3 ES 2209928T3 ES 00948713 T ES00948713 T ES 00948713T ES 00948713 T ES00948713 T ES 00948713T ES 2209928 T3 ES2209928 T3 ES 2209928T3
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Carlos A. Herrera
Janusz Kunda
Robert Keus
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Teradyne Inc
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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.
Antecedentes de la invención
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.
Resumen de la invención
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.
Breve descripción de los dibujos
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.
Descripción del ejemplo de realización preferente
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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