JP2004523729A - テストヘッドのバランスをとり、順応範囲を供給するための装置および方法 - Google Patents

テストヘッドのバランスをとり、順応範囲を供給するための装置および方法 Download PDF

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Abstract

電子テストヘッドなどの負荷が支持される。力センサは、負荷から受ける力、負荷の回転軸の周りでトルクが生成されるような、負荷がアンバランスであることに起因する力を検出する。力のソースは、力センサにより検出された力に応答して負荷に対し、反力を供給する。テストヘッドマニピュレータ内に保持される電子テストヘッドを、電子装置ハンドラにドッキングする方法もまた、提供される。ドッキングの方法は以下を含む。テストヘッドマニピュレータの複数の運動軸のうちの少なくとも１つに沿って、もしくはその周りで、アンバランスな力の大きさを測定すること；および、アンバランスな力に反力を供給すること。

Description

【０００１】
（発明の分野）
本発明は１本以上の軸に対して、テストヘッドのバランスをとる方法および装置に関する。さらに、本発明は、１本以上の軸に対してテストヘッドに運動の順応範囲を供給する方法および装置を提供する。
【０００２】
（発明の背景）
集積回路、チップ、およびウエハのテストにおいては、通例、テストヘッドおよびテストされるアイテムを取り扱う機器を含むシステムを用いている。取り扱い機器は、パッケージされた装置ハンドラ、ウエハプローバ、もしくは他の装置であってもよい。簡単化のために、ここでは、こうした機器を、「装置ハンドラ」もしくは単に「ハンドラ」と称する。テストヘッドは、ハンドラに「ドッキング」される。その後、テストヘッドと集積回路の間に回路接続がなされ、その結果、テストヘッドは、適切なテストを実行することが出来る。
【０００３】
一般に、ドッキングには、アクチュエータ駆動ドッキング、およびマニピュレータ駆動ドッキングの２つの方法がある。「アクチュエータ駆動」ドッキングとして知られている技術は、最初にスミス（Ｓｍｉｔｈ）による米国特許第４，５８９，８１５号明細書（以下、’８１５）において開示され、後に、その変形が開発され、エイメス（Ａｍｅｓ）による米国特許第５，６５４，６３１号明細書、ボッデン（Ｂｏｇｄｅｎ）による米国特許第５，７４４，９７４号明細書、チウ（Ｃｈｉｕ）他による米国特許第５，９８２，１８２号明細書、スロカム（Ｓｌｏｃｕｍ）他による米国特許第６，１０４，２０２号明細書、スロカム（Ｓｌｏｃｕｍ）他による米国特許第５，８２１，７６４号明細書において開示されている。すべてが参照により組み込まれている。
【０００４】
一般に、ドッキングシステムは、２つのドッキングされるアイテムのうちの一方に、「アライメント構造」を要し、それが２つのアイテムの他方にある「アライメント受け」と係合する。特許‘８１５では、アライメント構造としてガイドピンが含まれ、アライメント受けとしてガイドピン受けおよびガセットが含まれている。チウ（Ｃｈｉｕ）他、およびスロカム（Ｓｌｏｃｕｍ）他による３つの特許では、「せいぜい２つの接点のみが共直線となる」提供表面間に、６つの接点を提供するキネマティックカップリングにより、全自由度６でのアライメントが提供されている。これらの特許では、２つのドッキングされるアイテムのうちの一方にある「キネマティック表面」が、アライメント受けとして働き；さらに、２つのアイテムのうちの他方の「キネマティック合わせ面」が、アライメント構造として機能する。特許内で説明された好ましい実施例では、ボールもしくは球面は、キネマティック合わせ面もしくはアライメント構造をしており、溝は、キネマティック表面もしくはアライメント受けとなっている。特許内に示されているように、表面の他の多くの組み合わせが利用可能である。
【０００５】
特許‘８１５内で説明されるドッキングアセンブリは、本願の図１３（および、部分的に図１３の左下の図の破断図）内の、鉛直平面ハンドラポジション（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｐｌａｎｅ Ｈａｎｄｌｅｒ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ）に部分的に示される、２点ドッキングアセンブリ１３４０と同様である。図１３では、テストヘッドに付属するアセンブリの半分のみが示されている。これらの２点ドッキングアセンブリは、共に、２つのガイドピン９１２およびそれぞれの合わせ穴（図１３には図示せず）、および２つの円形カム９１０を使用している。カム９１０がそこに取り付けられたハンドル９１４によって回転すると、ドックの２つの半分は、共にガイドピン９１２により引かれ、それらの合わせ穴（図示せず）に完全に挿入される。ワイヤケーブル９１５は、２個のカム９１０を、同期回転するよう連結している。ケーブルを配置することにより、２つのハンドル９１４のうちの１つもしくは他方に力を適用させるだけで、ドックが操作可能となる。従って、ハンドルはこの場合、ドッキングアクチュエータである。
【０００６】
レイドアッシュマンマニュファクチャリングカンパニー（Ｒｅｉｄ Ａｓｈｍａｎ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ）（ＲＡＭ）製のドック（ウェブサイトおよびセールス用文献参照）は、特許‘８１５内に説明されているドックと同様のコンセプトとなっている。しかし、ＲＡＭドックでは、円形カムの代わりに線形カムが使用されている。また、ＲＡＭドックは、カムの動きを同期させるのに、ワイヤケーブルの代わりに剛性機械的リンケージおよびベルクランクを用いている。ドックは、それぞれのベルクランクに結合した２つのハンドルのうちの１つもしくは他方により作動させられる。
【０００７】
電動アクチュエータは、さまざまな方法でドックに組み込み可能である。例えば、すでに説明したように、‘８１５のドック内のワイヤケーブル、もしくは、他のドック内の機械的リンケージまたは線形カムに、直接ドッキング作動を付与するために、線形アクチュエータを容易に付加可能である。線形アクチュエータは、電動電気モーター、電気ソレノイド、もしくは空気圧ソレノイドを含む、いかなるタイプのものでもよい。
【０００８】
米国特許第５，６５４，６３１号明細書、および米国特許第５，７４４，９７４号明細書で説明されたドックは、２つの半分を並べるのにガイドピンと穴を利用する。しかし、ドックは、真空が適用される場合は、２つの両半分を一緒にする真空装置によって作動させられる。２つの半分は、真空状態が維持される限り、一体にロックされたままである。
【０００９】
米国特許第５，８２１，７６４号明細書、米国特許第５，９８２，１８２号明細書、および米国特許第６，１０４，２０２号明細書で開示されるドックは、２つの半分の間の最終的なアライメントは、キネマティックカップリング技術を用いて提供される。ガイドピンはまた、初期アライメントを提供するのに利用されてもよい。ガイドピンは、その穴にガイドピンを捕らえ、それが外れるのを防ぐ、キャッチ機構を設けていてもよい。キャッチ機構は、特許‘７６４および‘２０２では、自動的起動と考えられる。ところが、特許‘１８２では、３本のガイドピンの各々のために、モーター駆動装置を利用している。また、特許‘１８２では、ドッキングしたコンポーネント間の平担化をもたらすよう、３台のモーターが別々に作動してもよい。３つの開示のすべてにおいて、最終的に２つの半分を引き合わせるのに、線形アクチュエータが用いられている。線形アクチュエータは、空気圧タイプであるとして開示されている。
【００１０】
上述の議論は、特定の利用可能なアクチュエータ被駆動ドッキング技術の簡潔な概観を提供することを意図している。ドックは、さまざまな異なった装置により作動可能であることが認められる。
【００１１】
「マニピュレータ駆動」ドッキングと称される、代替アプローチが、例えば、グラハム（Ｇｒａｈａｍ）他による米国特許第５，６００，２５８号明細書および米国特許第５，９００，７３７号明細書で説明されている。この代替アプローチは、テストヘッドを位置決めさせるために、マニピュレータに、１本以上の電動の制御軸（「制御軸」）を提供する。例えば、そして言及された特許内で説明されているように、垂直、ピッチおよびロール軸は、グラハム（Ｇｒａｈａｍ）特許における制御軸である。システムはまた、そこにおいて縦軸もしくはタンブル軸などの単一の軸だけが制御されていることでも知られている。位置センサは、通常、装置ハンドラ／プローバに対するテストヘッドの位置に関するフィードバックを、制御軸に供給するために用いられている。ドッキングに際しては、コントローラ（もしくは、オペレータ）は、最初にレディーへのテストヘッドをドック構成にもたらすために、制御軸もしくは軸を操作し、さらにその後、ドッキングを終了するために制御軸を操作し続ける。（グラハム（Ｇｒａｈａｍ）他の）センサでは、テストヘッドのドッキング表面を、装置ハンドラ／プローバ（通常コプレーナ）のドッキング表面に対して適切に方向付け、さらに、ドッキングが完了し、テストヘッドと装置ハンドラ／プローバとの間に適切な電気接続が形成されると、動きを止めるよう、コントローラによって用いられる。ドックアクチュエータは全く存在せず、さらに、マニピュレータ軸から独立した、いかなる分離、独立ラッチング機構も存在しない。いかなる分離、独立ラッチング機構も存在しない場合、テストヘッドを完全なドッキング位置に維持するために、マニピュレータ軸が所定の場所にロックされねばならない。
【００１２】
さらに、マニピュレータ駆動ドッキングシステムでは、テストヘッドをすべての軸においてバランスをとることが、常に望ましく、もしくは実行可能であるというわけではない。アンバランスなテストヘッドは、駆動および制御機構によって、アライメント機構によって、さらに装置ハンドラ／プローバ自身の構造によって、打ち勝たれなければならない、予測不能な所望しない力をもたらしてしまう。
【００１３】
ドッキングが完了すると、マニピュレータから分離、独立した機構が、テストヘッドをハンドラ／プローバにラッチさせるドッキングシステムは、「掛け金式ドッキング」システムと称される。単にマニピュレータ軸をロックすることにより、テストヘッドを、ドッキング完了位置に保持するシステムは、「非掛け金式ドッキング」システムと称される。通常、アクチュエータ駆動ドッキングシステムは、掛け金式ドッキングシステムであり、マニピュレータ駆動ドッキングシステムは非掛け金式ドッキングシステムである。しかし、他の２つの組み合わせが可能である。
【００１４】
大型テストヘッド用マニピュレータの設計では、テストヘッドが、本質的に、制御運動の容易性を促進するための、最大６個の自由運動の軸もしくは次数内で、自由に運動可能であることが好ましい。これは、ＰＣＴ国際特許出願第ＵＳ００／００７０４号「テストヘッドマニピュレータ（ＴＥＳＴ ＨＥＡＤ ＭＡＮＩＰＵＬＡＴＯＲ）」、および米国仮出願第６０／１８６，１９６号「駆動縦軸テストヘッドマニピュレータにおける釣合せ鉛直ドッキング運動（ＣＯＵＮＴＥＲ ＢＡＬＡＮＣＥＤ ＶＥＲＴＩＣＡＬ ＤＯＣＫＩＮＧ ＭＯＴＩＯＮ ＩＮ Ａ ＤＲＩＶＥＮ ＶＥＲＴＩＣＡＬ ＡＸＩＳ ＨＥＡＤ ＭＡＮＩＰＵＬＡＴＯＲ）」にて説明されているように、手動操作および運動軸の安全力行に対して正確なものである。また、これは、スミス（Ｓｍｉｔｈ）による米国特許第５，８２１，７６４号明細書、およびとスロカム（Ｓｌｏｃｕｍ）他による米国特許第５，８２１，７６４号明細書、および米国特許第６，１０４，２０２号明細書、またはチウ（Ｃｈｉｕ）他に対する米国特許第５，９８２，１８２号明細書にて説明されているように、運動がドッキングシステムにより提供される、装置ハンドラもしくはプローバでのドッキング／ドッキング解除において、正確なものである。こうした運動の自由、もしくは「順応運動（ｃｏｍｐｌｉａｎｔ ｍｏｔｉｏｎ）」が、テストヘッドをハンドラにドッキングするプロセスでは、特に重要である。
【００１５】
床に平行（左右方向と内外方向）な動きを供給する２本の軸と、床に垂直（上下方向）な軸が、図１４に示されている。これらの３本の軸は、ｘ軸（左右方向）１３１５、Ｙ軸（内外方向）１３２５、およびｚ軸（上下方向）１３３５を含んでいる。また、ピッチ軸（ｘ）１３１０、ロール軸（ｙ）１３２０、およびスイング（およびヨー）軸（ｚ）１３３０を含む３本の回転軸も示されている。床（ｘおよびｙ）に平行な２本の軸では、運動の自由は、通常、スミス（Ｓｍｉｔｈ）による米国特許第４，５２７，９４２号明細書に説明されるように、低摩擦ベアリング、レールなどによって、もしくは、関節でつなぐアームにおいて提供される。垂直すなわち上下軸（ｚ軸）の場合には、オペレータによって軸が故意にロックされる場合を除いて、常時所望の運動の自由を提供するよう、実質的無荷重状態の提供にカウンターウェイトを用いるのが典型である。上下軸における他の公知技術は、ビューコウプ（Ｂｅａｕｃｏｕｐ）他による米国特許第４，９４３，０２０号明細書におけるようなスプリング機構、スロカム（Ｓｌｏｃｕｍ）他に対する米国特許第５，１４９，０２９号明細書、およびスミス（Ｓｍｉｔｈ）に対する米国特許第５，９３１，０４８号明細書および米国特許第４，７０５，４４７号明細書におけるような空気圧手段を用いるものである。しかし、アルデン（Ａｌｄｅｎ）による米国特許第５，９４９，００２号明細書は、こうしたアプローチに伴う特定の困難を指摘し、ロードセル力センサを組み込むサーボ制御ループの使用を提案している。しかし、力および位置のフィードバックを伴う、サーボ制御ループを含む技術は、複雑かつ高価であり、不調となった場合には、オペレータは容易にはシステムをオーバーライドすることが出来ない。
【００１６】
ピッチ、ロール、およびヨーの回転運動の場合は、回転軸を、それらがテストヘッドおよびその付属搭載機構のほぼ重心とケーブルとを通るように配置することが知られている。これは、バラストカウンターウェイトを付加することにより、タンブルモードマニピュレータにおいて達成される。ケーブルピボットマニピュレータでは、ホルト（Ｈｏｌｔ）による米国特許第５，４５０，７６６号明細書で説明されているように、投影されたケーブルピボットマニピュレータの背面上に、内部クレードルの長さを変える、さまざまなスペーサーを設けることにより達成されてきた。
【００１７】
図１３に示されるように、テストヘッドとケーブルアセンブリの実際の重心上、もしくはその近傍の、テストヘッド内部に、１本以上の回転運動軸を配置することは、経済的となり得る。ピッチおよびヨー運動が、テストヘッド構造内に組み込まれていることに留意すべきである。図１３では、これらは、ピッチ軸１３１０（±５度のシータＸ）、およびヨー軸１３２０（±５度のシータＺ）として示される。ロール軸１３３０（±９０−９５度のシータＹ）も図１３に示される。
【００１８】
現行のシステムでは、テストヘッドの内側に、ピッチ軸におよそ±５度の運動、ロール軸に少なくとも±９０度の運動（テストヘッドの外部）、および、およそ±５度のヨー運動を置くのが望ましいとされている。これは、これらの軸を、重心上、もしくはその近傍に実装させるために必要な構造の範囲が、例えば、それぞれホルト（Ｈｏｌｔ）による米国特許第５，４５０，７６６号明細書、および同じくホルト（Ｈｏｌｔ）による第５，６０８，３３３号明細書でそれぞれ開示される、「ＣＰＰＪ」（ピッチのための）およびスプリットリングケーブルピボット（Ｓｐｌｉｔ Ｒｉｎｇ Ｃａｂｌｅ Ｐｉｖｏｔ）技術を用いることにより、これらの軸がテストヘッドの外側である場合の、これらの軸を実装させるために必要な構造よりもかなり少ないためである。
【００１９】
球面ベアリングをテストヘッドの重心付近に置くことにより、このコンセプトを実行することが提案されている。球面ベアリングの位置を動かす外部的に調整可能な手段は、テストヘッドがＤＵＴ（テスト中の装置）アップもしくはＤＵＴダウンのいずれかに方向付けられている場合、ピッチ（もしくは、タンブル）軸のバランスをとるために物理的に配置可能となるよう、内外方向に提供されることもあるだろう。球面ベアリングの不都合は、同時に運動の３つの回転角度の全てを提供することである。
【００２０】
望ましいことではあるが、これらの内部軸を、実際のテストヘッドの真の重心もしくはその近傍に位置させることは、非常に困難である。特定のテスターエンドユーザの必要性を満たすために、テストヘッド内部のピン電子ボードの占有率、およびテストヘッドケーブルの大きさや重さを変化させることは、多くの場合、有意な重心位置のシフト、および、それによる重大なアンバランス力を引き起こす。さらに、テストヘッドがその運動エンベロープを通して動かされると、ケーブルによりテストヘッドに印加される力は変化しかねない；固定構成のシステムが用いられているため、これは可変アンバランス力を引き起こす。これらのアンバランス力は、運動の１つ以上の軸に対して、所望される自由な可動状態を妨害する。
【００２１】
また、マニピュレータで伝統的に行われてきたように、運動軸がテストヘッド内部にあるか、テストヘッドに対して外部にあるかにかかわらず、運動軸の位置を、重心から遠くの位置に再配置することも、多くの場合望ましい。この例は、タンブル軸を、通常テストヘッドの物理的中心付近にあるテストヘッドの重心よりも、むしろ、非常に厚いテストヘッドのＤＵＴインターフェイスの非常に近くに位置させることになる。テストヘッドが厚さ１メートルである場合、タンブルピボット軸を重心、つまり物理的中心付近に位置させる含意は、マニピュレータが少なくとも１メートル（１００ｃｍ）の上下運動範囲（ストローク）を必要とするだろうということである。タンブルピボット軸をＤＵＴインタフェースの１３ｃｍ以内に設置可能である場合、マニピュレータの垂直ストロークを７４ｃｍ（１００ｃｍ−２６ｃｍ’’）削減可能であり、その結果、マニピュレータの全高を減少し、もしくは、所与のベアリング構造からのより大きな負荷容量のための、より長いメインアームを可能にする。しかし、上に示したように、テストヘッドの重心を、判明している物理的位置から遠くへ動かすことにより、アンバランス力が生ずる。さらに、これらのアンバランス力は、６つの軸すべてにおいて自由可動とは限らないような、アンバランス状態に、テストヘッドを導く。
【００２２】
したがって、テストヘッドが、より大きく、より複雑となるにつれて、限界的なそれぞれの運動軸内でアンバランス力が増加する。オペレータおよび機器の双方の安全に備えている一方で、テストヘッドが有効に操作され、かつ位置決めされるよう、これらのアンバランスが中和されるのを可能にする手段を持つことが望ましい。
【００２３】
（発明の要約）
本発明は、テストヘッドが実質的にその軸に対して無荷重となるように、軸に対してテストヘッドのバランスをとる装置および方法に関している。本発明は、さらにテストヘッドマニピュレータの多数の軸に適用可能である。さらに、本発明は、テストヘッドの軸のうち少なくとも１つに対する、テストヘッドのための運動の順応範囲を提供する装置および方法に関している。
【００２４】
（発明の詳細な説明）
以下の本発明のいくつかの実施例の詳述では、上にリストした図を参照している。図が故意に一定縮尺となっていないことは、理解されることだろう。むしろ、それらは、本発明の重要な特徴を強調するように描かれている。
【００２５】
装置をテストする間、テストヘッドは、明らかに完全にドッキングされた状態のまま保たれる。ハンドラ／プローバは、テストインタフェースに対応して順番にテストされる各装置を、自動的に位置決めする機構を備えている。これは、ドックを通してテストヘッドおよびマニピュレータと結合するハンドラ／プローバ内に、低周波機械振動を引き起こす。これらの振動に関与するエネルギーは、安全に散逸させなければならない。この理由により、多くのユーザは、ラッチされたドックを用いて、テスト中はマニピュレータ軸をロックされないままにしておくのを好むわけである。この場合、振動は、関連摩擦におけるエネルギーの散逸を伴う、マニピュレータ軸の運動により、好都合に吸収される。他方、テストの間マニピュレータ軸がしっかりとロックされている場合は、システムの最も弾力性のない部分が主に振動を吸収することになる。例えば、ポゴピンおよびプローブを含む、テストヘッドとテスト中の装置との間のインタフェース内の電気的接触は、こうした振動エネルギーを吸収することにより、破損を蒙ったり、あるいはそれらの耐用年数を短縮させ得る、デリケートな機械構造をしている。非ラッチ式ドッキングシステムでは、テスト中、テストヘッドを完全にドッキングされた状態に保つよう、あるマニピュレータ軸をロックすることが望ましい。振動吸収のために、１本以上の軸をロックしないままにするには、それらをバランスされた順応状態にする必要がある。従って、テストヘッドがドッキングされている間、軸をバランスされた順応状態に維持することは有益である。
【００２６】
追加的考慮として、装置ハンドラもしくはプローバとドッキングした場合、アンバランステストヘッドは、そのアンバランス力のすべてあるいは一部を、ドッキングされる装置上に印加してしまうことになる。通常、こうした装置は、垂直荷重のみを支えるよう設計されている。アンバランス力は、必ずしも垂直というわけではなく、一般に、予測出来ない大きさと方向を有するものである。未知のアンバランス力は、潜在的に、機器を害し、ウエハおよび装置を扱うよう内部に組み込まれたオートメーションを傷つける。従って、テストヘッドが装置ハンドラ／プローバにドッキングされる全期間を通して、アンバランス力を無力化することが出来るなら、それは望ましいことである。
【００２７】
装置ハンドラ／プローバ上の垂直ローディングの場合にも、テストヘッドを実質的無荷重の状態に維持する、多くの伝統的なカウンターバランスタイプのマニピュレータが存在する。これは、装置ハンドラ／プローバ上のテストヘッドの垂直ローディングを最小にするもので、その構造的要件を簡素化する。また、硬質駆動縦軸を有するマニピュレータでも、ドッキングの間、垂直荷重が部分的に装置ハンドラ／プローバへ移されるものがあり、それは、そこに設置される構造要件を増加させる。従って、垂直順応性を有する硬質駆動縦軸マニピュレータでは、テストヘッドが装置ハンドラ／プローバにドッキングしている全期間の間、カウンターバランス状態を維持し得ることが望ましいだろう。空気圧ベースのカウンターバランス機構の場合は、結果的に空気の漏出がカウンターバランス力の損失を意味する。
【００２８】
さらに他の考慮は、空気圧順応メカニズムを有する、テストヘッドマニピュレータシステムでは、通常、テストヘッドがドッキング機構に近接した状態にある場合、ドッキングの直前に、システムのバランスをとる必要があるということである。目下知られている若干のシステムでは、テストヘッドは、これを実現するために、その順応範囲内を自由に運動出来なければならない。こうしたバランスをとる手順では、テストヘッドは、かなりの距離および大きな力を伴って、突然かつ不意に動くことが経験されている。こうした動きは、潜在的にドッキング装置との衝突、およびデリケートな電気的接触へのダメージを引き起こす場合があった。また、人間のオペレータも潜在的に危険である。
【００２９】
テストヘッドが、より大きくより複雑になったため、それに対応して、限界的な運動軸内でのアンバランスの増加が起こっている。テストヘッドが、オペレータおよび設備の双方にとり、効果的および安全性を伴って、操作および設置可能となるように、これらのアンバランスを中和し得る手段を有することは不可欠である。
【００３０】
提案された１つの技術は、二元動作空気圧シリンダなどの１つ以上のシリンダを用いて、アンバランスを相殺することである。こうしたシリンダは、２つの空気吸込口とその間に適合するピストンを有している。第１空気吸込口は、伸長吸込口として知られ、第２空気吸込口は、収縮吸込口として知られている。ピストンは、その２つの側での、空気圧の違いに対応して動く。ピストンに取り付けられたコネクティングロッドは、シリンダと同軸であり、負荷上に線形力と動きとを加えるために、片端を通り抜ける。伸長吸込口での圧力が、収縮吸込口での圧力より大きい場合、コネクティングロッドはシリンダから伸長する。逆に、収縮吸込口での圧力が、伸長吸込口での圧力より大きい場合、コネクティングロッドはシリンダに向かって収縮する。ピストンの位置を示すために、位置センサが組み込まれていてもよい。このように、例えばピッチ軸など、特定の軸に関して、こうしたシリンダおよび適切な制御システムが、使用可能であったように思われるだろう。この制御システムは、どんな力のアンバランスも無効にするために、必要に応じて、空気を伸長もしくは収縮吸込口のどちらかに、ポンプで送り、さらに、テストヘッドが操作もしくはドッキングされるとき、順応運動を実現することになる。二元動作空気圧シリンダは、スプリングに似た効果を提供すると思われる；すなわち、圧力差が軸内のアンバランスを相殺するように調整された場合、あたかもそれが非常に小さな力で実際にバランスをとっているかのように、テストヘッドを動かすことが出来る。
【００３１】
このアプローチは、いくつかの理由で実行が非常に困難である。まず最初に、唯一のフィードバック機構は、ピストンの位置である。第２に、ピストンの片側からもう片方への、および、コネクティングロッドがシリンダの端を通り抜ける位置からの、空気の漏出を最小化するために、空気圧シリンダ内でシールが使用されている。運動経路内のこれらのシールは、静止摩擦および運動摩擦の双方を提供する。通常、空気圧シリンダは、「起動抵抗」として知られる特性を示す。空気圧シリンダの起動抵抗は、静止摩擦に打ち勝ち、シリンダ内でピストンを動かすために必要な力である。静止摩擦（スティクション）は、時間、使用、および温度によって変化し、無視出来ないものとなり得る。多くの場合、スティクションは、運動摩擦もしくは動摩擦よりはるかに大きいものである。従って、変化させるために、制御システムは、それが少なくとも位置の変化（すなわち、動き）を感知するまで、空気圧力差を好適に調整し、その後、所望の結果に適応させるよう、運動を分析する。スティクション（静止摩擦）に起因して、運動を開始させる空気圧力差は、空気圧シリンダの運動摩擦に結びつく負荷アンバランスより、かなり大きなものとなり得るし、実際、頻繁にそうなっている。これは、著しく非線形で不安定な制御課題を導くことになる。特にスティクション構成要素の動的性質を考慮するなら、ロバストな解決策は達成および維持が困難である。
【００３２】
二元動作空気圧シリンダは、テストヘッド軸内のアンバランスを補う、有用な手段を提供する可能性を与えるものである；しかし、有用な解決策を実現するには、新しいアプローチが必要である。本発明の第２の目的は、二元動作空気圧シリンダの不都合を克服する手段を提供し、その利点をロバストに導入可能とすることである。
【００３３】
典型的実施例では、主題の発明は、テストヘッドを有効に、かつ安全に操作、ドッキング、ドッキング解除出来るよう、少なくとも１本のテストヘッド軸内でアンバランスを補う。本発明は、（例えば）上で説明されるように、他の要素と新規基本制御計画とを組み合わせて、少なくとも１個の二元動作空気圧シリンダなどの力発生源を組込んでいる。結果的に作られるシリンダおよび構成要素のアセンブリは、「バランスユニット」と称される。要約すると、単一軸のために、テストヘッドは、先ずその支持構造物に対応した好適位置に設置され、ロックされる。テストヘッドは、このように、議論されている軸に対してロックされる。バランスユニットに含まれる力センサ（すなわち、双方向ロードセル）は、有意な量のアンバランス、およびアンバランスの方向の有無を判断するために、ロック軸に対するアンバランス力を測定する。次に、力センサにより検出される力が、何らかの所定の最小値、テストヘッドの重さとシリンダの特性に依存して、通常５〜２５ポンドが妥当と思われる、より下にまで減少するよう、二元動作空気圧シリンダの２側面の空気圧が調整される。次に、ロックが解除され、空気圧シリンダ内の圧力差は、力のアンバランスを打ち消すよう、コネクティングロッド経由でテストヘッドへ力を伝達する。この手順は、選択されたテストヘッド軸がバランスされ、自由可動な状態を維持するために必要なだけ、何度でも繰り返すことが出来る。
【００３４】
図１（ａ）は、本発明の典型的実施例に従う、テストヘッドマニピュレータのテストヘッドバランシングシステムの斜視図である。２つの終端を伴う、バランスユニット１１０が設けられる。上述のように、バランスユニットは、軸に対してテストヘッドのバランスをとる、他の要素および新規制御計画を組合せた、力発生源（すなわち、二元動作空気圧シリンダ）である。バランスユニット１１０の第１終端は、テストヘッド１００に接続される。バランスユニット１１０の第２終端は、ピボット軸１０２用支持構造物（図示せず）に接続される。バランスユニット１１０の目的は、テストヘッド１００の重心がピボット軸１０２と一致しない場合に、ピボット軸１０２の周りでの、テストヘッド１００の運動を容易にすることである。図１（ａ）に示された典型的実施例では、バランスユニット１１０は、以下で議論するように、二元動作空気圧シリンダ１２８、およびその関連構成要素を含んでいる。
【００３５】
バランスユニット１１０は、力センサ１２０、および力ロッド１１２を含む。力センサ１２０は、力ロッドに沿って力を測定するよう、力ロッド１１２と結合される。力ロッド１１２は、ベアリング１１６ａ経由で、テストヘッド１００に接続される。テストヘッド１００の重心が、ピボット軸１０２に一致しない場合、力はテストヘッド１００によってピボット軸１０２の周りに加えられる。この力の少なくとも１つの成分が、力ロッド１１２へのその接続を通して、力センサ１２０により測定される。
【００３６】
力センサ１２０は、ピボット軸１０２に対する、テストヘッド１００のアンバランス力の大きさと方向を測定し、（例えばコントローラに）示すことが出来る、典型的な双方向ロードセルであってもよい。力センサ１２０は、測定された力で、単調に変化する電圧出力を提供する周知の方法で、ブリッジ回路内に設置可能なひずみゲージを組み込んでいてもよい。アナログ−デジタル変換およびプロセッサを用いることにより、力ロッド１１２に沿う力が、自由運動に対して許容可能最大量より大きいか否か；そして、その場合は、力の方向を判断可能である。また、アナログコンパレータ回路は、有意な力アンバランスの存在と方向を示す、ｇｏ／ｎｏｇｏ信号を生成する公知の方法で使用可能であった。
【００３７】
力ロッド１１２は、ロック１１８を作動させるロック入口１２６を含むロック１１８経由で、空気圧シリンダ１２８へ、スライド式に取り付けられ、ロック１１８が作動していない場合は、ロック１１８は、力ロッド１１２がシリンダ１２８に対して平行に動くのを可能にする。従って、ロック１１８が作動していない場合、テストヘッド１００は、軸１０２の周りで回転可能である。ロック１１８が作動すると、もはや力ロッド１１２を、シリンダ１２８に対して滑らせることは出来ない；そして、テストヘッド１００は、軸１０２に対する位置にロックされる。このロック１１８は、本技術でよく知られた、いくつかのタイプの１つである。選択したロック１１８のタイプに依存して、特定用途に適切な、電気的信号、空気圧入力、もしくは他の手段による制御が可能であった。
【００３８】
空気圧シリンダ１２８は、テストヘッド１００の方向へ、もしくは離れる方向へ押すために用いられる、単なる力発生源である。アンバランス力が力センサ１２０により検出される場合、空気圧シリンダ１２８は、コネクティングロッド１１４を経由して、テストヘッド１００へ反力を加えるために用いられる。この典型的実施例では、エアシステムを必要する空気圧シリンダ１２８が利用されている。反力は、液圧シリンダや電磁装置などの、他の様々な手段を通して、実現可能であったことが理解されるだろう。
【００３９】
空気圧シリンダ１２８は、ピストン１３０を通して、コネクティングロッド１１４に接続される。コネクティングロッド１１４は、ベアリング１１６ｂを通して、テストヘッドに接続される。コネクティングロッド１１４は、力ロッド１１２に平行に配置される。シリンダ１２８およびコネクティングロッド１１４の軸は、テストヘッド１００の回転軸１０２と直交している。軸は、いずれの軸に沿って作用する力も、テストヘッドの回転軸１０２の周りで、モーメントもしくはトルクを生成するよう、配置されることになる。十分な力でコネクティングロッド１１４を伸長および収縮させると、テストヘッド１００は、軸１０２の周りで回転する。
【００４０】
空気圧シリンダ１２８は、ベアリング１３８を通して、支持構造（図示せず）に接続される。空気圧シリンダ１２８内部では、ピストンの１３０の２つの側の空気圧の違いに対応して、ピストン１３０が移動する。空気圧シリンダ１２８内のピストン１３０の片側は、伸長入口１３４を含んでいる。空気圧シリンダ１２８内のピストン１３０の反対側は、収縮入口１３２を含んでいる。空気圧エアシリンダの空気入１３２、１３４は、それぞれ、電気操作制御バルブ（図示せず）を経由して、比較的高圧の空気（図示せず）の供給に接続される。アキュムレータ（図示せず）のは、任意に、ピストン１３０に対して働く、より大量の空気を提供するために、各入口１３２、１３４に取り付けられてもよい。
【００４１】
稼働中、力センサ１２０は、テストヘッド１００からアンバランス力を検出するために使用される；その後、力センサ１２０により検出された力を打ち消すために、空気が収縮入口１３２および伸長入口１３４へ供給される。このように、ピストン１３０を挟んで、圧力差が生成される。目標は、この圧力差が、力ロッド１１２内の力を、所定の最大許容可能アンバランス力より小さな大きさにまで減少させるのに十分な大きさと方向を有することである。
【００４２】
さらに図１（ａ）を参照すると、空気圧シリンダ１２８はまた、例えば、空気圧シリンダ１２８内のピストン１３０の位置をコントローラに示す、２つのピストン位置センサ１３６ａ、１３６ｂを含んでいる。例えば、リミットスイッチは、ピストン１３０が中央位置にあるか、もしくは、それがシリンダ１２８のどちらの終端に位置するかを示すために、公知の方法で用いることが出来た。必要なら、より高性能の位置感知手段も提供可能であった。例えば、ポテンショメータ、絶対エンコーダ、適切なエレクトロニクスを伴うインクリメンタルエンコーダなどが、シリンダ１２８に対する、ピストン１３０およびコネクティングロッド１１４の位置についての正確な位置情報の提供のために使用可能であった。システムの構成、設定、および維持を容易にするために位置検知機構がキャリブレート可能であって、調整可能であることは、望ましい。
【００４３】
コントローラ（図示せず）は、入口バルブ１３２、１３４、およびロック１１８を操作し、位置センサ１３６ａ、１３６ｂ、および力センサ１２０のフィードバック信号を受け取るために、設けられてもよい。例えば、起動時においては、テストヘッド１００はハンドラにドッキングされておらず、空気圧シリンダ１２８は、通常、非加圧状態であろう。あらゆるコントロール動作の前には、テストヘッド１００および装置が、続くバランシング操作を妨げる、いかなる異物もしくは構造にも接触していないことを確実にするよう、注意すべきである。テストヘッド１００は、この段階で、既に比較的バランスした状態、もしくは、より蓋然性が高いが、アンバランス状態にある。ロック１１８は、既に作動していないなら、その後、テストヘッド１００を所定の位置にロックするよう作動する。若干の例では、最初にテストヘッド１００を、なんらかの所望位置へ動かす必要があるだろう。この動きは、手動手段により達成してもよいだろうし；もしくは、代わりに、コントローラが、位置フィードバックに結合された空気圧シリンダ１２８を利用可能にする、適切なアルゴリズムを備えていてもよいだろう。前記のスティクションを考慮すると、こうした制御アルゴリズムは困難となり得ることを、注意すべきである。ロック１１８を適用する前に、テストヘッド１００を所望の位置で停止するようにさせる場合、これが当てはまる。しかし、適当なロック１１８はまた、ブレーキとして使用可能であり、テストヘッド１００が所望の位置に来たとき、ロック１１８を適用することにより、運動を停止させることが出来る。
【００４４】
ここで、テストヘッド１００が所定の位置にロックされると、コントローラは、力センサ１２０から引き出された信号に応答する。力センサ１２０は、ピボット軸１０２に対するテストヘッド１００から、有意のアンバランス力があるかどうかを検出する。力センサ１２０は、力の大きさおよび方向の双方を検出可能である。有意のアンバランスが検出された場合は、続いて、ピストン１３０を挟んで圧力差を生成させる目的で、収縮入口１３２および伸長入口１３４内の空気圧が調整される。ピストン１３０を挟んだこの圧力差は、力センサ１２０により測定された力を、所定の最大許容アンバランス力以下に減少させるに十分な大きさとなる。これが達成されると、ロック１１８はロックを外され、テストヘッド１００は本質的にはピボット軸１０２に対して無荷重となる。ここで、テストヘッド１００は、ピボット軸１０２に対して運動可能となる。このプロセスは、テストヘッド１００をピボット軸１０２に対してバランス状態に維持するために、必要なだけ繰り返すことが出来る。
【００４５】
テストヘッド１００が移動すると、ピストン１３０もまた移動する。圧力差は、機械的スプリングと同様に、ピストン転置と共に単調に増加する。ピストン１３０の所与の側面に加えられる空気圧は、体積と逆比例で変化する。しかし、空気体積の変化が比較的小さい転置では、同等な「バネ定数」Ｋを用いて、同等なスプリング力が、転置とほぼ比例して変化する。すなわち、Ｆ＝Ｋｘ、ここで、Ｆは力の変化、ｘはピストン転置の変化である。力が動作範囲を明らかに超えて変化しないよう、Ｋを小さくすることが望ましい。Ｋは、ピストン転置の増分あたりの圧力変化に対する空気の全体積により、ある程度決定されることになろう；すなわち、ＶおよびｄＰ／ｄｘにより、ここで、Ｖは体積、Ｐは圧力である。ピストン１３０が、移動の一方の終端に近づくのに応じて、Ｖは小さく、ｄＰ／ｄｘは指数関数的に大きくなり、従って、Ｋは、Ｆと同様に増加する。アキュムレータ（図１（ａ）には示さず）は、上述のように追加されることになる。アキュムレータは、ｄＶ／ｄｘおよびｄＰ／ｄｘを許容可能値に制限している限り、空気体積Ｖをかなり増加させるのに役立つ。これは、明らかに望ましい、「ソフトスプリング」効果として知られているものを提供する。
【００４６】
上のサイクルは、一度実行されると、何らかの変化がシステムになされるまでは、繰り返されないことが理想である。しかしながら、空気圧シリンダ１２８システムは、空気漏れを起こすことがあるので、本サイクルは、必要に応じて定期的に繰り返されてもよい。経験上、典型的なシステムでは、サイクルを繰り返す必要が生じるまで、およそ１０分間以上充分な空気を保っている。典型的な操作では、サイクルは、数分（例えば、５分から８分）ごとに、自動的に繰り返すことが可能であった。また、典型的な操作では、テストヘッド１００を望ましい位置に移動させるステップを繰り返す必要もない。テストヘッド１００は、偶発的な困難な障害、あるいは、何らかの他の事故に遭遇しない限り、その許容動作範囲に留まるべきである。実際に、テストヘッド１００が、現在、所望する機能を実行するのに必要な位置にいるならば、テストヘッド１００を所定の所望位置に戻すことは、著しく望ましくないことになりかねない。
【００４７】
従って、図１５（ａ）に示されるように、継続ベースでは、典型的実施例における操作のシーケンスは、以下の通りとなるだろう：
１． ステップ１５０１に示されるように、ロック１１８をロックする。
２． ステップ１５０２、１５０３に示されるように、力ロッド１１２の力が、所定値未満になるまでシリンダ入口圧力を調整する。
３． ステップ１５０４に示されるように、ロック１１８をアンロックする。
４． ステップ１５０５に示されているように、有意の量の空気がシリンダ１２８から失われる前に、ステップ１５０１に進む。
【００４８】
このシーケンスは、テストヘッド１００を、まるで軸１０２が直接その重心を通り抜けるかのように振る舞わせることを可能にする；これを「通常シーケンス」と呼ぶことにする。
【００４９】
典型的システムでは、ステップ１５０１、１５０２、１５０３、１５０４に必要な時間は、４秒未満であった。ステップのこの流れを、「力キャンセリングシーケンス」と称することにする。
【００５０】
さらに図１（ａ）を参照すると、２つのストップカラー１２２、１２４、もしくは「運動限界」が、ロック１１８がそれらの間に位置するよう、力ロッド１１２に取り付けられる。ストップカラー１２２、１２４は、空気圧シリンダ１２８内のピストン１３０がセンタリングされる場合に、ストップカラー１２２、１２４が、ロック１１８の中心から等距離にあるように、位置づけられる。２個のストップカラー１２２、１２４間の距離「Ａ」は、空気圧シリンダ１２８内のピストン１３０の総ストロークより、妥当な若干量だけ小さい値である。従って、ストップカラー１２２、１２４は、ピストン１３０がシリンダ１２８の終端まで進み、力ロッド１１２および力センサ１２０から荷重を奪い、その結果処理を歪ませてしまうのを防ぐことになる。同時にそれらは、テストヘッド１００に対するポジティブモーションストップとして役立つ。システムがアンバランス状態にあり、さらにロック１１８が外されている場合は、２個のストップカラー１２２もしくは１２４のうちの１つか他方が、アンバランス力を支持および測定する力ロッド１１２と力センサ１２０を伴ったロック１１８に接触することになるだろう。
【００５１】
図１（ａ）には示されていない、追加コントロール機能が、上のシステムに追加されてもよい。例えば、オペレータが、上にリストされたステップ１５０１もしくはステップ１５０２のどちらかで始まる、コントロールシーケンスを開始出来るように、押しボタンを提供してもよい。オペレータに、力ロッド１１２がロックされたことを警告する、インジケータライトが追加可能であった；これは、オペレータが、ステップ１５０２が実行されている間、軸１０２内でマニピュレータの移動の試行を回避したり、および／または、ドッキングを試行したりするのに役立つだろう。こうした試行は、テストヘッド１００に追加的なアンバランス力を発生させ、システムはそれらを補おうと、誤動作することになるだろう。システムはまた、例えば、ドッキングされている間システムがロック、および／または、使用不能にされるように、ドッキング機構内でセンサと統合されている。また、テストヘッド１００が、すぐにもドッキングされる位置にあり、ドッキング直前にシーケンスを実行させる準備ができていることを感知することも望ましいだろう。これは、ドッキングが実際に行われている間、シーケンスが実行されず、また、ドッキングが始まる前に、アンバランスが最適に補われるのを確実にするだろう。
【００５２】
「ロックシーケンス」と称される、代替制御サイクルは、選択されたアプリケーションで可能であり、有用である。ロックシーケンスでは、テストヘッド１００が、それがドッキングされる装置（図１（ａ）には図示せず）から遠くにある場合には、テストヘッド１００は、一般に軸１０２に関して中央位置にロックされた状態にある。これは、「所望されたロック位置」である。テストヘッド１００が、ドッキング準備の完了する位置へと操作された場合、力キャンセリングシーケンスが呼び出される；すなわち、空気圧シリンダ１２８内の空気圧は、力ロッド１１２の力が事実上取り消されるまで調整される。続いて、ロック１１８がリリースされ、ドッキングが実行可能となる。テストヘッド１００は、空気圧シリンダ１２８、および位置センサ１３６ａ、１３６ｂを用いて、手動もしくは自動制御のいずれかにより、所望のロック位置に設置可能である。すなわち、テストヘッド１００がドッキングされていない起動時には、コントローラは、最初にロック１１８を解除するだろう。次に、テストヘッド１００は、制御される軸１０２に対する、所望のロック位置に動かされるだろう；例えば、位置センサ１３６ａ、１３６ｂにより示されるような、ほぼ中央位置へ。自動制御の場合には、空気圧の動作のみによりテストヘッド１００を停止位置へ運ぶよりも、ロック１１８を、テストヘッド１００が所望するロック位置で止まるブレーキとして用いる方が好適である。
【００５３】
通常シーケンスを用いてドッキングの準備をする場合は、テストヘッド１００は、ロック１１８を解除して、ドッキング準備完了位置へ操作され、テストヘッド１００は空気圧シリンダ１２８によりバランスをとる。ドッキング準備完了位置が達成されたとき、システムに依存して、オペレータもしくはセンサのいずれかが、ドッキング準備完了信号を提供することになる。この信号で、テストヘッド１００がバランス可能のみならず、確実にバランスをとるよう、力キャンセリングシーケンスが呼び出される。ロックシーケンスアプローチが用いられる場合は、テストヘッド１００は、ロック１１８を係合させて、ドッキング準備完了位置に操作される；そして、ドッキング準備完了信号が受け取られると、上にリストされた力キャンセリングシーケンスのステップ１５０２、１５０３のみが、順番に実行される。ここで、いずれの場合でも、テストヘッド１００のドッキング準備が完了し、新たにバランスを取り、さらに、あらゆる軸内で運動自由となると、ドッキング機構は、テストヘッド１００を完全にドッキングされた位置に引くために、係合および作動する。若干のアプリケーションでは、完全なドッキングが完了した信号が、（オペレータもしくはセンサによって）提供されると、ロック１１８が再び適用される。ロック１１８は、テストヘッドを用いて集積回路をテストしている間、適用状態のままである。いずれの場合も、ロック１１８は、ドッキング解除の間、オペレータもしくはセンサにより、「クリアオブドック」信号が提供されるまで、適用状態のままである。いずれの場合も、力キャンセリングシーケンスは、ここで実行されてもよい。ロックシーケンスの場合には、テストヘッド１００を所望の中央位置へ配置する手順は、最終的に実行され、ロック１１８が係合される。通常シーケンスの場合は、ロック１１８は解除状態のままである。
【００５４】
後に説明するように、若干のアプリケーションでは、ドッキングの間、ロック１１８は解除状態のままの方が好適である。ドッキングに関するさらなる詳細は、後に提供される。
【００５５】
図１（ｂ）は、図１（ｂ）内のベアリング１１６ａ、１６６ｂが１つに連結され、さらに単一ポイントでテストヘッド１００に接続されている点を除いては、図１（ａ）を参照して説明されたシステムと同じシステムを表している。対照的に、図１（ａ）では、ベアリング１１６ａ、１１６ｂは、個別にテストヘッド１００へ接続されている。
【００５６】
このように説明されるバランス機構は、図６（ａ）、図６（ｂ）、図８（ａ）などで使用に供されている。これらの図に関連した議論は、空気および他の流出物の制御に関する、さらなる情報および詳細を提供する。
【００５７】
図１（ｃ）は、図１（ｃ）では、圧力センサ１４６ａ、１４６ｂを含む液圧式ロック１４０が、図１（ａ）に示されたロック１１８および力センサ１２０と対照的に用いられている点を除いては、図１（ａ）に示されたシステムと同じシステムを表している。図１（ａ）に表されているシステムと同様に、図１（ｃ）のシステムは、上で説明した通常シーケンス、もしくは上で説明したロックシーケンスのいずれかを実現可能である。図４（ｂ）は、液圧式ロックユニット１４０のより詳細な破断図を示している。ここで、力ロッド１１２は、二元動作液圧シリンダ１４０のピストン１４４に取り付けられる。
【００５８】
図１（ｃ）に示されるように、液圧シリンダ１４０は、空気圧シリンダ１２８にしっかりと取り付けられる。液圧シリンダ１４０は、適切な非圧縮性流体（図示せず）で満たされる。ピストン１４４は、ピストン１４４の両側面の圧力差に応じて、液圧シリンダ１４０内を移動する。ピストン１４４の各側面は、制御バルブ１４２を経由して、配管１５２により互いに連結された、流体入口１５４を有している。コントロールバルブ１４２の各側面上には、圧力センサ１４６ａ、１４６ｂがあり、それぞれ２つの流体吸入口１５４のうちの１つに接続されている。
【００５９】
液圧流体が実質的に非圧縮性であるため、制御バルブ１４２が閉じられると、力ロッド１１２はロックされる。制御バルブ１４２が開いている場合は、力ロッド１１２は自由に動くことが出来る。運動は、システムを通る流体の流れによってのみ妨害される。この流れは、ホース、配管、オリフィス、およびバルブ操作によって制御可能である。流れの適切な制御により、見込み有益システムダンピングを提供可能である。制御バルブ１４２が閉じた瞬間の、ピストン１４４の両側の圧力は同じであるが、力ロッド１１２に課されるテストヘッド１００のアンバランスは、ピストン１４４の片側に対する圧力を増加させ、さらに、ピストン１４４のもう一方の側に対する圧力を減少させる。２つの圧力センサ１４６ａ、１４６ｂにより測定された圧力差が、力ロッド１１２に適用される力の大きさと方向を示すことになる。
【００６０】
図１（ｃ）に示されるシステムの操作は、液圧バルブ１４２が機械的ロック１１８に代わって作動し、力ロッド１１２内の力を示すために、圧力センサ出力がコントローラによって読み込まれて処理される点を除いては、図１（ａ）のシステムに対して説明されたものと同様である。
【００６１】
稼働中には、圧力センサ１４６ａ、１４６ｂは、テストヘッド１００からのアンバランス力を検出するのに用いられる；空気は、圧力センサ１４６ａ、１４６ｂによって検出された力を取り消すよう、空気圧シリンダ１２８の収縮入口１３２および伸長入口１３４に供給される。図４（ａ）は、空気圧シリンダ１２８のより詳細な破断面を示す。収縮入口１３２および伸長入口１３４に入る空気圧により、圧力差がピストン１３０を挟んで生成される。目標は、この圧力差が、力ロッド１１２内の力を、所定の最大許容アンバランス力より小さな大きさにまで減少させるのに十分な大きさと方向を有することである。
【００６２】
図１（ｃ）において、ピボット軸１０２に対してテストヘッド１００をバランスさせる処理は、以下の通りである。制御バルブ１４２が開いた状態で、テストヘッド１００はその支持構造（図示せず）に対応する所望の位置に配置され、制御バルブ１４２が閉じられる。このとき、制御バルブ１４２が閉じられるので、テストヘッド１００は、ピボット軸１０２に対してロックされる。圧力センサ１４６ａ、１４６ｂは、ピボット軸１０２に対するテストヘッド１００から、有意なアンバランスがあるかどうかを検出する。圧力センサ１４６ａ、１４６ｂは、力の大きさおよび方向の双方を検出可能である。有意のアンバランスが検出された場合は、続いて、ピストン１３０を挟んで圧力差を生成させる目的で、収縮入口１３２および伸長入口１３４内の空気圧が調整される。目標は、ピストン１３０を挟んだこの圧力差が、圧力センサ１４６ａおよび１４６ｂにより測定された力を、所定の最大許容可能アンバランス力より小さな大きさにまで減少させるのに十分な大きさを有することである。このとき、制御バルブ１４２が開放され、テストヘッド１００は、ピボット軸１０２の向きにおいて、本質的に無荷重となる。ここで、テストヘッド１００は、ピボット軸１０２の向きに移動可能である。このプロセスは、テストヘッド１００をピボット軸１０２に対してバランス状態に維持するために、必要なだけ繰り返すことが出来る。
【００６３】
図１（ｄ）は、図１（ｄ）内のベアリング１１６ａおよび１６６ｂが１つに連結され、さらに単一ポイントでテストヘッド１００に接続されている点を除いては、図１（ｃ）に示されたシステムと同じシステムを表している。対照的に、図１（ｃ）では、ベアリング１１６ａ、１１６ｂは、個別にテストヘッド１００へ接続されている。
【００６４】
図２（ａ）は、本発明の、さらなる典型的実施例を示している。図２（ａ）は、伝統的なクレードル２００内に搭載された、テストヘッド１００のタンブル軸（ピボット軸）１０２に対する、バランスユニット１１０のアプリケーションを示す斜視図である。テストヘッド１００は、タンブル軸１０２の２つの終端ポイントでクレードル２００に接続する。２つの終端を伴うバランスユニット１１０が提供される。バランスユニット１１０の第１端は、テストヘッド１００に接続される。バランスユニット１１０の第２端は、クレードル２００に接続される。クレードル２００は、タンブル軸１０２に対するテストヘッドのための支持構造である。
【００６５】
テストヘッド１００の重心が、タンブル軸１０２と一致しない場合、テストヘッド１００は、図２（ａ）に示される位置から離れ、タンブル軸１０２の周りを回転する。バランスユニット１１０は、タンブル軸１０２に対してテストヘッド１００の重心をバランスさせるために、反力を供給し、図２（ａ）でのテストヘッド１００の位置を維持する。従って、ここでは、テストヘッド１００は、本質的にタンブル軸１０２に対して無荷重となるので、軸１０２に対するテストヘッド１００の手動運動が容易になっている。
【００６６】
図２（ｂ）は、図２（ｂ）内のベアリング１１６ａおよび１１６ｂが１つに連結され、さらに単一位置でテストヘッド１００に接続されている点を除いては、図２（ａ）に示されたシステムと同じものを表している。対照的に、図２（ａ）では、ベアリング１１６ａおよび１１６ｂは、個別にテストヘッド１００へ接続されている。
【００６７】
図３（ａ）は、本発明の他の典型的実施例を示す。図３（ａ）は、テストヘッド１００のピボット軸１０２への、バランスユニット１１０のアプリケーションを示す斜視図である。テストヘッド１００は、サポートアーム３０２と保持フランジ３００によって支えられる。ベアリング３０５は、テストヘッド１００内部に収容される。サポートアーム３０２は、テストヘッド１００の外部で、保持フランジ３００に接続される。２つの終端を有するバランスユニット１１０が提供される。バランスユニット１１０の第１端は、テストヘッド１００に接続される。バランスユニット１１０の第２端は、保持フランジ３００に接続される。保持フランジ３００は、ピボット軸１０２のための支持構造物である。
【００６８】
テストヘッド１００の重心が、ピボット軸１０２と一致しない場合、テストヘッド１００は、図３（ａ）に示される位置から離れ、ベアリング３０５を通してピボット軸１０２の周りを回転する。バランスユニット１１０は、タンブル軸１０２に対してテストヘッド１００の重心をバランシングさせるために、反力を供給し、図３（ａ）でのテストヘッド１００の位置を維持する。従って、ここでは、テストヘッド１００は、本質的にタンブル軸１０２に対して無荷重となるので、テストヘッド１００の手動運動が容易になっている。
【００６９】
図３（ｂ）は、図３（ｂ）内のベアリング１１６ａ、１１６ｂが１つに連結され、さらに単一位置でテストヘッド１００に接続されている点を除いては、図３（ａ）に示されたシステムと同じものを表している。対照的に、図３（ａ）では、ベアリング１１６ａ、１１６ｂは、個別にテストヘッド１００へ接続されている。
【００７０】
発明は、単一の軸１０２に連結された、単一のバランスユニット１１０に関して説明されてきたが、２つ以上のユニットが、単一の軸上または複数の軸上のいずれかに導入可能であった。複数のユニットが用いられている場合、それらは相互作用可能である。総括制御計画では、こうした潜在的相互作用を考慮することが好ましい。例えば、２つのユニットが２本の独立した回転軸の制御に使用される場合、それらは一度に１つだけ操作されるべきである。本発明の背景として説明したように、球面ベアリングで搭載されたテストヘッドの制御のために、３個以上のユニットが首尾よく使用可能であったと考えられる。
【００７１】
図５（ａ）は、アンバランス力がほとんどもしくは全く存在せず、摩擦力に起因して順応力が優位を占めている、水平軸内での使用に適切な、本発明の典型的実施例に従う、基本的な順応ドライブ５１２機構を示す。図５（ａ）では、プレート５０４およびプレート５００は、例えば、ホルト（Ｈｏｌｔ）他によるＰＣＴ国際出願第ＵＳ００／００７０４号「テストヘッドマニピュレータ（ＴＥＳＴ ＨＥＡＤ ＭＡＮＩＰＵＬＡＴＯＲ）」で説明されているように、それに対して、１つ以上の水平運動軸を組込んだ、マニピュレータベースの構造で用いられるプレートを表す。図示されているように、２つの線形ガイドレール５０３ａ、５０３ｂは、互いに平行に配置され、双方とも、プレート５０４の上面にしっかりと取り付けられる。２対のボールスライド、ボールスライド５０２ａ、５０２ｂを含む第１対、およびボールスライド５０２ｃ、５０２ｄを含む第２対が、プレート５００の下部に取り付けられる。第１対のボールスライド５０２ａ、５０２ｂは、線形ガイドレール５０３ａにスライド可能に結合するよう配置される。第２対のボールスライド５０２ｃ、５０２ｄは、同様に、線形ガイドレール５０３ｂにスライド可能に結合するよう配置される。従って、プレート５００は、プレート５０４の上に平行に示され、プレート５００は、線形ガイドレール５０３ａ、５０３ｂにより形作られた軸に沿って、プレート５０４に対して直線的に移動可能である。こうした配置は、テストヘッドマニピュレータベース内で、内外方向もしくは左右方向のいずれかの運動を実行可能であった。また、こうした配置は、例えば、ホルト（Ｈｏｌｔ）他に対するＰＣＴ国際出願第ＵＳＯＯ／００７０４号「テストヘッドマニピュレータ（ＴＥＳＴ ＨＥＡＤ ＭＡＮＩＰＵＬＡＴＯＲ）」で説明されているような、水平面に対する縦軸の周りで回転する水平板によって提供される揺れ運動にも、適合可能であったことに留意すべきである。図５（ａ）に示されるように、運動に対する抵抗は、ボールスライド５０２ａ、５０２ｂ、５０２ｃ、５０２ｄおよび線形ガイドレール５０３ａ、５０３ｂに関連した摩擦力によって生成される。簡便さのために、ここでは、図５（ａ）に示したように、線形アクチュエータ５０８の方へ向かう、線形ガイドレール５０３ａ、５０３ｂに沿ったプレート５００の動きを「内」方向、一方、逆方向への動きを「外」方向と考えることにする。
【００７２】
アクチュエータモーター５１０を含む、線形アクチュエータ５０８の静止要素５０６は、プレート５０４に取り付けられる。通常、線形アクチュエータ５０８は、電気モーターにより駆動される、ボールネジである駆動要素５１４を伴う、ボールネジ機構を備えている。しかし、他の機構、および／または、ネジタイプはまた、所与のアプリケーションに適切なものとして使用可能であった。図５（ａ）では、線形アクチュエータ５０８の駆動要素は、アクチュエータシャフト５１４であり、それは、アクチュエータモーター５１０が通電される場合、静止要素５０６から伸長し、および／または、静止要素５０６へと収縮する；アクチュエータシャフト５１４の運動方向は、アクチュエータモーター５１０の回転方向で決定される。図示されるように、線形アクチュエータ５０８は、アクチュエータシャフト５１４が線形ガイドレール５０３ａ、５０３ｂに平行なプレート内を移動するよう、配置される。
【００７３】
アクチュエータシャフト５１４の遠心終端には、それを通り、アクチュエータシャフト５１４の軸に対する基準直角に穴が備えられている。アクチュエータシャフト５１４内のその穴を通り抜ける、Ｕリンク５１６およびＵリンクピン５１８が、アクチュエータシャフト５１４を順応シャフト５２０へ結合させる。順応シャフト５２０の軸は、アクチュエータ５１４の軸と、ほぼ同軸であることが望ましい；しかし、当業者は、他の配置が可能であることを理解するだろう。
【００７４】
順応シャフト５２０は、ロック１１８を貫通する；ロック１１８は、プレート５００にしっかりと取り付けられる。ロック１１８は、電気操作タイプおよび空気圧操作タイプを含む、多くの異なったタイプのうちの１つでよい。ロック１１８が係合している場合、プレート５００は、順応シャフト５２０に対して、さらに、結果的にプレート５０４に対して、動かないよう制限される。従って、ロック１１８が係合すると、線形アクチュエータ５０８は、線形ガイドレール５０３ａ、５０３ｂに沿い、プレート５０４に対して、プレート５００を位置決めするために使用することが出来る。ロック１１８が係合していない場合は、プレート５００は、順応シャフト５２０およびプレート５０４に対して自由に移動することが出来る；そして、その結果、プレート５０４に対する、プレート５００の順応運動が実現される。この機構に起因する関連順応力は、線形ガイドレール５０３ａ、５０３ｂと、ボールスライド５０２ａ、５０２ｂ、５０２ｃ、５０２ｄとの摩擦力、加えてロック１１８を通って移動する順応シャフト５２０の摩擦力に打ち勝つのに必要な力から成る。特定のマニピュレータおよびアプリケーションにおける、若干の追加の力もあり得るが、これらは説明されたような機構には関連づけられないことに留意すべきである。
【００７５】
伸長順応ストップ５２２および収縮順応ストップ５２４は、双方とも、ロック１１８のいずれの側にも１つずつ、順応シャフト５２０へしっかり取り付けられる。図５（ａ）に示されるように、伸長順応ストップ５２２は、ロック１１８とＵリンク５１６との間に配置される；そして、収縮順応ストップ５２４は、順応シャフト５２０ａの遠心終端とロック１１８との間に配置される。これらの順応ストップ５２２、５２４は、プレート５００に対する順応シャフト５２０の進行を制限し、もしくは同じく、順応シャフト５２０に対するプレート５００の進行を制限するのに役立つ。ロック１１８が係合されていない場合、プレート５００は、外力により２つの順応ストップ５２２、５２４の間の距離「Ｄ」から、ロック１１８の幅「Ｗ」を減算することにより定義される進行範囲上を移動可能であり、これは順応動作範囲を定義する。すなわち、ロック１１８が解除されると（さらに、線形アクチュエータ５０８は切られているのが好ましい）、プレート５００は、前述の順応力に打ち勝つのに十分な外力により、線形ガイドレール５０３ａ、５０３ｂに沿ってＤ−Ｗで定義された距離にわたって、移動可能である。
【００７６】
通常、ボールスライド５０２ａ、５０２ｂ、５０２ｃ、５０２ｄ、および線形ガイドレール５０３ａ、５０３ｂに関する摩擦力は、順応シャフト５２０とロック１１８との間の摩擦力より大きい。従って、ロック１１８が係合されていない場合、線形アクチュエータモーター５２０が通電されると、順応シャフト５２０は、ロック１１８およびプレート５００に対して移動する。アクチュエータシャフト５１４が静止要素５０６から伸長するように、アクチュエータモーター５１０が通電されると、伸長順応ストップ５２２は、ロック１１８の方向へ移動する。アクチュエータモーター５１０が切られない場合、順応範囲の終端に達すると、伸長順応ストップ５２２がロック１１８に接触することになる；そして、アクチュエータシャフト５１４がさらに伸長すると、プレート５００は、プレート５０４に対して「外」方向に移動する。反対に、アクチュエータシャフト５１４が静止要素５０６へと収縮するように、アクチュエータモーター５１０が通電されると、収縮順応ストップ５２４が、ロック１１８の方向へ移動する。アクチュエータモーター５１０が切られない場合、順応範囲の終端に達すると、収縮順応ストップ５２４がロック１１８に接触することになる；そして、アクチュエータシャフト５１４がさらに収縮すると、プレート５００は、プレート５０４に対して「内」方向に移動する。
【００７７】
稼働中、順応シャフト５２０は、プレート５００に対し、その動作範囲内の、どこか事前に選択されたポイントの近傍内へ配置され、そこでロックされるのが望ましい。通常、このポイントは、２つの順応ストップ５２２、５２４間の中間点になるだろう；しかし、この位置が、２つの順応ストップ５２２もしくは５２４の一方、もしくは他方により近くに位置するのが望ましいアプリケーションがあるかもしれない。この近傍を「順応中立領域」と称する。通常、順応中立領域は、全順応範囲のごく一部分である；例えば、４０から５０ｍｍの総順応範囲内の±３もしくは４ｍｍである。
【００７８】
ロック１１８が、順応中立領域と伸長順応ストップ５２２との間に位置する場合、それは「順応−伸長領域」にあると呼ぶ。同様に、ロック１１８が、順応中立領域と収縮順応ストップ５２４との間に位置する場合は、それは「順応−収縮領域」にあると呼ぶ。
【００７９】
図５（ａ）に示されるように、位置センサ５２８は、順応シャフト５２０に対する、プレート５００の相対的位置を感知するよう組み込まれる。位置センサ５２８は、精密エンコーダ、ポテンショメータなどから、リミットスイッチ、近接センサ、距離計などまで、多くの既知のタイプのいかなるものあってもよい。最低限の機能として、位置センサ５２８は、現在機構が３領域のどこにあるかを示すべきである：順応−伸長、順応−中立、順応−収縮。
【００８０】
ここで、順応機構５１２の動作を説明する。まず最初に、ロック１１８が解除される。続いて、線形アクチュエータ５０８が、位置センサ５２８と連動して、順応シャフト５２０を事前に決定した順応−中立位置に位置決めするために用いられる。ここで、ロック１１８がロックされ、線形アクチュエータ５０８が、プレート５００をプレート５０４に対して所望位置に位置決めするために用いられる。例えば、所望位置は、テストヘッドもしくは負荷（図示せず）がドッキングされる位置であってもよい。ここで、線形アクチュエータモーター５１０が切られ、ロック１１８が解除される。ここで、プレート５００は、外力により順応状態で移動することが出来る；例えば、テストヘッドもしくは負荷がその最終ドッキング位置に移動させられるとき、ドッキング機構により生成される力。特定のアプリケーション、および／または、ユーザの好みにより、最終ドッキング位置が一旦達成されると、ロック１１８が再ロックしてもよいし、しなくてもよい。また、特定のアプリケーション、および／または、ユーザの好みにより、テストヘッドもしくは負荷がドッキング解除されている間、ロック１１８はロックされても、ロックされなくてもよい。しかし、一旦ドッキングが解除されると、順応シャフト５２０は、線形アクチュエータ５０８によってプレート５００が運動を開始する前に、これまでの手順に従って順応−中立位置に配置され、かつロックされるべきである。
【００８１】
図５（ｂ）は、図５（ａ）の代替実施例を示す。図５（ｂ）では、液圧機構５１３は、図５（ａ）のロック１１８および順応ストップ５２２、５２４を取り替えている。特に、二元動作液圧シリンダ１４０のボディーは、線形アクチュエータ５０８のアクチュエータシャフト５１４の軸を伴う平面内のそのボアの軸で、プレート５００に取り付けられている。再び、図５（ｂ）に示したように、線形アクチュエータ５０８の方へ向かう、線形ガイドレール５０３ａ、５０３ｂに沿ったプレート５００の動きを「内」方向、一方、逆方向への動きを「外」方向とする。線形アクチュエータ５０８から最も遠いシリンダ１４０の終端は「伸長終端」５３２であり、線形アクチュエータの最も近くにあるシリンダ１４０の終端は「収縮終端」５３３である。ピストン１４４は、液圧シリンダ１４０の内部に位置する；そして、ピストン１４４は、液圧シリンダ１４０のボアと同軸で、液圧シリンダ１４０の収縮終端５３３を通って伸びるシャフト５２０ｂに接続されている。シャフト５２０ｂは、順応シャフト５２０の一部として供され、それは、図５（ａ）に関して説明したように、Ｕリンク５１６およびＵリンクピン５１８によって、アクチュエータシャフト５１４に接続されている。図５（ｂ）では、ピストン１４４の反対側に取り付けられた第２シャフト５２０ｃは、液圧シリンダ１４０の伸長終端５３２を通って伸びている。この第２シャフト５２０ｃは、順応シャフト５２０の延長として供され、図５（ｂ）の位置センサ５２８は、プレート５００に対するこのシャフト５２０ｃの位置を感知する。しかし、また、位置センサ５２８が、第２シャフト５２０ｃを提供する潜在的追加費用を節約するために、第１シャフト５２０ｂと連動して作動可能なように、システムを配置することも実現可能である。
【００８２】
液圧シリンダ１４０の２つの終端の各々は、適切な液圧流体が、シリンダ１４０の内もしくは外へ流れるのを可能にするポート１５４を伴って設けられる。２つのポート１５４は、配管１５２により、バルブ１４２経由で、互いに外部で接続している。バルブ１４２は、それが開かれると、流体は自由に、１つのポートから出て他方へと流入可能となり；それが閉じられると、流体は２つの１５４間を流れることは出来なくなるように調整されている。機構全体は、適切な本質的に非圧縮性の流体で満たされる。流体の選択は、システムに漏洩が発生した場合に起こるであろう、潜在的に有害な影響を考慮に入れるべきである。また、システムは、氷点下の飛行機貨物室内に積まれて出荷されることが多いので、流体は凝固点の低いものでなければならない。流体が実質的に非圧縮性であるため、バルブ１４２が閉じられると、ピストン１４４がいずれの方向にも動くことが出来ないのは、明らかである。しかし、バルブ１４２が開くと、流体は、ポート１５４、配管１５２、および開放弁１４２によって提供される経路を通って、ピストン１４４の一方から他方まで、自由に移動可能となるため、ピストン１４４は動くことが出来る。バルブ１４２が閉じられると、液圧シリンダ１４０、およびシリンダ１４０が取り付けられているプレート５００に対する、順応シャフト５２０の運動は、本質的にロックされる。従って、バルブ１４２が閉じられた状態で、線形アクチュエータ５０８を操作すると、線形ガイドレール５０３ａ、５０３ｂによって定義された軸に沿った、プレート５０４に対するプレート５００の運動を引き起こす。しかし、バルブ１４２が開いている場合、ピストン１４４の利用可能なストローク（これは、本質的には、シリンダ１４０の２つの終端壁間の内寸距離、マイナス、ピストン１４４の厚さ）により定義される進行範囲にわたって、線形ガイドレール５０３ａ、５０３ｂにより定義される軸に沿って外力により、プレート５００を移動させることが可能となる；そして、これは順応動作範囲を定義する。すなわち、バルブ１４２が開いている場合（さらに、線形アクチュエータモーター５１０は切られているのが好ましい）、プレート５００は、線形ガイドレール５０３ａ、５０３ｂに沿う外力により、ピストン１４４の利用可能なストロークによって定義される距離にわたって移動可能となる。
【００８３】
通常、バルブ１４２が開いている場合、液圧シリンダ１４０内のピストン１４４を動かすことに関する摩擦力およびその他の力は、線形ガイドレール５０３ａ、５０３ｂと、ボールスライド５０２ａ、５０２ｂ、５０２ｃ、５０２ｄに関連する摩擦力より小さい。従って、バルブ１４２が開いていて、線形アクチュエータモーター５１０が通電されるなら、順応シャフト５２０は、液圧シリンダ１４０とプレート５００に対して移動することになる。アクチュエータシャフト５１４が静止要素５０６から伸長するように、アクチュエータモーター５１０が通電されると、ピストン１４４は、シリンダ１４０の伸長終端５３２の方向へ移動する。ここで、アクチュエータモーター５１０が切られない場合、順応範囲の終端に達すると、ピストン１４４がシリンダ１４０の伸長終端５３２で端壁に接触することになる。アクチュエータシャフト５１４がさらに伸長すると、プレート５００は、プレート５０４に対して「外」方向に移動する。アクチュエータシャフト５１４が静止要素５０６へと収縮するように、アクチュエータモーター５１０が通電されると、ピストン１４４が、シリンダ１４０の収縮終端５３３の方向へ移動する。今、アクチュエータモーター５１０が切られない場合、順応範囲の端に達すると、ピストン１４４がシリンダ１４０の収縮終端５３３で端壁に接触することになる。アクチュエータシャフト５１４がさらに収縮すると、プレート５００は、プレート５０４に対して「内」方向に移動する。
【００８４】
稼働中、ピストン１４４（および、その取り付けられた順応シャフト５２０）は、プレート５００に対し、その動作範囲内の、どこか事前に選択されたポイントの近傍内へ位置決めされ、そこでロックされるのが望ましい。通常、このポイントは、シリンダ１４０の２つの終端間の中間点となる；しかし、この位置が、２つの終端の一方、もしくは他方により近くに位置するのが望ましいアプリケーションがあってもよい。この近傍を、再び「順応中立領域」と呼ぶ。通常、順応中立領域は、全順応範囲のごく一部分である；例えば、４０から５０ｍｍの総順応範囲内の±３もしくは４ｍｍである。
【００８５】
ピストン１４４が、順応中立領域とシリンダ１４０の伸長終端５３２との間に位置する場合、それは「順応−伸長領域」にあると呼ぶことにする。同様に、ピストン１４４が、順応中立領域とシリンダ１４０の収縮終端５３３との間に位置する場合は、それは「順応−収縮領域」にあると呼ぶ。
【００８６】
ちょうど図５（ａ）にあるように、位置センサ５２８は、順応シャフト５２０に対する、プレート５００の相対的位置を感知するよう組み込まれる。位置センサ５２８は、精密エンコーダ、ポテンショメータなどから、リミットスイッチ、近接センサ、距離計などまで、多くの知られているタイプのいかなるものあってもよい。最低限の機能として、位置センサ５２８は、現在機構が３領域のどこにあるかを示すべきである：順応−伸長、順応−中立、順応−収縮。
【００８７】
ここで、機構５１３の動作を説明する。まず最初に、バルブ１４２は開かれる。続いて、線形アクチュエータ５０８が、位置センサ５２８と連動して、ピストン１４４を事前に決定した順応−中立位置に位置決めするために用いられる。ここで、バルブ１４２が、ピストン１４４と順応シャフト５２０を順応−中立位置に固定するために閉じられ、さらに、線形アクチュエータ５０８が、プレート５００をプレート５０４に対して所望位置に位置決めするために用いられる。例えば、所望位置は、テストヘッドもしくは負荷（図示せず）がドッキングされる位置であってもよい。ここで、線形アクチュエータ５０８が切られ、バルブ１４２が開かれる。ここで、プレート５００は、外力により順応状態で移動することが出来る；例えば、テストヘッドもしくは負荷がその最終ドッキング位置に移動させられるとき、ドッキング機構により生成される力。特定のアプリケーション、および／または、ユーザの好みにより、最終ドッキング位置が一旦達成されると、バルブ１４２は閉じられてもよいし、閉じられなくてもよい。また、特定のアプリケーション、および／または、ユーザの好みにより、テストヘッドもしくは負荷がドッキング解除されている間、バルブ１４２は開けられても、開けられなくてもよい。しかし、一旦ドッキングが解除されると、順応シャフト５２０は、線形アクチュエータ５０８によってプレート５００が運動を開始する前に、これまでの手順に従って順応−中立位置に配置され、かつ固定されるべきである。
【００８８】
図５（ｃ）は、アンバランス力がほとんどもしくは全く存在せず、摩擦力に起因して、順応力が優位を占めている、水平軸内での使用のための、さらに他の典型的な順応ドライブ機構５５０を示している。２枚の水平プレート５００、５０４、線形ガイドレール５０３ａ、５０３ｂ、ボールスライド５０２ａ、５０２ｂ、５０２ｃ、５０２ｄ、および、線形アクチュエータ５０８の配置と目的は、図５（ａ）に関して説明されたものと本質的には同じである。さらに、順応シャフト５２０は、図５（ａ）に示されたのと同様の方法で、Ｕリング５１６およびＵリングスピン５１８によって、アクチュエータシャフト５１４に接続される。図５（ｃ）に示されるように、線形ガイドレール５０３ａ、５０３ｂに沿った、プレート５００の、線形アクチュエータ５０８の方へ向かう運動は「内」方向、逆方向への運動は「外」方向である。
【００８９】
順応シャフト５２０は、内向き取付ブラケット５５４および外向き取付ブラケット５５２の双方を貫通し、内向き取付ブラケット５５４を、外向き取付ブラケット５５２より線形アクチュエータ５０８の近くに置くように、その双方をプレート５００の下側にしっかりと取り付ける。順応シャフト５２０が、内外方向の軸に沿い、取付ブラケット５５２、５５４に対して、自由に移動可能で、ボールスライド５０２ａ、５０２ｂ、５０２ｃ、５０２ｄは、これを達成するために使用されるのが望ましい。順応ストップ５５６は、２つの取付ブラケット５５２、５５４の間に配置された、順応シャフト５２０に所定位置でしっかりと取り付けられる。
【００９０】
外向きセンタリングアクチュエータ５５８の静止要素は、外向き取付ブラケット５５２に取り付けられており、内向きセンタリングアクチュエータ５６０の静止要素は、内向き取付ブラケット５５４に取り付けられている。これらの２つのセンタリングアクチュエータ５５８、５６０の各々の駆動要素は、アクチュエータ５５８または５６０へエネルギーを適切に適用するに際して、静止要素から外向きに伸長、もしくは、静止要素へと収縮する、プランジャーもしくはボールネジ機構である。（簡便さのために、用語「プランジャー」は、いずれが適切であるか文意上明確な場合に、いずれかのタイプの駆動要素を意味するよう用いている。）２つのアクチュエータ５５８、５６０は、プランジャーもしくはボールネジが、順応シャフト５２０の軸に対して本質的に同軸かつ平行となり、適切に通電される場合、プランジャーもしくはボールネジが、順応ストップ５５６方向に伸長するように、反対方向に取り付けられる。
【００９１】
内向きアクチュエータプランジャー５６４および外向きアクチュエータプランジャー５６２の一方もしくは両方が、結果として、順応ストップ５５６と、アクチュエータプランジャー５６２、５６４の一方もしくは両方の遠心終端との間に、スペースが出来るよう、十分に収納されるなら、順応運動範囲が設けられることが分かる。この条件が満たされるなら、プレート５００は、取付ブラケット５５２、５５４、順応シャフト５２０の摩擦力に加え、ボールスライド５０２ａ、５０２ｂ、５０２ｃ、５０２ｄと、線形ガイドレール５０３ａ、５０３ｂとの摩擦力に打ち勝つのに十分な外力により、線形ガイドレール５０３ａ、５０３ｂに沿って移動可能である。順応運動の利用可能な総範囲は、２つのアクチュエータプランジャー５６２、５６４の遠心終端間の距離から順応ストップ５５６の厚さを引いた値に等しい。従って、所望であれば、順応運動の範囲は、図５（ｃ）のシステム内のセンタリングアクチュエータ５５８、５６０により制御可能である；ところが、順応領域は、図５（ａ）および図５（ｂ）のシステム内で固定される。
【００９２】
また、内向きおよび外向きアクチュエータプランジャー５６４、５６２の双方が、それぞれ、同時に順応ストップ５５６に接触するように伸長される場合、次に、プレート５００は、順応シャフト５２０に対応した位置に固定されることが分かる。続いて、線形アクチュエータ５０８は、プレート５０４に対して、プレート５００を移動させ、位置決めするために使用可能である。
【００９３】
通常、ボールスライド５０２ａ、５０２ｂ、５０２ｃ、５０２ｄ、および線形ガイドレール５０３ａ、５０３ｂに関する摩擦力は、順応シャフト５２０と、内向きおよび外向き取付ブラケット５５４、５５２、それぞれの間の摩擦力より大きい。従って、順応運動が可能となるよう、センタリングアクチュエータプランジャー５６２もしくは５６４の一方または双方が十分収納され、次いで、線形アクチュエータモーター５１０が通電されると、順応シャフト５２０および順応ストップ５５６は、それぞれ、内向きおよび外向き取付ブラケット５５４、５５２に対して移動する。アクチュエータシャフト５１４が静止要素５０６から伸長するように、アクチュエータモーター５１０に通電されると、順応ストップ５５６は、外向きアクチュエータプランジャー５６２の方向へ移動する。アクチュエータモーター５１０が切られない場合、順応範囲の終端に達すると、順応ストップ５５６が外向きアクチュエータプランジャー５６２に接触することになる。アクチュエータシャフト５１４がさらに伸長すると、プレート５００は、プレート５０４に対して「外」方向に移動する。逆に、アクチュエータシャフト５１４が静止要素５０６へと収縮するように、アクチュエータモーター５１０が通電されると、順応ストップ５５６が、内向きアクチュエータプランジャー５６４の方向へ移動する。アクチュエータモーター５１０が切られない場合、順応範囲の終端に達すると、順応ストップ５５６が内向きアクチュエータプランジャー５６４に接触することになる。アクチュエータシャフト５１４がさらに収縮すると、プレート５００は、プレート５０４に対して移動する。
【００９４】
稼働中、順応シャフト５２０は、プレート５００に対し、その動作範囲内の、どこか事前に選択されたポイントの近傍内へ位置決めされ、そこに保持されるのが望ましい。通常、このポイントは、内向きおよび外向きセンタリングアクチュエータ５６０、５５８のそれぞれの間の中間点になるだろう；しかし、この位置が、２つのセンタリングアクチュエータ５６０、５５８の一方、もしくは他方により近くに位置するのが望ましいアプリケーションでもよい。この近傍を、再び、「順応中立領域」と呼ぶ。通常、順応中立領域は、全順応範囲のごく一部分である；例えば、４０から５０ｍｍの総順応範囲内の±３もしくは４ｍｍである。
【００９５】
順応ストップ５５６が、順応中立領域と外向きアクチュエータプランジャー５６２の遠心終端との間に位置する場合、それは「順応−外向き領域」にあると呼ぶ。同様に、順応ストップ５５６が、順応中立領域と内向きアクチュエータプランジャー５６４の遠心終端との間に位置する場合、それは「順応−内向き領域」にあると呼ぶ。
【００９６】
以下に議論するように、適切なセンタリングアクチュエータおよび設計手順が提供されるならば、図５（ｃ）内の有用なタイプのシステムが、プレート５０４に対するプレート５００の相対的位置を感知するセンサなしで、実現可能である。しかし、位置センサ５２８（図示せず）は、潜在的により精巧なシステムを実現する、この目的のために、任意に組込むことが出来る。位置センサ５２８は、精密エンコーダ、ポテンショメータなどから、リミットスイッチ、近接センサ、距離計などまで、多くの知られているタイプのいかなるものあってもよい。最低限の機能として、位置センサ５２８は、現在機構が３領域のどこにあるかを示すべきである：順応−内向き、順応−中立、順応−外向き。
【００９７】
位置センサ５２８を伴わないシステムを実現するには、そのプランジャー５６２、５６４を、所与の方向へ、最大範囲に達するまで移動させることが出来るように制御可能なタイプの、センタリングアクチュエータ５５８、５６０を用いることが望ましい。こうしたアクチュエータ５５８、５６０は、エネルギーが適用されると、直ちにその最大範囲に達し、エネルギーが除去されると、バネの戻りにより完全に収縮する、プランジャー５６２、５６４を備えたソレノイド装置と同じくらい簡単であってもよい。モーターおよびネジ機構を組込んだアクチュエータ５５８、５６０もまた、実現可能である。ネジが移動し過ぎるのを防ぐよう、アクチュエータ５５８、５６０にハードストップが組み込まれる場合、および、モーターが失速しても、オーバーヒートから適切に保護される場合は、ネジは、その進行限界に達し得る十分な時間の間、既知の方向へ単純に駆動可能である。さらに、モーター駆動ネジアクチュエータは、進行位置の終端に達したことを合図する、リミットスイッチを組み込んでいてもよい。さらなる代案では、ステッピングモーターの組み込みが可能であり、さらに、運動のステップ数を制御することにより、場合によっては、１つ以上のリミットスイッチと組み合わせて、位置の制御が可能であった。第２要件は、所望の結果のために、各アクチュエータプランジャー５６２、５６４のストロークの長さ、もしくは、ネジおよび内向きおよび外向き取付ブラケット５５２、５５４、並びにアクチュエータ５５８、５６０の配置を設計することである。以下を含む特定の評価基準。アクチュエータ５５８および５６０が、共に完全に伸長した状態にあるとき、順応ストップ５５６が所望の順応−中立位置にしっかり保持される；そして、アクチュエータ５５８、５６０の双方が完全に収納された状態にあるとき、所望の順応動作範囲が実現される。
【００９８】
ここで、位置センサを伴わない、図５（ｃ）の機構の動作を説明する。まず最初に、両センタリング５５８、５６０が、それらのプランジャー５６２、５６４もしくはネジを完全に伸長するように通電される。これは、順応シャフト５２０に対して、プレート５００を順応−中立位置に移動させる。図５（ｃ）のシステムにおいて、順応−中立位置を達成するこのステップでは、順応シャフト５２０が静止した状態にある間に、プレート５００が移動されることに留意するべきである；ところが、図５（ａ）および図５（ｂ）のシステムでは、順応シャフト５２０がこの目標を達成するために移動する間、プレート５００は固定されたままである。ここで、アクチュエータ５５８、５６０は、プレート５００を順応−中立位置に保つために、完全に伸長する位置でそのプランジャー５６２、５６４もしくはネジを支える状態に、配置される。非逆転可能モーター駆動アクチュエータを用いると、これは、単に電源を切るだけで達成される。ソレノイドアクチュエータなどの他のアクチュエータでは、エネルギー励起が適用された状態にしておくことが必要な場合もある。このように、プレート５００を順応−中立位置に保ち、線形アクチュエータ５０８は、プレート５０４に対して、プレート５００を所望の位置に位置決めするのに使用される。例えば、所望の位置は、テストヘッドもしくは負荷（図示せず）がドッキングされる位置であってもよい。ここで、線形アクチュエータモーター５１０が切られると、センタリングアクチュエータ５５８、５６０は、順応運動領域を生成するために、そのプランジャー５６２、５６４、もしくはネジを収縮させるように制御される。ここで、プレート５００は、外力により順応状態で移動することが出来る；例えば、テストヘッドもしくは負荷がその最終ドッキング位置に移動させられるとき、ドッキング機構により生成される力。特定のアプリケーション、および／または、ユーザの好みにより、最終ドッキング位置が一旦達成されると、センタリングアクチュエータ５５８、５６０は、事実上、プレート５０４に対してプレート５００をロックするために用いられてもよいし、用いられなくてもよい。また、特定のアプリケーション、および／または、ユーザの好みにより、テストヘッドもしくは負荷がドッキング解除されている間、プレート５００は、センタリングアクチュエータ５５８、５６０により、所定の位置に保持されてもよいし、されなくてもよい。しかし、一旦ドッキングが解除されると、順応シャフト５２０は、線形アクチュエータ５０８によってプレート５００が運動を開始する前に、これまでの手順に従って順応−中立位置に配置され、かつ固定されるべきである。
【００９９】
ここで、順応シャフト５２０に対するプレート５００の位置を感知するための、位置センサ５２８ａ（図示せず）も組み込んだ、図５（ｃ）に従うシステムを説明する。こうしたシステムでは、利用可能な位置フィードバックを利用するために、モーター操作センタリングアクチュエータ５５８、５６０を用いるのが、最も実用的である。アクチュエータプランジャー５６２、５６４もしくはネジの総ストローク、および、アクチュエータ５５８、５６０の配置は、上に説明した、位置センサ５２８ａを伴わないシステムほど、厳密ではない。そのプランジャー５６２、５６４が、ともに完全に収縮するとき、適切な順応運動範囲が実現するように；さらにまた、完全に伸長するとき、プランジャー５６２、５６４が、少なくとも順応−中立位置に達するように、アクチュエータ５５８、５６０が配置されれば十分である。動作は、位置センサ５２８ａが、順応ストップ５５６が順応−中立位置を達成したことを示すのに用いられる点を除いては、位置センサ５２８ａを伴わないシステムと本質的に同じである。また、エンコーダもしくはポテンショメータタイプの位置センサ５２８ａが用いられる場合は、制御システムの適切なプログラミングにより、機械的な構造を変えることなく、順応−中立領域の位置を変化させることが、図５（ａ）および図５（ｂ）のシステムと同様に図５（ｃ）のシステムで可能となるだろう。
【０１００】
図５（ａ）（および、また図５（ｂ）および図５（ｃ））の機構はまた、運動が、軸に沿う平行移動よりむしろ、軸の周りのボディーまたは負荷の回転である、回転軸にも適用可能である。この技術はまた、回転と平行移動の双方が組み合わさった運動にも適用することが出来る。図７は、縦軸１０２の周りで回転するボディー１００に適用された順応機構を示している。これは、テストヘッドマニピュレータにおける揺れ運動と同じである。図７の順応機構はまた、図５（ａ）の機構に対する代替実施例を示している。特に、図５（ａ）の機構は、ロッド（順応シャフト５２０）に取り付けられた、アクチュエータシャフト５１４もしくはネジ、および、ロッド（順応シャフト５２０）を作動させるロック１１８に取り付けられた、移動ボディ（プレート５００）を備えている。図７では、ロック１１８およびロッド（力ロッド１１２）の配置が、逆になっている；すなわち、アクチュエータシャフトもしくはネジ５１４は、順番に移動ボディー１００と結合する、力ロッド１１２を作動させる、ロック１１８に結合される。図７の動作は、図５（ａ）のそれに、完全に類似していることが分かる。以下では、図７に含まれる特徴を、より詳細に議論する。
【０１０１】
図５（ａ）から図５（ｃ）の実施例では、水平面内の運動軸のための順応、もしくは、他の状況でのいかなる有意なアンバランス力もない典型的実施例を記述してきた。図６（ａ）および図８（ａ）では、アンバランス力が有意で、位置が変化し、多くの場合予測不可能である駆動軸内の、アンバランス力および順応性を相殺するために、双方に釣り合う力を提供する機構を示している。これらの機構を「バランス−順応アクチュエータアセンブリ」（“ＢＣＡＡ”）と称する。
【０１０２】
図６（ａ）および図８（ａ）では、ボディー１００は、前記ボディーの重心から有意な距離離れた、１つの表面付近に位置するピボット軸１０２の周りを回転可能な、重い負荷（すなわち、テストヘッド）を表している。図６（ａ）および図８（ａ）のボディー６００は、ピボット軸１０２を支える保持構造の一部を表わす。例えば、ボディー１００は、ＤＵＴのインタフェース付近に位置する、それ自身のピッチもしくはタンブル軸を有するテストヘッドを表すことが可能であり、さらに、ボディー６００は、テストヘッドマニピュレータ（図示せず）のメインアームに接続した装置により、順番に支持されるテストヘッド保持クレードルの一部を表すことが可能であった。以下の議論では、他の方法が述べられない限り、ピボット軸１０２は水平面内にあるとものと想定している。ボディー１００が、ピボット軸１０２の直下にその重心が来ないように回転する場合、ボディー１００の重さによるモーメントは、ボディー１００の位置の関数であるアンバランスを生成することに留意すべきである。従って、順応力は、摩擦力およびケーブル力などの他の予想される影響のみならず、このモーメントに打ち勝つために必要な力も含んでいる。
【０１０３】
図６（ａ）および図８（ａ）に示され、説明される機構は、「テストヘッドマニピュレータのためのテストヘッドバランシングシステム（Ａ Ｔｅｓｔ Ｈｅａｄ Ｂａｌａｎｃｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ａ Ｔｅｓｔ Ｈｅａｄ Ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ）」と題された、ナイ（Ｎｙ）他による、および本願と同じ譲受人に譲渡される、米国仮特許出願シリアル番号第６０／２３４，５９８号内で説明されている概念を含むものである。具体的には、図１（ａ）、図１（ｃ）、図２（ａ）、図３（ａ）、図４（ａ）および図４（ｂ）は、仮出願第６０／２３４，５９８号内で説明されている。
【０１０４】
図示されていないが、図６（ａ）および図８（ａ）では、システムコントローラの存在が暗示されている。システムコントローラは、制御シーケンスを実行し、後述するアクチュエータおよびバルブへ、制御信号を供給する。さらに、システムコントローラは、やはり後述するセンサから、オペレータ入力およびフィードバック信号を受け取る。
【０１０５】
概観すると、図６（ａ）および図８（ａ）は、共に、ピボット軸１０２の周りでボディー１００を駆動する線形アクチュエータ５０８、ロック１１８を含む順応機構、力ロッド１１２、およびボディー１００の順応運動を可能にする２つの順応ストップ５２２、５２４、力ロッド１１２内に印加されるアンバランス力を測定する力センサ１２０、およびアンバランス力を相殺するために釣り合い力を発生させる二元動作空気圧シリンダ１２８を含んでいる。
【０１０６】
図６（ａ）および図８（ａ）は非常によく似ている。これらは、二元動作空気圧シリンダ１２８ボディーの支持方法が異なるだけである。従って、双方の図に共通する特徴は、以下に一緒に説明される；そして、相違点は、適切な場合には個別に記述される。
【０１０７】
図６（ａ）および図８（ａ）の双方では、そのモーター５１０を含む線形アクチュエータ５０８の静止要素５０６は、ベアリング６２０によってボディー６００に取り付けられている。線形アクチュエータ５０８の駆動要素は、モーター５１０が通電されたとき、静止要素５０６から伸長したり、静止要素へと収縮したりする、アクチュエータネジ５１４である。特に、モーター５１０が第１の回転方向へ回転するために通電されると、ネジ（アクチュエータ）は、静止要素５０６から伸張する；そして、モーター５１０が逆方向に回転するよう通電されると、アクチュエータ５１４は静止要素５０６内へと収縮する。通常、アクチュエータネジ５１４はボールネジである；しかし、適切であるなら、他のタイプのネジ、もしくは他のアクチュエータ手段を用いることが出来た。
【０１０８】
力ロッド１１２は、ベアリング１１６ａによりボディー１００に取り付けられる。図示されるように、力ロッド１１２は、ビスもしくは他の適切な手段により、アクチュエータネジ５１４の遠心終端にしっかりと取り付けられたロック１１８に係合されている。ロック１１８は、本技術分野で周知の、いくつかのタイプのうちの１つであってもよい。選択されたロックのタイプに依存して、電気的信号、空気圧入力、もしくは特定のアプリケーションに適切な他の手段により、それは制御可能である。ロック１１８が活性化されているときに、しっかりと力ロッド１１２を把持し、そして、次に、事実上、力ロッド１１２は厳密な方法でアクチュエータネジ５１４に取り付ける。従って、ロック１１８が活性化している場合、ボディー１００は、アクチュエータネジ５１４に対する移動を抑制される。ロック１１８が非活性化している場合、力ロッド１１２は、ロック１１８に滑り込んで、本質的にアクチュエータネジ５１４の軸に平行な直線に沿い、移動可能である。その結果、ロック１１８を活性化して、暫時空気圧シリンダ１２８およびいかなるアンバランス力とも無関係に、線形アクチュエータ５０８は、ボディー１００をピボット軸１０２の周りでボディー６００に対して回転させるために使用可能である。加えて、ロック１１８がロックされていない場合、ボディー１００は、十分な外力に反応して、アクチュエータネジ５１４およびボディー６００に対し自由に移動可能である；そして、その結果、ボディー６００に対する、ボディー１００の順応運動が達成される。つまり、それは、ロック１１８が非活性化している場合、外力に応答して、そのピボット軸１０２の周りの、およびボディー６００に対する、ボディー１００の順応運動が可能となる。順応運動量を制限するために、伸長順応ストップ５２２および収縮順応ストップ５２４が、力ロッド１１２にしっかりと取り付けられる。伸長順応ストップ５２２は、ロック１１８とボディー１００との間に位置する。収縮順応ストップ５２４は、ロック１１８と力ロッド１１２の遠心終端との間の、ロック１１８の反対側に位置する。
【０１０９】
双方向力センサ１２０は、力ロッド１１２に沿う力を測定するように、力ロッド１１２に結合される。力センサ１２０は、双方向ロードセル、容易に利用可能な装置を用いて、実装可能である。ロードセルは、測定された力と共に単調に変化する、電気信号出力を提供する周知の方法で、ブリッジ回路に配置可能なひずみゲージを組み込んでいる。アナログ−デジタル変換およびプロセッサを用いることにより、力ロッド１１２を伝わる力が、自由運動に対して許容可能最大量より大きいか否か；そして、その場合は、力の方向を判断可能である。これに代わり、アナログコンパレータ回路は、有意な力アンバランスの存在と方向を示す、ｇｏ／ｎｏｇｏ信号を生成する公知の方法で使用可能であった。
【０１１０】
前述の順応ストップ５２２、５２４は、線形アクチュエータ５０８が固定された伸張の状態で、ボディー６００に対する力ロッド１１２の進行を制限するのに役立つ。シャフトロック１１８が係合されていない場合、力ロッド１１２は、ボディー１００に作用する外力により、２つの順応ストップ５２２、５２４の間の距離「Ｃ」から、シャフトロック１１８の幅「Ｌ」を減算することにより定義される進行範囲上を移動可能であり、これはボディー１００のための順応動作範囲を定義する。すなわち、シャフトロック１１８が解除されると（さらに、線形アクチュエータ５１０は切られているのが好ましい）、ボディー１００は、順応力に打ち勝つのに十分な外力により、距離Ｃ−Ｌを通る力ロッドの対応運動によって定義される角度で、ピボット軸１０２の周りに回転可能である。図６（ａ）もしくは図８（ａ）のいずれかでは、ロック１１８が力ロッド１１２に対して移動すると、空気圧シリンダ１２８内のピストン１３０もまた移動することになる。重要なのは、ピストン１３０の利用可能な総ストロークが、ピストン１３０および空気圧シリンダ１２８に順応ストップ５２２、５２４を妨げさせないものでなければならないことである。
【０１１１】
ロック１１８がアンロックされ、ボディ１００がピボット軸１０２の直下にその重心が来ないような角度まで回転し、２つの順応ストップ５２２、５２４の一方あるいは他方が、ロック１１８に接触するのが分かる。これは、ボディー１００の重さにより引き起こされるピボット軸１０２の周りのモーメントが、システム内の静止摩擦力、ボディー１００に働く空気圧シリンダ１２８およびピストン１３０に起因する力、およびシステムに作用するいかなる他の力にも、打ち勝つだけの大きさである場合に、実現される。こうした状態で、アクチュエータモーター５１０に通電すると、ボディー１００がピボット軸１０２を中心に回転することになるのは明白である。これは必ずしも、好ましい動作モードというわけではない；むしろ、これは、本発明の典型的実施例のための、様々な動作シーケンスを考える場合に、念頭におくべき状況である。
【０１１２】
稼働中、ロック１１８は、力ロッド１１２に対し、その運動範囲内の、どこか事前に選択されたポイントの近傍内の位置へ移動し、そこでロックされるのが望ましい。通常、このポイントは、２つの順応ストップ５２２、５２４間の中間点になるだろう；しかし、この位置が、２つの順応ストップ５２２もしくは５２４の一方、もしくは他方により近くに位置するのが望ましいアプリケーションでもよい。ここでは、この近傍を「順応中立領域」と称する。通常、順応中立領域は、全順応範囲のごく一部分である；例えば、４０から５０ｍｍの総順応範囲内の±３もしくは４ｍｍである。
【０１１３】
さらに図６（ａ）および図８（ａ）を参照すると、ロック１１８が、順応中立領域と伸長順応ストップ５２２との間に位置する場合、それは「順応−伸長領域」にあると呼ぶことにする。同様に、ロック１１８が、収縮順応ストップ５２４上の順応中立領域の間に位置する場合は、それは「順応−収縮領域」にあると呼ぶ。
【０１１４】
ロック１１８がアンロックされ、次いで順応−中立位置に移動するには、ボディー１００がバランス状態にあることが必要な場合もある。このバランスは、例えば、以下を含む、多くの可能な方法で実現し得る：重心をピボット軸１０２の下に位置させ、および／または、外力を適用する。しかし、説明されるように、空気圧シリンダ１２８およびピストン１３０の目的は、制御可能な釣り合い力の発生源を提供することである。
【０１１５】
位置センサ６１２は、ロック１１８に対する力ロッド１１２の位置を感知するために設けられる。位置センサ６１２は、精密エンコーダ、ポテンショメータなどから、リミットスイッチ、近接センサ、距離計などまで、多くの知られているタイプのいかなるものあってもよい。最低限の機能として、位置センサ６１２は、現在機構が３領域のどこにあるかを示すべきである：順応−伸長、順応−中立、もしくは順応−収縮。
【０１１６】
二元動作空気圧シリンダ１２８は、いかなるアンバランス力も打ち消す力を発生させるために設けられる。目標は、ボディー１００に働くネットおよび／またはトルクを、ボディー６００対するボディー１００の順応運動を可能にする許容レベルにまで、最小化することである。これが達成されると、ボディー１００は、「バランス状態」にあると言ってもよい。バランス状態にある場合、総順応力の成分となる、「残存アンバランス力」が存在することもある点に留意すべきである。図６（ａ）では、二元動作空気圧シリンダ１２８が、適切な取り付けハードウェア６２４とベアリング６２２により、ボディー６００に取り付けられている。図８（ａ）では、二元動作空気圧シリンダ１２８は、ブラケットを用いて、ロック１１８に取り付けられている。図６（ａ）および図８（ａ）の双方では、空気圧シリンダ１２８は、シリンダ１２８軸と同軸であるコネクティングロッド１１４と結合するピストン１３０を含んでいる。コネクティングロッド１１４は、空気圧シリンダ１２８の終端を通り抜けて、ボディー１００に向かって伸長し、さらにそれはベアリング１１６ｂによりボディー１００と結合されている。図６（ａ）および図８（ａ）では、２つの別々のベアリング１１６ａ、１１６ｂによりボディー１００に取り付けられた、コネクティングロッド１１４およびロッド１１２を示しているが、そうでなければ、図８（ａ）と同じである図８（ｂ）のように、、ベアリング１１６ａ、１１６ｂを用いて、ロッド１１４、１１２を共同でボディー１００に結合させる、ブラケットなどの使用を含めた、代替構造も可能である。図８（ｂ）は、事実上、ロッド１１４、１１２を結合するブラケット８００を用いて、１つに結合されたロック１１８とシリンダ１２８とを示している。
【０１１７】
高圧空気供給装置６０２は、空気圧シリンダ１２８を操作する空気源を提供する。通常、半導体試験施設では、１平方インチあたり８０から１００ポンドの空気圧が、適切かつ利用可能である。空気圧シリンダ１２８は、ピストン１３０のいずれの側にも１つずつ、一般にはシリンダ１２８の各終端付近に、２つの空気入口１３２、１３４を有している。第１空気入口１３２は、配管により第１アキュムレータ６０８ａと結合し、さらに第２空気入口１３４は、配管により第２アキュムレータ６０８ｂと結合している。第１および第２アキュムレータ６０８ａ、６０８ｂは、適切な配管により、それぞれ第１および第２バルブ６０４ａ、６０４ｂと結合し、そして、第１および第２バルブ６０４ａ、６０４ｂの双方は、適切な配管により、空気供給装置６０２へ結合している。第１および第２バルブ６０４ａ、６０４ｂは、コントローラにより制御されるが、そのコントローラは図示されていない。
【０１１８】
加えて、２つのバルブ６０４ａ、６０４ｂは、それぞれ、空気をシリンダ１２８並びにアキュムレータ６０８ａ、６０８ｂから排出させる排気口を有している。バルブ６０４ａ、６０４ｂの各々は、以下の３つの位置のうちの１つに配置可能である。：
・「注入位置」は、空気を、空気供給装置６０２から、アキュムレータ６０８ａもしくは６０８ｂ、およびシリンダ１２８へ流す。
・「排気位置」は、排気口経由で、空気を、アキュムレータ６０８ａもしくは６０８ｂ、およびシリンダ１２８から大気中へ流す。
・「オフ位置」は、バルブ６０４ａもしくは６０４ｂ経由で、空気が、アキュムレータ６０８ａもしくは６０８ｂ、およびシリンダ１２８から出入りするのを妨げる。
バルブ（６０４ａおよび６０４ｂ）の多くの異なる構成が、市販されている。例えば、図示されている単一の独立バルブ（６０４ａおよび６０４ｂ）に加えて、空気がピストン１３０の一方の側で注入されると、他方の側から自動的に空気が排気されるように、一方のバルブが注入位置にある場合他方は排気位置にあるような形で構成された、２つのバルブを有するユニットもある。
【０１１９】
上に示されるように、空気圧シリンダ１２８の目的は、負荷、この例では、ボディー１００に加わるアンバランス力を相殺する力を発生させることである。例えば、ボディー１００を、その重心がピボット軸１０２から水平にオフセットされるような角度で回転させたとする。すると、ボディー１００の重さは、ピボット軸１０２の周りでトルクを生成するアンバランス力であり、それは、重心をピボット軸１０２の直下位置に移動させる方向に作用する。このトルクの大きさおよび方向は、ピボット角度の大きさと方向と同様に、重さの関数であり、そこでは、ピボット角度は、重心からピボット軸１０２までの最短距離に対する、ピボット軸１０２からの重心の水平変位の比のアークサインである。アンバランスは、可変であり負荷位置の関数であることが理解される。空気圧シリンダ１２８は、ピストン１３０の２側面の空気圧の違いに従って、そのピストン１３０上に力を発生させる。この力は、コネクティングロッド１１４に沿って送られ、ボディー１００に対して、コネクティングロッド１１４の軸の延長となる線により決定された位置および方向で作用する。本装置は、この力の線が、対象の回転角度の全範囲で、ピボット軸１０２を横切らないよう配置されている。従って、ピストン１３０は、ボディー１００の重さによって生成されたアンバランストルクに等しくて反対方向のトルクを、ピボット軸１０２の周りのボディー１００上に作成可能であり、それにより、ボディー１００はバランス状態を達成することになる。空気圧装置により発生する力は、ここでは、「釣り合い力」と称する。
【０１２０】
稼働中、バルブ６０４ａ、６０４ｂは、通常オフ位置にある。ピストン１３０の一方の側の圧力を増加させるには、対応するバルブ（６０４ａもしくは６０４ｂ）を注入位置に切り換える。達成される圧力変化は、シリンダ１２８における現在の圧力、空気供給装置における圧力、およびバルブ（６０４ａもしくは６０４ｂ）が操作される時間の長さの関数である。ピストン１３０の所与の側面の圧力を減少させるには、対応するバルブ（６０４ａもしくは６０４ｂ）を排気位置に切り換える。ここで、達成される圧力変化は、シリンダ１２８における現在の圧力、およびバルブ（６０４ａもしくは６０４ｂ）が操作される時間の長さのみの関数である。つまり、バルブ（６０４ａもしくは６０４ｂ）を操作可能な最短時間により、所与の初期シリンダ圧で達成される、シリンダ１２８における圧力の最小増加量が決定されることになる。この最小時間は、通常、８から１０ミリセカンドである。コネクティングロッド１１４上に作用可能な釣り合い力の最小増加量は、圧力の最小増加量と、ピストン１３０の面積との積により決定される。構成要素とパラメーターとの適切な選択により、２ポンド未満の釣り合い力の増加量を得ることが可能であり、さらにこれは、アンバランスをどの程度厳密に中和可能かを決定する。
【０１２１】
ボディー１００がボディー６００に対する特定位置にあり、釣り合い力が空気圧シリンダ１２８とピストン１３０によって確立され、さらに、この状態で、ボディー１００がボディー６００に対しわずかに動かされるなら、ピストン１３０はシリンダ１２８内を移動し、ピストン１３０のいずれかの側面の空気量の変化に応じて、確立した釣り合い力は変化するだろう。特に、圧力差は、機械的スプリングと同様の、ピストン１３０の変位に伴って単調に増加する。ピストン１３０の所与の側面に加わる空気圧は、体積に逆比例して変化する。しかし、空気体積の変化が比較的小さな変位では、同等な「バネ定数」Ｋを用いるなら、同等なスプリング力が、変位とほぼ線形に変化する。すなわち、Ｆ＝Ｋｘであるが、ここで、Ｆは力の変化、ｘはピストン１３０の変位の変化である。力が運動範囲にわたって明らかには変化しないよう、Ｋを小さくすることが望ましい。Ｋは、ピストン１３０の変位の増加量あたりの圧力変化に対する空気の全体積により、ある程度決定され；それは、ＶおよびｄＰ／ｄｘによるが、ここで、Ｖは体積、Ｐは圧力である。ピストン１３０が、移動の一方の終端に近づくのに応じて、Ｖは小さく、ｄＰ／ｄｘは指数関数的に大きくなり、従って、Ｋは、Ｆと同様に増加する。上に説明したアキュムレータ６０８ａ、６０８ｂの追加は、Ｖをかなり増加させ、さらにｄＶ／ｄｘとｄＰ／ｄｘを許容出来る値まで制限するのに役立つ。これは、順応範囲にわたって、Ｋを比較的低い一定値にし、もしくは、明らかに望ましい、「ソフト・スプリング」効果として知られているものを提供する。
【０１２２】
図６（ａ）および図８（ａ）に示された装置の構成要素を簡潔に説明してきたので、ここで、システムのさらなる詳細、および動作についての記述を行うことにする。
【０１２３】
バランス状態を達成するために、最初に、ロック１１８は、ボディー１００の運動を防ぐためにロックされる。続いて、コントローラは、力センサ１２０から引き出される信号に応答して、適切な方法でバルブ６０４ａ、６０４ｂを操作し、釣り合い力をボディー１００に適用させる。コントローラは、力ロッド１１２内の力の大きさを、最大許容アンバランス力を表す、所定の閾値より小さな値にまで減少させるのに十分な、大きさと方向になるまで、釣り合い力を調整する。状況により、通常、この閾値は５から１０ポンド未満である；さらに、システムの設計で留意される場合は、１から２ポンド程度の低さとなり得る。この状況が達成されると、ボディー１００は、「バランス状態」にあると考えられ、本来のアンバランス力と、ピストン１３０で発生した釣り合い力との差は、「残存アンバランス力」と称される。
【０１２４】
今度は、ボディー１００がこうしたバランス状態にあり、ロック１１８は、２つの順応ストップ５２２、５２４のどちらか一方から遠くに、ロックされて位置決めされているとする。ここで、ロック１１８が解除されている場合、いかなる残存アンバランス力でも、空気圧シリンダ１２８およびピストン１３０に関する起動抵抗の影響を含む、システムの静止摩擦力未満であるなら、ボディー１００およびロック１１８は移動しない。この状態に到達すると、ボディー１００は、「全バランス」であると呼ばれる。しかし、残存アンバランス力が総静止摩擦力に打ち勝つのに十分である場合は、ボディー１００は、「ほぼバランス」であると呼ばれる。ボディー１００がほぼバランスであり、ロック１１８が解放される場合、ロック１１８は２つの順応ストップ５２２もしくは５２４のうちの１つへ向って移動する。ロック１１８が、順応ストップ（５２２もしくは５２４）に接触して止まるか否かは、アンバランス力および釣り合い力の双方が、位置の変化の関数として、いかに変化するかに依存することだろう。全バランス状態になるには、より大きな精度と、それに応じた、より大きなシステム・コストを必要とし、その後ほぼバランス状態になることは理解されるところである。
【０１２５】
ここで、ボディー１００がバランス状態にあり、さらに、力ロッド１１２が順応中立領域にある状態を、「順応準備完了」という語句で示すことにする。一般に、バランス状態は、ロック１１８が解除されても、ボディー１００が動かない、全バランス状態にあることが好ましい。
【０１２６】
通常の状態では、初期には、ボディー１００はバランス状態にはなく、ボディー６００に対して任意の位置にあると想定し得るだろう。また、順応準備完了状態を達成するのが望ましいとも想定される。この状況で、アンバランス力は、力ロッド１１２と力センサ１２０によって支持され、測定される。ロック１１８が解除された状態にあり、アンバランス力がはっきり感知されるなら、力ロッド１１２は、その順応範囲の一方もしくは他方の端部に存在する可能性が最も高い；そして、アンバランス力は、順応ストップ（１２２もしくは１２４）に接触したロック１１８によって、力ロッド１１２からアクチュエータネジ５１４まで運ばれるだろう。しかし、ロック１１８がロック状態にあるなら、アンバランス力は、直接力ロッド１１２からロック１１８へ、そして、そこからアクチュエータネジ５１４へと運ばれるだろう。
【０１２７】
所望される順応準備完了状態を達成するには、いくつかの可能な方法がある。しかし、いかなるコントロール動作の前にも、ボディー１００および他のマニピュレータ装置が、続くバランスもしくは順応範囲位置決め処理を妨害し得る、いかなる異物もしくは構造にも接触停止していないことを確保するよう、留意すべきである。若干の例では、最初にボディー１００を、どこか望ましい位置へ移動させることが必要な場合もある。こうした場合は、既には作動していない場合は、ロック１１８が先ず作動し、その後、所望の動きを起こすために、線形アクチュエータ５０８が利用される。また、もし存在するならば、他のマニピュレータ軸の動きが必要となることもある。前記の動きは、手動手段によって達成されることもあり、線形アクチュエータ５０８を操作するために、コントローラへの押しボタンコマンドの使用を含んでいてもよい。代わりに、コントローラは、自動位置決めシーケンスにおいて、位置フィードバックに結合して、線形アクチュエータ５０８を利用し得る、適切なアルゴリズムを備えていてもよい。ボディー１００を望ましい位置におき、順応準備完了状態を達成させる、いくつかの可能性がある。特定の方法の設計と選択は、手近のアプリケーションの明細に依存する。以下で説明されるのは、それぞれの潜在的アプリケーションを示すコメントを伴った、２つの選択されたアプローチである。いずれの場合も、ロック１１８は、順応−中立位置にないと想定されている。
【０１２８】
アプローチ１：
このアプローチは、図１５（ｂ）のフローチャートに示されるように、バランスをとることが、常に全バランス状態となるよう、システムが設計されている必要がある。これは以下のステップシーケンスを含む：
１． ステップ１５１０に示されるように、ロック１１８は、それが既にはロックされていない場合、ロックされる。
２． ステップ１５１１に示されるように、ボディー１００が、以前の手順に従ってバランスをとる。
３． ステップ１５１２に示されるように、ロック１１８が解除される。
４． ステップ１５１３に示されるように、線形アクチュエータ５０８が、ロック１１８を順応−中立位置に位置決めするために用いられる。
５． 再びＳｔｅｐ１５１４に示されるように、ロック１１８が再びロックされる。
６． ステップ１５１５に示されるように、ボディー１００は、ステップ１５１３から生じたアンバランスにおけるどんな変化にも順応するよう、再びバランスをとる。
７． ステップ１５１６に示されるように、ここでボディー１００は、ロック１１８がロックされた状態で、全バランスであり、順応準備完了状態にある。
ステップ１５１３では、成功するために、２つの条件が満足される必要があることを、認識すべきである。第１に、ロック１１８が解除されてもボディー１００が静止状態にとどまるよう、ステップ１５１３で達成されるバランスは、全バランス状態であることを要する。第２に、ロック１１８と力ロッド１１２との間の摩擦力が、空気圧シリンダ１２８におけるピストン１３０の起動抵抗力を含んで、システムの残りの部分の静止摩擦力未満である必要がある。
【０１２９】
アプローチ２：
このアプローチは、図１５（ｃ）のフローチャートに示されるように、バランスをとることが、常に全バランス状態となるよう、システムが設計されている必要はない。これはバランスをとることが、全バランス、もしくはほぼバランスのいずれかの状態で働く。これは以下のステップのシーケンスを含む：
・ ステップ１５２０に示されるように、ロック１１８が解除される。
・ ステップ１５２１に示されるように、位置センサ６１２から得られるフィードバックに基づき、コントローラは、力ロッド１１２がロック１１８に対して移動するよう、所望された方向へのピストン１３０の運動を引き起こす二元動作空気圧シリンダ１２８内の空気圧操作を行うために、バルブ６０４ａ、６０４ｂを操作する。これは、結果的に、ロック１１８に対し、力ロッド１１２を所望された方向へ移動させる。
・ ステップ１５２２に示されるように、順応−中立位置に達すると、ステップ１５２１での移動は止められる。ロック１１８は、移動を止めるブレーキとして用いられてもよい。
・ ステップ１５２３に示されるように、ロック１１８がロックされる。
・ ステップ１５２４に示されるように、上の手順に従って、ボディー１００のバランスをとる。
・ ステップ１５２５に示されるように、ここでボディー１００は順応準備完了状態であるが、必ずしも全バランス状態であるというわけではない。
【０１３０】
ステップ１５２１およびステップ１５２２では、ピストン１３０が原動機であることに留意されたい。特にピストン１３０の起動抵抗力を含む、システムの静止摩擦力を考慮すると、ロック１１８に対して力ロッド１１２を位置決めさせる制御アルゴリズムは、実現が困難であるかも知れない。（アプローチ１では、線形アクチュエータ５０８が制御原動機であり、システムのスティクションに打ち勝つのに十分な力を、通常供給可能であることに留意されたい。）当業者が、ロック１１８を適用する以前に、ボディー１００を所望の位置で停止させようとする場合、これがあてはまる。しかし、また、適切なロック１１８は、ブレーキとして用いられてもよく、ボディー１００が所望の順応−中立位置に移動したとき、ロック１１８を適用することにより、運動を停止させることが出来る。
【０１３１】
テストヘッドマニピュレータシステムでは、２つの予想動作のうちの１つは、順応準備完了位置を達成した後となりそうである。第１の可能性は、テストヘッド１００のドッキング準備が出来ているということである。この場合、ドッキングアクチュエータとドッキング・ガイド機構（図６（ａ）および図８（ａ）には図示せず）が初期係合するよう、それを少し移動してもよい。ドッキング装置は、通常、こうした位置で、デリケートな電気接触がまだなされず、さらに、損傷を受ける危険もないよう設計される。通常、この小さな運動は、順応準備完了位置を乱すには不十分である。ロック１１８がロックされている場合、ここで、それを解除することが出来る。運動を引き起こすのに十分なわずかな残存アンバランスがある場合、その運動は、結果として、ドッキング装置のドッキングガイド部品間で接触を起こさせるだけである。ボディー１００は、ここで順応的に移動可能であり、ドッキングアクチュエータは、ここで、完全にドッキングされた位置へテストヘッド１００を引くために係合してもよい。
【０１３２】
第２の可能性は、マニピュレータ装置（図６（ａ）および図８（ａ）には図示せず）を伴ってテストヘッド１００が、現在の位置から新しい位置まで移動されることである。この場合、望ましくは、順応−中立位置を維持するためにロック１１８をロックし、そして、２番目の所望の位置にボディー１００を動かすのが望まれているように、線形アクチュエータ５０８を使用することができる。ボディー１００は、そのように移動されると、それに作用するアンバランス力にも変化があり得ることに留意するべきである。従って、ボディー１００が前記第２位置に到達すると、それは再びバランスをとるべきである。一旦バランスをとると、ボディー１００は、順応−中立位置内にロックされた状態のままであるため、順応準備完了状態である。所望されるならば、ロック１１８は解除されてもよく、ボディー１００は、ピボット軸１０２の周りで順応的に移動されてもよい。
【０１３３】
理想的には、順応準備完了状態の達成プロセスは、システムに何らかの変化、例えば、ボディー６００に対するボディー１００の位置を含む、が生成されてしまうまでは、一度実行されるだけで、繰り返される必要はないだろう。しかし、空気圧シリンダシステムは、空気の漏洩およびそれに対応した圧力損失を受けるため、さらに、バランスもしくは順応準備完了状態を達成するために必要な手順は、必要に応じて定期的に繰り返されるべきである。典型的実施例では、必要な手順が繰り返しを必要とするまで、システムはおよそ１０分間以上充分な空気を保っている。典型的な動作では、サイクルは、数分（例えば、５分から８分）ごとに、自動的に繰り返すことが可能であった。空気の漏出と空気圧力差の損失から起こる他の考察は、テストヘッドが長時間ドッキングされる場合、釣り合い力が失われることである。これは、例えば、連続して何分も、あるいは何時間もテストを行う場合に起こることである。ドッキングされている間、テストヘッドはドッキング機構によりしっかりと保たれ、釣り合い力は、以上の方法により回復されることは出来ない。従って、ドッキング解除の間、ボディー１００がアクチュエータネジ５１４に対してしっかり保たれるように、ロック１１８は最初にロックされなければならない。続いて、ドック作動機構により駆動されるドッキング解除運動は、ボディー６００、１００間の相対運動が必要とならないようにするべきである。代替手段として、システムは、任意の圧力センサ（６０６ａ、６０６ｂ）を装備することが可能であり、さらに、シリンダ１２８圧力は、ちょうどドッキングが始まるように、記録可能であった。ドッキング解除の直前に、適切な釣り合い力を回復するシリンダ１２８圧力が、回復可能であった。これによって、ドッキング解除の間、ロック１１８が解除され、さらにボディー１００の順応的移動が可能になるだろう。
【０１３４】
ここまでの議論は、ピボット軸１０２が水平面に位置することを想定しており、これは、本発明の原理を示すのに充分であった。しかし、ピボット軸１０２は、他の方向付けも可能である。対象の特定の構成は、ボディー１００が、順番にテストヘッドを支えるマニピュレータコラムのための支持構造を表す、垂直ピボット軸に関する場合であろう。この場合、ピボット軸１０２は、マニピュレータのスイング軸に対応する。テストヘッドケーブルの曲がりにより発生する力のため、アンバランス力が、こうした軸に存在する場合もある。この場合存在していない、以前に説明された重力によるアンバランス力と比較すると、ケーブルによるアンバランスは、一般に、予測不能な形で変化する。それにもかかわらず、図６（ａ）もしくは図８（ａ）のいずれの機構も、ケーブル力の順応性および釣り合いを有する駆動スイング軸を、事実上提供するために使用可能であったことは明確である。例えば、図６（ｂ）は、回転軸が垂直、すなわち、スイング軸である、軸１０２に適用された図６（ａ）に示されるタイプのＢＣＡＡを示している。また、ケーブル力が小さく、無視しうるものであるなら、図６（ａ）に示されたような、二元動作空気圧シリンダ１２８を伴わない機構の簡易型フォーム、および関連装置が、事実上、使用可能であったことも認識される。従って、図７は、何らの反力も必要としない。スイング軸１０２へのアプリケーションを示している。図７は、力センサ１２０および空気圧シリンダ１２８反力装置が取り外されている点で、図６（ａ）と異なっている。図７は、図７内のアクチュエータシャフト５１４が、直接ロッド５２０などのロッドに対するよりむしろ、ロック１１８に対して結合されている点を除いては、図５（ａ）の順応機構と同じものである。
【０１３５】
説明されているように、図６（ａ）および図８（ａ）のＢＣＡＡは全く同じものである。２つの構成のいずれを使うかの選択は、通常、アプリケーションの物理的構成の詳細に基づく。例えば、図８（ａ）は、軸１０２および、それに応じて、線形アクチュエータ５０８内の、運動の要求範囲が、順応運動の要求範囲より遥かに大きな場合に、適切なものとなるだろう。これは、図８（ａ）では、シリンダ１２８内のピストン１３０のストロークが、順応運動を適応させるのに充分であればよいだけだからである；ところが、図６（ａ）でのピストン１３０のストロークは、軸１０２の動作全体範囲を適応させなければならない。結果として、図８（ａ）では、より小さな、より高価でない空気圧シリンダ１２８およびピストン１３０アセンブリが利用可能である。図６（ａ）が望ましいとされる例としてはＢＣＡＡのすべての部品を近接して一緒に置くことが不可能な、空間制限がある状況であろう。特に、図６（ａ）では、空気圧シリンダ１２８およびピストン１３０サブアセンブリは、アクチュエータ５０８、ロック１１８、力ロッド１１２、および関連要素、およびセンサを含むサブアセンブリから離れて配置されてもよい。
【０１３６】
図９（ａ）は、典型的なマニピュレータシステムアプリケーションで使用される、図８（ａ）の、２つのバランス−順応アクチュエータアセンブリ（ＢＣＡＡ）機構の、典型的アプリケーションの例を示している。図９（ａ）では、ある機構がテストヘッド１００のヨー軸９３４に作用し、第２機構が同じテストヘッド１００のピッチ軸９３６に作用する。簡便さのため図示しない単一の制御システムは、必要な制御を実行するために、全マニピュレータシステムと同様に、２つのＢＣＡＡにわたって提供される。
【０１３７】
図９（ａ）では、テストヘッド１００は、上部表層９０１にテストインタフェースを伴って示されている。ＤＵＴボード９００は、テスト中の装置を、テストヘッド１００内に位置するテストヘッドピンエレクトロニクス（図示せず）に適切にインターフェースするために必要な、インタフェース回路および接続装置を提供する。
【０１３８】
また、破断図に示されているのは、４つのドッキングカム９１０のうちの３つ、４つのガイドピン９１２のうちの３つ、ケーブル９１５、ケーブルドライバー９１７、および、ドッキングハンドル９１４を含む、ドッキングアセンブリ９１６の一部である。概観すると、テストヘッド１００を装置ハンドラ（図示せず）、ウエハプローバなどのテスト装置とドッキングするために、テストヘッド１００は、先ず、ガイドピン９１２が、テスト装置に取り付けられた、合わせドッキングアセンブル（図示せず）上の合わせドッキング穴（図示せず）に、部分的に挿入されるよう、操作される。ここで、ドッキングカム９１０は、合わせドッキングアセンブリ（図示せず）上の合わせカムフォロア（図示せず）と係合する。ここで、ケーブルドライバー９１７を回転させるために、ドッキングハンドル９１４を回転させる外力を適用してもよい。ケーブルドライバー９１７が回転するのに応じて、その運動は、ケーブル９１５を通してドッキングカム９１０を同期して回転させるために伝えられ、これにより、テストヘッド１００は、最終ドッキング位置に引かれる。ドッキングハンドル９１４、ケーブルドライバー９１７、およびドッキングカム９１０が、テストヘッド１００を所定位置へと引く間、テストヘッド１００は、望ましくは、自由度６の全てで、好適に順応して移動可能である。このドックは、後に議論する、図１２（ａ）から図１２（ｄ）にさらに詳細に示されている。また、このドックは、参照により本願明細書に組み込まれた、スミス（Ｓｍｉｔｈ）による米国特許第４，４８９，８１５号明細書に説明されている、２つのガイドピン９１２およびカム９１０を用いたドックを、拡張して実現したものである。さらに他のこのタイプのドックは、３つのガイドピン９１２およびカム９１０を使用している。さらなる情報は、テストハンドブック（ＴＥＳＴ Ｈａｎｄｂｏｏｋ）に見出すことが出来るだろう。
【０１３９】
テストヘッド１００は、例えば、ホルト（Ｈｏｌｔ）による米国特許第５，０３０，８６９号明細書、および米国特許第５，４５０，７６６号明細書、およびテストハンドブック（ＴＥＳＴ Ｈａｎｄｂｏｏｋ）に説明されているように、テストヘッドマニピュレータ（図示せず）の典型的なケーブルピボットリング９２４に取り付けられている。図９（ａ）は、ケーブルピボットリング９２４に取り付けられたテストヘッドマウント９２６を示しており、テストヘッドサポートビーム９２２の第１終端は、前記テストヘッドマウント９２６に取り付けられている。テストヘッドサポートビーム９２２の軸は、ケーブルピボットリング９２４の平面と直交しており、軸の延長は、ケーブルピボットリング９２４の中央を通り抜けている。テストヘッドサポートビーム９２２は、テストヘッド１００の後部の穴９２０を通って延び、円形ベアリングアセンブリ９０５の外リング９０４にしっかりと取り付けられる。内リング９０２は内部に配置され、円形ベアリングアセンブリ９０５の外リング９０４によって支えられる。内リングおよび外リング９０２および９０４は、それぞれ円形、コプレーナ、および同心である。ヨー軸９３４は、２つのリング９０２、９０４の平面に垂直であり、それらの共通の中心を通り抜けている。内リング９０２は、外リング９０４の内部でヨー軸９３４の周りに回転する。２つの付属シャフト９０６は、外リング９０４内の溝を通り抜け、さらに内リング９０２を、テストヘッドサポートビーム９２２と平行な鉛直面内に示される、テストヘッド１００の２つの側面に固定された、ベアリングブロック９０８に結合させる。ベアリングブロック９０８は、テストヘッド１００が、付属シャフト９０６によって定義されるピッチ軸９３６の周りに回転するのを可能にする。
【０１４０】
６つのカムフォロア（図示せず）は、低摩擦ヨー運動が可能となっている間、外リング９０４上の内リング９０２により印加される荷重を支えるサポート装置として利用される。３つのカムフォロア（図示せず）は、ヨー軸９３４の垂線方向のラジアル負荷を支えるために、外リング９０４の内側円周の周りに、１２０度間隔で配置される。また、他の３つのカムフォロア（図示せず）は、ヨー軸９３４に平行な軸荷重を支える方法で、外リング９０４の内部上に、最初の３つの間で等しい間隔を取るように配置される。
【０１４１】
要約すると、ケーブルピボットリング９２４は、テストヘッドマウント９２６を支える。テストヘッドマウント９２６は、ロール軸を定義するテストヘッドサポートビーム９２２を支える。テストヘッドサポートビーム９２２は、順番に内リング９０２を支えている外リング９０４を支える。内リング９０２は、ヨー軸９３４を提供し、付属シャフト９０６を支える。付属シャフト９０６は、テストヘッド１００を支え、ピッチ軸９３６を提供する。この構成は、テストヘッド１００が、ピッチ軸９３６（水平として表示）の周りに±５度、ヨー軸９３４（垂直として表示）の周りに±５度回転することを可能にする。ここでは、ヨー軸およびピッチ軸は互いに直交し、テストヘッドサポートビーム９２２と互いに直交している。ピッチおよびヨー運動の範囲は、システムに組み込まれた、物理的拘束および機械的ストップにより、それぞれ±５度に制限されているが、これらは、簡便さのために、図９（ａ）には示されていない。さらに、位置センサ（図示せず）は、ピッチ軸９３６およびヨー軸９３４に対するテストヘッド１００の相対的位置を示し、さらにこの情報を制御システムに供給するために、既知の方法で組み込まれていてもよい。
【０１４２】
ケーブルピボットリング９２４は、サポートビーム９２２により定義される軸の周りに、通常±９５度のロール回転を、テストヘッド１００に提供する。図９（ａ）では、テストインタフェースの表面が上向きになっており、ヘッド１００は、およそ＋９０度の位置に示されている。ケーブルピボットリング９２４およびテストヘッドマウント９２６の開口部９２８を通り抜けるテストヘッドケーブルの要素は、、テストヘッドサポートビーム９２２に沿って配置され、さらに、サポートシャフト開口部９２０を通って、テストヘッド１００に入る。サポートビーム９２２に取り付けられたウェブ９１８は、テストヘッド１００内の様々な電子要素（図示せず）へファンアウトする前に、ケーブル要素のためのサポートとひずみ解放を提供する。
【０１４３】
すべての回転軸に重心を通過させる必要性を伴わず、バランス−順応運動を提供可能ならば、それは有利である。図８（ａ）に示され以前に説明されたものと同タイプの、２つのバランス−順応アクチュエータアセンブリ９３０、９３２は、図９（ａ）では、ピッチ軸９３６およびヨー軸９３４が、バランス−順応運動のために重心を通過するという要件を排除するために用いられる。
【０１４４】
２つのＢＣＡＡ９３０、９３２は、それらの力ロッド１１２およびコネクティングロッド１１４が、一般に、テストヘッドサポートビーム９２２により定義されるように、ロール軸と平行となるよう配置される。ヨーＢＣＡＡ９３０は、力ロッド１１２もしくはコネクティングロッド１１４のいずれかに沿って作用する力が、ヨー軸９３４の周りで非ゼロモーメントを生成するように方向づけられる。同様に、ピッチＢＣＡＡ９３２は、力ロッド１１２もしくはコネクティングロッド１１４のいずれかに沿って作用する力が、ピッチ軸９３６の周りで非ゼロモーメントを生成するように方向づけられる。２つのＢＣＡＡ９３０、９３２の線形アクチュエータ５０８の静止要素５０６は、ベアリング６２０を備えたテストヘッドマウント９２６に適切に取り付けられる。
【０１４５】
２つのＢＣＡＡ９３０、９３２が、互いに最小の相互作用で作動可能であることは重要である。従って、ヨーＢＣＡＡ９３０を、その力ロッド１１２およびコネクティングロッド１１４が、ピッチ軸９３６にほぼ交差する線に沿って機能するように、配置することが好ましい。同様に、ピッチＢＣＡＡ９３２を、その力ロッド１１２およびコネクティングロッド１１４が、ヨー軸９３４にほぼ交差する線に沿って機能するように、配置することが好ましい。しかし、図９（ａ）に示されるように、両力ロッド１１２、および両コネクティングロッド１１４が、それぞれ、各々ベアリング１１６ａ、１１６ｂを伴うテストヘッド１００に個別に取り付けられている。その結果、力ロッド１１２の延長軸と、ピッチ軸９３６に交差するヨーＢＣＡＡ９３０のコネクティングロッド１１４の延長軸とを双方とも有することは可能ではない。実際には、２つのロッド１１２、１１４は、通常、共に近傍に位置し、さらに２つのロッド１１２、１１４に平行な線が、２つのロッド間のほぼ中間でピッチ軸９３６と交差するように配置されている。同様に、力ロッド１１２の延長軸と、ヨー軸９３４に交差するヨーＢＣＡＡ９３２のコネクティングロッド１１４の延長軸とを双方とも有することは可能ではない。実際には、２つのロッド１１２、１１４は、通常、共に近傍に位置し、さらに２つのロッド１１２、１１４に平行な線が、２つのロッド間のほぼ中間でピッチ軸９３６と交差するように配置されている。以前に図８（ａ）および図８（ｂ）を参照して説明された、ＢＣＡＡの代替構造では、力ロッド１１２およびコネクティングロッド１１４のテストヘッド１００終端は、適切なブラケット８００で、１つに接合可能である。さらに、テストヘッド１００と結合されるブラケット１１６ａ、１１６ｂは、以前に図８（ｂ）を参照で説明されたように、ベアリング１１６ｂだけがテストヘッド１００に接続されなければならないように、接合可能である。この場合、ベアリング１１６ｂは、問題となっている軸と交差し、力ロッド１１２およびコネクティングロッド１１４の双方に平行な線上に配置可能である。図９（ｂ）は、こうした単一のベアリング１１６ｂで構成されたシステムを示す。図９（ｂ）は、この点を除けば図９（ａ）と同じである。
【０１４６】
ここで、図９（ａ）および図９（ｂ）に示されるシステムの動作を説明する。一般の状況では、初期には、２つのＢＣＡＡ９３０、９３２のロック１１８が解除された状態で、テストヘッド１００は、アンバランス状態で任意の位置にあると想定される。最悪の場合、テストヘッド１００は、システムに組み込まれた物理的拘束および機械的ストップに接触停止している。すなわち、ピッチ軸９３６およびヨー軸９３４内のその運動限界位置内にテストヘッド１００を維持する、有意のアンバランス力が存在し、そのアンバランス力は、２つのＢＣＡＡ９３０、９３２のいずれの要素によっても、完全には支持されていない。第１の目標は、テストヘッド１００を、ヨー９３４軸およびピッチ９３６軸の双方に対する順応準備完了状態（すなわち、バランス状態および順応中立位置）に配置することである。２つのＢＣＡＡ９３０、９３２の各々のロック１１８がロックされる。続いて、アクチュエータ５０８が、テストヘッド１００を、システムに組み込まれた物理的拘束および機械的ストップから離れた、所望される第１の位置に位置決めするために用いられる。その位置では、アンバランス力が２つのＢＣＡＡ９３０、９３２の一方もしくは双方のロック１１８および線形アクチュエータ５０８により完全に支持されている。また、この望ましい位置は、テストヘッド１００が、システムに組み込まれ得る物理的拘束および機械的ストップのいずれからの干渉も受けずに、順応準備完了状態を達成し得る、順応範囲を通って、充分に移動可能となるようなものであるべきである。
【０１４７】
テストヘッド１００を、望ましい位置へ移動させることは、手動手段によって達成されてもよいだろうし、この手段は、線形アクチュエータ５０８を操作するコントローラへの、押しボタンコマンドの使用を含んでいてもよい。代わりに、コントローラが、自動位置決めシーケンスで、位置フィードバックに結合された線形アクチュエータ５０８を利用可能にする、適切なアルゴリズムを備えていてもよいだろう。
【０１４８】
ここで、テストヘッド１００が望ましい位置に配置され、ここで、順応準備完了状態が達成され得る。望ましい位置では、アンバランス力は、２つのＢＣＡＡ９３０、９３２間で共有される。すなわち、アンバランス力は、ヨーＢＣＡＡ、力ロッド１１２に沿って作動する第１成分、およびピッチＢＣＡＡ、ロッド１１２に沿って作動する第２成分の、２つの成分へと分解される。軸は、一方の軸が最初に作動し、続いて他方の軸というように、連続作動してもよい。１つの軸を順応準備完了状態にすることは、すでに他の軸で達成された状態を乱すことになり得るため、両方が同時に満足にバランスされ、位置決めされるまで、各軸は、再び順番に繰返し操作されてもよい。既知のコントロールアルゴリズムの使用は、総合順応準備完了状態が達成されるまで、繰り返し各軸上に連続作動するシーケンスを自動化するために実行可能である。しかし、実際には、通常、１軸あたり２回の試行で充分である。
【０１４９】
どの軸を最初に作動させるかの選択は、様々な評価基準に基づくことになろう。あるアプリケーションでは、ある軸を常に最初にアドレスするのが好都合な場合もある。他のアプリケーションでは、無作為にそれを選択するのが好都合な場合もある。さらに他のアプリケーションでは、それぞれのＢＣＡＡｓに作用する力の比較に基づいて、操作される第１軸を選択するのが好都合な場合もある。例えば、それに作用する、アンバランス力の最も大きな成分を有するＢＣＡＡを、最初に操作することが望ましいこともある。従って、その後、２つのセンサ１２０の出力を比べ、そして、アンバランス力の最も大きな成分を有する軸が、最初のものとして選択される。同様に、アンバランス力の最も小さな成分を有する軸も、選択可能であった。いずれの場合でも、アンバランス力の２つの成分がほぼ等しいなら、無作為に軸の一方もしくは他方を選択可能であった。
【０１５０】
ここでは、選択された最初に操作される軸を第１軸と称し、残りの軸を第２軸と称する。ここで、第１軸が、すでに説明されたアプローチ１（図１５（ｂ））あるいは、アプローチ２（図１５（ｃ））のいずれかのように、適切な手順に従って、順応準備完了状態に導かれる。この処理の間、第２軸のＢＣＡＡ（９３０もしくは９３２）のロック１１８は、ロックされたままである。第１軸が、順応準備完了状態を達成すると、そのＢＣＡＡ（９３０もしくは９３２）のロック１１８が、ロックされる；そして、第２軸もまた、順応準備完了状態に導くことが出来る。第２軸を順応準備完了状態に導く際に、第１軸に確立されるバランスは、わずかに乱されるかも知れない。従って、第１軸を順応準備に導くプロセスを繰り返すことが出来る。また、同様に、第２軸を順応準備に導くプロセスを繰り返すことが出来る。通常、双方の軸に、同時に妥当な程度の順応準備完了を実現するには、２度の反復で充分である。
【０１５１】
ここで、図９（ａ）に示されるように、２つのＢＣＡＡ９３０、９３２を組み込んだ、テストヘッドマニピュレータの総合的な動作を考慮することにする。テストヘッド１００を任意の位置に配置し、しかも、いかなるテスト装置にもドッキングされない状態から始めるなら、ＢＣＡＡ９３４、９３６を有する軸は、先ず、ロック１１８がロックした状態で、同時順応準備状態に導かれることになる。次に、テストヘッド１００は、ＢＣＡＡの線形アクチュエータ５０８を適宜用いて、ドッキング準備完了位置へと操作可能であった。すなわち、テストヘッド１００がドッキングされるテスト装置の近傍の位置へ、そして、ドッキング装置の合わせ要素が、係合ポイントの近くにあるように。図９（ａ）のドッキング機構では、これは、ガイドピン９１２はほぼ近傍にあるが、合わせガイド穴（図示せず）には挿入されなかったポイントとなるだろう。テストヘッド１００が、新しい方向に向いていると推定されるため、それはさらに、もはやバランスおよび順応準備完了とはなっていないと想定される。従って、ＢＣＡＡ（９３４および９３６）を有する軸は、再び同時順応準備完了状態に導かれる。ここで、ＢＣＡＡロック１１８が解除され、テストヘッド１００は、ドック作動機構が係合するように操作される。ドッキングハンドル９１４が作動可能となるようにガイドピン９１２がガイド穴（図示せず）に挿入され、、合わせドッキングアセンブリ（図示せず）上のカムフォロアが、ドッキングカム９１０に十分に挿入されるようになったとき、図９（ａ）のテストヘッド１００内で、これが起こる。ここで、ドック作動機構が作動し、テストヘッド１００は完全なドッキング位置へと引かれる。図９（ａ）では、これは、ドッキングハンドル９１４を回転させることにより達成される。他のドック作動機構が知られており、電気的、空気圧、および真空操作タイプを含み、等しく良好に使用可能であった。ドッキングの間、テストヘッド１００は、必要に応じて自由に順応して移動する。テストヘッド１００は、長期間、ドッキングされたままであってもよく、空気圧シリンダ１２８内の空気圧力差は漏洩により消失してもよい。従って、ドッキング解除のために、ロック１１８はロック状態に保たれ、テストヘッド１００がテストインタフェース表面（図示せず）に対して垂直な、まっすぐな経路に沿って引かれるため、完全な順応運動は必要ではない。代わりに、システムは、ドッキング直前に順応準備完了状態が達成されたとき、ピストン１３０の各側面の圧力がコントローラ（図示せず）によって記録されるのを可能にする、圧力センサ（６０６ａ、６０６ｂ）を装備可能であった。続いて、コントローラは、ドッキング解除の前に順応準備完了状態を回復するよう、この情報を使用することが出来、ドッキング解除は、順応運動で実行可能であった。一旦テストヘッド１００がドッキング解除されると、望まれるなら、ＢＣＡＡ制御軸９３４、９３６を、再び順応準備完了状態に導くことが出来る。
【０１５２】
図１０（ａ）、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）、図１０（ｄ）、図１０（ｅ）および図ｌ０ｆは、縦軸に対する、本発明の様々な実施例を示している。
【０１５３】
図１０（ｄ）および図１０（ｅ）は同等である。双方とも、固定垂直コラム１０００を備え、さらに、アクチュエータ駆動縦軸は、コラム１０００により定義されている。図１０（ｄ）では、図８（ａ）に示されたタイプのＢＣＡＡが、バランスおよび順応性を提供するために用いられている。ところが、図６（ａ）に示されたタイプのＢＣＡＡは、図１０（ｅ）において、この目的のためにに用いられている。以下の議論は一般に、双方の図に関係する。ＢＣＡＡのタイプに基づく固有の差は、必要な場合に指摘される。
【０１５４】
全体として、図１０（ｄ）および図１０（ｅ）を参照すると、メインアーム１０３０は、レール１０５８、および線形ガイドベアリング（図示せず）もしくは円形シャフト（図示せず）およびベアリング（図示せず）のいずれかを用いて、コラム１０００に、スライドする形で、普通の方法で取り付けられている。テストヘッド（図示せず）は、様々な周知の手段（やはり、図示せず）を通して、メインアーム１０３０と結合される。従って、メインアーム１０３０は負荷を支えている。メインアーム１０３０の上下動は、上側ストップ１０３２により制限される。
【０１５５】
アクチュエータモーター５１０ａを含む線形アクチュエータ５０８ａの静止要素５０６ａは、ベースプレート１００３に取り付けられる。このアクチュエータ５０８ａは、メイン線形アクチュエータ５０８ａと称される。メイン線形アクチュエータ５０８ａの駆動要素５１４ａは、逆転可能とならないように、適切なスレッドピッチおよび摩擦力の、ネジ、通常はボールネジもしくはアクメネジである。メイン線形アクチュエータ５０８ａは、通電されていてもいなくても、安全に全負荷を支持可能でなければならない。メイン線形アクチュエータ５０８ａは、メインアクチュエータ５０８ａのストロークが、マニピュレータの垂直ストロークと等しくなるように、その全垂直範囲を通して、メインアーム１０３０を駆動させる。実際には、最大３０インチのストロークを有する、適切なアクチュエータ５０８ａが、商業的に利用可能であり、このタイプのマニピュレータは、対応して、最大３０インチの垂直ストロークを有する設計になり得る。より長い垂直ストロークのために、図１０（ａ）、図１０（ｂ）および図１０（ｃ）に示すタイプの、伸縮式コラムが使用可能である。
【０１５６】
サポートブラケット１０４０は、メインアクチュエータネジ５１４ａの遠心終端に取り付けられる。図６（ａ）（図１０（ｅ）におけるように）もしくは図８ａ（図１０（ｄ）におけるように）のいずれかに示したタイプのＢＣＡＡは、メインアーム１０３０をサポートブラケット１０４０に接合する。ＢＣＡＡは、力ロッド１１２に対して正確にロック１１８を位置決めするための、ＢＣＡＡアクチュエータ５０８ｂを含んでいる。メインアクチュエータ５０８ａの動作は、サポートブラケット１０４０の上下運動を引き起こし、それは順番に、メインアーム１０３０とその負荷に、対応する上下運動を引き起こす。メインアーム１０３０とその負荷の重さは、ＢＣＡＡ機構を通して、サポートブラケット１０４０およびアクチュエータネジ５１４ａに伝えられる。
【０１５７】
通常の使用で、メインアーム１０３０は、最初に、ロック１１８が解除された状態で、順応準備完了状態に配置される。すなわち、コネクティングロッド１１４およびピストン１３０が、本質的に全負荷に堪えるよう、ロック１１８は、力ロッド１１２に対する順応中立位置に配置され、空気圧シリンダ１２８内の空気圧が調整される。この場合、力センサ１２０により測定される力はおよそゼロである。さらに、ピストン１３０は、ピストン１３０がそのストロークの終端に来ることなく、その全順応範囲を通して負荷が移動可能となるように、シリンダ１２８に対する順応中立位置にあることが望ましい。その後、メイン線形アクチュエータ５０８ａは、垂直に負荷を位置決めするのに使用される。
【０１５８】
縦軸の場合は、アンバランスの方向は常に下向きである。従って、二元動作空気圧シリンダ（図６（ａ）および図８（ａ）の全体的な場合に示されるように）は必要ではない；単一の空気入口１３２が単一動作シリンダ１２８で十分である。その結果、図示された、フレキシブル配管１０１０経由で高圧空気供給装置６０２へ結合した、１つの３位置バルブ６０４、１つのアキュムレータ６０８、および、１つの任意の圧力センサ６０６しかない。フレキシブル配管１０１０は、通常静止している空気供給装置６０２に対する、空気圧シリンダ１２８および、その関連要素の移動を可能にする。シリンダ１２８およびピストン１３０の直径は、メインアーム１０３０および負荷が取り付けられたサポートに対して適切であることが望ましい。例えば、メインアーム１０３０と付属負荷の結合した重さが１０００ポンドであり、シリンダ１２８内への注入可能な最大空気圧が１平方インチあたり１００ポンドであるなら、シリンダ１２８とピストン１３０の面積は、少なくとも１０平方インチ、対応する直径は少なくともほぼ３．５７インチであることが望ましい。必要なシリンダ１２８直径は、負荷の平方根に比例する。従って、負荷を２倍にすると、シリンダ１２８直径は２の平方根だけ増加し、また代わりに（例えば、空気圧力逓倍器で）空気圧を倍にしてもよい。与えられた負荷に要するシリンダ１３０サイズが大き過ぎる場合は、２つ以上のより小さなシリンダ１２８を並列に配置してもよい。
【０１５９】
通常、ほぼ±１インチの上下の順応運動を持っているのは望ましい。通常、ピストン１３０のストロークは、ロック１１８が順応ストップに接触する事態において、ピストン１３０が「底についた」状態にならないよう、順応ストップ５２２、５２４より決定される順応範囲より幾分大きいことが望ましい。システムは、稼働中に、ロック１１８が、伸長５２２および収縮順応５２４ストップに対して、その順応中立位置にあるなら、ピストン１３０もシリンダ１２８に対して順応中立位置にあるように設計される。そして、負荷は、ドッキングの間、順応ストップ５２２、５２４により定義されるように、全順応範囲を通して移動してもよい。
【０１６０】
図１０（ｄ）では、シリンダ１２８およびロック１１８は、ブラケット１０５２を通して互いにしっかりと取り付けられ、さらに、システムは、ロック１１８が順応中立位置にあるときはいつも、ピストン１３０もこうした位置にあるよう、利便的に構成されてもよい。例えば、好ましい順応中立位置は、多くの場合中央位置である；さらに、システムは、ロック１１８が順応ストップ５２２、５２４間の中央に位置するとき、ピストン１３０がそのストロークの中央に位置するよう、構成されてもよい。図１０（ｄ）に示される単一の位置センサ１０４６は、ロック１１８およびピストン１３０の双方を、それらのそれぞれの順応中立位置に位置決めするのに適切である。
【０１６１】
図１０（ｅ）では、ロック１１８はシリンダ１２８に取り付けられておらず、ロック１１８は、シリンダ１２８に対して移動することが可能となっている。ロック１１８およびピストン１３０の双方を順応中立位置に位置決めするという、所望される目標を達成するために、図示された位置センサ１０４６により提供される情報に付加する情報が必要である。ピストン１３０もしくはＢＣＡＡアクチュエータ５０８ｂのいずれかに関する、位置情報で十分である。好ましい実施例では、システムは、ＢＣＡＡアクチュエータ５０８ｂが完全に伸長し、ロック１１８がその順応中立位置にあるなら、ピストン１３０もまた順応中立位置にあるように、設計される。ＢＣＡＡアクチュエータ５０８ｂの完全伸長状態の感知は、購入されたＢＣＡＡアクチュエータ５０８ｂアセンブリに備えられたリミットスイッチ（図には示さず）、もしくは、ＢＣＡＡアクチュエータ５０８ｂを、その進行の終端に達してストールする充分な時間操作することにより、既知の方法で容易に達成される。後者の場合、オーバーヒートする可能性を最小にするために、ＢＣＡＡアクチュエータモーター５１０ｂへの制限電圧供給の使用が勧められる。代替のアプローチとしては、シリンダ１２８に対するピストン１３０の位置の感知があげられよう。多くの場合、空気圧シリンダ−ピストンアセンブリには、それらのメーカーにより、この感知を可能にするリミットスイッチ（図には示さず）が設置されている。
【０１６２】
あるアプリケーションでは、ＢＣＡＡアクチュエータ５０８ｂが、ピストン１３０がその進行範囲の任意の点にあるとき、順応ストップ５２２、５２４により定義される全順応範囲を通って、ロック１１８を位置決め可能であることが望ましい場合もある。この状況では、図１０（ｅ）のＢＣＡＡアクチュエータ５０８ｂの範囲は、少なくとも順応範囲とピストン１３０のストロークとの合計となる。また、図１０（ｅ）では、順応準備完了状態を達成する際に、ピストン１３０の位置を直接感知することが必要となろう。比較すると、図１０（ｄ）のＢＣＡＡアクチュエータ５０８ｂの必要とされる範囲は、少なくとも順応範囲あるいはピストン１３０のストロークより大きな値であり、図示された単一の位置センサ１０４６だけで十分である。
【０１６３】
順応準備完了状態を達成するための動作のシーケンスは以下の通りである：
最初に「バランスシーケンス」を定義する。
バランスシーケンス（図１５（ｄ）に示すとおり）
１． ステップ１５３０に示されるように、ロック１１８がロックされる。
２． 図１５３１に示されるように、力センサ１２０が、力ロッド１１２によりロック１１８に加えられる力が閾値より小さくなったことを示すまで、シリンダ１２８内の空気圧は調整される。
【０１６４】
以降が、順応準備完了状態の達成のための記述となる。（「順応準備完了シーケンス１」）
順応準備完了シーケンス１（図１５（ｅ）に示すとおり）（図１０（ｄ）および１０ｅ双方に適用可能）
１． ステップ１５４０に示されるように、バランスシーケンスを実行する。
２． ステップ１５４１に示されるように、ロック１１８を解除する。
３． ステップ１５４２ａに示されるように、ＢＣＡＡアクチュエータ５０８ｂを用いて、ロック１１８を順応中立位置に位置決めする。
４． ステップ１５４２ｂに示されるように、システムが図１０（ｅ）に示されるタイプである場合は、ロック１１８をロックし、それに続いて、ステップ１５４２ｃにおける代替実施例に示されるように、ＢＣＡＡアクチュエータ５０８ｂを用いて、ピストン１３０をその順応中立位置に位置決めする。
５． ステップ１５４３に示されるように、力センサ１２０が、バランスが乱されたか、または低下したことを示す場合（例えば、測定された力が閾値より大きい場合）は、バランスシーケンスを繰り返す。
６． ステップ１５４４に示されるように、ロック１１８がロックされている場合は、ロック１１８を解除する。
【０１６５】
順応準備完了シーケンス１では、好ましくは、バランスのための閾値力は、結合した静止摩擦力および空気圧ピストンの起動抵抗力より小さい値でなければならないことに留意されたい。さもなければ、ステップ１５４１でロック１１８が解除されたとき、ロック１１８が移動して、順応ストップ５２２もしくは５２４に接触し、さらに、ＢＣＡＡアクチュエータ５０８ｂは、ロック１１８を、力ロッド１１２に対して移動させないだろう。しかし、結合した静止摩擦力と空気圧ピストンの起動抵抗力は、通常、５から１０ポンド以上の範囲であり、さらにそれは、１から３ポンドの範囲内にバランスすることができる。
【０１６６】
後述する理由により、システムは、以上の評価基準を満足するよう設計されることが好ましい。しかし、この評価基準の達成が、可能ではない、もしくは、また非実用である場合は、順応準備完了状態を達成するための、他の可能な代替シーケンスがある。ここで、その２つを説明する。
【０１６７】
第１の代替案は、以下のような動作シーケンスを用いて、ロック１１８を位置決めするために、空気圧シリンダ１２８とピストン１３０とを用いることである。（「順応準備完了シーケンス２」）：
順応準備完了シーケンス２（図１５（ｆ）に示すとおり）（図１０（ｄ）および１０ｅ双方に適用可能）
１． ステップ１５５０に示されるように、ロック１１８を解除する。
２． ステップ１５５１に示されるように、伸長順応ストップ５２２がロック１１８に接触するよう、シリンダ１３０から空気を排出する。
３． ステップ１５５２に示されるように、ＢＣＡＡアクチュエータ５０８ｂを調整して、それがそのストロークの中央付近、もしくは、その必要な順応中立位置の付近に位置するようにする。（このステップには、静止要素５０６ｂに対する、アクチュエータ５０８ｂの駆動要素５１４ｂの位置を感知する位置センサ１０４６の使用を含む、公知の解決方法の使用が必要である。若干の例では、アクチュエータ５０８ｂは、駆動要素５１４ｂが、いつその進行終端に達したかを感知するリミットスイッチを備えている；これらは、必要な結果を得る既知の方法で、タイマと共に使用されてもよい。）
４． ステップ１５５３に示されるように、ピストン１３０が起動し上方へ移動するポイントまで、シリンダ空気圧を増加させるために、シリンダ１２８に空気を注入する。
５． ステップ１５５４に示されるように、図示された位置センサ１０４６で、ロック１１８に対する力ロッド１１２の位置をモニターしている間、ピストン１３０、および、結果としてコネクティングロッド１１４およびロッド１１２を移動させ続けるために、シリンダ１２８の空気圧を調整し続ける。
６． ステップ１５５５ａに示されるように、力ロッド１１２がロック１１８に対する順応中立位置に達すると、ロック１１８をロックし、シリンダ１２８内の空気圧を調整するのを終える。
７． ステップ１５５５ｂにおいて代替の実施例に示されるように、システムが図１０（ｅ）に示されるタイプである場合、ＢＣＡＡアクチュエータ５０８ｂを用いて、ピストン１３０をその順応中立位置に位置決めする。
８． ステップ１５５６に示されるように、バランスシーケンスを実行する。
【０１６８】
第２の代替案は、設計をわずかに変えることである。ピストン１３０が底につくのを避けるため、上述の選択に反して、シリンダ１２８内に空気圧がなく、さらにロック１１８が解除されている場合、ピストン１３０はシリンダ１２８の下端に接触するよう、システムが調整される。シリンダ１２８の底面端に接触したピストン１３０は、事実上、伸長順応ストップ５２２の機能を果たすので、伸長順応ストップ５２２はシステムから排除されてもよい。（また、ピストン１３０がストップとしてシリンダ１２８の上部に接触可能であるなら、収縮順応ストップ５２４も排除可能であることに留意されたい。）その後、以下の、「順応準備完了シーケンス３」が適用可能となる。
順応準備完了シーケンス３（図１５（ｇ）に示すとおり）（図１０（ｄ）および図１０（ｅ）の双方に適用可能）
１． ステップ１５６０に示されるように、ピストン１３０が、シリンダ１２８内のそのストロークの底部に達することを可能にするよう、アクチュエータ５０８ａを所定位置に引き込ませる。（設計によっては、これは、アクチュエータ５０８ａ内に組み込まれたリミットスイッチにより、完全収縮状態に達するよう、アクチュエータ５０８ａを充分な時間収縮方向へ駆動させることにより、もしくは、他の既知の技術により、決定することが出来る。）
２． ステップ１５６１に示されるように、ロック１１８を解除する。
３． ステップ１５６２に示されるように、ピストン１３０がシリンダ１２８の底部に接触するようになるよう、シリンダ１２８から空気を排出する。
４． ステップ１５６３に示されるように、ＢＣＡＡアクチュエータ５０８ｂを用いて、ロック１１８を順応中立位置に位置決めする。
５． ステップ１５６４に示されるように、バランスシーケンスを実行する。
６． ステップ１５６５に示されるように、ロック１１８をロックされた状態に保ったまま、ＢＣＡＡアクチュエータ５０８ｂを用いて、ピストン１３０が、シリンダ１２８に対して順応中立位置（通常、ほぼ中心）に来る位置まで、負荷を上昇させる。
７． ステップ１５６６に示されるように、ピストン１３０の運動が、わずかなアンバランスを起こさせることができるよう、再びバランスシーケンスを実行する。
【０１６９】
順応準備完了シーケンス２および３では、バランスシーケンス閾値は、起動抵抗と結合した静止摩擦力より小さいことはないと保証されないとする。その結果、ドック装置（または、他の所望される条件）により部分的に支えられた負荷とのドッキング準備完了位置が達成されるまで、ロック１１８はロックされたままであるべきである。しかし、負荷がメインアクチュエータ５０８ａで垂直に位置決めされている間、ロック１１８が解除されたままであり得る場合は、負荷が何か障害物に遭遇するか否かを検出するために、位置センサ１０４６を使用することが出来ると認識される。障害物に遭遇した場合は、負荷への関連力が、ロック１１８に対する力ロッド１１２の運動を引き起こすだろう。この動きは、位置センサ１０４６により検出され、その結果、メインアクチュエータ５０８ａを停止させるなどの適切な行動を取るための信号を提供可能であった。従って、システムは、順応準備完了シーケンス１が確かに使用されるよう設計されることが好ましい。
【０１７０】
図ｌ０ｆは、固定垂直コラム１０００にも適用される。縦軸は、アクチュエータ５０８駆動である。図８（ａ）および図１０（ｄ）に示されるタイプのＢＣＡＡは、バランスと同様の、垂直ドライブおよび順応の両者を提供する。図１０（ｄ）と図１０（ｅ）との説明で述べられて来たことの多くが図ｌ０ｆにも適用されるので、このセクションでは、主に新しい点、および異なる点に集中することにする。
【０１７１】
図ｌ０ｆのシステムは、図８（ａ）のＢＣＡＡの線形アクチュエータ５０８と同等の、単一の線形アクチュエータ５０８を有している。さらに、それは、ストロークと仕様において、図１０（ｄ）および図１０（ｅ）のメイン線形アクチュエータ５０８ａと同等である。アクチュエータネジ５１４の遠心終端は、ロック１１８に取り付けられる。サポートブラケット１０９４は、単一動作空気圧シリンダ１２８へ、ロック１１８を取り付ける。メインアーム１０３０は、コネクティングロッド１１４およびピストン１３０のサブアセンブリ、力ロッド１１２、力センサ１２０、およびロック１１８のサブアセンブリ、またはシステムの状態に依存する２つの組み合わせにより支えられる。線形アクチュエータ５０８の遠心終端に取り付けられた装置、および、メインアーム１０３０と結合された装置は、図１（ａ）のバランス機構と同等である。
【０１７２】
メインアーム１０３０を順応準備完了状態に置くために、以下のシーケンスが使用されてもよい。（「順応準備完了シーケンス４」）
順応準備完了シーケンス４（図１５（ｈ）に示すとおり）
１． ステップ１５７０に示されるように、ロック１１８を解除する。
２． ステップ１５７１に示されるように、伸長順応ストップ５２２がロック１１８に接触した状態になるよう、シリンダ１２８から空気を排出する。
３． ステップ１５７２に示されるように、シリンダ空気圧を、ピストン１３０が起動し、上方へ移動するポイントまで増加させるため、シリンダ１２８に空気を注入する。
４． ステップ１５７３に示されるように、位置センサ１０４６をモニターしている間、ピストン１３０、および、結果としてコネクティングロッド１１４および力ロッド１１２を移動させ続けるために、シリンダ１２８の空気圧を調整し続ける。
５． ステップ１５７４に示されるように、力ロッド１１２がロック１１８に対して順応中立位置に達すると、ロック１１８をロックし、シリンダ１２８内の空気圧を調整するのを終える。
６． ステップ１５７５に示されるように、バランスシーケンスを実行する。
【０１７３】
バランスシーケンス力閾値が、結合したピストン１３０の静止摩擦力および起動抵抗より小さい場合は、アクチュエータ５０８が、メインアーム１０３０とその支持されている負荷とを、所望の垂直位置へ駆動するために使用されるので、ロック１１８は解除され、さらに解除されたままにされてもよい。すでに議論されたように、これは好ましい。さもなければ、ドック装置（または、他の適当な、および所望される条件）により部分的に支えられた負荷とのドッキング完了位置が達成されるまで、ロック１１８はロックされた状態を維持するべきである。
【０１７４】
図１０（ａ）および図１０（ｂ）の双方には、ホルト（Ｈｏｌｔ）他によるＰＣＴ出願ンＰＣＴ／ＵＳ０１／０６４５６に説明されている伸縮式コラムと同様の、伸縮式コラム１０００を伴ったマニピュレータがある。図１０（ａ）では、図８（ａ）示されるタイプのＢＣＡＡが、バランスおよび順応を提供するために用いられている；ところが、図１０（ｂ）では、この目的のために、図６（ａ）に示されるタイプのＢＣＡＡが用いられている。以下の議論は、全体として、双方の図に関係している。ＢＣＡＡのタイプに基づく特定の差は、必要に応じて指摘される。
【０１７５】
メインアーム１０３０は、線形ガイドレール１０５８および線形ガイドベアリング（図示せず）を用いて、伸縮式コラム１０００の上部セグメント１００１にスライドする形で取り付けられる。これは、上部セグメント１０００に対するほぼ±１インチのバーニヤ運動を、メインアーム１０３０に提供する。上下のメインアームストップ１０３２、１０５４は、それぞれ、上部セグメント１０００に対するメインアーム１０３０の進行限界を提供する。テストヘッド（図示せず）は、任意の数の周知の手段（同じく、図示せず）を経由して、メインアーム１０３０と結合される。こうして、メインアーム１０３０は、負荷を支える。
【０１７６】
第１線形アクチュエータ５０８ａは、コラム１００２の中央セグメントを、固定された下部セグメント１００４およびベース１００３に対して垂直に移動させる。第２線形アクチュエータ５０８ｂは、中央セグメント１００２に取り付けられた第１サポートブラケット１０３４に搭載され、それは中央セグメント１００２に対して上部セグメント１００１を垂直に移動させる。伸縮式コラム１０００の伸長および収縮により、負荷の第１垂直位置決めが実現する。上部１０３２および下部ストップ１０５４間の、メインアーム１０３０のバーニヤ運動は、ドッキングにおける順応上下運動に使用される。
【０１７７】
ＢＣＡＡ５０８ｃは、上部セグメント１００１に取り付けたれた第２サポートブラケット１０４０とメインアーム１０３０との間に結合される。図８（ａ）で使用されるタイプのＢＣＡＡ５０８ｃは、図１０（ａ）において使用され、図６（ａ）で使用されるタイプのＢＣＡＡ５０８ｃは、図１０（ｂ）において使用される。いずれの場合にも、ＢＣＡＡ５０８ｃは、垂直バーニヤ運動を制御し、全範囲の垂直バーニヤ運動にわたって順応性を提供するために用いられる。
【０１７８】
このシステムでの順応準備完了状態は、図１０（ｄ）および図１０（ｅ）などの、固定したコラム１０００を伴ったシステムのものと同等である。しかしながら、それに加え、メインアーム１０３０を、特定の、全体的に、上部１０３２および下部メインアームストップ１０５４（下部ストップ１０５４が存在しない場合は、上部ストップ１０３２から一定距離離れた場所）間の中央位置に位置決めする必要がある。メインアーム１０３０のその位置を、順応中立位置と称する。
【０１７９】
順応準備完了状態のための条件は、以下に述べる通りである：
１． 空気圧シリンダ１２８内の空気圧は、本質的に、コネクティングロッド１１４およびピストンが、メインアーム１３０およびその負荷の全負荷に堪えるようなものでなければならない。
２． ロック１１８は、伸長５２２および収縮５２４順応ストップに対して、順応中立位置（通常２つの中間）になければならない。
３． ピストン１３０は、そのシリンダ１２８に対する順応中立位置にある。そして、
４． メインアーム１０３０は、上部１０３２および下部１０５４メインアームストップに対して、順応中立位置（通常２つの中間）になければならない。
【０１８０】
図１０（ａ）と図１０（ｂ）における、上掲リストの項目２および項目３の、ロック１１８およびピストン１３０の接合位置決め要件の達成は、すでに図１０（ｄ）と図１０（ｅ）に対して説明されたことと同じである。特に図１０（ａ）の設計では、ロック１１８がブラケット１０５２を通してシリンダ１２８に取り付けられるとき、その達成が可能であり、また、図１０（ｂ）では、ＢＣＡＡアクチュエータ５０８ｃもしくはピストン１３０の位置に関するいずれの知識も必要である。
【０１８１】
ロック１１８およびピストン１３０の組み合わせとメインアーム１０３０を結合位置決めする要求に対する、全体的な解決方法を提供するために、上部セグメント１００１に対するメインアーム１０３０の位置を感知する位置センサ１０５６が、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示されている。このセンサ１０５６はまた、図１０（ｂ）（しかし、図１０（ａ）ではない）でのシリンダ１２８に対するピストン１３０の位置も、効果的に示すことに留意されたい。結果として、図示された位置センサ１０４６と組み合わされたセンサ１０５６は、図１０（ａ）および図１０（ｂ）の双方での、全体的な解決方法のために、すべての要求される位置を提供するために充分なものとなる。
【０１８２】
代わりに、全コストから見ると、システムは、ＢＣＡＡアクチュエータ５０８ｃが完全に伸長し、ロック１１８がその順応中立位置にある場合、メインアーム１０３０がその順応中立位置にあるように、設計されるのが好適である。この制約内では、メインアーム位置センサ１０５６は、図１０（ａ）と図１０（ｂ）の双方から削除されてもよい。しかし、ＢＣＡＡアクチュエータ５０８ｃが完全に伸長したことを検出する手段を含むことが必要だろう。この典型的な解決策は、図１０（ｄ）および図１０（ｅ）において議論している。
【０１８３】
装置を順応準備完了状態に置くために、以下の動作シーケンスを使用してもよい。（「順応準備完了シーケンス５」）
順応準備完了シーケンス５（図１５（ｉ）に示されるとおり）
１． ステップ１５８０に示されるように、バランスシーケンスを実行する。
２． ステップ１５８１ａに示されるように、ロック１１８を解除し、ＢＣＡＡアクチュエータ５０８ｃを用いて、ロック１１８を順応中立位置に位置決めする。
３． ステップ１５８１ｂの代替実施例に示されるように、システムが図１０（ｂ）に示されるタイプである場合は、ロック１１８をロックして、ＢＣＡＡアクチュエータ５０８ｃを用いて、ピストン１３０をその順応中立位置へ位置決めする。
４． ステップ１５８２に示されるように、メインアーム１０３０が、未だにその順応中立位置（例えば設計によって）にない場合は、ロック１１８をロックし、ＢＣＡＡアクチュエータ５０８ｃを用いて、メインアーム１０３０をその順応中立位置へ移動させる。
５． ステップ１５８３に示されるように、力センサ１２０が、力ロッド１１２の力が閾値力より大きいことを示す場合は、バランスシーケンスを実行する。
６． ステップ１５８４に示されるように、ロック１１８がロックされている場合は、それを解除してもよい。
【０１８４】
ステップ１５８１およびステップ１５８４は、力の閾値がピストン１３０の静止摩擦力および起動抵抗の結合より小さい場合に必要とされることに、留意すべきである。図１０（ｄ）と図１０（ｅ）に関するケースのように、これは、システムのための好適な評価基準である。これが実際となる場合は、メインアーム１０３０およびその支持された負荷が、所望の垂直位置に駆動されるとき、ロック１１８は解除され、そして解除されたままに維持されてもよい。さらに、ホルト（Ｈｏｌｔ）他によるＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＵＳ０１／０６４５６で説明されるように、障害物との遭遇を示す上部セグメント１００１に対する、メインアーム１０３０の運動を検出するために使用可能な、２個の位置センサ１０４６、１０５６のいずれかを使用することが出来る。
【０１８５】
システムが、力の閾値がピストン１３０の静止摩擦力および起動抵抗の結合より、必ずしも小さくないよう設計されている場合は、順応準備完了シーケンス２、もしくは順応準備完了シーケンス３は、順応準備完了シーケンス５の最初の３つのステップと置き換えて、適合させてもよい。結果として起こるシーケンスは、以下に提供される。この場合、負荷を位置決めさせる間、全体的に、ロック１１８はロックされた状態に保たれる必要があり、位置センサ１０４６、１０５６は、運動への障害物を検出するために使用出来ないことに留意するべきである。しかし、いずれの場合にも、力センサ１２０は、運動への障害物を検出するために、使用してもよい。
【０１８６】
順応準備完了シーケンス６（図１５（ｊ）に示されたとおり）（空気圧シリンダ１２８がロック１１８の位置決めに使用され、バランス閾値が静止摩擦力および起動抵抗よりも大きい、図１０（ａ）と図１０（ｂ）に適用可能である。）
１．ステップ１５９０に示されるように、ロック１１８を解除する。
２．ステップ１５９１に示されるように、伸長順応ストップ５２２がロック１１８に接触するよう、シリンダ１２８から空気を排出する。
３． ステップ１５９２に示されるように、ＢＣＡＡアクチュエータ５０８ｃを調整して、それがそのストロークの中央付近、もしくは、その必要な順応中立位置の付近に位置するようにする。（このステップには、静止要素５０６ｃに対する、アクチュエータの駆動要素５１４ｃの位置を感知する位置センサの使用を含む、公知の解決方法の使用が必要である。若干の例では、アクチュエータ５０８ｃは、駆動要素５１４ｃがその進行終端に達したことを感知するリミットスイッチを備えている；これらは、必要な結果を得る既知の方法で、タイマと共に使用されてもよい。）
４． ステップ１５９３に示されるように、シリンダ空気圧を、ピストン１３０が起動し、上方へ移動する位置まで増加させるため、シリンダ１２８に空気を注入する。
５． ステップ１５９４に示されるように、図示された位置センサ１０４６で、ロック１１８に対する力ロッド１１２の位置をモニターしている間、ピストン１３０、および、結果としてコネクティングロッド１１４および力ロッド１１２を移動させ続けるために、シリンダ１２８の空気圧を調整し続ける。
６． ステップ１５９５ａに示されるように、力ロッド１１２がロック１１８に対して順応中立位置に達すると、ロック１１８をロックし、シリンダ１２８内の空気圧を調整するのを終える。
７． ステップ１５９５ｂの代替実施例に示されるように、システムが図１０（ｂ）に示されるタイプである場合、ＢＣＡＡアクチュエータ５０８ｃを用いて、ピストン１３０をその順応中立位置に位置決めする。
８． ステップ１５９６に示されるように、メインアーム１０３０が、未だにその順応中立位置（例えば設計によって）にない場合は、ロック１１８をロックし、ＢＣＡＡアクチュエータ５０８ｃを用いて、メインアーム１０３０をその順応中立位置へ移動させる。
９． ステップ１５９７に示されるように、バランスシーケンスを実行する。
【０１８７】
順応準備完了シーケンス７（図１５（ｋ）に示されたとおり）（ピストン１３０がシリンダ１２８の底部と接触し、バランス閾値が静止摩擦力および起動抵抗力より大きい、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に適用可能である。）
１． ステップ１６００に示されるように、ピストン１３０が、シリンダ１２８内のそのストロークの底部に達することを可能にするよう、ＢＣＡＡアクチュエータ５０８ｃを所定位置に引き込ませる。（設計によっては、これは、アクチュエータ５０８ｃ内に組み込まれたリミットスイッチにより、完全収縮状態に達するよう、アクチュエータ５０８ｃを充分な時間収縮方向へ駆動させることにより、もしくは、他の既知技術により、決定することが出来た。）
２． ステップ１６０１に示されるように、ロック１１８を解除する。
３． ステップ１６０２に示されるように、ピストン１３０がシリンダ１２８の底部に接触するように、シリンダ１２８から空気を排出する。
４． ステップ１６０３に示されるように、ＢＣＡＡアクチュエータ５０８ｃを用いて、ロック１１８を順応中立位置に位置決めする。
５． ステップ１６０４に示されるように、ロック１１８をロックし、ＢＣＡＡアクチュエータ５０８ｃを用いて、シリンダ１２８に対してピストン１３０がその順応中立位置（通常、ほぼ中心に置かれる）にある所定の位置に、負荷を上昇させる。
６． ステップ１６０５に示されるように、メインアーム１０３０が、未だにその順応中立位置（例えば設計によって）にない場合は、ロック１１８をロックし、ＢＣＡＡアクチュエータ５０８ｃを用いて、メインアーム１０３０をその順応中立位置へ移動させる。
７． ステップ１６０６に示されるように、バランスシーケンスを実行する。
【０１８８】
図１０（ｃ）も、ホルト（Ｈｏｌｔ）他によるＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＵＳ０１／０６４５６に説明されている伸縮式コラムと同様の、伸縮式コラム１０００を有するマニピュレータである。前と同様に、メインアーム１０３０は、線形ガイドレール１０５８および線形ガイドベアリング（図示せず）を用いて、上部セグメント１００１にスライドする形で取り付けられる。これは、上部セグメント１００１に対するほぼ±１インチの垂直バーニヤ運動を、メインアームに提供する。
【０１８９】
第１線形アクチュエータ５０８ａは、コラム１０００の中央セグメント１００２を、固定された下部セグメント１００４およびベース１００３に対して垂直に移動させる。図８（ａ）に示されるタイプのＢＣＡＡは、中央セグメント１００２に対してセグメント１００１を上昇させ、さらに垂直バーニヤ軸内にバランスおよび順応性を提供するために適合される。
【０１９０】
第２線形アクチュエータ１０４２の静止要素５０６ｂは、順番に中央セグメント１００２に取り付けられる第１サポートブラケット１０４０に取り付けられる。アクチュエータネジ５１４の遠心終端は、ＢＣＡＡロック１１８に取り付けられる。ロック１１８は、やはり上部セグメント１００１に取り付けられる第２サポートブラケット１０７６に取り付けられる。従って、線形アクチュエータ５０８ｂは、中央セグメント１００２に対して、上部セグメント１００１を上下運動させる。ＢＣＡＡの空気圧シリンダ１２８もまた、第２サポートブラケット１０７６に取り付けられる。力ロッド１１２およびコネクティングロッド１１４は、メインアーム１０３０を支えるために使用される。第２線形アクチュエータ５０８ｂ、空気圧シリンダ１２８、ピストン１３０、コネクティングロッド１１４、力ロッド１１２、力センサ１２０、位置センサ１０５６、順応ストップ５２２、５２４などを含む装置が、可動上部セグメント１００１にも取り付けられたサポートブラケット１０７６を有する追加の特徴を伴う、図８（ａ）に示されるタイプのＢＣＡＡを構成していることが認識される。
【０１９１】
メインアーム１０３０が順応準備完了状態あるための条件は、図１０（ａ）および図１０ｂのためのそれらと同じである。しかし、図１０（ａ）と図１０（ｂ）でそうであり得るように、ロック１１８が上部セグメントから独立しては位置決めし得ないため、状況はより単純である。最終結果としては、メインアーム１０３０がその順応中立位置にある場合は、ロック１１８もその順応中立位置になければならず、そして逆関係にあるということである。順応準備完了状態を達成するために、以下のシーケンスが使用されてもよい。（「順応準備完了シーケンス８」）
【０１９２】
順応準備完了シーケンス８（図１５（ｌ）に示すとおり）
１． ステップ１６１０に示されるように、ロック１１８を解除する。
２． ステップ１６１１に示されるように、メインアーム１０３０が下部メインアームストップ１０５４に接触するよう、および／または伸長順応ストップ５２２が第２サポートブラケット１０７６に接触するよう、シリンダ１２８から空気を排出する。第２サポートブラケット１０７６および下部メインアームストップ１０５４はともにこの場合、上部セグメント１００１に固定される。）
３． ステップ１６１２に示されるように、ピストン１３０が起動し上方へ移動するポイントまで、シリンダ空気圧を増加させるために、シリンダ１２８に空気を注入する。
４． ステップ１６１３に示されるように、メインアーム位置センサ１０５６をモニターしている間、ピストン１３０、および、結果としてコネクティングおよび力ロッド１１４、１１２のそれぞれ、およびメインアーム１０３０を上方向へ移動させ続けるために、シリンダ１２８の空気圧を調整し続ける。
５． ステップ１６１４に示されるように、力ロッド１１２およびメインアーム１０３０が順応中立位置に達すると、ロック１１８をロックし、シリンダ１２８内の空気圧を調整するのを終える。
６． ステップ１６１５に示されるように、バランスシーケンスを実行する。
【０１９３】
バランスシーケンス力閾値が、ピストン１３０の結合した起動抵抗および静止摩擦力より小さい場合は、アクチュエータ５０８ａが、メインアーム１０３０とその支持されている負荷を、所望の垂直位置へ動かすために使用されるので、ロック１１８は解除され、さらに解除されたままに維持されてもよい。さもなければ、ドッキング装置（または、他の所望される条件）により部分的に支えられた負荷とのドッキング準備完了位置が達成されるまで、ロック１１８はロックされた状態を維持するべきである。
【０１９４】
上記から、この場合１つの位置センサ１０５６で十分であることがわかる。
【０１９５】
図１１は、単一のテストヘッドマニピュレータ１１０１で利用される、本発明のいくつかの様々な典型的実施例を示している。図１１のマニピュレータ１１０１は、ホルト（Ｈｏｌｔ）他による米国特許出願第０９／６４６，０７２号で説明されているようなベース１１０３、固定コラム１０００、すでに図９（ｂ）に示したようなタイプのテストヘッド１００を支えるメインアーム１０３０を有している。（図１１のテストヘッド１００は、破断図で示されており、図９（ｂ）に示されるドッキングハードウェアは─内部ピッチおよびヨー回転機構と同様に─簡便さのために、図１１には繰り返されていないことに留意されたい。）マニピュレータ１１０１には、７つの運動軸、３つの平行移動軸、および４つの回転軸がある。平行移動軸は、内外方向１１２８、左右方向／１１２６、および上下（すなわち垂直）方向１１３０である。回転軸は、スイング１１１５ベースの回転、テストヘッド１００のベースのピッチ１１１３、ヨー１１１７、およびロール１１１１回転である。必要とされる典型的な運動は、内外±１０インチ、左右±５インチ、垂直３０インチ、スイング３０度以上、ロール±９５度、ピッチ±５度、およびヨー±５度である。この実施例では、マニピュレータ軸のすべての動きは、モーター駆動のアクチュエータによって動かされる。アクチュエータは、マニピュレータ１１０１の運動エンベロープの範囲内で、１つのポイントから他へと方向付けられる、テストヘッド１００の動きに影響を与える中央コントローラ（図示せず）によって制御される。動きを制御する複数の軸にわたる制御の実行には、いかなる多くの技術も利用可能である。適切な位置センサは、フィードバックをコントローラに供給するために、すべての軸上で用いられる。
【０１９６】
このマニピュレータ１１０１では、ケーブルピボットリングアセンブリ９２４は、メインアーム１０３０に取り付けられる、サポートブラケット１１１４の終端に備えられる。テストヘッド１００は、テストヘッドマウント９２６に固定される、テストヘッドサポートビーム９２２により支えられる。テストヘッドマウント９２６は、サポートビーム９２２の中心線が回転可能リング１１０２の回転の中心を通り抜け、回転可能リング１１０２の平面に垂直となる形で、ケーブルピボットリング９２４の回転可能リング１１０２と結合する。本装置は、テストヘッド１００が、サポートビーム９２２の中心線により定義される軸の周りに、±９５度回転するのを可能にするよう構成される；これは、運動のロール軸１１１１である。
【０１９７】
図１１では、ロール軸１１１１が、テストヘッド１００の重心を通り抜けるため、ロール運動は、実質的にバランスがとれ、事実上、無負荷となっている。ロール軸の周りのテストヘッド１００の運動は、ホルト（Ｈｏｌｔ）他による米国特許出願第０９／６４６，０７２号で説明されているように、モーターギアボックスクラッチの構成で、動力が与えられてもよい。モーター（図示せず）が作動していない場合は、ロール軸１１１１の周りにバランスのとれた順応運動を可能にするよう、クラッチが外される。
【０１９８】
テストヘッド１００のピッチ１１１３およびヨー１１１７軸は、テストヘッドの１００の重心を通り抜けない。図９（ａ）に示され、すでに議論したように、ピッチＢＣＡＡ９３２およびヨーＢＣＡＡ９３０は、テストヘッド１００とテストヘッドマウント９２６との間で結合される。これらは、図１１で、それぞれ機構１１０６および機構１１１２として概略的に表される。詳細は図９（ａ）と同じである。これら２つのＢＣＡＡ１１０６、１１１２は、ドッキングおよび／または手動操作のための、バランスのとれた順応運動の提供と同様に、そのピッチ軸、ヨー軸１１１３、１１１７に対して、それぞれテストヘッド１００を位置決めするために用いられる。±５度の運動範囲が、ピッチ軸、ヨー軸１１１３、１１１７の双方に、それぞれ提供される。
【０１９９】
テストヘッド１００の上下動は、すでに図１０（ｄ）、図１０（ｅ）および図１０（ｆ）に示される代替インプリメンテーションで議論したように、ＢＣＡＡを含む構成により提供されてもよい。図１１では、図１０（ｅ）の構成が、機構１１１８として明瞭に示されている。（図１１には、フレキシブル空気配管および高圧空気供給装置が示されていないことに留意されたい。）伸縮式コラムが固定コラム１０００の代わりに用いられる場合、図１０（ａ）、図１０（ｂ）または１０（ｃ）に示されるタイプのうちの１つの構成が使用可能であることが分かる。図１１のシステムは、ロック１１８が解除された状態で、テストヘッド１００を垂直に位置決め可能となるよう、静止摩擦力と空気圧シリンダ１２８の起動抵抗との合計が、バランス力閾値より大きくなるよう設計されている。
【０２００】
ベース１１０３におけるスイング運動は、水平面内にあり、機構１１２０として図１１に概略的に示される、順応ドライブ機構から影響を受ける。通常、この軸での運動は、本質的にバランスをとっており、外力の影響を受けやすくはない。この場合、原則として図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）または図７のいずれかに示されるタイプの順応ドライブ機構も使用可能であった。ほぼ３０度以上のスイング運動が、アクチュエータに実質的に長いストロークを要求するため、図５（ａ）もしくは図７が好適であろう。しかし、あるアプリケーションでは、テストヘッド１００をテストキャビネット（図示せず）に接続する、厚くていくぶん弾力があるテストヘッドケーブル（図示せず）は、この軸内の運動に作用する位置変化力を及ぼすことが出来る。この状況で、バランスした順応性と同様にドライブを提供する機構１１２０として、ＢＣＡＡが使用可能であった。図６（ｂ）に示されるようなＢＣＡＡ構成が、適合可能であった。また、図８（ａ）もしくは図８（ｂ）のいずれかに示されるタイプのＢＣＡＡも、このアプリケーションでの使用に同じく適合可能であった。
【０２０１】
同様に、ベース１１０３の内外方向および左右方向の運動は、水平面にも存在している。これらの軸のための順応ドライブ機構もまた、それぞれ機構１１２２および機構１１２４として図１１内に概略的に示されている。スイング運動のように、これらの軸の運動は本質的にバランスしており、外力の影響をうけることはない。これらの軸に要求される運動範囲は、通常±５インチから±１０インチである。従って、図５（ａ）もしくは図７の機構が、必要なストロークを提供するために好適である。有意な可変ケーブル力がシステム内に存在する場合、図６（ａ）、図６（ｂ）、図８（ａ）または図８（ｂ）に示されるタイプのＢＣＡＡ機構が、水平軸内に適合して、有利に利用することが出来た。
【０２０２】
図１１に示されるＢＣＡＡおよび順応ドライブ機構が、説明および議論の明快さを念頭に、可視位置に示されていることに留意されたい。実際の実装においては、特定の機構もしくは部分は、所与の視点からは不可視となることもある。例えば、機構１１２０、１１２２、１１２４の構成要素は、通常、マニピュレータベース１１０３を構成する様々なプレートの間に、他の機構と共に配置される。また、さらなる例として、機構１１１８は、マニピュレータコラム１１０５の一側、もしくは他側、もしくは後側に配置可能であった。
【０２０３】
ドッキングに関する情報
アクチュエータ駆動ドッキングの典型的実施例は、図１１を参照することにより説明される。図１１では、マニピュレータ１１０１が、テストヘッド１００をドッキング準備完了位置へ引き込む、その後は、別の独立したドッキングアクチュエータ（図示せず）が、テストヘッド１００を最終もしくは完全ドッキング位置へ導くために用いられる。テストヘッド１００が適切かつ正確に、装置ハンドラ／プローバ（図示せず）に配置されることを確保するものとして、例えば、ガイドピンおよび穴、キネマティック機構などの様々なタイプのガイド機構が知られている。アクチュエータが動作するにつれて、テストヘッド１００は、マニピュレータ１１０１に対して順応的に移動しなければならない。完全にドッキングされると、アクチュエータ機構でもよい機構は、所定の位置でしっかりとテストヘッドをラッチする。
【０２０４】
テストヘッド１００がより大きくなるのに従い、８１５ドックの基本的な考え方も、３セットもしくは４セットのガイドピン９１２、ガイドピン受け９１２ａ、およびケーブル９１５により相互連絡された円形カム９１０を有するドックを提供するよう発展して来た。本願の図１２（ａ）、図１２（ｂ）、図１２（ｃ）および図１２（ｄ）は、４つのガイドピン９１２および穴（受け）９１２ａの組み合わせ、および４つの円形カム９１０を有するドック示している。こうした４ポイントドックは、４つのカム９１０の各々に取り付けたアクチュエータハンドルを有するよう構成されてきたが、図示されたドックは、ケーブルドライバ９１７に取り付けられた単一のアクチュエータハンドル９１４を組み込んでいる。ケーブルドライバ９１７がドッキングハンドル９１４によって回転する場合、ケーブル９１５は、４個のカム９１０が同期的に回転するよう、移動する。この配置により、単一アクチュエータハンドルは、オペレータにとって好都合な位置に配置される。また、ケーブルドライバの直径に対するカム９１０の直径の比率を、適切に調整することにより、より大きな機械的利点を達成可能である。
【０２０５】
ここで、図１２（ａ）から図１２（ｄ）について、さらに詳細に考察する。図１２（ａ）は、マニピュレータ（図示せず）により順番に支えられる、クレードル２００内に保持された、テストヘッド１００を示した斜視図である。また、テストヘッド１００がドッキングし得る、装置ハンドラ１２０８のセグメントの破断図も示されている。図１２（ｂ）は、装置ハンドラ１２０８を、やや大きな縮尺で、さらに詳細に示している。（読者は、「ハンドラ」という用語が、パッケージされた装置ハンドラ、ウエハプローバなどを含む、様々なテスト装置のいずれかについて参照する場合に、一般性を損なうことなく用いられていることを、もう一度思い出すだろう。）図１２（ｃ）の断面図を一瞥すると、テストヘッド１００は電気インタフェース１２２６を有し、装置ハンドラ１２０８は、対応する電気インタフェース１２２８を有しているのが分かる。通常、電気インタフェース１２２６、１２２８は、数百、もしくは数千の、小さくて、壊れやすい電気接点を有しており、これらは、テストヘッドが最終的にドッキングされるとき、信頼性のある、個々の対応した電気的接続を提供する形で、正確に係合されなければならない。この典型的なケースに示されているように、装置ハンドラ１２０８の下部表面は、ハンドラ電気インタフェース１２２８を含んでおり、テストヘッド１００は、全般的に、下から上向きの運動でドッキングされる。他の方向も可能であり、既知の以下を含む：下方運動で上面表層への、水平運動で垂直平面表層への、および、水平および垂直の双方に対して角度を有した平面へのドッキング。
【０２０６】
図１２（ａ）および図１２（ｂ）に戻って、完全な４ポイントドッキング装置が示されている；それの部分は装置ハンドラ１２０８、または、テストヘッド１００のいずれかに取り付けられている。面板１２０６が、テストヘッド１００に取り付けられている。面版１２０６の４つのコーナーの近傍に４つのガイドピン９１２が取付けられ、配置されている。フェースプレート１２０６は、中央穴を有し、テストヘッド電気インタフェース１２２６がその穴を通して突出し、ガイドピン９１２が電気インタフェース１２２６と中央をほぼ共有する近似的長方形を形作るように、テストヘッド１００に取り付けられる。
【０２０７】
ガセットプレート１２１４は、装置ハンドラ１２０８の下部表面に取り付けられる。ガセットプレート１２１４は、中央穴を有し、ハンドラ電気インタフェース１２２８がその穴を通して突出するように、装置ハンドラ１２０８に取り付けられる。４つのガセット１２１６は、ガセットプレート１２１４に取り付けられ、その４隅のそれぞれの近くに１つずつ配置される。各ガセット１２１６は、それに埋め込まれたガイドピン穴もしくは受け９１２ａを有している。各ガイドピン穴９１２ａは、それぞれのガイドピン９１２に対応している。これらは、ドッキング時に、各ガイドピン９１２が、それぞれのガイドピン穴９１２ａに完全に挿入される状態となるよう、配置されている。従って、ガイドピン９１２およびガイドピン穴９１２ａは、テストヘッドと装置ハンドラのと間の整列を提供する。
【０２０８】
４つのドッキングカム９１０は、回転可能な形で、フェースプレート１２０６に取り付けられる。カム９１０は、円形であり、特許‘８１５で説明されるものと同等である。特に、それぞれは、上部表面上の上部カットアウトと共に、その円周の周りには、側面螺旋状溝を有している。各ドッキングカム９１０は、ガイドピン９１２がカム９１０とテストヘッド電気インタフェース１２２６との間にくるように、それぞれのガイドピン９１２を通るテストヘッド電気インタフェース１２２６のほぼ中心から延びる線上に、全体的にその中心が来る形で、それぞれのガイドピン９１２に近接して配置される。ガセット１２１６およびガセットプレート１２１４の隅は、ガイドピン９１２が、ガセット内のガイドピン穴９１２ａへ完全に挿入されると、各カム９１０の円周が、そのガセット１２１６内の円形カットアウトに隣接し、かつ同心となるような、円形カットアウトを有している。この構成により、テストヘッド１００が最初に装置ハンドラ１２０８とのドッキング位置に誘導されるときの、ドッキング要素間の初期コース整列が提供される。
【０２０９】
付属ドッキングハンドル９１４を備えた円形ケーブルドライバ９１７もまた、フェースプレート１２０６に回転可能な形で取り付けられる。ドッキングケーブル９１５は、各カム９１０、およびケーブルドライバ９１７に取り付けられる。プーリー１２２４は、ケーブルドライバ９１４に出入りするケーブルの経路を、適切に方向づける。ケーブルドライバ９１７は、ハンドラ９１４へ力を与えることにより、回転されることが出来る。ケーブルドライバ９１７が回転するのに従い、それは、カム９１０を順番に同期的に回転させるケーブル９１５へ、力を伝達する。
【０２１０】
カムフォロア１２１０は、各ガセット１２１６の円形カットアウトから延びている。カムフォロア１２１０は、そのそれぞれのカム９１０の上部表面上の、上部カットアウトにフィットする。図１２（ｃ）は、テストヘッド１００のハンドラ１２０８へのドッキングプロセスの１ステージの、断面図を示している。ここで、ガイドピン９１２は、ガセット１２１６のガイドピン穴９１２ａに、部分的に挿入される。この典型的な場合では、ガイドピン９１２は、その遠心終端付近ではテーパーとなっていて、フェースプレート１２０６への付属位置に近くなると、一定直径となっていることに留意すべきである。図１２（ｃ）でのガイドピン９１２は、丁度一定直径の領域がガイドピン穴９１２ａに入るポイントまで、ガイド穴９１２ａ内に挿入されている。図１２（ｃ）でも、各カムフォロア１２１０は、それぞれのカム９１０の上部表面上の上部カットアウトに、螺旋状カム溝の最頂端の深さまで挿入されている。この構成では、ドックは、作動して、力をハンドルに適用し、カムを回転させる準備が出来ている。従って、この構成は、「作動準備完了」位置と称してもよい。
【０２１１】
図１２（ｄ）は、カム９１０を完全に回転させた結果を示す断面図である。ここでは、テストヘッド１００は、ハンドラ１２０８に完全にドッキングされている。カム９１０が回転し、それによって、カムフォロア１２１０は、前面板１２０により近接した位置まで螺旋状溝をたどっている。加えて、ガイドピン９１２は、そのそれぞれのガイドピン穴９１２ａに、完全に挿入されている。ガイドピン９１２の一定直径領域と、それぞれのガイドピン穴９１２ａの側面との間のはめ合いの精密さが、ハンドラ電気インタフェース１２２８とテストヘッド電気インターフェース１１２６との間の最終的な整列を決定していることが確認される。
【０２１２】
以上の議論の見地から、ここで、ドッキング処理についてより完全な議論をし、さらに特定用語を定義することが適当である。ドッキングの目的は、テストヘッド電気インタフェース１２２６を、ハンドラ電気インタフェース１２２８と正確に合わせることである。各電気インタフェース１２２６、１２２８は、通常、しかし、必ずしもそうとは限らないが、名目上は電気接点の遠心終端と平行な平面を形作る。ドッキングされると、これらの２つの平面は、互いに平行とならねばならない。電気接点の損傷を防ぐために、電気接点が互いに機械的接触可能となる以前に、２つのインタフェース１２２６、１２２８が自由度５で最初に整列されるのが好適である。ドッキング位置で、インタフェースの定義された平面が、図１４のＸ−Ｙ平面と平行である場合、それぞれの接点は、互いに並ぶような形で、Ｘ、Ｙ、およびシータＺに整列されなければならない。さらに、２つの平面は、シータＸおよびシータＹでの回転運動により、平行となる。２つの電気インタフェース平面を互いに平行にするプロセスは、インタフェースの「平面化（ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ）」と呼ばれる；そして、それが達成されると、インタフェースは、「平面化された（ｐｌａｎａｒｉｚｅｄ）」もしくは「共面（ｃｏ−ｐｌａｎａｒ）」にあると呼ばれる。Ｘ、Ｙ、およびシータＺ内で、一旦平面化され、整列されると、ドッキングは、ハンドラ電気インタフェース１２２８の平面に垂直な、Ｚ方向へ運動することにより、続行される。ドッキングのプロセスでは、テストヘッド１００は、最初にハンドラ１２０８の近傍へ誘導される。さらに、操作は、ガセット１２１６の円形カットアウトを、カム９１０との第１整列へともたらす。この位置、もしくはその直前の位置を、「ドッキング準備完了」位置だと考えてもよい。より一般的には、「ドッキング準備完了」は、なんらかの第１コース整列手段が、わずかに係合する、もしくは係合位置の近傍にある位置を指している。このステージでは、設計の詳細に依存して、ガイドピンの遠心終端は、それぞれのガイド穴に入る準備ができている。さらに、操作は、テストヘッドを、すでに図１２（ａ）から図１２（ｄ）に関して議論した、「作動準備完了位置」にもたらすことになる。より一般的には、「作動準備完了」は、テストヘッドが、ドッキング装置の作動可能な場所に到達した位置を指している。作動準備完了位置では、およその平面化、さらに、Ｘ、ＹおよびシータＺでの整列は達成されている。ドックが作動し、ガイドピン９１２が、それぞれのガイドピン穴９１２ａ内に、より完全に挿入されると、整列および平面化はより正確なものとなる。
【０２１３】
一般に、作動準備完了位置は、ドックの２つの半分内の整列機構が、少なくとも部分的に係合し、さらに、必ずしも全てでなくてもよいが、若干の軸で整列が達成されている位置である。例えば、特許’８１５内で説明されているタイプ、および、図９（ａ）および図９（ｂ）、さらに図１２（ａ）から図１２（ｄ）に示されるタイプのドックでは、これは、すでに説明した、ハンドラ１２０８上のカムフォロア１２１０がドッキングカム９１０内に挿入されるように、テーパーガイドピン９１２が、ガイドピン穴９１２ａ内にさらに挿入されている位置である。このようにすると、テストヘッド１００は、通常、目標装置と、数１０００分の１インチ以内、および、ほぼ１度以内の共面性で整列されるようになる。他の例として、米国特許第５，９８２，１８２号明細書（参照により含まれる）で説明されているドックでは、これは、キネマティックコンタクトが係合し、システムが、目標に対して垂直な、最終線形運動の準備が完了した位置である。
【０２１４】
上への解決方法は、本願明細書の図１（ａ）から図４（ｂ）で説明されているバランジングシステム（ナイ（Ｎｙ）他による米国仮出願第６０／２３４，５９８号で説明されている）、さらに、本願明細書の図６（ａ）から図９（ｂ）にも説明されているＢＣＡＡと共に利用可能である。これらには、いくつかの共通態様がある；１つの視点では、バランジングシステムはＢＣＡＡの部品である。従って、必要もしくは所望されるバランスおよび順応性を提供するために、ＢＣＡＡおよび／またはバランジングシステムは、必要に応じて、マニピュレータとテストヘッド１００へ付加可能である。
【０２１５】
すでにこのアプリケーションで説明されたように、テストヘッド１００は、ドッキングの前に、順応中立位置に導かれ、そこでロックされてもよい。軸もしくは複数の軸が、最終ドッキング直前に、ドッキングシステムのごく近傍で、バランスをとり、順応準備完了となってもよい。ロック１１８がロックされている状態でこれが達成されるので、テストヘッド１００が、突然の、予測不能な、潜在的に危険性のある運動をするリスクは全くない。続いて、順応準備完了状態にあるシステムで、ロック１１８は、順応運動およびドッキングの進行を可能にするよう解除される。
【０２１６】
以前に本願説明書において示されているように、圧力センサ（６０６ａ、６０６ｂ）は、空気圧を測定するために、空気圧シリンダ１２８の各入口に備えられ、配置されてもよい。コントローラ（図示せず）は、圧力センサから、測定圧力を示す信号を受け取る。バランス状態を回復するために、ドッキング解除の前に圧力センサを用いることは、以前に本願明細書において説明された。このアプローチがなければ、通常の動作は、バランスシステムロックがロックされた状態で、テストヘッド１００をドッキング解除することになるが、これは、ドッキング解除の間、順応運動の機会に先立って行われる。
【０２１７】
また、圧力センサ（６０６ａ、６０６ｂ）は、テストヘッド１００がドッキングされ、テストが実行されている、すべての時間わたって、バランス状態を維持するために、システム内で使用されてもよい。これを達成するために、テストヘッド１００は、ドッキング準備完了位置にもたらされる。バランジングシステムを有する全ての軸もしくはＢＣＡＡは、順応準備完了状態へもたらされる。すなわち、それらは、順応中立領域に、バランスをとって位置決めされる。続いて、空気圧シリンダ１２８における圧力は、コントローラにより測定され、記録される。次に、ロック１１８が解除され、テストヘッド１００がドッキングされる。ドッキングシステムのタイプとアプリケーションによっては、テストヘッド１００が最終的にドッキングされるとき、ロック１１８は再ロックされることもあるし、されないこともある。テストヘッド１００がドッキングされる一方で、コントローラは、空気圧シリンダ１２８内の圧力を絶え間なくモニターし、それらを記録された値と比較して、シリンダ圧を本質的に一定に維持するためにバルブ６０４を操作する。これにより、ピストン１３０およびコネクティングロッド１１４上では本質的に一定の力が維持され、システムを所望のバランス状態に保つ。明らかに、バランス状態において、順応運動が利用可能な状態で、テストヘッド１００はドッキング解除されてもよい。
【０２１８】
さらに具体的には、ドッキングシステムが、ラッチタイプであるか、あるいは非ラッチタイプであるかが、利用可能な動作モードを決定するだろう。ラッチされたドックは、２つの運転モードの間に、以下のような代替案を提供する：
１． （上で説明されたように）テストヘッド１００がドッキングされている間、ロック１１８が解除された状態で、バランスは維持される。ドッキング解除の間、ロック１１８が解除された状態で、バランスおよび順応運動の機会は保持される。
２． テストヘッド１００がドッキングされている間、ロック１１８がロックされた状態では、バランスは維持されない。ドッキング解除のための、２つのサブオプションがある：
ａ． 均衡はドッキング解除前に回復され、さらに、ドッキング解除の間、ロック１１８が解除された状態で、順応運動の機会は保持される。
ａ． バランスは回復されず、さらに、ドッキング解除の間、ロック１１８はロックされたまま保たれなければならない。このアプローチは圧力センサを必要としない。
【０２１９】
非ラッチドッキングシステムでは、テストヘッド１００がドッキングされている間、通常、ロック１１８をロックする必要がある。バランスは、順応運動のための必要性により、ドッキング解除前に、回復されてもよいし、されなくてもよい。
【０２２０】
ラッチ式、アクチュエータ駆動式のドッキングを用いるシステムの動作について考察する。これは、現在最も広く用いられているタイプのシステムである。米国特許第４，５８９，８１５号明細書で説明されるような、基本的な２ポイントドッキング装置は、すでに説明した、図９（ａ）、図９（ｂ）、および図１２（ａ）から図１２（ｄ）に示されるような、３セットもしくは４セットのガイドピン９１２、ガイドピン穴９１２ａ、およびケーブルドライバを含むよう拡張可能である。こうした２、３および４ポイントドックは、この目的で、産業界で広く使用されている。こうした装置は、ドッキングハンドル９１４に力を適用することにより、オペレータによって手動で作動させるものであるが、モーター、電気のもしくは空気圧の線形アクチュエータ、および／または、真空操作装置を含む、他のタイプのドッキングアクチュエータも知られている。一般に、テストヘッド１００は、パッケージされた装置ハンドラ、ウエハプローバ、もしくは、場合によっては、ハンドラ１２０８という用語もしくは「目標装置」として集合的に呼称されている、他の装置を用いてドッキングされるだろう。ドッキング用に以下のシーケンスを用いてもよい：
【０２２１】
図１５（ｍ）に示されるように、システムは、テストヘッド１００もしくは負荷を、目標装置から離れた開始位置から、ドッキング準備完了位置へ操作するために準備される。
ａ． ステップ１６２０に示されるように、水平（内外方向、左右方向、およびスイング） 軸の順応ドライブ、および／または、ＢＣＡＡは、順応準備完了状態にもたらされ、それらのロック１１８がロックされる。
ｂ． ステップ１６２１に示されるように、ピッチおよびヨーＢＣＡＡは、順応準備完了状態にもたらされ、それらのロック１１８がロックされる。
ｃ． ステップ１６２２に示されるように、垂直ドライブ機構内のＢＣＡＡは、順応準備完了状態にもたらされ、（順応準備完了シーケンス１を用いて）そのロック１１８を解除する。
ｄ． ステップ１６２３に示されるように、ここで、テストヘッドもしくは負荷１００が、目標装置とのドッキング準備完了位置へ誘導される。これを実現するために、コントローラは、テストヘッド１００を、ドッキング準備完了位置へもたらす運動経路に沿って移動させるために、アクチュエータを制御する。概して、これは、ドックの２つの半分の整列機構が、ごく近傍に近づき、もしくは初期接触する位置であるが、完全に係合するわけではない。例えば、ガイドピン９１２を有する多くのタイプのドックでは、これは、ドッキングガイドピン９１２が、目標装置内にある、その合わせドッキングガイドピン受け９１２ａのごく近接に来て、もしくは係合した直後の位置である。コントローラは、これを遂げるアルゴリズムを使用してもよいし、もしくは、オペレータが、プッシュボタン、ジョイスティック、および／または、コントローラへの他の適当な入力装置を用いて、処理を誘導してもよい。
【０２２２】
ドッキング準備完了から完全ドッキングへ
ｅ． 準備：ＢＣＡＡを有するマニピュレータのすべての軸が、再バランスをとる。ステップ１６２４に示されるように、各ＢＣＡＡは、順番にバランスをとる。特定のＢＣＡＡのバランスをとると、どれか他のＢＣＡＡのバランスが乱されることもある。従って、それぞれのＢＣＡＡの力センサ１２０が、バランス状態を示すまで、このプロセスが繰り返される。（通常この目標は、３回以下、一般には２回の反復で達成される。）
ｆ． ステップ１６２５に示されるように、圧力センサが、いずれかのＢＣＡＡに組み込まれている場合は、現在の圧力は、コントローラによって読み込まれ、後の使用のために、コントローラのメモリに格納される。
ｇ． ステップ１６２６に示されるように、ロック１１８はすべて解除され、すべての軸において、バランス−順応運動が可能となる。（設計によっては、ホルト（Ｈｏｌｔ）他による米国特許出願第０９／６４６，０７２号に説明されているように、モーターが作動しておらず、ロール軸も駆動されていない場合はいつでも、ロール軸モーターのクラッチが自動的に外されることに留意されたい。ここで、テストヘッド１００もしくは負荷は、バランス−順応状態にあり、それは外部の手段によって、通常２５から３０ポンドより小さな力で操作可能である。
ｈ． テストヘッド１００は、さらに作動準備完了位置に誘導される。これは、通常１インチ未満の総合的な運動であり、操作は手動で行われてもよく、通常はそのようにされている。しかし、より精巧なシステムでは、テストヘッド１００を、この作動準備完了位置へ導くために、コントローラ（図示せず）を使用してもよい。これを実現するために、コントローラは、ハンドラ（または、他の対象装置）の、電気インタフェース１２２８の平面に垂直な直線経路に沿って、テストヘッド１００を誘導する。適切な運動軸（複数も可）が、選択され（水平ドッキングのための垂直方向、垂直面ドッキングのための内外方向もしくは左右方向、もしくは、傾斜ドッキングのための垂直方向および内外方向もしくは左右方向の組み合わせ）、ロック１１８（複数も可）がロックされ、アクチュエータ（複数も可）がテストヘッド１００を所定位置へ導くために使用され、そこで、ロック１１８が再び解除される。（他の軸は、必要な順応運動を可能にするために解除された状態に保たれ、そして、これによって、上に説明されたように、テストヘッド１００が整列可能となる。）
ｉ． ステップ１６２８に示されるように、ここで、ドックアクチュエータが作動され、テストヘッド１００を目標装置１２０１との完全ドッキング位置へと導く。図９（ａ）に示されるドッキング装置など、手動作動させられるドックでは、これは、図９（ａ）内のドッキングカム９１０もしくは図１２（ａ）のケーブルドライバ（ユニット９１４の一部）に回転を起こさせる、ドッキングハンドル９１４に力を適用することによって達成される。電動によるアクチュエータを有するドックでは、これは、適切にアクチュエータに通電することにより達成される。テストヘッド１００が最終的なドッキング位置に引かれるように、それはすべての空間自由度６で自由に従順に移動する。これは常に好適というわけではないが、所望であれば、選択された軸で、対応する自由度での順応運動を制限するために、それらのロック１１８を係合させてもよい。
【０２２３】
ドッキング機構の設計は、通常、ドッキングアクチュエータがその完全なドッキング限界に達したとき、テストヘッド１００が、事実上、適所にラッチするような形となる。従って、ここでテストヘッド１００は、完全にドッキングされ、機械的に装置をテストする準備が完了したことになる。
【０２２４】
ここで、非ラッチドッキングを伴った、マニピュレータ駆動システムの動作を考察する。こうしたシステムでは、マニピュレータは、ドッキングに関連した力に打ち勝たねばならない。これらの力は、通常、数百もしくは数千の、スプリング負荷のホッピングピンを圧縮する必要性、および／または、数百もしくは数千の電気コネクタでの合わせ接点を結合させる必要性から生成される。こうした各ホッピングピンもしくは接点が、数グラムもしくは数オンスの力を必要とすることで、多くの場合、数１００ポンドの総ドッキング力に遭遇することになる。マニピュレータ駆動ドッキングのために、ドッキングに使用されるマニピュレータドライブ機構は、テストヘッドもしくは負荷１００をフリースペースで移動させるのに必要な力に加えて、ドッキング力に打ち勝つことが出来なければならない。駆動軸がバランスしている場合、駆動力は削減される。
【０２２５】
マニピュレータ駆動ドッキングでの駆動軸となる軸の、ＢＣＡＡ機構の使用が、有利である。最初に、軸を駆動するアクチュエータは、通常、テストヘッドもしくは負荷１００の誘導に必要な力に加え、ドッキング力に打ち勝つのに十分なドライブ能力を持つよう、容易に大きさを評価可能である。さらに、問題の軸は、ロック１１８が解除された状態で、バランス状態での操作が可能なように設計されているなら、障害や妨害物との遭遇を検出するために、相対位置センサが使用可能である。（例えば、図１０（ａ）から図１０（ｆ）での議論を参照。）さらに、力センサ１０２は、ロック１１８がロックされた状態で、テストヘッド１００もしくは操作が行われる場合には、妨害物や障害との遭遇を検出するために使用可能である。
【０２２６】
ここで、アクチュエータ駆動ドッキングでは、通常、ドッキング装置は、テストヘッド１００を装置ハンドラ（図１２（ａ）では１２０８）もしくはプローバのテストサイトとの整列へ導くために、その一方の側面にガイドピン９１２および他方の側面に合わせガイド穴９１２ａを備えていることを、思い起こすことにする。２つの密着した穴９１２ａに嵌合する、２つのガイドピン９１２は、ピン９１２に十分の長さおよび穴９１２ａに十分な深さがあるなら、空間的自由度５での整列を提供するだろう。ドッキングされる表面が平面である場合、これらの自由度は、平面内のＸ、Ｙ、およびシータ、および平面に対するピッチおよびロールを含んでいる。残余の自由度は、ドッキングアクチュエータ機構により制御される、２平面間の垂直距離である。この技術はまた、マニピュレータ駆動ドッキングで使用されてもよい；しかし、他の技術もまた、以前に議論された［グラハム（Ｇｒａｈａｍ）他］ように、既知である。
【０２２７】
マニピュレータ駆動ドッキングのための手順は、以下に概説されており、図１５（ｎ）のフローチャートに示されている。この手順は、アクチュエータ駆動ドッキングのための以前の手順の、一般形式に従っている。
１） システムは、テストヘッドもしくは負荷１００を、目標装置から離れた開始位置から、ドッキング準備完了位置へ誘導するために準備される。
ａ） ステップ１６３０に示されるように、水平（内外方向、左右方向、およびスイング）軸の順応ドライブ、および／または、ＢＣＡＡは、順応準備完了状態にもたらされ、それらのロック１１８がロックされる。
ｂ） ステップ１６３１に示されるように、ピッチおよびヨーＢＣＡＡは、順応準備完了状態にもたらされ、それらのロック１１８がロックされる。
ｃ） ステップ１６３２に示されるように、垂直ドライブ機構内のＢＣＡＡは、順応準備完了状態にもたらされ、（順応準備完了シーケンス１を用いて）そのロック１１８を解除する。
【０２２８】
２） ステップ１６３３に示されるように、ここで、テストヘッドもしくは負荷１００が、目標装置とのドッキング準備完了位置へ誘導される。これを実現するために、コントローラは、２つの半分のドッキング装置が、その合わせ片の近傍に来て、もしくは、それと係合したばかりのドッキング準備完了位置へもたらす、運動経路に沿って、テストヘッド１００を移動させるために、アクチュエータを制御する。コントローラは、これに作用するアルゴリズムを使用してもよいし、もしくは、オペレータが、プッシュボタン、および／または、ジョイスティック、および／または、コントローラへの他の適当な入力装置を用いて、プロセスを誘導してもよい。
【０２２９】
３） ドッキング準備完了から完全ドッキングへ
ａ） 準備：ＢＣＡＡを有するマニピュレータのすべての軸が、再バランスをとる。ステップ１６３４に示されるように、各ＢＣＡＡは、順番にバランスをとる。特定のＢＣＡＡのバランスをとると、どれか他のＢＣＡＡのバランスが乱されることもある。従って、それぞれのＢＣＡＡの力センサ１２０が、バランス状態を示すまで、この処理が繰り返される。（通常この目標は、３回以下、一般には２回の反復で達成される。）
ｂ） ステップ１６３５に示されるように、圧力センサが、ＢＣＡＡのいずれかに組み込まれている場合は、現在の圧力は、コントローラによって読み込まれ、後の使用のために、コントローラのメモリに格納される。
ｃ） ステップ１６３６に示されるように、駆動および制御される軸が決定される。これらは、特定設備のアプリケーションでの設計により、前もって決定されてもよいが、一般には、テストヘッド１００がドッキングする設備がそれらを決定することになるだろう。通常、選択された軸は、少なくとも、ハンドラもしくはプローバの、垂直、もしくは水平、あるいは、水平に対してある角度で傾いたドッキング平面に垂直な経路に沿った運動を可能にするだろう。特定のアプリケーションでは、１つに集められた２表面の平面化に作用する軸を、駆動および制御するのも望ましいかも知れない。
ｄ） ステップ１６３７に示されるように、非駆動、および非制御軸内のロック１１８はすべて解除され、完全ドッキング位置へ移動している間、これらの軸での均衡−順応運動を可能にする。駆動および制御される軸のロック１１８は、ロックされた状態に保たれる。（設計によっては、Ｈｏｌｔ他に対する米国特許出願第０９／６４６，０７２号に説明されているように、モーターが作動しておらず、ロール軸も駆動されていない場合はいつでも、ロール軸モーターのクラッチが自動的に外されることに留意されたい。（また、ロール軸が、ドッキング運動の一部として駆動される場合は、上に説明したように、非トルク制限操作を可能にする手段を備える必要があることに留意されたい。）ここで、テストヘッドもしくは負荷１００は、均衡−順応状態にある。
ｅ） ステップ１６３８に示されるように、テストヘッド１００は、さらに、センサおよび／または、先細りガイドピン９１２のガイドピン受け９１２ａへの部分的挿入により決定された、初期配列位置に誘導される。このようにすると、テストヘッド１００は、目標装置と、数１０００分の１インチ以内、および、ほぼ１度以内の共平面性で配置されるようになる。これは、通常１インチ未満の総合的な運動であり、そして、マニピュレータ駆動システムでは、操作は通常、この初期配置位置にテストヘッド１００を導くコントローラを用いて実行される。これを実現するために、コントローラは、目標装置上のドッキング領域の平面に垂直な直線経路に沿って、テストヘッド１００を誘導する。このステップで、上記ステップ２）ｃ）で選択される軸以外の軸が使用される場合、運動の前にロックされ、さらにその運動後に、再び解除されなければならない。（他の軸は、必要な順応性を可能にするために、解除された状態に保たれる。）
ｆ） ステップ１６３９に示されるように、テストヘッド１００は、目標装置との完全ドッキング完了位置へ導かれる。上のステップ１６３６で選択される軸は、駆動されており、テストヘッド１００を適切な経路に沿い、その完全ドッキング完了位置へ移動させるために、システムコントローラによって制御される。テストヘッド１００が最終ドッキング完了位置に導かれると、それは非選択軸のすべてに自由に順応性をもって移動可能となる。しかし、所望される場合は、特定の非選択軸は、対応する自由度内で、順応運動を制限するために、そのロック１１８を係合させてもよい；しかし、一般に、これは好ましい動作モードではない。この運動が実行されると、適切な位置センサがモニターする。最小限の１つ以上の位置センサが、テストヘッド１００がその完全ドッキング完了位置に到着したとき、合図を送るために必要である。適切な軸が手順の間駆動および制御されるなら、テストヘッド１００がドッキング完了位置に移動されたとき、その配置と平面化を維持および改良するために、必要ならば、他のセンサを利用してもよい。
【０２３０】
４） ステップ１６４０に示されるように、テストヘッド１００が完全にドッキングされると、（上の１６３６で選択された）駆動軸は止められて、完全ロック状態に維持される。それらは、掛け金機構が提供されない限り、その後のテストおよびテストヘッド１００の使用の間、ドッキングハードウェア内で、テストヘッド１００をそのドッキング完了位置に維持するために、この状態のままで維持されなければならない。こうした掛け金は、コントローラにより制御可能であり、ドッキング完了位置が達成されたのを示す信号で作動させることが出来た。
【０２３１】
テストヘッドがテストヘッド装置とのドッキング完了位置を維持する代替技術には、マニピュレータ運動軸の、いくつかあるいは全てをロックすることが含まれる。追加技術は、ＢＣＡＡのシリンダ１２８内の圧力をモニターかつ維持することにより、テストヘッド１００の均衡状態を維持することである。
【０２３２】
ドッキングのための方法では、テストヘッド１００の２つの中間位置が、各場合で特定される：双方の場合のドッキング準備完了、およびアクチュエータ駆動ドッキングの場合の作動準備完了、さらにマニピュレータ駆動ドッキングの場合の初期配置の対応位置である。特定の場合には、２つの中間位置が同一であることもある。さらに、特定のドックでは、テストヘッド１００をこれらの中間的位置の一方もしくは双方で捉えて保持するために、機械留め具を利用してもよい。これらの留め具は、作動されると、テストヘッド１００が、得られたドッキング完了位置、ドッキングする位置から外れてしまうのを防止するが、それが次のドッキング位置に移動するのは許可するものである。これらの留め具の使用は、新方式を作成するより、むしろ上の方法を拡大する。
【０２３３】
本発明の好ましい実施例が本願明細書に示されさらに説明されて来たが、こうした実施例が例してのみ提供されていることは、理解されるものだろう。多数の変化、変更、および代替が、本発明の精神から逸脱することなく、当業者の心に浮かぶだろう。従って、付属した請求項が、本発明の精神と範囲の中に納まるすべての変化をカバーすることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１（ａ）】本発明の典型的実施例に従う、テストヘッドに結合したバランスユニットの斜視図である。
【図１（ｂ）】本発明の他の典型的実施例に従う、テストヘッドに結合したバランスユニットの斜視図である。
【図１（ｃ）】本発明のさらに他の典型的実施例に従う、テストヘッドに結合したバランスユニットの斜視図である。
【図１（ｄ）】本発明のさらに他の典型的実施例に従う、テストヘッドに結合したバランスユニットの斜視図である。
【図２（ａ）】本発明の典型的実施例に従う、クレードルに搭載されたテストヘッドに結合したバランスユニットの斜視図である。
【図２（ｂ）】本発明の他の典型的実施例に従う、クレードルに搭載されるテストヘッドに結合したバランスユニットの斜視図である。
【図３（ａ）】本発明の典型的実施例に従う、内部ベアリングで支えられたテストヘッドに結合した、バランスユニットの斜視図である。
【図３（ｂ）】本発明の他の典型的実施例に従う、内部ベアリングで支えられたテストヘッドに結合したバランスユニットの斜視図である。
【図４（ａ）】本発明の典型的実施例に従う、空気圧シリンダの詳細な破断図である。
【図４（ｂ）】本発明の典型的実施例に従う、液圧シリンダの詳細な破断図である。
【図５（ａ）】本発明の典型的実施例に従う、位置センサおよび機械式ロックを含む、順応駆動機構の斜視図である。
【図５（ｂ）】本発明の典型的実施例に従う、位置センサおよび液圧式ロックを含む、順応駆動機構の斜視図である。
【図５（ｃ）】本発明の典型的実施例に従う、位置センサおよび２個の順応性センタリングアクチュエータを含む、順応駆動機構の斜視図である。
【図６（ａ）】本発明の典型的実施例に従う、順応駆動機構および空気圧バランスユニットの斜視図である。
【図６（ｂ）】本発明の他の典型的実施例に従う、順応駆動機構および空気圧バランスユニットの斜視図である。
【図７】本発明のさらに他の典型的実施例に従う、順応駆動機構の斜視図である。
【図８（ａ）】本発明の典型的実施例に従って連結された、順応駆動機構および空気圧バランスユニットの斜視図である。
【図８（ｂ）】本発明の他の典型的実施例に従って連結された、順応駆動機構および空気圧バランスユニットの斜視図である。
【図９（ａ）】は、本発明の典型的実施例に従う、第１回転軸に適用された空気圧バランスユニットに結合した第１順応駆動機構、および第２回転軸に適用された空気圧バランスユニットに結合した第２順応駆動機構の斜視図である。
【図９（ｂ）】本発明の他の典型的実施例に従う、第１回転軸に適用された空気圧バランスユニットに結合した第１順応駆動機構、および第２回転軸に適用された空気圧バランスユニットに結合した第２順応駆動機構の斜視図である。
【図１０（ａ）】本発明の典型的実施例に従う、縦軸上の順応駆動機構の斜視図である。
【図１０（ｂ）】本発明の他の典型的実施例に従う、縦軸上の順応駆動機構の斜視図である。
【図１０（ｃ）】本発明のさらに他の典型的実施例に従う、縦軸上の順応駆動機構の斜視図である。
【図１０（ｄ）】本発明のさらに他の典型的実施例に従う、縦軸上の順応駆動機構の斜視図である。
【図１０（ｅ）】本発明のさらに他の典型的実施例に従う、縦軸上の順応駆動機構の斜視図である。
【図１０（ｆ）】本発明のさらに他の典型的実施例に従う、縦軸上の順応駆動機構の斜視図である。
【図１１】本発明のさらに他の典型的実施例に従う、複数の順応駆動機構を有するテストヘッドマニピュレータの斜視図である。
【図１２（ａ）】本発明の典型的実施例に従う、テストヘッドをハンドラにドッキングさせるドッキング装置の斜視図である。
【図１２（ｂ）】本発明の典型的実施例に従う、ハンドラに結合したドッキング装置の斜視図である。
【図１２（ｃ）】本発明の典型的実施例に従う、テストヘッドをハンドラにドッキングさせるドッキング装置の断面図である。
【図１２（ｄ）】本発明の典型的実施例に従う、テストヘッドをハンドラにドッキングさせるドッキング装置の他の断面図である。
【図１３（ａ）】従来技術のテストヘッドのための組立図である。
【図１３（ｂ）】従来技術のテストヘッドのための組立図である。
【図１３（ｃ）】従来技術のテストヘッドのための組立図である。
【図１４】６本の運動軸を示す図である。
【図１５（ａ）】本発明の典型的実施例に従うフローチャートである。
【図１５（ｂ）】本発明の典型的実施例に従うフローチャートである。
【図１５（ｃ）】本発明の典型的実施例に従うフローチャートである。
【図１５（ｄ）】本発明の典型的実施例に従うフローチャートである。
【図１５（ｅ）】本発明の典型的実施例に従うフローチャートである。
【図１５（ｆ）】本発明の典型的実施例に従うフローチャートである。
【図１５（ｇ）】本発明の典型的実施例に従うフローチャートである。
【図１５（ｈ）】本発明の典型的実施例に従うフローチャートである。
【図１５（ｉ）】本発明の典型的実施例に従うフローチャートである。
【図１５（ｊ）】本発明の典型的実施例に従うフローチャートである。
【図１５（ｋ）】本発明の典型的実施例に従うフローチャートである。
【図１５（ｌ）】本発明の典型的実施例に従うフローチャートである。
【図１５（ｍ）】本発明の典型的実施例に従うフローチャートである。
【図１５（ｎ）】本発明の典型的実施例に従うフローチャートである。

Claims (135)

  1. 負荷を支持するための装置は、以下を含む：
    前記負荷から受ける力を検出する力センサ、前記負荷からもたらされる力は、トルクが前記負荷の回転軸の周りに生成されるようなアンバランス力である；
    前記力センサにより検出された前記力に応答して、前記負荷に対する、前記力の方向と逆方向の反力を供給する力発生源。
  2. ロックをさらに含み、前記ロックは、前記力センサが、前記力を検出し、さらに前記ロックがロックされた状態にあると、前記負荷の位置を維持する請求項１に記載の装置。
  3. 前記負荷が前記軸の周りでバランスし、さらに前記ロックが解除された状態にあると、前記力発生源が、前記負荷への運動の順応範囲を提供する、請求項１に記載の装置。
  4. 負荷をバランスさせる装置、前記負荷は、トルクが前記負荷の回転軸の周りで生成されるようにアンバランスである、前記装置は以下を含む：
    前記負荷が、アンバランスである前記負荷の結果として、前記力センサへ適用する力の量を測定するための力センサ；および、
    前記力を打ち消す反力を発生させる力発生装置。
  5. ロックをさらに含み、前記ロックは、前記力センサが、前記力の量を測定し、さらに前記ロックがロックされた状態にあると、前記負荷の位置を維持する、請求項４に記載の装置。
  6. 前記負荷が前記軸の周りでバランスし、さらに前記ロックが解除された状態にあると、前記力発生装置が前記負荷に動作の順応範囲を提供する、請求項５に記載の装置。
  7. 軸の周りで負荷をバランスさせる方法、前記方法は、以下のステップを含む：
    前記負荷がアンバランスである結果として、前記負荷により適用される力の、少なくとも一部を測定すること；および、
    前記力を打ち消す反力を適用すること、これによって、前記負荷は、前記反力の適用前より、バランス状態に近い。
  8. 以下のステップをさらに含む、請求項７に記載の方法；
    前記測定ステップの間、前記負荷を所定位置にロックすること。
  9. 負荷を支持する装置、前記装置は以下を含む：
    前記負荷を支えるための支持構造物；
    ある方向に前記支持構造物を駆動する駆動ユニット；
    前記支持構造物に運動範囲を供給する順応ユニット、前記駆動ユニットが支持構造物を駆動した結果として、前記運動範囲が設置される位置を変える前記駆動ユニット；および、
    ロックがロック状態にあるとき、前記負荷位置を、前記動作範囲内の位置に維持するロック。
  10. 前記順応ユニットが、前記動作範囲の各終端にストップを含む、請求項９に記載の装置。
  11. 前記駆動ユニットが電動である、請求項９に記載の装置。
  12. 前記ロックが解除された状態にあるとき、前記負荷の滑り摩擦に打ち勝つことにより、前記負荷の位置を、前記運動範囲内で変更可能な、請求項９に記載の装置。
  13. 前記方向が水平面内にある、請求項９に記載の装置。
  14. 前記運動範囲が、前記駆動ユニットに対するものである、請求項９に記載の装置。
  15. 前記順応ユニットが液圧シリンダであり、さらに前記運動範囲が、前記液圧シリンダ内に含まれるピストンのストロークによって定義される、請求項９に記載の装置。
  16. 前記液圧シリンダが、前記ピストンの第１側面上の第１ポート、前記ピストンの第２側面上の第２ポート、前記第１ポートと前記第２ポートを接続する配管を含み前記シリンダが、前記第１ポートと前記第２ポート間の前記配管を流れる非圧縮性流体を含み、そして、前記支持構造物の運動の結果、前記第１ポートと前記第２ポート間を流体が流れる、請求項１５に記載の装置。
  17. 前記配管がバルブを含んでおり、前記バルブが閉じた状態にあるとき、前記バルブか前記第１ポートと前記第２ポート間の流体の流れを妨げ、妨げられる前記流体の流れが、前記順応ユニットの位置に対する前記支持構造物の位置を維持する、請求項１６に記載の装置。
  18. 負荷を支持する装置、前記装置は以下を含む：
    前記負荷を支持する支持構造物；
    前記支持構造物をある方向に駆動する駆動ユニット；および、
    前記支持構造物に運動範囲を供給する順応ユニット、前記順応ユニットは、前記支持構造物に結合された第１アクチュエータ、および前記支持構造物に結合された第２アクチュエータを含み、ここで、前記第１アクチュエータおよび前記第２アクチュエータのうちの少なくとも１台の動作が、前記運動範囲の少なくとも１つの限界を変化させる。
  19. 前記順応ユニットが、前記駆動ユニットと結合された順応シャフト、前記順応シャフトと結合された順応ストップをさらに含み、それによって、前記順応シャフトを駆動する前記駆動ユニットが、前記第１アクチュエータおよび前記第２アクチュエータの位置によって制限されている前記運動範囲内の前記順応ストップの位置を変える、請求項１８に記載の装置。
  20. 前記駆動ユニットが、前記順応ストップを、前記第１アクチュエータに向かう第１方向に駆動し、前記駆動ユニットが、前記順応ストップを、前記第２アクチュエータに向かう第２方向に駆動し、前記順応ストップが前記第１アクチュエータと接触したとき、前記駆動ユニットが、前記支持構造物を第１方向に駆動し、さらに、前記順応ストップが前記第２アクチュエータと接触したとき、前記駆動ユニットが、前記支持構造物を第２方向に駆動する、請求項１９に記載の装置。
  21. 前記ロックが解除された状態にあるとき、前記駆動ユニットが前記ロックを前記運動範囲内で駆動するよう、前記駆動ユニットが前記ロックと結合されている、請求項１８に記載の装置。
  22. 負荷を支持する装置、前記装置は以下を含む：
    前記負荷から受け取った力を検出するための力センサ、前記力は、前記負荷の軸に対してアンバランスとなっている前記負荷に起因している；
    前記力センサにより検出された前記力に応じて、前記負荷に対する反力を供給する力発生源；
    前記負荷に前記軸に対する運動範囲を提供する順応ユニット、前記順応ユニットは、ロックを含み、前記ロックは、前記ロックがロックされた状態にあるとき、前記運動範囲内で前記ロックの位置を固定する；および、
    前記ロックが前記ロック状態にあるとき、前記負荷を前記軸の方向に駆動する、前記順応ユニットに結合された駆動ユニット。
  23. 前記ロックが解除された状態にあるとき、前記駆動ユニットが前記ロックを駆動した結果、前記運動範囲内の前記ロックの前記位置が変化し得る、請求項２２に記載の装置。
  24. 前記負荷の前記軸が回転軸である、請求項２２に記載の装置。
  25. 前記順応ユニットが前記運動範囲の各終端にストップを含んでおり、前記ロックが前記ストップの間に配置される、請求項２２に記載の装置。
  26. 前記ロックが前記ストップの１つに接触した場合に、前記駆動ユニットが、前記ロックが解除された状態で前記負荷を前記軸の方向へ駆動する、請求項２５に記載の装置。
  27. 前記駆動ユニットが電動である、請求項２２に記載の装置。
  28. 負荷を支持する装置、前記装置は以下を含む：
    前記負荷から受け取った力を検出するための力センサ、前記力は、前記負荷の軸に対してアンバランスとなっている前記負荷からもたらされる；
    前記力センサにより検出された力に応じて、前記負荷に反力を供給する力発生源；
    前記負荷に前記軸に対する運動範囲を提供する順応ユニット；および、
    前記力発生源から独立して制御される駆動ユニット、前記駆動ユニットは、前記負荷を前記軸の方向に駆動する、前記順応ユニットに結合されている。
  29. 前記軸が回転軸である、請求項２８に記載の装置。
  30. 以下をさらに含む、請求項２８に記載の装置：
    ロックがロックされた状態にあるとき、前記運動範囲がある位置に固定するための前記ロック。
  31. 前記順応ユニットが前記運動範囲の各終端にストップを含んでいる、請求項２８に記載の装置。
  32. 前記駆動ユニットが電動である、請求項２８に記載の装置。
  33. 負荷を支持する装置は、以下を含む：
    前記負荷を支持する支持構造物；
    前記支持構造物に結合し、前記支持構造物に運動範囲を供給する順応ユニット、前記順応ユニットは、前記ロックが前記ロック状態にあるとき、前記運動範囲内の前記支持構造物の位置を維持するロックを含む；
    ある方向に前記支持構造物を駆動させるよう、前記順応ユニットと結合された駆動ユニット、前記駆動ユニットは、前記ロックが前記ロック状態にあるとき、前記駆動ユニットが前記支持構造物を駆動した結果として、前記運動範囲がある位置を変える。
  34. 前記ロックが解除された状態にあるとき、前記駆動ユニットが前記ロックを駆動した結果として、前記運動範囲内の前記ロックの位置が変化し得る、請求項３３に記載の装置。
  35. 前記順応ユニットが前記運動範囲の各終端にストップを含んでおり、前記ロックが前記ストップの間に配置される、請求項３３に記載の装置。
  36. 前記ロックが前記ストップの１つに接触した場合に、前記駆動ユニットが、前記ロックが解除された状態で前記負荷を前記方向へ駆動する、請求項３５に記載の装置。
  37. 前記駆動ユニットが電動ある、請求項３３に記載の装置。
  38. 負荷を支持する装置、前記装置は以下を含む：
    前記荷重を支持する支持構造物；
    前記支持構造物に結合し、前記支持構造物に運動範囲を供給する順応シャフト、前記順応シャフトは、前記ロックがロック状態にあるとき、前記順応シャフトの位置に対応して前記支持構造物の位置を維持するロックを含む；および、
    ある方向に前記支持構造物を駆動させるよう、前記ロックと結合されたアクチュエータ。前記アクチュエータは、前記ロックがロック状態にあるとき、前記アクチュエータが前記支持構造物を駆動した結果として、前記運動範囲がある位置を変える。
  39. 前記ロックが解除された状態にあるとき、前記アクチュエータが前記ロックを駆動した結果、前記運動範囲内の前記ロックの位置が変化し得る、請求項３８に記載の装置。
  40. 前記順応ユニットが前記運動範囲の各終端にストップを含んでおり、前記ロックが前記ストップの間に配置される、請求項３８に記載の装置。
  41. 負荷を支持する装置、前記装置は以下を含む：
    前記荷重を支持する支持構造物；
    前記支持構造物に結合し、前記支持構造物に運動範囲を供給する順応シャフト；
    ある方向に前記支持構造物を駆動させるよう、前記順応シャフトと結合されたアクチュエータ。
  42. 負荷を支持する装置、前記装置は以下を含む：
    前記荷重を支持する支持構造物；
    ロックを通して前記支持構造物に結合し、前記支持構造物に運動範囲を供給する順応シャフト、前記ロックは、前記ロックがロックされた状態にあるとき、前記順応シャフトの位置に対して、前記支持構造物の位置を維持する；
    ある方向に前記支持構造物を駆動させるよう、前記順応シャフトと結合されたアクチュエータ、前記アクチュエータは、前記ロックが前記ロック状態にあるとき、前記アクチュエータが前記支持構造物を駆動した結果として、前記運動範囲がある位置を変える。
  43. 前記順応ユニットが前記運動範囲の各終端にストップを含んでいる、請求項４２に記載の装置。
  44. 前記アクチュエータが電動である、請求項４２に記載の装置。
  45. ある方向に負荷を支持する装置、前記装置は以下を含む：
    前記方向内の力を検出する力センサ、前記力は、前記負荷を前記方向へ導くことからもたらされる；
    前記力センサにより検出された前記力に対応する反力を供給する力発生源；
    前記方向内の前記負荷に運動範囲を供給する順応ユニット、前記順応ユニットはロックを含み、前記ロックは、前記ロックがロック状態にあるとき、前記運動範囲内の前記ロックの位置を固定する；および；
    前記ロックが前記ロック状態にあるとき、前記負荷を前記方向に駆動する前記順応ユニットに結合された、前記力供給源と独立して制御される駆動ユニット。
  46. 前記ロックが解除された状態にあるとき、前記駆動ユニットが前記ロックを駆動した結果として、前記運動範囲内の前記ロックの位置が変化し得る、請求項４５に記載の装置。
  47. 前記ロックが解除された状態にあり、さらに前記負荷が前記方向において実質的に無荷重であるとき、前記ロックを駆動する前記駆動ユニットにより、前記運動範囲内の前記ロックの前記位置が変化し得る、請求項４５に記載の装置。
  48. 前記順応ユニットが前記運動範囲の各終端にストップを含んでいる、請求項４５に記載の装置。
  49. 前記駆動ユニットが電動である、請求項４５に記載の装置。
  50. 垂直方向において負荷を操作する装置、前記装置は以下を含む：
    前記垂直方向内の力を検出する力センサ、前記力は、前記負荷を前記方向へ導くことからもたらされる；
    前記力センサにより検出された前記力に応答して、前記負荷に対する反力を供給する力発生源；
    前記垂直方向内の前記負荷に運動範囲を供給する順応ユニット、前記順応ユニットはロックを含み、前記ロックは、前記ロックがロック状態にあるとき、前記運動範囲内の前記ロックの位置を固定する；および、
    前記ロックが前記ロック状態にあるとき、前記垂直方向内で前記負荷を駆動する、前記力供給源と独立して制御される駆動ユニット。
  51. 前記順応ユニットが前記運動範囲の各終端にストップを含んでおり、前記ロックが前記ストップの間に配置される、請求項５０に記載の装置。
  52. 前記ロックが前記ストップの１つに接触する場合に、前記駆動ユニットが、前記ロックが解除された状態で前記負荷を前記垂直方向に駆動する、請求項５１に記載の装置。
  53. 前記駆動ユニットが電動である、請求５０に記載の装置。
  54. テストヘッドマニピュレータ内に保持される電子テストヘッドを、電子装置ハンドラへドッキングする方法、前記方法は以下のステップを含む：
    前記テストヘッドマニピュレータの複数の運動軸のうちの少なくとも１つに沿う、もしくはその周りの、アンバランス力の大きさを測定すること；および、
    前記アンバランス力が実質的にゼロとなるまで、前記アンバランス力に反力を供給すること。
  55. 電子テストヘッドを、電子装置ハンドラへドッキングする方法、前記方法は以下のステップを含む：
    前記テストヘッドの複数の運動軸のうちの少なくとも１つに沿う、もしくはその周りの、アンバランス力の大きさを測定すること；
    前記アンバランス力が実質的にゼロとなるまで、前記アンバランス力に反力を供給すること；および、
    前記反力が適用されている間、前記装置ハンドラに対して、前記テストヘッドをドッキング位置へと移動させること。
  56. テストヘッドマニピュレータ内に保持される電子テストヘッドを、電子装置ハンドラへドッキングする方法、前記方法は以下のステップを含む：
    前記テストヘッドの複数の運動軸のうちの少なくとも１つに沿う、アンバランス力を測定すること；
    前記アンバランスに反力を供給すること；および、
    前記反力が適用されている間、前記装置ハンドラに対する、ドッキング位置に向かって前記テストヘッドを移動させること。
  57. テストヘッドを、ハンドラへドッキングする方法、前記方法は以下のステップを含む：
    前記テストヘッドの複数の運動軸のうちの少なくとも１つに沿う、アンバランス力を測定すること；
    前記アンバランスに反力を供給すること；および、
    前記テストヘッドと前記ハンドラの１つに取付けられた複数の整列構造のうちの少なくとも１つを、前記テストヘッドと前記ハンドラの他方に取付けられた整列受けの少なくとも１つに整列すること、前記整列ステップは、前記反力が供給されている間に達成される。
  58. テストヘッドを、装置ハンドラでドッキングする方法、前記方法は以下のステップを含む：
    以下を含む装置を提供すること：
    コントローラ、
    コントローラによって制御されるアクチュエータを有し、インタフェース平面を形作るドッキング装置、
    以下を有するテストヘッドマニピュレータ：
    テストヘッドが、インタフェース平面に対して装置ハンドラと平面化することを可能にする、２度以上の運動、
    インタフェース平面に垂直な軸に沿って、テストヘッドを移動可能にするコントローラにより制御される運動の、１つ以上の駆動軸；
    テストヘッドをドッキング準備完了位置へ操作すること；
    テストヘッドを平面化すること；
    テストヘッドを前記軸に沿って、作動準備完了位置へ駆動すること；および、
    テストヘッドを完全ドッキング完了位置へ引くために、アクチュエータを操作すること。
  59. 以下のステップをさらに含む、請求項５８に記載の方法：
    完全ドッキング完了位置にあるとき、テストヘッドをラッチすること。
  60. 以下のステップをさらに含む、請求項５８に記載の方法：
    テストヘッドが完全ドッキング完了位置にあるとき、駆動軸をロックすること。
  61. 前記２以上の自由度に対応する１つ以上の軸がバランスしている、請求項５８に記載の方法。
  62. 前記２以上の自由度に対応する１つ以上の軸が順応している、請求項５８に記載の方法。
  63. 前記２以上の自由度に対応する１つ以上の軸が、コントローラによって駆動および制御されている、請求項５８に記載の方法。
  64. １以上の駆動軸が順応する、請求項５８に記載の方法。
  65. １以上の駆動軸がバランスする、請求項５８に記載の方法。
  66. １以上のバランスした軸が、バランジングユニットによってバランスをとられている、請求項６１に記載の方法。
  67. １以上のバランスした軸が、バランジングユニットによってバランスをとられる、請求項６５に記載の方法。
  68. テストヘッドを装置ハンドラでドッキングする方法、前記方法は以下のステップを含む：
    以下を含む装置を提供すること：
    コントローラ、
    インタフェース平面を形作るドッキング装置、
    以下を有するテストヘッドマニピュレータ：
    テストヘッドが、インタフェース平面に対して装置ハンドラと平面化することを可能にする、２度以上の運動、
    インタフェース平面に垂直な軸に沿って、テストヘッドを移動可能にするコントローラにより制御される、１つ以上の駆動軸；
    テストヘッドをドッキング準備完了位置へ操作すること；
    テストヘッドを平面化すること；および、
    テストヘッドを前記軸に沿って、完全ドッキング完了位置へ駆動すること。
  69. 以下のステップをさらに含む、請求項６８に記載の方法：
    完全ドッキング完了位置にあるとき、ドックをラッチすること。
  70. 以下のステップをさらに含む、請求項６８に記載の方法：
    テストヘッドが完全ドッキング完了位置にあるとき、駆動軸をロックすること。
  71. 前記２以上の自由度に対応する１つ以上の軸がバランスされている、請求項６８に記載の方法。
  72. 前記２以上の自由度に対応する１つ以上の軸が順応している、請求項６８に記載の方法。
  73. 前記２以上の自由度に対応する１つ以上の軸が、コントローラによって駆動および制御されている、請求項６８に記載の方法。
  74. １以上の駆動軸が順応している、請求項６８に記載の方法。
  75. １以上の駆動軸がバランスしている、請求項６８に記載の方法。
  76. １以上のバランスした軸が、バランジングユニットによってバランスをとられている、請求項７１に記載の方法。
  77. １以上のバランスした軸が、バランジングユニットによってバランスをとられている、請求項７５に記載の方法。
  78. 以下のステップをさらに含む、請求項５４に記載の方法：
    前記テストヘッドがドッキングされている間、前記反力を維持すること。
  79. 以下のステップをさらに含む、請求項５４に記載の方法：
    前記反力の量を記録すること。
  80. 以下のステップをさらに含む、請求項５４に記載の方法：
    前記テストヘッドをドッキング解除する前に、前記反力を再適用すること。
  81. 以下のステップをさらに含む、請求項５４に記載の方法：
    空気圧シリンダで、前記反力を適用すること。
  82. 以下のステップをさらに含む、請求項８１に記載の方法：
    前記反力を発生させる空気圧を測定し、記録すること。
  83. 以下のステップをさらに含む、請求項８１に記載の方法：
    前記テストヘッドがドッキングされている間、前記空気圧シリンダに適用された空気圧を維持すること。
  84. 以下のステップをさらに含む、請求項８１に記載の方法：
    前記テストヘッドをドッキング解除する前に、前記空気圧シリンダへの空気圧を回復および再適用すること。
  85. 以下のステップをさらに含む、請求項５５に記載の方法：
    テストヘッドがドッキングされている間、前記反力を維持すること。
  86. 以下のステップをさらに含む、請求項５５に記載の方法：
    前記反力の量を記録すること。
  87. 以下のステップをさらに含む、請求項５５に記載の方法：
    前記テストヘッドをドッキング解除する前に、前記反力を再適用すること。
  88. 以下のステップをさらに含む、請求項５５に記載の方法：
    空気圧シリンダで、前記反力を適用すること。
  89. 以下のステップをさらに含む、請求項８８に記載の方法：
    前記反力を発生させる空気圧を測定し、記録すること。
  90. 以下のステップをさらに含む、請求項８８に記載の方法：
    前記テストヘッドがドッキングされている間、前記空気圧シリンダに適用された空気圧を維持すること。
  91. 以下のステップをさらに含む、請求項８８に記載の方法：
    前記テストヘッドをドッキング解除する前に、前記空気圧シリンダへの空気圧を回復および再適用すること。
  92. 以下のステップをさらに含む、請求項５６に記載の方法：
    テストヘッドがドッキングされている間、前記反力を維持すること。
  93. 以下のステップをさらに含む、請求項５６に記載の方法：
    前記反力の量を記録すること。
  94. 以下のステップをさらに含む、請求項５６に記載の方法：
    前記テストヘッドをドッキング解除する前に、前記反力を再適用すること。
  95. 以下のステップをさらに含む、請求項５６に記載の方法：
    空気圧シリンダで、前記反力を適用すること。
  96. 以下のステップをさらに含む、請求項９５に記載の方法：
    前記反力を発生させる空気圧を測定し、記録すること。
  97. 以下のステップをさらに含む、請求項９５に記載の方法：
    前記テストヘッドがドッキングされている間、前記空気圧シリンダに適用された空気圧を維持すること。
  98. 以下のステップをさらに含む、請求項９５に記載の方法：
    前記テストヘッドをドッキング解除する前に、前記空気圧シリンダへの空気圧を回復および再適用すること。
  99. 以下のステップをさらに含む、請求項５７に記載の方法：
    テストヘッドがドッキングされている間、前記反力を維持すること。
  100. 以下のステップをさらに含む、請求項５７に記載の方法：
    前記反力の量を記録すること。
  101. 以下のステップをさらに含む、請求項５７に記載の方法：
    前記テストヘッドをドッキング解除する前に、前記反力を再適用すること。
  102. 以下のステップをさらに含む、請求項５７に記載の方法：
    空気圧シリンダで、前記反力を適用すること。
  103. 以下のステップをさらに含む、請求項１０２に記載の方法：
    前記反力を発生させる空気圧を測定し、記録すること。
  104. 以下のステップをさらに含む、請求項１０２に記載の方法：
    前記テストヘッドがドッキングされている間、前記空気圧シリンダに適用される空気圧を維持すること。
  105. 以下のステップをさらに含む、請求項１０２に記載の方法：
    前記テストヘッドをドッキング解除する前に、前記空気圧シリンダへの空気圧を回復および再適用すること。
  106. ロックをさらに含み、前記ロックは、前記ロックがロックされた状態にあるとき、前記力発生源に対する前記負荷の運動に抵抗する請求項１に記載の装置。
  107. ロックをさらに含み、前記ロックは、前記ロックがロックされた状態にあるとき、前記力発生源に対する前記負荷の運動に抵抗する請求項４に記載の装置。
  108. 以下のステップをさらに含む、請求項６６に記載の方法：
    前記テストヘッドがドッキングされている間、前記１つ以上のバランス軸をバランスさせる、前記バランジングユニットにより提供される反力を維持すること。
  109. 以下のステップをさらに含む、請求項６６に記載の方法：
    前記１つ以上のバランス軸をバランスさせる、前記バランジングユニットにより提供された反力の量を記録すること。
  110. 以下のステップをさらに含む、請求項６６に記載の方法：
    前記テストヘッドをドッキング解除する前に、前記１つ以上のバランス軸をバランスさせる、前記バランジングユニットにより提供される反力を再適用すること。
  111. 以下のステップをさらに含む、請求項６６に記載の方法：
    前記１つ以上のバランス軸をバランスさせる、前記バランジングユニットにより提供される反力を、空気圧シリンダで適用すること。
  112. 以下のステップをさらに含む、請求項１１１に記載の方法：
    前記反力を発生させる空気圧を測定し、記録すること。
  113. 以下のステップをさらに含む、請求項１１１に記載の方法：
    前記テストヘッドがドッキングされている間、前記空気圧シリンダに適用される空気圧を維持すること。
  114. 以下のステップをさらに含む、請求項１１１に記載の方法：
    前記テストヘッドをドッキング解除する前に、前記空気圧シリンダへの空気圧を回復および再適用すること。
  115. 以下のステップをさらに含む、請求項６７に記載の方法：
    前記テストヘッドがドッキングされている間、前記１つ以上のバランス軸をバランスさせる、前記バランジングユニットにより提供された反力を維持すること。
  116. 以下のステップをさらに含む、請求項６７に記載の方法：
    前記１つ以上のバランス軸をバランスさせる、前記バランジングユニットにより提供された反力の量を記録すること。
  117. 以下のステップをさらに含む、請求項６７に記載の方法：
    前記テストヘッドをドッキング解除する前に、前記１つ以上のバランス軸をバランスさせる、前記バランジングユニットにより提供された反力を再適用すること。
  118. 以下のステップをさらに含む、請求項６７に記載の方法：
    前記１つ以上のバランス軸をバランスさせる、前記バランジングユニットにより供給される反力を、空気圧シリンダで適用すること。
  119. 以下のステップをさらに含む、請求項１１８に記載の方法：
    前記反力を発生させる空気圧を測定し、記録すること。
  120. 以下のステップをさらに含む、請求項１１８に記載の方法：
    前記テストヘッドがドッキングされている間、前記空気圧シリンダに適用される空気圧を維持すること。
  121. 以下のステップをさらに含む、請求項１１８に記載の方法：
    前記テストヘッドをドッキング解除する前に、前記空気圧シリンダへの空気圧を回復および再適用すること。
  122. 以下のステップをさらに含む、請求項７６に記載の方法：
    前記テストヘッドがドッキングされている間、前記１つ以上のバランス軸をバランスさせる、前記バランジングユニットにより提供される反力を維持すること。
  123. 以下のステップをさらに含む、請求項７６に記載の方法：
    前記１つ以上のバランス軸をバランスさせる、前記バランジングユニットにより提供される反力の量を記録すること。
  124. 以下のステップをさらに含む、請求項７６に記載の方法：
    前記テストヘッドをドッキング解除する前に、前記１つ以上のバランス軸をバランスさせる、前記バランジングユニットにより提供される反力を再適用すること。
  125. 以下のステップをさらに含む、請求項７６に記載の方法：
    前記１つ以上のバランス軸をバランスさせる、前記バランジングユニットにより提供される反力を、空気圧シリンダで適用すること。
  126. 以下のステップをさらに含む、請求項１２５に記載の方法：
    前記反力を発生させる空気圧を測定し、記録すること。
  127. 以下のステップをさらに含む、請求項１２５に記載の方法：
    前記テストヘッドがドッキングされている間、前記空気圧シリンダに適用される空気圧を維持すること。
  128. 以下のステップをさらに含む、請求項１２５に記載の方法：
    前記テストヘッドをドッキング解除する前に、前記空気圧シリンダへの空気圧を回復および再適用すること。
  129. 以下のステップをさらに含む、請求項７７に記載の方法：
    前記テストヘッドがドッキングされている間、前記１つ以上のバランス軸をバランスさせる、前記バランジングユニットにより提供される反力を維持すること。
  130. 以下のステップをさらに含む、請求項７７に記載の方法：
    前記１つ以上のバランス軸をバランスさせる、前記バランジングユニットにより提供される反力の量を記録するに記載。
  131. 以下のステップをさらに含む、請求項７７に記載の方法：
    前記テストヘッドをドッキング解除する前に、前記１つ以上のバランス軸をバランスさせる、前記バランジングユニットにより提供される反力を再適用すること。
  132. 以下のステップをさらに含む、請求項７７に記載の方法：
    前記１つ以上のバランス軸をバランスさせる、前記バランジングユニットにより提供される反力を、空気圧シリンダで適用すること。
  133. 以下のステップをさらに含む、請求項１３２に記載の方法：
    前記反力を発生させる空気圧を測定し、記録すること。
  134. 以下のステップをさらに含む、請求項１３２に記載の方法：
    前記テストヘッドがドッキングされている間、前記空気圧シリンダに適用される空気圧を維持すること。
  135. 以下のステップをさらに含む、請求項１３２に記載の方法：
    前記テストヘッドをドッキング解除する前に、前記空気圧シリンダへの空気圧を回復および再適用すること。
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