JP2011149950A - テストヘッド位置決めシステムと方法 - Google Patents

Abstract

【課題】テストヘッド等の重い負荷を保持及び移動するために使用される位置決めシステムを提供する。
【解決手段】負荷を支持するための装置は、空気装置と負荷の対向側面に連結される連結器を備える。連結器は、空気装置の作動に応答して、第１の軸と平行に負荷を移動させる。少なくとも１つの連結器は、第１の軸と直角の第２の軸を回転支点として負荷を回転させる。負荷は第１の軸方向に沿って移動するとともに第２の軸の回りにコンプライアント動作する。少なくとも１つの空気装置が第１の軸方向に沿った移動とともに第２の軸の回りに回転させるコンプライアンスをもたらしている。
【選択図】図１

Description

本発明は、負荷を位置決めして操作するシステムに関し、特には、テストヘッドを位置決め操作するためのシステムに関する。

集積回路（ＩＣ）及び他の電子デバイスの製造では、全工程の１つ以上の段階において自動試験装置（ＡＴＥ）を用いた試験が行われる。被験デバイスを試験位置に配置する特別なハンドリング装置が使用される。特別なハンドリング装置は、また、被験デバイスが試験されているときに、それを適当な温度にすること及び／又は適当な温度に維持することができる場合がある。ハンドリング装置は、ウェハ上の非パッケージ（詰めなし型）デバイスを試験する「プローブ装置（ｐｒｏｂｅｒ）」とパッケージ化された部分を試験する「デバイスハンドラ」を含む様々な種類のものがあり、ここでは「ハンドリング装置」またはその周辺装置は、このような周辺装置の全ての種類について言及するものとして用いられている。電子機器の試験自体は、テストヘッドを有する大サイズで高価なＡＴＥシステムにより行われ、ここでテストヘッドはハンドリング装置と接続して合体する必要がある。試験中の装置（ＤＵＴ）は試験を実施するための正確で高速の信号を必要とし、従って、ＤＵＴを試験するために使用されるＡＴＥ内の「試験用電子機器」は、典型的には、ＤＵＴに可能な限り近接に配置すべきテストヘッド内に配置される。テストヘッドは非常に重く、電気的接続の数が増加するにつれてＤＵＴは複雑さの度合いが増すので、テストヘッドの大きさと重量は数百ポンドから今では２〜３千ポンドまで大きくなっている。テストヘッドは典型的にはケーブル線によってＡＴＥの固定式メインフレーム（本体）に接続され、信号、接地電位および電力の導電路を提供している。更に、テストヘッドは、ケーブル線内に束ねて備えられることがよくある可撓管によりテストヘッド自体に冷却剤を供給する必要があり得る。

複雑なデバイスの試験では、テストヘッドとＤＵＴとの間で数百または数千の電気接続を設置しなければならない。これらの接続は繊細で高密度スペースの接触子である。ウェハ上の非パッケージ（詰めなし型）デバイスの試験では、ＤＵＴへの実際の接続は、典型的には、プローブカード上に設けられた針状プローブを用いて実現される。パッケージ型デバイスの試験では、典型的には、「ＤＵＴボード」上に設けられた試験用ソケットを用いる。いずれの場合も、プローブカードまたはＤＵＴボードは通常はハンドリング装置に好適に固定され、多数のＤＵＴの各々を順次テスト位置に移動させる。また、どちらの場合も、プローブカードまたはＤＵＴボードは接続点を提供し、これによりテストヘッドは対応する電気接続を成すことができる。テストヘッドは、典型的には、プローブカードまたはＤＵＴボードと接続を行う接触素子を含むインターフェース装置を備える。接触素子は、典型的には、負荷スプリング形（ばね押し形）「ポゴピン（ｐｏｇｏ ｐｉｎ）」である。全般的に、接触部は非常に脆くて繊細であり、損傷しないように保護しなければならない。

ハンドリング装置に関連するテストヘッドを操作するために、テストヘッドマニピュレータを使用してもよい。このような操作は、その相対的実質距離がおよそ１メートル以上に渡る長さであってもよい。その目的は、１つのハンドリング装置から他のハンドリング装置に迅速に変えること、又は、テストヘッドを、現在の点検用ハンドリング装置及び／又はインターフェース素子を変えるためのハンドリング装置から引き離すことを可能とすることである。テストヘッドとプローブカードまたはＤＵＴボード間のすべての接続が成されるように、テストヘッドがハンドリング装置に関連する位置に保持されたとき、テストヘッドはハンドリング装置に「合体された（ｄｏｃｋｅｄ）」状態であると呼ばれる。上記合体状態を確実に実現するために、テストヘッドをデカルト座標系に関して６つの自由度で正確に位置決めする必要がある。テストヘッドを合体位置の約数センチメートル以内の粗い精度の配置である第１の位置に配置操作するためにテストヘッド用マニピュレータが使用され、次いで、最終の正確な位置決めを行うために「合体装置」が使用されることが非常によくある。典型的には、合体装置の一部はテストヘッド上に配置され、他の部分はハンドリング装置上に配置される。１つのテストヘッドが多数のハンドリング装置に共用されるので、通常は合体装置のより高価な部分はテストヘッド上に配置することが好ましい。合体装置は合体部の２つの部分を引き寄せてテストヘッドを合体するアクチュエータ機構を備えても良く、この場合は「アクチュエータ駆動」による合体と呼ばれる。合体装置または「合体」は多くの重要な機能を有し、該機能としては、（１）テストヘッドとハンドリング装置との芯合わせ（アライメント）、（２）テストヘッドとハンドリング
装置を共に引き寄せ、その後分離する、（３）電気接触部のアライメント前の保護を行う、（４）テストヘッドとハンドリング装置を共にラッチまたは保持すること、等が含まれる。

テストハンドブック（ＴＥＳＴ Ｈａｎｄｂｏｏｋ）（テスト社１９９６年刊第５版）によれば、「テストヘッドの位置決め」とは、確実な合体と分離に必要なハンドリング装置に対する正確なアライメントを組み合わせて、テストヘッドをハンドリング装置に容易に移動させることであると記載されている。テストヘッド用マニピュレータはまたテストヘッド位置決め器とも呼ばれる。好適な合体手段と組み合わされたテストヘッド用マニピュレータはテストヘッドの位置決めを行う。この技術は例えば上記テストハンドブックに記載されている。この技術は、また、例えば米国特許5,608,334号公報、米国特許5,450,766号公報、米国特許5,030,869号公報、米国特許5,893,074号公報、米国特許4,715,574号公報、米国特許4,589,815号公報に記載され、これらはすべてテストヘッド位置決めシス
テムの分野における開示のために参照により導入されている。上記特許は基本的にはアクチュエータ駆動による合体に関するものである。テストヘッド位置決めシステムはまた、単一の装置がテストヘッドを比較的大きな距離を移動操作すること及び最終の正確な合体の両方を行うことで公知である。例えば、参照によりすべてここに導入されたＨｏｌｔ等による米国特許6,057,695号公報、Ｇｒａｈａｍ等による米国特許5,900,737号公報および5,600,258号公報では、合体がアクチュエータ駆動ではなくマニピュレータ駆動による位置決めシステムが開示されている。しかし、アクチュエータ駆動による位置決めシステムが最も広く使用されており、本発明はこのようなアクチュエータ駆動による位置決めシステムに関するものである。

典型的なアクチュエータ駆動による位置決めシステムでは、操作者はマニピュレータの動きを制御してテストヘッドをある位置から別の位置に誘導する。これは、テストヘッドがその移動軸において充分に均衡を保てるシステムにおけるテストヘッドに操作者が直接力を与えることにより手動で実現されるか、または、操作者により直接制御されたアクチュエータを用いることにより実現される。いくつかの現今のシステムでは、テストヘッドは、ある軸における直接的な手動力と他の軸におけるアクチュエータによるものとの組合せによって操作されている。

テストヘッドをハンドリング装置と合体させるために、操作者は先ずテストヘッドを最終合体位置に近接した略アライメント状態にある「合体準備完了（可能）」位置に誘導しなければならない。テストヘッドは、合体用アクチュエータがテストヘッドの動きの制御を管轄できる「作動準備完了（可能）」位置内に入るまで更に移動操作される。次いでアクチュエータはテストヘッドをその最終で完全な合体位置内に引き入れることができる。そうすることで、各種アライメント構成がテストヘッドの最終のアライメントをもたらす。アライメントの最初から最終までの異なる段階を提供するために、合体は２組以上の異なる種類のアライメント構成を使用してもよい。テストヘッドは、脆い電気接触子が機構的接触を形成する前は、５つの自由度で配置することが一般に好ましい。次いで、テストヘッドは直線に沿って駆動され、この直線駆動は第６の自由度に相当し、インターフェースの面（代表的にはプローブカードまたはＤＵＴボードの面）に直角であり、これにより、接触素子は、それらに損傷を与える可能性のある横方向のスクラッブ動作や力を受けることなく、接続を形成することになるであろう。

合体用アクチュエータが動作しているときは、テストヘッドは典型的にはその移動軸の、すべてではないが、いくつかに従って自由に移動し、最終のアライメント及び位置決めを可能とする。好適には安定した、アクチュエータによる駆動されていないマニピュレータの軸にとっては、これは問題ではない。しかし、アクチュエータによる駆動軸は、一般に、コンプライアンス機構をその内部に組み込む必要がある。いくつかの典型例が、Ｓｌｏｃｕｍ等による米国特許5,931,048号公報およびＡｌｄｅｎ等による米国特許5,949,002号公報に記載されている。特に，非水平で不安定な移動軸に対しては、コンプライアンス機構はバネ状機構を含み、これによりコンプライアンス機構の他に更にある量の弾力性または「反発力」を付与することがよくある。更に、テストヘッドとＡＴＥメインフレームとを接続するケーブル線もまた弾力性がある。操作者がテストヘッドを、アライメントに近い位置であってテストヘッドが合体機構により補足できる位置に移動操作しようとするときは、操作者はシステムの弾性に打ち勝たねばならず、このことは非常に大きくて重いテストヘッドの場合は困難であることがよくある。また、合体機構がほぼ係止状態となる前にテストヘッドに加えられた力を抜いた場合は、コンプライアンス機構の弾性によりテ
ストヘッドが合体部から離間することがあり得る。これはしばしば反発作用と呼ばれる。

Ｓｍｉｔｈによる米国特許4,589,815号公報は従来の合体機構を開示している。該'815特許の図５Ａ，５Ｂ，５Ｃに示す合体機構はガイドピンと穴の２つの組合せを用いて最終のアライメントと２つの円形カムを構成している。カムがそれらに取り付けられたハンドル（取っ手）により回転されると、二分された合体部の両部は、ガイドピンにより互いに引き寄せられてそれらの合体穴内に確実に挿入されるようになる。２個のカムは同時に回転するようにワイヤ線で連結されている。ワイヤ線を設けたことにより、２個のハンドル（取っ手）の一方または他方だけに力を加えるだけで、合体部を動作可能としている。従って、この場合はハンドル（取っ手）が合体用アクチュエータとなっている。

'815特許の合体構成の基本概念は、テストヘッドが、ガイドピンとワイヤ線で相互接続された円形カムとの３組または４組を備えた合体部内にさらに大きくなったときに展開されるものである。本願の図３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄはガイドピンと穴との４つの組合せと４つの円形カムを有する従来の合体構成を示し、これについては後で詳述する。このような４点の合体構成は４つのカムの各々に取り付けられたアクチュエータのハンドルを備えた構成であるが、図示の合体構成はケーブルドライバを動作させる１つだけのアクチュエータハンドルを備えている。ハンドルでケーブルドライバが回転されると、ワイヤ線が動き、４つのカムが同時に回転する。この構成では、１つのアクチュエータハンドルが操作者に好都合な場所に配置されている。また、ケーブルドライバの径に対するカムの径の比を適当に調整することで、非常に大きな機構的利点が得られる。

米国特許5,654,631号公報及び5,744,974号公報は２つのハーフ部分をアライン（位置合わせ）配置するためにガイドピンと穴部を利用している。しかし、合体機構は真空装置により作動され、真空が付与されたときに２つのハーフ部分を合体するように駆動する。該２つのハーフ部分は真空が保持されている間は互いに連結された状態のままである。しかし、真空装置により発生可能な力の値は効果的な領域で増加される大気圧に制限される。従って、このような合体構成はその適用に制約がある。

図３７ａ−３７ｄに示す従来の合体機構の構成と動作の選択された詳細についてここで説明する。この説明は、米国特許4,589,815号で開示された早期の合体装置からの態様を含み、ここで参照により導入している。

図３７ａは架台２１９０に保持されたテストヘッド２１００の斜視図を示す、架台２１９０は更にテストヘッドマニピュレータ（図示せず）に支持されている。また、テストヘッド２１００が合体される周辺装置２１０８の切り離し部分が図示されている。図３７ｂは幾分拡大しさらに詳細な周辺ハンドラ（ハンドル装置）２１０８を示す。（この特別な例では、ハンドラ装置はパッケージ化された装置ハンドラであり、テストヘッドは下方からハンドラに合体される。図３７ｃの断面の少し上方には、テストヘッドは電気的インターフェース２１２６を備え、ハンドラ装置２１０８は対応する電気的インターフェース２１２８を備えている。電気的インターフェース２１２６及び２１２８は典型的には数百または数千の小さくて脆い電気接触子（図示せず）を有し、これら電気接触子は、テストヘッドは最終的に合体されるときに、確実に対応する個々の電気接続を形成するように正確に係止しなければならない。この例示的な図示の場合のように、ハンドラ装置２１０８の下面はハンドラ電気インターフェース２１２８を有し、テストヘッド２１００は通常下方から上方への動きにより合体される。他の指向動きも可能であり、公知の合体として、限定するものではないが、下方向きの動きによる上面への合体、水平向きの動きによる垂直面への合体、水平及び垂直の両方向にある角度をなす面への合体が含まれる。

図３７ａ及び３７ｂに戻り、完全な４点合体装置が図示されており、その各部分はハンドラ装置２１０８またはテストヘッド２１００に取付られる。テストヘッド２１００には面板(フェースプレート）２１０６が取り付けられる。４つのガイドピン２１１２が面板(フェースプレート）２１０６の四隅近傍に取付配置される。面板(フェースプレート）２１０６は中央開口部を有してテストヘッドに取り付けられ、テストヘッドの電気インター
フェース２１２６（図３７ａ，３７ｂには図示せず）が該開口部を通って突き出し、ガイドピン２１１２は電気インターフェースと略共通の中心を有する概略四角形をなしている。

ガセット板２１１４がハンドラ装置２１０８の下面に取り付けられる。ガセット板２１１４は中央開口部を有し、ハンドラ装置２１０８に取り付けられると、ハンドラの電気インターフェース２１２８は該開口部を通って突き出る。４つのガセット２１１６がガセット板２１１４に取り付けられ、ガセット板２１１４の各四隅近傍にガセット１つずつ配置される。各ガセット２１１６はその中にガイドピン穴またはレセプタクル（ソケット）穴２１１２ａが形成されている。各ガイドピン穴２１１２ａはそれぞれのガイドピン２１１２に対応する。これらは、テストヘッドが完全に合体されたとき、各ガイドピン２１１２は対応する各ガイドピン穴２１１２ａ内に挿入されるように配置されている。各ガイドピン２１１２の対応する各ガイドピン穴２１１２ａ内への適合は密着した適合である。これにより、ガイドピン２１１２とガイドピン穴２１１２ａにより、テストヘッド２１００とハンドラ装置間のアライメントが形成される。

４つのドッキングカム２１１０がフェースプレート２１０６に回転可能に取り付けられている。カム２１１０は円形であり、前記米国特許 '815 に記載されたものと同様である。特に、各カムは、その円周部の周りに側面らせん形溝２１２９が形成され、その上面は上部カットアウト（切欠き）２１２５が形成されている。各ドッキングカム２１１０は、テストヘッド電気インターフェース２１２６の中心から各ガイドピン２１１２を通って延びる線上に略その中心が位置し、ガイドピン２１１２はカム２１１０とテストヘッド電気インターフェース２１２６間に配置されるように、各ドッキングカム２１１０は各ガイドピン２１１２の近傍に配置される。ガセット２１１６とガセット板２１１４の各四隅は、ガイドピン２１１２がガセットのガイドピン穴２１１２ａ内に充分に挿入されたとき、各カム２１１０の円周部は各ガセットの円形カットアウト面と隣接するとともに同心円を成すような円形カットアウトを有する。この配置構成により、テストヘッド２１００がハンドラ装置２１０８と合体するための位置に最初に移動操作されるときに、ドッキング素子間における最初の粗い精度のアライメントを形成している。最初の粗いアライメントはまた、それぞれのレセプタクル２１１２ａ内に挿入されるガイドピン２１１２の傾斜端部によっても形成される。ガセット２１１６、カム２１１０及びガイドピン２１１２は、ガイドピン２１１２が実際に各ガイドピン穴２１１２ａ内に挿入されるまでは、ハンドラ電気インターフェース２１２８はテストヘッド電気インターフェース２１２６（図３７ａ，３７ｂには図示せず）から離間した状態に維持されるように配置されている。これにより、電気接触部に対するアライメント実施前の保護が成される。従って、２組のアライメント
構成：即ち、（１）カム２１１０に対するガセット２１１６の適合と、（２）ガイドピン２１１２とレセプタクル２１１２ａとの結合、がもたらされる。

合体用ハンドルが取り付けられた円形のケーブルドライバ２１３２もまたフェースプレート２１０６に回転可能に取り付けられている。プーリ（滑車）２１３７はケーブル線の導電路をケーブルドライバ２１３２に直結及びケーブルドライバ２１３２から直結している。ケーブルドライバ２１３２はハンドル２１３５に力を与えることにより回転する。ケーブルドライバ２１３２が回転するときに、ケーブル線２１１５に力を伝達し、次いでケーブル線２１１５はカム２１１０を同時に回転させる。

カムフォロア２１１０ａは各ガセット２１１６の円形カットアウト面から延びている。カムフォロア２１１０ａは対応するカム２１１０の上面に形成された上部カットアウト内にはめ込まれて（適合して）いる。図３７ｃはテストヘッド２１００をハンドラ装置２１０８と合体させる工程の一段階を示す断面図である。ここで、ガイドピン２１１２は特にガセット２１１６内のガイドピン穴２１１２ａ内に挿入される。この例示の場合は、ガイドピン２１１２はその上端部近傍ではテーパ形状であり、フェースプレート２１０６への取付点に近い方の近傍位置では一定の径を有する構成であることに留意すべきである。図３７ｃでは、ガイドピン２１１２は、一定径の部分がガイドピン穴２１１２ａにちょうど入る地点までガイドピン穴２１１２ａ内に挿入されている。また、図３７ｃでは、各カムフォロア２１１０ａは、螺旋状カムグルーブ（溝）２１２９の最上端に位置する深さまで、各カム２１１０の上面に形成された上部カットアウト２１２５内に挿入されている。この構成では、合体装置は、ハンドル２１３５（図３７ｃでは図示せず）に力を加え、カム２１１０を回転させることにより作動可能な状態である。従って、この構成は「作動待ち（作動準備完了）」位置と呼ぶことができる。この位置では、自由度５のアライメントが実現されていることに留意することが重要である。特に、ハンドラ装置の電気インターフェース２１２６の面が３次元インターフェースのＸ−Ｙ面であるときは、レセプタクル内に挿入された最大径を有するガイドピン２１１２はＸ，Ｙ軸方向およびシータＺの回転移動方向におけるアライメントを形成している。更に、全てのカットアウト２１２５内に完全にカムフォロア２１１０ａを挿入することにより、ハンドラ装置の電気インターフェー
ス２１２６とテストヘッドの電気インターフェース２１２８間の平坦化が達成されている。

図３７ｄはカム２１１０を完全に回転させたときの断面図を示す。このときテストヘッド２１００はハンドラ装置２１０８と「完全に合体された」状態である。カム２１１０は回転されて、カムフォロア２１１０ａがフェースプレート２１０６にさらに接近した近傍地点まで螺旋状溝２１２９に沿って追従移動していることがわかる。更に、ガイドピン２１１２は対応する各ガイドピン穴２１１２ａ内に完全に挿入されている。ガイドピン２１１２の一定径部分と対応する各ガイドピン穴２１１２ａの側部との間の緻密な組み込み（適合）により、ハンドラ電気インターフェース２１２８とテストヘッド電気インターフェース２１２６間の最終のアライメント（位置合わせ）が決定されることが観察される。従って、１インチの千分の３乃至７以内の合体位置の繰り返しを成すためには緻密な適合が通常必要である。更に、一度ガセット板２１１４がハンドラ装置２１０８に取り付けられてしまうと、ガセットに関してガイドピン２１１２をフェースプレート２１０６上に正確に配置しなければならない。これを容易にするために、ガイドピン２１１２はそれらの位置が調整可能であるように取り付けてもよい。この仕方は広く実施されており、前記米国特許 '815 に開示されている。

以上の議論を考慮して、合体工程について更に充分に議論するとともに、ある用語については定義しておくことが適当である。合体する目的は、テストヘッドの電気インターフェース２１２６とハンドラ装置の電気インターフェース２１２８を正確に結合することである。各電気インターフェース２１２６と２１２８は平面を成し、必須ではないが典型的には、電気接触部の末端部と名目上は平行な面である。合体されたとき、これら２つの面は互いに平行である必要がある。電気接触部に対する損傷を防止するために、電気接触部が互いに機械的接触が可能となる前に、自由度５において両インターフェース２１２６と２１２８を最初に位置合わせすることが好ましい。合体位置において上記規定されたインターフェースの両面が３次元デカルト座標系のＸ−Ｙ面と平行である場合は、各接触部が互いに直線上に配列するためには、アライメント（位置合わせ）はＸ及びＹ軸方向の移動と、Ｘ−Ｙ面に垂直なＺ軸の回りの回転移動（シータＺ）で成される必要がある。更に、これら２つの面はＸ軸及びＹ軸の回りの回転運動により平行にされる。これら２つの電気インターフェース面を互いに平行にする工程をインターフェースの「平坦化」と呼び、この「平坦化」が達成されたとき、インターフェースは「平坦化された」または「同一平面」にあると呼ばれる。一度平坦化されてＸ軸、Ｙ軸及びシータＺで位置合わせされると、ハンドラ電気インターフェース２１２８の面に垂直なＺ軸方向に移動させることにより合体が進む。合体の工程では、テストヘッド２１００は先ずハンドラ２１０８の近傍に移動操作される。更に移動操作することにより、ガセット２１１６の円形カットアウトはカム２１１０との第１のアライメント位置に移動される。この位置またはその直前の位置は「
合体準備完了」位置と見なされ得る。一般的には、「合体準備完了」は幾分粗い精度の第１のアライメント手段が略係止位置にある時の位置のことを意味する。この段階で設計詳細記述により、ガイドピンの末端は各対応するガイドレセプタクル内に入ることができる状態である。更に移動操作することにより、テストヘッドは「作動可能位置」に移動され、この位置は図３７ａ乃至３７ｄによりすでに定義されている。一般的には、「作動準備完了位置」は、合体が作動可能な位置にテストヘッドが到達したときの位置を意味する。この「作動準備完了位置」において、概略平坦化及びＸ軸、Ｙ軸及びシータＺでの位置合わせが達成される。合体が作動してガイドピン２１１２が各対応するガイドピン穴２１１２ａ内にさらに充分に挿入されるので、アライメント及び平坦化は更に正確になる。マニピュレータ駆動による合体は、前記米国特許 '258 及び '737 に開示されているように、粗い精度の位置決めモードを精密な位置決めモードに変えるために、センサは作動可能位置と等しい位置を検知することが留意される。従って、当業者にとって、作動装置の駆動による合体における作動可能位置を検知することも、前記米国特許 '258 及び '737の開示から（直感的で明らかな）当然の範囲に含まれるであろう。

上記形態の合体装置は千ポンドの重量のテストヘッドを用いて好適に使用されている。しかし、テストヘッドが更に大サイズになり、接触部の数が増加するにつれて、多くの問題点が明らかとなっている。第１の問題点は、接触部の数が増加するにつれて、接触部を係止するのに必要な力が増大することである。典型的には１接触部当たり数オンスの力が必要で、従って、１０００個以上の接触部を有するテストヘッドを合体する場合はこのために５０または１００キログラム以上の力が必要となる。立法ヤード以上の体積を占めるテストヘッドを使用した場合は、全てのガセットとカムがテストヘッドがどの時点で合体可能位置となり、作動可能位置となるのかを決めるのかを操作者が観測することは、益々困難となっている。また、テストヘッドマニピュレータ内のコンプライアンス機構とケーブル線の弾力性による反発作用により、作動を同時に開始しながらテストヘッドを作動可能位置に保持することを困難にしている。作動機構で打ち勝たねばならない力の大きさが増大したことで、カムの動きがケーブル線を引き伸ばし、このため同期できなくなるといった更なる難しさが生じている。機構の歪みの同様の問題点が個体の連結及びベルクランクを用いた合体装置で知られている。

上述の合体装置は、使用されたガイドピンとレセプタクルの数により特徴づけることができる。前記米国特許 '815 の装置は２点での合体構成を特徴とし、図３７Ａ−３７Ｄに示す装置は４点での合体構成を特徴としている。同じ一般的な原理に従う３点での合体構成もまた公知で一般に用いられており、本発明は３点での合体構成の観点で記載するものである。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、他の構成への適用も可能である。

負荷を保持するための装置は空気装置と負荷の反対側に結合された連結器を含む。連結器は、空気装置の作動により第１の軸と平行に負荷を移動させる。少なくとも１つの連結
器が負荷を第１の軸に垂直な第２の軸の回りを回転させる。負荷は第１の軸方向に移動するとともに第２の軸の回りに回転される。少なくとも１つの空気装置が第１の軸方向に移動及び第２の軸の回りに回転させるコンプライアンスをもたらしている。

本発明の実施の形態による位置決めシステムを示す斜視図である。 図１に示す位置決めシステムの分解図である。 図１に示す位置決めシステムの更なる分解図である。 図１に示す位置決めシステムの台座の斜視図である。 図４に示す台座の拡大部を示す更なる斜視図である。 実施の形態の位置決めシステムの内外方向摺動装置の分解図である。 図６に示す内外方向摺動装置の更なる分解図である。 実施の形態の位置決めシステムの側面結合部の分解図である。 図８に示す側面結合部の図８と異なる斜視による一部分解図である。 側面結合部の更なる斜視図である。 実施の形態の位置決めシステムの揺動（スイング）部の分解図である。 ベルトを取り付けた状態の揺動（スイング）部の斜視図である。 図１１ａに示す揺動（スイング）部の異なる斜視による一部分解図である。 実施の形態の位置決めシステムのメインアーム部の分解図である。 図１３と異なる斜視によるメインアーム部の一部分解図である。 図１３と図１４ａの空気シリンダを用いた圧力調節システムを示す概略図である。 実施の形態の位置決めシステムのバーニヤアームの斜視図である。 実施の形態の位置決めシステムの更なるバーニヤアームの斜視図である。 実施の形態の位置決めシステムのタンブルドライブ装置の分解図である。 図１７と異なる斜視によるタンブルドライブ装置の更なる分解図である。 図１７または図１８と異なる斜視によるタンブルドライブ装置の更なる分解図である。 図１７、図１８、図１９に示すタンブルドライブ装置とともに使用される歯車、ブッシング（軸受筒）及び駆動軸の分解斜視図である。 駆動歯車、ブッシング（軸受筒）及び駆動軸が設置された図１７、図１８、図１９に示すタンブルドライブ装置の斜視図である。 実施の形態の位置決めシステムのタンブルピボット装置の斜視図である。 実施の形態の位置決めシステムのタンブルピボット装置の斜視図である。 本発明の実施の形態によるドッキングモジュール機構の適用例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態によるドッキングピンを示す斜視図である。 ドッキングモジュール機構の切断側面図である。 ドッキングモジュール機構の切断側面図である。 本発明の実施の形態によるドッキングモジュール機構の分解斜視図である。 本発明の実施の形態によるピン・レセプタクルの斜視図である。 本発明の実施の形態によるピン検知器の斜視図である。 本発明の実施の形態による検知タブが取り外された状態のピン検知器の斜視図である。 本発明の実施の形態による検知タブの斜視図である。 本発明の実施の形態によるピストン装置の斜視図である。 本発明の実施の形態によるアームの斜視図である。 本発明の実施の形態によるドッキング方法を示すドッキングモジュール機構の一連の側面図である。 本発明の実施の形態によるドッキング方法を示すドッキングモジュール機構の一連の側面図である。 本発明の実施の形態によるドッキング方法を示すドッキングモジュール機構の一連の側面図である。 本発明の実施の形態によるドッキング方法を示すドッキングモジュール機構の一連の側面図である。 テストヘッドと周辺部をドッキングするための例示的ステップを説明するフローチャートである。 従来の合体装置の斜視図である。 周辺装置に取り付けられた従来の合体装置の要部斜視図である。 位置決め作動可能状態の従来の合体装置の断面図である。 完全に合体された位置の従来の合体装置の断面図である。

図１は本発明の実施の形態に係る位置決めシステム１０の斜視図である。位置決めシステム１０は、テストヘッド等の重い負荷を保持及び移動するために使用されるもので、米国特許 4,527,942 号公報に充分に記載されており、ここに参照により導入する。該米国特許の図６に示すように、自由度６の動作が規定されている。本発明の実施の形態に係る位置決めシステム１０はこれら自由度６の動作を実現している。図２は図１に示す位置決
めシステムの分解図である。図示のように、図２の下部には台座５０が備えられる。内外方向摺動装置（IN-OUT UNIT）１００が台座５０に載せられ、台座は床の上に据えられる。その名称から示唆されるように、内外方向摺動装置（IN-OUT UNIT）１００はＺ軸方向に沿って床と平行に摺動可能であり、装着する方向（即ち、内外方向摺動装置１００の後面からそれの開口部に向かう方向）及び取り出し方向（即ち、内外方向摺動装置１００の後面に向かう方向）に摺動可能である。装着方向としては通常は周辺部との合体位置に向かう方向が採られ、取り出し方向としては周辺部から離れる方向が用いられる。

横方向摺動装置２００は内外方向摺動装置１００のＸ軸方向に沿うとともに床に平行に摺動する。横方向摺動装置２００の移動は内外方向摺動装置１００の移動と直角の方向である。

揺動（スイング）装置３００は横方向摺動装置２００上に載置される。揺動（スイング）装置３００はＹ軸を支点として旋回し、ここでＹ軸は、横方向摺動装置２００及び内外方向摺動装置１００の移動軸と互いに直角の方向である。これは、旋回（twisting）、揺動（swing）または横揺れ動作（yaw motion）とも呼ばれる。メインアーム部４００と５００は、揺動（スイング）装置３００に垂直に設けられたリニア（直線状）レールに沿ってＹ軸に沿って上下方向に摺動する。バーニヤＹ移動を行うために、バーニヤアーム６００はメインアーム４００に垂直に設置されたリニアガイドレールに沿って上下に移動可能である。更に、バーニヤアーム７００はメインアーム５００に対して垂直に設置されたリニアレールに沿って上下に移動する。バーニヤＹ移動は相対的に小さな移動量（例えば１または２インチ）であり、これはＹ軸方向の位置決めの最終の精密な調整のために設けられている。この動作は空気圧により実現される浮遊動作であってもよい。タンブルピボット装置９００はバーニヤアーム６００と結合される。タンブル駆動装置８００はバーニヤアーム７００と結合される。テストヘッドは、タンブル駆動装置８００とタンブルピボット装置９００を通って延びるＸ軸の回りを回転する（即ち、タンブリングまたはピッチ動作を行う）。この軸は、テストヘッドが加えられる最小の力で旋回できるように、負荷の重心を通るように配置してもよい。

図３は位置決めシステム１０を構成する様々な構成要素の更なる斜視図である。

台座５０について図４を参照して更に明瞭に説明する。図示のように、台座５０はリニアガイドレール５２ａと５２ｂ（図４では見えない）を備える。内外方向駆動モータ６５と内外位置エンコーダ７０は台座組立部品に含まれる。モータ６５は適当な減速ギアを含んでも良い。モータ６５は、また、必要に応じて停止位置にロックするためのブレーキ装置を備えてもよい。図５にさらに明瞭に示すように、モータのプーリ（滑車）６６が従来と同様に内外方向駆動モータ６５のシャフトに取り付けられている。位置決めエンコーダ７０（図５では見えない）はブラケット８０に固定され、ブラケット８０は台座５０に固定されている。エンコーダのプーリ（滑車）７１が従来と同様にエンコーダ７０のシャフトに取り付けられている。

２つの調時ベルト（図示せず）もまた含まれている。第１のベルトは、プーリ６０がモータ回転時に回転するように、モータプーリ６６の一方をプーリ６０に連結している。この第１のベルトはリニアガイドレール５２ａ及び５２ｂと略平行に配置されている。第２のベルトは、もう一方のモータプーリ６６をエンコーダのプーリ７１に連結して、エンコーダがモータ回転時に回転するようにしている。

内外方向摺動装置１００の細部が図６及び図７を参照して更に明瞭に示されている。リニアガイドベアリング１０２，１０４，１０６，１０８が内外方向支持体１１０の下側に取り付けられる。リニアガイドベアリング１０２，１０４はリニアガイドレール５２ａに沿って移動する。更に、リニアガイドベアリング１０６，１０８はリニアガイドレール５２ｂに沿って移動する。

内外方向摺動装置１００は、モータ６５が作動時に内外方向（装着・取り出し方向）に移動可能である。特に、モータ６５が作動すると、ベルト（図４または図５には図示せず）は移動を開始する。モータプーリ６６をプーリ６０に連結しているベルトは、好都合な地点で内外方向摺動装置１００に装着される。従って、ベルトが移動すると、内外方向摺動装置１００はモータ６５の回転方向により内方向または外方向に駆動される。モータ６５がブレーキ装置を含む場合は、ブレーキ装置を必要に応じて内外方向摺動装置を台座に対して固定位置にロックするのに使用してもよい。

図６及び図７に示すように、リニアガイドレール１１２，１１４は、台座５０に取り付けられたリニアガイドレール５２ａ，５２ｂと直交するように内外方向支持体１１０の上部に固定されている。横方向駆動モータ１２０もまた含まれている。モータ１２０にモータブラケット１２５が隣接し、さらにプーリ１４２が隣接している。モータ１２０は適当な減速ギアを含んでもよい。また、モータ１２０は、必要に応じてモータを停止位置にロックするためのブレーキ装置を含んでもよい。横方向の位置決めエンコーダ１３０もまた備えられている。プーリ１４４がエンコーダ１３０に固定されている。ベルト（図示せず）がプーリ１４２とプーリ１４４を連結している。該ベルトはレール１１２及び１１４と略平行に架設される。従って、モータ１２０の回転とともにエンコーダ１３０が回転される。カバー１５２と１５４もまた備えられる。

次いで図８，９，１０を参照して、横方向摺動装置２００の特徴について説明する。その下側を示す図１０に更に明瞭に示されているように、横方向摺動装置はリニアガイドベアリング２１０，２１２，２１４，２１６を備える。リニアガイドベアリング２１４，２１６はリニアガイドレール１１４に沿って摺動し、リニアガイドベアリング２１０，２１２はリニアガイドレール１１２に沿って摺動する。ガイドレール１１２と１１４はそれぞれ内外方向支持体１１０に取り付けられていることを思い起こすべきである（図６参照）。横方向支持体２２０は、揺動板装着部品２６０が据えられる開口部を有する。揺動板装着部品２６０は複数のシール部及びリング部とともに駆動リンク２６０ａを備える。揺動駆動モータ２３０が具備され、該モータは適当な減速ギアを含んでもよい。また、モータ２３０は、必要に応じて停止位置にモータをロックするブレーキ装置を含んでもよい。駆動シャフト２５０はプーリ２５４と連結される。プーリ２５４はベルト（図示せず）によりプーリ２５６に連結されている。プーリ２５６は位置決めエンコーダ２４０に取り付けられている。または、位置決めエンコーダ２４０は歯車により駆動シャフト２５０と連結してもよい。

駆動シャフト２５０の回転軸は略水平に配置され、揺動板装着部品２６０の略垂直回転軸と直角をなす。これら２つの回転軸はねじれ歯車（スパイラル歯車）駆動またはウォーム歯車駆動装置などの適当な歯車により互いに噛み合い、シャフト２５０の回転に伴って揺動板装着部品２６０がそれと直角の向きに回転される。駆動シャフト２５０と揺動板装着部品２６０間に僅かな間隔を設けることによりコンプライアンス（弾力性またはたわみ性）が得られる。

台座１００に対する横方向摺動装置２００の動作について次に説明する。プーリ１４２と１４４（図６参照）を連結するベルトは、好適な地点で横方向支持体２２０に取り付けることもできる。これにより、横方向駆動モータ１２０が動作すると、プーリ１４２と１４４を連結するベルトが移動して、横方向摺動装置２００を移動させることになる。モータ１２０がブレーキ装置を備えている場合は、ブレーキ装置を使用して、横方向摺動装置２００を必要に応じて内外方向摺動装置１００に対して位置的に停止させることができる。

図１１ａ、１１ｂ及び１２には揺動（スイング）装置３００が図示されている。揺動装置の開口３０２は図８，９，１０に示す揺動板装着部品２６０を係止する。これにより、揺動板装着部品２６０が回転すると、これに伴って揺動装置３００も回転する。特に、モータ２３０が空転（スピン）すると、駆動シャフト２５０も空転する。揺動板装着部品２６０は、前述のように駆動シャフト２５０により回転される。従って、揺動板装着部品が回転すると、揺動装置３００も回転する。モータ２３０がブレーキ装置を備えている場合は、ブレーキ装置を使用して、揺動装置３００を必要に応じて横方向摺動装置２００に対して位置的にロックすることができる。

図１１ａ、１１ｂ及び１２では、揺動装置３００は揺動装置支持体３０５を有する。支柱３１５ａ，３１５ｂと側壁板３１０ａ，３１０ｂが揺動装置支持体３０５に取り付けられている。リニアガイドレール３２０ａ，３２０ｂはそれぞれ支柱３１５ａ，３１５ｂに取り付けられ、基本的に平行に配置されて垂直面を形成している。親ねじ（ボルト）３２５ａ，３２５ｂがそれぞれ支柱３１５ａ，３１５ｂの前面に示す位置において揺動装置支持体３０５に装着されている。プーリ３２６ａ，３２６ｂがそれぞれねじ３２５ａ，３２５ｂの端部に取り付けられる。プーリ３２６ａ，３２６ｂは支持体３０５の真下に配置され、ねじ３２５ａ，３２５ｂは支持体３０５の穴を通って上方に延びている。適当なベアリングを従来のように使用して、ねじ３２５ａ，３２５ｂを支持体３０５にねじ止で固定することで、ベアリングは自由に回転可能である。ねじ３２５ａ，３２５ｂはボールねじであってもよい。しかし、後述するように、ねじ３２５ａ，３２５ｂは結局重い負荷を保持するので、ねじすじ（ねじやま）とピッチは、駆動力がなくなったときに逆駆動が起こらないようなものを選択する必要がある。

垂直駆動モータ３３０と垂直位置決めエンコーダ３４０もまた備えられ、垂直駆動モータ３３０は適当な減速歯車を備えてもよい。モータ３３０は、また、それが動作していないときに回転を止めるブレーキを備えてもよい。モータ用プーリ３３１がモータ３３０のシャフトに取り付けられ、エンコーダ用プーリ３４１がエンコーダ３４０に取り付けられる。クランク用プーリ３５１に取り付けられたハンドクランク３５０も備えられている。プーリ３３１，３４１，３５１は支持体３０５の下面に配置されている。遊び車（アイドラープーリ）３７１が支持体３０５の下面に取り付けられている。

一組の３つのベルト３６１，３６２，３６３がプーリ３２６ａ，３２６ｂ，３３１，３４１，３５１，３７１を相互に連結している。第１のベルト３６１はモータ用プーリ３３１を親ねじプーリ３２６ｂに連結する。第２のベルト３６２は親ねじプーリ３２６ｂをエンコーダ用プーリ３４１及びクランクプーリ３５１と連結する。アイドラープーリ３７１は第２のベルト３６２を架張すると共に案内移動させる。最後に、第３のベルト３６３は親ねじプーリ３２６ａとクランクプーリ３５１とを連結する。これにより、動作時には、モータ３３０のシャフトが回転することにより、２つの親ねじプーリ３２６ａ，３２６ｂ及びエンコーダ３４０が回転される。ハンドクランク３５０もまた同様に回転する。手動による動作用として、ハンドクランクを用いて２つの親ねじ３２５ａ，３２５ｂを回転させることもできる。これら２つの親ねじ３２５ａ，３２５ｂは、ねじやま形体及びピッチが同一であり、モータ３３０またはハンドクランク３５０のいずれかにより同時に回転駆動される。

図２に示すように、メインアーム４００，５００がそれぞれリニアガイドレール３２０ｂ，３２０ａ上を摺動する。２つのメインアーム４００と５００が備えられているが、以下の説明ではメインアーム４００についてのみ言及する。メインアーム５００についての説明は、その位置、リニアガイドレール及び係止用ねじ以外は、メインアーム４００の構成と同一である。

図１３及び１４ａに示すように、メインアーム４００はリニアガイドベアリング４１０，４２０を有する。リニアガイドベアリング４１０，４２０は、（図１２に示す）リニアガイドレール３２０ｂ上を摺動する。ねじ３２５ａ，３２５ｂよりも僅かに大きい径の縦穴４６２がメインアーム４００の長さで延びている。縦穴４６２の入り口部は適当に拡張され、ナット４６０が挿入されてメインアーム４００に確実に固定できるような形状である。ナット４６０は、ねじ３２５ｂが挿入できるようにねじ切りされている。これにより、ねじ３２５ｂはナット４６０を通ってねじ止めされ、縦穴４６２内に延在する。

従って、ねじ３２５ｂが回転すると、ナット４６０はねじ３２５ｂに沿って上下に移動する。このようにして、メインアーム４００は上下方向に移動することができる。メインアーム４００は、空気シリンダ４４０と、リニアガイドレール４７０と、空気シリンダを適所に保持する保持部材４５０と頭部４８０を備える。

ねじ３２５ａ，３２５ｂは同時に回転するとともに同じねじやまを有しているので、２つのメインアーム４００と５００は上下に同時に移動する。従って、メインアーム４００，５００が上昇・下降するときに、垂直位置エンコーダ３４０はそれらメインアームの垂直位置を記録する。モータ３３０がブレーキを備えている場合は、該ブレーキを用いてねじ３２５ａ，３２５ｂをロックして回転しないようにできる。このような場合であっても、ねじ３２５ａ，３２５ｂは、安全のために、非逆戻り式駆動であることが好ましい。

バーニヤアーム６００と７００の動作は同様である。図１５に示すバーニヤアーム６００はリニアガイドレール４７０に沿って移動する。このためにバーニヤアーム６００はリニアガイドベアリング６１０と６２０を備える。更にバーニヤアーム７００を図１６に示す。バーニヤアーム７００はリニアガイドレール５７０に沿って移動する。このためにバーニヤアーム７００はリニアガイドベアリング７１０と７２０を備える。バーニヤアーム６００と７００はそれぞれ空気シリンダ４４０と５４０で支持される。空気ピストンシャフト４４１，５４１はバーニヤアーム６００，７００の底部に直接係止する。図１と図２に示すように（また、さらに詳しく後述するように）タンブルピボット装置９００はバーニヤアーム６００に取り付けられて保持され、タンブル駆動装置８００はバーニヤアーム７００に取り付けられて保持されている。水平方向の「タンブル」軸はタンブルピボット装置９００とタンブル駆動装置８００間に規定される。テストヘッドの負荷は、タンブル軸が通過する基本的に２点において、タンブルピボット装置９００とタンブル駆動装置８００に回転可能に装着される。タンブル軸は、好ましくは、２つの平行なレール３２０ａ，３２０ｂにより規定される平面と平行である。

テストヘッドの負荷はタンブルピボット装置９００とタンブル駆動装置８００により保持され、装置９００と８００はそれぞれ空気シリンダ４４０と５４０に保持されている。さらに、空気シリンダ４４０と５４０はそれぞれメインアーム４００と５００に連結されている。バーニヤ垂直アーム６００と７００はいずれも垂直方向の移動範囲が、それぞれ関連するメインアーム４００と５００に対して約±２５ｍｍである。

垂直バーニヤアーム６００，７００を備える目的は、合体中のテストヘッドを自由度２でコンプライアンス運動をさせることである。各空気シリンダ４４０，５４０は調整された空気供給源を備える。即ち、２個の調整装置が設けられ、そのうち１つはシリンダ４４０用、もう一方はシリンダ５４０用である。共用の高圧空気供給源をこれら両調整装置に対して設けることもできる。各シリンダ４４０，５４０内の空気圧は別々に調整可能である。シリンダ４４０，５４０内の空気圧を調整することにより、テストヘッドはメインアーム４００，５００に関して上方又は下方に移動できる。このようにして、テストヘッドはそれの垂直バーニヤの移動の範囲内で略芯合わせすることが可能である。シリンダ４４０，５４０内の圧力を、テストヘッドによりそれぞれ対応するピストンシャフト４４１，５４１に加えられた下向きの力を相殺するのに充分な一定の圧力として保持することにより、垂直バーニヤの移動範囲内のテストヘッドの位置は、外力のない状態に維持することができる。各シリンダは別々に調整されるので、これら２つのシリンダの空気圧は等しくされる必要はない。これにより、負荷は、典型的には、２つの支柱間で芯合わせする必要のない重心を有することが可能となる。外力がテストヘッドを下方に押す場合は、シリンダ４４０，５４０内の圧力は増大しようとする。従って、調整器は一定圧力を維持するために空気を適量だけ抜き去る。これによりテストヘッドは下方に移動する。同様に、上向きの力が加えられた場合は、シリンダ内の圧力は低下しようとし、調整器は一定圧力を保持するためにさらに空気を供給し、テストヘッドは上昇移動する。このように、テストヘッドは実質重力なし又は浮遊状態に維持される。また、外部トルクをテストヘッドに与え
て、例えば、一方を上方に他方を下方に移動させようとする場合は、調整器は一方のシリンダに空気をさらに供給するとともに、もう一方のシリンダからは空気を抜き去るので、空気シリンダは上記のようなトルク運動を容易にする。従って、このような配置構成はテストヘッドの自由度２のコンプライアンス運動、即ち、リニアレール３２０ａ，３２０ｂにより規定される平面に直角で、従って、Ｚ軸と平行な軸の回りの（Ｙ軸方向の）垂直移動と（シータＺ）回転運動を容易にする。また、回転プライアンス運動は必ずしも負荷の重心を通過する必要のない軸を回転軸とすることができ、従って、このような運動に関して実質的に無重力または浮遊状態は、従来のシステムのような回転軸の配置場所に依存することはない。

空気シリンダ４４０，５４０により与えられる垂直及び回転コンプライアンス運動を実行するために、図１４ｂに概略図で示すような圧力調整装置が設けられる。本実施の形態では動作流体として空気を使用しているが、本発明の意図する範囲内で他の動作流体に代えてもよい。２この同一の圧力調整システムＲ６が各空気シリンダ４４０，５４０に対して１個ずつ備えられ、各シリンダ内の圧力が個々に制御可能である。多くのテスト用または他の工業設備で一般に利用可能な共用の空気供給源Ｒ７から、高圧空気が両調整システムＲ６に供給される。

各圧力調整システムＲ６は圧力調整器Ｒ８を備え、該圧力調整器Ｒ８は対応するシリンダ４４０上に負荷を保持するのに充分な圧力を供給するように調整可能である。調整器Ｒ８により与えられた空気圧は、最初に電磁制御弁Ｒ９を通って伝えられ、該電磁制御弁Ｒ９は作動状態においてシリンダ４４０を通って空気圧を伝えられるようにスイッチ動作される。弁Ｒ９はスプリング戻り式（スプリングリターン）の弁であり、力が供給されない場合、弁Ｒ９はシリンダ４４０からの流体の逆流を遮断する状態に戻され、これにより負荷に突然に圧力供給が喪失されることを防止している。

圧力調整システムＲ６は、負荷で圧力下降があった場合は供給源Ｒ７から空気流を更に与えさせることにより、一方、負荷で圧力上昇があった場合は空気を会報することにより、圧力調整システムＲ６の出力部において一定の空気圧を維持しようとする。調整器Ｒ８は定常状態の制御を実現している。弁Ｒ９と並列に一方向絞り弁Ｒ０が設けられ、位置決め目的のための外力により負荷に強要した小さな移動に対して、流体内に適切な過渡的応答を促進する。弁Ｒ９と絞り弁Ｒ０からの２つの気体流の線は結合して流線Ｒ５となり、シリンダ４４０内に流体を供給する。

負荷の一方側がその対応するシリンダ４４０に関して手動で持ち上げられた場合は、シリンダ４４０内の圧力は持ち上げ力に基づいて減圧される。圧力調整システムＲ６は圧力の下降を認識し、元の目標圧力に到達するまで、シリンダ４４０内に更に流体を供給することにより、流体の圧力を上昇させる。または、その代わりに、負荷の一方側がその対応するシリンダ４４０に関して押し下げられた場合は、シリンダ４４０内の圧力は増大される。圧力調整システムＲ６は圧力の増大を認識し、元の目標圧力に再度到達するまで、シリンダ４４０から流体を放出する。

シータＺ（即ち、回転）運動は、テストヘッド（またはそのクレードル（受け台））が位置決めシステムに連結される適度な値の可撓性により実現可能である。例えば、緩やかな取り付けボールとソケット又は適当な摺動又は曲げ構成も上記結合用に使用可能である。

ここでタンブル移動について考察すると、タンブル駆動装置８００はバーニヤアーム７００に連結されている。従って、バーニヤアーム装置７００がリニアガイドレール３２０ａに沿って上下に移動すると、タンブル駆動装置もバーニヤアーム装置７００と共に移動する。

タンブル駆動装置８００は図１７，１８，１９，２０，２１を参照して示されている。タンブル駆動装置８００はタンブル駆動モータ８１０とタンブル位置決め用エンコーダ８２０を備える。モータ８１０は減速歯車を含んでもよい。また、モータ８１０は必要に応じてブレーキ装置を備えてもよい。モータ８１０はピューリ８７６に連結される。駆動シャフト８３０はピューリ８７５に連結される。ピューリ８７５と８７６はベルト（図示せず）で連結されている。従って、モータ８１０のシャフトが回転すると、駆動シャフト８３０もまた回転する。または代替構成として、ピューリ８７５，８７６及びベルトの代わりに歯車を使用することも可能である。駆動シャフト８３０は、駆動歯車８８０（図１７，１８，１９で図示せず、後述する）ｔｏ噛み合うウォーム駆動（またはウォーム駆動型）歯車８８９（図示せず）を備える。駆動シャフト８３０はピューリ８７２，８７１及びベルト（図示せず）を介して位置決め用エンコーダ８２０と連結される。従って、駆動シャフト８３０が回転すると、位置決め用エンコーダ８２０のシャフトもまた回転する。代替構成として、ピューリ８７１，８７２及びベルトの代わりに歯車を使用することも可能である。

図２０は、駆動歯車と車軸アッセンブリ８９５（他の構成要素を見せるために図１７，１８，１９には含まれない）の分解図を示す。駆動歯車８８０はその円周部８９９の回りに歯を有し、駆動シャフト歯車８８９と噛み合う。駆動歯車８８０はまた中央円形開口８９８を有する。開口８９８の周囲を開口シリンダ８９７が囲んでいる。円形フランジ８９６が開口８９８内に配置され、環状開口８９８ａを有する。６つの穴８８１がフランジ８９６内で環状開口８９８ａの回りに均等に分散配置されている。ベアリング８８５が環状開口８９８ａ内に嵌め込まれている。

車軸アッセンブリ８９４は車軸８９０を備え、車軸リング８９３と装着部８９２は車軸８９０に固定されている。６個の加硫処理した天然ゴム性のピン８９１が、車軸リング８９３内に車軸８９０の回りに均等に分散配置された６つの対応する穴に差し込み装着される。図示のようにゴムピンは車軸８９０と平行に延びている。テストヘッドの一方側が装着部８９２に取り付けられ、車軸８９０の回転中心線により規定される軸の回りをテストヘッドがタンブル回転する。（これはすでに説明した「タンブル」軸である。）この軸の回りにテストヘッドを回転させるのに必要なトルクを最小にするために、負荷の重心付近を通過する軸を配置してもよい。

車軸８９０はベアリング８８５内に差し込み装着され、各ゴムピン８９１はフランジ８９６内に形成された対応する穴８８１内に差し込み装着される。ベアリング８８５は、車軸リング８９３がフランジ８９６から僅かに離間するように間隔をもって装着してもよい。これにより、車軸８９０と車軸リング８９３と装着部８９２は駆動歯車８８０に弾力的に連結される。回転軸が負荷の略重心を通過する場合のように、装着部８９２に連結された回転負荷があまり大きくない場合は、駆動歯車８８０が回転したときに、車軸サブアッセンブリ８９４はそれとともに回転するのに充分に固い材料でゴムピン８９１は構成されている。しかし、駆動歯車８８０が装着位置に固定保持された場合は、ゴムピンは、装着部８９２に連結された負荷が適度に小さい外力でプラスマイナス数度の角度だけ回転可能とするのに充分な弾力性をもたせている。車軸リング８９２をフランジ８９６から離間させたことにより、ゴムピン８９１を切断する可能性を低減する。また、アッセンブリの相対堅さはこの間隔を変えることにより調整される。このようにアッセンブリはコンプライアンス回転駆動機構を構成する。マニピュレータシステムでは、これは周辺装置と合体するときのテストヘッドのコンプライアンス運動の所望の要素を構成する。従って、駆動歯車８８０が固定状態であったとしても、装着部８９２は駆動歯車８８０に関して制限された値の回転運動が可能である。このことは、車軸部８９３を歯車８８０に連結するゴムピン８９１の弾力性によるものである。

図２１に示すように、駆動歯車と車軸アッセンブリ８９５はタンブル駆動装置８００の窪み部８５５内に配置される。車軸８９０は駆動シャフト８３０と直角をなす。駆動歯車８８０の円周部８９９に形成された歯は駆動シャフト８３０に形成された対応する歯８８９（図示せず）と噛み合い、駆動シャフト８３０の回転により歯車８８０が回転し、従って、駆動歯車と車軸アッセンブリ８９５と負荷が駆動シャフト８３０に装着される。ウォーム歯車または螺旋歯車などの適当な歯車装置を使用して、駆動歯車８８０が駆動シャフト８３０の回転軸と直角方向の軸の回りを回転するように構成してもよい。

タンブル駆動ハウジング８４０は車軸８９０が通過する穴８４１（図１７参照）を有する。カバー８６０は装着部８９２が突き出る穴８６１（図１７，１８，１９参照）を有する。正確で低摩擦の装着を行うためにベアリング部材８６５が設けられる。

図２２ａ，２２ｂに示すタンブルピボット装置９００はテストヘッドの他方側に取り付けられる無動力装着部である。タンブルピボット装置９００はバーニヤアーム６００に装着される。前述のようにバーニヤアーム６００はリニアガイドレール５７０に沿って上下に移動する。タンブルピボット装置は基本的には矩形箱形であり、ピボット（軸回転）可能なテストヘッド装着装置に連結する手段を構成する。一実施の形態では、これはピボット装置を貫通する穴９０１に装着するものである。この穴９０１を貫通するスタブアクスル（stub axle）（図示せず）をテストヘッドに装着してもよい。低摩擦を成すために適当なベアリングを使用してもよい。タンブルピボット装置９００とタンブル駆動装置８００（「タンブル装置」）を、装着穴に係合する取付ねじ（図示せず）によりそれぞれ対応する垂直バーニヤアーム６００と７００に取り付ける。これにより、テストヘッドの簡単な設置または取り替えが可能となる。例えば、テストヘッドを取り付けるために、操作者は最初にマニピュレータからタンブルピボット装置９００とタンブル駆動装置８００を取り去る。これらはテストヘッドに取り付け可能な状態となっている。次いで、テストヘッドとタンブルピボット装置及びタンブル駆動装置のアッセンブリがテストヘッドに好適に取り付け可能である。

図２３は本発明の一実施の形態に係る合体機構の斜視図である。例示的なテストヘッド１０００が図２３に含まれている。テストヘッド１０００はブラケット１００５に結合される。次いで、ブラケット１００５はタンブル駆動装置８００及びタンブルピボット装置９００に結合される。複数の合体機構１０１０がテストヘッド１０００の側面に取り付けられている。本実施の形態では、３個の合体機構１０１０が図示されている。各合体機構１０１０は基底支持部１０２０上に配置されている。合体機構１０１０は適当なボルトまたは取付ねじ１０７５を介して側面目盛棒１０１５に取り付けられている。側面目盛棒１０１５は合体機構１０１０を基底支持部１０２０に固定するために使用されている。次いで、基底支持部１０２０は基底目盛棒１０２５に取り付けられる。基底目盛棒１０２５は、適当なボルトまたは取付ねじ１０３５を介して底部目盛基盤１０３０に取り付けられている。これにより、側面目盛棒１０１５に関して合体機構１０１０の位置を変えること及び底部目盛基盤１０３０に関して基底支持部１０２０の位置を変えることにより、合体機構１０１０は、好適な位置内で移動することができる。合体フレーム１０５０も図示されている。合体フレーム１０５０は周辺装置（即ち、装置またはパッケージハンドラ、ウェハプローバ、または他のテスト装置）に取り付けられる。合体フレーム１０５０には複数の合体ピン１０６０が取り付けられている。合体ピン１０６０と合体機構１０１０は、合体ピン１０６０がそれぞれ対応する合体機構１０１０と位置合わせされて結合される。

図２４は図２３に示す合体ピン１０６０の斜視図である。合体ピン１０６０は、合体ピン基底１１００とそこから延びるピン部分１１５０，１１４０，１１３０を含む。図示のように、ピン部分の径は合体ピン１０６０の先端に近づくに従って益々小さくなるようにしてもよい。これにより、他のピン部分よりも小さな径のピン部分１１３０は、テストヘッドを周辺装置と合体するときに更に大きな初動誤差を許容できるので、テストヘッドを周辺装置と合体するときに特に好都合である。位置決めシステムに充分なコンプライアンス（即ち、小さな無動力運動）を付与することで、合体動作時にテストヘッドと装置ハンドラ間の僅かな位置ずれを補正することができる。また、図２４には、合体ピン１０６０から延びるカムフォロア（カム従動子）１１２０が示されている。カムフォロア１１２０は、合体機構１０１０内に形成された後述する適当なスロットと係止する。

図２５ａ，２５ｂを参照して、本発明の一実施の形態の切断側面図が示されている。また、図２６はその分解斜視図を示す。図２５ａ，２５ｂでは、合体ピン１０６０をピンレセプタクル１３００内に初動挿入後の状態を示す。図２５ａ，２５ｂでは、合体ピン１０６０はピン検知器１４００をすでに貫通している状態を示している。ピンレセプタクル１３００はアーム１６００と連結している。アーム１６００はピストン装置１５００に含まれるピストン運動により運動する。ピストン装置１５００はピストン１５１５とピストンシャフト１５１０を含む。ピストン装置１５００は、また、それの対向する側面（図では片側のみ示す）にピボット（回転軸）支点を有する。ピボット支点１５０５はピストン装置１５００が小量のピボット運動を行うことを可能にしている。一実施の形態では、ピストン装置は空気装置であってもよいが、液圧式または電気機械構成などの他の方式のものも可能である。ピボット支点１５０５を備えることにより、ピストン装置１５００は、囲い１０１２の側部と、合体機構１０１０内の内部方向に面するカバー部１０１４上に配置されたピボットガイド１０８０を支点としてピボット回転することが可能となる。アーム１６００はピボット（回転軸）支点１６２０を含む。ピボット回転支点１６２０は、（再び、囲い１０１２の側部と、合体機構１０１０内の内部方向に面するカバー部１０１４上に配置された）ピボットガイド１０９０と係合することで、アーム１６００がピボット運動を行うことを可能とする。

図２５では、ピストン装置１５００内のピストン１５１５が更に明瞭に示されている。ピンレセプタクル１３００の様々な特徴の動作について以下に説明する。

図２６は合体機構１０１０の分解斜視図である。この図では、合体機構の囲い１０１２が合体機構のカバー１０１４と共に見られる。また、ピンレセプタクル１３００，ピン検知器１４００，アーム１６００及びピストン装置１５００も図示されている。

図２７にはピンレセプタクル１３００の斜視図が示されている。ピンレセプタクル１３００はカムグルーブ１３０５を含む。ピンレセプタクル１３００の各側片部１３１５には１つのカムグルーブ１３０５がミリング形成されている。図２４に示す合体ピン１０６０の両側から延びるカムフォロア１１２０はカムグルーブ１３０５と係合する。ピンレセプタクル１３００は摺動可能に囲い１０１２とカバー１０１４に装着されている。特に、棒状部１３１６は囲い１０１２のスロット１０２２と係合し、棒状部１３１７はカバー１０１４のスロット１０２１と係合する。後述するように、ピストン１５１５とピストンシャフト１５１０の運動はピボットアーム１６００によりピンレセプタクル１３００に連動される。これにより、ピストン１５１５の運動によってピンレセプタクル１３００が左右に摺動される。図示の構成では、ピストン１５１５が最左端位置にあってピストンシャフト１５１０が引っ込められた状態のときは、ピンレセプタクル１３００は最右端位置にくるであろう。同様に、ピストン１５１５が最右端位置にあってピストンシャフト１５１０が引き出した状態のときは、ピンレセプタクル１３００は最左端位置にくるであろう。

図２８はピン検知器１４００の斜視図である。図に示すように、ピン検知器１４００は検知器タブ１４０５を含む。図２９は検知器タブ１４０５を取り外したときのピン検知器１４００を示す。図２９では検知器スイッチ１４１０が図示されている。

図３０は検知器タブ１４０５の斜視図である。検知器タブ１４０５はタブ開口部１４５０を含み、該タブ開口部１４５０を回転支点としてピボット回転可能である。検知器タブ１４０５はロール機構１４７０を含み、該ロール機構１４７０はロール開口部１４６０を通って挿入される軸により適所に保持される。検知器タブ１４０５は背面部材１４８０を含む。

ピン検知器１４００の動作は図１０３ｂに更に明瞭に示されている。即ち、合体ピン１０６０がピン検知器１４００内に挿入されると、検知器タブ１４０５は、タブ開口部１４５０を回転軸としてピボット回転しながら後方に押し込められる。後方へのピボット回転により、背面部材１４８０は検知器スイッチ１４１０を再度押圧する。このようにして、ピン検知器１４００は、合体ピン１０６０がピン検知器１４００内に挿入されたことを知らせる。検知器スイッチ１４１０は、電気制御方式の電気スイッチ、全空気式の空気弁、または任意の流体による方式の弁であってもよい。

図３１はピストン装置１５００の斜視図である。ピストン装置１５００はピストン１５１５（図示せず）とピストンシャフト１５１０とアームマウント（アーム取付部）１５２０を含む。

図３２はアーム１６００の斜視図である。アーム１６００はアーム体１６３０を含む。アームヘッド１６１０はヘッドピボット１６６０を介してアーム体１６３０の一端に取り付けられている。これによりヘッド１６１０はピボット回転運動することが可能となる。拡張部１６４０がアーム体１６３０の反対側の端部に取り付けられている。拡張部１６４０はそれぞれ拡張部開口１６５０を含む。アームピボット１６２０もまた含まれている。

図３３に示すように、合体ピン１０６０は、合体機構１０１０に対して合体が実現されるような位置にある。合体のこの段階では、合体ピン１０６０は、ピンレセプタクル１３００内のカムグルーブ１３０５の開口の上部に位置し、このとき検知器タブはそれの右端位置にある。また、検知器タブ１４０５を検知器スイッチ１４１０方向に押圧するものはないので、ピン検知器１４００は、ピン１０６０が未挿入であることを示す。更に一般的には、テストヘッドは、位置決め装置１０などで次のように所望位置に誘導される：即ち、最初に、全合体ピン１０６０が各対応する合体機構１０１０に関して図３３に示すように位置合わせされ、次いで、テストヘッド１０の合体面と周辺装置に装着される合体フレーム板１０５０により決まる面とが略平行となるように配置される。そのとき、テストヘッドは「合体準備完了」位置にあると呼ぶことができる。位置決め装置１０に組み込まれたエンコーダは、特定の周辺装置に対するこの位置をシステムコントローラにより記録することを可能にしている。このように、システムコントローラは、テストヘッドをすでに学習した合体準備完了位置に自動的に位置決めすることが可能である。

図３４に示すように、ここでは合体ピン１０６０は合体機構１０１０内に挿入されて合体準備完了位置に誘導されている。特に、カムフォロア１１２０はカムグルーブ１３０５内に入り、ピンレセプタクル１３００が左方にスライドしたときにカムフォロア１１２０がカムグルーブ１３０５の下向き傾斜領域で補足される位置に誘導される。また、合体ピン１０６０が更に合体機構１０１０内に充分に挿入され、合体ピン１０６０は検知器タブ１４０５を押圧している。構成部品は、合体ピン１０６０がこの位置に到達すると、合体ピン１０６０は検知器タブ１４０５を充分に押圧して、背面部材１４８０が検知器スイッチ１４１０を押して作動させるように配置されている。一旦スイッチ１４１０が内側方向に押されると、合体機構１０１０は作動可能となる。即ち、構成部品は、スイッチ１４１０が作動準備完了位置に到達されたときに作動状態となるように配置されている。

一般的には、合体動作中は、テストヘッドは合体準備完了位置から、全ての合体ピン１０６０が各対応する合体機構１０１０に対して作動準備完了位置となる位置に誘導される。従って、全検知器スイッチ１４１０が作動すると、全合体機構１０１０も同時に作動する。全ての検知器スイッチ１４１０が作動するまではどの合体機構１０１０も作動しないことが好ましい。

テストヘッドを合体準備完了位置と作動準備完了位置との間で移動させる場合、公知のように、係合される精巧な電気接触子を保護するために、合体板即ち合体フレーム１０５０に直角の直線経路に沿って移動させることが好ましい。ここで記載したような自動位置決めシステムでは、システムコントローラによりこのような制御動作が可能となっている。システムコントローラは特定の周辺装置に対する作動準備完了位置をエンコーダから読み取り、得られた情報をこの動作を制御するために使用することも可能である。

一例示的なシステムでは、合体準備完了位置と作動準備完了位置は、他の位置と同様に、学習させる工程でシステムコントローラに入力できる。学習工程では、操作者が手動で位置決め装置を操作することで、テストヘッドは様々な位置に配置される。各位置において、システムはエンコーダから読み取って座標の値を記録するよう指令される。このような一連の学習された位置は、システムにより後で使用され、追従すべき経路を記述することができる。このようにして、システムコントローラはテストヘッドを、周辺装置から離れ、敷設位置（即ち、テストヘッドが敷設された位置）から合体準備完了位置及び次いで作動準備完了位置に至る経路に沿って、自動的に誘導することができる。

テストヘッドが作動準備完了位置にある合体工程の段階では、位置決めシステム駆動モータに対する電力は一時停止されることは重要な留意点である。しかし、空気シリンダ４４０，４５０及びコンプライアント運動を行うために備えられたその他の動力装置に対する圧力は維持しなければならない。特に、位置決めシステムがテストヘッドを様々な位置に誘導するときは、位置決めシステムは多数の位置読み取りエンコーダによりテストヘッドの位置を認識しており、このことはすでに説明済みである。従って、位置決めシステム内の位置読み取りエンコーダが、作動準備完了位置に到達していることを示すときは、位置決めシステムに備えられた種々のモータは更なる動力運動を全て停止する。テストヘッドの更なる移動動作は合体機構１０１０により行われるであろう。マニピュレータモータのいずれかがブレーキ装置を備えている場合は、テストヘッドのコンプライアント運動を可能とするためにこれらブレーキは解除される。図３４に示す位置に到達すると、合体機構１０１０は作動準備完了モードとなっている。この状態では、位置決めシステムによりテストヘッドを周辺装置に向けて押し続けるのではなく、合体機構１０１０が周辺装置に向けてテストヘッドを引き寄せるであろう。本発明の一実施の形態では、合体機構１０１０は空気圧で作動され、位置決めシステムがそれのモータのブレーキを解除する直前にこの連続した引き寄せ動作を開始してもよい。従って、この状態の合体を調整するために合体システムと位置決めシステム間に制御信号は必要としない。

図３５は作動工程を開始後の合体機構１０１０を示す。即ち、合体機構１０１０が図３５に示す状態となると、合体機構１０１０はこのときテストヘッドを装置ハンドラの方向に引き寄せる工程になっている。即ち、次に述べる状態が生じる。全ての検知器スイッチ１４１０が押圧されているので、ピストン装置１５００は作動し、ピストンシャフト１５１０はこのときピストン装置１５００内で拡張し始める。例示的なシステムでは、ピストン装置１５００は空気式であり、空気圧を与えることにより作動される。ピストンシャフト１５１０が拡張すると、アーム１６００はこのときアームピボット１６２０を回転軸として回転し始める。アーム１６００がアームピボット１６２０を回転軸として回転すると、ヘッド１６１０はピンレセプタクル１３００を押し上げ、このときピンレセプタクル１３００は摺動し始める。アーム１６００はピボット回転しているので、ヘッド１６１０はピンレセプタクル１３００を押しながら弧状に動くであろう。従って、アーム１６００のピボット回転に伴って、ヘッド１６１０はアーム１６００に関して僅かに回転する。ヘッド１６１０の弧状の運動の垂直成分のためにスペースが設けられる。図３５では、ピンレセプタクル１３００が図３４に示す位置に対して左方向に摺動していることがわかる。ピンレセプタクル１３００が摺動すると、カムグルーブ１３０５はカムフォロア１１２０に対して摺動する。図３５に示すように、カムグルーブ１３０５はその開口部から端部に向かうに従ってその深さが深くなっている。従って、ピンレセプタクル１３００が移動すると、ピンレセプタクル１３００の摺動により、ピン１０６０は下方に引き込まれる。

図３６は完全に合体した位置にある合体機構１０１０を示す。この状態では、ピストンシャフト１５１０は完全に拡張され、アーム１６００は完全にピボット旋回され、ピン１０６０は充分に下方に引き込まれており、このときテストヘッドと周辺装置は合体されている。

テストヘッドが作動準備完了位置から完全に合体された位置に引き寄せられると、合体ピンはテストヘッドを周辺装置との正確なアライメント位置に引き込むときに、全６個の空間自由度で比較的小さな移動が成される。従って、位置決めシステムはその移動軸でコンプライアント運動を可能にすることが好ましい。これは、位置決めシステム１０では、垂直駆動モータ３３０以外の全てのモータに備えたブレーキを非作動状態として解除することにより実現される。この動作は、空気シリンダ４４０と５４０とタンブル駆動装置８００から得られるコンプライアント効果と組み合わされて、所望のコンプライアンスを提供する。またはその代替として、これらの手段が不十分な場合は、他の公知で前述の方法を容易に導入することができる。

テストヘッドを装置ハンドラに対して分離するときは、ピストン１５１０は同じ経路を戻って、アーム１６００は時計回りに回転し、グルーブのカムフォロア部材１１２０はグルーブ１３０５の開口部に位置するように信号を出すことができる。これが達成されると、テストヘッドの位置決めシステム内のモータを通電することにより、テストヘッドを装置ハンドラから更に分離することができる。

位置決めシステムを制御するために制御システムを使用してもよい。この制御システム（以後、「位置決め用制御システム」と呼ぶ）は、位置決めシステムの様々な要素（例えば、モータ、空気装置など）を制御するためのマイクロプロセッサによるシステムとすることができる。更に、合体機構１０１０用の制御システム（以後、「合体用制御システム」と呼ぶ）もまたマイクロプロセッサによるシステムとすることができる。例示的なテストヘッドと例示的な周辺装置とを合体するための全動作のシーケンスは下記の通りである：
１．操作者は、位置決め用制御システムに、特定の周辺装置に対する合体準備完了位置と作動準備完了位置の場所を「教える」。
２．操作者は、また、位置決め用制御システムに、敷設位置と、該敷設位置と合体準備完了位置間の所望の経路に沿った一連の関連点を「教える」。
３．テストヘッドを敷設位置に配置し、テストの準備を行う。
４．指令により、位置決め用制御システムは、自動的にテストヘッドを位置決め用エンコーダで決められた合体準備完了位置に配置させる。
５．合体準備完了位置に到達すると、位置決め用制御システムは分離合体制御機構をオンまたはイネーブルにする信号を付与してもよい。これは更にステップ８と９で説明する（図３７のステップ５参照）。
６．次いで位置決め用制御システムはテストヘッドを合体面と直角の直線経路に沿って位置決め用エンコーダにより決定された作動準備完了位置に精確に誘導する（図３７のステップ６参照）。このとき直線経路に関連しない動きのブレーキを適用してもよい。
７．時間Ｔの後、位置決め用制御システムはその駆動モータを非動作状態とし、垂直駆動モータ以外の具備された全てのモータのブレーキ（ブレーキが適用されている場合）を解除する。
８．時間Ｔ内で、合体用制御システムは、全てのスイッチ１４１０が作動されていることを知ることにより、テストヘッドが作動準備完了位置にあることを認識する。
９．ステップ８に続いて、更に時間Ｔ内で、合体用制御システムは、全てのピストン装置（更に駆動装置）１０１０を作動する（図３７のステップ９参照）。
１０．時間Ｔが経過すると、テストヘッドは、位置決め装置が全ての移動軸でのコンプライアント運動を可能にしながら、合体用制御システムの制御に基づいて完全に合体された位置に誘導される（図３７のステップ１０参照）。
１１．テストヘッドと周辺装置のそれぞれの電気接触子が結合されると、テストヘッドと周辺装置間のテストが実施可能である。ユーザの好みで、位置決め装置を適所に固定させるためにモータブレーキを作動させるか、またはブレーキを解除したままで、振動を吸収できるようにしてもよい。

本発明は特定の図面及び実施の形態を用いて説明しているが、本発明はこれらの詳細に限定されるべきではない。実施の形態は請求の範囲内で、本発明の精神から逸脱することなく、様々な変形が可能である。

１０ 位置決めシステム、 ５０ 台座、 １００ 内外方向摺動装置、
２００ 横方向摺動装置、 ３００ 揺動装置、 ４００，５００ メインアーム、 ６００，７００ バーニヤアーム、 ８００ タンブル駆動装置、 ９００ タンブルピボット装置、 １０００ テストヘッド、 １０１０ 合体機構

Claims (84)

1. 負荷を支持するための装置であって
   複数の空気装置と、
   前記負荷の対向側部に連結された複数の連結器とを備え、
   前記連結器は、前記複数の空気装置の作動に応答して第１の軸と平行に前記負荷を移動させ、前記連結器の少なくとも１つが、前記第１の軸と直角の第２の軸の回りに負荷を回転させ、前記負荷は前記第１の軸方向に沿って移動するとともに前記第２の軸の回りにコンプライアントな移動を行い、前記空気装置の少なくとも１つが前記第１の軸方向に沿うとともに前記第２の軸の回りのコンプライアンスを構成することを特徴とする負荷支持装置。
2. 更に、前記負荷を前記第１の軸の回りに移動させるための揺動プレートを備える請求項１に記載の装置。
3. 前記負荷が前記第２の軸の回りに移動するとき、前記連結器の１つは一方向に移動し、
   ａ）前記連結器の別の１つは反対方向に移動するか、または
   ｂ）前記連結器の前記別の１つは静止したままである、
   ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 前記負荷を前記第２の軸と平行に移動させるための内外方向移動プレートを更に備える請求項１に記載の装置。
5. 前記負荷を、前記第１の軸と前記第２の軸の両方に直角な第３の軸に沿って移動させるための横方向移動プレートを更に備える請求項１に記載の装置。
6. 前記連結器は前記負荷を前記第２の軸と直角な第３の軸の回りに回転させる請求項１に記載の装置。
7. 前記負荷は、前記第２の軸が前記負荷の重心に位置するかどうかにかかわらず、前記第２の軸の回りにコンプライアントである請求項１に記載の装置。
8. 前記空気装置の各々は個別に調整される請求項１に記載の装置。
9. 前記空気装置をそれぞれ対応する第１の位置に移動させるための複数の作動装置を更に備え、前記空気装置は前記負荷が最終位置に移動することを容易にすることを特徴とする請求項１に記載の装置。
10. 負荷を支持するための装置であって
    複数の空気装置と、
    前記空気装置を前記負荷の対向側部に連結する複数の連結器とを備え、
    前記空気装置は少なくとも自由度２でコンプライアンスを構成することを特徴とする負荷支持装置。
11. 第１の軸に沿って前記負荷を移動させるための複数のアクチュエータを更に備え、前記連結器の少なくとも１つは、前記アクチュエータの少なくとも１つの作動に応答して第２の軸の回りに負荷を回転させ、前記空気装置は前記負荷を前記第１の軸方向に沿うとともに前記第２の軸の回りのコンプライアント移動させることを特徴とする請求項１に記載の装置。
12. 前記負荷を前記第１の軸の回りに移動させるための揺動プレートを更に備える請求項１１に記載の装置。
13. 前記負荷が前記第２の軸の回りに移動するとき、前記連結器の１つは一方向に移動し、
    ａ）前記連結器の別の１つは反対方向に移動するか、または
    ｂ）前記連結器の前記別の１つは静止したままである、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
14. 前記負荷を前記第２の軸と平行に移動させるための内外方向移動プレートを更に備える請求項１１に記載の装置。
15. 前記負荷を、前記第２の軸に直角な第３の軸に沿って移動させるための横方向移動プレートを更に備える請求項１１に記載の装置。
16. 前記連結器は、前記負荷を前記第１の軸及び前記第２の軸の両方に直角な第３の軸の回りに回転させる請求項１１に記載の装置。
17. 負荷を支持するための装置であって
    複数の支柱と、
    前記負荷を第１の軸に沿って移動させるために、前記支柱に沿ってそれぞれ移動可能な複数のメインアームと、
    前記メインアームの少なくとも１つに沿って移動可能な少なくとも１つのバーニヤアームとを備え、前記バーニヤアームは前記第１の軸と直角な第２の軸の回りのコンプライアンスを構成することを特徴とする負荷支持装置。
18. 前記バーニヤアームの移動を可能にするための空気装置を更に備える請求項１７に記載の装置。
19. 前記負荷の側部に連結された連結器を更に備え、該連結器は前記負荷を前記第１の軸に沿って移動させると共に前記第２の軸の回りに移動させることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
20. 前記負荷を前記第１の軸の回りに移動させるための揺動プレートを更に備える請求項１８に記載の装置。
21. 前記負荷が前記第２の軸の回りに移動するとき、前記連結器の１つは一方向に移動し、
    ａ）前記連結器の別の１つは反対方向に移動するか、または
    ｂ）前記連結器の前記別の１つは静止したままである、
    ことを特徴とする請求項１９に記載の装置。
22. 前記負荷を前記第２の軸に沿って移動させるための内外方向移動プレートを更に備える請求項１８に記載の装置。
23. 前記負荷を、前記第２の軸に直角な第３の軸に沿って移動させるための横方向移動プレートを更に備える請求項１８に記載の装置。
24. 前記連結器は、前記負荷を前記第１の軸及び前記第２の軸の両方に直角な第３の軸の回りに回転させる請求項１８に記載の装置。
25. 負荷を支持するための装置であって
    前記負荷の対向側部に連結された複数の連結器を備え、前記連結器の少なくとも１つは前記負荷を回転軸の回りに回転させるための動力駆動式であり、前記少なくとも１つの連結器は装着部を備え、該装着部は前記回転軸の回りにコンプライアンスを構成するための可撓性素子を有することを特徴とする負荷支持装置。
26. 前記連結器は、前記負荷を、前記回転軸に直角な前記第１の軸に沿って移動させると共に前記第１の軸及び前記回転軸の両方に直角な第２の軸の回りに移動させることを特徴とする請求項２５に記載の装置。
27. 前記負荷は前記第１の軸に沿うとともに前記第２の軸の回りにコンプライアント移動する請求項２６に記載の装置。
28. 前記負荷が前記第２の軸の回りに移動するとき、前記連結器の１つは一方向に移動し、
    ａ）前記連結器の別の１つは反対方向に移動するか、または
    ｂ）前記連結器の前記別の１つは静止したままである、
    ことを特徴とする請求項２６に記載の装置。
29. 前記負荷を前記第２の軸に沿って移動させるための内外方向移動プレートを更に備える請求項２６に記載の装置。
30. 前記負荷を、前記第２の軸に直角な前記回転軸に沿って移動させるための横方向移動プレートを更に備える請求項２６に記載の装置。
31. 前記可撓性素子はゴム部材を含む請求項２５に記載の装置。
32. 前記可撓性素子は動力駆動式歯車に連結されている請求項２５に記載の装置。
33. 前記連結器の前記１つは電気式と空気式よりなるグループから選択された１つの動力源から動力駆動される請求項２５に記載の装置。
34. 負荷を支持する方法であって
    空間的に離間した複数のアクチュエータを作動して前記負荷を第１の軸に沿って移動させる工程と、
    前記第１の軸に沿ってコンプライアントフリーダムを設ける工程と、
    前記第１の軸と直角な第２の軸の回りにコンプライアントフリーダムを設ける工程と、
    を備えたことを特徴とする方法。
35. 更に、前記負荷を前記第１の軸の回りに移動させる工程を有する請求項３４に記載の方法。
36. 前記負荷が前記第２の軸の回りに移動するとき、前記アクチュエータの１つは一方向に移動し、
    ａ）前記アクチュエータの別の１つは反対方向に移動するか、または
    ｂ）前記アクチュエータの前記別の１つは静止したままである、
    ことを特徴とする請求項３４に記載の方法。
37. 前記負荷を前記第２の軸と平行に移動させる工程を更に有する請求項３４に記載の方法。
38. 前記負荷を、前記第１の軸及び前記第２の軸の両方に直角な第３の軸に沿って移動させる工程を更に有する請求項３４に記載の装置。
39. 前記負荷を前記第２の軸と直角な第３の軸の回りに回転させる工程を更に有する請求項３４に記載の方法。
40. コンプライアントフリーダムを設けるために少なくとも１つの空気装置を調整する工程を更に有する請求項３４に記載の方法。
41. 前記１つの空気装置が、前記コンプライアントフリーダムを設けるために個別に調整された複数の空気装置の１つである請求項４０に記載の方法。
42. 前記アクチュエータは前記少なくとも１つの空気装置を第１の位置に移動させ、前記空気装置は前記負荷が最終位置に移動することを容易にする請求項４０に記載の方法。
43. テストヘッドを周辺装置と合体させる方法であって、
    ａ）前記テストヘッドを前記周辺装置に向けて移動させる工程と、
    ｂ）前記テストヘッドに結合された合体部材を、前記周辺装置に結合されたピンレセプタクル内に挿入する工程と、
    ｃ）前記テストヘッドを前記周辺装置と合体させるために、前記合体部材を前記ピンレセプタクル内に更に引き込むように前記ピンレセプタクルを移動させる工程と、を備えたことを特徴とする方法。
44. 前記合体部材の１つはカムフォロアを含み、前記工程ｃ）は、前記テストヘッドを前記周辺装置と合体するために、前記カムフォロアは前記ピンレセプタクル内の溝に沿って移動するように、前記ピンレセプタクルを摺動する工程を含む請求項４３に記載の方法。
45. 前記ピンレセプタクルは動力で摺動する請求項４４に記載の方法。
46. 前記ピンレセプタクルはピストンの運動により摺動する請求項４４に記載の方法。
47. 前記ピンレセプタクルはアームの回転運動により摺動する請求項４４に記載の方法。
48. ピボット支点の回りに回転するアームの一端に力が加えられ、該アームの他端が前記ピンレセプタクルを摺動させる請求項４４に記載の方法。
49. 前記溝は前記ピンレセプタクルの両側部間に延びる経路を追従し、該経路の一端側は該経路の他端側より前記ピンレセプタクル内に深くなるように形成されている請求項４４に記載の方法。
50. テストヘッドを周辺装置と合体させる合体機構であって、
    第１のアライメント配置と、前記テストヘッドと前記周辺装置の一方に取り付けられた補足可能係止素子と、
    前記テストヘッドと前記周辺装置の他方に取り付けられた合体モジュールとを備え、
    該合体モジュールは、
    ａ）前記アライメント構成を収容するアライメントレセプタクルと、
    ｂ）前記補足可能係止素子を収容して補足し、補足素子が収容された第１の位置から該補足素子が引き込まれた第２の位置に移動可能であり、前記テストヘッドと前記周辺装置とを合体する移動可能補足部材と、
    ｃ）前記補足可能部材が補足される位置にあるときを検知する検知器と、
    ｄ）前記テストヘッドと前記周辺装置とを合体するために前記補足可能素子を第１の位置から第２の位置に移動させるために、前記移動可能補足部材を移動させるためのアクチュエータとを備えたことを特徴とする合体機構。
51. 前記補足可能素子の第１の位置から第２の位置への移動は直線状である請求項５０に記載の合体機構。
52. 前記補足素子の移動は直線状である請求項５０に記載の合体機構。
53. 前記補足可能素子の移動は前記補足素子の移動方向と実質直角である請求項５１に記載の合体機構。
54. 前記補足可能素子の移動は前記補足素子の移動方向と実質直角である請求項５２に記載の合体機構。
55. 前記アクチュエータは直線経路に沿って移動するリニア・アクチュエータである請求項５０に記載の合体機構。
56. 前記アクチュエータは空気式である請求項５０に記載の合体機構。
57. 前記アクチュエータは電気ソレノイドである請求項５０に記載の合体機構。
58. 前記補足可能素子はカムフォロアであり、前記補足部材はカムを含む請求項５０に記載の合体機構。
59. 前記検知器は空気式スイッチと電気スイッチのいずれか１つである請求項５０に記載の合体機構。
60. 前記モジュールは、該モジュールが搭載された前記テストヘッドまたは前記周辺装置に対してＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に調整可能である請求項５０に記載の合体機構。
61. 特徴機構を検知する特徴機構検知器と、
    移動可能な特徴機構レセプタクルと、
    前記特徴機構の検知に応答し、前記移動可能特徴機構レセプタクルを移動させて該特徴機構を補足し、該特徴機構を直線的に引き出すアクチュエータと、を備えたことを特徴とする合体モジュール。
62. 前記合体モジュールはテストヘッドと周辺装置の一方に結合された複数の合体モジュールの１つであり、前記特徴機構は前記テストヘッドと周辺装置の他方に結合された複数の特徴機構の１つであり、各アクチュエータの作動により前記テストヘッドと周辺装置が合体する請求項６１に記載の合体モジュール。
63. 前記アクチュエータはリニア・アクチュエータである請求項６１に記載の合体モジュール。
64. 前記アクチュエータ空気式である請求項６１に記載の合体モジュール。
65. 前記アクチュエータは電気ソレノイドである請求項６１に記載の合体モジュール。
66. 前記移動可能特徴機構は前記直線方向に直角に移動する請求項６１に記載の合体モジュール。
67. 前記モジュールの特徴機構は直線経路に沿って移動する請求項６１に記載の合体モジュール。
68. 前記特徴機構はカムフォロアであり、前記移動可能特徴機構レセプタクルはカムを含む請求項６１に記載の合体モジュール。
69. 前記特徴機構検知器は空気式スイッチと電気スイッチのいずれか１つである請求項６１に記載の合体モジュール。
70. 前記モジュールは、前記テストヘッドまたは前記周辺装置に対してＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に調整可能である請求項６２に記載の合体モジュール。
71. テストヘッドを周辺装置と合体させる方法であって、
    前記テストヘッドと結合された合体ピンであって、該合体ピンの少なくとも１つの側部に配置されたカムフォロアを含む合体ピンを、前記周辺装置に結合されたピンレセプタクル内に挿入する工程と、
    前記テストヘッドを前記周辺装置に向けて移動させるために、前記カムフォロアが前記ピンレセプタクル内の溝に沿って移動するように前記ピンレセプタクルを摺動する工程と、を備えたことを特徴とする方法。
72. 前記ピンレセプタクルは動力で摺動する請求項７１に記載の方法。
73. 前記ピンレセプタクルはピストンの運動により摺動する請求項７１に記載の方法。
74. 前記ピンレセプタクルはアームの回転運動により摺動する請求項７１に記載の方法。
75. ピボット支点の回りに回転するアームの一端に力が加えられ、該アームの他端が前記ピンレセプタクルを摺動させる請求項７１に記載の方法。
76. 前記溝は前記ピンレセプタクルの両側部間に延びる経路を追従し、該経路の一端側は該経路の他端側より前記ピンレセプタクル内に深くなるように形成されている請求項７１に記載の方法。
77. テストヘッドを周辺装置と合体させる方法であって、
    ａ）前記テストヘッドと結合された駆動装置を作動して、該テストヘッドを前記周辺装置に向けて押し進める工程と、
    ｂ）前記テストヘッドと前記周辺装置の一方に結合された更にもう１つの駆動装置を作動して、該テストヘッドを前記周辺装置に向けて引き寄せる工程と、を備え、
    前記工程ａ）と工程ｂ）はある時間間隔だけ重なり合うことを特徴とする方法。
78. 工程ｂ）は、工程ａ）を実行中に前記テストヘッドが所定位置に到達したことに応答して起動する請求項７７に記載の方法。
79. 前記所定位置において、前記テストヘッドと前記周辺装置の一方に結合された合体部材が、前記テストヘッドと前記周辺装置の他方に結合されたピンレセプタクルと位置合わせされる請求項７８に記載の方法。
80. 前記所定位置において、前記合体部材は前記ピンレセプタクル内に位置している請求項７９に記載の方法。
81. 前記時間間隔の終了時点において、前記駆動装置の作動を終了する請求項７７に記載の方法。
82. 前記時間間隔の終了時点において、前記駆動装置にかけられたブレーキを解除する請求項７７に記載の方法。
83. 工程ｂ）の起動後に、前記テストヘッドと前記周辺装置のそれぞれ対応する電気接触素子を結合する工程を更に有する請求項７７に記載の方法。
84. 工程ｂ）を実行する前に、前記駆動装置にブレーキをかける請求項７７に記載の方法。

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