KR100626627B1 - 정밀 액체 취급기용의 프로브 팁 정렬 방법 - Google Patents

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Abstract

정밀 액체 취급기(20)의 프로브 구동 시스템(24)은 로케이터 베드(28) 상의 알려져 있는 위치에서 다중 프로브 어레이(30)의 프로브 팁(36)을 로케이터 웰(76) 내로 순차적으로 삽입한다. 프로브 팁(36)을 압박하여 로케이터 웰(76)의 측벽(88) 상의 지점들과 접촉시키고 그 접촉을 감지함으로써 각 프로브 팁(36)의 위치를 결정한다. 프로브 팁(36)의 위치들을 매핑하고 프로브 어레이(30)의 경사를 점검한다. 프로브 팁의 위치들을 중첩시켜 프로브 팁의 산재를 결정한다. 어떤 프로브 팁(36)이 과도하게 오정렬되어 있으면, 그 프로브 팁을 로케이터 웰(76) 내로 삽입하고 측벽(88)에 대해 압박하여 프로브를 만곡시켜 프로브 팁(36)의 오정렬을 감소시킨다. 프로브 팁 산재의 중심을 결정하여 프로브 구동 시스템(24)이 광역 교정 인자로 이용하게 한다. 위치가 알려져 있는 프로브 팁(36)을 간격을 두고 있는 로케이터 웰(78, 80) 내로 삽입하여 로케이터 베드의 경사를 검출한다.

Description

정밀 액체 취급기용의 프로브 팁 정렬 방법 {PROBE TIP ALIGNMENT FOR PRECISION LIQUID HANDLER}
본 발명은 정밀 자동화 액체 취급기의 프로브 팁을 정렬하는 것에 관한 것이다.
제약, 게놈 및 프로테오믹(proteomic) 연구와 약품 개발 연구소, 그리고 기타 생물공학 용례에서, 자동화 액체 취급기는 다양한 실험 절차에서 실험용 샘플을 취급하기 위해 사용되고 있다. 예를 들면, 생물공학 및 제약 분야에서의 액체 분석 절차, 샘플 조제, 화합물 분배, 마이크로어레이(microarray) 제조 등을 위해 액체 취급기가 사용된다. 자동화 액체 취급기에는 샘플 용기의 어레이를 지탱하는 워크 베드(work bed)가 있다. 많은 샘플 보관 용기 또는 웰(well)의 통합 어레이가 있는 일체형 샘플 보관 플레이트가 널리 사용되고 있다. 액체 취급기에는 액체를 웰에 첨가하는 것과 같은 액체 취급 조작을 수행하기 위해 이동하여 하나 이상의 샘플 보관 웰과 정렬되는 다중 프로브 어레이가 있다.
자동화 액체 취급기로 처리되는 샘플의 체적은 감소시키는 것이 바람직하다. 풋프린트(footprint)가 대략 3과 1/2 인치 ×5 인치이고, 8 ×12의 웰 패턴에 96개의 웰이 있는 X-Y 어레이를 갖는 샘플 보관 플레이트가 널리 사용되어 왔다. 처리량을 증가시키고 샘플 성분의 소비를 감소시키기 위하여, 이들 플레이트는 풋프린트는 동일하지만 더 작은 웰의 어레이, 예를 들면 16 ×24의 어레이에 384개의 웰이 있는 어레이를 갖는 마이크로플레이트로 교체되고 있다. 이러한 경향은 계속되고 있으며, 나노리터 범위의 매우 작은 체적의 웰이 매우 많이 있는, 밀도가 매우 높은 어레이를 갖는 마이크로타이터 플레이트(microtiter plate)를 수용할 수 있는 자동화 액체 취급기가 요구되고 있다. 이전에 사용되었던 플레이트와 풋프린트가 동일한 현재 사용되고 있는 고밀도 마이크플레이트에는 32 ×48의 웰 어레이에 1,536개의 웰이 있다.
밀접한 간극을 두고 있는 작은 웰의 고밀도 어레이를 갖는 마이크로타이터 플레이트는 자동화 액체 취급기에 심각한 문제를 끼친다. 작동 중에, 자동화 액체 취급기는 다중 프로브 어레이의 모든 어레이를 해당 개수의 샘플 보관 웰과 정렬시킬 수 있을 정도로 정밀해야 한다. 웰의 크기와 간격이 감소함에 따라, 자동화 액체 취급기가 액체 취급용 프로브를 선택된 샘플 보관 웰의 바로 위에 신뢰성 있게 위치시키기가 더 어려워지고 있다.
프로브를 플레이트와 웰에 대해 위치 결정함에 있어서의 오차 여유는 웰 어레이의 밀도가 증가할수록 감소한다. 이 문제의 한 가지 측면은 프로브 팁의 정밀한 배치 및 정렬이다. 만약 프로브 군이 오정렬되거나, 또는 프로브 군의 각 프로브가 그 프로브 군의 다른 프로브에 대해 제위치를 벗어나면, 프로브 군의 각 프로브를 플레이트의 샘플 웰의 바로 위에 위치시키는 것이 불가능할 수 있다. 프로브가 적절히 배치되고 정렬되도록 수작업으로 프로브를 점검하고 재배치하는 것은 시 간 소모적이고 어렵다. 비록 프로브가 처음에 정확히 설정되더라도, 일정 사용 기간 후에는 원하는 위치로부터 벗어날 수 있다. 조작자가 상당한 시간과 노력을 들이지 않고도 프로브 팁의 위치 결정 및 정렬 상태를 신속하고 정확하게 점검하고 교정하기 위한 자동화 시스템의 제공이 요망된다.
본 발명의 주목적은 정밀 액체 취급기의 프로브 팁을 정렬하기 위한 개선된 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은, 정밀 액체 취급기에 미리 존재할 수 있는 전기적 감지 능력을 이용하는 프로브 팁의 위치 결정 방법을 제공하는 것과, 다중 프로브 어레이의 경사를 검출하기 위한 프로브 팁 정렬 방법을 제공하는 것과, 오정렬된 프로브를 검출하고 오정렬된 프로브를 정렬된 위치로 되돌리기 위한 프로브 팁 정렬 방법을 제공하는 것과, 로케이터 베드(locator bed)의 경사를 검출하는 프로브 팁 정렬 방법을 제공하는 것과, 프로브 구동 시스템을 위한 교정 인자로서 이용하기 위해 산재된 프로브들의 중심을 결정하는 프로브 팁 정렬 방법을 제공하는 것과, 자동화되어 조작자의 시간과 수고가 필요 없는 프로브 팁 정렬 방법을 제공하는 것이다.
간단히 말해서, 본 발명에 따르면, 프로브 구동 시스템이 프로브 어레이를 샘플 웰들을 유지하는 로케이터 베드에 대해 이동시키는 정밀 액체 취급기용의 프로브 팁 정렬 방법이 제공된다. 이 방법은 로케이터 베드 위의 알려진 위치에 있는 로케이터 웰 내로 프로브 어레이의 프로브 팁을 프로브 구동 시스템으로 순차적으로 삽입하는 단계와, 로케이터 웰 내에서 각 프로브 팁의 위치를 순차적으로 감지하는 단계와, 프로브 팁의 위치를 매핑(mapping)하는 단계를 포함한다.
전술한 목적과 기타 목적 및 잇점들과 함께, 본 발명은 도면에 도시된 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대한 이하의 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시에 이용할 수 있는 대표적인 정밀 자동화 액체 취급기의 간략한 등각도.
도 2는 프로브가 고밀도 마이크로플레이트의 웰과 정합된 상태를 보여주고 있는, 도 1의 정밀 액체 취급기의 다중 프로브 어레이 및 프로브 캐리어의 정면 확대 단면도.
도 3은 도 1의 정밀 자동화 액체 취급기의 로케이터 베드의 평면도.
도 4는 도 3의 로케이터 베드의 4-4 선을 따라 취한 확대 횡단면도와, 도 1의 정밀 자동화 액체 취급기의 기타 구성품의 개략적인 블록도.
도 5는 프로브 어레이 내에서 프로브 팁의 공칭 또는 이상적인 정렬 위치로부터의 옵셋을 찾기 위한 루틴의 개략적인 예시를 포함하는, 로케이터 웰의 확대 단면도.
도 6은 도 5에 개략적으로 도시된 루틴을 실행하는 단계들의 흐름도.
도 7은 도 6의 루틴에 이용되는 월 검색 서브루틴의 흐름도.
도 8은 프로브 홀더의 경사를 검출하는 데에 이용하기 위해 측정된 프로브 팁의 옵셋을 도시한 도면.
도 9는 오정렬된 프로브 팁이 하나 있는 프로브 팁 클러스터의 산재 상태를 도시한 차트.
도 10은 프로브 팁의 오정렬을 교정하는 것과, 프로브 팁 클러스터의 공칭 중심으로부터의 옵셋을 도시한 도 9와 유사한 도면.
도 11은 광역 교정 인자를 이용하여 프로브 클러스터 중심의 옵셋을 교정하는 것을 도시한 도 10과 유사한 도면.
이제 도면을 참조하면, 먼저 도 1에는 전체적으로 도면 부호 20으로 지시한 자동화 정밀 액체 취급기의 예가 간략하게 도시되어 있다. 이 액체 취급기(20)는 프로브 홀더(26)를 구비한 X-Y-Z 프로브 구동 시스템(24) 아래에 위치하는 테이블 또는 워크 베드(22)를 포함한다. 워크 베드(22)의 표면에는 로케이터 베드(28)가 지지되어 있다. 로케이터 베드(28)는 다수의 고밀도 샘플 보관 마이크로플레이트(32)를 지지하고 있다. 프로브 홀더(26)는 프로브 팁(36)을 각각 구비한 개별 프로브(34)의 다중 프로브 어레이(30)를 지지하고 있다. 본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서, 프로브 어레이(30)는 공통 평면 내에 12개의 프로브(34)를 포함하는데, 다른 어레이와 다른 개수의 프로브를 사용할 수도 있다. 본 발명은 프로브 팁이 X-Y-Z 프로브 구동 시스템(24)에 의해 이동하여 고밀도 마이크로플레이트(32)와 정확하게 정합되도록 프로브 팁(36)을 로케이터 베드에 대해 배향된 직선을 따라 미리 정해진 위치에 정렬시키는 것에 관한 것이다.
X-Y-Z 프로브 구동 시스템(24)은 프로브 홀더(26)를 워크 베드(22) 위에서 이동시켜 워크 베드(22)에 대해 미리 정해진 위치에 큰 정밀도로 위치시킨다. X-Y-Z 프로브 구동 시스템(24)은 적절한 지지체(40)에 의해 워크 베드(22) 위에 그리고 워크 베드(22) 뒤에 장착된 X 구동 조립체(38)를 포함한다. 인코더(44)를 구비한 X 구동 모터(42)가 X 암(46) 내의 메커니즘을 작동시켜 Y 암(48)을 X 방향으로 측부를 따라 이동시킨다. Y 구동 조립체(54)의, 인코더(52)를 구비한 Y 구동 모터(50)가 Y 암(48) 내의 메커니즘을 작동시켜 Z 암(56)을 Y 방향으로 전후방 이동시킨다. Z 구동 조립체(62)의, 인코더(60)를 구비한 Z 모터(58)가 Z 암(56) 내의 메커니즘을 작동시켜 프로브 홀더(26)를 Z 방향으로 상하 이동시킨다. 도시된 인코더(44, 52 및 60) 대신 리니어 인코더를 사용할 수 있다.
액체 취급기(20)는 모터(42, 50 및 58)와 인코더(44, 52 및 60) 또는 기타 인코더에 연결된 프로그래머블 컨트롤러(64)를 포함한다. 이 컨트롤러(64)는 그 컨트롤러의 메모리에 저장된 프로그램된 명령 및/또는 원격 소스로부터 컨트롤러로 전송된 프로그램된 명령에 따라 프로브 홀더(26)의 이동을 제어할 수 있는 운영 시스템 및 마이크로프로세서를 포함한다. X 인코더, Y 인코더 및 Z 인코더로부터의 위치 피드백 신호를 이용하는 컨트롤러(64)는 미크론 범위의 매우 작은 오차 여유 내에서 프로브 홀더(26)를 정확한 정밀도로 위치 조정할 수 있다.
각 마이크로플레이트(32)는 많은 개별적인 샘플 보관 웰(66)의 어레이를 포함한다. 마이크로플레이트(32)는 풋프린트가 대략 3과 1/2 인치 ×5 인치이며, 알려진 플레이트는 8 ×12의 웰 패턴에 96개 웰의 X-Y 어레이를 갖거나, 16 ×24의 어레이에 384개의 보다 작은 웰이 있는 어레이, 또는 32 ×48의 웰 패턴에 1,536개의 나노리터 체적의 웰이 있는 고밀도 어레이를 갖는 것이 가능하다. 본 발명의 방법은 나노리터의 체적을 고밀도 마이크로플레이트 및 어레이의 작은 샘플 웰에 분배하기 위해 액체 취급기를 사용하는 경우에 특히 유리하다.
도 2에는 12개의 개별 프로브(34)를 구비한 프로브 홀더(26)와 함께 고밀도 마이크로플레이트(32)의 횡단면도가 도시되어 있다. 마이크로플레이트(32)는 X 방향으로 연장되는 32개의 열을 포함하며, 각 열에는 48개의 샘플 웰(66)이 있다. 하나의 열(64)이 도 2에 도시되어 있다. 각 웰(66)은 1.2 mm의 폭과 높이를 갖고, 웰의 중심 사이의 간격은 2.25 mm이다. 프로브(34)는 9 mm 중심[웰(66) 다섯 개에 걸쳐 있음] 상에 있으며 각 프로브 팁(36)의 직경은 1.1 mm이다.
각 프로브 팁(36)은 액체를 0.2 mm의 액적 크기로 배출할 수 있다. 프로브 홀더(26)는 도 2에 도시된 위치로 이동하여, 프로브 팁(36) 아래에 정렬되어 있는 12개의 웰(66)에 액체를 분배한다. 그 후, 프로브 홀더(26)는 X-Y-Z 프로브 구동 시스템(24)에 의해 이동하여 프로브 팁(36)을 다른 세트의 웰(66)과 정렬시킨다. 이 방식으로 마이크로플레이트(32)의 웰(66)의 일부 또는 전부에 나노리터 체적의 액체가 공급될 수 있다. 웰의 크기 및 간격이 작고 프로브의 크기와 간격이 작기 때문에 큰 정밀도가 필요하다. 방출된 액적이 원하는 샘플 웰(66) 내로 분배되고 액적이 샘플 웰(66) 내로 깨끗하게 떨어지도록 하기 위해서는, 프로브 팁(36)이 정밀하게 정렬되고, 컨트롤러(64)가 사용하기 위한 정확한 프로브 팁 위치 정보가 이용 가능해야 한다.
도 3에는 액체 취급기(20)의 워크 베드(32) 상에 지지되는 로케이터 베드(28)가 도시되어 있는데, 이 로케이터 베드는 알루미늄과 같은 금속의 두꺼운 안정적인 플레이트인 것이 바람직하다. 3개의 고저 및 위치 조정점(68)으로 인해 워크 베드(22) 상에서 로케이터 베드(28)의 위치 및 배향이 정밀하게 조정 및 고정될 수 있다. 로케이터 베드(28)는 12개의 마이크로플레이트(32)의 어레이를 로케이터 베드(28) 상의 정밀하게 결정된 위치에 배치하고 고정하기 위한 포스트(72) 시스템과 프로브 린스 스테이션(70)을 포함한다. 마이크로플레이트(32)는 일정한 기지의 구조로 되어 있으며, 포스트(72)에 의해 로케이터 베드(28) 상의 정밀하게 고정된 위치에 유지된다. 따라서, 경사지지 않고 로케이터 플레이트의 위치가 워크 베드(22) 상에 정확하게 결정되고, 프로브 팁(36)이 적절하게 정렬 및 배치되면, 프로브 구동 시스템(24)이 프로브 팁(36)을 샘플 웰(66)의 선택된 군과 정밀하게 정합되는 위치에 오게 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 로케이터 베드(28)는 전체적으로 도면 부호 74로 지시된 프로브 로케이터 스테이션을 포함한다. 이 프로브 로케이터 스테이션(74)은 로케이터 베드(28)의 후방부를 따라 X 방향으로 직선으로 정렬된 3개의 프로브 팁 로케이터 웰(76, 78 및 80)을 포함한다. 이들 프로브 팁 로케이터 웰(76, 78 및 80)은 서로로부터 등거리이고, 프로브 어레이(30)의 길이보다 큰 거리만큼 떨어져 있는 것이 바람직하다(도 4). 각각의 프로브 팁 로케이터 웰(76, 78 및 80)은 로케이터 베드(28)를 통해 수직 방향으로 연장되는 구멍 내에 수용된 절연 부싱(84)에 마련된 도전성 금속 포스트(82)를 포함한다. 로케이터 베드(28) 아래의 각 포스트(82)의 바닥에는 전기 단자(86)가 연결되어 있다. 각 포스트(82)의 상단에는 축방향으 로 정렬된 개구로서 웰(76, 78 또는 80)이 형성되어 있다. 각 웰은 직경이 대략 8 mm이고 깊이가 대략 6 mm이며, 대략 1 mm 두께의 연속적인 원통형 측벽(88)으로 둘러싸여 있다. 오목한 틈새 구역(90)이 웰(76)과 웰(78) 사이에, 그리고 웰(76)과 웰(80) 사이에 마련되어 있다.
본 발명의 프로브 팁 정렬 방법을 실시함에 있어서, 프로브 구동 시스템(24) 및 프로브 홀더(26)에 의해 프로브 팁(36)을 로케이터 웰(76) 내로 순차적으로 삽입한다. 로케이터 웰(76)에 의해 제공되는 타겟의 면적은 프로브 팁(36)보다 훨씬 크며, 예를 들면 해당 프로브(34)가 구부러져 있거나 해당 프로브(34)를 장착함에 있어 편차가 있기 때문에 프로브 팁(36)이 오정렬되었더라도 프로브 팁(36)을 수용할 수 있을 정도로 크다. 각 프로브 팁(36)을 로케이터 웰(76) 내에 삽입한 후, 프로브 팁(36)의 위치를 검출하고, 프로브 어레이(30) 내에서 프로브 팁(36)의 이상적인 또는 공칭 정렬 위치로부터의 옵셋을 기록한다. 프로브 어레이(30)의 각 프로브 팁(36)에 대해 위치 및 옵셋 정보를 얻고 나면, 심하게 오정렬된 프로브 팁(36)의 위치를 교정하기 위해, 프로브 어레이(30)의 경사를 교정하기 위해, 그리고 컨트롤러(64)가 구동 시스템(24)을 작동시키는 데에 있어서 프로브 팁 클러스터의 옵셋을 교정할 수 있게 하기 위해 필요하다면 그 정보를 사용한다.
프로브 팁의 위치 및 옵셋을 검출하기 위한 루틴이 도 5 내지 도 7에 도시되어 있다. 이 루틴은 컨트롤러(64)에 의해 이행되는 프로그램된 명령에 따라 실행된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 프로브 팁(36)을 로케이터 웰(76) 내로 삽입하기 위해, 컨트롤러(64)가 구동 시스템(24)을 작동시켜, 프로브 팁(36)이 프로브 어레 이(30) 내의 공칭 위치에 정밀하게 정렬된다면 로케이터 웰(76)의 중심에 있게 되는 위치로 프로브 팁(36)이 오게 한다. 그러나, 프로브 팁(36)은 이상적인 위치로부터 어느 정도의 거리만큼 옵셋되어 있는 것이 보통이다. 도 5의 예에 도시된 바와 같이, 최초에 프로브 팁(36)은 도면 부호 A로 표시한 위치에 있다. 그 후, 도 6의 루틴을 실행하여 프로브의 위치 및 옵셋을 측정한다.
프로브 측정 루틴은 시작 블록(92)에서 개시되며, 블록(94)에서 이 최초 위치 A가 기록되어 루틴 진행 중의 후속 계산에 이용된다. 그 후, 블록(96 및 98)에 표시된 바와 같이, 로케이터 웰(76)의 측벽(88)과 접촉할 때까지 프로브 팁(36)이 음의 Y 방향(도 5에서 보았을 때 위쪽)으로 이동한다. 이 접촉은 전기적으로 감지된다. 더 구체적으로 말하면, 컨트롤러(64)는 전도성 프로브 홀더(26)와 각 전도성 프로브(34) 모두와 연결되어 있고, 또한 로케이터 웰(76)의 전기 단자(86)에도 연결되어 있다. 작은 직류 전압, 예를 들면 4 볼트가 로케이터 웰(76)에 인가되며 프로브(34)는 접지 퍼텐셜 상태이다. 프로브 팁(36)이 측벽(88)과 접촉하면, 결과적인 전기 신호를 컨트롤러(64)가 이용하여 접촉을 검출한다. 이 감지식 방안의 잇점은, 밀도가 더 낮은 플레이트의 더 큰 웰 내로 프로브(34)가 하강할 수 있는 용례에서 액체 수준 검출에 사용하기 위해 미리 존재하는 전기적 감지 능력을 액체 취급기(20)가 포함할 수 있다는 점이다. Y 방향 이동으로 인한 접촉의 지점은 도 5에서 도면 부호 B로 나타내었다. 블록(100)에서는 이 위치를 추후 사용을 위해 저장한다.
측벽(88)을 탐색하기 위해 블록(98)에서 호출되는 바람직한 서브루틴은 도 7 에 상세히 도시되어 있다. 측벽 탐색 서브루틴이 호출되기 전에, 프로브 팁 이동의 증분, 즉 델타가 블록(96)에서 설정된다. 음의 Y 방향 이동을 위해, 델타는 Y 방향 -0.1 mm로 설정된다. 도 7의 서브루틴은 블록(102)에서 개시되며, 이 블록(102)에서 프로브 팁(36)이 음의 Y 방향으로 0.1 mm 이동한다. 이 이동의 종료시, 블록(104)에서, 프로브 팁은 Z 방향으로 상하 이동한다. 이 이동의 목적은 프로브 팁(36)이 측벽(88)에 도달한 경우 프로브 팁(36)과 측벽(88) 사이에 양호한 전기 접촉을 형성하는 것이다. 이 접촉의 존재 또는 부재 여부는 결정 블록(106)에서 테스트된다. 만약 접촉이 없다면, 서브루틴은 블록(104)으로 복귀해 루프를 계속 실행하여, 지점 B에서 프로브 팁(36)과 측벽(88) 사이의 접촉이 감지될 때까지 델타 증분만큼 프로브 팁(36)을 이동시킨다.
도 7의 서브루틴의 이 부분은 최초 델타의 크기, 즉 0.1 mm에 의해 정해지는 정확도로 지점 B의 위치를 결정한다. 최대 델타값에서 측벽(88)에 대한 최초 접촉후 프로브 팁(36)의 임의의 초과 이동은 프로브(34)의 탄성 한계 내에 있어 영구 변형을 일으키지 않는다. 측정 해상도를 증가시키고 더 정확한 측정을 하기 위해, 블록(108 및 110)에서 프로브 팁(36)을 반대 방향으로 이동시켜 측벽(88)으로부터 멀어지게 한다. 그 후, 블록(112)에서 델타값이 반으로 되며, 서브루틴은 전술한 블록(102)으로 복귀한다. 다시 접촉이 일어나면, 블록(108)에서 현재의 델타값을 최소 증분과 비교하여 원하는 정확도를 제공한다. 예를 들면, 최소 델타값은 프로브 구동 시스템(24)의 위치 정확성과 일치하는 미크론 단위일 수 있다. 만약 델타가 저장된 최소치보다 크면, 서브루틴이 블록(110, 112 및 102)으로 다시 복귀하여 델타값이 다시 감소된다. 이 루프는 최소 델타값에 의해 결정된 해상도에서 접촉이 감지될 때까지 계속된다. 이 시점에서, 루틴은 도 6의 블록(100)으로 복귀하여 위치 B의 결과값을 저장한다.
다음 단계는 프로브 팁(36)을 양의 Y 방향(도 5에서 아래쪽)으로 이동하여 Y 방향으로 정렬된 측벽(88)과의 또 다른 접촉 지점을 탐색하는 단계이다. 이 지점은 도 5에서 도면 부호 C로 나타내었다. 도 6의 블록(114)에서, 델타는 양의 Y 방향으로 0.1 mm로 설정되며, 도 7의 측벽 탐색 서브루틴이 블록(116)에서 호출된다. 블록(118)에서 C 지점의 위치가 복귀되어 저장된다.
지점 B와 지점 C 사이 선의 중심은 대략적으로 원형 측벽(88)의 Y 직경 상에 있다. 블록(120)에서, 도 5에서 도면 부호 D로 지시된 이 지점은 지점 B와 지점 C의 값들을 평균냄으로써 계산되며, 프로브 팁(36)이 이 위치 D로 이동한다. 그 후, 프로브 팁(36)은 횡의 X 방향으로 이동하여 X축에 따른 대향 접촉 지점 E 및 F를 탐색한다. 블록(122)에서 델타가 음의 X 방향으로 설정되고 블록(124)에서 측벽 탐색 서브루틴이 호출된다. 블록(126)에서 지점 E의 위치가 복귀되어 저장된다. 이와 유사하게, 블록(128)에서 델타가 양의 X 방향으로 설정되고 블록(130)에서 측벽 검색 서브루틴이 호출된다. 블록(132)에서 지점 E의 위치가 복귀되어 저장된다.
지점 E와 지점 F 사이 선의 중심은 원형 측벽(88)의 X 직경 상에 있다. 블록(134)에서, 도 5에서 도면 부호 G로 지시된 이 지점은 지점 E와 지점 F의 값들을 평균냄으로써 계산되며, 프로브 팁(36)이 이 위치 G로 이동한다. 프로브 팁(36)과 측벽(88)의 직교하지 않는 접촉에 의해 지점 D가 결정될 수 있고, B-C 선이 측벽(88)의 X 직경으로부터 상당히 옵셋될 수 있기 때문에, 프로브 팁(36)이 다시 Y 방향으로 이동해 Y 직경에 따른 대향 접촉 지점 H 및 I를 탐색하여 정확한 Y 방향 측정값을 얻는다. 블록(136)에서 델타가 음의 Y 방향으로 설정되고 블록(138)에서 측벽 탐색 서브루틴이 호출된다. 블록(140)에서 지점 H의 위치가 복귀되어 저장된다. 이와 유사하게, 블록(142)에서 델타가 양의 Y 방향으로 설정되고 블록(144)에서 측벽 검색 서브루틴이 호출된다. 블록(146)에서 지점 I의 위치가 복귀되어 저장된다.
블록(148)에서는 Y 방향으로 지점 H 및 지점 I를 평균냄으로써 중심점 G의 Y 좌표가 재계산된다. 도 5의 지점 A에서 중심점 G로부터의 프로브 팁(36)의 옵셋은 A-G 선으로 표시되어 있다. 이 옵셋은 지점 G의 좌표로부터 지점 A의 좌표를 뺌으로써 블록(150)에서 계산되며, 프로브 팁 정렬 방법에서의 추후 사용을 위해 저장된다. 이 루틴은 정지 블록(152)에서 종결된다.
각 프로브에 대한 옵셋 좌표가 저장될 때까지, 도 5 내지 도 7의 프로브 위치 및 옵셋 루틴을 12개의 프로브 팁(36) 각각에 대해 순차적으로 반복한다. 이 저장된 옵셋은 프로브 홀더(26)와 프로브 어레이(30)가 X축과 정렬되어 있는지 여부를 결정하는 데에 이용된다. 도 8에 이 단계가 도시되어 있다. 도 8의 그리드 상에 X축 기선(154)이 Y 방향으로 연장되는 12개의 라인과 교차한다. 12개의 교차점이 12개의 공칭 프로브 팁 위치이다. 1 내지 12로 나타낸 각 프로브의 옵셋이 그리드 상에 나타나 있다. 이들 옵셋을 도 8에 원으로 나타내었다. 옵셋 지점들에 대해 최소 자승 맞춤선(least squares fit line)(156)을 계산하고, 각도(158)로 나타낸 기울기 또는 경사를 0도에 가까운 최대 여유 각도와 결정 및 비교한다. 프로브 캐리어(26)의 경사가 과도하면, 각도(158)가 최소 여유 각도보다 크며, 컨트롤러(64)가 교정할 경사량을 포함한 오차 표시를 제공한다. 그러면, 조작자가 프로브 캐리어(26)의 장착 상태를 조정함으로써 경사 상태를 교정하여 최소 자승 맞춤선을 X 방향으로 정렬시킨다.
만약 프로브 캐리어의 경사를 제거해야 한다면, 경사 상태를 교정한 후, 도 5 내지 도 7의 프로브 팁의 위치 및 옵셋 측정 루틴을 모든 프로브 팁에 대해 반복하고, 경사를 다시 점검한다. 경사각(158)이 최소 여유 각도보다 작아졌다면, 본 발명의 방법은 X-Y 군의 산재 오차의 교정에 대해 진행된다. 12개의 프로브 팁(36)에 대해 블록(150)(도 6)에서 저장된 바와 같은 프로브 팁 위치 옵셋에는, 도 9의 예에서 1 - 12의 숫자가 부여되어 산재 차트의 형태로 도시되어 있다. X 옵셋의 최대 범위는 공칭 또는 이상적인 X 위치선(164) 상에 지점 160 및 162로 나타내었고, Y 옵셋의 최대 범위는 공칭 또는 이상적인 Y 위치선(170) 상에 지점 166 및 168로 나타내었다. 도 9의 예에 도시된 바와 같이, 프로브 1-9, 11 및 12에 대한 옵셋은 최대 X 한계 및 Y 한계 내에 있지만, 프로브 10에 대한 옵셋은 양의 X 방향으로의 최대 옵셋 한계를 벗어나 있다. 이 옵셋은, 프로브 캐리어(26)가 프로브 어레이(30)의 프로브 팁(36) 12개 모두를 목표 샘플 웰(66)과 신뢰성 있게 정렬시키는 것을 불가능하게 하기 때문에 허용이 불가능하다.
본 발명에 따르면, 프로브 구동 시스템(24)은 컨트롤러(64)가 측정된 프로브 팁의 오정렬을 교정하는 데에 이용된다. 프로브 구동 시스템(24)은 오정렬된 프로브 팁(36)을 로케이터 웰(76) 내로 다시 삽입한 후, 프로브 팁을 검출된 과도한 옵셋의 방향으로 이동시킨다. 도 9의 예에서, 10번 프로브 팁이 로케이터 웰(76) 내로 삽입되어 측벽(88)에 대해 양의 X 방향으로 이동한다. 이 이동은 프로브(34)의 탄성 변형 한계를 초과할 정도로 충분히 크며, 프로브(34)는 변형 및 만곡되어 프로브 팁(36)이 프로브 어레이(30)의 다른 프로브 팁에 대해 음의 X 방향으로 이동한다. 이 만곡 이동 후에, 도 5 내지 도 7의 프로브 팁의 위치 및 옵셋 측정 루틴을 재정렬된 프로브 팁(36)에 대해 반복하고, 필요하다면 오정렬된 프로브 팁이 최대 옵셋 한계 내에 올 때까지 프로브 변형 공정을 반복한다. 10번 프로브 팁의 이 교정된 위치를 도 10에서 볼 수 있다.
12개의 프로브가 모두 산재 차트(도 9)의 최대 옵셋 범위(160, 162, 166 및 168) 내의 허용 가능한 밀집 클러스터 내에 있으면, 컨트롤러(64)가 프로브 구동 시스템(24)을 작동시키는 데에 사용하기 위한 광역 교정 인자를 계산한다. 도 10은 교정 전의 12개 옵셋 지점을 보여주고 있다. 최대 및 최소 X 옵셋(프로브 6 및 12)을 평균내고, 최대 및 최소 Y 옵셋(프로브 9 및 11)을 평균내어 산재된 클러스터 군의 중심에 대한 X 및 Y 옵셋 좌표를 제공한다. 도 10의 예에서, 중심은 지점 172에 있으며, 이 중심은 공칭 또는 이상적인 중심(174)으로부터 옵셋 라인(176)만큼 옵셋되어 있다. 클러스터형의 프로브 어레이(30)의 중심을 잡기 위해 프로브 팁(36)의 물리적 이동 또는 재배치를 시도하기 보다는, 옵셋(176)을 광역 교정 인자로서 컨트롤러(64)에 의해 저장한다. 컨트롤러(64)가 프로브 홀더(24)를 로케이터 베드(28) 위의 원하는 위치로 이동시키면, 타겟 X 및 Y 좌표가 광역 교정 인자(176)에 의해 수정된다. 그 결과, 산재된 클러스터가 도 11에 그래프로 도시한 교정된 위치로 효율적으로 재배치되는데, 도 10의 공칭 중심(174)과 클러스터 중심(172)이 지점 178에서 일치하는 것을 알 수 있다.
저장된 프로브 팁 옵셋 정보는 액체 취급기(20)의 워크 베드(22) 상에서의 로케이터 베드(28)의 정렬 상태를 점검하는 데에도 이용된다. 가장 왼쪽에 있는 프로브 팁(36)(도 4)이 로케이터 웰(80) 내로 삽입하고, 도 5 내지 도 7의 위치 측정 루틴을 실행하여 로케이터 웰(80) 내의 왼쪽 프로브에 대한 옵셋 좌표를 얻는다. 가장 오른쪽에 있는 프로브 팁(36)(도 4)을 로케이터 웰(78) 내로 삽입하고, 도 5 내지 도 7의 위치 측정 루틴을 다시 실행하여 로케이터 웰(78) 내의 오른쪽 프로브에 대한 옵셋 좌표를 얻는다. 왼쪽 프로브 및 오른쪽 프로브의 실제 위치가 중앙의 로케이터 웰(76)에 대해 알려져 있기 때문에, 측방향으로 떨어져 있는 로케이터 웰(78 및 80) 내의 프로브 팁(36)의 Y 옵셋 좌표가 로케이터 웰(76) 내의 동일한 프로브 팁(36)의 Y 옵셋 좌표와 비교된다. 불일치가 검출되면, 로케이터 베드(28)가 워크 베드(22) 상에서 경사져 있다는 결정을 내린다. 컨트롤러(64)는 조작자가 로케이터 베드(28)의 위치를 재조정하고 로케이터 베드의 경사 상태를 교정하는 데에 필요한 정보를 포함한 에러 메시지를 제공한다.
비록 본 발명을 도면에 도시된 실시 형태의 세부 사항을 참조로 설명하였지만, 이러한 세부 사항들은 첨부된 청구범위에 청구되어 있는 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아니다.

Claims (14)

  1. 프로브 구동 시스템에 의해 제어되는 하나 이상의 프로브 팁을 포함하는 프로브 팁 어레이용의 프로브 팁 정렬 방법으로서,
    상기 프로브 팁 어레이의 제1 프로브 팁을 로케이터 베드 위의 알려진 위치에 있는 제1 로케이터 웰 내로 삽입하는 단계와,
    공칭 위치에 대해 제1 로케이터 웰 내에 있는 제1 프로브 팁 위치의 옵셋을 결정하는 단계와,
    상기 프로브 팁 어레이의 나머지 프로브 팁을 상기 로케이터 웰에 각각 삽입하는 단계와,
    상기 프로브 팁 어레이의 나머지 프로브 팁 각자의 공칭 위치에 대한 상기 로케이터 웰 내에 있는 프로브 팁 위치의 옵셋을 결정하는 옵셋 결정 단계
    를 포함하는 프로브 팁 정렬 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 옵셋 결정 단계는,
    상기 프로브 팁이 로케이터 웰의 측벽 상의 대향 지점들과 접촉할 때까지 프로브 팁을 제1축을 따라 전후로 이동시켜 상기 대향 지점들 사이의 중간점을 결정하여 제1 옵셋 좌표를 제공하는 단계와,
    상기 프로브 팁이 로케이터 웰의 측벽 상의 대향 지점들과 접촉할 때까지 프로브 팁을 제1축과 직교하는 제2축을 따라 전후로 이동시켜 상기 대향 지점들 사이의 중간점을 결정하여 제2 옵셋 좌표를 제공하는 단계
    를 포함하는 것인 프로브 팁 정렬 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 프로브 팁은 상기 제1축과 제2축을 따라 델타 증분(increments of delta) 만큼씩 이동되고, 각 이동에서 접촉의 존재 및 부재를 검사하는 것인 프로브 팁 정렬 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 프로브 팁과 측벽 사이의 접촉은 프로브 팁과 측벽 사이의 전류 정보에 의해 검출되는 것인 프로브 팁 정렬 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 옵셋으로부터 프로브 팁의 공칭 위치 주위의 산재 상태를 결정하는 단계를 더 포함하는 것인 프로브 팁 정렬 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 프로브 팁의 산재 상태로부터 광역 교정 인자를 계산하고, 이 광역 교정 인자를 이용하여 로케이터 베드 위에서 프로브 팁 어레이의 위치를 변경하는 단계를 더 포함하는 프로브 팁 정렬 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 옵셋이 선택된 최대 옵셋 한계보다 큰 임의의 프로브 팁을 식별하고, 이 식별된 프로브 팁이 상기 최대 옵셋 한계 내에 있도록 식별된 프로브 팁을 재정렬하는 프로브 팁 재정렬 단계를 더 포함하는 프로브 팁 정렬 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 프로브 팁 재정렬 단계는,
    프로브 구동 시스템을 이용하여 임의의 식별된 프로브 팁을 로케이터 베드의 강성 부분과 접촉시키는 단계와,
    상기 식별된 프로브 팁을 상기 강성 부분에 대해 압박하여 식별된 프로브를 정렬된 위치로 만곡시키는 단계
    를 포함하는 것인 프로브 팁 정렬 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 로케이터 베드의 강성 부분은 로케이터 웰인 것인 프로브 팁 정렬 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 프로브 팁 어레이와 이 프로브 팁 어레이를 유지하는 프로브 캐리어 사이의 경사량을 결정하는 경사량 결정 단계를 더 포함하는 프로브 팁 정렬 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 경사량 결정 단계는 프로브 팁에 소정의 선을 맞추고, 이 맞춤선과 프로브 팁의 공칭 위치를 통과하는 선 사이의 각도를 결정하는 단계를 포함하는 것인 프로브 팁 정렬 방법.
  13. 제1항에 있어서, 프로브 팁 어레이의 제1 프로브 팁을 로케이터 베드 위의 알려진 위치에 있는 제1 로케이터 웰 내로 삽입하는 단계와,
    공칭 위치에 대해 제2 로케이터 웰 내에 있는 프로브 팁 위치의 옵셋을 결정하는 단계와,
    프로브 팁을 로케이터 베드 위의 알려진 위치에 있는 제3 로케이터 웰 내로 삽입하는 단계와,
    공칭 위치에 대해 제3 로케이터 웰 내에 있는 프로브 팁 위치의 옵셋을 결정하는 단계와,
    제2 로케이터 웰과 제3 로케이터 웰에 있는 프로브 팁 위치의 옵셋을 제1 로케이터 웰에 있는 프로브 팁 위치의 옵셋과 비교하는 단계
    에 의해 로케이터 베드의 정렬을 점검하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제2 로케이터 웰과 제3 로케이터 웰은 제1 로케이터 웰의 반대측에 배치되어 웰들의 선을 형성하고, 상기 제2 로케이터 웰의 위치와 제3 로케이터 웰의 위치는 제1 로케이터 웰에 대해 알려져 있는 것인 프로브 팁 정렬 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 프로브 팁을 프로브 팁 구동 시스템에 의해 로케이터 웰의 측벽에 대해 압박하여 옵셋을 감소시키는 단계를 더 포함하는 프로브 팁 정렬 방법.
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