KR20020082862A

KR20020082862A - 피구동수직축 테스트헤드 조작기에 있어 카운터 밸런스된수직 도크동작

Info

Publication number: KR20020082862A
Application number: KR1020027011523A
Authority: KR
Inventors: 홀트알린알; 무어브라이언알.; 아코우카헨리엠.
Original assignee: 인테스트 아이피 코포레이션
Priority date: 2000-03-01
Filing date: 2001-03-01
Publication date: 2002-10-31
Also published as: WO2001064389A3; EP1650573A3; JP2003525433A; DE60117003D1; EP1259829B1; EP1259829A2; WO2001064389A2; DE60117003T2; US20040051517A1; MY144519A; DE60144498D1; CN1408065A; CN100495040C; AU2001239949A1; TWI222911B; EP1650573B1; EP1650573A2; ATE317128T1; US7554321B2; MY138984A

Abstract

반도체 웨이퍼 및 디바이스 테스터를 위한 테스트 헤드 캐리어와 같은 포지셔너가 수직 지지체 및 테스트 헤드를 지지하기 위한 메인 아암을 포함한다. 메인 아암은 버니어 이동을 위하여 카운터 웨이트와 같은 카운터 밸런스 힘을 사용하여 현가된다. 메인 아암의 현가는 기계적 이득이 있는 가운데서 실행되므로, 감소된 카운터 밸런스 힘 및 이에 따라 카운터 밸런스 측상의 큰 이동이 버니어 동작을 실행하도록 사용될 수 있다.

Description

피구동수직축 테스트헤드 조작기에 있어 카운터 밸런스된 수직 도크 동작{Counter balanced vertical docking motion in a driven vertical axis test head manipulator}

집적회로(IC) 및 기타 전자 장치의 자동 테스트에 있어, 장치를 적정 온도하에 있게 하고 테스트될 장치를 제 자리에 위치시키기 위하여 특수 장비가 사용될 수 있다. 전자 테스트 그 자체는 테스트 헤드를 포함하는 대형의 정교한 자동 테스트 시스템에 의하여 제공된다. 간혹 테스트 헤드는 복잡한 장치의 신속 정확한 테스트를 달성하도록 전자 회로와 함께 조밀하게 팩키지화 된다. 테스트 헤드를 구비한 테스트 시스템은 전자 장치를 지지하기 위한 디바이스 핸들러나 기타 장비에 연결되고 도크(dock)되기 위한 요건이 필요하다. 테스트 헤드 포지셔닝 시스템은 반도체 장비의 자동 테스트 분야에서 잘 알려져 있다.

이러한 테스트 시스템에서는, 테스트 헤드는 40 - 500kg정도의 대중량이다. 최근에는 1000kg을 넘는 테스트 헤드를 사용하는 테스트 장비가 도입되었다. 중량화의 이유는 전자 회로가 피테스트 장치에 최대한 근접하여 위치되도록 테스트 헤드가 고정밀 주파수 제어 및 데이터 신호를 사용하기 때문이다.

설명의 편의상, 피테스트 유닛(Unit Under Test;UUT)은 테스트가 수행되는 회로 혹은 서브 어셈블리와 같은 장치이다. 피테스트 장치(Device Under Test;DUT)는 테스트가 수행되는 현재의 장치(IC)이다. "DUT"는 피테스트 유닛(UUT)의 특별한 타잎이다. 테스트 스테이션 장치(TSA)는 웨이퍼 프루버, 디바이스 핸들러 및 수동 테스트 스테이션을 총괄적으로 의미한다. 테스트 헤드는 특히 테스트를 위하여 제작된 작동 헤드이다.

반도체 산업에서의 최근 진보는 다음과 같은 영향을 미쳤다:

1. DUT가 보다 복잡해졌다; 장치당 트랜지스터의 수가 수 천 개에서 수 만개로 꾸준히 증가되었다.

2. DUT가 디지털 회로, 아날로그 회로 및 혼합 신호 회로의 복잡한 조합물로 꾸준히 발전하였다.

3. 장치당 I/O,전원 및 신호 그라운드 기준 핀 개수가 백 개 미만에서 수 백개로 증가하였다.

4. DUT 클록 레이트가 10단위 Mhz에서 최소 1Ghz로 증가하였다.

5. 데이터, 어드레스 및 제어 신호가 그에 따라서 최소 100단위의 Mbps 범위에 존재한다.

6. 핀 당 필요 주파수 대역이 최소 10단위의 Ghz 범위에 존재한다.

그 결과, 다음과 같은 고려 사항을 충족시키기 위한 테스트 시스템의 디자인 변화가 행해진다:

1. 테스트 헤드는 더욱 신속하고 더욱 복잡한 전자-핀 회로를 포함한다.

2. 높은 스위칭률(rate)로 인하여 테스트 헤드내의 핀 회로당 전력 소산률이 더욱 증가하는 것으로 기대될 수 있다.

3. 순환수를 구비한 수냉시스템이 테스트 헤드에 부가되어 무게를 증가시키고, 테스트 헤드 케이블 안에 유연한 수직 지지물이 들어가는 것이 필요하게 되었다.

4. 상호 연결용의 테스트 헤드 케이블안에 많은 전원과 보다 중량의 게이지의 접지 컨덕터가 존재한다.

5. 시그날 와이어링 및 케이블내의 관련 지연량을 감소시키도록 회로가 시스템 캐비넷에서 테스트 헤드쪽으로 재위치된다.

이들 요소들은 테스트 헤드의 크기 및 무게를 상당히 증가시켰다:

1. 테스트 헤드가 DUT에 근접하여 가까이 위치되어야 한다는 요구 조건이 점점 중요하게 되었다.

2. 테스트 헤드에서 테스터 캐비넷까지의 케이블은 두텁고 견고해야 하면서도 한편으로 길이는 가능한 한 짧게 유지되어야 한다.

이리하여, 테스트 헤드와 그와 연관된 케이블은 상당히 대형이고 중량이다.

테스트 헤드 포지셔닝 시스템은 작업자가 수 백 파운드에 이르는 자동 테스트 장비의 테스트 헤드를 디바이스 핸들러, 웨이퍼 프루버(prober)혹은 기타 테스트 스테이션 장치(TSA)에 근접 위치시키고, 테스트 헤드가 TSA에 도크되도록 하여 주는 기계 장치이다. 반도체칩이 더욱 고속화되고 복잡해지며, 또 그렇게 되어야만하므로, 테스트 헤드의 크기 및 무게가 계속 대형화되어 왔다. 게다가, 테스트 헤드를 자동 테스트 장비 캐비넷에 연결시키는 케이블의 크기 및 무게가 그에 따라 증가하였다. 이들 요인들은 테스트 헤드 포지셔닝 시스템의 부하 운반 능력이 우수하고 이동 범위가 더욱 커야 한다는 요구를 창출하였다. 수 백 파운드에 이르는 부하를 자유로이 이동시키면서 지지 구조물상에 십만 인치-파운드 범위의 모멘트를 가하는 장치를 설계하는 것은 일반적으로 어려운 도전이다.

테스트 헤드 포지셔닝 시스템은 테스트 헤드를 디바이스 핸들러 혹은 다른 테스트 스테이션 장치(TSA)에 대하여 위치시키는데 사용될 수 있다. 테스트 헤드가 TSA에 대하여 정확히 위치되면, 테스트 헤드 및 TSA는 정렬되었다고 일컬어진다. 테스트 헤드와 TSA가 정렬되면, 연약한 테스트 헤드와 TSA전기 커넥터들은 서로 연결되며(즉, 도크되며), 테스트 헤드 및 TSA간의 테스트 신호 전달이 가능해진다. 도크 이전에, 연약한 전기 커넥터에 손상이 가지 않도록 연약한 테스트 헤드와 TSA전기 커넥터들이 정확히 정렬되어야만 한다.

테스트 헤드 포지셔너 시스템은 또한 테스트 헤드 포지셔너 혹은 테스트 헤드 조작기(manipulator)라고 칭해진다. 이 기술은 예를 들어 인테스트 코포레이션사의 인테스트 핸드북(inTEAST handbook)에 기술되어 있다. 또 이 기술은 예를 들어 미국특허 제6057695호, 5900737호, 5608334호, 5450766호, 5030869호, 4893074호, 4715574호에 기술되어 있는데, 이러한 참조로 모두 테스트 헤드 포지셔너 분야의 기술로 포함된다.

테스트 헤드 및 각각의 포지셔너는 간혹 청정 환경실에서 사용된다. 청정환경실의 제공은 고가이며, 따라서 가용 공간의 활용은 비용을 요구한다. 현재 청정 환경실 안에서 다양한 테스트 헤드 포지셔닝 시스템이 유용하다. 비록 이들 테스트 헤드 포지셔닝 시스템의 일부는 다양한 바람직한 특징을 구비하고는 있으나, 각 테스트 헤드 포지셔닝 시스템이 적절히 가동되기 위한 공간 크기는 바람직하지 못한 것일 수 있다. 디바이스 테스팅 작업이 더욱 복잡하게 증가된 일을 수행하도록 발전됨에 따라 테스트 헤드의 크기와 무게도 계속 증가하였다. 테스트 헤드가 점점 대형화 할수록 전적으로 수동이고 전적으로 밸런스가 맞추어진 방법은 실제로 하드 웨어 내에서 실현하기가 더욱 어려워졌으며, 더욱 나아진 개선책이 요구된다.

이상적으로는, 무거운 테스트 헤드와 같은 중량의 부하는 관련 동작에 대하여 실질적으로 중량이 없는 조건하에서와 같이 지지되어야 한다. "중량이 없는 조건"이란 중량의 부하를 위치시키는데 요구되는 힘이 부하를 상승시키는데 필요한 힘보다 실질적으로 작다는 것을 의미한다.

미국 특허 출원 번호 PCT/US00/00704(본 참조에 의하여 이하의 내용에 포함된다.)에 개시된 테스트 헤드 포지셔닝 시스템의 개선책은 여러 조간에서 유용할 수 있다. 이들 개선책은 6차 자유 동작(six degrees of motion freedom)을 수행하는 완전히 밸런스된 조작기를 제공하였다. 이는 조작자로 하여금 테스트 헤드를 용이하게 위치시키고, 테스트 헤드 도크 메카니즘이 테스트 헤드를 용이하게 끌어 당겨서 TSA 혹은 웨이퍼 프루버 테스트 영역과 정확하게 일치되도록 한다. 또, 각 자유도의 독립 작동이 용이해진다.

테스트 헤드가 작동을 수행중일 때, 이 상태의 총 질량은 테스트 헤드, 카운터 웨이트 및 조작기의 모든 움직이는 부재로 구성된다. 따라서, 관성(inertia), 모멘텀 및 키네틱 에너지(kinetic energy)는 매우 높다. 비록 완전히 밸런스를 갖추고 작은 힘만이 요구된다 하더라도, 조작자는 이러한 육중한 대상 및 장치를 수동 조작하는 것에 대하여 긴장하고 두려움을 가질 수 있다. 리모트 콘트롤을 구비한 전원형의 액스(axe)를 갖추는 것이 바람직한 특징이 되었다; 그러나, 도크 도중, 도크 구동 메카니즘은 조작기의 제어를 담당하며, 이러한 경우에는 조작기가 동시적으로 모든 축에 대하여 거의 힘이 가해지지 않은 상태에서 자유로이 움직일 수 있는 조건하에 있는 것이 바람직하다. 또, 많은 사용자들은 조작기가 자유로이 움직이는 밸런스된 조건에서 테스트 핸들링 자동 장비의 진동을 흡수하면서 테스트를 수행하기를 원한다.

더욱 증가된 구조적인 조건들과 연관하여 증가된 동작 범위 요건은 조작기가 용이하게 적재되기에 너무 큰 상태로 이르게 할 수 있다. 특히, 적재 콘테이너 및 스키드(skid)가 있는 팔레트의 최대 높이는 현존하는 트레일러 트럭 및 최대의 상업용 화물 운반 비행기(보잉 747)로 인하여 약 109인치(약 9피트)로 제한된다. 전반적인 수직 동작 요건은 현재 약 48인치에 근사한다; 베이스 및 칼럼등과 같은 구조적인 조건들과 연관하여 그리고 수직 칼럼의 높이가 고정되었다고 보면, 이는 용이하게 적재되기에는 너무 높은 크기이다.

높이 문제를 해결하기 위한 방법은 접혀지고 포개지거나 망원경과 같이 들어가 접혀질 수 있는(telescoped) 둘 이상의 세그멘트들로 이루어진 칼럼을 활용하는 것이다. 텔레스코프식 수직 칼럼을 갖춘 조작기가 수년 동안 알려져 왔다. 예를 들어, 스미스(Smith)에게 부여된 두 미국특허 제5149029호 및 4705447호는 가동부가 압축 공기로 구동되는 피스톤으로 된 공기 구동식 텔레스코프식 수직 칼럼을 개시한다. 이 배열에서, 공기압을 일정하게 유지하는 것은 테스트 헤드 및 케이블의 무게에 대하여 카운터 밸런스된 힘을 제공하게 된다. 이러한 접근은 대형 테스트 헤드에 대해서는 비경제적일 수 있다. 참으로 최근까지 텔레스코프식 수직 칼럼을 제작하는 것은 타당화될 수 없었다. 더욱 최근, 슬로컴(Slocum)등에게 부여된 미국 특허 제5931048호와 알덴(Alden)에게 부여된 미국 특허 제5949002호는 텔레스코프식 칼럼을 구동하는 모터를 가진 조작기를 개시한다. '048특허에서는 압축 공기 메카니즘은 도크를 위한 수직축으로의 순응(compliance)을 위하여 사용된다. '002특허는 그러한 방법은 한계가 있으며, 자동 제어 시스템 피드백 루프내의 로드 셀과 같은 센서를 사용하여 순응성을 개선한다고 기술하고 있다. 이러한 능동적인 순응성을 위한 기술은 시스템의 부하와 복잡성을 증가시키며, 특히 시스템의 실패나 동작에 대한 예상하지 못했던 방해물이 발생하는 경우의 안전 동작을 고려하면 단점은 더욱 커진다. 더욱 바람직한 배열은 시스템 요구 사항에 따라 텔레스코프식이건 혹은 그렇지 않건, 모터 구동형의 수직축이라 하겠으며, 이러한 배열은 도크 및 테스트 작동에 대하여 본질적으로 중량이 없는 카운터 밸런스된 동작을 허용하도록 카운터웨이트를 포함하게 된다.

전형적으로 카운터 웨이트를 사용하는 현재의 조작기는 카운터 웨이트들의 총 중량이 부하와 거의 같도록 형성된다. 부하는 테스트 헤드, 그것의 가동형의 지지 장치 및 케이블의 일부로 구성된다. 그리하여, 카운터웨이트가 테스트 헤드 그자체에 비하여 더 육중할 수 있다. 테스트 헤드가 육중해짐에 따라 이하와 같은 바람직하지 못한 현상이 생긴다.

- 웨이트들을 수용하기 위한 조작기안의 공간을 통제할 수 없게 된다.

- 사용되지 않는 웨이트의 보관 뿐만 아니라 신규 테스트 헤드의 설치시 다루어져야 하는 웨이트의 총량 역시 통제할 수 없게 된다.

- 시스템 관성 및 제한 마찰력이 테스트 헤드의 중량에 더하여 이동 가능한 조작기 요소의 중량의 약 두 배에 이르도록 변한다.

- 컬럼, 플랫폼, 케이블 풀리 및 기타 부품상에 가해지는 부하의 영향이 테스트 헤드 웨이트의 증가 비율의 두 배로 커진다. 이러한 부하의 영향은 전반적인 시스템 마찰, 따라서 테스트 헤드를 위치시키고 도크시키는 힘에 대하여 역효과를 미칠 수 있다.

- 가동 베이스 유닛의 가동 플레이트 및 기타 장치들은 테스트 헤드의 중량에 따라 커지며 또한 전체 시스템 관성에 많은 영향을 미치는 상당한 질량을 가지게 된다.

무거운 테스트 헤드를 위치시키는데, 일반적으로 중량의 물체를 위치시키는데 있어서의 하나의 문제는 조작이 일반적으로 매우 어렵다는 점이다. 육중한 물체의 조작은 서보 메카니즘 및 부하 밸런스에 의한 동력 지원에 의하여 전형적으로 수행된다. 각각의 테크닉은 단점이 있다. 특히, 무거운 물체를 작업하는 조작자가 관련 동작을 완벽히 제어할 수 없다면, 그 결과는 장비에 대하여 심한 손상을 가져올 수 있다.

어떤 경우에는, 부하가 다소 편향(bias)될 수 있는데, 그 결과 부하 전체 중량의 일부만이 부하 위치 조정에 필요한 힘에 반영되게 된다. 따라서, 300Kg의 부하가 이동되어야 한다면, 기계적 혹은 동력 공급 없이 그 부하를 이동시키는 것은 매우 어려울 것이다. 만약 300Kg의 부하를 이동시키는데 필요한 힘이 5Kg이라면, 부하를 조작하는 것이 더욱 용이해질 것이다. 또, 부하와 다른 물체 사이에 위치할 수 있는 조작자에게 가해지는 위험도 크게 감소시킬 수 있다. 5Kg은 300Kg에 비하여 크지 않으므로, 부하는 "실질적으로 중량이 없는" 상태하인 것으로 간주될 수 있다.

지지 구조물을 따라 이동할 수 있는 포지셔너는 테스트 헤드가 디바이스 핸들러 혹은 기타 테스트 스테이션 장치(TSA)에 연결되고 도크되도록 하는 위치로 테스트 헤드를 이동시킨다. 테스트 헤드는 포지셔너에 부착되어 6차 자유 동작까지 수행할 수 있다: X, Y, Z, θX, θY, θZ

종래 기술의 테스트 헤드 포지셔너 시스템의 기술과 일관되도록 도2 및 도3에 도시된 좌표계(100)는 다음과 같은 용례로 사용된다:

Y = 수직, 상-하 축 (102)

X = 수평, 측방향 혹은 좌-우 축 (104)

Z = 수평, 인-아웃 축 (106)

조작자의 입장에서 보아 이는 카르테시안 좌표계를 이룬다.

축 주위로의 회전은 다음과 같이 기술된다.

θY(세타Y) = Y축 주위로의 회전(이하, "스윙" 혹은 "요(yaw;흔들림, 일탈)"라 함)(108)

θZ(세타Z) = 인-아웃 축 주위로의 회전(이하, "로울"혹은 "트위스트"라 함)(110)

θX(세타X) = X축 주위로의 회전(이하, "텀블" 혹은 "피치(pitch)"라 함)(112)

본 발명은 전자 테스트 헤드 포지셔너(positioner)의 기술 분야에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시에에 따른 조작기의 사시도,

도 2는 조작기 및 그 동작을 설명하기 위하여 사용된 좌표계의 다이아그램;

도 3은 테스트 헤드 및 그 동작을 설명하기 위하여 사용된 좌표계의 다이아그램;

도 4는 크레이들 피봇 어셈블리에 직접 장착된 싱글 상부 아암을 사용하는 수평 아암 어셈블리를 도시한 사시도;

도 5a내지 도5c는 본 발명의 실시예에 따라 구축된 포지셔너의 사시도로서, 도1의 조작기 축들과 6차 자유도의 상호 작용을 도시하며;

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 메인 아암내의 수직 동작을 위한 버니어 조정을 도시한 단면 사시도;

도 7a 내지 도7c는 메인 아암이 각각 최상 위치, 중간 위치 및 최하 위치에 있을 때를 도시한 조작기 칼럼 상부의 도면;

도 8은 본 발명의 실시예에 따라 제작된 비텔레스코프식 포지셔닝 시스템의 전면 사시도;

도 9는 도 8의 포지셔닝 시스템의 비텔레스코프식 실시예를 묘사한 후미사시도;

도 10a는 본 발명의 실시예에 따라 제작된 텔레스코프식 컬럼 어셈블리의 전면 사시도;

도 10b는 도 10a의 텔레스코프식 컬럼 어셈블리의 정면 세부도;

도 11a는 도 10a 및 도10B의 텔레스코프식 컬럼 어셈블리 후면의 사시도;

도 11b는 도 11a의 텔레스코프식 컬럼 어셈블리의 후미 세부도;

도 12는 도 10-도 11의 텔레스코프식 컬럼 어셈블리의 평면도;

도 13은 도10-도12의 텔레스코프식 컬럼 어셈블리의 상부 사시도이다.

본 발명의 바람직한 실시예와 더불어 사용되는 테스트 헤드는 표면상에 테스트 인터페이스를 포함한다. 전형적으로 테스트 인터페이스는 테스트 인터페이스 보드를 구비하며, 이는 다른 기능에 부가하여 프루버(prober), 핸들러, 수동 테스트 스테이션 혹은 기타 테스트 스테이션 장치(TSA)의 테스트 장치에 대한 연결점을 제공한다. 테스트 인터페이스를 가지는 표면은 이하 "인터페이스면(interface surface)"(IS)(310)이라 칭하여진다. IS는 평면 및 방향 양자를 규정한다; 방향은 IS면에 수직이며 테스트 헤드로부터 멀어지는 벡터에 의해 기술된다. 도4는 위로 방향이 향하는 수평면내의 IS(310)를 도시한다. 사용시, 테스트 헤드는 여러 종류의 장비에 도크됨에 따라 그 방향성(orientation)이 변한다. 따라서, IS(310)의 평면 및 방향 또한 변한다.

사용시, 테스트 헤드는 가령 TSA에서와 같은 장치에 있는 DUT와 위에서 접촉하도록 될 수 있다. 이 경우, 인터페이스면은 위쪽을 향한다(IS UP). 다른 대체법은 가령 프루버내의 장치와 밑에서 접촉하도록 하는 것이다. 이 경우, 인터페이스면은 아래쪽을 향한다(IS DOWN). 셋째, DUT와 IS가 수직면을 향할 수 있다(ISvertical). 넷째, DUT와 IS가 IS up 및 IS down사이의 어느 각도로도 지향될 수 있다. 테스트 헤드가 한 장치에서 다른 장치로 이동할 때는 테스트 헤드가 IS up, IS down 및 IS vertical 위치 사이에서 회전되어야 한다는 것은 명백하다. 조작기에 따라, 이는 텀블(피치) 혹은 로울(트위스트) 좌표에 따른 회전에 의해 실행될 수 있다.

테스트 헤드는 크고 두터운 케이블 다발에 의하여 테스트 캐비넷에 연결된다. 케이블, 크기, 무게 및 유연성과 트위스트에 대한 저항성등 모든 것은 테스트 헤드 동작에 간섭하여 이를 제한한다. 테스트 헤드 동작은 가령 미국 특허 제5608334호에 개시된 것과 같이, 케이블을 위에 기술한 요소들과 같은 인자로부터 보호하기 위한 태양으로 바람직하게 실행된다.

많은 테스트 헤드, 특히 대형의 것은 케이블-피봇 장치를 이용하여 조작기에 부착된다. 케이블-피봇 태양에서는 케이블이 테스트 헤드에서 회전 중심에 위치하여 회전축(일반적으로 로울 혹은 트위스트 축)에 평행하게 된다. 이것은 예를 들면 미국 특허 제5030869, 5450766호 및 5608334호에 기술되어 있다. 케이블을 지지하기 위한 메카니즘은 예를 들어 미국 특허 4893074호에 개시되어 있다.

여러 조작기는 그 베이스에서 두 가지 동작을 제공한다. 테라딘(Teradyne)이 제작하며 미국 특허 5931048호 및 5949002호에 개시된 위에 언급된 조작기는 그러한 동작을 활용한다. 테라딘의 장치는 바닥부에서 스윙 메카니즘을 제공하면서 스윙 회전 및 측방향 동작을 제공한다; 이 조작기의 인-아웃 동작은 아암 및 크레들 조립체에서 제공된다. 라이드-아쉬만 제조사(Reid-Ashman MFG,Inc.)의 또 다른 조작기는 컬럼에 부착된 축 주위로 아암을 회전시켜 스윙을 제공하면서 베이스에서 측 방향 및 인-아웃 동작을 제공한다. 쉴럼버거(Schlumberger)사 제작의 조작기는 측방향 메카니즘의 상부에서 스윙 메카니즘을 제공하면서 베이스에서 측방향 동작 및 스윙 회전 동작을 재공한다. 인-아웃 및 로울 동작은 아암 어셈블리에서 제공된다. 이 조작기는 케이블이 캐비넷에서 시작하여 회전 중심위로 컬럼의 중심을 통과하여 테스트 헤드에서 종결된다는 점에서 독특하다. 이 조작기의 다른 독특한 점은 쉴럼버거사에 부여된 미국 특허 제4943020호 및 4973015호에 처음 개시된 것과 같은 카운터 밸런스로 작용하는 스프링 메카니즘이다. 마지막으로, 라이드-아쉬만 제조사의 다른 조작기는 바닥부에서 스윙 회전 메카니즘을 제공하면서 베이스에서 모든 세 동작을 제공한다.

모터나 다른 액튜에이터와 같은 구동 메카니즘은 구동 메카니즘을 이동시키기 위한 피구동 물체에 가해지는 힘의 경향에 따라 "순응적"인 것과 "비순응적"인 것으로 분류될 수 있다. 설명의 목적을 위하여, 피구동 물체에 가해지는 힘이 용이하게 구동 메카니즘을 이동시킬 수 있으면 구동 메카니즘은 "순응적"인 것으로 간주된다. 피구동 물체에 가해지는 힘이 일반적으로 구동 메카니즘을 이동시킬 수 없으면 "비순응적"인 것으로 간주된다.

일반적으로 말하여, 구동 모터가 그 출력부의 피구동물체에 힘을 가하여 쉽게 앞으로 혹은 뒤로 구동될 수 있으면, 구동 모터는 "순응적"이다. 피구동 물체에 힘을 가하는 것이 구동 메카니즘을 깨뜨리거나 피구동 물체로 구동 모터에 힘을 가하기 위하여 비정상적인 힘이 요구되는 경우라면, 구동 모터는 "비순응적"이다. 이는 기어를 사용하는 구동 모터의 경우 잘 들어 맞는다. 통상 비순응적인 구동 메카니즘은 높은 구동 감속비를 가지며, 그 결과 가령 모터의 1000회전에 대하여 피구동기어의 1회전의 결과를 가져 온다. 구동 메카니즘의 비순응적인 성질은 일반적으로 기어 감속의 결과인데, 이 경우 마찰력 혹은 잠재적인 자기력의 소량이 메카니즘의 후방 구동을 방해하게 된다. 밸브나 브레이크를 사용하여 구동장치를 비순응적인 것으로 하는 것도 가능하다.

모든 6차 자유 동작에 있어서 완전히 밸런스 된 조작기의 잇점을 모두 제공하기 위해서는 테스트 헤드 조작기안의 테스트 헤드 도크를 위한 완벽히 밸런스 된 근본적으로 중량이 없는 변위-독립적인 수직 동작을 허용하는 것이 요구된다. 또, 테스트 헤드 조작기가 스크류 혹은 기타 비순응성 메카니즘을 통하여 주 수직 동작이 구동되도록 하는 것이 요구된다. 더욱, 수직 컬럼 및 그 베이스상의 부하를 경감하기 위해서는, 카운터 웨이트의 총 중량이 테스트 헤드, 케이블 로드 및 지지 장치의 합계 중량보다 상당히 작아야 한다. 본 발명은, 주 수직 동작이 고정-컬럼형 조작기 뿐만 아니라 텔레스코프식 조작기에 의하여 제공되는 경우, 테스트 헤드가 고정 높이를 가지는 컬럼을 따라 이동되는 경우에 활용될 수 있다. 헤드 도킹의 정확성 테스트는 모든 6차 자유도에 있어 동시 동작을 요하므로, 동작 자유성이 수직 방향과 동시에 다른 5차 자유도에 있어서도 일관될 것이 필요하다.

동작을 제어하거나 동작을 카운터 밸런스하기 위한 특별한 수단의 유무를 불문하고, 우연한 충돌은 피해져야 하며, 우연한 충돌이 발생하는 경우에는 전원 구동 메카니즘이 충돌의 영향을 최소화하도록 반응할 수 있게 하는 것이 바람직하다. 우연한 충돌을 감지하고 이에 대하여 반응하는 것은 한 방향으로의 운동을 달성하기 위하여 복수의 구동 메카니즘이 관여할 때 생기는 특수한 문제이다.

본 발명의 다른 목적은 조작자 및 테스트 헤드 모두에 대하여 안전 특성을 제공하는 것이다. 안전성의 관점에서, 테스트 헤드에 대하여 적절한 구조적 지지물을 제공하여 그것이 지면으로 떨어지거나 카운터 밸런스 메카니즘의 동작 실패 혹은 언밸런스시 약 2인치 이상의 거리를 떨어질 수 없게 하는 것이 바람직하다. 제2의 안전성 목적은 장치의 기타 부분 혹은 인간과의 충돌, 부적절한 인간의 행동에 의한 간섭, 도크 메카니즘과의 충돌 혹은 간섭을 포함하는 모든 원인으로부터 생기는 수직 운동에 대한 부적절한 저항을 탐지하는 능력을 구비하는 것이다.

다른 중장비와 마찬가지로, 테스트 헤드 포지셔너는 그 디자인에 고유한 안전 조건을 고려하여 제작된다. 크고 중량의 테스트 헤드인 경우에는, 소정의 테스트 헤드 동작 계획 공간에 예상하지 못한 다른 테스트 플로어 장치가 끼어 들어 이동하거나, 동작 경로에 예상치 못하게 인간이 간섭하거나, 조작자의 실수, 제어 시스템의 고장등의 이유로 우연한 충돌이 발생하기가 더욱 쉽다. 더 중량이고 더욱 고가의 테스트 헤드인 경우, 사고에 의해 생길 수 있는 특성, 장비 및 인간에 대한 손상은 지대하며 심지어 치명적일 수 있다. 수동으로 구동되는 동작인 경우, 인간인 조작자는 전형적으로 방해물을 느낄 수 있으며, 따라서 동작을 중단 혹은 거꾸로 하여 손상을 방지할 수 있다. 조작자 혹은 자동 제어 시스템에 의하여 원격 구동되는 구동 조작기 축에 있어서는 방해물이나 충돌을 감지하여 심각한 손상이 가해지는 것을 방지하는 특별한 수단이 채용되어야 한다. 미국 특허 출원 번호PCT/US00/00704에서는, 제어축이 밸런스된 결과 동작을 일으키기 위하여 최소한의 힘만이 요구되는 경우라면 전류 제한 직류 모터가 효과적으로 사용될 수 있음을 시사하고 있다. 연약한 것이라도 방해물은 동작을 위하여 필요한 힘을 증가시키므로, 모터가 정지하여 방해물에 전달되는 힘이 안전 수준으로 제한되어야 할 것이다.

주 수직 동작이 언밸런스 될 것 같으면, 수직 구동 장치가 테스트 헤드 및 그 지지장치의 전 중량을 들어올려야 한다. 구동 모터가 방해물에 의하여 가해지는 추가힘을 반드시 인식하지는 않을 것이다. 따라서, 조작기가 도크를 위한 2차의 혹은 버니어(vernier) 수직 동작과 조합하여 카운터 밸런스 되지 않은 주 수직 동작을 구동하게 된다면, 상기 주 수직 동작의 구동중 방해물 및 충돌을 감지하는 수단을 포함하는 것이 대단히 바람직하다. 본 명세서에서 "버니어"는 정밀 조정을 하기 위하여 주 장치와 함께 사용되는 소형 보조 장치를 의미한다.

부하가 제1위치 조정을 살행하는 구동 장치 및 제2위치 조정을 실행하는 커플링 메카니즘에 의하여 지지된다. 커플링 메카니즘은 1보다 큰 기계적 이득을 가지므로, 커플링 메카니즘의 입력부에 가해진 밸런스 힘은 기계적 이득의 결과 증가되어 부하에 가해진 보다 더 큰 결과힘(resultant force)을 제공하게 된다.

테스트 헤드는 조작기의 메인 아암에 부착된 장치에 의해 잡혀져 지지된다. 메인 아암은 선형 레일 및 베어링 조합과 같은 슬라이딩 메카니즘을 통하여 모터-구동식 혹은 핸드-크랭크 구동식 스크류와 같은 비순응성 구동 메카니즘에 의하여 위-아래로 구동되는 수직 아암 지지체에 미끄럼 이동하도록 부착된다. 수직 아암 지지체에 대한 메인 아암의 수직 운동량은 테스트 헤드의 도크를 충분히 허용 할 수 있는 범위내로 물리적으로 제한된다; 1보다 큰 기계적 이득을 가지는 커플링 메카니즘이 메인 아암을 수직 아암 지지체에 결합시키는데 사용된다. 이 장치는 수직 아암 지지체에 직접 연결된(즉, 레버의 경우에는 지레 받침형(fulcrum))고정부, 메인 아암에 결합된 부하 베어링부, 카운터 웨이트가 부착되는 입력부를 구비한다. 기계적 이득(mechanical advantage)을 MA라 하면, 카운터 웨이트의 중량은 부하(테스트 헤드, 메인 아암 및 기계적 지지체 및 케이블 중량 중 테스트 헤드가 차지하는 것)중량을 MA로 나눈 값이다. 이는 메인 아암과 그 부하의 수직 버니어 동작이 실질적으로 중량이 없는 가운데서 이동되는 것을 가능하게 한다; 상기 수직 버니어 동작에 대한 유일한 저항은 커플링 메카니즘내의 마찰, 슬라이딩 메카니즘내의 마찰 및 케이블 이동으로부터 발생하는 힘이다. 만약 케이블이 테스트 헤드의 중력 중심(center of gravity)과 거의 동일 높이에 있는 수평면내에 실질적으로 위치한다면, 케이블 위치 변경에 의한 힘은 테스트 헤드 경로의 ±1인치 이동과 비교하여 무시할 수 있게 될 것이다. 미국 특허 출원 번호 PCT/US00/00704호에 개시된 수평-레벨링 장치를 구비한 텔레스코프식 케이블 지지 아암은 이러한 성능을 구비한다.

바람직한 커플링 장치는 고피치, 저저항의 역구동 가능한(back drivable) 볼스크류이다. 이러한 장치는 적절한 기계적 이득을 용이하게 제공할 수 있는 컴팩트하고 고효율의, 회전 운동을 선형 운동으로 변환하는 장치로 알려져 있다. 이 장치에 근거한 실시예는 후술한다. 볼 스크류는 메인 아암을 구동함으로써 메인 아암의 동작을 실행시키는데 사용되지만, 카운터웨이트가 볼 스크류를 구동하고 메인 아암이 볼 스크류를 역구동한다는 관점에서 볼 스크류는 피구동 메카니즘이라는 것을 주목해야 한다. 볼 스크류를 통하여 전달되는 구동력은 전형적으로 토크-제한형의 모터, 손, 외부력 혹은 카운터 웨이트에 의하여 가해진 힘에서 기인하는 것이다.

메인 아암이 부착되는 수직 아암 지지체는 텔레스코프식 칼럼의 원위(distal:먼 쪽)가동부일 수 있다; 혹은 높이-고정 컬럼에 부착된 하나 이상의 축 혹은 선형 레일을 따라 슬라이딩하는 구조일 수 있다. 즉, 수직 컬럼은 텔레스코프식 타잎이거나 높이 고정형 타잎일 수 있다.

하나 이상의 선형 액츄에이터가 수직 아암 지지체 및 그 부하(이하, "시스템 부하"라 한다.)의 수직 동작을 구동하도록 사용되는데, 이는 메인 아암, 테스트 헤드 지지 장치, 테스트 헤드, 케이블 및 케이블 지지체 중량 중 테스트 헤드가 차지하는 것 및 카운터 웨이트로 이루어진다. 액츄에이터들은 나사부가 있는 피치 및 전부 부하 상태에서 역 구동을 방지하기에 충분한 내부 마찰을 가지는, 모터-구동형의 스크류 메카니즘인 것이 전형적이다. 즉, 스크류는 시스템의 가동 범위 안 어느 높이에서도 시스템의 전체 부하를 지지하기에 충분하다.

더욱, 스크류 메카니즘은 작동 중지 없이 시스템 부하의 약 3.5배 이상의 전체 부하율을 가지도록 선택된다. 또, 수직 아암 지지체가 물리적으로 하부에서 정지되는 경우, 최소 약 5이상의 안전 상수를 유지하면서 전체 시스템 부하에 견디도록 설계된다. 이상 설명한 태양들의 조합에 의하여 제1 안전 목적이 확실히 보증된다; 즉, 테스트 헤드에 적절한 구조적 지지체를 제공하여 카운터 밸런스 메카니즘이 고장나거나 언밸런스 된 경우에도 테스트 헤드가 지면으로 떨어지거나 2인치 이상 낙하하지 않는 것이 달성된다는 것을 납득할 수 있다.

적절히 카운터 밸런스된 부하가 있으면, 메인 아암은 도크와 언도크(undocking)과정 중 도크 액츄에이터에 의하여 구동되는 때를 제외하고는 수직 아암 지지체에 대하여 결코 상당한 거리를 이동하지 않는다. 그러한 동작이 발생한다면 그것은 돌발적인 상황을 의미하는 것이다.

수직 버니어 축은 더욱 동작-감지 수단, 위치-감지 수단 및 미국 특허 출원 번호 PCT/US00/00704호에 개시된 것과 같이 클러치를 통하여 결합된 토크-제한형 구동 모터를 구비한다. 일부 실시예에 있어서는 두 양이 수학적으로 연관된다는 점에서 위치 및 동작 감지 장치를 조합하는 것이 가능할 것이다. 동작 감지 장치의 목적은 수직 아암 지지체에 대한 메인 아암의 동작이 언제 있는지를 검출하는 것이다; 도크 액츄에이터가 작동되고 있지 않은 한, 그러한 동작은 방해물이나 기타 불안전 상황과 조우하였다는 것을 의미한다. 위치 센서는 메인 아암이 그 수직 버니어 동작 범위 안에서 언제 대략 중심을 잡느냐를 바람직하게 지시한다. 전체적인 제어 방법은 이하 사항을 포함한다:

- 메인 아암이 주 수직 동작 스크류가 구동 가능하기 이전에 수직 버니어 동작 범위 안에서 바람직하게 대략 중심을 잡는다. 이는 방해물 혹은 불안전 상황이 발생할 때 그것이 감지되는 것을 보증한다.

- 동작 센서는 그러한 관련 동작을 감지하고, 전체 시스템이 동작을 중지하거나 기타 안전 조치를 취하도록 하는데 활용되는 경고 신호를 제공하도록 사용된다. 그러한 상황이 발생하는 경우의 행동은 수직 액츄에이터 및 기타 다른 액스(axe)로부터 동력을 제거하는 것인데, 이것은 마찬가지로 저 동력 동작(under powered motion)일 수 있다.

- 수직 버니어 축 구동 모터는 주 수직 동작이 본격화되기 이전에 메인 아암을 수직 아암 지지체에 대하여 중심을 잡는데 사용된다. 클러치는 구동 모터가 버니어 축을 구동하는 것이 요구될 때에만 접속된다. 즉 모터는 통상 비접속되며, 도크 혹은 방해물 감지에 전혀 관여하지 않는다. 모터는 토크 제한형이므로, 중심 잡기 동작 중 방해물과 조우하는 경우라도 손상이 회피된다. 이 조건을 감지하기 위해서 타이머가 일체화 될 수 있다.

토크 제한형 모터는 볼 스크류 메카니즘의 양쪽 어디에도 위치할 수 있다; 그러나, 기어 및 토크 제한 장치들은 볼 스크류 메카니즘의 기계적 이득을 고려하여야 한다.

모든 6개의 축에 대하여 자유 동작을 동시적으로 제공하기 위해서는, 위에 설명한 개선점들이 적절한 기술과 더불어 바람직하게 사용되는데, 이들 기술은 이하에서 특허되거나 개시되었다:

- 미국 특허 제5030869호, 제5450766호, 제5608334호에 개시된 테스트 헤드 케이블 피봇 및 관련 장치

- 미국 특허 출원 번호 PCT/US00/00704호에 개시된 케이블 지지 아암 레버를 사용하는 미국 특허 제4893074호에 개시된 텔레스코프식 케이블 지지 아암

- 인-아웃, 측방향 및 그 동작의 중심이 컬럼 및 테스터 캐비넷 사이의 지점, 바람직하게는 미국 특허 출원 번호 PCT/US00/00704호에 더 개시된 것과 같이 케이블이 테스터 캐비넷을 빠져 나오는 지점 부근에 위치하는 스윙 동작을 제공하는 컬럼용 베이스

도 1은 본 발명의 조작기(11)의 사시도이다. 선행 특허 및 간행물은 조작기(11)의 일부 구성을 개시하여 왔으며, 이들은 발명의 상세한 설명에서 참조된다. 도 1을 참조하면, 조작기(11)는 스윙 동작, 인-아웃 동작 및 측방향(side-to-side) 동작을 제공하는 베이스(15)를 포함한다. 이 베이스는 미국 특허 출원 번호 PCT/US00/00704호에 더욱 상세히 기술되어 있다. 베이스의 3개 액스(axe)는 사용 상태에 따라 전원 공급되거나(powered) 공급되지 않을 수 있다. 베이스상에 장착된 것은 조작기 컬럼(17)이다. 컬럼(17)은 높이 고정식 혹은 텔레스코프식(도 1에 도시)일 수 있다.

도 1에 도시된 것처럼, 텔레스코프식 컬럼(17)은 세 개의 텔레스코프 세그먼트로 구성된다: 하부 세그먼트(21), 중간 세그먼트(22) 및 상부 세그먼트(23). 이 경우 상부 세그먼트(23)는 또한 수직 아암 지지체이며, 메인아암(25)이 미끄럼 하도록 그곳에 부착되어 있다. 메인아암(25)은 수평 아암 어셈블리(27)를 지지하며, 이는 다시 크레이들(cradle) 피봇 어셈블리(29), 케이블 피봇 어셈블리(31) 및 테스트 헤드 요크(33)를 지지한다. 크레이들 피봇 어셈블리(29)의 크레이들을 대체하여 다양하고 광범위한 부착 기구가 사용될 수 있음을 주목해야 한다. 테스트 헤드(도시되지 않음)는 테스트 헤드 요크(33)에 부착되어 있으며, 보통 부하로서 테스트 헤드 요크(33)에 의하여 지지된다. 메인 아암(25) 및 수직 아암 지지체(23)사이의 상대적인 수직 버니어 동작은 약 ±1인치(25mm)의 범위를 가지며, 볼 스크류 및 카운터 웨이트(도 1에는 도시되지 않음)를 포함하는 메카니즘에 의하여 실행된다.

도 2 및 도 3은 조작기, 테스트 헤드 및 그들의 동작을 설명하기 위한 좌표계와 도면 부호를 설명한다. 미국 특허 제5030869호, 5450766호 및 5608334호에 개시된 것과 같이, 크레이들 피봇 어셈블리(29), 케이블 피봇 어셈블리(31) 및 테스트 헤드 요크(33)는 테스트 헤드가 피치(pitch) 및 로울(roll)에 있어 동시 자유 동작을 제공하도록 테스트 헤드를 지지한다. inTEST사 매뉴얼 및 선행 특허에 개시된 바와 같이, 피치 및 로울 동작은 도크를 위한 적은 노력을 요하면서 밸런스 된다. 특별한 사용 조건에 따라서는 스윙, 인-아웃 및 측방향과 같은 추가적인 자유도가 수평 아암(27)구조에 제공될 수 있다. 수평 아암내에서의 이들 추가적인 자유도는 단독 혹은 조합되어 생길 수 있으며, 더욱, 조작기내 다른 곳에서 제공된 동작들에 대하여 넘치는(불필요하게 추가되는)것일 수 있다. 실시예들은 이하의 것을 포함하는데, 반드시 이에 국한되지 않는다.

- 수평 아암 어셈블리(27)는 메인 아암(25) 및 크레이들 피봇 어셈블리(29) 모두에 대하여 견고히 부착되는 단일한 상부 아암으로 구성될 수 있다. 이 형상은 추가의 자유도를 제공하지 않는다.

- 수평 아암 어셈블리(27)는, 크레이들 피봇 어셈블리(29)에 대하여 견고히부착되고 수평면내에서의 스윙 동작이 가능하도록 메인 아암(25)에는 힌지 결합된 태양으로 부착되는 단일한 상부 아암으로 구성될 수 있다.

- 수평 아암 어셈블리(27)는, 수평면내에서의 동시 인-아웃, 측방향 및 스윙 동작을 허용하도록 메인 아암(25)에 힌지 결합된 상부 아암, 상부 아암에 힌지 결합된 전방 아암 및 크레이들 피봇 결합부(29)로의 힌지 결합부로 구성될 수 있다.

- 수평 아암 어셈블리(27)는 사변형 내에 배열된 등길이의 두 상부 아암 및 역시 등길이의 전방 아암으로 구성될 수 있다. 두 상부 아암은 메인 아암(25)에 힌지 결합되며, 각 전방 아암은 각각의 상부 아암에 힌지 결합되어 있고, 두 전방 아암은 크레이들 피봇 어셈블리(29)에 힌지 결합되어 있다. 이 구조는 측방향 동작이 일어나지 않도록 하면서 수평면내에서의 동시 인-아웃 및 스윙 동작을 가능하게 한다.

이 분야의 당업자라면 수평 아암 어셈블리(27)를 구축하는 가능한 많은 방법이 있음을 인식할 것이다.

도 4에는 메인 아암(45)에 부착되며, 크레이들 피봇 어셈블리(49)에 견고히 부착되고, 힌지 결합된 태양으로 부착된 단일 상부 아암(43)을 사용하는 구조가 도시되어 있다. 이는 위 항목에서 두 번째 가능성과 전체적으로 대응한다. 특히, 메인아암(45)은 크레이들 피봇 어셈블리(49)에 직접 연결된 상부 아암(43)과 맞닿아 이 연결로 인하여 상부 아암(43)이 메인 아암(45)에 대하여 관절 운동을 하게 함으로써 제한된 ±(약)5도의 제2 혹은 버니어 스윙 동작을 제공한다. 이는 동작의 5도(degree)범위가 수평면내에 있음을 의미한다. 미국 특허 제5608334호, 5450766호 및 5030866호와 "The inTEST Handbook"에 기술되어 있듯이, 상부 아암(43)은 (전형적으로) 크레이들 피봇 어셈블리(49)와 맞닿아 ±약 5도의 밸런스된 피치 동작을 제공한다. 크레이들 피봇 어셈블리(49)는 크레이들 피봇 축을 통하여 연속하여 크레이들 측부에 연결된 내부 크레이들 백(back)에 연결된 외부 크레이들 백으로 이루어진다. 크레이들 피봇 어셈블리(49)의 크레이들을 대체하여 기타 다른 광범위한 부착 기구가 사용될 수 있음을 주목해야 한다. 테스트 헤드 요크를 통하여 테스트 헤드에 고정 부착된 테스트 헤드 어댑터 링에 회전되도록 맞닿는, 크레이들 측부에 부착된 케이블 피봇 하우징으로 이루어지는 케이블 피봇 어셈블리는 대부분의 경우에 있어 약 ±95도의 로울 동작을 제공한다. 전형적으로 ±95도를 넘는 완전 로울 동작(전체는 190도)이 간혹 제공되는 상황이 있다. 미국 특허 제4893074호 및 미국 특허 출원 번호 PCT/US00/00704호에 개시된 것과 같이, 전형적으로 그리고 바람직하게 텔레스코프식 케이블 지지 아암(도시되지 않음)이 텔레스코프식 케이블 지지 아암 레벨링 메카니즘(도시되지 않음)을 이용하여 밸런스된 로울 동작을 제공하도록 활용된다. 텔레스코프식 케이블 지지 아암과 상기 레벨링 기구는 케이블 피봇(49)과 조합하여, 테스트 헤드가 그 동작 범위를 움직여 나갈 때 케이블에 의하여 가해지는 테스트 헤드 상의 힘의 변동을 효과적으로 최소화한다. 혹은, 가령 ±5도의 로울 동작 및 ±95도(필요하면 그 이상)의 피치 동작을 제공하는 텀블 모드 테스트 헤드 지지 메카니즘이 활용될 수 있다. 선택적으로, 로울(혹은 텀블 모드의 경우에는 피치) 액스(axe)가 전원화되어(powered) 앞서 개시된 바와 같이 클러치 될 수 있다. 메인 아암에 의하여 지지되는 다른 액스들 또한 원한다면 전원이들어갈 수 있다.

도 5a 내지 도 5c는 테스트 헤드 포지셔너(11)의 사시도이며, 도 2의 모든 조작기의 액스들의 상호 작용을 설명한다. 포지셔너는 모든 6차 자유도 동작을 허용한다. 도 5a는 상부 플랫포옴(61)이 30E만큼 시계 방향으로 회전되고 컬럼(17)이 완전히 밀려진 베이스(15)를 도시한다. 도 5b는 상부 플랫포옴(61)이 중간 스트로크에서 컬럼(17)과 앞쪽으로 일직선으로 정렬된 베이스(15)를 도시한다. 도5C는 컬럼(17)이 완전히 앞으로 위치한 상태에서 상부 플랫포옴(61)이 10E만큼 반시계 방향으로 회전된 베이스(15)를 도시한다. 도크 작업 중 일반적으로 요구되는 것과 같이, 모든 액스는 개별 제어되거나 혹은 동시에 이동할 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 텔레스코프식 컬럼(17)이 베이스(15)상에 장착되며, 세 개의 수직 세그먼트(21,22,23)로 구성되는데, 이들 세그먼트(21,22,23)는 거의 등길이이다. 각 수직 세그먼트(21,22,23)의 길이는 약 4피트(120cm)이다. 이는 컬럼이 완전히 수축되었을 때 베이스(15)상부 위로 약 4피트의 높이를, 컬럼이 완전히 신장되었을 때 베이스(15)상부 위로 약 8피트(240cm)의 높이를 제공한다. 수직 구조물은 반드시 세 개의 세그먼트(21,22,23)에 한정되지 않는다; 기술 수요와 활용면에 따라 그 보다 더 적거나 많은 세그먼트가 활용될 수 있다. 본 실시예에서 3개의 세그먼트(21,22,23)는, 최상부 섹숀(23)이 추가의 보강을 위하여 추가의 수직핀을 구비한 상태에서, 강도를 위하여 H형의 단면을 가진다. 다른 단면 또한 사용될 수 있다: 가령, 위에 언급한 슬로컴(Slocum)등에게 부여된 미국 특허 제 5931048호에서 활용된 보금자리형의 단면이 사용될 수 있다. 세 개의 세그먼트는다음과 같다:

- 주(혹은 제1 혹은 기본)세그먼트(21) - 베이스에 고정된다.

- 제2(혹은 중간) 세그먼트(22) - 주 세그먼트에 부착된 선형 가이드 레일에 의하여, 자신에 부착된 볼 슬라이드와 짝을 이루어 작동하여 맞닿음함으로써 주 세그먼트(21)위를 위 및 아래로 미끄럼 이동한다.

-제3(혹은 상부)세그먼트(23) - 제3 세그먼트에 부착된 볼 슬라이드와 짝을 이룸으로써 맞닿는 제2세그먼트에 부착된 선형 가이드 레일에 의하여, 제2세그먼트(21)를 따라서 이동한다. 이 세그먼트는 또한 수직지지 아암으로써 기능한다.

3개의 수직 세그먼트(21,22,23)는, 각각이 이동하는 세그먼트를 위한 모터-구동되는 선형 액츄에이터가 컬럼의 상부를 승강시킬 수 있도록 배열된다. ACME 스크류와 같은 다른 스크류 타잎이 비용, 유용성, 속도 변수 및 전원 요구 사항에 따라 대체하여 사용될 수 있다. 그러한 제1선형 액츄에이터는 제2 세그먼트를 주 세그먼트에 대하여 이동시킨다. 그러한 제2 선형 액츄에이터는 제3세그먼트를 제2 세그먼트에 대하여 이동시킨다. 제2 및 제3 세그먼트는, 전체 수직 동작 중 제1에 대한 제2 세그먼트의 동작이 50%, 제2에 대한 제3 세그먼트의 동작이 50%가 되는 비율로 이동한다.

표준형의 사기노(Saginaw)선형 액츄에이터가 전형적으로 활용된다. 이 장치는 24인치(61cm)의 최대 연장 길이를 제공한다. 두 액츄에이터는 같이 48인치(122cm)의 전체 수직 경로를 제공하며, 각각의 이동 가능한세그먼트(21,22,23)는 바로 아래에 위치한 세그먼트에 대하여 그 길이의 약 절반을 이동한다는 것이 관찰되었다. 그러므로, 최대 신장 상태에서, 인접하는 세그먼트 간에는 약 50%의 중첩부(overlap)가 남게 되는데, 이는 구조적 강성을 유지하는데 도움이 된다. 각 액츄에이터는 약 0.4인치/초(2cm/초)의 속도를 가지며, 초당 약 0.8인치(2cm/초) 즉 4피트/분의 합성 수직 속도를 제공하게 된다. 두 이동 가능한 세그먼트와 더불어 사용되는 두 표준형 선반외(off-the-shelf) 액츄에이터는 48인치(120cm)의 수직 경로를 제공하는 가장 경제적이고 전반적인 해결 방안이다. 합리적인 비용으로 다른 범위의 액츄에이터가 활용될 수 있으려면, 동일 결과를 얻기 위하여 다른 개수의 이동 가능한 세그먼트가 사용된다는 것을 경제적인 면에서 고려하여야 한다.

다른 많은 현대의 조작기와 대비하여, 이 주 수직 동작은 항상 전원 구동된다(powered); 관련된 카운터 밸런스 메카니즘은 전혀 없다. 선형 액츄에이터들은 그것이 부하를 상승 혹은 하강시키도록 에너지 공급을 받느냐 혹은 액츄에이터로의 전원이 차단되었는지에 관계없이 전 시스템 부하(이전에 정의되었다.)를 완벽히 지지해야 할 기능을 부여받았다. 따라서, 액츄에이터의 나사부 피치 각도는 백 드라이브 현상을 방지하도록 선택된다; 즉, 모터가 작동 불능 혹은 제거되면, 부하가 고정된 수직 위치에서 유지되며 떨어지지 않도록 되어야 한다. 기계적인 브레이크나 로크는 전혀 불필요하다. 그러므로 액츄에이터는 비순응성 구동기구로 간주된다. 메카니즘의 최대 정부하(static load)비율은 3보다 큰 안전 상수를 가지도록 선택되므로 구조적 강성이 어떤 상황에서도 유지된다.

도 6은 절단 사시도이며, 메인 아암(25) 및 버니어 수직 동작의 이용의 상세를 보인다. 도시된 것과 같이, 메인 아암(25)은, 수직 아암 지지체에 부착되며 연속하여 메인아암(25)에 부착된 볼 슬라이드기구(83)와 짝을 이루어 맞닿는 선형 가이드 레일(81)을 이용하여 제3 세그먼트 즉 수직 아암 지지체에 미끄럼 가능하게 부착된다. 탄성범퍼(85)가 메인 아암(25)의 상단 및 하단에 부착된다. 이들 범퍼(85)는 도크와 언도크를 위한 메인 아암(25)의 수직 아암 지지체에 대한 수직 동작이 약 ±1 인치(2.5cm)로 제한되도록 하는 태양으로 수직 아암 지지체의 구조 요소와 접촉한다. 이는 위에 기술된 선형 액츄에이터에 의하여 제공되는 주 수직 동작과 완전히 독립적인 수직 버니어 동작을 제공한다.

메인-아암 버니어 수직 동작은 제3 세그먼트 혹은 수직 아암 지지체(23)에 대하여 상대적이다. 이는 완전히 밸런스 되어 부드러운 도크 및 언도크 동작을 가능하게 하고, 테스트중의 동작 및 진동을 흡수할 수 있다. 밸런스는 1보다 큰 기계적 이득(MA)을 가지는 수직 카운터 웨이트 메카니즘(91)을 사용하여 달성된다. 전형적으로, 기계적 이득은 10이다. 본 실시예는 저-마찰, 양방향으로의 자유 동작을 허용하도록 20mm * 20mm(혹은 유사한)의 나사부 피치 각을 가지는 저 마찰형 볼 스크류 메카니즘을 사용하여 이를 달성한다. 이는 메인 아암이 부적절한 힘이 없이 용이하게 역구동 될 수 있게 한다. 볼 스크류는 기계적 이득을 유지한 채 선형 동작을 제공하는 효율적인 장치인 것으로 알려져 있다. 볼 스크류의 상단(95)은, 볼 스크류가 그 내부에서 자유로이 회전하는 적절한 크기의 접촉 볼 스크류 지지체 베어링 어셈블리로 구성되는 지지 유닛을 이용하여 수직 아암 지지체(23)의 상단(96)에 장착된다. 볼 스크류 축은 베어링을 통하여 위로 연장되며, 그리고 케이블 드럼(97)이 볼 스크류에 동축을 이루어 견고히 부착되어 볼 스크류 및 드럼은 함께 회전한다. 케이블 드럼의 상부는 수직 아암 지지체의 상부 위에 있다. 볼 스크류는 메인 아암을 구동하여 메인 아암 동작을 실행하게 사용되지만, 볼 스크류는, 카운터 웨이트가 볼 스크류를 구동하고 메인 아암이 볼 스크류를 역구동한다는 의미에서는 피구동 메카니즘임이 주목되어야 한다.

케이블(98)의 한 단부는 케이블 드럼(97)에 고정된다. 케이블(98)은 드럼(97)주위로 권취되며, 수직 아암 지지체의 상부를 지나 연장되고, 조작기의 뒤쪽을 향하고 있다. 다음, 케이블은 수직 아암 지지체의 상부에 장착된 브라켓에 부착된 시브(99)상을 통과한다. 다음, 케이블(98)은 시브(99)에서 아래쪽으로 연장되어 적절한 수의 카운터 웨이트를 포함하는 웨이트 홀더(100)에 연결되어 이를 지지한다. 케이블 드럼(97)에 구비된 헬리컬 형의 홈안으로는 케이블이 활주하는데 이 홈은 케이블이 중복으로 겹쳐져 시스템이 잼되는(jammed)현상을 방지한다.

볼 스크류에 대응하는 짝 나사부를 가진 볼 스크류 너트(111)가 머신 스크류를 구비하여 메인 아암(25)의 상단에 부착된다. 볼 스크류(95)는 이 너트(111)를 통하여 나사 결합한다. 볼 스크류(95)는 메인 아암 및 그 전체 부하를 지지한다. 메인 아암(25)이 수직 아암 지지체에 대하여 수직으로 이동함에 따라, 너트(111)를 통한 볼 스크류(95)의 동작은 볼 스크류(95)가 그 축 주위로 회전하게 한다. 볼 스크류(95)가 회전함에 따라 케이블 드럼(97)이 선회하며, 카운터 웨이트(웨이트 홀더(100)상의) 가 상승 혹은 하강하게 된다. 볼 스크류를 수직 아암 지지체(23)에부착시키는 베어링 어셈블리는 메인 아암(25)에 의하여 가해지는 전체 축방향 부하를 견딤과 동시에 볼 스크류의 저마찰 회전을 허용해야 함을 알 수 있다.

상용의 볼 스크류 지지체 베어링이 이 기능을 위하여 채택된다.

앞서 언급한 대로, 1보다 큰 기계적 이득이 전형적으로 제공된다. 마찰을 무시하면, 기게적 이득은 다음 공식으로 정의된다:

MA = ∏ * D * P

D는 드럼의 유효 반경, P는 단위 길이당 볼 스크류 피치의 회전수이다(두 양에 쓰인 길이 단위는 동일해야만 한다.).

카운터 웨이트는 테스트 헤드(도시되지 않음), 메인 아암(25) 및 조작기의 연결 구조, 그리고 텔레스코프식 케이블 지지체 및 케이블 중 테스트 헤드가 차지하는 부분의 합계 중량의 1/MA(MA=10이면, 10%)의 무게이다. 카운터 웨이트는 제3 세그먼트에 대한 메인 아암 동작 거리의 MA배를 이동한다(즉, MA=10이면, 각 유닛에 대하여 약 ±10 유닛). 시스템 내에는 거의 마찰이 없으므로, 메인 아암(25)은 미국 특허 제4527942호의 처음 실시예에 개시된 것처럼 간단한 케이블과 풀리 배열로 직접 카운트 밸런스 된 것처럼 거동한다.

도 7a, 도 7b 및 도 7c는 메인 아암(25)이 각각 최상부 위치, 중간 위치 및 최하단 위치에 있을 때의 조작기 컬럼의 상부의 단면도이다. 이들은 메인 아암(25), 볼 스크류(95) 및 카운터 웨이트(웨이트 홀더(100))의 상대적 동작을 설명하여 준다.

도 8 및 도 9는 본 발명의 한 태양에 따라 구성된 포지셔닝 시스템의 비텔레스코프식 실시예를 묘사하는 도면이다. 이전에 설명된 배열이 역시 고정 높이의 컬럼이 사용되는 포지셔닝 시스템에 적용될 수 있다. 고정 높이 컬럼을 가지는 선행 조작기에 있어서는, 메인 아암이 레일 또는 컬럼에 의하여 지지되는 축을 따라 미끄럼 이동한다; 전형적으로 메인 아암 및 그 부하는 완전하게 카운트 웨이트 되며, 테스트 헤드를 수직 동작의 전 범위에 걸쳐 이동시키는데는 거의 힘을 요하지 않는다. 카운터 웨이트의 총 중량은 시스템 부하(즉, 메인 아암 및 메인 아암에 의하여 지지되는 테스트 헤드를 포함한 모든 것)와 거의 동일하다. 본원 발명은 카운터 웨이트의 총 중량이 시스템 부하를 기계적 이득(MA)으로 나눈 값과 거의 같게 되도록 적용될 수 있다.

도 8 및 도 9에서, 고정 높이 컬럼 조작기(141)가 베이스가 없이 도시되어 있다. 조작기는 고정 베이스 혹은 선택된 액스 쪽으로 수평 동작을 제공하는 베이스상에 장착될 수 있는 컬럼(143)을 가지는데, 두 접근법 모두 선행 특허 및 문헌에 설명 및 개시되었다. 추가적으로, 고정 컬럼(143)은 바닥 및 전정 사이에 부착되고 이들 사이에 연장되는 정태형 컬럼일 수 있다.

수직 아암 지지체(145)는 바람직하게는, 수직 아암 지지체(145)에 부착된 볼 슬라이드기구(도시되지 않음)와 맞닿는 컬럼(143)에 고정된 선형 가이드 레일(147)을 이용하여 컬럼(143)에 미끄럼 이동 가능하게 결합된다. 선형 액츄에이터는 수직 아암을 컬럼을 따라 수직으로 구동하는데 사용된다.

조작기(141)의 메인 아암(155)은 텔레스코프식 컬럼 조작기(11)와 유사한 태양으로 수직 아암 지지체(145)에 미끄럼 이동 가능하게 결합되어 있다. 유사한 볼스크류 메카니즘(161)이 비슷한 태양으로 활용되어 밸런스된 버니어 수직 동작을 제공하고 필요한 카운터 웨이트 량을 감소시키고 있다. 이 실시예에서, 카운터 웨이트를 지지하는 케이블(165)은 다소 달리 다루어진다. 특히, 케이블(165)은 먼저 케이블 드럼(167)에서 유도되어 수직 아암 지지체(145)의 상단에 고정된 시브(169)밑을 통과한다. 다음 케이블(165)은 컬럼(143)의 앞쪽을 향하며 컬럼(143)의 상부에 고정된 시브(171)상을 통과한다. 다음, 케이블(165)은 컬럼(143)의 뒤쪽으로 하향 유도되는데, 카운터 웨이트를 지지하는 캐리지(173)에 부착된다.

수직 아암 지지체(145)가 조작기 컬럼(143)전방에서 위 및 아래로 구동될 때, 카운터 웨이트가 컬럼의 뒤를 따라 하강 및 상승하리라는 것은 명백하다. 카운터 웨이트의 전체 경로는 수직 아암 지지체(145)의 주행 경로에, 메인 아암의 수직 아암 지지체에 대한 경로를 기계적 이득(MA과 곱한 값을 플러스 혹은 마이너스(±)한 것과 공칭적으로 동일하다. 카운터 웨이트, 시브(169,171)의 반경 및 위치, 그리고 선형 액츄에이터내의 유용 가능한 물리적 연장부가 요구하는 공간들은 주어진 고정 높이하의 조작기에 있어 활용 가능한 전체 수직 동작에 제한을 가한다.

도 10 내지 도 13은 본 발명에 따라 구성된 텔레스코프식 포지셔너(11)의 각 다른 도면이다. 이들 도면은 메인 아암(25), 볼 스크류(95) 및 카운터 웨이트(캐리어(100))의 상대 동작을 설명한다. 도 10a 및 도 10b는 텔레스코프식 컬럼 어셈블리(11)의 전방 사시도이다. 도 11a 및 도 11b는 텔레스코프식 컬럼 어셈블리(11)의 후방 사시도이다. 도 12는 텔레스,코프식 컬럼 어셈블리(11)의 평면도이며, 도 13은 텔레스코프식 컬럼 어셈블리(11)의 상부 사시도이다.

텔레스코프식 컬럼 및 고정 높이 컬럼 실시예 모두에 사용될 수 있는 안전 특성 및 시스템 제어 특성이 사용될 수 있다. 수직 버니어 액스가 미국 특허 출원 번호 PCT/US00/00704호에 개시된 것과 유사한 태양으로 전원 구동된다. 직류 모터가 적절한 기어 박스, 클러치 및 구동 메카니즘과 조합되어 텔레스코프식 컬럼 조작기인 경우에는 볼 스크류 케이블 시브에 동력을 공급하며, 고정 높이식 조작기인 경우에는 볼 스크류 케이블 시브 혹은 컬럼 케이블 시브로 동력을 공급한다. 클러치는 모터를 사용하여 수직 버니어 액스를 구동하는 것이 요구될 때에만 접속되며, 이 액스는 다른 모든 경우에는 어느 외력을 가하여도 수직 아암 지지체에 대하여 자유로이 이동할 수 있다.

직류 모터에 가해지는 전류는 전형적으로 고정치로 제한되어, 마찰을 약간 극복하고 동작을 허용하기에 충분한 레벨로 모터 토크를 제한한다. 방해물이나 중요한 외력과 조우하면, 모터는 안전하게 정지하게 된다.

외력에는 두 종류가 있다:

1) 도크와 언도크 과정 중, 버니어 수직 액스는 도크 액츄에이터에 의해 가해지는 힘에 대하여 자유로이 이동되어야 한다. 도크되는 도중, 버니어 수직 액스는 핸들러, 프루버 혹은 다른 테스트 스테이션 장치(TSA)로 인한 진동을 흡수하도록 자유로이 이동되어야 한다.

2) 도크되지 않을 때, 혹은 현재 도크되거나 언도크되는 과정중인 경우, 아무 구동력도 받지 않은 수직 버니어 동작은 외력이 가해졌거나 및/또는 테스트 헤드를 수직 방향으로 위치시키는 도중 방해물과 조우하였다는 것을 나타내는 신호이다. 일반적으로, 이들은 불안전 혹은 위험한 조건으로 취급된다.

따라서, 메인 아암 및 수직 아암 지지체 사이의 상대 동작을 감지하기 위한 수단이 제공된다. 이 센서의 출력은 제어 및 안전 양자에 있어 유용한 신호를 제공한다. 추가적으로, 메인 아암의 수직 아암 지지체에 대한 상대 위치를 감지하기 위한 센서들이 채용된다. 조작기와 함께 사용될 전반적인 제어 시스템의 복잡도에 따라 다양한 유형의 센서가 사용될 수 있다. 가령, 정확한 위치 정보를 제공하는 절대 엔코더가 높은 자동화를 구비한 시스템에서 활용될 수 있다. 그러한 엔코더의 출력은 데이터 처리장치 내에서 용이하게 분석되어 동작 감지 여부를 제공하게 된다. 보다 간소한 시스템에서는 하나 이상의 리미트 스위치가 어떤 상대 위치를 검출하는데 사용될 수 있으며, 간단한 포토일렉트릭 혹은 기타 장치가 상대 동작을 감지하도록 활용될 수 있다.

본원 발명에 포함되는 안전 특성을 설명하기 위하여 가장 기본적인 시스템이 이제 설명될 것이다. 이 분야의 당업자라면, 이들 특성을 보다 복잡한 시스템에 용이하게 적용할 수 있을 것이다. 이 기본적인 시스템에서는 리미트 스위치와 리미트 스위치 액츄에이터가 공지의 방법으로 활용되어 다음과 같은 이진값 신호를 제공하게 된다:

- 메인 아암 상승(Main Arm Up;MAU): 상대 경로 영역의 윗쪽 중간부에 메인 아암이 위치하면 "true"이다. 즉, 경로의 대략 중심에서 경로의 상부 한계를 통하는 것이라면 "true"이다.

- 메인 아암 중심 잡기(Main Arm Centered;MAC): 메인 아암이 상대 경로 영역의 중앙부에 있으면 "true"이다. 전형적으로, 위에 기술한 이유 때문에 메인 아암이 정확한 중심에서 ± 약 1/8 - 1/4인치의 범위에 있으면 "true"이다.

- 메인 아암 하강(Main Arm Down;MAD): 상대 경로 영역의 아래쪽 중간부에 메인 아암이 위치하면 "true"이다.

추가로, 상대 동작이 발생할 때마다 신호를 제공하는 동작 센서가 존재한다. 본 시스템에서는 회전당 1024파트의 해상도를 가지는 점증형 샤프트 엔코더(Hohner사의 series01 엔코더와 같은)가 케이블 시브에 결합된다. 시브가 6인치의 반경을 가지고 볼 스크류 메카니즘이 10의 기계적 이득을 제공한다면, 점증형 엔코더는 약 0.018인치의 상대 동작 변화를 감지하게 된다. 엔코더 출력은 용이하게 전자 회로에 연결되어 그러한 점증 동작이 감지될 때마다 펄스를 제공하게 된다. 더 복잡한 해상도를 달성하기 위해서는 디지털 카운터 회로가 펄스의 트레인(train)을 분할할 수 있다.

기본 시스템에는 두 가지의 동작 태양이 있다: "노말"모드와 "유지보수"모드. 키가 스위치 내에 삽입되어 있지 않을 때는 시스템이 노말 모드에 있도록 키 작동 스위치가 제공 및 배열된다. 키를 소유하는 숙련된 작업자라면, 필요한 경우에는 키를 삽입하여 시스템이 유지보수 모드가 되도록 전환할 수 있다. 이 분야의 숙련된 자라면 오직 자격 있고 숙련된 자만이 시스템을 유지 보수 모드로 설정할 수 있게 보증할 수 있는 다른 방법이 있다는 것을 인지할 것이다.

노말 모드에서는 기술될 안전 특성이, 상대적으로 숙련성과 경험이 낮은 작업자가 시스템의 작동을 할 수 있도록 기동화 된다. 유지보수 모드에서는, 숙련된,자격 있는 작업자가 시스템을 방해물, 충돌, 혹은 기타 불안전 상황의 영향으로부터 벗어나게 하고, 밸런스 된 동작이 항상 유용하거나 가능하지는 않은 경우 시스템의 보수, 수리 및 셋-업 동작을 가능하게 한다.

주 수직 동작을 제어하는 3위치 모멘트형 온-오프-온 스위치를 구비한(추가로 본원발명과는 직접 관련 없는 제어수단을 구비할 수 있는) 파지형의 제어 장치가 제공된다. 온 위치들중의 하나는 선형 액츄에이터가 수직 아암 지지체를 위로 이동시키도록 요구하는데 사용된다. 다른 온 위치는 선형 액츄에이터가 수직 아암 지지체를 아래로 이동시키도록 요구하는데 사용된다. 유지보수 모드 혹은 노말 모드에서, 작업자가 제어를 해제하면 수직 동작은 항상 정지하는데, 이로 인하여 그것은 오프 위치로 전환된다.

유지 보수 모드에서는, 수직 아암 지지 액츄에이터는 동작 요구에 응답하여 항상 기동화된다. 동작 안전성을 확실히 하는 것은 숙련된 작업자에게 달려 있다.

노말 모드에서는, 안전 특성이 기동 가능하며, 이에 대하여 다음 단락에서 기술한다.

노말 모드에서 상승 혹은 하강 동작이 개시되기 이전, 메인 아암은 비정상 조건 실행 동작을 감지할 수 있는 위치에 있을 것이 요구된다. 여러 가능한 간단한 제어 실시예가 있다. 여기서는 두 가지가 기술되나, 다른 것들은 이 분야의 숙련자에게 자명하다. 첫째 실시예에서, 만약 MAC가 "true"이어서 상승 혹은 하강 동작이 요구될 때 메인 아암이 상대적인 주행 경로의 중심 영역에 있다는 것을 의미하게 된다면, 동력이 수직 액츄에이터로 적절히 가해지고, 요구되는 동작이 개시된다.작업자가 상승 제어 혹은 하강 제어를 기동할 때 MAC가 "false"라면, 시스템은 자동적으로 메인 아암을 중심 잡으려 하게 된다. 특히, MAU가 "true"라면, 시스템은 버니어 수직 구동 모터 및 클러치를 사용하여 MAU가 "false"로 전환될 때 까지 메인 아암을 아래로 구동시킨다. 이 지점에서 메인 아암은 중심 영역의 가장 중심부에 위치하게 될 것이다. 마찬가지로, 만약 MAD가 "true"라면, 시스템은 MAD가 "false"로 전환할 때 까지 메인 아암을 위로 구동시키는데, 여기서 메인 아암은 중심 영역의 가장 중심부에 위치하게 될 것이다. 그리하여 수직 아암 지지 동작의 개시가 허용된다.

두 번째 실시예에서는, 수직 동작 중 방해물과 조우한다면, 메인 아암이 요구되는 동작과 반대 방향으로 이동하게 된다고 가정하는 것이 합리적이다. 예를 들어, 위로 이동하는 동안 방해물과 조우하게 되면, 수직 아암 지지체에 대한 메인 아암의 상대 동작은 아래로 향하게 될 것이다. 이 실시예에서, 상승 동작이 요구될 때, MAU(MAD) 혹은 MAC가 "true"이면, 상승(하강)동작이 허용된다. 어느 것도 "true"가 아니면, MAD(MAU)가 필연적으로 "true"가 되며, 메인 아암은 MAD(MAU)가 "false"가 될 때까지 수직 아암 지지체에 대하여 구동되는데, 이는 메인 아암이 수직 아암 지지체에 대하여 중심을 잡는다는 것을 의미한다. 위에서 기술한 것과 같이, 조작기는 작업자 제어가 해제될 때마다 수직 동작이 항상 정지하도록 형성될 수 있다.

두 실시예에서, 시스템이 자동적으로 메인 아암을 중심 잡으려 할 때마다, 타이머 작동이 개시된다. 타이머는 메인 아암이 중심 위치에 도달하면 정지한다.만약, 메인 아암이 방해물, 방해 조건 기타 다른 악기능으로 인하여 소정 시간내에 중심을 잡지 못하면, 타이머는 모든 구동 메카니즘으로 통하는 동력을 차단하며 작업자에게 상황을 경고하는 외부 신호를 출력한다. 상황이 종료하면, 구동 메카니즘으로의 동력원은 숙련된 적합한 작업자에 의하여 수동으로 복귀되어야 한다. 숙련된 적합한 작업자가 상황을 해결하기 위하여 유지 보수 모드를 활용하는 것이 필요할 수 있다. 보다 높은 안전을 위하여, 키-조작 스위치 혹은 다른 안전 수단이 액츄에이터로의 동력을 복구하도록 용이하게 채용될 수 있다.

수직 버니어 액스가 밸런스된 조건에 있으므로, 아주 작은 외력 전형적으로 15kg미만의 외력이 메인 아암 및 수직 아암 지지체 사이의 상대 동작을 가져오는데 필요하다. 선형 액츄에이터가 수직 아암 지지체를 위 혹은 아래 방향으로 구동하고 있을 때는, 수직 버니어 액스는 밸런스된 상태를 계속 유지한다; 그리고, 수직 아암 지지체에 대한 메인 아암의 상대 수직 동작은 전혀 일어나서는 안된다. 만약, 방해물 혹은 방해 조건과 만나거나 시스템 부하와 부딪히면, 이와 같이 메인 아암에 가해진 힘은 동작 감지기에 의하여 감지될 상대 동작을 야기하게 된다. 그러한 상황은 잠재적으로 위험한 것이며, 생명을 위협하고, 신체에 해를 주며, 그리고/또는 장비에도 고가의 손해를 끼칠 수 있다. 따라서, 바로 앞서의 경우와 같이, 위험을 방지하고 최소화하기 위하여, 모든 구동 메카니즘으로의 동력원이 즉시 차단되고, 작업자에게 상황을 경고하여야 한다. 상황이 종료하면, 구동 메카니즘으로의 동력원은 숙련된 적합한 작업자에 의하여 수동으로 복귀되어야 한다. 보다 높은 안전을 위하여, 키-조작 스위치 혹은 다른 안전 수단이 액츄에이터로의 동력을 복구하도록 용이하게 채용될 수 있다. 숙련된 적합한 작업자가 상황을 해결하기 위하여 유지 보수 모드를 활용하는 것이 필요할 수 있다.

이것은 기본적인 시스템이므로, 충돌로 이끄는 작업자 에러가 존재할 수 있다. 가령, 예를 들어 테스트 헤드가 웨이퍼 프루버로부터 이제 막 언도크 되고, 테스트 헤드를 프루버로부터 위로 멀리 이동시키는 것이 요구된다고 하자. 부주의한 작업자는 실수로 적절한 상향 제어 대신 하향 제어를 기동시킬 수 있다. 그러면 테스트 헤드는 도크 상태로 들어가고, 충돌이 발생시키는 상대 동작이 감지되며, 구동 모터로부터의 모든 동력이 차단된다. 더 복잡한 시스템의 경우에는 이러한 상황을 방지하기 위하여 센서와 제어수단을 사용할 수 있다는 것을 주목해야 한다. 일반적으로, 모든 잠재하는 위험 상황을 감지하고 막을 수 있는 제어 시스템을 설계하는 것은 어려우며, 어느 시스템 설계의 경우에도 그러한 상황을 고려하여야 한다.

위와 같은 상황에서 복귀하는 과정 혹은 우연히 조우한 방해물을 제거하는 과정은 선형 액츄에이터로의 동력이 차단되도록 하므로, 숙련된 작업자라면 시스템 부하를 방해물로부터 이동시키기 위하여 노말 모드에서 수직 동력 구동을 이용하는 것이 요구된다는 것을 발견할 수 있다. 즉, 메인 아암을 충돌을 가져 온 원래 동작과 반대 방향으로 이동시키는 것이다. 메인 아암이 원래의 중심 위치에서 멀리 벗어나 있고 방해물 때문에 메인 아암이 위에 기술한 것과 같이 자동으로 중심 잡는 것이 어려운 상황에 시스템이 처해 있을 수 있다. 상대 동작의 "중심 영역"은 상당히 큰 것(전반적으로 1/4-1/2 인치)으로 정의되기 때문에, 수리를 하는 작업자는메인 아암의 위치를, 첫 번째 중심 잡기가 정확하지 않아도(메인 아암이 다소 중심에서 벗어나도)동작을 허용하는 조건을 만족하는 지점으로 수동으로 조절할 수 있다. 액츄에이터 동력원이 회복됨에 따라, 선형 액츄에이터를 사용하여 시스템 부하를 방해물에서 멀리 이동시킬 수 있다. 일단 시스템이 방해물로부터 1인치 혹은 2인치 이동되었다면, 작업자가 원한다면 동작을 중지하고, 메인 아암이 중심 영역에서 벗어난 위치가 되도록 수동으로 조절하여 MAC가 "false"가 되도록 한 다음 동작을 재 가동할 수 있다. 이는 노말 작업 과정에 의하여 메인 아암이 자동적으로 중심 잡는 것을 가능하게 한다. 위에 기술된 시나리오에 있어서는, 숙련된 작업자는 유지 보수 모드의 사용을 피하였으며, 안전 메카니즘이 유리하게 기동될 수 있도록 하였다.

시스템의 다른 면은 상대 동작을 감지하기 위한 임계값과 관련된다. 이상적으로는, 선형 액츄에이터가 수직 아암 지지체를 상승 혹은 하강 구동하고 있을 때, 시스템이 밸런스 되었으므로 메인 아암에 관한 상대 동작은 전혀 일어나지 않을 것이다; 그러나, 개시와 종료시 약간의 동작이 실행될 수 있다. 더욱 사용에 따른 시스템의 감가상각으로 어떤 상대 동작 "채터링"이 실행될 수 있다. 이들 인자들은 인용되어야 할 최소 동작량 혹은 동작 소음 레벨을 정한다. 앞서 기술한 것과 같이, 동작 감지기로서 간단한 점증형 엔코더를 사용하면, 동작 감지 임계치의 전자적 조정을 허용하는 태양으로 시스템의 구축이 가능해진다.

또한 다른 조건은 테스트 시스템 케이블의 영향이다. 일반적으로 말하여, 테스트 헤드가 수직으로 이동함에 따라 케이블에 의하여 가해지는 힘은 변한다. 미국특허 출원 번호 PCT/US00/00704호의 선행 개시는 선형 액츄에이터에 의하여 구동되는 레벨링 메카니즘과 조합된 텔레스코프식 케이블 지지 아암의 사용에 대하여 설명하고 있다. 이 구조에서, 일단 수직 위치에 도달하면 케이블은 테스트 헤드에 대하여 평평해질 수 있다(laveled). 또한, 작업자가 반드시 좌표계와 같은 태양에 의하지 않더라도 레벨러와 테스트 헤드 모두를 동시에 이동시키는 것이 가능하다. 본원발명에서는, 잘못된 상대 동작 신호를 방지하거나 그리고/또는 상대 동작 노이즈 레벨에 가해지는 케이블의 힘 변화를 방지 혹은 최소화하기 위해서는, 텔레스코프식 케이블지지 앵글의 상대 각도를 일정하게(바람직하게는 수평으로)유지하는 것이 바람직할 수 있다. 그렇지 않으면 수직 동작은 자주 정지되고, 작동이 개시될 수 있기 이전에 동력이 회복되는 것을 필요로 하게 된다.

하나의 해결책은 텔레스코프식 케이블지지 아암의 케비넷 단부를 수직지지 아암에 결합하여, 텔레스코프식지지 아암의 두 단부 모두가 테스트 헤드와 함께 움직이도록 하는 것이다. 이러한 접근은 수직 지지 아암이 견디어야 할 케이블 지지 장치 중량 및 부가 케이블에 의하여 시스템이 받는 반응 부하를 경감시킨다. 매우 큰 테스트 헤드 및 중량의 케이블을 가지는 시스템에 있어 이는 중요한 결점이 될 수 있다.

다른 해결책은 케이블지지 및 수직 아암 지지를 위하여 속도에 잇어 밀접하게 호응하는 수직 액츄에이터들을 사용하는 것이다. 튠(tune)이 가능한 전자 속도 제어 회로가 요구되는 대로 액츄에이터 모터 속도를 조정하는데 활용될 수 있다. 속도는 부하 및 다른 요소에 의존한다는 점이 주목되어야 한다; 따라서, 센서와 피드백 메카니즘이 스크류 속도를 동적으로 조절하기 위하여 통상의 방법으로 사용될 수 있다.

이상은 기본적인 제어 및 안전 특성을 설명하기 위하여 본원발명과 함께 사용되는 가장 기본적인 제어 시스템의 태양을 설명하였다. 구성의 일부가 더 복잡한 감지수단에 바탕을 둔 복잡한 제어 시스템이 본원발명과 더불어 사용되도록 개발될 수 있다.

또한, 이상의 기술은 본원발명을 가능하게 하는 기계적 이득을 제공하는 볼 스크류 메카니즘의 사용에 토대를 둔 것이었다. 이 분야의 당업자라면 레버, 복합레버, 스텝형 풀리, 기어 및 다른 구동장치를 포함하는 - 반드시 이들 구성에 한정되지는 않는다 - 여타 장치 또한 동일 효과를 달성하기 위하여 채용될 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 본원발명은 볼 스크류의 사용으로 제한되는 것은 아니다.

버니어 동작이 선형 액츄에이터에 의하여 지지되는 것으로 기술되었으나, 버니어 동작이 선형 액츄에이터를 지지하는 것도 가능하다. 이는 물론 선형 액츄에이터가 밸런스되어야 한다는 것을 의미하나, 볼 스크류나 기타 등가물을 이용하여 주 수직 조정을 행하는 능력 및 버니어 동작으로 미세 조정을 행하는 능력은 최종까지 유지되는 것이다.

Claims

부하의 제 1 위치 조절을 실현하는 구동기; 및

부하의 제 2 위치 조절을 실현하는 결합 메카니즘을 포함하되, 상기 결합 메카니즘은 부하와 결합된 부하 베어링부 및 밸런스 힘을 수용하는 입력부를 가지며, 상기 결합 메카니즘은 하나이상의 기계적 이득을 가지며, 그 장점의 결과로서 입력부에 인가된 밸런스 힘이 증가되어 그 결과로 부하에 인가된 보다 큰 힘을 제공하며, 상기 밸런스 힘은 무게가 가해지지 않은 상태에서 부하를 지지하는 것을 특징으로 하는 부하 지지장치.
부하 지지부;

부하를 수용하기 위한, 상기 부하 지지부상의 작동 헤드 부착부;

제 1 위치 조절을 제공할 수 있는 제 1 지지부; 및

상기 부하 지지부를 제 1 지지부에 결합시키는 결합 메카니즘을 포함하되, 상기 결합 메카니즘은 제 1 지지부와, 부하 지지부를 지지하는 방식으로 부하 지지부와 결합된 부하 베어링부와, 밸런스 힘이 인가된 입력부와 직접 연결된 고정부를 가지며, 상기 결합 메카니즘은 부하 베어링부의 베니어(vernier) 조절을 제공하고 하나이상의 기계적 이득을 가지며, 그 장점의 결과로서 입력부에 인가된 힘이 증가되어 그 결과로 된 보다 큰 힘을 부하 베어링부에 제공하는 것을 특징으로 하는 부하 지지장치.
부하 지지부;

부하를 수용하기 위한, 상기 부하 지지부상의 작동 헤드 부착부;

제 1 비순응성 구동기;

상기 비순응성 구동기를 통해 제 1 수직 지지부에 대해 선형 이동하도록 부하 지지부가 슬라이드식으로 부속된, 제 1 수직 지지부;

부하 베어링부와, 밸런스 힘이 인가된 입력부를 갖는 결합 메카니즘을 포함하되, 상기 결합 메카니즘이 하나이상의 기계적 이득을 가지며, 그 장점의 결과로서 입력부에 인가된 힘이 증가하고 그 결과로 된 보다 큰 힘을 부하 베어링부에 제공하여, 부하 지지부를 수직 지지부에 결합시키는 것을 특징을 하는 부하 지지장치.
부하 지지부;

동작 헤드를 수용하기 위한, 부하 지지부상의 작동 헤드 부착부;

비순응성 구동기;

상기 비순응성 구동기를 통해 제 1 수직 지지부에 대해 선형 이동하도록 부하 지지부가 슬라이드식으로 부속된, 조절식 제 1 수직 지지부; 및

부하 베어링부와, 밸런스 힘이 인가된 입력부를 갖는 결합 메카니즘을 포함하되, 상기 결합 메카니즘이 하나이상의 기계적 이득을 가지며, 그 장점의 결과로서 입력부에 인가된 힘이 증가하고 그 결과로 된 보다 큰 힘을 부하 베어링부에 제공하여, 부하 지지부를 수직 지지부에 결합시키는 것을 특징을 하는 동작 헤드부를 지지하는 시험장치.
코스의 수직 조절을 달성하기 위해 기계 구동 조작기를 갖는 제 1 수직 지지부;

상기 제 1 수직 지지부에 슬라이드식으로 부속된 부하 지지부;

상기 부하 지지부를 제 1 수직 지지부에 결합시키기 위해, 부하 하나이상의 기계적 이득을 갖는 결합 메카니즘을 포함하되, 상기 결합 메카니즘은 제 1 수직 지지부와, 부하 지지부와 결합된 부하 베어링부와, 밸런스 힘이 인가된 입력부와 직접 연결된 고정부를 가지고, 힘이 입력부에 인가될 때 상응하는 힘이 부하 지지부에 인가되며; 및

부하 지지부에 의해 지지된 테스트 헤드 부속기를 포함하여, 상기 부하 지지부가 테스트 헤드부의 위치 조절을 허용하고, 상기 위치 조절이 상기 결합 메카니즘을 통해 실현된 테스트 헤드부의 베니어 조작기를 포함하는 것을 특징으로 하는 시험 상태에서 유닛을 시험하는 장치.
제 1항, 제 4항 또는 제 5항에 있어서,

상기 제 1 위치 조절을 실현하기 위한 구동기가 비순응성 구동기인 것을 특징으로 하는 장치.
제 2항에 있어서,

상기 비순응성 구동기가 상기 제 1 위치 조절을 제공하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 결합 메카니즘이 고-피치(pitch), 저-마찰, 역-구동형 볼 나사를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 8항에 있어서,

상기 밸런스 힘이 상기 볼 나사를 통해 부하 베어링부와 결합된 카운터밸런스들에 의해 실현되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 사전결정된 제한내에서의 이동을 위해 부하 베어링부와 연결되는데 사용된 케이블;

상기 카운터밸런스들에 의해 실현되는 밸런스 힘을 추가로 포함하되, 상기 결합 메카니즘의 기계적 이득 및 카운터밸런스들의 중량은 부하 베어링부상의 부하 및 부하 베어링부가 수직 베니어 운동에서 무중력적으로 이동하도록 허용하며, 상기 케이블은 부하 중력의 중앙인 대체로 동일한 높이에서의 수평면내에 기본적으로 위치되며, 케이블 위치의 변화로 인한 힘은 사전결정된 제한 범위의 수직 주파이상에서 무시되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 밸런스 힘이 카운터밸런스들에 의해 실현되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 4항에 있어서,

상기 결합 메카니즘의 기계적 이득 및 카운터밸런스들의 중량은 부하가 수직 베니어 운동에서 무중력적으로 이동하도록 허용하는 것을 특징으로 장치.
제 3항, 제 4항 또는 제 5항에 있어서,

상기 제 1 수직 지지부에 대해 결합 메카니즘의 수직 운동을 구동하는데 사용된 적어도 하나의 선형 액츄에이터를 구비한 구동기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 13항에 있어서,

전체 부하 상태에서 역 구동을 방해하는데 충분한 기계적 이득 및 내부 마찰을 갖는 모터-구동기를 구비한 선형 액츄에이터를 포함하며, 상기 액츄에이터는 시스템의 범위내에서의 모든 높이에서 전체 시스템 부하를 지지할 수 있는 것을 특징을 하는 장치.
제 13항에 있어서,

전체 부하 상태에서 역 구동을 방해하는데 충분한 기계적 이득 및 내부 마찰을 갖는 모터-구동기를 구비한 선형 액츄에이터를 포함하며, 상기 액츄에이터는 시스템의 범위내에서의 모든 높이에서 전체 시스템 부하를 지지할 수 있고; 및

상기 부하가 접지에 떨어질 수 없는 방식으로 또는 결합 메카니즘이 불균형되거나 또는 실패하지 않는 경우 사전결정된 제한의 대략 거리보다 먼 거리를 통해서 부하를 지지하기에 적절한 구조의 지지부를 제공하는 선형 액츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 2항, 제 3항, 제 4항 또는 제 5항에 있어서,

상기 부하 지지부 이동의 제 1 범위를 허용하는 제 1 지지부; 및

수직 방향으로 사전결정된 제한에 의해 규정된 수직 이동을 추가로 허용하는 결합 메카니즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 부하의 추가 이동을 실현하기 위한 케이블 피벗을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 부하의 수평 이동을 실현하기 위한 베이스를 추가로 포함하는 것을 특징을 h하는 장치.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 결합 메카니즘이 계단형 케이블 드럼을 포함하는 것을 특징을 하는 장치.
제 1항에 있어서,

상기 제 1 수직 지지부가 상기 구동기상에서 결합 메카니즘을 전달하며; 망원 컬럼을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 부하 제어링부는 고정-높이의 컬럼에 부속된 적어도 하나의 샤프트 또는 레일을 따라 슬라이드하는 구조인 것을 특징으로 하는 장치.
제 1항에 있어서,

상기 부하의 제 1 위치 조절을 실현하는 구동기가 적어도 하나의 선형 액츄에이터를 포함하고;

상기 선형 액츄에이터가 수직 암 지지부 및 시스템 부하의 수직 운동을 구동하되, 상기 시스템 부하가 결합 메카니즘 및 부하를 포함하는 것을 특징으로 하는장치.
제 22항에 있어서,

상기 선형 액츄에이터는 전체 부하 상태에서 역 구동을 방해하는데 충분한 스래드 피치 및 내부 마찰을 갖는 모터-구동 나사기를 포함하며, 상기 액츄에이터는 제 1 위치 조절을 실현하기 위해 구동기의 범위내의 모든 높이에서 시스템 부하를 지지할 수 있는 것을 특징을 하는 장치.
제 2항에 있어서,

상기 구동기가 제 1 위치 조절을 실현하고;

상기 구동기가 적어도 하나의 선형 액츄에이터를 포함하며;

상기 선형 액츄에이터가 수직 암 지지부의 수직 운동 및 시스템 부하를 구동하고, 상기 시스템 부하가 결합 메카니즘 및 부하를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 24항에 있어서,

상기 선형 액츄에이터는 전체 부하 상태에서 역 구동을 방해하는데 충분한 스래드 피치 및 내부 마찰을 갖는 모터-구동 나사기를 포함하며, 상기 액츄에이터는 제 1 위치 조절을 실현하기 위해 구동기의 범위내의 모든 높이에서 시스템 부하를 지지할 수 있는 것을 특징을 하는 장치.
제 3항 또는 제 4항에 있어서,

상기 비순응성 구동기가 적어도 하나의 선형 액츄에이터를 포함하며;

상기 선형 액츄에이터가 수직 암 지지부의 수직 운동 및 시스템 부하를 구동하고, 상기 시스템 부하가 결합 메카니즘 및 부하를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 26항에 있어서,

상기 선형 액츄에이터는 전체 부하 상태에서 역 구동을 방해하는데 충분한 스래드 피치 및 내부 마찰을 갖는 모터-구동 나사기를 포함하며, 상기 액츄에이터는 제 1 위치 조절을 실현하기 위해 구동기의 범위내의 모든 높이에서 시스템 부하를 지지할 수 있는 것을 특징을 하는 장치.
제 5항에 있어서,

코스의 수직 조절을 달성하기 위한 기계 구동 조작기가 적어도 하나의 선형 액츄에이터를 포함하고;

상기 선형 액츄에이터가 수직 암 지지부의 수직 운동 및 시스템 부하를 구동하고, 상기 시스템 부하가 결합 메카니즘 및 부하를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 28항에 있어서,

상기 선형 액츄에이터는 전체 부하 상태에서 역 구동을 방해하는데 충분한 스래드 피치 및 내부 마찰을 갖는 모터-구동 나사기를 포함하며, 상기 액츄에이터는 제 1 위치 조절을 실현하기 위해 구동기의 범위내의 모든 높이에서 시스템 부하를 지지할 수 있는 것을 특징을 하는 장치.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 결합 메카니즘과 조합될 때 6개의 축내에서 자유로운 운동을 제공하는 추가 부하 조절장치들을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 4항에 있어서,

상기 작동 헤드 부착부는, 동작 헤드로서, 시험 상태의 유닛으로 전기 시험용 전기소자를 시험하는 시험 유닛을 수용하고;

상기 시험 유닛이 시험 상태에서 유닛과 함께 정렬로 지지되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 31항에 있어서,

상기 유닛이 시험 상태에서 반도체 집적 회로 소자이며, 상기 시험은 웨이퍼, 다이 또는 패키지 소자상에서 접촉 포인트들을 갖춘 접촉 세트를 정렬하므로써 시행되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 4항 또는 제 5항에 있어서,

상기 제 1 수직 암 지지부와 직접 연결된 고정부를 갖는 결합 메카니즘을 포함하며, 상기 조절식 제 1 수직 암 지지부가 테스트 헤드의 높이 범위내에서 전체 선형 조절을 실현하도록 허용하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 4항에 있어서,

제 1 수직 암 지지부의 선형 이동에 의해 이루어진 도킹 높이가 일반 도킹 위치를 확립하고, 결합 메카니즘이 베니어 조절로서 사전결정된 선형 제한 범위내에서 제한된 이동을 허용하도록, 사전결정된 선형 제한 범위내에서 테스트 헤드의 도킹(docking)을 허용하기에 충분한 양으로 제 1 수직 암 지지부에 관련한 부하 베어링부의 수직 운동량이 제한되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 5항에 있어서,

테스트 헤드를 지지하는 테스트 헤드 부속기; 및

시험 상태의 유닛상에서 회로 시험을 실행하는 시험 회로망을 포함하는 테스트 헤드를 포함하되, 상기 부하 지지부는 테스트 헤드 부속기 및 테스트 헤드를 전달하며, 테스트 헤드의 위치 조절을 허용하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 5항에 있어서,

상기 밸런스 힘이 입력부와 결합된 카운터밸런스들을 포함하며;

상기 카운터밸런스들이 테스트 헤드의 베니어 조절을 도와주는 것을 특징으로 하는 장치.
제 5항에 있어서,

상기 작동 헤드 부착부가, 동작 헤드로서, 전기 소자를 시험하는 시험 유닛을 수용하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 5항에 있어서,

상기 결합 메카니즘은 제 1의 수직 암 지지부와 직접 연결된 고정부를 구비하므로써, 제 1 수직 암 지지부가 테스트 헤드의 높이에서 전체 선형 조절을 실현할 수 있도록 허용하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 5항에 있어서,

제 1 수직 암 지지부의 선형 이동에 의해 이루어진 도킹 높이가 일반 도킹 위치를 확립하고, 결합 메카니즘이 베니어 조절로서 사전결정된 선형 제한 범위내에서 제한된 이동을 허용하도록, 사전결정된 선형 제한 범위내에서 테스트 헤드의 도킹을 허용하기에 충분한 양으로 제 1 수직 암 지지부에 관련한 부하 베어링부의 수직 운동량이 제한되는 것을 특징으로 하는 장치.
이동형 지지부의 제 1 이동을 제어하는 액츄에이터;

상기 지지부의 베니어 이동이 사전결정된 액츄에이터 동작 순서의 예정된 위치 범위내에있는지의 여부를 감지하는 검출기; 및

상기 검출기에 민감하고, 상기 지지부의 이동을 방해하기 위해 액츄에이터를 제어하는 회로망을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동형 지지부의 부하 상태를 감지하는 장치.
제 40항에 있어서,

상기 사전결정된 순서가 사전결정된 시간 주기인 것을 특징으로 하는 장치.
제 40항에 있어서,

상기 사전결정된 순서가 상기 제 1 이동인 것을 특징으로 하는 장치.
제 40항에 있어서,

상기 검출기에 민감하고 액츄에이터를 방해하는 회로망을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
부하와 결합된 부하 지지부;

카운터 밸러스된 중량 상태에서 부하 지지부를 지지하는 방식으로 부하 지지부와 결합된 결합 메카니즘;

선형 이동을 위해 결합 메카니즘이 슬라이드식으로 부속된 제 1 수직 지지부; 및

상기 결합 메카니즘의 상태가 사전결정된 제한 범위내에서 발생하는지의 여부를 감지하고, 상기 선형 이동을 작용시켜서 발생된 에러 상태를 감지하는 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하 지지 장치.
제 44항에 있어서,

상기 부하의 이동을 실현하는 액츄에이터; 및

제 2 이동기에 의해 허용된 이동범위가 사전결정된 제한 범위를 초과할 때 액츄에이터를 방해하고 검출기에 민감한 회로망을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
부하 지지부;

부하를 수용하기 위한, 부하 지지부상의 작동 헤드 부착부;

제 1 구동기;

선형 이동을 위해 제 1 구동기를 통해 상기 부하 지지부가 슬라이드식으로 부속되는 조절식 제 1 수직 지지부;

사전결정된 주파의 제한 범위내에서 카운터 밸러스된 중량 상태에서 부하 지지부를 지지하는 방식으로 부하 지지부와 결합된 결합 메카니즘; 및

상기 결합 메카니즘을 통해 부하 지지부의 이동을 제어하는 도킹 액츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하지지 장치.
부하 지지부;

제 1 구동기;

선형 이동을 위해 제 1 구동기를 통해 상기 부하 지지부가 슬라이드식으로 부속된 제 1 수직 지지부; 및

부하 베어링부와, 밸런스 힘이 인가된 입력부를 갖는 부하 지지부상의 결합 메카니즘을 포함하되, 상기 제 1 수직 암 지지부의 선형 이동에 의해 만들어진 도킹 높이가 일반 도킹 위치를 확립하고, 결합 메카니즘이 베니어 조절로서 사전결정된 선형 제한 범위내에서 제한된 이동을 허용하도록, 사전결정된 선형 제한 범위내에서 도킹을 허용하기에 충분한 양으로 부하 베어링부의 운동량이 제한되는 것을 특징으로 하는 부하 위치 장치.
부하의 제 1 위치 조절을 실현하는 구동기;

카운터 밸러스된 중량 상태에서 부하의 제 2 위치 조절을 실현하는 결합 메카니즘;

상기 부하의 제 2 위치 조절이 사전결정된 제한 범위내에서 일어나는지의 여부를 감지하는 검출기;

상기 검출기에 민감하고, 사전결정된 제한 범위외에서 감지된 제 2 위치 조절에 응답하여 구동기를 제어하는 회로망을 포함하는 것을 특징으로 하는 부하 지지 장치.
지지부의 제 1 위치 이동을 제어하는 액츄에이터;

상기 제 1 위치 이동에 관련한 제 2 위치 이동이 사전결정된 범위내에 있는지의 여부를 감지하는 검출기; 및

지지부가 상기 사전결정된 범위에 도달하는데 경과된 시간을 감지하는 타이머를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동형 지지부의 부하 상태를 감지하는 장치.
제 49항에 있어서,

상기 경과 시간이 사전결정된 제한 범위를 초과한다면, 타이머가 액츄에이터에 신호를 제공하여 상기 액츄에이터에 의해 제어되는 지지부의 이동을 종결시키는 것을 특징으로 하는 장치.
사전결정된 방향으로 부하의 이동을 실현하며, 힘 레벨의 제 1 범위에서 힘을 제공할 수 있는 제 1 위치기;

상기 힘 레벨의 제 1 범위보다 좁은 제 2 범위에서 제공된 힘에 반응하여 상기 사전결정된 방향으로 부하의 이동을 허용하는 제 2 이동기; 및

상기 제 2 이동기의 이동이 사전결정된 기준을 초과하는지의 여부를 감지하는 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동형 부하 지지부의 비정상적인 부하 상태를 감지하는 장치.
헤드의 이동을 실현하는 액츄에이터;

사전결정된 방향으로 부하의 이동을 실현하는 제 1 위치기;

상기 제 1 위치기에 의해 실현된 최대의 힘보다 약한 힘으로 사전결정된 방향으로 부하의 이동을 허용하는 제 2 이동기;

상기 제 2 이동기의 운동이 사전결정된 기준을 초과하는지의 여부를 감지하고 액츄에이터에 신호를 전달하여 사전결정된 기준을 초과하는 제 2 이동기에 대한 반응을 실현하는 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하를 이동시키고 비정상 부하 상태에 번응하는 장치.
부하의 코스 위치 조절을 실현하는 구동기;

베니어 이동을 위해 균형잡힌 상태에서 부하를 지지하는 부하 밸런스기; 및

부하 밸런스기의 상태가 사전결정된 기준을 초과하는지의 여부를 감지하고 사전결정된 기준을 초과하는 감지된 상태에 반응하여 구동기에 신호를 전달하는 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하 지지 장치.
제 53항에 있어서,

상기 부하의 이동을 실현하는 액츄에이터; 및

상기 검출기에 민감하며, 상기 제 2 이동기에 의해 허용된 이동이 사전결정된 기준을 초과할 때 액츄에이터를 방해하는 회로망을 포함하는 것을 특징으로하는장치.
제 40항에 있어서,

상기 지지부의 제 1 이동을 제어하는 액츄에이터가 비순응성 구동기인 것을 특징으로 하는 장치.
제 44항, 제 46항 또는 제 47항에 있어서,

상기 비순응성 구동기가 제 1 수직 지지부에 대한 결합 메카니즘의 선형 이동을 제공하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 48항에 있어서,

상기 제 1 위치 조절을 실현하는 구동기가 비순응성 구동기인 것을 특징으로 하는 장치.
제 51항 또는 제 52항에 있어서,

상기 제 1 위치기가 비순응성 구동기인 것을 특징으로 하는 장치.
제 53항에 있어서,

상기 비순응성 구동기가 코스 위치 조절을 제공하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 40항 또는 제 53항에 있어서,

고-피치, 저-마찰, 역-구동 볼 나사가 베니어 이동을 실현하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 44항, 제 46항, 제 47항 또는 제 48항에 있어서,

상기 결합 메카니즘이 고-피치, 저-마찰, 역-구동 볼 나사를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 51항 또는 제 52항에 있어서,

상기 제 2 이동기가 고-피치, 저-마찰, 역-구동 볼 나사를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 53항에 있어서,

상기 부하 밸런스기가 고-피치, 저-마찰, 역-구동 볼 나사를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 40항, 제 44항, 제 46항, 제 48항, 제 49항, 제 51항, 제 52항 또는 제 53항에 있어서,

밸런스 힘이 카운터밸런스들에 의해 실현되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 47항에 있어서,

상기 밸런스 힘이 카운터밸런스들에 의해 실현되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 40항, 제 46항, 제 48항, 제 49항, 제 51항, 제 52항 또는 제 53항에 있어서,

고정-높이의 컬럼에 부속된 적어도 하나의 샤프트 또는 레일을 따라 슬라이드하는 구조로 된 부하 베어링부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 47항에 있어서,

상기 부하 베어링부가 고정-높이의 컬럼에 부속된 적어도 하나의 샤프트 또는 레일을 따라 슬라이드하는 구조인 것을 특징으로 하는 장치.
제 40항에 있어서,

상기 지지부의 제 1 이동을 실현하는 구동기하되, 상기 구동기가 적어도 하나의 선형 액츄에이터를 포함하고; 상기 선형 액츄에이터가 수직 암 지지부의 수직 운동 및 시스템 부하를 구동하며, 상기 시스템 부하가 결합 메카니즘 및 부하를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 48항 또는 제 51항에 있어서,

상기 제 1 위치 조절을 실현하는 적어도 하나의 선형 액츄에이터를 포함하되, 상기 선형 액츄에이터가 수직 암 지지부의 수직 운동 및 시스템 부하를 구동하고, 상기 시스템 부하가 결합 메카니즘 및 부하를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 53항에 있어서,

상기 코스 수직 조절을 달성하기 위한 구동 조작기가 적어도 하나의 선형 액츄에이터를 포함하고;

상기 선형 액츄에이터가 수직 암 지지부의 수직 운동, 시스템 부하를 구동하며, 상기 시스템 부하가 결합 메카니즘 및 부하를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 40항, 제 46항, 제 47항, 제 48항, 제 49항, 제 51항, 제 52항 또는 제 53항에 있어서,

결합 메카니즘과 통합될 때 6개의 축내에서 자유로운 운동을 제공하는 추가 부하 조절장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 44항, 제 46항, 제 47항, 제 48항, 제 51항, 제 52항 또는 제 53항에 있어서,

상기 부하가 전기 소자를 시험하는 시험유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 72항에 있어서,

상기 유닛이 시험 상태에서 반도체 집적 회로 소자이며, 상기 시험은 웨이퍼, 다이 또는 패키지 소자상에서 접촉 포인트들을 갖춘 접촉 세트를 정렬하므로써 시행되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 73항에 있어서,

상기 부하 지지부가 접촉 포인트들을 갖춘 접촉 세트를 전달하고, 상기 공동-정렬부가 시험 상태의 평편형 유닛이므로, 시험 상태의 평편형 유닛상에서 접촉 포인트를 갖춘 접촉 세트를 지지하는 것을 특징을 하는 장치.
부하의 제 1 위치 조절을 실현하는 단계;

결합 메카니즘을 이용하여 결합 메카니즘의 부하 베어링부와 함께 부하를 지지하므로써 부하의 제 2 위치 조절을 실현하고 결합 메카니즘의 입력부에서 밸런스 힘을 제공하는 단계를 포함하되, 상기 결합 메카니즘이 하나이상의 기계적 이득을 가지며, 그 장점의 결과로서 입력부에 인가된 밸런스 힘이 증가되어 그 결과로 부하에 인가된 보다 큰 힘을 제공하는 것을 특징으로 하는 부하 위치 방법.
부하 지지부에 부하를 결합시키는 단계;

상기 부하의 비순응성 위치 조절을 실현하는 단계;

결합 메카니즘을 이용하여 부하의 종속형 위치 조절을 실현하고, 상기 부하의 종속형 위치 조절을 부하의 비순응성 위치 조절과 함께 누가적으로 실현하는 단계;

상기 결합 메카니즘의 입력부에서 밸런스 힘을 수용하는 단계; 및

입력부에서 인가된 힘이 기계적 이득들의 결과로서 증가되어 그 결과로 부하 베어링부에 인가된 보다 큰 힘을 제공하는 방식으로, 하나이상의 기계적 이득을 이용하여 밸런스 힘을 인가하고, 결합 메카니즘을 통해 밸런스 힘을 인가하여 무중력 상태에서 부하를 종속적으로 지지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
기계 구동 조작기를 이용하여 제 1 수직 지지부의 코스 수직 조절을 달성하는 단계;

상기 제 1 수직 지지부와 부하 지지부를 결합시키는 단계를 포함하되, 코스 수직 조정부로부터 베니어 이동을 분리시키는 결합 메카니즘을 이용하며, 상기 결합 메카니즘은 하나이상의 기계적 이득을 구비하고; 및

부하 지지부를 갖춘 테스트 헤드를 지지하므로써, 상기 부하 지지부가 테스트 헤드의 위치 조절을 허용하는 단계를 포함하되, 상기 위치 조절이 베니어 이동을 포함하는 것을 특징으로 하는 시험 상태에서 유닛을 시험하는 방법.
제 1 위치기와 함께 사전결정된 방향으로 부하를 이동시키는 단계;

제 1 위치기에 의해 실현된 최대의 힘보다 적은 힘으로 제 2 이동기와 함께 사전결정된 방향으로 부하를 이동시키는 단계; 및

제 2 이동기의 이동이 사전결정된 기준을 초과하는지의 여부를 감지하고, 상기 제 2 이동기가 사전결정된 기준을 초과함에 따라 반응하는 상기 제 1 위치기와 함께 실현된 이동을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징을 하는 부하 이동시 비정상 부하 상태에 반응하여 이동하는 방법.
제 75항 또는 제 78항에 있어서,

제 1 세트의 주파 제한 범위내에서 부하의 제 1 위치 조절을 선형으로 실현하는 단계; 및

상기 제 1 세트의 주파 제한 범위보다 적은 범위인, 사전결정된 주파 제한 범위내에서 선형 이동을 허용하므로써 상기 제 1 위치 조절과 함께 공선형적으로 확립된 부하의 제 2 위치 조절을 실현하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 77항에 있어서,

제 1 세트의 주파 제한 범위내에서 부하의 코스 수직 조절을 선형으로 실현하는 단계; 및

상기 제 1 세트의 주파 제한 범위보다 적은 범위인, 사전결정된 주파 제한범위내에서 선형 이동을 허용하므로써 상기 제 1 위치 조절과 함께 공선형적으로 확립된 부하의 베니어 조절을 실현하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 75항, 제 76항 또는 제 77항에 있어서,

상기 입력부에 결합된 카운터밸런스들을 이용하여 밸런스 힘을 제공하는 단계; 및

상기 카운터밸런스들과 함께 베니어 이동을 도와주는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
재 78항에 있어서,

카운터밸런스들을 이용하여 제 2 위치 조절을 위한 밸런스 힘을 제공하는 단계; 및

상기 카운터밸런스들과 함께 베니어 이동을 도와주는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 100항에 있어서,

상기 지지부의 이동을 액츄에이터와 함께 제어하는 단계;

상기 지지부의 이동이 사전결정된 시간 주기에서 위치의 예상 범위내에 있는지의 여부를 감지하는 단계; 및

예상 범위밖에서 감지된 이동에 반응하여 상기 지지부의 이동을 방해하기 위해 액츄에이터를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 75항에 있어서,

사전결정된 주파 제한 범위내에서 카운터 밸러스된 중량 상태로 부하를 지지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 77항 또는 제 78항에 있어서,

사전결정된 주파 제한 범위내에서 카운터 밸러스된 중량 상태로 상기 부하 지지부를 지지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 100항에 있어서,

도킹 액츄에이터를 이용하여 제 2 이동기를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 78항에 있어서,

상기 감지하는 단계가 부하 위치를 위해 경과 시간을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 78항에 있어서,

상기 감지하는 단계가 제 2 이동기에 의한 부하의 이동을 위해 경과 시간을검출하는 단계를 포함하고

사전결정된 양의 경과 시간범위내에서 제 1 위치기내의 이동을 방해하므로써 부하를 이동시키는데 실패한 데에 반응하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 수직 지지부에 슬라이드식으로 부속된 부하 지지부에 테스트 헤드를 부속시키는 단계;

상기 테스트 헤드를 균형 잡는 단계;

상기 제 1 수직 지지부를 도킹 위치에 구동시키는 단계; 및

도킹 액츄에이터를 이용하여 상기 테스트 헤드 및 시험 스테이션 장치를 함께 당기는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시험 스테이션 장치와 함께 테스트 헤드를 도킹하는 방법.