KR20130044339A - 위치조절 시스템 및 위치조절 방법 - Google Patents

Abstract

지지 기둥, 지지 기둥에 연결되고, 지지 기둥에 대하여 이동가능한 구동 레일 유닛, 짐을 지지하고 지지 기둥을 따라 이동가능한 수직 캐리지, 구동 레일 유닛과 맞물리고 구동 레일을 따라 이동하는 맞물림 부재, 및 맞물림 부재에 힘을 가하여 맞물림 부재가 구동 레일을 따라 이동하게 만드는 모터를 포함하는, 짐을 위치조절하는 시스템이 개시된다. 모터는 모터가 맞물림 부재에 힘을 가할 때 수직 캐리지가 구동 레일 유닛에 대하여 이동하여 수직 캐리지와 구동 레일 유닛이 지지 기둥에 대하여 이동하도록 수직 캐리지에 연결된다. 짐을 위치조절하는 방법이 제공된다.

Description

위치조절 시스템 및 위치조절 방법{POSITIONER SYSTEM AND METHOD OF POSITIONING}

본 발명은 위치조절 시스템 및 짐 위치조절 방법의 기술분야에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 검사 헤드 자동 집적회로(IC) 검사 장비를 위한 검사 헤드 위치조절장치, 및 IC 검사 장비 위치조절 방법이 개시된다.

집적회로(IC)를 위한 자동검사장비(ATE)는 IC 제조 공정 중 선택된 단계에서, IC의 전기적 검사를 용이하게 하기 위해 개발되었다. 이러한 ATE는 종종 검사 헤드를 포함하는데, 이는 검사 헤드 위치조절장치(또는 조종기)를 사용하여 검사 주변기기와 함께 도킹된(docked) 위치로 조종되어야 한다. 검사 헤드 위치조절장치는, 예컨대, 미국특허번호 제7,276,894, 7,245,118, 6,911,816, 6,888,343, 5,608,334, 5,450,766, 5,030,869, 4,893,074, 4,715,574, 4,705,447, 및 4,527,942호, 및 WIPO 공개 팸플릿 WO 05015245A2, WO 2008137182A2 및 WO 04031782A1에 일반적으로 서술되어 있다. 상기 문헌은 모두 집적회로 또는 다른 전자기기를 위한 자동 검사 장비용 검사 헤드 위치조절장치 분야에서 교시를 위해 그 전체가 참조로 합치되었다.

간단히 말하자면, 종래의 자동 검사 시스템은 일반적으로 고정된 위치의 검사 장소에 IC 피시험 장치(DUT)를 정밀하게 배치하고 고정하기 위한 주변 장치를 포함한다. 또한, DUT를 검사하기 위한 이동가능한 검사 헤드가 포함된다. 이러한 주변 장치는, 예컨대, 기기들이 실리콘 웨이퍼로부터 분리되기 전에 기기들을 검사하기 위한 웨이퍼 프로버(wafer prober), 또는 패키징 된 기기들을 위치조절하고 검사하기 위한 패키지 핸들러(package handler)일 수 있다. 실제로, 검사 헤드는 주변 장치 내에 포함된 DUT 검사 위치 주변으로 이동 및/또는 하나 이상의 축을 따라 회전되고 옮겨질 수 있다. 도킹 이전에, 검사 헤드의 접속 커넥터(mating connector)와 DUT 검사 장소는 임의의 부서지기 쉬운 전기적 및 기계적 컴포넌트에 손상을 주지 않기 위해 정밀하게 정렬된다. 도킹된 후, 검사 헤드의 검사 전자기기는 DUT의 다양한 콘택트(contact)를 통해 신호를 전송하고, DUT 내에서 특정한 검사 프로시저를 실행시킨다. 검사 과정에서, 검사 헤드는 DUT의 전기적 특성을 나타내는, DUT로부터의 출력 신호를 수신한다.

검사 헤드를 주변 장치와 정밀하게 접속시키기 위해, 검사 헤드는 선택사항으로서 모두 6 공간 자유도(degrees of spatial freedom)로의 움직임이 가능할 수 있다. 이러한 움직임을 용이하게 하기 위해, 검사 헤드 위치조절 시스템은 주변기기에 대하여 검사 헤드를 정밀하게 위치조절하기 위해 일반적으로 채용된다. 검사 헤드 위치조절 시스템은 또한 해당 분야에서 검사 헤드 위치조절장치, 또는 검사 헤드 조종기로 불린다.

이제, 미국특허번호 제6,888,343호에 서술된 예시적인 검사 헤드 위치조절장치를 참조하면, 도 5a 및 5b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 검사 헤드(502)는 메인 암(511)에 연결되어 있고, 메인 암(511)은 기둥(545)의 길이를 따라 수직으로 뻗어 있는 선형 가이드 레일(510)에 미끄럼가능하게 연결되어 있다. 모터(2416)는 선형 가이드 레일(510)을 따라 수직으로 메인 암(511)(및 검사 헤드(502))을 이동시키도록 조절될 수 있다. 카운터 웨이트 어셈블리(counter weight assembly)는 모터 분리시 실질적으로 고정된 수직 위치에서 메인 암(511)(및 검사 헤드(502)의 무게를 바이어싱(biase)한다. 도 23 및 24에 가장 잘 도시된 바와 같이, 모터(2416)는 기둥(545)의 프레임(2422)에 설치되고, 타이밍 벨트(2420)에 의해 도르래(2421)에 간접적으로 연결된다. 도르래(2421)는 (번호는 없지만, 도 23에 도시된) 파스너(fastener)(2407)에 의해 도르래(2406)에 고정되어, 도르래(2421 및 2406)는 동시에 회전한다. 케이블(2410)은 도르래(2421)에 접하게 설치된다. 케이블(2410)의 일 단부는 메인 암(511)의 마운트(736)에 연결되고, 케이블(2410)의 타 단부는 카운터 밸런스(counter balance)(2413)에 연결된다. 그 동작에 있어서, 모터(2416)의 클러치(2426)가 연결되면, 모터(2416)는 도르래(2406 및 2421)를 회전시켜, 마운트(736)에 연결되어 있는 케이블(2410)의 단부를 Y축을 따라 이동시킨다. 그러므로, 케이블(2410)은 메인 암(511)의 마운트(736)를 검사 헤드(502)와 함께 수직 방향으로 이동시킨다. 모터(2416)의 클러치(2426)가 분리되면, 카운터 밸런스(2413)는 마운트(736) 및 검사 헤드(502)를 실질적으로 고정된 수직 위치에 매단다. 또한, 모터(2416)의 클러치(2426)가 분리되면, 검사 헤드(502)는 실질적으로 무게가 없는(weightless) 상태가 되고, 비교적 작은 외부에서 (수동적으로) 가해진 힘을 통해 수직방향으로 쉽게 이동될 수 있다. 이것은 컴플라이언스(compliance)라 알려져 있고, 그것은 운전자가 주변기기와 검사 헤드의 도킹된 위치로 또는 그 위치를 벗어나도록 검사 헤드를 조종하기 위해, 검사 헤드 또는 도킹 장치를 수동적으로 위치조절할 수 있게 한다. 이러한 스킴의 제2 실시예는 현재 공개되지 않은 미국특허출원 제12/405,547호에 서술되어 있다. 그러나, 이러한 배열은: 1) 주어진 높이의 기둥에 대하여 전체 수직 스트로크(stroke)를 줄일 수 있는, 기둥의 최상부 내의 공간을 필요로 하고; 2) 비교적 비싼 연결 컴포넌트를 필요로 할 수 있고; 3) 컴플라이언트 동작의 범위를 제한하지 않고; 그리고 4) 짐을 제 위치로 옮길 때 장애물을 탐지하기 위한 임의의 수단을 제공하지 않는다. 본 발명의 목적은 이러한 효과 중 하나 이상을 극복하는 방식으로 균형잡혀진 짐을 옮기고, 컴플라이언트 이동을 허용하는 메커니즘을 제공하는 것이다.

또한, WO 05015245A2, WO 04031782A1, 및 미국특허 제4,705,447호에 개시된 예시적인 검사 헤드 위치조절장치는 각각 카운터 웨이트가 아니라, 공압 장치를 사용하여 실질적으로 무게가 없는 컴플라이언트 상태인 검사 헤드를 지지한다. WO 05015245A2 및 WO 04031782A1에서, 컴플라이언스를 제공함과 더불어, 검사 헤드의 수직 이동을 자동화하는 공압 컨트롤러가 제공된다.

앞서 언급한 검사 헤드 위치조절 시스템이 충분할 수 있으나, 그럼에도 불구하고, 무게, 효율성, 간편함, 및 비용을 위해, 검사 헤드용의 수직 지지 시스템을 더 향상시킬 필요성이 계속 존재한다. 또한, 앞서 언급한 검사 헤드 위치조절 시스템에서, 컴플라이언트 수직 운동의 범위는 위치조절장치에서 사용가능한 수직 움직임의 풀 스트로크(full stroke)에 의해서만 제한된다. 몇몇 애플리케이션에서, 비교적 작은 범위로 제한된 컴플라이언트 이동을 가지는 것이 바람직할 수 있다.

적어도 하나의 실시예에서, 본 발명은 지지 기둥, 지지 기둥에 연결되어 있고, 지지 기둥에 대하여 이동가능한 구동 레일 유닛, 지지 기둥을 따라 이동가능하고 짐을 지지하는 수직 캐리지(carriage), 구동 레일 유닛과 맞물리고 상기 구동 레일 유닛을 따라 이동하는 맞물림(engagement) 부재, 및 맞물림 부재가 구동 레일 유닛을 따라 이동하게 만들도록 맞물림 부재에 힘을 가하는 모터를 포함하고, 모터는 모터가 맞물림 부재에 힘을 가할 때, 수직 캐리지가 구동 레일 유닛에 대하여 이동하도록 수직 캐리지에 연결되어 있고, 수직 캐리지는 또한 수직 캐리지 및 구동 레일 유닛이 지지 기둥에 대하여 이동하도록 상기 구동 레일 유닛과 함께 이동가능한 짐 위치조절 시스템을 제공한다.

적어도 하나의 실시예에서, 모터에 의해 제공되는 힘에 독립적인 힘의 적용은 a) 구동 레일 유닛이 지지 기둥에 대하여 이동하게 만들고; b) 수직 캐리지가 지지 기둥에 대하여 이동하게 만든다.

적어도 하나의 실시예에서, 본 발명의 시스템은 구동 레일 유닛이 구동 레일 유닛의 움직임을 주어진 범위로 제한하기 위해 상부 정지면과, 하부 정지면과, 상기 지지 기둥으로부터 뻗어 있고 상기 상부 및 하부 정지면 사이에 위치하는 정지부(stop)를 포함하도록 더 구성된다.

적어도 하나의 실시예에서, 본 발명의 시스템에서, 구동 레일 유닛은 상부 리미트 스위치 및 하부 리미트 스위치를 더 포함하고, 각각의 리미트 스위치는 정지부가 정지면 각각에 인접한 때 컨트롤 유닛으로 신호를 전송하도록 구성된다.

적어도 하나의 실시예에서, 본 발명의 시스템에서, 컨트롤 유닛은 리미트 스위치 중 하나로부터 신호가 수신될 때 위치조절 장애물의 존재를 판정하도록 구성된다.

적어도 하나의 실시예에서, 본 발명의 시스템은 구동 레일 유닛과 지지 기둥 사이에 연결된 탄성부재를 더 포함한다. 본 시스템은 축과 실질적으로 평행한 제1 방향으로 힘을 가하는 제1 세트의 적어도 하나의 탄성부재, 및 반대의 제2 방향으로 힘을 가하는 제2 세트의 적어도 하나의 탄성부재를 포함할 수 있다.

적어도 하나의 실시예에서, 본 발명의 시스템은 하나 이상의 탄성부재 각각을 향하는 방향으로 이동할 때 하나 이상의 탄성부재를 분리시키도록 구성된 분리 부재를 더 포함한다.

적어도 하나의 실시예에서, 본 발명은 지지 기둥에 대하여, 지지 기둥에 연결되어 있는 구동 레일 유닛을 이동시키는 단계, 맞물림 부재가 상기 구동 레일 유닛을 이동하게 만들도록, 맞물림 부재에 힘을 가하는 모터를 구동시키는 단계를 포함하고, a) 맞물림 부재는 구동 레일 유닛과 맞물리고; b) 모터가 맞물림 부재에 힘을 가할 때, 짐을 지지하는 수직 캐리지(carriage)가 구동 레일 유닛에 대하여 이동하고; c) 수직 캐리지는 또한 수직 캐리지 및 구동 레일 유닛이 지지 기둥에 대하여 이동하도록 구동 레일 유닛과 함께 이동가능한 것을 특징으로 하는 짐 위치조절 방법을 제공한다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 읽을 때 아래의 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해된다. 일반적인 관행에 따라, 도면의 다양한 특징부들은 축적에 따르지 않았다. 반대로, 다양한 특징부의 크기는 분명함을 위해 임의로 확대되거나 축소될 수 있다. 도면에는 아래의 도면들이 포함된다.
도 1은 예시적인 검사 헤드 조종기 시스템의 투시도이다.
도 1a는 도 1의 시스템과 연관된 좌표계이다.
도 2는 도 1의 검사 헤드 조종기 시스템의 부분 분해 투시도이다.
도 3은 도 1의 검사 헤드 조종기 시스템의 예시적인 베이스 어셈블리의 투시도이다.
도 3a는 도 3의 베이스와 연관된 좌표계이다.
도 4는 도 3의 예시적인 베이스 어셈블리의 부분 분해 투시도이다.
도 5는 예시적인 기둥 유닛의 좌측 전방 투시도이다.
도 6a는 도 5의 기둥 어셈블리의 부분 분해된 우측 전방 투시도이다.
도 6b는 도 5의 기둥 어셈블리의 부분 분해된 우측 후방 투시도이다.
도 7a는 예시적인 수직 캐리지 어셈블리의 좌측 전방 투시도이다.
도 7b는 도 7a의 예시적인 수직 캐리지 어셈블리의 좌측 후방 투시도이다.
도 8은 그것의 모터 커버링 하우징이 제거된 상태의 도 7a의 예시적인 수직 캐리지 어셈블리의 아랫부분을 포함하는 도 5의 예시적인 기둥 어셈블리의 중앙부의 우측 전방 투시도이다.
도 9는 예시적인 안전 인터로크(interlock)를 도시하는 도 7a의 예시적인 수직 캐리지 어셈블리를 포함하는 도 5의 예시적인 기둥 어셈블리의 중앙부의 좌측 전방 투시도이다.
도 10a는 컴플라이언스 메커니즘의 예시적인 제1 실시예를 포함하는 수직 지지 기둥의 코너 부분의 파단 투시도이다.
도 10b 및 10c는 각각 도 10a로부터 도출된 상부 및 하부 컴플라이언스 유닛 부분의 확대도이다.
도 11a, 11b, 및 11c는 각각 도 10a, 10b, 및 10c의 부분 분해된 버전이다.
도 12a, 12b, 및 12c는 도 10a의 상부 및 하부의 파단 투시도이고, 각각 중앙, 상부, 및 하부의 이동 위치에 있는 이동가능한 선형 레일 유닛을 보여준다.
도 12d, 12e, 및 12f는 이동가능한 선형 레일 유닛이 각각 중앙, 상부, 및 하부의 이동 위치에 있는, 상부 컴플라이언스 유닛 부분의 확대도이다.
도 13a, 13b, 및 13c는 도 12a, 12b, 및 12c와 동일하지만, 리미트 스위치 장치가 분리되어 있다.
도 14a는 컴플라이언스 메커니즘의 예시적인 제2 실시예를 포함하는 수직 지지 기둥의 코너 영역의 파단 투시도이다.
도 14b 및 14c는 각각 도 14a로부터 도출된, 상부 및 하부 컴플라이언스 유닛 부분의 확대도이다.
도 15a는 도 14a로부터 도출된 부분 분해 투시도이다.
도 15b 및 15c는 각각 도 15a로부터 도출된, 상부 및 하부 컴플라이언스 유닛 부분의 확대도이다.
도 16a는 뒤에서 본 도 15a에 대응하는 부분 분해 투시도이다.
도 16b 및 16c는 각각 도 16a로부터 도출된, 상부 및 하부 컴플라이언스 유닛 부분의 부분 분해된 확대도이다.
도 16d 및 16e는 도 16b 및 16c의 관심영역의 확대도이다.
도 17a, 17b, 및 17c는 각각 3가지 위치에 있는 컴플라이언스 메커니즘의 예시적인 실시예의 개략적인 도면이다.
도 18은 컴플라이언스 메커니즘의 제2 실시예의 다양한 대안의 구성 중 하나의 개략적인 도면이다.
도 19는 컴플라이언스 메커니즘의 제3 실시예를 포함하는 수직 지지 기둥의 코너 부분의 부분 분해된 파단 투시도이다.
도 20a 및 20b는 각각 도 19로부터 도출된 상부 및 하부 컴플라이언스 유닛 부분의 확대도이다.
도 21a 및 21b는 각각 상부 및 하부 컴플라이언스 유닛의 분해되지 않은 도면이다.
도 22a 및 22b는 각각 아래쪽 위치에 컴플라이언스 메커니즘을 가진 상부 및 하부 컴플라이언스 유닛의 분해되지 않은 도면이다.
도 23a 및 23b는 각각 위쪽 위치에 컴플라이언스 메커니즘을 가진 상부 및 하부 컴플라이언스 유닛의 분해되지 않은 도면이다.
도 24a, 24b, 및 24c는 각각 3가지 위치에 있는 컴플라이언스 메커니즘의 예시적인 제3 실시예의 개략적인 도면이다.
도 25는 컴플라이언스 메커니즘의 제3 실시예의 다양한 대안의 구성 중 하나의 개략적인 도면이다.

본 발명이 특정한 실시예를 참조하여 서술되고 도시되어 있으나, 본 발명은 도시된 세부사항에 제한될 것으로 의도되지 않았다. 그보다는, 다양한 수정이 본 발명을 벗어나지 않고 청구항의 동등물의 영역 및 범위 내에서 세부사항에 대하여 이루어질 수 있다. 본 발명은 도면을 참조하여 설명될 것이다. 이러한 도면들은 제한이 아니라 설명을 위한 것이고, 본 발명의 설명을 용이하게 하기 위해 본 명세서에 포함되었다.

종래기술의 검사 헤드 위치조절 시스템의 설명과 일관되도록, 도 1a에 도시된 데카르트 좌표 시스템이 사용되는데, 여기서 수직 축(또는 Y-축이라 함)은 축(1006)으로 지정되고, 수평 축(또는 X-축, 사이드 투 사이드(side-to-side) 축, 또는 좌-우 축이라 함)은 축(1002)으로 지정되고, 다른 수평 축(또는 Z-축 또는 인-아웃(in-out) 축이라 함)은 축(1004)으로 지정된다.

본 발명의 예시적인 실시예인 검사 헤드 조종기 시스템(10)이 도면을 참조하여 설명될 것이다. 앞서 언급한 특허 문헌에 서술된 다양한 조종기 시스템과 달리, 도면과 함께 서술되는 시스템(10)은 본 발명이 적용된 비교적 단순하고 직관적인 시스템이다. 그러므로, 시스템(10)은 본 발명을 설명하기 위한 기본적인 매개체로 역할한다. 본 발명의 3가지 실시예가 설명될 것이다. 각각의 실시예는 수직 컴플라이언스 메커니즘(7000)을 포함한다. 제2 실시예는 특정한 동작 특성을 향상시키기 위해 제1 실시예에 스프링과 같은 탄성부재(7210 및 7310)를 추가한다. 제3 실시예는 탄성부재들이 추가적인 향상을 제공하기 위해 어떻게 사용되는지 유효화하기 위해, 몇가지 간단한 컴포넌트들을 추가한다. 제공된 예시적인 실시예들은 기계적 스프링을 사용하지만, 가스 스프링, 공압기기(pneumatics) 등과 같은 다른 탄성부재로 대체될 수 있다. 본 명세서에서, 용어 "스프링" 또는 "스프링들"은 더욱 일반적인 "탄성부재"와 대체로 상호치환가능하게 사용되었다. "스프링"이 기계적 스프링을 의미할 때에는 그것은 문맥에 의해 명백할 것이다. 도면에서, 탄성부재는 간략함을 위해, 그리고 기계적 스프링에 대한 대안이 가능함을 강조하기 위해 양식화된 형태로 도시되어 있다. 크기로 인해 보기 힘들겠지만, 탄성부재(7210 및 7310)는 도 1, 2, 5, 6a 및 6b에 포함되어 있고, 그들이 실시예 2 및 3에 특정되고 실시예 1에 포함되지 않기 때문에, 점선으로 도시되어 있다. 참조번호 쌍 (7201, 7301 ), (7202, 7302), 및 (7203, 7303)들이 각각 실시예 1, 2, 및 3에 대한 컴플라이언스 유닛을 명확하게 나타내기 위해 사용될 것이다.

도 1 및 2를 참조하면, 조종기 시스템(10)은 일반적으로 기둥 유닛(1000), 수직 캐리지 유닛(2000), 크래들(cradle)(3000), 회전성 크래들 지지 암 유닛(5800), 컨트롤 유닛(4000), 베이스 유닛(6000)을 포함한다. 기둥 유닛(1000)은 지지 기둥(1100)을 포함한다. ATE의 메인프레임 캐비넷, 검사 헤드, 및 메인프레임 캐비넷에 검사 헤드를 연결하는 케이블은 도시되지 않았다. 이러한 케이블은 다양한 장비, 예컨대, 신호를 연결하는 전기 배선, 파워 서플라이, 및 검사 헤드와 메인프레임 캐비넷 사이의 접지, 광섬유 신호 연결, 및 공기 또는 다른 가스성 냉매를 위한 유연한 도관, 및/또는 내부 컴포넌트, 예컨대, 조밀하게 패킹된 초고속 정밀 회로를 냉각시키기 위한 액체 냉매를 위한 유연한 호스 및/또는 튜빙 등을 포함할 수 있다. 이러한 케이블은 케이블 지지 장치(900)에 의해 지지될 수 있다. 예컨대, WIPO 간행물 WO 2008137182A2에 서술된 것과 같은 더욱 정교한 케이블 지지 장치가 원한다면 포함될 수 있다.

간단히 말하자면, 크래들(3000)은 2개의 회전성 검사 헤드 마운트(4950)로 (도시되지 않은) 검사 헤드를 두 지점에서 잡는다. 검사 헤드가 잡혀지는 두 지점은 바람직하게는 대략적으로 검사 헤드의 중력 중심을 통과하는 축을 형성한다. 검사 헤드는 이 축에 대하여 순응적으로 피벗(pivot)할 수 있다. (이러한 회전은 종종 당분야에서 "텀블(tumble)", "피치(pitch)", 또는 "노드(nod)" 회전으로 다양하게 불린다.) 크래들(3000)은 그 다음 (도시되지 않은) 수직 방향의 볼 베어링 턴테이블을 포함하는, 회전성 크래들 지지 암 유닛(5800)에 의해 수직 캐리지(2000)에 부착된다. 이것은 크래들과 검사 헤드가 크래들(3000)의 후면(3019)에 수직인 축을 중심으로 회전될 수 있게 한다. (이러한 회전은 종종 당분야에서 "롤(roll)" 또는 "트위스트(twist)" 회전이라 불린다.) 이러한 및 대안의 크래들-홀딩 암 구조는 주지되어 있다. 수직 캐리지(2000)는 검사 헤드의 수직 위치조절을 제공하기 위해 지지 기둥(1100)에 부착된 수직 방향의 레일 상에서 미끄러진다. 캐리지(2000)는 캐리지를 평형상태로(또는 실질적으로 무게 없는 상태로) 유지하기 위해, 그리고 마찰력을 극복하기에 충분한, 비교적 작은 힘을 가하여 캐리지를 위쪽으로 또는 아래쪽으로 이동시킬 수 있게 하기 위해, 카운터밸런싱 수단에 의해 지지될 수 있다(즉, 캐리지는 카운터밸런싱될 수 있다). 기둥 유닛(1000)은 측방향(side-to-side) 이동, 인 아웃(in-out) 이동수직 축을 중심으로 한 회전을 제공하는 베이스 유닛(6000) 상에 설치된다. 그러므로, 6가지 이동 자유도가 제공된다. 그러나, 크래들(3000)의 특정한 방향에서, 회전 자유도는 검사 헤드에 대하여 사용불가능할 수 있다. 그러므로, 크래들(3000)은 그것의 암(3021)에 의해 형성된 평면에 수직인 축을 중심으로 검사 헤드의 회전(종종, 당분야에서 "세타" 회전이라고도 함)을 제공하기 위한 수단을 포함할 수 있는데, 이러한 배열은 크래들(3000)의 방향에 독립적으로 검사 헤드에 대한 6가지 위치 자유도를 제공한다. 유사한 움직임을 제공하는 다양한 대안의 구성의 조종기가 존재함을 당업자들은 이해될 것이다. 그중 다수가 앞서 언급한 종래기술(예컨대, US 7,276,894 및 WO 2008137182A2)에 서술 및/또는 참조되어 있다. 예시적인 조종기를 포함하는 다른 다양한 유닛들이 본 발명의 이해를 제공하기에 충분한 정도로 아래에 좀더 상세하게 서술된다.

도 3, 3a, 및 4를 참조하면, 베이스 어셈블리(6000)가 좀더 상세하게 설명될 것이다. 베이스 어셈블리(6000)는 기둥 유닛(1000)에 대한 인-아웃, 사이드-사이드, 및 스윙 회전 운동을 지원하고 제공한다.

베이스 유닛(6000)은 수평 방향의 바닥판(6050)을 포함한다. Z축(1004)과 평행한 방향의 선형 레일(6300)이 바닥판(6050) 상에 제공된다. 인아웃 판(6150)은 선형 베어링(6310)을 이용하여 레일(6300)에 미끄러지도록 부착된다. 판(6150)은 그러므로 판(6150)의 밑면에 부착된 (도시되지 않은) 범퍼와 상호작용하는, 정지 블록(6013)에 의해 형성된 한계 내에서 인-아웃 방향으로 이동하는 것이 자유롭다. 이와 유사하게, X축과 평행한 방향의 선형 레일(6400)이 인아웃 판(6150)의 윗면에 설치된다. 사이드 투 사이드 판(6250)은 선형 베어링(6410)을 이용하여 레일(6400)에 미끄러지도록 부착된다. 그러므로, 판(6250)은 사이드 투 사이드 판(6250)의 밑면에 부착된 (도시되지 않은) 범퍼와 상호작용하는 정지 블록(6113)에 의해 형성된 한계 내에서 측면에서 측면 방향으로 이동하는 것이 자유롭다. 인아웃 판(6150) 및 사이드 투 사이드 판(6250)의 위치는 각각 발로 작동하는 마찰 잠금장치(6155 및 6255)를 사용하여 고정될 수 있다.

턴테이블(6500)은 2개의 동심의 동평면의 링, 즉, 외부 링(6501) 및 내부 링(6502)을 포함한다. 내부 링(6502)은 외부 링(6501)에 의해 회전가능하게 유지된다. 서로에 대하여 하나의 링의 낮은 마찰의 회전을 가능하게 하기 위해 적절한 베어링이 사용된다. 외부 링(6501)은 나사(또는 다른 적합한 파스너)(6505)에 의해 사이드 투 사이드 판(6250)에 고정된다. 지지 기둥(1100)은 적절한 나사 또는 다른 파스너에 의해 내부 링(6502)에 고정될 수 있다. 지지 기둥(1100)은 사이드 투 사이드 판(6250) 및 베이스 유닛(6000)에 대하여 자유롭게 회전될 수 있다. 지지 기둥(1100)의 회전을 대략 90도로 제한하기 위해 정지 블록(6213)이 포함될 수 있다. 정지 블록(6213)은 회전 운동을 제한하기 위해 지지 기둥(1100)의 바닥에 부착된 범퍼(1180)(도 6b 참조)와 상호작용하도록 위치한다. 운전자가 턴테이블(6500)을 원하는 회전 위치로 고정하는 것을 허용하기 위해 잠금 메커니즘이 제공된다. 특히, 잠금 축(6516)에 고정된 잠금 핸들(6518)이 편리한 높이에 설치된다. 잠금 축(6516)의 회전, 부분적인 시계방향(또는 반시계방향)의 턴은 각각 턴테이블(6500)을 잠금(또는 잠금해제) 하기 위해 반원 잠금 판(6515)에 대하여, 축(6516)의 하단부 상에 나사가공된 너트를 조인다(또는 푼다). 기둥(1100)에 부착된 베어링 블록(6517)은 축(6516)을 지지한다.

유연한 배선 도관(6915)은 바닥판(6050)의 밑면에 고정된 제어 유닛(4000)과 이동가능한 기둥 어셈블리(1000) 사이에 제어 및 파워 배선을 전달하기 위해 제공된다.

연장 다리(6010)가 바닥판(6050)의 밑면에 설치된다. 캐스터 어셈블리(6070)는 캡(cap) 판(6072)에 부착된 캐스터(6071)를 포함한다. 캐스터 어셈블리(6070)는 캐스터(6071)가 바닥판(6050) 아래에 있고 캡 판(6072)이 바닥판(6050)의 윗면과 접하도록, 바닥판(6050)의 코너 및 그 부근에 있는 개구부(6073)를 통해 삽입된다. 캐스터 어셈블리(6070)는 적절한 나사(6074)에 의해 바닥판(6050)에 고정될 수 있다. 그러므로, 복수의 캐스터(6071)가 바닥판(6050)에 부착될 수 있다. 도시된 실시예에서, 캐스터 어셈블리(6070)는 그 각각의 코너 부근에 부착되어 있다. 상이한 개수 및 배열의 캐스터 어셈블리(6070)가 대안으로서 사용될 수 있다. 캐스터(6071)는 애플리케이션 요구사항에 따라 고정 타입이거나, 회전(swiveling) 타입일 수 있다. 다른 타입의 휠(wheel)도 사용될 수 있다. 다수의 지지 패드(6080)가 바닥판(6050)에 부착된다. 또한, 지지 패드(6080)와 함께 다수의 연장 다리(6010)가 바닥판(6050)에 부착된다. 지지 패드(6080)는 검사 헤드가 그 이동 엔벨로프 전체를 통해 이동될 때 안정성을 제공한다. 도시된 지지 패드(6080)는 아래로 향하는 둥글고 평평한 면 및 위로 뻗어 있고 부착될 부재 내의 적절하게 나사가공된 구멍과 체결되는 나사산 가공된 부분을 가진, 종래 타입의 것이다. 조종 시스템(10)의 사용에 앞서, 수평(leveling) 지지 패드(6080)는 그 평평한 면이 마루와 접촉하고 캐스터(6071)의 휠이 마루 약간 위에 위치하도록 회전되는 것이 바람직하다. 지지 패드(6080)는 베이스 어셈블리(6000)를 평평하게 하고, 기둥 유닛(1000)을 바람직하게는 수직 위치로 설치하도록 조절될 수 있다. 조종기 시스템(10)은 모든 수평 지지 패드(6080)를 안쪽으로 나사가공하여 바닥을 평평하게 함으로써, 알맞게 평평한 바닥을 가로질러 한 위치에서 다른 위치로 이동될 수 있다. 캐스터 휠(6080)이 바닥과 접촉한 채로, 조종기 시스템(10)은 새로운 위치로 쉽게 회전될 수 있다.

베이스 유닛(6000), 회전가능한 크래들 지지 암(5800), 및 크래들 유닛(3000)에 의해 제공되는 움직임의 조합은 검사 헤드 로드(load)에 수직 모션을 제외한 모든 필요한 위치적 자유도를 제공한다. 전체적으로 유사한 위치 자유도를 제공하는, 베이스, 크래들, 및 크래들 지지 메커니즘의 다양한 다른 구성이 주지되어 있고, 다수는 앞서 언급한 종래기술에 기재되어 있다. 본 발명은 다양한 대안의 시스템에 용이하게 적용될 수 있다.

도 5, 6a, 및 6b를 참조하면, 기둥 어셈블리(1000)는 일반적인 용어로 기재될 것이다. 기둥 유닛(1000)의 투시도는 도 5에 제공되어 있다. 도 6a 및 6b는 각각 전방 및 후방 투시도로부터 기둥 어셈블리(1000)의 부분 분해도를 제공한다. 이러한 세트의 도면에서 명료함을 위해, 케이블 지지 장치(900), 상판(1012), 및 운전자 지시 패널(1020)(모두 도 1 및 2에서 볼 수 있음)은 제거되었다.

기둥 어셈블리(1000)는 본 경우에 (지지 기둥(1100)의 최상부에서 볼 수 있는) "H" 형상의 단면을 가진 압출된 알루미늄 빔으로 제조된 지지 기둥(1100)을 포함한다. 지지 기둥(1100)은 웨브(web) 부재(1150)에 의해 연결되어 있는 2개의 측면 부재(1125L 및 1125R)를 포함한다. 웨브 부재(1150)는 전면(1150F) 및 후면(1150R)을 가진다. 지지 기둥을 제조하기 위한 다른 재료 및 기술이 주지되어 있고, 몇몇은 앞서 언급한 특허문헌에 서술되어 있다. 본 발명은 임의의 재료 및 기술에 쉽게 적용될 수 있다. 뒷문(1110)은 시트 금속 또는 임의의 다른 적합한 재료로 형성될 수 있고, 리프트오프(lift-off) 힌지(1112)에 의해 지지 기둥(1100)에 부착된다. 후방 도어(1110)는 유닛을 수리하기 위해 쉽게 제거될 수 있다.

기둥 유닛(1000)은 웨브 전면(1150F)에 놓여지고 고정된 선형 레일(1050)을 포함한다. 선형 레일(1050)은 대략 바닥에서 상면(1050F)까지 수직으로 뻗어 있다. 수직 캐리지(2000)는 적절한 선형 베어링(2050) 등으로 레일(1050)에 미끄러지게 연결된다. 다른 앞서 언급한 특허 문헌에서 알 수 있듯이, 복수의 레일, 실린더형 축, 또는 유체 작동식 실린더가 대안으로서 통합될 수 있다. 지지 케이블(1300)은 수직 캐리지(2000)에 연결되고, 지지 기둥(1100)의 최상부에 위치하는 방향 전환 도르래(1310 및 1320)를 향해 위쪽으로 이어지고, 웨브 후면(1150R) 부근에서 카운터웨이트 홀더(1350)를 지지하도록 아래쪽으로 이어진다. 카운터웨이트 홀더(1350)의 최상부상에 유지되는 (도시되지 않은) 카운터웨이트는 수직 캐리지(2000)에 연결되어 있는 짐의 균형을 잡는 역할을 하여, 시스템이 본질적으로 평형 상태에 있게 한다. 그러므로, 앞서 언급한 미국특허번호 제4,527,942호에서 스미스가 서술한 바와 같이, 이 짐은 실질적으로 무게없는 상태가 되고, 마찰력을 극복하기 충분한 비교적 작은 크기의 외부에서 가해진 힘을 통해 위로 또는 아래로 이동될 수 있다. 미국특허번호 제7,245,118호에서 제안한 바와 같이, 비교적 작은 모터가 감속 기어 트레인을 통해 반전 도르래(1310, 1320) 중 하나에 적절하게 연결되어, 짐을 수직으로 움직이기 위해 사용될 수 있다. 또한, 미국특허번호 제7,245,118호에서 제안한 바와 같이, (도킹 메커니즘 또는 사람과 같은) 외부 힘이 기어 트레인을 통해 모터를 뒤로 구동시킬 필요없이 적절한 때 짐을 수직으로 쉽게 이동시킬 수 있게 하기 위해, 모터 및 기어 트레인을 연결해제하기 위한 클러치가 포함될 수 있다. 그러므로, 수직 위치조절을 위해, 짐은 모터에 의해 구동되거나, 또는 외부 힘에 의해 순응하여 이동될 수 있다. 그러나, 이러한 배열은 1) 주어진 높이의 기둥에 대한 전체 수직 스트로크를 줄일 수 있는, 기둥의 최상부에 체적을 필요로 하고, 2) 비교적 비싼 연결 컴포넌트를 필요로 할 수 있고, 3) 컴플라이언트 모션의 범위를 제한하지 않고, 그리고 4) 짐을 제 위치로 구동할 때 간섭을 탐지할 수 있는 임의의 수단은 제공하지 않는다. 본 발명은 이러한 어려움을 해결하는 방식으로 균형잡힌 짐을 옮기고, 컴플라이언트 이동을 허용하는 메커니즘을 제공한다.

개략적으로, 수직 캐리지 어셈블리(2000)는 모터 구동 커버(2300) 내에 감속 기어(2355)(도 5-6b에서는 도시되어 있지 않음; 도 7b 참조)에 연결된 모터(2350)를 포함한다. 감속 기어(2355)를 이용하여, 모터(2350)는 톱니형 레일(7100)(일종의 구동 레일 유닛)과 맞물리는 구동 기어(2370)(일종의 맞물림 부재)를 회전시킨다. 톱니형 레일(7100)은 지지 기둥(1100)의 바닥 부근에서 지지 기둥(1100)의 최상부 부근까지 뻗어 있고, 선형 레일(1050)과 웨브 전면(1150F)상에 배열된다. 톱니형 레일 및 기어가 도시되고 서술되지만, 다른 선형 모션 시스템이 사용될 수도 있다. 예를 들어, 구동 레일 유닛은 링크식 체인에 의해 형성되고, 맞물림 부재로서 역할하는 대응하는 스프로킷에 의해 맞물린다. 다른 대안으로서, 구동 레일 유닛은 맞물림 부재로서 역할하는 마찰 구동 휠에 의해 연결되는 비톱니형 레일일 수 있다. 다른 구동 레일 유닛 및 맞물림 부재 조합도 본 발명의 정신 및 범위 내에 속한다.

수직 캐리지 어셈블리(2000)는 맞물림 부재와 구동 레일 유닛 간의 상호작용을 통해 기둥(1100)을 따라 수직으로 구동될 수 있다. 유연한 도관(1070)은 모터를 작동하기 위해 필요한 파워 및 제어 배선을 하우징한다. 도시된 실시예에서, 톱니형 레일(7100)의 양 단부는 각각 상부 컴플라이언스 유닛(7200) 및 하부 컴플라이언스 유닛(7300)에 단단하게 부착된다. 그 다음, 컴플라이언스 유닛(7200 및 7300)은 그것을 제한된 거리상으로 위로 또는 아래로 이동가능한 방식으로, 기둥 웨브 전면(1150F)에 미끄러지게 연결된다. 그러므로, 트랙(7100), 캐리지 어셈블리(2000), 크래들(3000), 및 카운터웨이트 홀더(1350)에 의해 홀딩된 카운터웨이트로 인해 실질적으로 무게없는 상태로 유지되는 검사 헤드 로드를 함께 구비한 컴플라이언스 유닛(7200 및 7300)은 모터를 뒤로 구동하거나 분리시키지 않고 제한된 거리상으로 하나의 유닛처럼 수직으로 이동될 수 있다. 이는 짐을 위치조절하기 위한 컴플라이언트 수직 동작 범위를 제공한다. 이 개념은 아래에 더욱 상세하게 서술될 것이다.

전체적인 모터 구동식 수직방향의 이동은 상부 리미트 스위치(1119) 및 하부 리미트 스위치(1117)을 포함함으로써 제한될 수 있는데, 두 스위치는 모두 그 수직 위치를 조절가능하게 하기 위해 리미트 스위치 설치 트랙(1115) 상에 설치된다. 리미트 스위치(1117 및 1119)는, 종래의 방식으로, 수직 캐리지(2000)에 부착된 리미트 스위치 액추에이터(2015)에 의해 작동된다. 리미트 스위치가 고장나거나 타고 넘는(override) 경우에 수직 캐리지(2000)에 대한 포지티브 정지부(positive stop)를 제공하기 위해 웨브 전면(1150F)의 바닥 상에 또는 그 부근에 범퍼(1109)가 설치된다. 리미트 스위치(1117 및 1119)로부터의 신호는 모터 구동식 이동이 이동 한계에 도달한 때 정지하고, 모터가 하나 또는 다른 이동 한계에서 시작된 때 적절한 방향으로만 동작되도록 하는 종래의 방식으로, 모터(2350)의 동작을 제어하기 위한 컨트롤러(4000)로 라우팅되고 컨트롤러에 의해 사용될 수 있다.

도 6a 및 6b는 기둥 유닛(1000)의 전방 및 후방의 부분 분해 투시도를 제공한다. 도면에서, 커버(1110)는 지지 기둥(1100)으로부터 분리되어 있다. 또한, 상부 및 하부 컴플라이언스 유닛(7200 및 7300) 및 톱니형 레일(7100)을 포함하는, 수직 컴플라이언스 메커니즘(7000) 및 수직 캐리지(2000)는 서로 그리고 지지 기둥(1100)으로부터 분리되어 있다. 카운터웨이트 홀더(1350)는 도 6b에서 상세하게 도시되어 있다. 또한, 기둥 유닛(1000)의 회전을 제한하기 위해 정지부(6213)와 상호작용하는 앞서 언급한 범퍼(1180)가 도 6b에 도시되어 있다.

또한, 수직 캐리지(2000) 및 기둥 어셈블리(1100)와의 그 상호작용의 관련 세부사항은 지금부터 도 7a, 7b, 8, 및 9를 참조하여 서술될 것이다. 도 7a 및 7b에 각각 제공된 전방 및 후방 투시도에서 볼 수 있듯이, 캐리지(2000)는 어셈블리에 대한 기초(foundation)로 역할하는 캐리지 판(2100)을 포함한다. 캐리지 판(2100)은 선형 레일(1050)과 맞물리도록 구성된 선형 베어링(2050)에 고정된다. 그러므로, 캐리지 판(2100)은 선형 레일(1050)을 따라 수직방향으로 쉽게 미끄러질 수 있다. 지지 블록(2130)은 캐리지 판(2100)의 전면에 부착되고, 잠금 핀(2060)을 수용하기 위한 잠금 핀 홀(2063)을 포함한다. 암 부착 판(2120)은 베어링(2124), 피벗 설치 블록(2128), 및 피벗 축 짐(2126)에 의해 캐리지 판(2100)에 회전가능하게 연결되는데, 이들 모두 판(2100 및 2120)의 상단부에 위치한다. 암 부착 판(2120)은 회전 유닛(5800)(또는 대안의 크래들 암 지지 구조)이 부착될 수 있도록 구성된다. 그러므로, 짐은 판(2120)에 의해 받쳐지고, 그로 인해 짐에 의해 생성된 모멘트는 기둥 어셈블리(1000)로 전달된다. 그 결과, 지지 기둥(1100)은 짐에 의존하는 크기의 편향을 경험할 수 있다. 또한, 기둥(1100)은 완전한 수직, 또는 테스트하는 주변기기에 대하여 정확하게 원하는 각도가 아닐 수도 있다. 조절 나사(2122)는 그 말단부가 짐에 의해 발생되는 모멘트에 의해 결정되는 힘으로, 지지 블록(2130)에 대항하여 견디도록, 암 부착 판(2120)의 바닥에 적절하게 나사가공된 쓰루홀(through-hole)과 나사결합될 수 있다. 조절 나사(2122)는 편향 또는 다른 각도상의 오정렬을 보상하여, 검사 헤드와 그것이 도킹할 주변기기의 대략적인 사전 정렬(pre-alignment) 또는 평탄화(planarization)를 달성하기 위해, 회전 유닛(5800)의 축(또는 대안의 암 구조)과 기둥(1100) 사이의 각도를 조절하도록 안으로 또는 바깥으로 돌려질 수 있다.

도 7b의 수직 캐리지(2000)의 후방 투시도는 그 출력부가 감속 기어(2355)의 입력부에 연결되어 있는 모터(2350)를 도시한다. 기어 유닛(2355)의 출력부는 구동 기어(2370)를 구동시킨다. 모터 커버(2300)는 이러한 메커니즘에 대한 보호 커버링을 제공한다. 구동 기어(2370)는 명료함을 위해 제거된 모터 커버(2300)를 가진 기둥 어셈블리(1000)의 일부분의 확대도를 제공하는 도 8에 도시된 바와 같이, 톱니형 레일(7100)과 맞물린다. 그러므로, 모터(2350)의 동작은 톱니형 레일(7100)을 따른 회전이 수직 캐리지(2300)를 (회전 방향에 따라) 위로 또는 아래로 이동하게 하는, 구동 기어(2370)의 회전을 일으킨다. 짐이 카운터밸런싱되어 있기 때문에, 이러한 메커니즘은 단지 마찰력과 관성을 극복할 만큼 충분한 비교적 작은 크기의 파워만 필요로 한다.

바람직하게도, 감속 기어 유닛(2355)은 모터를 뒤로 구동하는 것이 구동 기어(2370)에 가해질 비교적 큰 크기의 힘을 필요로 하게 한다. 그러므로, 모터가 정지되고 짐이 균형잡혀진(또는 거의 균형잡혀진) 채 그리고 비합리적으로 큰 외부 힘이 가해지지 않을 때, 수직 캐리지(2000)는 톱니형 레일(7100)에 대하여 고정된 위치로 유지될 것이다. 상술된 예시적인 모터에서, 수직 방향으로 검사 헤드에 가해지는 100 파운드 초과의 힘이 모터를 뒤로 구동시켜, 트랙(7100)에 대한 수직 캐리지(2000) 및 짐의 움직임을 일으키기 위해 필요할 것이다.

그러나, 시스템을 수리할 때(예컨대, 검사 헤드 로드를 설치, 제거, 또는 교체할 때), 본 시스템은 카운터웨이트가 추가되거나 제거되어 크게 언밸런싱될 수 있다. 이러한 환경에서, 기둥(1100)에 대하여 고정된 위치에 수직 캐리지(2000)를 기계적으로 고정시키는 것이 바람직하다. 그러므로, 도 9의 상세도에 가장 잘 도시된 바와 같이, 잠금 레일(1190)이 기둥(1100)의 우측면(1125R)에 부착된다. 잠금 레일(1190)은 기둥(1100)의 바닥 부근에서 기둥(1100)의 최상부 부근까지 뻗은, 그 길이를 따라 편리한 간격으로 이격된 다수의 홀(1192)을 가진다. 운전자의 편의를 위해, 후면 접착식(adhesive-backed) 룰(rull)(1199)이 잠금 레일(1190)에 추가될 수 있다. 잠금 레일 홀(1192)은 캐리지(2000)의 지지 블록(2130) 내의 잠금 핀 홀(2063)과 나란하게 배열된다. 따라서, 수직 캐리지(2000)는 그 잠금 핀 홀(2063)이 편리한 높이에서 잠금 레일 홀과 나란하게 되는 위치로 그것을 조종함으로써, 수리하기 바람직한 위치에 고정된다. 잠금 핀(2060)은 그 다음 잠금 핀 홀(2063)로 선택된 잠금 레일 홀(1192)을 통해 삽입될 수 있다. 그러므로, 수직 캐리지(2000)는 위치 고정된다. 시스템이 균형잡힌 때, 잠금 핀(2060)은 안전하게 제거될 수 있다.

수직 캐리지가 그렇게 위치 잠금된 동안 모터(2350)를 작동시키는 것은 당연히 바람직하지 않다. 따라서, 제어 인터락(interlock)이 제공된다. 예시적인 실시예로서, 리미트 스위치(2070)(도 8)가 모터 커버(2300) 내에 포함된다. 커버(2300) 내의 잠금 핀 홀(2065)은 리미트 스위치(2070)의 액추에이션 암(도시되지 않음)과 나란하고, 잠금 레일(1190) 앞에 위치한다. 잠금 핀(2060)은 리미트 스위치(2070)를 작동시키기 위해 홀(2065)을 통해 삽입될 수 있다. 시스템 제어 기능은 모터(2050)에 파워를 인가하기 위해서는 리미트 스위치(2070)가 가동된 상태에 있어야만 하도록 설계될 수 있다. 그러므로, 수직 캐리지(2000)가 잠금 핀(2060)에 의해 위치 잠금된 때, 모터(2050)는 작동될 수 없다. 시스템이 균형 잡힌 때, 잠금 핀(2060)은 잠금 핀 홀(2063)로부터 제거되고 스위치(2070)를 가동시키기 위한 홀(2065)로 삽입될 수 있고, 그 다음 모터(2050)가 작동될 수 있다.

수직 컴플라이언스 메커니즘(7000)이 서술된다. 앞서 서술한 바와 같이, 수직 컴플라이언스 메커니즘(7000)의 세 가지 실시예가 여기서 상세하게 서술된다. 제1 실시예 또는 "기본적인" 실시예는 본 발명의 기본적인 원리를 포함한다. 제2 실시예는 특정한 동작 특성을 향상시키기 위해 제1 실시예에 스프링(7210 및 7310)과 같은 탄성부재를 추가한다. 제3 실시예는 탄성부재가 어떻게 추가적인 향상을 제공하기 위해 사용되는지 유효화하기 위해 제2 실시예에 몇가지 간단한 컴포넌트를 추가한다. 도 1, 2, 및 6 내지 6b에서, 제2 및 제3 실시예의 추가적인 부재들이 점선으로 도시되어 있다.

도 10a 내지 11c를 참조하여, 제1 또는 기본적인 실시예가 서술된다. 도 10a는 측벽(1125L)이 웨브(1150)와 접촉하고, 수직 컴플라이언스 유닛(7000)을 포함하는 기둥 어셈블리(1000)의 코너 부분(1010)의 분해 투시도를 제공한다. 도 10b 및 10c는 각각 상부 및 하부 컴플라이언스 유닛(7201 및 7301) 부분의, 그로부터 도출된 확대도를 제공한다. 도 11a, 11b, 및 11c는 각각 도 10a, 10b, 및 10c의 부분 분해도이다.

도 10c 및 11c에서 시작하면, 하부 컴플라이언스 유닛(7301)은 하부 컴플라이언스 판(7320)을 포함한다. 톱니형 레일(7100)의 하단부는 (도시되지 않은) 적절한 파스너를 통해 판(7320)의 전면에 고정된다. 하부 선형 레일(7330)과 맞물리는 선형 베어링(7340)이 컴플라이언스 판(7320)의 후면에 부착된다. 선형 레일(7330)은 적절한 파스너를 통해, 그 축이 수직축(1006)과 평행하도록, 기둥 웨브 전면(1150F)에 고정된다. 그러므로, 하부 컴플라이언스 판(7320) 및 톱니형 레일(7100)은 전방 기둥 면(1150F) 및 기둥(1100)을 따라 수직방향으로 미끄러질 수 있다.

도 10b 및 11b를 참조하면, 상부 컴플라이언스 유닛(7201)은 하부 컴플라이언스 유닛(7301)과 유사하다. 즉, 상부 컴플라이언스 유닛(7201)은 톱니형 레일(7100)의 상단부에 부착되는 상부 컴플라이언스 판(7220)을 포함한다. 선형 베어링(7240)은 하부 선형 레일(7330)과 동축이고 수직축(1006)과 평행한 축을 가지는 기둥 웨브 전면(1150F)에 설치되는 상부 선형 레일(7230)과 맞물린다. 그러므로, 톱니형 레일(7100), 컴플라이언스 판(7200 및 7300), 및 선형 베어링(7240 및 7340)을 포함하는 서브어셈블리는 선형 레일(7220 및 7230)에 미끄러지게 연결된 리지드(rigid) 유닛이다. 이러한 서브어셈블리는 이하 (도 11a에 완전하게 도시된) "이동가능한 레일 유닛"(7001)이라 한다. 선형 레일(7220 및 7230)은 동축이고, 수직 방향이고, 기둥 웨브 전면(1150F)에 고정되기 때문에, 이동가능한 레일 유닛(7001)은 작은 마찰력으로 기둥(1100)에 대하여 수직방향으로 미끄러질 수 있다.

각각의 컴플라이언스 판(7220 및 7320)은 한 측에 각각 기다란 노치(7225 및 7325)를 포함한다. 하부 컴플라이언스 유닛(7301)에서, 판(7320)은 노치(7325)가 기둥 좌측면 벽(1125L) 반대로 향하게(그리고 레일(1050)을 향하게) 하는 방향이다. 상부 컴플라이언스 유닛(7201)에서, 판(7220)은 노치(7225)가 기둥 좌측면 벽(1125L)의 내측과 마주하고 그 내측과 비교적 근접하게 있도록, 반대 방향을 향한다. 정지부(7228)는 그것이 노치(7225) 내로 부분적으로 돌출되도록 기둥 좌측면 벽(1125L)의 내측에 부착된다. 이러한 배열은 이동가능한 레일 유닛(7001)의 수직 이동을 제한하기 위한 포지티브, 또는 하드(hard) 정지부를 제공한다. 정지부(7228)는 간단하게 기둥 측면(1125L) 내의 구멍에 나사결합된 나사일 수 있고, 잠금 너트에 의해 고정될 수 있다. 그러므로, 노치(7225)의 길이에서 정지부(7228)의 유효 두께를 뺀 것이 이동가능한 레일 유닛(7001)에 대하여 사용가능한 전체 동작 범위를 정의한다. 그러므로, 예시적인 실시예에서 대략 4 인치의 이동 범위가 제공된다. 대안으로서, 웨브 전면(1050F)상에 위치하는 정지부를 하부 컴플라이언스 판(7320) 내의 노치(7325)와 상호작용하도록 배열하는 것이 가능하다.

도 10b 및 11b를 다시 참조하면, 상부 컴플라이언스 리미트 스위치(7250U) 및 상부 컴플라이언스 리미트 스위치(7250L)가 각각 설치 브래킷(7252U 및 7252L)에 부착되어 있다. 설치 브래킷(7252U 및 7252L)은 적절한 파스너를 통해 좌측 기둥면(1125L)의 내측에 고정된다. 크기가 큰(oversized) 및/또는 기다란 설치 구멍이 조절을 가능하게 하기 위해 사용될 수 있다. 리미트 스위치(7250U 및 7250L)는 각각 종래의 액티베이션 암(7251U 및 7251L)과 함께 장착된다. 어깨 나사(7255U 및 7255L)는 상부 컴플라이언스 판(7220) 내에 적절하게 위치하는 홀과 나사결합되어, 이동가능한 레일 유닛(7001)이 각각 상부 또는 하부 이동 리미트에 닿은 때 각각 액티베이션 암(7251U 및 7251L)과 상호작용한다. 그러므로, 리미트 스위치(7250U 및 7250L)는 컴플라이언트 이동이 각각의 상부 또는 하부 리미트에 도달한 때 컨트롤러에 신호를 제공할 수 있다. 아래에 서술한 바와 같이, 이는 모터(2350)가 짐을 위로 또는 아래로 구동하고자 할 때 장애물이 위치조절을 방해한다는 신호를 제공할 수 있다. 바람직하게는, 리미트 스위치(7250U 및 7250L)는 그들이 포지티브 정지부(7228)가 노치(7225)의 가장자리와 상호작용하기 전에, 짧은 거리를 이동하고, 신호를 제공하도록 조절된다.

검사 헤드 로드에 의해 발생되는 모멘트는 톱니형 레일(7100)이 웨브 전면(1150F)을 향해 안쪽으로 유해하게 휘어지게 할 수 있다. 톱니형 레일(7100)을 지지하고 그것의 휘어짐을 최소화하기 위해, 다수의 범퍼(7110)가 웨브 전면(1150F)을 따라 이격되게 나사(7111)에 의해 고정된다. 범퍼(7110)는 톱니형 레일(7100) 바로 아래에 위치하고, 델린?과 같은 비교적 마찰력이 낮은 종류의 재료로 만들어지고, 시스템이 하중없는 상태에 있을 때 범퍼와 톱니형 레일(7100)의 바닥 사이에 0.01 인치 이하의 작은 틈이 존재하도록 크기조절되어, 휘어짐의 정도 및 임의의 관련 진동을 제어한다. 시스템이 하중을 받고 있을 때, 하나 이상의 범퍼(7110)는 톱니형 레일(7100)과 접촉할 수 있고, 낮은 마찰력으로 레일 위로 미끌어질 수 있다.

제1 실시예의 수직 컴플라이언스 메커니즘(7000)의 동작은 도 12a 내지 13c를 참조하여 서술된다. 도 12a-12c는 이동가능한 레일 유닛(7001)의 전체 모션을 도시한다. 도 12d-12f는 리미트 스위치(7250U 및 7250L)와 어깨 나사(7255U 및 7255L)의 상호작용을 더욱 분명하게 보여주기 위한 도 12a-c의 확대도이다. 도 13a-13c는 컴플라이언스 리미트 스위치(7250U 및 7250L)와 그와 관련된 설치 하드웨어가 노치(7225) 및 정지부(7228)의 가시성을 높이기 위해 분해 제거된 점을 제외하면 각각 도 12d 내지 12f와 동일하다.

먼저, 검사 헤드 로드가 그것이 수직방향으로 쉽게 이동될 수 있도록 균형잡힌 상태에 있는 것으로 간주한다. 또한, 시작 포인트에서, 이동가능한 레일 유닛(7001)이 노치(7225) 및 정지부(7228)에 의해 정해진 사용가능한 동작 범위의 중심에 있는 것으로 가정한다. 상부 컴플라이언스 유닛(7201) 부근의 상황은 도 12d 및 13a에 도시된 바와 같다. 검사 헤드 로드를 원하는 위치로 위쪽으로 이동시키는 것이 바람직하다고 생각된다. 그 다음, 모터(2350)는 구동 기어(2370)가 (좌측 벽(1125L)에서 보았을 때) 시계방향으로 회전하게 하도록 동작된다. 톱니형 레일(7100)과 상호작용하는 이러한 회전은 이동가능한 레일 유닛(7001)에 대한 아래쪽으로 힘, 및 수직 캐리지(2000)에 대한 위쪽으로 힘을 발생시킨다. 이동가능한 레일 유닛(7001)과 관련된 중량이 수직 캐리지(2000) 및 그와 연관된 짐의 중량보다 훨씬 작을 것이므로, 관성적 고려사항은 노치(7225)의 상단부가 정지부(7228)에 의해 받쳐질 때까지, 그리고 하부 리미트 스위치(7250L)가 액티베이션 암(7251L)과 나사(7255L)의 상호작용에 의해 가동될 때까지, 이동가능한 레일 유닛(7001)을 아래로 이동하게 함을 이해해야 한다. 이러한 상황은 도 12e 및 13b에 도시되어 있다. (도 12b는 나사(7255)와 하부 리미트 스위치 액티베이션 암(7251L)의 맞물림을 보여주고, 도 13b는 정지부(7228)와 노치(7225)의 상호작용을 보여준다.) 모터(2350) 및 구동 기어(2370)가 계속 회전할 때, 수직 캐리지(2000) 및 그것의 검사 헤드 로드는 정지부(7228)가 이동가능한 레일 유닛(7001)의 추가적인 아래로의 움직임을 방지하므로 위로 이동한다. 검사 헤드 로드가 아직 원하는 최종 위치 아래이지만 그에 근접한 때(즉, 노치(7225)에 의해 이동가능한 레일 유닛(7001)에 제공되는 이동 범위 내에 있을 때), 모터 구동 이동이 정지될 수 있다. 그 다음, 짐은 비교적 작은 힘으로, 수동으로 또는 도킹 액추에이터와 같은 외부 액추에이터에 의해 그 최종 위치로 이동될 수 있다. 이를 컴플라이언스라 하고, 이러한 컴플라이언트 모션에서, 이동가능한 레일 유닛(7001)은 앞서 서술한 바와 같이 수직 캐리지(2000)와 함께 이동한다. 짐을 초기 위치에서 아래로 이동시키고자 한다면, 최초로 이동가능한 레일 유닛(7001)이 도 12f 및 13c에 도시된 바와 같이 노치(7225)의 상단부가 정지부(7228)와 상호작용하고 정지부(7228)에 의해 지지될 때까지, 그리고 상부 컴플라이언스 리미트 스위치(7250U)가 액티베이션 암(7251U)과 상호작용하는 나사(7255U)에 의해 동작될 때까지 위로 이동한다는 점을 제외하면, 동작은 유사할 것이다.

요약하자면, 앞서 서술한 제1 실시예의 수직 컴플라이언스 메커니즘(7000)은 모터(2350)가 짐을 수직 위치로 옮기는 것을 가능하게 한다. 그 다음, 사람 또는 도킹 액추에이터와 같은 외부 힘이 상부 컴플라이언스 판(7220) 내의 노치(7225)에 의해 제공되는 컴플라이언트 수직 범위 내에 있는 2차 수직 위치로 짐을 이동시킬 수 있다. 모터(2350)가 외부 힘이 가해질 때 뒤로 구동불가능하므로, 짐 및 이동가능한 레일 유닛은 외부 힘에 반응하여 하나의 개체처럼 함께 이동함을 이해해야 한다. 짐이 균형잡힌 상태로 유지되기 때문에, 마찰력 및 관성을 극복하기 충분한 비교적 작은 힘만이 컴플라이언트 이동을 위해 요구된다. 그러나, 움직임이 모터(2350)에 의해 구동될 때, 톱니형 레일(7100)에 대한 회전하는 구동 기어(2370)의 액션은 이동가능한 레일 유닛(7001)을 그것의 컴플라이언트 범위의 한 끝까지 이동되어 멈추게 할 수 있다.

그러므로, 모터(2350)에 의해 제공되는 힘에 독립적인 힘의 적용은 a) 구동 레일 유닛이 지지 기둥에 대하여 이동하게 만들고; 그리고 b) 수직 캐리지를 지지 기둥에 대하여 이동하게 만든다.

몇몇 애플리케이션에서, 예컨대, 전용 위치조절 애플리케이션에서, 이동가능한 레일 유닛(7001)을 그 컴플라이언트 범위의 끝까지 모터 구동하는 것은 바람직하지 않을 수 있다. 그러한 애플리케이션에서, 모터(2350)가 짐을 대략적인 수직 위치로 옮기기 위해 사용되는 동안, 컴플라이언트 모션 범위에 대하여 중앙 위치에 짐을 놓고 유지하는 것이 바람직할 수 있다. 제2 실시예의 수직 컴플라이언스 메커니즘(7000)은 짐이 모터(2350)에 의해 위치가 옮겨질 때 그 동작 범위 내에서 비교적 중앙의 위치에 이동가능한 레일 유닛(7001)을 유지하기 위한 탄성 컴포넌트를 포함한다.

제2 실시예의 예시적인 도면이 도 14a 내지 16b에 도시되어 있다. 도 14a 내지 14c는 앞서 서술한 제1 실시예에 대한 도 10a 내지 10c와 유사한, 본 실시예의 도면을 제공한다. 도 14a 내지 14c에 도시된 바와 같이, 상부 및 하부 탄성부재(7210 및 7310)는 각각 상부 및 하부 컴플라이언스 판(7220, 7320)과 기둥 웨브 전면(1150F) 사이에 연결된다. 본 예시의 실시예는 기계적 스프링을 사용하지만, 가스 스프링, 공압기기 등과 같은 다른 탄성부재(7210, 7310)로 대체될 수 있다. 여기서, 용어 "스프링" 또는 "스프링들"은 더욱 일반적인 "탄성부재"와 상호치환가능하게 일반적으로 사용된다. "스프링"이 기계적 스프링을 의미할 때는 문맥을 통해 알 수 있을 것이다.

상부 및 하부 컴플라이언스 유닛(7202 및 7302)을 포함한 전면 및 후면의 분해 투시도가 도 15a 및 16a에 제공되어 있다. 상부 컴플라이언스 유닛(7202) 부근의 확대도는 도 15b 및 16b에 제공되어 있고, 도 15c 및 16c는 하부 컴플라이언스 유닛(7302) 부근의 확대도이다. 탄성부재(7210 및 7310)는 '연장' 타입, 즉 장력(tension) 동작식으로 도시되어 있고, 각각의 단부에 부착 눈(721la,b, 7311a,b)(또는 대안으로서 오픈 후크(open hook)로 대체될 수 있음)을 가진다. 대안으로서, 탄성부재는 압축 타입, 즉 장력 동작식일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 모든 탄성부재(7210 및 7310)는 동일하지만, 대안의 실시예에서, 그들은 원하는 결합된 유효 바이어싱 힘을 제공하기 위해 상이한 것일 수 있다.

각각의 탄성부재(7210 및 7310)의 제1 단부를 웨브 전면(1150F)에 부착하기 위해, 어깨 나사(7212, 7312)가 각각의 탄성부재(7210 및 7310)의 제1 단부의 부착 눈(7211a, 7311a)을 통과한 다음, 웨브 전면(1150F)에 적절하게 위치하는 구멍으로 나사결합된다. 나사(7212 및 7213)의 어깨부는 웨브 전면(1150F)으로부터 고정된 거리에 그 헤드를 유지하기 위해 웨브 전면(1150F)에 대하여 단단하게 조여진다. 탄성부재(7210 및 7310)의 제2 단부를 컴플라이언스 판(7220 및 7320)에 연결하는 것은 도 16d 및 16e를 더 참조하여 서술된다. 부착 바(7214)는 탄성부재(7210)의 제2 단부의 눈(7211b)을 관통하고, 유사하게 부착 바(7314)는 탄성부재(7310)의 제2 단부의 눈(7311b)을 관통한다. 도 16d 및 16e에 도시된 바와 같이, 부착 바(7214 및 7314)는 원통형인 것이 바람직하고, 길이를 따라 이격되어 있는 원둘레방향의 홈(7213 및 7313)을 포함한다. 각각의 탄성부재(7210, 7310)가 부착될 하나의 홈이 존재하고, 각각의 탄성부재의 눈(7211b, 7311b)은 그 각각의 홈에 안착된다. 인접한 탄성부재(7210 및 7310) 사이의 공간적 간격이 유지될 수 있다. 예컨대, 부착 바(7214 및 7314)는 각각 선반을 통해 홈(7213 및 7313)을 기계가공함으로써 제조될 수 있고; 또는 대안으로서, 튜빙의 길이가 홈이 있는 면을 만들기 위해 막대 위에 맞춤될 수 있다.

상부 유지 포스트(7215) 및 하부 유지 포스트(7315)는 각각 상부 및 하부 컴플라이언스 유닛(7200 및 7300)의 뒷면에 부착되고, 그로부터 돌출된다. 유지 포스트(7215 및 7315)는 판(7200 및 7300) 내에 위치하는 홀에 나사결합된 어깨 나사로 간단하게 구현될 수 있다. 도 16a 및 16b에 도시된 바와 같이, 부착 바(7314)는 그것과 부착 나사(7312) 사이에 유지 포스트(7315)가 있도록 놓여진다. 그러므로, 탄성부재(7310)가 장력을 가지게 설치된 때, 부착 바(7314)는 유지 포스트(7315)를 받치고, 하부 탄성부재(7310)의 제2 단부를 하부 판(7300)에 연결한다. 상부 부착 바(7124) 및 상부 탄성부재(7210)는 유사한 방식으로 상부 판(7200)에 연결된다. 유지 포스트(7215, 7315)가 부착 바(7214, 7314)를 잡을 만큼 충분히 길어야 하지만, 웨브 전면(1050F)의 간격을 유지할 만큼 충분히 짧아야 함을 이해해야 한다.

본 시스템은 탄성부재(7210 및 7310)가 설치될 때, 각각 초기에 장력을 가지고 설치되도록 설계된다. 그러므로, 예시적인 실시예에서, 상부 탄성부재(7210)는 이동가능한 레일 유닛(7001)에 위쪽으로의 힘을 가하고, 하부 탄성부재(7310)는 이동가능한 레일 유닛(7001)에 아래쪽으로의 힘을 가한다. 임의의 외부 힘이 없고, 짐이 카운터밸런싱되어 있음을 상기하면, 이러한 힘들은 시스템이 평형상태가 되도록 동일한 크기여야 한다. 탄성부재(7210 및 7310)는 바람직하게는 동일한 크기 및 바이어싱 힘을 가지는 동일한 것이다. 그러므로, 임의의 외부에서 가해지는 힘이 없다면, 각각 동일한 크기만큼 장력을 받을 것이고, 이동가능한 레일 유닛(7001)은 중앙 위치에서 유지될 것이다. 또한, 외부 힘이 이동가능한 레일 유닛(7001)을 이동시킨다면, 그것은 힘의 제거시 중앙 위치로 다시 돌아올 것이다.

예시적인 실시예에서, 각각의 개별적인 스프링(7210, 7310)은 거의 동일한 바이어싱 힘, "r"을 가진다. 병렬로 작동하는 모든 탄성부재(7210)의 유효 바이어싱 힘, "R"은 Nr인데, 여기서 N은 탄성부재(7210)의 개수이다. 이와 유사하게, 병렬로 작동하는 모든 탄성부재(7310)의 유효 바이어싱 힘, "R"은 역시 Nr인데, 여기서 N은 역시 탄성부재(7310)의 개수이다. 도 14a 내지 16b에 도시된 예시적인 실시예에서, N은 3이지만 N은 다른 실시예에서 다를 수 있다.

도 17a 내지 17c는 3가지 상이한 위치에 있는 제2 실시예의 개략적인 측면도이다. 의도적으로 모두 축적에 따라 그려진 것은 아닌 모든 도면에서, 탄성부재(7210' 및 7310')는 각각 모든 탄성부재(7210 및 7310)를 나타내며, 각각의 탄성부재(7210', 7310')는 R = Nr의 바이어싱 힘을 가진다. 또한, 모든 도면에서, 고정된 주요 컴포넌트들은 이해를 돕기 위해 사선으로 음영처리되었다. 또한, 시스템 상의 짐은 (도시되지 않은) 카운터웨이트에 의해 제공되는 반대방향의 동등한 힘 C에 의해 상쇄되는, 무게 W를 가진 박스(20)로 표현된다.

도 17a에서, 짐 및 이동가능한 레일 유닛(7001)은 외부 힘이 인가되지 않은 채 중앙 위치에 있다. 탄성부재(7210')에 의해 제공되는 위쪽으로의 힘은 탄성부재(7310')에 의해 제공되는 아래쪽으로의 힘과 반대방향이며 동등하여, 본 시스템은 평형상태이다.

외부에서 가해진 수직 힘, F는 도 17b 및 17c에서처럼 레일 유닛(7001) 및 그와 연결된 짐을 중앙에서 멀어지는 위치로 이동시킬 것이다. 마찰력을 무시하면, 2yR의 힘(앞서 서술한 바와 같이, R은 탄성부재(7210', 7310') 중 하나의 바이어싱 힘이다)이 중앙 위치로부터 거리 y만큼 짐을 이동시키기 위해 필요하다. 외부 힘이 제거되면, 짐은 앞서 언급한 바와 같이, 자동으로 중앙 위치로 돌아간다. 지금까지 서술한 바와 같은 시스템에서는, 이동가능한 레일 유닛(7001)이 중앙 위치에 있을 때 탄성부재가 그 유효 동작 길이의 적어도 절반까지 연장되는 것이 필수적이다. 예컨대, 모션의 컴플라이언트 범위가 +/- 2인치(총 4인치)라면, 적어도 4인치의 동작 길이를 가진 탄성부재가 필요하고, 이 탄성부재들은 중앙 위치에서 2인치 연장되어야 한다.

모터(2350) 및 구동 기어(2370)는 레일(7100)에 대하여 위로 또는 아래로 짐(10)을 움직이기 위해 회전될 수 있다. 짐이 이동될 때, 구동 기어(2370)는 이동의 반대 방향으로 이동가능한 레일 유닛(7001)에 힘을 가할 것이다. 이 힘의 크기는 이 힘이 짐과 관련된 마찰력을 극복하도록 하는 크기이다. 그러므로, 이동가능한 레일 유닛(7001)은 이러한 구동력에 대응하여 중앙 위치로부터 일정 거리 이동한다. 예를 들어, 짐과 연관된 마찰력이 12파운드이고 탄성부재(7210 및 7310)의 바이어싱 힘이 4파운드/인치라면, 이동가능한 레일 유닛(7001)은 중앙으로부터 1/2인치 거리만큼 이동할 것이다. 시동시 겪게 되는 정적 마 마찰력은 동작중에 경험하는 마찰력보다 클 수 있다. 이러한 경우, 시동시 이동가능한 레일 유닛은 정적 마찰력과 연관된 제1 거리를 이동하고, 이동 진행중에 이동 또는 동적 마찰력과 연관된 위치까지 중앙 위치를 향해 약간 뒤로 진행할 것으로 예상된다. 모터가 정지하면, 이동가능한 레일 유닛(7001)은 다시 중앙 위치로 돌아가고, 그와 관련된 짐을 이동시킬 것이다. 정지된 후, 짐은 외부 힘에 의해 최종 위치로 순응적으로 이동될 수 있다. 그러므로, 모터 구동 모션을 시작 및 정지할 때 "바운스 효과"가 존재할 수 있다.

패키징 및 다른 시스템 제약에 따라, 탄성부재(7210 및 7310)는 도시된 것과 상이하게 배열될 수도 있다. 예컨대, 도 18에 개략적으로 도시된 시스템에서, 레일 유닛(7001)을 아래로 당기는 탄성부재(7310')가 그것이 상부 컴플라이언스 판(7220)에 부착되고 위로 당기는 탄성부재(7210')가 하부 컴플라이언스 판(7320)에 부착되도록 다시 위치조절된다. 대안으로서, 탄성부재(7210' 및 7310')는 동일한 컴플라이언스 판(7220, 7320)에, 또는 이동가능한 레일의 다른 부분에, 또는 이동가능한 레일 유닛(7001)의 부착물에 부착될 수 있다. 모든 경우에, 동작은 실질적으로 동일할 것이다.

본 발명의 제2 실시예가 짐의 동력을 이용한 이동 동안 모션의 컴플라이언트 범위에 대하여 중앙 위치에 이동가능한 레일 유닛(7001)을 실질적으로 고정시키는 목적을 충족하지만, 시작 및 정지시 레일 유닛(7001) 및 짐의 이동은 특정한 애플리케이션에서 바람직하지 않을 수 있다. 기본적인 실시예에서 컴플라이언트 모션을 위해 필요한 외부 힘은 시스템의 마찰력에 의해 결정되고, 전체 컴플라이언트 범위에 걸쳐 일정하다. 제2 실시예에서, 요구되는 힘은 또한 다양한 바이어싱 힘을 극복해야 한다. 상기 예로부터의 파라미터를 사용하면, 기본적인 실시예에서 컴플라이언트 모션을 위한 힘은 전체 컴플라이언트 범위에 걸쳐 12 파운드의 마찰력에 대응하지만, 제2 실시예에서 요구되는 힘은 중심점에서의 12 파운드에서 4인치 컴플라이언트 범위의 단부에서 60 파운드(마찰력에 대한 12 파운드와 바이어싱 힘에 대한 48 파운드의 합)까지의 범위이다. (더 낮은 바이어싱 힘을 가진 탄성부재가 사용된다면, 요구되는 컴플라이언스 힘은 감소될 수 있으나, 시동 및 정지시 "바운스 효과"가 증가될 수 있음을 이해해야 한다.)

수직 컴플라이언스 메커니즘(7000)의 제3 실시예는 제2 실시예와 연관된 특정한 효과를 줄이기 위한 방식으로 제2 실시예를 변경한다. 이동가능한 레일 유닛(7001)이 이동될 때, 탄성부재의 세트 중 하나의 장력이 증가하고, 다른 세트 내의 장력이 감소한다. 제3 실시예는 또한 2 세트의 탄성부재(7210 및 7310)를 포함하지만, 선형 레일 유닛(7001)이 이동될 때, 제2 실시예에서 장력이 감소되는 탄성부재의 세트는 연결된 컴플라이언스 판(7220, 7320) 및 이동가능한 레일 유닛(7001)으로부터 분리된다. 이러한 점을 바탕으로, 제3 실시예는 도 19 내지 25를 참조하여 서술될 것이다.

도 19는 수직 컴플라이언스 메커니즘(7000)의 제3 실시예를 포함하는 예시적인 기둥 어셈블리(1000)의 코너 부분(1010)의 부분 분해된 투시도이다. 도 20a 및 20b는 각각 상부 및 하부 컴플라이언스 유닛(7203 및 7303) 부분의 확대도이다. 이러한 도면들은 각각 예시적인 제1 및 제2 실시예에 대한 도 11a-11c 및 14a-14c에 제공된 도면과 동일하다. 제2 실시예와 제3 실시예 사이의 차이는 분리 포스트(7260 및 7360)가 웨브 전면(1150F)에 추가된다는 점임을 알 수 있다. 도 21a 및 21b는 각각 상이한 각도에서 본 상부 및 하부 컴플라이언스 유닛(7201 및 7301) 부분의 분해되지 않은 확대도이다. 이들 도면에서, 이동가능한 레일 유닛(7001)은 중앙 위치에 있는 것으로 도시되어 있고, 탄성부재(7210 및 7310)는 동일한 장력이고, 각각 이동가능한 레일 유닛(7001)을 위 및 아래로 당긴다. 분리 포스트 그것이 각각 부착 바(7214 및 7314)와 고정 나사(7212 및 7312) 사이에 있도록 위치조절된다. 분리 포스트(7260 및 7360)는 또한 이동가능한 레일 유닛(7001)이 중앙 위치에 있을 때, 분리 포스트들이 대략 유지 포스트(7215 및 7315) 사이에 있고, 부착 바(7214 및 7314)와 근접하거나, 부착 바를 가볍게 터치하도록 위치조절된다.

도 22a 및 22b는 이동가능한 레일 유닛(7001)이 아래로 이동하는 상황을 도시한다. 도 22a, 상부 컴플라이언스 유닛(7203) 부분의 상세도에서, 탄성부재(7210)가 유지 포스트(7215)가 분리 포스트(7260)로부터 부착 바(7214)를 당길 때 연장됨을 알 수 있다. 그러나, 도 22b, 하부 컴플라이언스 유닛(7303) 부분의 상세도에서, 탄성부재(7310)는 유지 포스트(7315)가 부착 바(7314)가 유지 포스트(7315)가 아니라 분리 포스트(7360)에 의해 받쳐지도록 하는 방향으로 분리 포스트(7360)로부터 멀어지게 이동될 때 하부 컴플라이언스 판(7320)에 연결되지 않음을 알 수 있다.

도 23a 및 23b는 이동가능한 레일 유닛(7001)이 위로 이동할 때인 반대 상황을 도시한다. 도 23b, 하부 컴플라이언스 유닛(7303) 부분의 상세도에서, 탄성부재(7310)는 유지 포스트(7315)가 분리 포스트(7360)로부터 부착 바(7314)를 당길 때 늘어남을 알 수 있다. 그러나, 도 23a, 상부 컴플라이언스 유닛(7203) 부분의 상세도에서, 유지 포스트(7215)가 부착 바(7124)가 유지 포스트(7215)가 아니라 분리 포스트(7260)에 의해 받쳐지도록 하는 방향으로 분리 포스트(7260)로부터 멀어지게 이동할 때 탄성부재(7210)는 하부 컴플라이언스 판(7220)에 연결되지 않음을 알 수 있다.

그러므로 이동가능한 레일 유닛(7001)이 중앙 위치에서 아래로 이동될 때 하부 탄성부재(7310)는 그로부터 분리되고, 상부 탄성부재(7210)는 맞물림을 유지함을 알 수 있다. 이동가능한 레일 유닛(7001)이 중앙 위치에서부터 위로 이동될 때 반대 상황이 일어난다. 즉, 상부 탄성부재(7210)는 그로부터 분리되고, 하부 탄성부재(7310)는 맞물림을 유지한다.

제2 실시예에 대하여 서술한 바와 같이, 제3 실시예에서의 각각의 개별적인 탄성부재(7210, 7310)는 거의 동일한 바이어싱 힘, "r"을 가진다. 병렬로 동작하는 모든 탄성부재(7210)의 유효 바이어싱 힘, "R"은 Nr이고, 여기서 N은 탄성부재(7210)의 개수이다. 이와 유사하게, 병렬로 동작하는 모든 탄성부재(7310)의 유효 바이어싱 힘, "R"은 Nr이고, 여기서 N은 탄성부재(7310)의 개수이다. 도 19 내지 23b에 도시되고 서술된 예시적인 실시예에서, N은 3이지만, N은 다른 실시예에서 다른 값일 수 있다. 또한, 대안의 실시예에서, 상이한 탄성부재들이 환경 및 애플리케이션이 추천하는 상이한 바이어싱 힘을 가지기 위해 선택될 수 있다.

도 24a 내지 24c는 3가지 상이한 위치에 있는 제3 실시예의 개략적인 측면도이다. 의도적으로 축척에 따라 도시된 것은 아닌 이들 도면에서, 탄성부재(7210' 7310')는 각각 모든 탄성부재(7210 및 7310)를 나타내며, 각각 R=Nr의 바이어싱 힘을 가진다. 시스템 상의 짐은 (도시되지 않은) 카운터웨이트에 의해 제공되는 반대 방향의 동일한 힘 C에 의해 상쇄되는 무게 W를 가진 박스(20)로 표현된다.

도 24a에서, 이동가능한 레일 유닛(7001)은 그 중앙 위치에 있는 것으로 도시되어 있고, 분리 포스트(7260' 및 7360')는 유지 포스트(7215 및 7315)로부터 짧은 거리 "d"만큼 떨어져 있는 것으로 도시되어 있다. 각각의 탄성부재(7210' 및 7310')는 초기 크기(S)(이는 더 크거나 더 작은 임의의 크기이므로 도시되지 않음)만큼 연장되어 있고, 탄성부재는 RS의 크기의 반대 방향의 힘을 가하는데, 여기서 R은 바이어싱 힘이다. 그러므로, 본 시스템은 평형 상태에 있다. 거리 d보다 짧은 중앙 위치로부터의 선형 레일 유닛(7001)의 작은 변위(y)에 대하여, 동작은 제2 실시예와 동일하고, 이러한 변위를 일으키기 위해 필요한 힘은 2yR이다.

도 24b는 이동가능한 레일 유닛(7001)이 그 중앙 위치로부터 d보다 큰 거리 D만큼 위로 이동된 포지션의 시스템을 도시한다. 탄성부재(7210')는 이동가능한 레일 유닛(7001)에서 분리되고 작동하지 않는다. 탄성부재(7310')는 이동가능한 레일 유닛(7001) 상에서 작동하고, S+D의 거리만큼 연장된다. 따라서, 탄성부재(7310')는, 마찰력을 무시한 때, 이러한 포지션을 달성하기 위해 요구되는 외부 힘, F의 크기인 R(S+D)의 크기를 가진 힘으로 레일 유닛(7001)에 아래로 당긴다. 이와 유사하게, 도 24c는 이동가능한 레일 유닛(7001)이 거리 D보다 큰 유사한 거리 D만큼 아래로 이동된 시스템을 도시한다. 결과는 동일하다. 즉, R(S+D)의 크기를 가진 힘, F이 필요하다.

그러므로, 거리 d를 막 넘어선, 또는 즉 탄성부재(7210', 7310') 중 하나가 분리되는 포인트를 지난 포인트까지 이동가능한 레일 유닛을 변위시키기 위해 요구되는 힘은 R(S+d)이다. 바람직하게는, 본 시스템은 이러한 힘이 2dR보다 크도록 설계되는데, 이 힘은 탄성부재(7210', 7310') 중 하나의 분리보다 약간 짧은 포인트까지 이동가능한 레일 유닛(7001)을 변위시키기 위해 요구된다. 도 19 내지 23b에 도시된 예시적인 실시예에서, d는 매우 작고, 사실상 0이므로, 2dR은 대략 0이고, 레일 유닛(7001)을 거리 y만큼 이동시키기 위한 힘 F는 F = RS + yR이다. 마찰력을 무시하면, 크기 RS의 힘이 중앙 위치에서 이동가능한 레일 유닛(7001)을 변위시키기 위해 요구된다. 예시적인 실시예에서, 각각의 탄성부재는 4.6 파운드/인치의 바이어싱 힘을 가지고, 중앙 위치에서 각각의 탄성부재는 3/4인치 연장되고, 따라서, F = 10.35 + 13.8y 파운드이다. (여기서, y는 인치이다. 그러므로, 마찰력을 무시하면, 적어도 10.35 파운드의 힘이 이동가능한 레일 유닛(7001)을 변위시키기 위해 요구되고, 31.05 파운드의 힘이 레일 유닛(7001)을, 레일 유닛이 컴플라이언트 동작 범위의 단부에 위치하는, 1.5인치 변위시키기 위해 요구된다.

모터(2350)가 한 반향으로 짐을 옮기기 위해 회전될 때, 이동가능한 레일 유닛(7001)에 가해지는 힘은 이동가능한 레일 유닛(7001)이 중앙 위치에서부터 이동하기 위해 RS를 초과해야 한다. RS 값이 짐을 이동시키기 위해 요구되는 마찰력보다 크거나 동일하다면, 이동가능한 레일 유닛(7001)은 모터(2350)가 짐을 위치조절할 때 본질적으로 정지상태를 유지할 것이다. 즉, 제2 실시예와 연관된 "바운스 효과"는 나타나지 않는다. 또한, 제2 실시예와 달리, 레일 유닛(7001)을 그 전체 컴플라이언트 범위 전체에 걸쳐 이동시키기 위한 전체적으로 가해진 힘은 실질적으로 더 작을 수 있다. 마지막 차이점으로서, 탄성부재(7210 및 7310)가 분리되므로, 탄성부재들은 단지 중앙 위치에서 비교적 작은 크기만큼 연장될 필요가 있을 뿐이다.

모든 앞선 설명에서, 용어 "중앙 위치"는 외부 힘이 가해지지 않은 때 선형 레일 유닛(7001)의 위치를 의미한다. 외부 힘은 사람의 손, 도킹 액추에이터 등을 포함하지만 이에 제한되지는 않는 외부적인 수단에 의해 짐에 가해지는 힘을 의미한다.

또한, 제2 및 3 실시예의 경우에, 모터(2350)가 짐을 위치조절하기 위해 작동될 때 장애물을 만나면, 이동가능한 레일 유닛(7001)은 그 컴플라이언트 범위의 한 단부로 구동될 것이고, 이러한 상태는 리미트 스위치(7250U 및 7250L) 중 하나에 의해 탐지될 것이다. 그러므로, 컨트롤러(4000)는 작동중인 모터(2350)를 정지시키기 위한 신호를 수신할 것이다. 그러나, 제1 실시예의 경우에는, 리미트 스위치 중 하나가 짐 이동이 발생할 때 가동되고, 장애물을 만나는 것이 이미 가동된 리미트 스위치를 가동정지되게 하지 않을 것이고, 그 이벤트에 대한 신호가 제공되지 않는다.

패키징 및 다른 시스템 제약에 따라, 탄성부재(7210 및 7310)는 도시된 것과 다르게 배열될 수 있다. 예컨대, 도 25에 개략적으로 도시된 시스템에서, 레일 유닛(7001)을 아래로 당기는 탄성부재(7310')는 상부 컴플라이언스 판(7220)에 부착되도록 재위치조절되고, 위로 당기는 탄성부재(7210')는 하부 컴플라이언스 판(7320)에 부착된다. 대안으로서, 탄성부재(7210' 및 7310')는 동일한 컴플라이언스 판(7220, 7320)에, 또는 이동가능한 레일 유닛(7001)의 다른 부분 또는 부착물에 부착될 수 있다. 모든 경우에, 동작은 실질적으로 동일할 것이다.

본 발명이 수직 모션에 관하여 서술되었으나, 본 개념은 다른 선형 및 회전 방향의 모션에도 동등하게 잘 적용될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예가 본 명세서에 도시되고 서술되었으나, 이러한 실시예는 단지 예시의 방식으로 제공된 것임이 이해될 것이다. 다양한 수정, 변형, 및 대체가 본 발명의 정신을 벗어나지 않고 당업자들에게 일어날 것이다. 따라서, 첨부된 청구항은 본 발명의 정신 및 범위 내에 속하는 모든 이러한 변형을 커버하도록 의도되었다.

Claims (26)

1. 짐을 위치조절하는 시스템으로서,
   지지 기둥;
   상기 지지 기둥에 연결되어 있고 상기 지지 기둥에 대하여 이동가능한 구동 레일 유닛;
   상기 지지 기둥을 따라 이동가능하고 상기 짐을 지지하는 수직 캐리지(carriage);
   상기 구동 레일 유닛과 맞물리고 상기 구동 레일 유닛을 따라 이동하는 맞물림 부재;
   상기 맞물림 부재가 상기 구동 레일 유닛을 따라 이동하게 만들도록 상기 맞물림 부재에 힘을 가하는 모터;를 포함하고,
   상기 모터는 상기 모터가 상기 맞물림 부재에 힘을 가할 때 상기 수직 캐리지가 상기 구동 레일 유닛에 대하여 이동하도록 상기 수직 캐리지에 연결되어 있고, 상기 수직 캐리지는 또한 상기 구동 레일 유닛과 함께 이동가능하여 상기 수직 캐리지 및 상기 구동 레일 유닛이 상기 지지 기둥에 대하여 이동하는 것을 특징으로 하는 짐을 위치조절하는 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 모터에 의해 제공된 힘과 무관한 힘의 적용은 a) 상기 구동 레일 유닛이 상기 지지 기둥에 대하여 이동하게 만들고; b) 상기 수직 캐리지가 상기 지지 기둥에 대하여 이동하게 만드는 것을 특징으로 하는 짐을 위치조절하는 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,
   a) 상기 구동 레일 유닛은 복수의 톱니를 포함하고, 구동 부재는 톱니형 기어이거나;
   b) 상기 구동 레일 유닛은 체인을 포함하고, 구동 부재는 스프로킷 휠이거나; 또는
   c) 구동 휠은 마찰력을 이용하여 상기 구동 레일 유닛을 따라 이동하는 마찰 휠인 것을 특징으로 하는 짐을 위치조절하는 시스템.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 구동 레일 유닛은 하나 이상의 선형 베어링을 통해 상기 지지 기둥 상에 위치한 하나 이상의 선형 레일 상에서 지지되는 것을 특징으로 하는 짐을 위치조절하는 시스템.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 구동 레일 유닛과 상기 지지 기둥 사이에 위치하는 하나 이상의 범퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 짐을 위치조절하는 시스템.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 구동 레일 유닛은 상기 구동 레일 유닛의 이동을 주어진 범위로 제한하기 위해 상부 정지면과, 하부 정지면과, 상기 지지 기둥으로부터 뻗어 있고 상기 상부 정지면과 하부 정지면 사이에 위치하는 정지부(stop)를 포함하는 것을 특징으로 하는 짐을 위치조절하는 시스템.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 구동 레일 유닛은 상부 리미트 스위치 및 하부 리미트 스위치를 더 포함하고, 각각의 리미트 스위치는 상기 정지부가 상기 상부 정지면과 상기 하부 정지면 중 하나에 인접한 때 제어 유닛으로 신호를 전송하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 짐을 위치조절하는 시스템.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 상부 리미트 스위치와 상기 하부 리미트 스위치 중 하나로부터 신호가 수신될 때 위치하는 장애물의 존재를 판정하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 짐을 위치조절하는 시스템.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 구동 레일 유닛과 상기 지지 기둥 사이에 연결되고, 상기 구동 레일 유닛과 상기 지지 기둥 사이의 이동을 가능하게 하는 탄성부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 짐을 위치조절하는 시스템.
10. 제 9 항에 있어서, 하나 이상의 탄성부재 각각을 향하는 방향으로 이동할 때 하나 이상의 탄성부재를 분리시키도록 구성된 분리 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 짐을 위치조절하는 시스템.
11. 제 9 항에 있어서, 적어도 하나의 탄성부재 중 제1 세트는 축과 실질적으로 평행한 제1 방향으로 힘을 가하고, 적어도 하나의 탄성부재 중 제2 세트는 반대의 제2 방향으로 힘을 가하는 것을 특징으로 하는 짐을 위치조절하는 시스템.
12. 제 9 항에 있어서, 상기 구동 레일 유닛은 상기 구동 레일 유닛의 반대 단부에 각각 부착된 제1 및 제2 컴플라이언스 판을 포함하고, 탄성부재 중 제1 세트는 상기 제1 컴플라이언스 판과 상기 지지 기둥 사이로 뻗어 있고, 탄성부재 중 제2 세트는 상기 제2 컴플라이언스 판과 상기 지지 기둥 사이로 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 짐을 위치조절하는 시스템.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 제1 세트의 탄성부재 각각은 일 단부에서 상기 지지 기둥에 연결되고, 타 단부에서 상기 제1 컴플라이언스 판 상의 적어도 하나의 제1 지지 포스트에 의해 지지되도록 구성된 제1 부착 바에 연결되고, 상기 제2 세트의 탄성부재 각각은 일 단부에서 상기 지지 기둥에 연결되고, 타 단부에서 상기 제2 컴플라이언스 판 상의 적어도 하나의 제2 지지 포스트에 의해 지지되도록 구성된 제2 부착 바에 연결된 것을 특징으로 하는 짐을 위치조절하는 시스템.
14. 제 13 항에 있어서, 제1 분리 포스트는 상기 지지 기둥으로부터 상기 제1 세트의 탄성부재의 연결 단부와 적어도 상기 제1 지지 포스트 사이로 뻗어 있고, 상기 제1 컴플라이언스 판이 상기 제1 세트의 탄성부재의 연결 단부를 향해 이동할 때 상기 제1 부착 판과 접촉하여 상기 제1 부착판의 움직임을 방지하도록 구성된 것을 특징으로 하는 짐을 위치조절하는 시스템.
15. 제 14 항에 있어서, 제2 분리 포스트는 상기 지지 기둥으로부터 상기 제2 세트의 탄성부재의 연결 단부와 적어도 상기 제2 지지 포스트 사이로 뻗어 있고, 상기 제2 컴플라이언스 판이 상기 제2 세트의 탄성부재의 연결 단부를 향해 이동할 때 상기 제2 부착 바와 접촉하여 상기 제2 부착 바의 움직임을 방지하도록 구성된 것을 특징으로 하는 짐을 위치조절하는 시스템.
16. 제 1 항에 있어서, 상기 짐은 검사 헤드를 포함하는 것을 특징으로 하는 짐을 위치조절하는 시스템.
17. 제 1 항에 있어서, 상기 구동 레일 유닛은 상기 지지 기둥에 대하여 제한된 범위 상에서 이동가능하도록 제한된 것을 특징으로 하는 짐을 위치조절하는 시스템.
18. 제 1 항에 있어서, 상기 수직 캐리지는 상기 구동 레일 유닛 및 상기 지지 기둥 모두에 대하여 이동가능한 것을 특징으로 하는 짐을 위치조절하는 시스템.
19. 제 1 항에 있어서, 상기 탄성부재는 스프링 또는 공압기기 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 짐을 위치조절하는 시스템.
20. 제 1 항에 있어서, 상기 짐은 평형 상태 또는 실질적으로 무게없는 상태가 되도록 카운터밸런싱된 것을 특징으로 하는 짐을 위치조절하는 시스템.
21. 짐을 위치조절하는 방법으로서,
    지지 기둥에 대하여, 상기 지지 기둥에 연결되어 있는 구동 레일 유닛을 이동시키는 단계;
    맞물림 부재가 상기 구동 레일 유닛을 따라 이동하도록 상기 맞물림 부재에 힘을 가하는 모터를 구동시키는 단계;를 포함하고,
    a) 상기 맞물림 부재는 상기 구동 레일 유닛과 맞물리고;
    b) 상기 모터가 상기 맞물림 부재에 힘을 가할 때, 상기 짐을 지지하는 수직 캐리지(carriage)가 상기 구동 레일 유닛에 대하여 이동하고; 및
    c) 상기 수직 캐리지는 또한 상기 수직 캐리지 및 상기 구동 레일 유닛이 상기 지지 기둥에 대하여 이동하도록 상기 구동 레일 유닛과 함께 이동가능한 것을 특징으로 하는 짐을 위치조절하는 방법.
22. 제 21 항에 있어서, 상기 모터에 의해 제공된 힘과 무관한 힘의 적용은 a) 상기 구동 레일 유닛이 상기 지지 기둥에 대하여 이동하게 만들고; 및 b) 상기 수직 캐리지가 상기 지지 기둥에 대하여 이동하게 만드는 것을 특징으로 하는 짐을 위치조절하는 방법.
23. 제 22 항에 있어서, 상기 구동 레일 유닛과 상기 지지 기둥 사이에 탄성부재가 연결되고, 상기 모터에 의해 제공된 힘과 무관한 힘의 적용은 상기 탄성부재 중 적어도 하나의 바이어싱 힘에 대응(count)하는 것을 특징으로 하는 짐을 위치조절하는 방법.
24. 제 22 항에 있어서, 상기 모터에 의해 제공된 힘과 무관한 힘은 운전자에 의해 수동적으로 가해지는 것을 특징으로 하는 짐을 위치조절하는 방법.
25. 제 22 항에 있어서, 상기 모터에 의해 제공된 힘과 무관한 힘은 외부 액추에이터에 의해 가해지는 것을 특징으로 하는 짐을 위치조절하는 방법.
26. 제 21 항에 있어서, 상기 짐은 검사 헤드를 포함하는 것을 특징으로 하는 짐을 위치조절하는 방법.

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