TWI474018B - 定位器系統及定位方法 - Google Patents

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TWI474018B TW100126615A TW100126615A TWI474018B TW I474018 B TWI474018 B TW I474018B TW 100126615 A TW100126615 A TW 100126615A TW 100126615 A TW100126615 A TW 100126615A TW I474018 B TWI474018 B TW I474018B
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Description

定位器系統及定位方法
本發明是有關於一種負載定位用的系統及其方法，且特別是有關於一種用於自動積體電路(automatic integrated circuit)測試設備的測試頭定位器與定位積體電路(IC)設備的方法被揭露。
為了便於在積體電路(IC)製造過程之選定階段中對IC進行電氣測試，有人已開發出IC自動測試設備(automatic test equipment,ATE)。此種ATE通常包括測試頭；必須使用測試頭定位器(或操縱器)將該測試頭操縱至對測試周邊裝置而言之停駐位置上。測試頭定位器大體闡述於例如美國專利第7,276,894號、第7,245,118號、第6,911,816號、第6,888,343號、第5,608,334號、第5,450,766號、第5,030,869號、第4,893,074號、第4,715,574號、第4,705,447號以及第4,527,942號，以及WIPO公開WO 05015245A2、WO 2008137182A2以及WO 04031782A1。由於其揭示用於積體電路或其他電子裝置自動測試設備的測試頭定位器領域，因而所有上述文獻皆全文併入本案供參考。
簡言之，習知的自動測試系統一般包括周邊設備，此周邊設備用於將受測IC元件(device under test,DUT)精確放置並約束於一固定位置測試地點。亦包括用於測試DUT之可移動測試頭。周邊設備可例如是晶圓探測器或封 裝處理機，前者用於在元件從矽晶圓中分割出之前對元件進行測試，後者是用於定位並測試封裝後的元件。實際上，使測試頭平移及/或圍繞一個或多個軸旋轉，並將該測試頭帶到包含於周邊設備中之DUT測試地點附近。在停駐之前，使測試頭之配合(mating)連接器精確對準DUT測試地點，以免損壞任何易碎之電氣及機械構件。一旦停駐好，測試頭之測試電子裝置便藉由DUT之各種接點來傳輸訊號，並在DUT內執行特定的測試程序。在測試過程中，測試頭接收DUT之輸出訊號，該些輸出訊號表示DUT之電氣特性。
為了使測試頭與周邊設備精確配合，視需要使測試頭能夠以所有六個空間自由度來運動。為了有利於此種運動，通常使用測試頭定位器系統來將測試頭相對於周邊設備精確定位。在此項技術中，亦可將測試頭定位器系統稱作測試頭定位器或測試頭操縱器。
現在參見敘述於美國專利第6,888,343號中之範例的測試頭定位器。測試頭502連結於主臂511。主臂511可滑動地連結於沿柱狀體545之長度而垂直延伸之直線導軌510上，如在圖5A及圖5B中所最佳地顯示。馬達2416可適於使主臂511(及測試頭502)沿直線導軌510垂直平移。在脫離馬達後，配重總成(counter weight assembly)將主臂511(及測試頭502)之重量偏置於一實質上固定之垂直位置上。如在圖23及24中所最佳地顯示，馬達2416安裝至柱狀體545之框架2422上，並藉由正時皮帶(timing belt)2420間接連接至皮帶輪2421。皮帶輪2421藉由緊固件2407(顯示於圖23中，但未編號)而安裝至皮帶輪2406上，以使皮帶輪2421與2406同時旋轉。纜索(cable)2410定位於皮帶輪2421的周圍。纜索2410之一端連結於主臂511之安裝座736，而纜索2410之相對端則連結於一平衡塊(counter balance)2413。在運作中，若馬達2416之離合器2426嚙合，則馬達2416使皮帶輪2406及2421旋轉，藉以使纜索2410的連接於安裝座736之一端沿Y軸平移。因此，纜索2410使主臂511之安裝座736與測試頭502一同沿垂直方向平移。一旦馬達2416之離合器2426不銜接，則平衡塊2413便使安裝座736及測試頭502懸垂於一實質上固定之垂直位置。此外，在馬達2416之離合器2426不銜接時，測試頭502處於一實質上無重力的狀態，並可在外部(用手)所施加的相對小的力作用下輕鬆地移動。此稱作順應性(compliance)，且順應性使操作員能夠用手對測試頭或停駐設備進行定位，以巧妙地操縱測試頭進入或離開對周邊設備而言之停駐位置。此設計的第二實施例描述於美國專利12/405,547中，此部分尚未公佈。然而，這樣的配置：1.)需要有體積於柱狀體的頂部內，其可能會使一給定高度的柱的整體垂直行程降低；2.)可能需要比較昂貴的耦合元件；3.)無限定彈性移動的範圍；以及4.)當驅動負載至位置時未提供任何手段來檢測干擾。本發明之目的即在提供一機構來驅動平衡的負載，並允許順應性移動來克服一或多個這些影響。
此外，在WO 05015245A2、WO 04031782A1以及美國專利第4,705,447號中所揭露之範例的測試頭定位器皆藉助氣動設備而非配重塊將測試頭支撐於實質上無重力之順應狀態。在WO 05015245A2及WO 04031782A1中，提供一氣動控制器，該氣動控制器除提供順應性之外，亦使測試頭自動地垂直平移。
前述測試頭定位器系統可能已滿足要求。然而，仍繼續需要在重量、效率、簡單性及成本方面進一步改良測試頭垂直支撐系統。此外，在上述之測試頭定位系統中，順應性垂直移動的範圍是僅透過在定位器中之可垂直移動的全行程(full stroke)來限制。在一些應用中，亦可最好有順應性移動被限制在一相對較小的範圍內。
在至少一實施例中，本發明提供一負載定位用的系統，包括：一支撐柱；一驅動軌道單元耦接至支撐柱，驅動軌道單元相對於支撐柱而移動；一垂直滑架，沿著支撐柱而移動，其中垂直滑架支撐負載；一嚙合件，嚙合至驅動軌道單元且沿著驅動軌道單元移動；以及一馬達，施加一外力至嚙合件，以使嚙合件沿著驅動軌道單元而移動；馬達耦接至垂直滑架，因此當馬達施加外力至嚙合件時，垂直滑架相對於驅動軌道單元而移動，垂直滑架也隨驅動軌道單元而移動，以使垂直滑架與驅動軌道單元相對於支撐柱而移動。
在至少一實施例中，與由馬達所提供的外力互相獨立 的力的施加導致a)驅動軌道單元相對於支撐柱而移動；以及b)垂直滑架相對於支撐柱而移動。
在至少一實施例中，本發明的系統更被組構成使驅動軌道單元包括一上停止表面以及一下停止表面，且一停止點從支撐柱延伸且位於上停止表面與下停止表面之間，以限制驅動軌道單元的移動至給定範圍內。
在至少一實施例中，於本發明的一系統中，驅動軌道單元更包括一上(upper)限位開關(limit switch)以及一下(lower)限位開關，當停止點鄰近各自的其中一個上停止表面與下停止表面時，上限位開關與下限位開關被組構成用來傳送一信號至一控制單元。
在至少一實施例中，於本發明的一系統中，當從任一上限位開關與下限位開關收到一信號時，控制單元被組構成用以確定一定位障礙的存在。
在至少一實施例中，本發明的系統更包括多個彈性件，其耦接於驅動軌道單元與支撐柱之間。此系統可包括至少一彈性件的一第一組，其施力於實質上平行於一軸的一第一方向，而至少一彈性件的一第二組施力於一第二相反方向。
在至少一實施例中，本發明的系統更包括一去耦合件，其被組構成用以將一個或多個彈性件在一朝各自的一個或多個彈性件的方向中運動時去耦合。
在至少一實施例中，本發明提供一種負載定位用的方法，包括步驟：相對於一支撐柱而移動一驅動軌道單元， 其中該驅動軌道單元耦接至支撐柱；以及驅動一馬達，此馬達施加一外力至一嚙合件，以使嚙合件沿著驅動軌道單元而移動；其中a)嚙合件嚙合著驅動軌道單元；b)當馬達施加外力至嚙合件時，一支撐負載的垂直滑架相對於驅動軌道單元而移動；以及c)垂直滑架也隨驅動軌道單元而移動，以使垂直滑架與驅動軌道單元相對於支撐柱而移動。
在下列詳細敘述中配合相關圖式以完全了解本發明。強調的是，基於一般的訓練，圖式的各個特徵並未依比例繪製。相反地，為了清楚任意地擴大或縮小各個特徵的尺寸。圖式包括下列各圖。
雖然本發明在此結合具體實施例作了說明，然而，本發明並不局限於所示的細節。相反，在本發明的範圍及其等同範圍內，在不偏離本發明的精神的前提下，本發明的細節可有多種變化。以下將以附圖來描述本發明。這些圖式是要用來作說明而非用以限制者，且藉此幫助本發明的解釋。
為了與關於先前技術的測試頭定位器系統之說明保持一致，使用圖1A中所示之笛卡兒座標系統，其中垂直軸(又稱作Y軸)是由軸1006表示，水平軸(又稱作X軸、邊對邊軸或左右軸)是由軸1002表示，且另一水平軸(又稱作Z軸或進出軸)由軸1004表示。
測試頭操作系統10，其為本發明之一範例的實施例， 將配合所附圖作說明。相較於上述眾多專利文件中所描述之操作系統，在本發明所適用之這些圖式中所描述之系統10為一相對簡單且易懂的系統。因此，系統10可作為一基本工具來描述本發明。以下將描述本發明之三個實施例。每一實施例包括一垂直順應機構7000。第二實施例增加彈性件7210與7310，例如是彈簧，至第一實施例中，以改善某些特性。第三實施例中增加一些簡單組件以產生如何利用彈性件來提供進一步的改善。這些範例的實施例提出了使用機械彈簧，然而，其他彈性件，例如是氣體彈簧、氣動元件等，可以替換。於此，一般所謂的單數“彈簧”或複數“彈簧”與更通用之“彈性件”為可互換地使用。在上下文中，這在當“彈簧”是指機械彈簧時是明確的。於這些圖式中，所示之彈性件為一簡單的模型化形式且也強調選擇機械彈簧的可能。雖然尺寸使它們很難發現，這些彈性件7210與7310包含於圖1、圖2、圖5、圖6A與圖6B中，且這些都以虛線顯示，因為他們是針對第二與第三實施例，但並不含第一實施例。參考號碼對(pairs)(7201、7301)，(7202、7302)以及(7203、7303)將分別用來具體說明實施例一、二及三中的順應單元。
請參考圖1與圖2，操作系統10通常包括柱單元1000、垂直滑架2000、拖架3000、旋轉托架支撐臂單元5800、控制單元4000以及基底組件6000。柱單元1000包括支撐柱1100。未繪示的是自動測試設備(ATE)的主框架櫃、測試頭以及纜索，其將測試頭連接至主框架櫃。纜 索可包含各種設備，例如，連接信號的電氣線路、電源供應器或測試頭與主框架櫃之間的接地、光纖信號連接與給空氣或其他氣體冷卻劑的可撓性輸送管，與/或可撓性軟管，與/或用以冷卻內部元件，例如，密集地封裝的很高速之精密電路，的液體冷卻劑管。纜索可透過纜索支撐裝置900來支撐。更詳細的纜索支撐裝置，例如是描述於WIPO出版物WO 2008137182A2，如果需要亦可被納入。
簡言之，拖架3000保持著一位在二旋轉測試頭底座4950兩端的測試頭(未繪示)。測試頭所在的兩端有效定義出一軸，此軸較佳地為大致穿過測試頭的重心。測試頭可彈性地以此軸為中心而旋轉。(這種旋轉有時在不同的習知中稱為“翻滾(tumble)”、“搖晃(pitch)”或“搖擺(nod)”旋轉。)拖架3000的另一側經由具有一垂直方向球軸承盤(不可見)的旋轉托架支撐臂單元5800而裝設在垂直滑架2000上。此允許纜索與測試頭所繞著旋轉的軸垂直於托架3000的背表面3019。(這種旋轉有時在習知中稱為“滾(roll)”或“扭轉(twist)”旋轉。)這和其他托架支撐臂結構皆是眾所皆知的習知技術。垂直滑架2000滑接於一裝設在支撐柱1100上的垂直方向軌道，以提供測試頭的垂直定位。垂直滑架2000可藉由制衡手段(counterbalancing means)來支撐(意即使它可以平衡)，以使它保持在平衡狀態(或實質上失重狀態)且允許它藉由一相對較小且足以克服摩擦力的外力來向上或向下移動。柱單元1000配置於基底組件6000上，其可提供邊- 對-邊移動(side-to-side motion)、內-外移動(in-out motion)或繞垂直軸旋轉。因此，可提供六度的運動自由度。然而，在其他實施例的托架3000的某些方向中，自由旋轉度可能對測試頭是無用的。因此，托架3000亦可包括工具以提供測試頭繞著軸旋轉(有時在習知中稱為“theta”旋轉)，其中此軸是垂直於由托架3000的臂3021所定義的一平面；此設置可提供六度的定位自由度給獨立於托架3000的方向的測試頭。此為所屬技術領域中具有通常知識者所得知的存在大量可替換的操作器可提供類似的移動。其中許多描述在與/或引用在上述現有技術(例如是美國專利第7,276,894號與WO 2008137182 A2)中。其他許多的單位，包括範例的操作器，將在下文中做某種程度上的詳細說明以了解本發明。
請參考圖3、圖3A與圖4，基底組件6000將在某種程度上作詳細描述。基底組件6000支撐且提供柱單元1000內-外、邊-對-邊或搖擺旋轉移動。
基底組件6000包括水平方向的基底板6050。線性軌道6300平行於Z軸1004而定向且配置於基底板6050上。內-外板6150藉由線性軸承6310而滑接於線性軌道6300上。因此，內-外板6150在內-外方向的移動是自由的，其中內-外方向是介於這些停止塊6013所限制的範圍內，而停止塊6013與裝設在板6150底部的緩衝器(不可見)互動。同樣地，線性軌道6400，平行於X軸而定向且配置於內-外板6150上。邊-對-邊板6250藉由線性軸承6410而 滑接於線性軌道6400上。因此，邊-對-邊板板6250在邊-對-邊方向的移動是自由的，其中邊-對-邊方向是介於這些停止塊6113所限制的範圍內，而停止塊6113與裝設在邊-對-邊6250底部的緩衝器(不可見)互動。內-外板6150與邊-對-邊板6250的位置可分別利用腳踏式(foot-operated)摩擦止動器來固定。
轉檯6500包括二同中心、共平面的環，即，外環6501與內環6502。內環6502由外環6501支撐旋轉。可利用適當的軸承來幫助一環相對於另一環的低摩擦旋轉。外環6501透過螺絲6505(或其他適當的鎖固件)而固定於邊-對-邊板6250。支撐柱1100可透過適當螺絲或其他鎖固件而固定於內環6502上。因此，支撐柱110可相對於邊-對-邊板6250與基板組件6000而自由旋轉。包括停止塊6213，以限制支撐柱1100的旋轉至約90度。停止塊6213的配置可與裝設在支撐柱1100(請參考圖6B)底部的緩衝器1180互動，以限制旋轉運動。所提供的鎖固機構可允許操作員將轉檯6500固定在一所需旋轉的位置。特別是鎖固柄6518，其固定於鎖固軸6516，且位於一合宜的高度。鎖固軸6516的旋轉部分往順時針(或逆時針)旋轉而收緊(或放鬆)一螺帽，其穿過鎖固軸6516的底端，對著半圓鎖固板6515以分別鎖固(或解鎖)轉檯6500。軸承塊6517連接至支撐軸1100以支撐鎖固軸6516。
可撓性線路管道6915用以承載、支配且可移動柱單元1000與控制單元4000之間的電源線，其固定於基底板 6050的底部。
延長腳6010配置於基底板6050的底部。腳輪組件6070包括裝設至蓋板6072的輪腳6071。腳輪組件6070插入開口6073內且鄰近基底板6050的角落，以使輪腳6071在基底板6050的下方，蓋板6072則配對至基底板6050的上表面。腳輪組件6070可透過適當的螺絲6074而固定於基底板6050上。多個輪腳6071因而裝設至基底板6050。在所繪示的實施例中，腳輪組件6070裝設至接近其每個角落。腳輪組件6070的不同的數量及設置亦可被使用。輪腳6071可以依使用需求而為固定式或搖擺式。其他類型的輪子亦可被使用。多個支撐墊6080裝設至基底板6050。多個延長腳6010與支撐墊6080皆裝設至基底板6050上。當測試頭，支撐墊6080移動貫穿整體移動層時，支撐墊6080可提供穩定性。所繪示之支撐墊6080為常規型，具有一圓形表面，其面朝下，且一螺紋部向上延伸並嚙合至已裝配之元件的一適當螺紋孔中。使用前的操作系統10，水平的支撐墊6080合意地旋轉以使它們的平面接觸地面，且輪腳6071的輪子定位略高於地面。為了平整基底組件6000及將柱單元1000放置在一合意的垂直位置，支撐墊6080可以調整。操作系統10可藉由固定所有水平支撐墊6080的內部使其可從一個位置移動至另一個而跨過一適度的水平地面，以使它們不接觸地面。隨著輪腳6071接觸地面，操作系統10可快速地滾動至一新位置。
由基底單元600、旋轉托架支撐臂5800以及托架3000 所提供的移動組合提供測試頭負載一切必要的定位自由度，除了垂直移動以外。許多其他基底、托架與托架支撐機構的配置，其提供相似的整體的定位自由度是眾所皆知的，且許多都記錄在上述習知技術中。本發明可容易地適用於各種替換系統中。
請參考圖5、圖6A及圖6B，柱單元1000將被概括描述。圖5提供柱單元1000的透視圖。圖6A與圖6B分別提供柱單元1000之前透視與後透視的部分分解圖。為了圖式的方便說明起見，纜索支撐裝置900、頂板1012以及操作指示板1020(所有可見於圖1與圖2中)省略繪示。
柱單元1000包括支撐柱1100，其於此是由一具有“H”形橫截面的擠壓鋁梁所製成。支撐柱1100包括透過網狀元件1150來連接的左側壁1125L與右側表面1125R。網狀元件1150具有一前面表面1150F與後表面1150R。利用其他材料與技術來製造一支撐柱是已知的，且已有幾個描述於上述之專利文件中。本發明可容易地適用於這些的任何文件中。後門1110可由金屬板或其他適當的材料來形成，且其透過一升起樞紐1112而裝設至支撐柱1100上。後門1110可快速移除以服務該單元。
柱單元1000包括位於且裝設至前面表面1150F的線性軌道1050。線性軌道1050從約前面表面1150F的底部垂直延伸至頂部。垂直滑架2000透過適當的線性軸承2050或其它類似的元件而滑接於線性軌道1050上。由於上述其他的專利文件中已教示多個軌道、圓形轉軸或流體式圓柱 可以替代地被納入。多條支撐纜索1300連接至垂直滑架2000且引導向上和反轉位於柱1100底部之皮帶輪1310、1320的方向和從那邊向下，以支撐鄰近後表面1150R之秤錘支架1350(請參考圖6A與圖6B)。砝碼(未繪示)保持於秤錘支架1350的頂部以平衡連接至垂直滑架2000的負載，將系統放置於一實質上平衡的狀態。正如Smith於上述美國專利第4,527,942號中的描述，負載因此在一實質上失重狀態下且可透過一相對較小且可克服摩擦力的外部所施加的力來向上或向下移動。至於在美國專利第7,245,118號的建議中，一相對較小的馬達可透過一減速齒輪列適當地連接至皮帶輪1310、1320其中之一，因此可垂直地驅動負載。此外，由於在美國專利第7,245,118號中亦建議包含一離合器以去耦合馬達與齒輪列，在適合地不需要透過齒輪列來向後驅動(back-drive)馬達時，使外力(例如是一削減機構或人類)可容易地垂直地移動負載。因此，垂直定位，負載可透過馬達來驅動或透過一外力來順應地(compliantly)移動。然而，這樣的配置：1)需要有體積於柱狀體的頂部內，其可能會使一給定高度的柱的整體垂直行程降低；2.)可能需要比較昂貴的耦合元件；3.)不限定彈性移動的範圍；以及4.)當驅動負載至位置時不提供任何手段來檢測干擾。本發明之目的即在提供一機構來驅動負載平衡，並允許彈性移動來解決這些困難。
綜上所述，垂直滑架2000包括一耦接至位在馬達驅動蓋2300上之減速齒輪2355(未繪示於圖5-圖6B，請參 閱圖7B)的馬達2350。藉由減速齒輪2355、馬達2350轉動一驅動齒輪2370(此為囓合件的一種型態)，其嚙合著齒軌7100(此為驅動軌道單元的一種型態)。齒軌7100從鄰近支撐柱1100的底部延伸至鄰近支撐柱1100的頂部，且其安排在平行於線性軌道1050之前面表面1150F上。然而此處所描述之齒軌與齒輪，於其他線性移動系統中亦可以使用。舉例來說，驅動軌道單元可藉由一連接鏈來定義且透過一相對應的扣鏈齒輪(sprocket)以伴演嚙合件來嚙合。於其他實施例中，驅動軌道可為一無齒軌道，其透過一摩擦驅動輪來扮演嚙合件而嚙合。其它驅動軌道單元與嚙合件的組合仍不脫離本發明之精神和範圍內。
垂直滑架2000可透過介於嚙合件與驅動軌道單元之間的互動而沿著支撐柱1100垂直地驅動。可撓性導管1070覆蓋電源且控制著操作馬達所需的線路(wiring)。在所繪示的實施例中，齒軌7100的兩端分別牢牢地裝配在上順應單元7200與下順應單元7300上。上順應單元7200與下順應單元7300依次滑接至前面表面1150F，以允許它們在一有限的距離內向上或向下移動。上順應單元7200與下順應單元7300和齒軌7100、垂直滑架2000、托架3000與測試頭負載(此仍保持在一由於秤錘支架所支撐的砝碼而造成的實質上成失重的狀態)可因此而垂直移動，當一單元超過此有限範圍而無去耦合或向後驅動馬達時。此提供了一彈性垂直移動範圍來定位負載。此概念將在後面詳細描述。
整體的馬達驅動垂直移動可被一上限位開關1119與 一下限位開關1117所限制，兩者安裝於一限位開關架設軌道1115上，以調整它們的垂直位置。上限位開關1117與下限位開關1119透過限位開關促動器(actuator)2015來操作，在一習知方式中其裝設至垂直滑架2000上。緩衝器1180安裝在鄰近前面表面1105F的底面，在限位開關故障或無效時以提供一正向停止給垂直滑架2000。信號從上限位開關1117與下限位開關1119可藉由控制器4000來發送與使用，以在一習知方式中控制馬達2350的操作，因此，當一移動限制達到時，馬達驅動移動停止，而當開始一種或其他的移動限制時，馬達只能在一適合的方向中被操作。
圖6A與圖6B提供柱單元1000之部分分解的前透視圖與後透視圖。此後門1110與支撐柱1100分開。此外，垂直滑架2000與包括上與下順應單元72000與7300及齒軌7100的垂直順應機構7000從支撐柱1100而彼此分開。秤錘支架1350於圖6B中特別明顯。於圖6B中亦可看見前述所提及之緩衝器1180，其與停止塊6213互動以限制柱單元1000的旋轉。
進一步有關垂直滑架2000的細節與它與支撐柱1100的互動將進行討論，請參考圖7A、圖7B、圖8與圖9。於圖7A與圖7B中分別提供前透視圖與後透視圖，垂直滑架2000包括滑架板2100，其作為一基礎裝配。滑架板2100固定於線性軸承2050上，其被組構以嚙合線性軌道1050。因此，滑架板2100可快速沿著線性軌道1050而垂直滑動。支撐塊2130裝設在滑架板2100的前表面上，且其包括鎖 銷孔(lock-pin hole)2063用以接收鎖銷(lock pin)2060。臂連接板2120透過位於滑架板2100與臂連接板2120上端之軸承2124、樞接塊2128及樞軸桿2126旋轉地耦接至滑架板2100。臂連接板2120被組構成用以使旋轉托架支撐臂單元5800(或一替換之拖架臂支撐結構)可以連接到它。因此，負載透過臂連接板2120產生負載，且負載所創造的力矩轉移至柱單元1000。支撐柱1100可必然地經歷一取決於負載的偏轉量。此外，支撐柱1100未必完美地成垂直或精確地在一相對於一測試周圍的指定角度。調整螺絲2122固定且穿過一位於臂連接板2120底部的適當的螺紋孔，以便它末端以一透過負載所創造之力矩來決定的力來承靠著支撐塊2130。調整螺絲2122可向內或向外旋轉以調整介於旋轉托架支撐臂單元5800(或替代臂結構)之軸與支撐柱1100之間的角度，以補償偏斜或其他偏差角度，因此，用以建立測試頭與周邊的近似的預對準(pre-alignment)或平坦化，該測試頭將停靠在周邊。
於圖7B之垂直滑架2000的後透視圖中顯示馬達2350的輸出連接至減速齒輪2355的輸入。減速齒輪2355的輸出用來驅動一驅動齒輪2370。馬達蓋體2300提供一保護蓋體給這些機構。驅動齒輪2370嚙合至齒軌7100，如圖8所示，其提供在為了清楚而移除馬達蓋體2300之柱單元1000之一區域的組合圖。因此，馬達2350的操作導致驅動齒輪2370的旋轉，其沿著齒軌7100滾動而造成垂直滑架2300向上或向下移動(根據不同的旋轉方向)。由於負 載已平衡，此機構僅需要一相對較小的電力，足以克服摩擦力與慣性。
合意地，減速齒輪2355就是向後驅動馬達需要一相對較高的力量以適用於驅動齒輪2370。因此，隨著馬達停止與負載平衡(或接近平衡)和在未施加大到不合理之外力下，垂直滑架2000將保持在一相對於齒軌7100的一固定位置。在上述示範的馬達中，一大於100磅的外力在垂直方向上施加到測試頭是要向後驅動馬達，導致垂直滑架2000的移動且其負載相對於齒軌7100而移動。
然而，當服務該系統(舉例來說，當安裝、重新移動或重新配置測試頭時)時，此系統在砝碼加增或移除時可能會變得非常不平衡。在這種情況下合宜的是將垂直滑架2000機械地鎖固於一相對於支撐柱1100的固定位置。因此，圖9中作為最好的詳細說明，鎖固軌道1190裝配至支撐柱1100的右側表面1125。鎖固軌道1190具有多個沿著其長度而隔開間距的鎖固軌道孔1192，其從鄰近於柱1100的底部延伸至支撐柱1100的頂部。為了操作方便，背膠尺1199可貼附至鎖固軌道1190上。鎖固軌道孔1192配置成使它們在垂直滑架2000的支撐塊2130內與鎖銷孔2063對齊。因此，垂直滑架2000為了服務可藉由操縱它進入一位置而可以被鎖固在一理想的位置，其中它的鎖銷孔2063在一合宜的高度對齊鎖固軌道孔。鎖銷2060然後可被嵌入以經由所選擇的鎖固軌道孔1192而進入至鎖銷孔2063內。因此，垂直滑架2000鎖固到位。當系統已平衡時，鎖 銷2060可安全地移除。
當垂直滑架2000鎖固到位時去操作馬達2350，這是可以理解的且是所期望者。因此，可提供一控制連鎖。於一示範例中，馬達蓋體2300包含限位開關2070(圖8)。於馬達蓋體2300內的鎖銷孔2065是與限位開關2070的驅動臂對齊，且位於鎖固軌道1190的前方。鎖銷2060可經由鎖銷孔2065而插入以操作限位開關2070。此系統控制功能可設計以使限位開關2070必須在其驅動狀態下適當的將電源應用至馬達2050。因此，當垂直滑架2000透過鎖銷2060的方式而鎖固於位置時，馬達2050無法被操作。當系統是平衡時，鎖銷2060可從鎖銷孔2063被移除且嵌入至鎖銷孔2065中以開動限位開關2070；然後馬達2050可以被操作。
將對垂直順應機構7000進行說明。如前所述，垂直順應機構7000的三個實施例於此被詳細說明。第一實施例或“基本”實施例包含本發明的基本原理。第二實施例增加彈性件，例如彈簧7210與7310，至第一實施例以改善某些操作特徵。第三實施例增加一些簡單的組件至第二實施例，以達到如何利用彈性件來提供更進一步的改善。圖1、圖2與圖5至圖6B，第二與第三實施例的其它元件，其中可見的以虛線來表示。
請參考圖10A至圖11C，第一或基本實施例將進行說明。圖10A提供一柱單元1000的角落區域1010的斷面透視圖，其中左側壁1125L接觸網狀元件1150且包括垂直 順應機構7000。圖10B與圖10C分別提供由此衍生之上與下順應單位7201與7301之一區域的組合圖。圖11A、圖11B與圖11C分別繪示為圖10A、圖10與圖10C之部分分解圖。
從圖10C與圖11C開始，下順應單元7301包括下順應板7320。齒軌7100的底端透過適當的緊固件(不可見)而固定於下順應板7320的前方。線性軸承7340附加至下順應板7320的背表面且嚙合著下線性軌道7330。下線性軌道7330透過適當的緊固件而固定於前面表面1150F，以使它的軸是平行於垂直軸1006。因此，下順應板7320與齒軌7100可沿著前面表面1150F與支撐柱1100而垂直滑動。
接著，請參考圖10B與圖11B，上順應單元7201類似於下順應單元7301。也就是說，上順應單元7201包括裝設至齒軌7201的上端的上順應板7220。線性軸承7240嚙合至上線性軌道7230，其依次安裝至前面表面1150F與其軸平行於垂直軸1006且與低線性軌道7330同軸。因此，一包括齒軌7100、上順應板7220與下順應板7320與線性軸承7240與7340的次總成(subassembly)為一剛性單元，其滑接至上線性軌道7230與下線性軌道7330。此種次總成可稱為“可移動的軌道單元”7001(全圖請參考圖11A)。由於上線性軌道7230與下線性軌道7330是同軸的、垂直地定向且固定於前面表面1150F，則可移動的軌道單元7001可相對於支撐柱1100與小摩擦力而垂直滑接。
每一上順應板7220與下順應板7320包括分別位在一邊的延長凹口(notch)7225與7325。在下順應單元7301中，下順應板7320被定位成使延長凹口7325的面由柱左側壁1125L遠離(且朝向軌道1050)。在上順應單元7201中，上順應板7220定位成相反方向，以使延長凹口7225相對地靠近左側壁1125L的內部且面向此內部。停止件7228裝設至左側壁1125L的內部，以使其部分地突出進入延長凹口7225。這樣的安排提供一正面或確實的停止以限制可移動的軌道單元7001的垂直移動。停止件7228可能只是一螺絲穿入左側壁1125L的一孔內並與鎖固螺母鎖固。因此，延長凹口7225的長度減去有效停止件7228的厚度定義出整體可移動的軌道單元7001的可移動範圍。於一示範實施例中，提供一接近4英吋的移動範圍。另外，可安排位於前面表面1050F上的停止件，以與位於下順應板7320內之延長凹口7325互動。
請再參考圖10B與圖11B，上順應限位開關7250U與下順應限位開關7250L分別裝設至安裝拖架7252U與7252L上。安裝拖架7252U與7252L透過適當的緊固件而固定於左柱側壁1125L的內側。超大的安裝孔與/或延長的安裝孔可以被利用以調整。上順應限位開關7250U與下順應限位開關7250L分別裝備習知之活化臂(activation arm)7251U與7251L。當可移動的軌道單元7001分別達到它的移動上限與下限時，肩螺絲7255U與7255L穿過上順應板7220中位於適當位置的孔，以使它們分別與活化臂7251U 與7251L互動。因此，當順應移動已達到上限或下限時，上順應限位開關7250U與下順應限位開關7250L可發出信號至一控制器。正如將於後續討論，當馬達2350試圖驅動負載向上或向下時，這可能預示著一障礙物將阻礙定位。較佳地，上順應限位開關7250U與下順應限位開關7250L的調整使它們失誤且在正(positive)停止件7228與延長凹口7225的邊緣互動之前提供一信號一小距離。
藉由測試頭負載所產生的力矩導致齒軌7100無益地向內朝向前面表面1150F而彎曲。為了支撐齒軌7100與減少其彎曲，多個緩衝器7110沿著前面表面1150F而彼此分離。緩衝器7110直接位於齒軌7100的下方，並是由一相對低的摩擦型材料，例如Delrin®，製成且它們是按尺寸排列的，以使小間隔的順序為0.01英吋或介於它們與齒軌7100底部之間的更小間隔存在，當系統處於一卸載狀態時，因而控制彎曲的量與任何有關的振動。當系統處於負載時，一個或多個緩衝器7110可接觸齒軌7100，其能以低摩擦力而被緩衝器7110滑過。
垂直順應機構7000之第一實施例的操作將描述於圖12A至圖13C中。圖12A至圖12C繪示可移動的軌道單元7001的全部移動。圖12D至圖12F是放大圖12A至圖12C以更清楚顯示上順應限位開關7250U與下順應限位開關7250L與肩螺絲7225U與7225L的互動。圖13A至圖13C分別與圖12D至圖12F相似，除了上順應限位開關7250U與下順應限位開關7250L與他們相關的安裝硬體已經分解 以提高延長凹口7225與停止件7228的可見度以外。
首先，考慮測試頭負載處於平衡狀態，以便它可輕易地垂直移動。更進一步假設，作為一起點，可移動的軌道單元7001是集中在由延長凹口7225與停止件7228所定義的有效移動範圍內。這種情況鄰近上順應單元7201，如圖12D與圖13A所示。假設期望移動測試頭負載向上至一所需的位置。然後，馬達2350操作以導致驅動齒輪2370以順時鐘方向旋轉(請從左側壁1125L來看)。這種與齒軌7100互動的旋轉導致向下力量作用於可移動的軌道單元7001上，而向上的力量作用於垂直滑軌2000上。須注的是，可移動的軌道單元7001的相關質量遠小於垂直滑架2000的相關質量，與其相關之負載，慣性因素造成可移動的軌道單元7001向下移動直到延長凹口7225的上端承靠停止件7228且下順應限位開關7250L藉由肩螺絲7255L與活化臂7251L的互動而驅動。這種情況描述於圖12E與圖13B中。(圖12B繪示肩螺絲7255L與低限位開關活化臂7251L的嚙合，而圖13B繪示停止件7228與延長凹口7225的互動。)由於馬達2350與驅動齒輪2370繼續旋轉，當停止件7228防止可移動軌道單元7001進一步向下移動時，垂直滑架2000與其測試頭負載向上移動。當測試頭負載接近(也就是，藉由延長凹口7225在移動範圍內給予可移動軌道單元7001)但仍低於理想的最終位置時，此機動化的移動可停止。負載可藉由手或其他外部執行器，例如一對接促動器，以一相對小的力來推動至其最終位置。此 被稱為順應，且在此順應移動中，如前所述可移動軌道單元7001與垂直滑架2000一起移動。如果它需要從其最初位置向下移動負載，則操作是類似的，除了最初可移動軌道單元7001將向上移動直至延長凹口7225的上端與停止件7228互動且承靠為止，且上順應限位開關7250U透過與活化臂7251U互動的肩螺絲7255U來操作，如圖12F與圖13C所示。
綜上所述，如上所述之第一實施例的垂直順應機構7000可使馬達2350驅動負載至一垂直位置。然後，外力，例如是手或對接促動器，可移動負載至一第二位置，此位置是在藉由位於上順應板7220內之延長凹口7225所提供之順應垂直範圍內。需注意的是，由於馬達2350在外力的應用下是不會向後驅動，負載與可移動的軌道單元7001一起移動且對應外力時可視為一單體實體。由於負載仍處於平衡狀態，為了彈性地移動，則只需要一相對小之外力來克服摩擦力與慣性。然而，當移動是由馬達2350所驅動時，驅動齒輪2370倚靠著齒軌7100的動作將導致可移動的軌道單元7001移動且停在其彈性範圍的一端上。
因此，藉由與馬達2350所提供之力互相獨立的力的施加導致a.)驅動軌道單元相對於支撐柱而移動；以及b.)垂直滑架相對於支撐柱而移動。
在一些應用中，例如於靈敏的定位應用中，馬達2350驅動可移動的軌道單元7001至它的彈性範圍的末端是不理想的。在這樣的應用中，較佳的是將負載放置且保持在 一相對於移動彈性範圍的中央位置，馬達2350則被用來驅動負載至近似的垂直位置。第二實施例之垂直順應機構7000包含彈性件，當負載藉由馬達2350而驅動至位置時，彈性件可以保持可移動的軌道單元7001在它的移動範圍內之一位在相對中心的位置。
第二實施例的範例表示顯示於圖14A至圖16B中。圖14A至圖14C提供類似的觀點如圖10A至圖10C在前面所描述的第一實施例。如圖14A至圖14C所示，上與下彈性件7210與7310分別連接至介於上與下順應板7220、7320與前面表面1150F之間。此示範例中提出了用機械彈簧，然而，其他彈性件7210、7310，例如氣體彈簧、氣動元件等，可以替換。於此，所謂單數“彈簧”或複數“彈簧”一般是與“彈性件”是交替使用的。在文章中“彈簧”意指彈性彈簧是明確的。
圖15A與圖16A提供分解的前透視圖與後透視圖所包括之上與下順應單元7202與7302。圖15B與圖16B中提供鄰近上順應單元7202的組合圖，而圖15C與圖16C提供鄰近下順應單元7302的組合圖。彈性件7210與7310繪示為“延長”態，例如是操作於拉緊狀態，且具有一位在每一末端的連接眼7211a,b,7311a,b(或另一開放鉤扣(hook)可以取代)。另外，彈性件可為壓縮態，例如是操作於拉緊狀態。於一範例中，所有的彈性件7210與7310皆相同，但於其他實施例中，它們亦可能不同以提供一理想的有效結合的偏置力。
將每一彈性件7210與7310的第一端裝設至前面表面1150F、肩螺絲7212、7312是透過每一彈性件7210、7310之第一端的連接眼7211a、7311a，且接著穿入位於前面表面1150F內之一適當的定位孔。肩螺絲7212與肩螺絲7312鎖緊至前面表面1150F以保持它們的頭在離前面表面1150F一固定距離處。彈性件7210與7310的第二端耦合至上順應板7220與下順應板7320進一步描述於圖16D與16E中。連接條7214穿過彈性件7210的第二端的連接眼7211b；同樣地，連接條7314穿過彈性件7310的第二端的連接眼7311b。如圖16D與圖16E所繪示，連接條7214與7314較佳地為圓柱形且包括沿著其長度而相間隔之周圍槽7213與7313。每一周圍槽7213與7313連接彈性件7210與7310，且每一彈性件7210與7310的連接眼7211b與7311b安裝於它各自的周圍槽7213與7313。因此，介於相鄰之彈性件7210與7310之間的空間分離可予以保留。連接條7214與7314可以被製作，例如，分別用車床加工的機械式周圍槽7213與7313來製作；或者，管長可安裝在一桿上以創造一槽表面。
上定位柱7215與下定位柱7315分別裝設且從上順應板7320與下順應板7320的背面突出。上定位柱7215與下定位柱7315可以簡單地安裝成穿入位於上順應板7220與下順應板7320的孔中的肩螺絲。如圖16A與圖16B所示，連接條7314安裝以使下定位柱7315位於其與肩螺絲7312之間。因此，當彈性件7310安裝於鎖緊時，連接條7314 承靠著下定位柱7315，耦接下彈性件7310的第二端至下順應板7320。上連接條7214與上彈性件7210以相同方式耦接至上順應板7220。需要說明的是，上定位柱7215與下定位柱7315有足夠的長度以捕捉至連接條7214與7313，但其足夠短以保持前面表面1050F的清潔。
此系統的設計，當彈性件7210與7310安裝時，每一者最初是安裝在鎖緊態。因此，於一示範例中，上彈性件7210施加一向上力於可移動軌道單元7001而下彈性件7310隨之施加一向下力。在沒有任何外力與負載處於平衡的記憶下，這些力必須相同以使系統處於平衡狀態。彈性件7210與7310較佳地是完全相同，具有相同的尺寸與偏置力。因此，在沒有任何外部所施加的力下，每一者都會被鎖緊至相同的量，且可移動的軌道單元7001將位於一中央位置。此外，如果外部的力取代可移動軌道單元7001，它會在移除力後推回至中央位置上。
於一實施例中，每一單獨彈簧7210與7310具有幾乎相同的偏置力“r”。所有彈性件7210的有效偏置力，“R”，並行操作為“Ns”，其中N是彈性件7210的數量。同樣地，所有彈性件7310的有效偏置力，“R”，並行操作為“Nr”，其中N再次是彈性件7310的數量。在繪示於圖14A至圖16B之示範例中，N為三個，然而，於其他實施例中，N可能是不同的。
圖17A至圖17C繪示第二實施例於三個不同位置的側視示意圖。在所有圖式中，這是故意不按比例繪製，彈性 件7210’與7310’分別代表所有的彈性件7210與7310，因而每個彈性件7210’與7310’具有一偏置力R=Nr。此外，在所有圖式中主要元件固定化為剖面影線以幫助理解。另外，在系統中的負載是以具有一重量W的盒子20所代表，其透過力量相同而抵銷且藉由砝碼(未繪示)提供相反力C。
於圖17A中的負載與可移動的軌道單元7001在沒有施加外力下是位於一中央位置。藉由彈性件7210’所提供的向上力等於藉由彈性件7310’所提供的向下力；相應的系統處於平衡狀態。
外部施加的垂直力，F，將可移動的軌道單元7001與其所耦合的負載移動至遠離中央的位置，如圖17B與圖17C所示。忽略摩擦力，一2yR的力(其中，如上所述，R是每一彈性件7210’與7310’的偏置力)需要移動負載一距離y從中央位置。當外力移除時，負載將會自動恢復至中央位置，如前面所述。隨至目前所述之系統，彈性件延長到至少一半的有效操作長度是必須的，當可移動的軌道單元7001位在中央位置時。舉例來說，如果移動的彈性範圍是要加/減2英吋(全部4英吋)，然後彈性件需要至少4英吋的操作長度且它們必須延長2英吋於中央位置。
馬達2350與驅動齒輪2370可旋轉來驅動負載10相對於齒軌7100向上或向下。隨著負載移動，驅動齒輪2370將施加一力於可移動的軌道單元7001上於移動的相反方向。此力的量可克服與負載有關的摩擦力。可移動的軌道 單元7001會因此而對應此驅動力而從其中央位置移動一距離。舉例來說，如果負載有關的摩擦力是12磅且彈性件7210與7310的偏置力是4磅/英吋，可移動的軌道單元7001將從中央移動1/2英吋的距離。啟動時所遇到的靜摩擦力可能會大於在移動時之所實施的摩擦力。在這種情況下，將啟動之可移動的軌道單元7001將對應靜摩擦力而移動一第一距離且移動過程移動某物為朝向中央位置回到一對應於移動或動摩擦力的位置。當馬達2350停止時，可移動的軌道單元7001將再次恢復至它的中央位置，且沿著它移動負載。一旦停止，負載藉由外力可彈性地移動至一最終位置。因此，有可能會出現“彈回效應(bounce effect)”，在啟動與停止馬達驅動式移動時。
根據不同的封裝與其他系統限制，彈性體7210與7310可排列成不同於所示。例如於圖18之系統示意圖中，彈性件7310’其向下拉動可移動的軌道單元7001而改變位置，以使其裝配至下順應板7320上。此外，彈性件7210’與7310’可裝配至相同的順應板7220、7320或其他部件或連接至可移動的軌道單元7001。在所有的情況下，操作將是實質上相同的。
雖然本發明的兩實施例中符合實質上遵守可移動的軌道單元7001的目標在一相對於它的移動彈性範圍之中央位置在負載的動力移動、可移動的軌道單元7001的移動以及負載在啟動和停止時可證明於某些不可預期的應用中。在基本實施例中，為了彈性移動所需的外力是由系統 中的摩擦力所決定，並在整體彈性範圍中為常數。於此兩實施例中，所需的力必須克服可變的偏置力。利用上述的參數，在基本實施例中之彈性移動的力對應於12磅摩擦力是在整個彈性範圍內；然而，兩實施例中所需之力的範圍從位於中央點的12磅至位於最後4英吋點彈性範圍內的60磅(12磅的摩擦力加上48磅的偏置力)。(需注意的是，如果彈性件具有低偏置力，則所需彈性力將會降低，但“彈回效應”在啟動與停止時就會提高。)
第三示範例的垂直順應機構7000修改第二示範例的方式為減少一某些對第二示範例的效應。在第二實施例中，具有兩套的彈性件7210與7310。當可移動的軌道單元7001移動時，張力於其中一套之彈性件中會增加而張力於另一套中會減少。第三示範例中亦包含兩套彈性件7210與7310；然而，當可移動的軌道單元7001移動時，在第二示範例中張力將會降低的彈性件從由相關的上順應板7220與下順應板7320與可移動的軌道單元7001中去耦合。考慮到這一點，第三實施例將配合圖19至圖25來詳細描述。
圖19是包含第三示範例之垂直順應機構7000之示範柱單元1000的一角落區域的部分分解、斷面透視圖。圖20A與圖20B分別為上與下順應單元7203與7303的組合圖。這些圖式與分別與圖11A至圖11C與圖14A至圖14C所繪示的第一示範例及第二示範例相同。由此可看出第二示範例與第三示範例的差異在於增加退耦柱7260與7360 至前面表面1150F。圖21A與圖21B繪示分別一不同角度之上與下順應單元7203與7303之一區域的未分解組合圖。在這些實施例中，可移動的軌道單元7001顯示於其中央位置，且彈性件7210與7310在相同張力下、分別在可移動的軌道單元7001上拉向上與向下。退耦柱7260與7360定位成使它們分別介於連接條214與7314與肩螺絲7212與7312之間。退耦柱7260與7360進一步定位成使可移動的軌道單元7001在它的中央位置，它們大約介於上定位柱7215與下定位柱7315之間且鄰近或輕觸連接條7214與7314。
圖22A與圖22B繪示當可移動的軌道單元7001已經移動下來的情況。圖22A中，上順應單元7203的區域詳細圖，可以看出彈性件7210已經延長，當定位柱7215拉連接條7214遠離退耦柱7260時。然而，在圖22B中，下順應單元7303的區域詳細圖，可觀察到彈性件7310未耦接至下順應板7320，當定位柱7315已移動而遠離退耦柱7360的方向，使連接條7314與退耦柱7360有關而不是定位柱7315。
圖23A與圖23B繪示當可移動的軌道單元70001已經移動上去的相反情況。圖23B中，下順應單元7303的區域詳細圖，可以看出彈性件7310已經延長，當定位柱7315拉連接條7314遠離退耦柱7360時。然而，在圖23A中，上順應單元7203的區域詳細圖，可觀察到彈性件7210未耦接下順應板7220，當定位柱7215已移動而遠離退耦柱 7260的方向，使連接條7214與退耦柱7260有關而不是定位柱7215。
因此，可以看出，當可移動的軌道單元7001從它的中央位置向下移動時，下彈性件7310從它去耦合，在上彈性件7210仍然嚙合時。反之，發生當可移動的軌道單元7001從它的中央位置向上移動時，即，上彈性件7210從它去耦合而下彈性件7310仍然嚙合時。
正如第二示範例所描述，每一個別彈性件7210、7310在第三實施例中具有幾乎相同的偏置力“r”。所有彈性件7210的有效偏置力，“R”，並行操作為“Nr”，其中N是彈性件7210的數量。同樣地，所有彈性件7310的有效偏置力，“R”，並行操作為“Nr”，其中N，再次，是彈性件7310的數量。在圖19至圖23B中描述與繪示的示範例中，N為三個。然而，於其他實施例中，可視情況和應用而建議採用不同的彈性件以具有不同的偏置力。
圖24A至圖24C繪示第三實施例於三個不同位置的側視示意圖。在所有圖式中，這是故意不按比例繪製，彈性件7210’與7310’分別代表所有的彈性件7210與7310，因而每個彈性件7210’與7310’具有一偏置力R=Nr。此外，在系統中的負載是以具有一重量W的盒子20所代表，其透過力量相同而抵銷且藉由砝碼(未繪示)提供相反力C。
在圖24A中，可移動的軌道單元7001顯示在其中央位置，而退耦柱7260’與7360’顯示在遠離定物柱7215 與7315的一短距離“d”。每一彈性件7210’與7310’延長一初始量S(未繪示，因為它是一個大於或小於任何量)，且它們施加一相反力Rs，其中R是偏置力。因此系統處於平衡態。對於可移動的軌道單元7001從其中央位置的小位移(y)小於距離d時，行為與第二實施例相同；且用來達成此位移之所需的力為2yR。
圖24B顯示當可移動的軌道單元7001向上移動而遠離其中央位置距離D時系統所在的一位置，其中D大於d。彈性件7210’已經去耦合且不作用於可移動的軌道單元7001上。彈性件7310作用於可移動的軌道單元7001，且其延長一S+D的距離。因此，彈性件7310藉由一R(S+D)大小的力向下拉動可移動的軌道單元7001，其中R(S+D)是忽略摩擦力時外力F的大小，來達成此位置。同樣地，圖24C繪示當可移動的軌道單元7001已向下移動一小距離D時的系統，其中D大於d。結果是相同的；即，一力量，F，具有所需之R(S+D)的大小。
因此，所需的力可移動可移動的軌道單元7001至一超過距離d的位置，或者換句話說超過的位置在彈性件7210’、7310’其中之一去耦合為R(S+d)。較佳地系統設計，使此力大於2dR，所需的力用來移動可移動的軌道單元7001至一短暫去耦合之彈性件7210’、7310’其中之一的位置。在圖19至圖23B所繪示之示範例中，d非常小，實質上為0，所以2 dR約為0，且力F是以移動可移動的軌道單元7001一距離y的F=RS+yR。忽略摩擦 力，所需一大小RS的力以將可移動的軌道單元7001從其中央位置移動。在一示範例中，每一彈性件具有一4.6磅/英吋的偏置力，且於每一彈性件的中央位置延長3/4英吋；因此，F=10.35+13.8y英鎊(其中y是英吋)。因此，忽略摩擦力，至少需要10.35磅的力以使可移動的軌道單元7001移動，且需要31.05磅的力以將它移動1.5英吋，其將它定位在移動的順應性範圍的末端。
當馬達2350旋轉以在一方向中驅動負載時，施加於可移動的軌道單元7001上的力必須超過RS以便讓可移動的軌道單元7001從它的中央位置移動。如果RS的值是一樣的或者超過所需摩擦力以移動負載，接著，馬達2350定位負載時，可移動的軌道單元7001應保持基本上不動。與第二示範例有關之“彈回效應”在此不存在。再者，與第二示範例相比，整體所施加的力用來移動可移動的軌道單元7001以穿過其整個順應性範圍，此力實質上可較少。作為比較的最後一點，由於彈性體7210與7310成為去耦合，他們僅需要在中央位置延長一相對小的量。
在上述所有的詞“中央位置”是指可移動的軌道單元7001在沒有外力施加時的位置。外力意指透過額外手段包括，但並不限定，人手或對接促動器等力施加至負載。第二與第三示範例亦如此，如果遇到一障礙例如馬達2350在操作以定位負載，則可移動的軌道單元7001將會驅動至其順應性範圍的一末端，且這種情況將會透過限位開關7250U與7250L其中之一而被檢測到。因此，控制器4000 將接受一信號以從操作中停止馬達2350。然而，在第一示範例中，當負載移動發生時，限位開關其中之一被驅動；遇到的障礙將不會導致已啟動的限位開關變成不驅動且將不對此事件發出信息(signaling)。
根據不同的封裝與其他系統限制，彈性體7210與7310可排列成不同於所示者。例如於圖25之系統示意圖中，彈性件7310’其向下拉動可移動的軌道單元7001而改變位置，以使其裝配至上順應板7220上，且向上拉動彈性件7210裝配至下順應板7320。此外，彈性件7210’與7310’可裝配至相同的順應板7220、7320或其他部件或連接至可移動的軌道單元7001。在所有的情況下，操作將是實質上相同的。
雖然本發明已描述垂直移動的詞，但同樣的概念也適用於其他線性與旋轉方向的移動。
雖然本發明之較佳實施例已顯示與揭露如上，但這只是藉由示範例來了解所提供之實施方式。對於本領域熟知其技藝者顯而易見，在不背離本發明之精神的情況下可在本發明中做各種修改以及變型。因此，在本發明之精神與範圍內，本發明的變型意欲包含在所附的申請專利範圍內。
10‧‧‧系統
20‧‧‧盒子
502‧‧‧測試頭
511‧‧‧主臂
545‧‧‧柱狀體
736‧‧‧安裝座
900‧‧‧纜索支撐裝置
1000‧‧‧柱單元
1002、1004、1006‧‧‧軸
1012‧‧‧頂板
1020‧‧‧操作指示板
1050‧‧‧線性軌道
1070‧‧‧可撓性導管
1100‧‧‧支撐柱
1110‧‧‧後門
1112‧‧‧升起樞紐
1115‧‧‧限位開關架設軌道
1117‧‧‧下限位開關
1119‧‧‧上限位開關
1125L‧‧‧左側壁
1125R‧‧‧右側表面
1150‧‧‧網狀元件
1150F‧‧‧前面表面
1150R‧‧‧後表面
1180‧‧‧緩衝器
1190‧‧‧鎖固軌道
1192‧‧‧鎖固軌道孔
1199‧‧‧背膠尺
1300‧‧‧支撐纜索
1310、1320、2406、2421‧‧‧皮帶輪
1350‧‧‧秤錘支架
2000‧‧‧垂直滑架
2015‧‧‧限位開關促動器
2050‧‧‧線性軸承
2060‧‧‧鎖銷
2063、2065‧‧‧鎖銷孔
2070‧‧‧限位開關
2100‧‧‧滑架板
2120‧‧‧臂連接板
2122‧‧‧調整螺絲
2124‧‧‧軸承
2126‧‧‧樞軸桿
2128‧‧‧樞接塊
2130‧‧‧支撐塊
2300‧‧‧馬達蓋體
2350‧‧‧馬達
2355‧‧‧減速齒輪
2370‧‧‧驅動齒輪
2407‧‧‧緊固件
2410‧‧‧纜索
2413‧‧‧平衡塊
2416‧‧‧馬達
2420‧‧‧皮帶
2422‧‧‧框架
2426‧‧‧離合器
3000‧‧‧拖架
3021‧‧‧臂
3019‧‧‧背表面
4000‧‧‧控制單元
4950‧‧‧二旋轉測試頭底座
5800‧‧‧旋轉托架支撐臂單元
6000‧‧‧基底組件
6010‧‧‧延伸腳
6013、6113、6213‧‧‧停止塊
6050‧‧‧基底板
6070‧‧‧腳輪組件
6071‧‧‧輪腳
6072‧‧‧蓋板
6073‧‧‧開口
6074‧‧‧螺絲
6080‧‧‧支撐墊
6150‧‧‧內-外板
6250‧‧‧邊-對-邊板
6300、6400‧‧‧線性軌道
6310、6410‧‧‧線性軸承
6500‧‧‧轉檯
6501‧‧‧外環
6502‧‧‧內環
6505‧‧‧螺絲
6515‧‧‧鎖固板
6516‧‧‧鎖固軸
6518‧‧‧鎖固柄
6915‧‧‧可撓性線路管道
7000‧‧‧垂直順應機構
7001‧‧‧可移動的軌道單元
7100‧‧‧齒軌
7110‧‧‧緩衝器
7200‧‧‧上順應單元
7201、7202、7203‧‧‧上順應單元
7210、7310、7210’、7310’‧‧‧彈性件
7211a、7211b、7311a、7311b‧‧‧連接眼
7212、7312‧‧‧肩螺絲
7213、7313‧‧‧周圍槽
7214、7314‧‧‧連接條
7215‧‧‧上定位柱
7220‧‧‧上順應板
7225、7325‧‧‧延長凹口
7228‧‧‧停止件
7230‧‧‧上線性軌道
7240、7340‧‧‧線性軸承
7250U‧‧‧上順應限位開關
7250L‧‧‧下順應限位開關
7251U、7251L‧‧‧活化臂
7252U、7252L‧‧‧安裝拖架
7255U、7255L‧‧‧肩螺絲
7260、7360、7260’、7360’‧‧‧退耦柱
7300‧‧‧下順應單元
7301、7302、7303‧‧‧下順應單元
7315‧‧‧下定位柱
7320‧‧‧下順應板
7330‧‧‧下線性軌道
W‧‧‧重量
C‧‧‧相反力
圖1繪示為一範例的測試頭操作系統的透視圖。
圖1A繪示為圖1之範例的測試頭操作系統的座標系統。
圖2繪示為圖1之範例的測試頭操作系統的部分分解 透視圖。
圖3繪示為圖1之測試頭操作系統的一範例的基底組件的透視圖。
圖3A繪示為圖3之範例的基底組件的座標系統。
圖4繪示為圖3之範例的基底組件的部分分解透視圖。
圖5繪示為一範例的柱組件的左前方透視圖。
圖6A繪示為圖5之範例的柱組件的部分分解右前方透視圖。
圖6B繪示為圖5之範例的柱組件的部分分解右後方透視圖。
圖7A繪示為一範例的垂直滑架組件的左前方透視圖。
圖7B繪示為圖7A之範例的垂直滑架組件的左後方透視圖。
圖8繪示為圖5包含圖7A之範例的垂直滑架組件的一底部且其馬達蓋體W已移除之範例的柱組件之一中間部的右前方透視圖。
圖9繪示為圖5包含圖7A之範例的垂直滑架組件所描述之一範例的安全連鎖之範例的柱組件的一中間部的左前方透視圖。
圖10A繪示為垂直支撐柱的一角落區域的斷面透視圖，其包括一順應機構的一第一範例的實施例。
圖10B與圖10C分別繪示來自圖10A之上與下順應 單位之一區域的組合圖。
圖11A、圖11B與圖11C分別繪示為圖10A、圖10與圖10C之部分分解版本。
圖12A、圖12B與圖12C分別繪示為圖10A之顯示可移動式之線性軌道單元在中、上、下位置移動的上與下部的斷面透視圖。
圖12D、圖12E與圖12F分別繪示為上順應單元之一區域在可移動式之線性軌道單元於中、上、下位置移動的組合圖。
圖13A、圖13B與圖13C是與圖12A、圖12及圖12C相同，但分解了限位開關裝置。
圖14A繪示為垂直支撐柱的一角落區域的斷面透視圖，其包括一順應機構的一第二範例的實施例。
圖14B與圖14C分別繪示來自圖14A之上與下順應單位之一區域的組合圖。
圖15A繪示來自圖14A的部分分解透視圖。
圖15B與圖15C分別繪示來自圖15A之上與下順應單位區域的部分分解組合圖。
圖16A繪示為對應圖15A之後方的部分分解透視圖。
圖16B與圖16C分別繪示來自圖16A之上與下順應單位區域的部分分解組合圖。
圖16D與圖16E分別繪示圖16B與圖16C之重要區域的組合圖。
圖17A、圖17B與圖17C分別繪示順應機構的範例的 第二實施例於三個位置的示意圖。
圖18繪示為順應機構之第二實施例的許多替代型態之一的示意圖。
圖19繪示為垂直支撐柱的一角落區域的斷面及部分分解透視圖，其包括一順應機構的一第三範例的實施例。
圖20A與圖20B分別繪示來自圖19之上與下順應單位區域的組合圖。
圖21A與圖21B分別繪示繪示來自圖19之上與下順應單位區域的無分解圖。
圖22A與圖22B分別繪示上與下順應單位在順應機構於向下位置的未分解圖。
圖23A與圖23B分別繪示上與下順應單位在順應機構於向上位置的未分解圖。
圖24A、圖24B與圖24C分別繪示順應機構的第三範例的實施例於三個位置的示意圖。
圖25繪示為順應機構之第三實施例的許多替代型態之一的示意圖。
10‧‧‧測試頭操作系統
900‧‧‧纜索支撐裝置
1000‧‧‧柱單元
1012‧‧‧頂板
1020‧‧‧操作指示板
1100‧‧‧支撐柱
2000‧‧‧垂直滑架
3000‧‧‧托架
4950‧‧‧二旋轉測試頭底座
5800‧‧‧旋轉托架支撐臂單元
6000‧‧‧基底組件

Claims (26)

  1. 一種負載定位用的系統，包括：一支撐柱；一驅動軌道單元，耦接至該支撐柱，該驅動軌道單元相對於該支撐柱而移動；一垂直滑架，沿著該支撐柱移動，其中該垂直滑架支撐該負載；一嚙合件，嚙合至該驅動軌道單元且沿著該驅動軌道單元移動；一馬達，施加一外力至該嚙合件，以使該嚙合件沿著該驅動軌道單元移動；該馬達耦接至該垂直滑架，因此當該馬達施加該外力至該嚙合件時，該垂直滑架相對於該驅動軌道單元而移動，該垂直滑架也隨該驅動軌道單元而移動，以使該垂直滑架與該驅動軌道單元相對於該支撐柱而移動。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之負載定位用的系統，其中與由該馬達所提供的該外力互相獨立的一力的施加導致a)該驅動軌道單元相對於該支撐柱而移動；以及b)該垂直滑架相對於該支撐柱而移動。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之負載定位用的系統，其中：a)該驅動軌道單元包括多個齒，而一驅動件為一齒輪；b)該驅動軌道單元包括一鏈條，而該驅動件為一鏈 輪；或c)一驅動輪為一摩擦輪，其利用摩擦力而沿著該驅動軌道單元移動。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之負載定位用的系統，其中該驅動軌道單元透過一個或多個線性軸承而支撐在一個或多個位於該支撐柱上的線性軌道上。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之負載定位用的系統，更包括一個或多個緩衝器，位於該驅動軌道單元與該支撐柱之間。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之負載定位用的系統，其中該驅動軌道單元包括一上停止表面以及一下停止表面，一停止點從該支撐柱延伸且位於該上停止表面與該下停止表面之間，以限制該驅動軌道單元的移動至一給定範圍內。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之負載定位用的系統，其中該驅動軌道單元更包括一上限位開關以及一下限位開關，當該停止點鄰近各自的一個停止表面時，該上限位開關與該下限位開關被組構成用來傳送一信號至一控制單元。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之負載定位用的系統，其中當從任一該上限位開關與該下限位開關收到一信號時，該控制單元被組構成用以確定一定位障礙的存在。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之負載定位用的系統，更包括多個彈性件，其耦接於該驅動軌道單元與該支 撐柱之間，且允許在該驅動軌道單元及該支撐柱之間移動。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之負載定位用的系統，更包括一去耦合件，其被組構成用以在一個朝各自的一個或多個彈性件運動的方向中使一個或多個彈性件去耦合。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之負載定位用的系統，其中至少一彈性件的第一組施力於實質上平行於一軸的第一方向，而該至少一彈性件的第二組施力於一第二相反方向。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之負載定位用的系統，其中該驅動軌道單元包括配置於相對兩端的一第一與一第二順應板，且該些彈性件的該第一組延伸至該第一順應板與該支撐柱之間，而該些彈性件的該第二組延伸至該第二順應板與該支撐柱之間。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之負載定位用的系統，其中該第一組的每一該彈性件的一端耦接至該支撐柱，而其另一端耦接至一第一附加條，該第一附加條被組構成用以藉由至少一在該第一順應板上的第一支撐杆所支持，而該第二組的每一該彈性件的一端耦接至該支撐柱，而其另一端耦接至一第二附加條，該第二附加條被組構成用以藉由至少一在該第二順應板上的第二支撐杆所支持。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之負載定位用的系統，其中一第一去耦合杆從該支撐柱延伸至該第一組的該些彈性件的多個連接端與該至少一第一支撐杆之間，當該 第一順應板朝向該第一組的該些彈性件的該些連接端而移動時，該第一去耦合杆被組構成用以接觸且防止該第一附加條的移動。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之負載定位用的系統，其中一第二去耦合杆從該支撐柱延伸至該第二組的該些彈性件的多個連接端與該至少一第二支撐杆之間，當該第二順應板朝向該第二組的該些彈性件的該些連接端而移動時，該第二去耦合杆被組構成用以接觸且防止該第二附加條的移動。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之負載定位用的系統，其中該負載包括一測試頭。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之負載定位用的系統，其中該驅動軌道單元被限制在一相對於該支撐柱的限制範圍內移動。
  18. 如申請專利範圍第1項所述之負載定位用的系統，其中該垂直滑架可相對於該驅動軌道單元與該支撐柱而移動。
  19. 如申請專利範圍第1項所述之負載定位用的系統，其中一彈性件耦接於該驅動軌道單元與該支撐柱之間，且該彈性件包括一彈簧或一氣動裝置。
  20. 如申請專利範圍第1項所述之負載定位用的系統，其中該負載被抵消以便處於平衡或實質上失重的情況。
  21. 一種負載定位用的方法，該方法包括下述步驟：相對於一支撐柱而移動一驅動軌道單元，其中該驅動 軌道單元耦接至該支撐柱；驅動一馬達，該馬達施加一外力至一嚙合件，以使該嚙合件沿著該驅動軌道單元而移動；其中a)該嚙合件嚙合著該驅動軌道單元；b)當該馬達施該外力至該嚙合件時，一支撐該負載的垂直滑架相對於該驅動軌道單元而移動；以及c)該垂直滑架也隨該驅動軌道單元而移動，以使該垂直滑架與該驅動軌道單元相對於該支撐柱而移動。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之負載定位用的方法，其中與由該馬達所提供的該外力互相獨立的一力的施加導致a)該驅動軌道單元相對於該支撐柱而移動；以及b)該垂直滑架相對於該支撐柱而移動。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之負載定位用的方法，其中該些彈性件耦接於該驅動軌道單元與該支撐柱之間，且與由該馬達所提供的該外力互相獨立的該力的施加抵銷該至少一該彈性件的偏壓力。
  24. 如申請專利範圍第22項所述之負載定位用的方法，其中與由該馬達所提供的該外力互相獨立的該力是由一操作員手動所施加。
  25. 如申請專利範圍第22項所述之負載定位用的方法，其中與由該馬達所提供的該外力互相獨立的該力是由一外部驅動器所施加。
  26. 如申請專利範圍第21項所述之負載定位用的方法，其中該負載包括一測試頭。
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