专利名称：测试头定位器系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子测试头定位器领域。特别是，本发明涉及能够在多个自由度下操作测试头的测试头定位器。
背景技术：
在集成电路(IC)和其它电子设备的自动测试中，专用机(下面称为“外围设备”)被使用，其利用自动测试系统将待检测设备放置就位进行检测。外围设备包括晶片检测器、批处理器等等；所使用的具体类型的外围设备取决于使用产品的阶段。电子测试本身由一巨大且昂贵的自动测试系统提供，该系统包括一需要与外围设备连接和对接的测试头。在这样的测试系统中，测试头通常非常沉重—大约为40千克到1000千克。如此沉重的原因是测试头使用精密高速电子计时信号以及其它数据信号，这需要电路必须尽可能位于接近被测试设备的位置。因此，测试头和电路紧密地打包在一起，以便实现精密设备的高速测试。
测试头定位器系统可用于使测试头相对于外围设备进行定位。当测试头相对于外围设备精确地处于适当位置时，测试头和外围设备被称为对准。当测试头和外围设备对准后，易损坏的测试头和外围设备的电连接器可以连接在一起(即对接)，从而能够使电子信号在外围设备和测试头之间传输。在对接之前，易损坏的测试头和外围设备的电连接器必须精确地对准，以避免损坏易损的电连接器。
为了能够进行易损坏的电连接器的精确对准，电子测试头定位器通常应便于操纵测试头，以使其在六个自由度上进行空间运动。如图9所示，定义了六个运动的自由度。根据本发明的一典型实施例，该定位器系统实现了六个自由度的运动。图9示出了左右运动或者沿X轴运动；上下运动或者沿Y轴运动；进一出运动或者沿Z轴运动；绕Y轴运动或者太塔运动(theta motion)；绕X轴运动或倾转运动；绕Z轴运动或者滚动运动。
进一步，测试头定位器还为测试头提供一基本上失重或顺从的条件，以便在每个自由度上可手动操纵测试头，以及完成测试头相对于外围设备的精确对接和脱离。Smith的在先专利(美国专利No.4,527,942)中公开了一电子测试头定位器的例子，这里被引用作为参考。该专利公开了一定位器组件，它可以使测试头处于基本失重的条件下，并使其在六个自由度上移动。
为了提供六个自由度，测试头可连接在一支架组件上，该组件可以是一用于测试头的U形支架。在美国专利No.4,527,942、Smith的专利(美国专利No.4,705,447)以及Holt的专利(美国专利No.5,450,766)中均示出了这种支架组件。一支架通常可提供至少两个所需自由度。当使用支架夹持测试头时，在支架与外围设备对接后，当简单快速地将支架锁定至适当位置时会产生问题。
发明概述一种用于定位测试头的支架运动装置，其包括一提供三个自由度的支撑结构、一第一锁和一第二锁。通过第一锁和第二锁的启动可以阻止在该三个自由度上的运动。
附图的简要说明

图1A是根据本发明所述测试头定位器系统的一部分的透视图。
图1B是测试头系统的透视图，其示出了根据本发明的特征。
图2A是图1B中的测试头定位器系统的垂直运动板的透视图。
图2B是带有轨道和球滑动件的垂直运动板的透视图。
图2C是垂直运动板连接部件的透视图，其允许测试头在不同方向上移动。
图3是图1A和1B中的测试头定位器系统的曲柄和圆柱子系统的透视图。
图4A是根据本发明的测试头支架组件的透视图，其处于空档位置。
图4B是根据本发明的测试头支架组件的另一个透视图，其处于操作位置。
图4C是根据本发明的测试头支架组件的又一个透视图，其处于另一个操作位置。
图5是测试头支架组件中的支架运动装置的透视图。
图6A是测试头支架组件和测试头支架组件中的支架运动装置的分解图。
图6B是支架运动装置的分解图，其示出了位于图6A中的圆6B内的区域的细节。
图6C是支架运动装置的分解图，其示出了位于图6A中的圆6C内的区域的细节。
图7是支架运动装置另一侧的分解图。
图8A是一带有支架运动装置以及相关组件的支架侧面的顶视图。
图8B是一带有支架运动装置以及相关组件的支架侧面的内部正视图。
图9概略地示出了图中所示系统的六个自由度。
本发明的详细说明图1A和1B中示出了定位器系统150的细节，其中具有支撑柱102。例如，2000年7月20公开的专利申请WO 00/41536、2000年1月12日提出的申请号为PCT/US/00/00704的申请中均给出了图示支撑柱102的详细描述，它们这里被引用作为参考。
如图所示，在支撑柱102的前表面上，垂直轨道104被连接在支撑柱102的前表面上。垂直轨道104例如沿支撑柱102的长度方向延伸。参考图1B、2C以及下文的进一步描述，臂装置100与垂直支架或主臂结构108(有时指垂直活动板108)相连，从而使臂装置100可以沿垂直轨道104上下移动。参考图1A，在垂直轨道104的上限和下限的位置处，可具有适当的缓冲器107A-D，以限制垂直活动板108沿垂直轨道104上下移动的行程范围。
垂直运动球(滚珠)滑动件105与垂直轨道104啮合并沿垂直轨道104滑动。参考图2A和2C，垂直运动板108连接在垂直运动球滑动件105上。因此，当垂直运动球滑动件105沿垂直轨道104上下滑动时，垂直运动板108也沿垂直运动球滑动件105上下移动。
多根电缆106连接在垂直运动板108上。用于将电缆106连接到垂直运动板108上的装置并未示出，但是这一连接可以利用现有技术中已知的方式来实现。这些电缆接纳在滑轮组件922中。所述电缆穿过滑轮组件922并向下伸入到位于支撑柱102中的平衡锤系统(未示出)中。在美国专利No.4,527,942和美国专利No.5,450,766中示出了平衡锤系统的例子。
如上所述，垂直运动板108与电缆106相连。因此，通过经由电缆106与平衡锤系统相连，垂直运动板108可以在基本失重的条件下上下移动。
参考图2A-2C，现在对垂直运动板108进行更加详细地描述。垂直运动板108包括垂直运动锁机构110，其可以是2000年7月20公开的专利申请WO 00/41536以及2000年1月12日提出的申请号为PCT/US/00/00704的专利申请中所描述的锁机构。
为了获得低摩擦水平侧向运动，垂直运动板108包括上部狭槽108a与下部狭槽108b。轨道架112a、b分别位于狭槽108a、b中。轨道架112a、b为L形元件，它们通过垂直运动板狭槽108a、b与垂直运动板108的垂直面连接，并且提供相应的水平表面。因此，轨道架112a提供两个水平表面112c和112d，表面112c朝上，而表面112d朝下。类似的，轨道架112b也提供两个水平表面112e和112f，表面112e朝上，而表面112f朝下。在所示实施例中，水平轨道114a位于轨道架112a的朝上水平表面112c上，并且面朝上。水平轨道114b与轨道架112b的朝下水平表面112f连接在一起。因此，轨道114b向下突出。轨道114a和114b彼此基本平行，并且通过轨道架112a和112b连接在垂直运动板108上。
球滑动件116a是一对可与轨道114a啮合并沿其滑动的轴承。因此，球滑动件116a位于轨道114a上方。此外，球滑动件116b是另一对可与轨道114b啮合的轴承。换言之，球滑动件116b位于轨道114b下方。因此，球滑动件116b可沿轨道114b滑动。
球滑动件105和116a、b以及轨道104、114a、114b例如由NSK公司制造。
球滑动件连接板118a、b也被包括在内。球滑动件连接板118a与球滑动件116a连接且位于其上。球滑动件连接板118b则与球滑动件116b连接且位于其下。
肘状安装板120也被包括在内。在本发明的一典型实施例中，肘状安装板120是一块单独的板，它从球滑动件连接板118a延伸至球滑动件连接板118b。在本发明的另一可选实施例中，肘状安装板120可以由两块独立的、分别与球滑动件连接板118a、b相连的肘状安装板部分替代。在另一实施例中，连接板118a、b和肘状安装板120可以结合在一个单一铸件中。
因此，肘状安装板120可沿着球滑动件116a、b从一侧水平滑向另一侧。如下所述，肘状安装板120支撑着测试头负载。因此，四个球滑动件116a、b提供负载的水平运动，并且还承担着负载的重量和扭矩。抵抗水平侧向运动的摩擦力由与球滑动件116a、b相关的摩擦力决定，该摩擦力反过来又由它们各自的负载和取向决定。发明者已经发现，通过将两个轨道114a、b安装在水平表面上从而使它们在垂直方向上突出，与将轨道安装为水平突出相比，所产生的摩擦力明显要小得多。在一可选的实施例中，轨道114a可以被安装在轨道架112a的朝下水平表面112d上，从而其向下突出，而轨道114b可以被安装在轨道架112b的朝上水平表面112e上，从而其向上突出。在更多的实施例中，很明显可以将轨道112a、b安装成使它们均向上或向下突出。
肘状安装板120包括锁突起126。
锁闩128优选连接在球滑动件连接板118a的顶表面上。锁闩128提供一与形成于锁突起126中的开口的形状相适应的狭槽。因此，锁130延伸穿过锁突起126的开口并穿过锁闩128中的狭槽。当锁130被启动时，施加在锁闩128的内表面上的摩擦力将防止肘状安装板120相对于锁闩128移动。
止动器152可选地位于肘状安装板120的后面。沿轨道架112b的一边缘形成一狭槽115E。因此，当肘状安装板120从一侧滑向另一侧时，止动器152则在形成于轨道架112b中的狭槽中滑动。这样就对肘状安装板120相对于垂直运动板108的行程提供了一额外控制。
上部轴承块122a从肘状安装板120的上部延伸并与之相连。下部轴承块122b则从肘状安装板120的下部延伸并与之相连。上部轴承块122a和下部轴承块122b具有相同的开口。图2C示出了上部轴承块122a中的开口121的位置。下部轴承块122b中的相同的开口则没有示出。圆柱124位于上部轴承块122a和下部轴承块122b之间。所述圆柱124枢轴安装于上部轴承块和下部轴承块中的相同开口中。
在圆柱124的下端设置有圆柱突起132。该圆柱突起132具有一开口，以容纳锁154。下部轴承块122b包括一可容纳锁154的圆弧形狭槽156。因此，锁154延伸穿过圆柱突起132和锁槽156。通过启动锁154，沿下部轴承块122b的底表面在锁槽156上产生摩擦力，以阻止圆柱124转动。
下部轴承块122b还可以包含一可选缓冲器槽(未示出)。一可选缓冲器可以被附着于圆柱突起132的底表面上。因此，当圆柱突起132旋转时，该可选缓冲器可沿该可选缓冲器槽行进，从而允许可选缓冲器和缓冲器槽在圆柱124旋转时控制其旋转范围。
圆柱124连接或包含在前臂202中。
前臂202在图2C和3中被更详细地示出。前臂202的顶部装配有变速箱204。变速箱204中的齿轮经由曲柄206通过一联接轴旋转。当旋转曲柄206时，变速箱204中的齿轮旋转并导致延伸至变速箱204外部的变速箱轴(未示出)旋转。变速箱轴与直接通过曲柄206旋转而转动的联接轴正交。皮带轮218与变速箱轴相连。因此，曲柄206的旋转带动皮带轮218旋转。皮带216与皮带轮218啮合，且随着皮带轮218的旋转而移动。该皮带216同时也与皮带轮210接合。皮带轮210与前臂圆柱208中的驱动轴(不可见)连接，该驱动轴从前臂圆柱208的前面延伸至前臂圆柱208的后面。支架装配法兰211与位于前臂圆柱208前面的驱动轴相连，同时皮带轮210与位于前臂圆柱208后面的驱动轴相连。因此，当转动曲柄206时，皮带轮218旋转。皮带轮218的旋转导致皮带216的移动。皮带216的移动导致皮带轮210、不可见驱动轴以及支架装配法兰211的旋转。
如图1B和4A中所示，支架220与支架装配法兰211相连。因此，当支架装配法兰211旋转时，支架220也旋转。托架212连接在皮带轮210的后面。电缆镘刀214与托架212相连。因此，将测试头连接到一测试系统柜(未示出)的电缆在到达测试系统柜(未示出)前从测试头一直延伸到电缆镘刀。因此，通过旋转曲柄206，电缆可以随着支架220的旋转在电缆镘刀214中移动。
当测试头负载连接到支架220时，它通过多个水平支撑结构连接到垂直运动板108上，这些水平支撑结构包括球滑动件连接板118a、118b以及前臂202。球滑动件116a、116b也将水平支撑结构连接到轨道上，从而水平支撑结构可相对于垂直运动板水平定位。
现在请转向图4A-C和6A，它们示出了关于支架220的进一步的细节。支架220包括支架背面410，支架侧面420A和420B。角托架430也包含在内，以将支架侧面420A、420B连接到支架背面410上。
如图1B和4A-C所示，支架运动装置500包括在支架420中。支架运动装置500包括测试头连接块525，测试头被刚性连接和支撑在所述测试头连接块上。支架运动装置500提供n个自由度。在一典型实施例中，它提供三个自由度，描述如下首先，提供沿着第一、平移轴(“进/出轴”)547的前后平移运动，该第一轴(“进/出轴”)547基本平行于支架侧面420A和420B。其次，提供一旋转运动，即称为环绕第二轴(“翻转轴”)548的“翻转”或“倾转”运动，其中所述第二轴与连接块525正交。第三，提供一围绕第三轴(“太塔轴”)549的旋转运动，即“太塔”运动，该第三轴548与进/出轴547和翻转轴548正交。这三个自由度可以使测试头根据需要单独或同时向内和向外移动、围绕翻转轴和太塔轴旋转。在一典型实施例中，翻转轴和太塔轴可设置其中之一或均被设置，以使它们能够大致穿过测试头和相关负载的重心中央。这样可以使围绕如此设置的轴的旋转达到平衡，因此提供相对于该轴的基本失重条件。垂直运动由轨道104和球滑动件105提供，水平运动由轨道114a、b和球滑动件116a、b提供，旋转运动则由支架装配法兰211提供，这三种运动形成了定位测试头所需的额外三个自由度(两个平移运动一个旋转运动)。(可以利用变速箱204和/或皮带轮208、210和皮带216中的反冲力或游隙，以便提供第三旋转自由度的顺从性。在一典型实施例中，皮带轮210被三个穿越皮带轮210中的扩大间隙孔的螺钉连接在轴(未示出)上，这使得皮带轮210相对于该轴(未示出)可旋转地滑移。)在下面的描述中，请记住，可通过曲柄206和其与支架装配法兰211的连接将支架220和被连接的支架运动装置500旋转180度甚至更多。但是，为使说明简化，诸如上和下、上部和下部、底部和顶部等术语仅用于描述呈图中所示取向的机构。
关于支架运动装置500的概述以及它与支架侧面420A的关系，请参考如下附图6B和7。通过轨道670和球滑动件770，滑臂510和支架侧面420A可滑动地相连，其中所述轨道和球滑动件布置成基本上与支架侧面平行。因此，滑臂510提供沿进/出轴547的平移运动。凸轮随动块640通过枢轴承(立式止推轴承)650与滑臂510可旋转地相连。因此，凸轮随动块640提供绕翻转轴548的旋转运动。一包括连接块525、顶部导向块520和底部导向块522的附件装置通过凸轮随动件610a、f与凸轮随动块640相连。该附件装置被布置成提供绕太塔轴549的旋转运动。这些特征和功能将在下面进行更详细的说明。
支架运动装置500与支架220的连接在图6B中被更详细地示出。尤其是，示出了支架侧面420A。锁块540连接在支架侧面420A上。锁块540包括一开口，该开口中插入有锁轴543A。如图所示，锁轴543A通过万向接头544A与连接轴545A相连。连接轴545A通过万向接头544B与安装柱螺栓546A相连。安装柱螺栓546A通过螺母547A连接到连接托架518A上。连接托架518A通过螺钉519连接到顶部导向块520上。锁紧螺钉541A可以被启动，以用于防止锁轴543A在锁块540中的开口内的移动。顶部导向块520的下侧被连接至一板或者测试头连接块525的上侧。测试头连接块包括孔526。螺钉插入孔526，以将测试头连接块525连接在测试头上。
测试头连接块525的上表面与顶部导向块520的下表面刚性地连接在一起。测试头连接块525的下表面与底部导向块522的上表面刚性地连接在一起。底部导向块522包括圆弧形太塔(theta)导向槽622。此外，顶部导向块520包括一类似的圆弧形太塔导向槽(未示出)，它与太塔导向槽622面对面。顶部导向块520、测试头连接块525以及底部导向块522组成一个刚性的导向块结构。在一典型实施例中，整个导向块结构位于支架侧面和负载之间。在一可选实施例中，负载的尺寸小于导向块结构的尺寸，因而导向块结构只有一部分位于支架侧面和负载之间。在这样的可选实施例中，至少导向块结构的一部分可位于支架侧面和负载之间。导向块结构可被认为位于支架和负载之间，只要它处在位于支架和负载之间的平面内，并且该平面与支架和负载之间的空间相交即可。
凸轮随动块640被包括在内。它与测试头连接块525相邻并陷入在顶部导向块520和底部导向块522之间，从而它们可以共同围绕翻转轴548旋转，并且沿进/出轴547共同平移。包括连接块525和导向块520、522的刚性导向块结构相对于凸轮随动块640是可动的。特别是，如下面详细描述，该刚性导向块结构可以围绕太塔轴549旋转，而凸轮随动块640则不能围绕太塔轴549旋转。凸轮随动块640也位于支架侧面和负载之间。凸轮随动块640可被认为位于支架和负载之间，只要它处在位于支架和负载之间的平面内，并且该平面与支架和负载之间的空间相交即可。凸轮随动块640包括多个与其相连的凸轮随动件610a-f。下面所描述的一附加凸轮随动件没有被示出。凸轮随动件610a从凸轮随动块640的顶部延伸。凸轮随动件610e和另一凸轮随动件(未示出)从凸轮随动块640的底部延伸。由此，凸轮随动件610e和未示出的凸轮随动件可在太塔导向槽622中滑动。类似地，凸轮随动件610a可在形成于顶部导向块520内的太塔导向槽中滑动。此外，附加的凸轮随动件610b-e(如图6c和图7所示)从凸轮随动块640侧面面向支架侧面420A延伸。凸轮随动件610b和610c可沿着顶部导向块520的底表面并在其上移动。凸轮随动件610d和610f也沿着底部导向块522的顶表面并在其上移动。
凸轮随动块640包括臂515。当测试头负载围绕翻转轴548旋转时，测试头的运动通过如下的测试头连接块525被传送到臂515。如上所述，测试头与测试头连接块525刚性地相连。而测试头连接块525则被连接到顶部导向块520和底部导向块522上。因此，当测试头围绕翻转轴548旋转时，测试头连接块525也围绕翻转轴548旋转。因为顶部和底部导向块520和522均连接到测试头连接块525上，所以它们随着测试头连接件525的翻转而旋转。
同样如上所述，凸轮随动件610b和610c从凸轮随动块640前面的顶部水平凸出并压在顶部导向块520的下表面上。类似地，凸轮随动件610d和610f从凸轮随动块640前面的底部凸出并压在底部导向块522的上表面上。因此，当测试头连接块525围绕翻转轴548顺时针旋转时，所述连接块525的顺时针旋转导致顶部和底部导向块520、522随后也顺时针旋转。顶部导向块520的底表面向下压在凸轮随动件610b上，而底部导向块522的顶表面向上压在凸轮随动件610f上。因为凸轮随动件610b和610f连接到凸轮随动块640上，所以当凸轮随动件610b向下移动并且凸轮随动件610f向上移动时，凸轮随动块640围绕翻转轴548顺时针旋转。
相反，当测试头连接块525围绕翻转轴548逆时针旋转时，导致顶部和底部导向块520、522随后也逆时针旋转。顶部导向块520的底表面向下压在凸轮随动件610c上，而底部导向块522的上表面向上压在凸轮随动件610d上。因为凸轮随动件610b和610f连接到凸轮随动块640上，所以当凸轮随动件610b向下移动并且凸轮随动件610f向上移动时，凸轮随动块640围绕翻转轴548顺时针旋转。
因此，只要凸轮随动块640被允许旋转，测试头就可以围绕翻转轴沿任何方向旋转。
当测试头围绕太塔轴549旋转时，测试头连接块525、顶部导向块520、底部导向块522(即导向块结构)的运动由下述引导方式实现，即凸轮随动件610a插入到位于顶部导向块520的下表面中的太塔导向槽内以及凸轮随动件610e和未示出的凸轮随动件插入到位于底部导向块522中的太塔导向槽622内。当导向块结构围绕太塔轴549旋转时，凸轮随动块640和臂515不围绕太塔轴549旋转。相反，凸轮随动块640和臂515均与支架侧面臂420B保持基本平行。类似地，如下所述，提供平移运动的滑臂510并不在太塔方向上移动，因为它以与支架侧面420A保持基本平行的方式滑动连接在支架侧面420A上。
显然，对连接在支架侧面420A的附加装置所作的一切说明描述都可适用于连接到支架侧面420B的附加装置的操作，并且对连接到支架侧面420B的附加装置所作的一切说明描述也适用于连接到支架侧面420A的附加装置。
总之，滑臂510只能相对于支架侧臂作进/出平移运动。其不能在翻转轴方向或者太塔轴旋转方向上移动。凸轮随动块640和臂515相对于支架侧面420A或B可同时在进/出方向或者在翻转轴方向上移动。但它们不能在太塔轴旋转方向上移动。测试头连接块525和顶部导向块520以及底部导向块520均可以作进/出平移运动、在翻转轴方向以及太塔轴旋转方向上移动。
如图所示，例如在图4C中，测试头围绕翻转轴548逆时针大约旋转了5度。然后将测试头的运动传递至测试头连接块525和臂515，这两个部件均相对于支架侧面420A逆时针旋转。另一方面，图4B显示一测试头围绕翻转轴548顺时针大约旋转了5度。然后将图4B中测试头的运动传递至测试头连接块525和臂515，这两个部件均相对于支架侧面420A向下旋转。如图5、6C和7中最佳地显示，臂515具有一开口516，以容纳锁530。
如图7最佳所示，凸轮随动块640具有一可用作翻滚枢轴承接受器的圆形开口750。如图6B和7最佳所示，滑臂510也包括在内。滑臂510通过将翻转枢轴承组件650插入到翻转轴枢轴承接受器750内与凸轮随动块640和臂515相连。因此，臂515和臂支撑块640可相对于滑臂510旋转。当在孔516和槽511中打开锁530(也可参考图5)时，可以防止在滑臂510和臂515之间相对于翻转轴548的旋转。
结合起来，锁块540和锁530形成了两个锁，这两个锁可以防止三个自由度。换言之，支架220是一可允许n个自由度的支撑结构，锁541、530为n-1个锁，当它们被启动时可以阻止该n个自由度。
图7示出了连接在支架侧面420B上的支架运动装置。如图7中最佳地示出，滑臂510具有一连接在其上的球滑动件安装托架772，用以容纳球滑动件770。因此，球滑动件770和滑臂510可相对线性导轨670滑动。而线性导轨670则刚性地连接在支架侧面420B上。线性导轨670、球滑动件770、球滑动件固定托架772以及滑臂510组成一滑臂结构。
现在将对支架运动装置500的元件能够移动和不能移动的方式作出进一步说明。滑臂510可沿一进/出轴547平移运动，其中该进/出轴547基本平行于支架侧面420A和420B。滑臂510与球形滑状770连接在一起，并且球滑动件770沿导轨670滑动，因而可以实现平移运动。因为滑臂510通过导轨670连接在支架侧面臂420A和420B上，滑臂510不能围绕翻转轴548或太塔轴549旋转。因此，在没有平移运动时，当支架运动装置500的其它部分围绕任意旋转轴移动时，滑臂510保持静止。
臂515通过翻转枢轴承组件650和翻转枢轴承接受器750与滑臂510相连。因此，当臂510在进/出轴平移方向上移动时，臂515也随着它移动。即臂510和515在平移过程中作为一配套组件移动。
臂515、凸轮随动块640以及测试头连接块525由于上述凸轮随动件610b-d、f和顶部及底部导向块520、522之间的作用而围绕翻转轴548旋转。翻转枢轴承组件650和翻转枢轴承接受器770的存在使得凸轮随动块640和臂515可相对于支架侧面420B和滑臂510围绕翻转轴548进行翻转。如前所述，当臂515和凸轮随动块640在翻转轴方向旋转时，滑臂510不会围绕翻转轴548旋转。虽然滑臂510通过翻转枢轴承组件650和翻转枢轴承接受器750与臂515连接在一起，但滑臂510还是不能在翻转方向旋转，因为它仅通过一个平移自由度与支架侧面420A相连。如上所述，滑臂510和臂515之间的连接使得匹配运动只能沿一平移轴进行。这种连接不允许滑臂510旋转。
导向块结构(测试头连接块525、顶部和底部导向块520、522)可以沿太塔轴方向旋转，这是由于凸轮随动件610a、610e以及另一个未示出的凸轮随动件可在圆弧形导向槽622中进行操作，其中所述圆弧形导向槽622包括在导向块520、522内。导向块结构在太塔方向的运动不会导致臂515，凸轮随动块640，或者滑臂510在太塔方向上运动。滑臂结构不能旋转，因为它仅通过一个平移自由度和支架侧面420A连接。凸轮随动块640和臂515不能绕太塔轴旋转，这是因为它们通过翻转枢轴承组件650和翻转枢轴承接受器750与滑臂组件相连。
显然，每一个支架侧面420A和420B的上面都安装有如上所述完整的支架运动装置500。现在对支架运动装置500的操作进行说明。不管支架运动装置500连接在支架侧面420A、B还是其它地方，它的操作是相同的。当两个支架运动装置500被一致地操作时，它们的有些运动彼此一致，但同时一些运动则彼此成为镜像。支架运动装置500的这些特征将在下面进行更详细的说明。
当测试头与测试头连接块525相连时，如上所述，测试头可根据需要在支架内的1个、2个或3个自由度上移动。图4A-C示出了连接在支架侧面臂420A和420B上的运动支架装置500。图4A中的运动支架装置位于中心或无移动位置。即，不管是支架运动装置还是附着的测试头，均未进行任何平移运动或任何方向的旋转运动。
参考图4B，可以看出运动支架装置500和测试头没有进行任何平移运动；但是它们已经进行了围绕太塔轴的旋转和倾转或翻转运动。太塔轴方向上的旋转是由图6A、6B和6C中显示的圆弧形太塔导向槽622以及顶部导向块520下侧的圆弧形太塔导向槽引导进行的。绕太塔轴的旋转可以是图4B中箭头549所示的顺时针方向或逆时针方向。圆弧形导向槽的中心与上述太塔轴对齐。圆弧形导向槽位于和太塔轴正交的平面中的同心圆上。在第一典型实施例中，导向槽和凸轮随动件被布置成使由包括导向槽的圆的中央所限定出的太塔轴穿过测试头负载重心的大约中央处。该实施例在提供测试头围绕太塔轴方向旋转的基本失重条件方面可能是有利的。在一可选实施例中，导向槽和凸轮随动件被设置成使太塔轴和包含导向槽的圆的中央不在测试头负载的中心上。当测试头的测试点不在测试头重心附近并且需要提供围绕测试点中心的太塔运动时，这样的布置是有利的。如果需要，可通过对测试头增加或删减合适的重量来获得基本失重的条件。
倾转或翻转运动可由上述元件引导。倾转可以是图4A、B和C中箭头548所示的顺时针或者逆时针旋转。
现在进一步描述太塔运动和翻转运动以及相关的锁轴543A，B、连接轴545A，B、定螺栓546A，B和万向接头544A-D的配置变化。如前所述，图4A示出了支架运动装置500位于标准位置，即处于零进/出平移、零翻转运动以及零太塔旋转的位置。也就是所谓的“0，0，0位置”。为了克服图4A的透视图产生的任何视错觉，图8A和B分别示出了支架侧面420B和连接的支架运动装置500B以及相应组件的顶视图和内部正视图。重要的是，可以观察到，在该0，0，0位置，锁轴543B、连接轴545B和固定螺栓546B布置成近似一条直线的形式，所述直线位于支架侧面420B的上表面近似中心处，并且与支架侧面420B的上表面和表面基本平行。类似的连接在支架侧面420A上的组件也以相似的方式布置在0，0，0位置处。
参考图4A-C和8A、8B，连接块525A和B相对于支架侧面420A和B在三个自由度上移动，万向接头544B和D也随它们分别发生移动。但是，万向接头544A和C仍保持大约居中布置，并且位于各自相应的支架侧面A、B上表面的恒定高度上。当锁轴543A和B在它们各自的锁块540A和B中滑动时，万向接头544A和C只能在平行于支架侧面420A和B的方向平移。对相对于各自的支架侧面420A或B的连接板525A或B的每个独一无二的位置来说，存在着相对于各支架侧面420A或B的各连杆545A和B的两端的独一无二的空间位置。
为了有助于描述太塔旋转，将测试头连接块525A的两端标记为525AA和525AB。图4B示出了测试头连接块525A围绕太塔轴顺时针旋转了大约5度，但是没有发生平移运动。这样的旋转可以通过观察端部525AB顺时针旋转从而稍微远离支架侧面420A以及端部525AA顺时针旋转从而稍微靠近支架侧面420A而观察到。测试头连接块525A的旋转可以通过比较图4A和图4B更容易地观察到。通过弯曲万向接头544A和B可进一步允许顺时针旋转。图4B示出了万向接头544B已经向着支架220中心向内移动；因此，连杆545A从万向接头544A向内指向支架220的中心。对比万向连接头544D，它与连接在支架侧面420B上的支架运动装置500B相连，并已经向着支架侧面420B的外部移动。因此，连杆545B从万向接头544C向外指向远离支架220中心的方向。为了适应连杆545A和B的所需位置，必要时锁轴543A和B可在锁块540A和B内滑动；并且必要时还可弯曲万向接头544A-C。而且，滑臂510和臂515与支架侧面420A和B保持基本平行。
图4B也示出了顺时针翻转大约5度。该顺时针旋转可以通过观察图4B中臂515和滑臂510的相对位置看到。也就是说，臂515已经相对于滑臂510顺时针旋转。但是，滑臂510和臂515均与支架侧面420A保持基本平行。另外，所述旋转通过对比图4B和4A可以更加容易地观察到。通过弯曲万向接头544A和B可进一步实现向上旋转。图4B示出万向接头544B已经朝着支架侧面420A的上表面向下移动。类似地，万向接头544D也已经朝着支架侧面420B的上表面向下移动。因此，连杆545A和545B均从万向接头544A和C向下指向它们相应的支架侧面420A和420B。为了适应连杆545A和B的所需位置，必要时锁轴543A和B可在锁块540A和B内滑动；并且必要时还可弯曲万向接头544A-C。
图4C示出了测试头连接块525A围绕太塔轴逆时针旋转了大约5度。这样的旋转可以通过观察端部525AA逆时针旋转而稍微远离支架侧面420A并且端部525AB顺时针旋转而稍微靠近支架侧面420A来观察到。测试头连接块525A的旋转可通过比较图4A和图4C更容易地观察到。通过弯曲万向接头544A和B可进一步得到顺时针旋转。图4C示出了万向接头544B已经向着支架侧面420B的外部移动；因此，连杆545A从万向接头544A向外指向远离支架220方向。对比万向连接头544D，它与连接在支架侧面420B上的支架运动装置500B相连，并向着支架220的中央向内移动。因此，连杆545B从万向接头544C向内指向支架220中央。为了适应连杆545A和B的所需位置，必要时锁轴543A和B可在锁块540A和B内滑动；并且必要时还可弯曲万向接头544A-C。而且，滑臂510和臂515与支架侧面420A和B保持基本平行。
图4C也示出了逆时针翻转旋转大约5度。该逆时针旋转可以通过观察图4C中的臂515和滑臂510的相对位置看到。也就是说，臂515已经相对于滑臂510顺时针旋转。但是，滑臂510和臂515均与支架侧面420A保持基本平行。另外，所述旋转通过对比图4C和4A可以更加容易地观察到。通过弯曲万向接头544A和B可进一步实现逆时针旋转。图4C示出万向接头544B已经远离支架侧面420A的上表面向上移动。类似地，万向接头544D也已经远离支架侧面420B的上表面向上移动。因此，连杆545A和545B均从万向接头544A和C向上指向远离它们相应的支架侧面420A和420B的方向。为了适应连杆545A和B的所需位置，必要时锁轴543A和B可在锁块540A和B内滑动；并且必要时还可弯曲万向接头544A。
两套双锁被提供，以防止三个自由度上的运动。其中一套包括支架侧面420A上的进/出锁块540A和翻转锁530A。第二套包括支架侧面420B上的进/出锁块540B和翻转锁530B。为防止三个自由度上的运动，只需要启动进/出锁块540A、B中的一个并同时启动翻转锁530A、B中的一个。提供两套这样的装置是冗余的并只是为了操作方便。在替换实施例中，本发明可以通过每个锁中的仅仅一个来实施。
参考图6A，滑臂510包括一几乎横跨滑臂510的整个宽度的狭槽511。该狭槽511的宽度与臂515上的开口516可以横穿的各种位置相一致。或者，沟槽511可为拱形并且具有恒定的宽度。如图5所示，例如，一翻转锁530可以从臂515中的开口516插入，并穿过滑臂510内的沟槽511。启动锁530可以防止臂515相对于滑臂510运动。
此外，锁轴543A和B必须在各自的锁块540A和B内滑动，以便适应每个新位置，而不管该运动是沿着进/出轴547平移还是围绕太塔轴549或翻转轴548旋转。为防止任一自由度上的移动，除锁540A或540B或者两者同时外，必须启动翻转锁530A或530B。否则，即使只启动进/出锁540A、B中的一个，随着连杆545调节至它的新位置，翻转运动仍会导致进/出运动。
因此，假定翻转锁530A、B已经被启动，以用于防止前述的进/出平移运动和太塔旋转运动，则启动锁540A、B可防止两个自由度上的运动。太塔旋转可以被阻止，因为当启动一锁块540A、B时，相应的轴543A、B不能滑过锁块540A、B，因此可防止万向接头544A-D进一步弯曲，从而进一步防止了支架运动装置产生绕太塔轴的顺时针和逆时针转动。类似地，这样进一步防止了进/出运动。因此，锁540A、B锁定了两个自由度，即一个平移自由度和一个旋转自由度，特别是，进/出运动547和绕太塔轴549的旋转运动，同时锁530A、B锁定绕翻转轴548的旋转。因此，两个锁有效地锁定了绕两个正交轴的旋转运动以及沿第三轴的平移运动，其中该第三轴与两个旋转轴正交。
虽然已经参照特定实施例对本发明进行了说明和描述，但并不意味着将本发明限制于这里所述的细节。相反，在与权利要求书等效的领域和范围内，并且在不偏离本发明的条件下，可进行细节上的各种变型。特别是，本发明已经在各图中进行了描述。然而，本发明还可以由落在所说明、描述和要求的本发明的其它实施例实施。尽管本发明的部件已经以一布置方式示出，但一些部件也可以不同的方式布置。
例如，支架运动装置500的位置可以比图中更靠近支架背面410。支架运动单元500也可以位于支架侧面420A、420B的外侧，以适应不同形状的负载。滑臂510中的狭槽511可以具有不同的形状和/或更小一些。臂515中的开口516也可以具有不同的形状和/或更大一些。凸轮随动件610a可设置在不处于臂支撑块640中心的位置处。翻转枢轴承组件650可具有不同的形状和/或可设置在测试头连接块525的外侧而不是位于滑臂510和臂515之间。替代直接将测试头负载与测试头连接块525相连，可以将另一部件放置在测试头和测试头连接块525之间。可以仅使用一个支架运动装置500来代替使用两个支架运动装置。支架可具有超过两个的支架侧面臂，且一支架运动装置可与每个侧面臂相连。根据需要，支架运动装置可连接在不同支架侧面臂的内侧或外侧。
权利要求
1.一种用于定位测试头的支架运动装置，包括一提供三个自由度的支撑结构；一第一锁；以及一第二锁，其中，通过启动该第一锁和该第二锁来阻止在该三个自由度上的运动。
2.如权利要求1所述的支架运动装置，其特征在于，所述三个自由度包括沿一第一轴的平移运动、围绕一第二轴的第一旋转运动以及围绕一第三轴的第二旋转运动。
3.如权利要求2所述的支架运动装置，其特征在于，启动第一锁和第二锁将防止该第一和第二旋转运动以及该平移运动。
4.如权利要求2所述的支架运动装置，其特征在于，所述支撑结构包括一第一支架侧面和一连接在该第一支架侧面上的板，以提供所述平移运动，并且所述第一轴与所述第一支架侧面基本平行。
5.如权利要求4所述的支架运动装置，其特征在于，所述第二轴与所述第一轴正交。
6.如权利要求5所述的支架运动装置，其特征在于，所述第三轴与所述第一轴和第二轴正交。
7.如权利要求6所述的支架运动装置，其特征在于，进一步包括至少一个与负载相连的导向块，该至少一个导向块具有一圆弧形狭槽，其中，所述圆弧形狭槽的中心与所述第三轴对齐，以及所述圆弧形狭槽位于一个与所述第三轴正交的圆上。
8.如权利要求4所述的支架运动装置，其特征在于，进一步包括至少一个与负载相连的导向块，该至少一个导向块具有一圆弧形狭槽；以及至少一个与该板相连的凸轮随动件，以用于插入到该圆弧形狭槽中。
9.如权利要求7所述的支架运动装置，其特征在于，进一步包括至少一个与该板相连的凸轮随动件，以用于插入到该圆弧形狭槽中，其中该圆弧形狭槽和该凸轮随动件被设置成使得绕该中心的旋转不处于负载的重心处。
10.一种具有三个自由度的系统，其中第一自由度是围绕一第一轴的旋转，第二自由度是围绕一与所述第一轴正交的第二轴的旋转，第三自由度是沿着一与所述第一轴和所述第二轴正交的第三轴的平移，并且具有两个锁，以便当该两个锁被启动时所有三个自由度上的运动均被抑制。
11.一种用于定位负载的装置，该装置包括一垂直支撑结构；多个水平表面，其包含(a)一第一上表面和一第一下表面中的至少一个，以及(b)一第二上表面和一第二下表面中的至少一个；多个水平轨道，其中，所述多个水平轨道中的至少一个安装在所述多个水平表面中的至少一个上。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述多个水平轨道包括一突出于一第一垂直平面的第一轨道和一突出于一第二垂直平面的第二轨道。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述第一垂直平面与所述多个水平表面中的一个正交。
14.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述第二垂直平面与所述多个水平表面中的一个正交。
15.如权利要求12所述的装置，其特征在于，进一步包括一用于连接负载的水平支撑结构，该水平支撑结构与所述多个水平轨道中的至少一个相连，以用于相对于所述垂直支撑结构定位。
16.一种连接于一支架的一侧以用于相对于该支架定位负载的装置，该装置包括一位于该支架的侧面和该负载之间的滑臂结构，以用于沿一第一轴平移运动；一位于该支架侧面和该负载之间的臂支撑块，以用于使该负载绕一与该第一轴正交的第二轴旋转；一导向块结构，至少其一部分位于该支架的侧面和该负载之间，用于使负载绕一与该第一轴和该第二轴正交的第三轴旋转。
17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述导向块结构包括至少一个圆弧形狭槽，该狭槽限定所述第二旋转运动，所述第三轴位于至少一个圆弧形狭槽的中心处。
18.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述滑臂结构连接在所述支架的侧面上，所述臂支撑块邻近该滑臂结构并位于所述滑臂结构和所述导向块结构之间，以及所述导向块结构与所述支架相连。
19.如权利要求16所述的装置，其特征在于，进一步包括一与所述支架相连的第一锁；以及一与所述滑臂结构相连的第二锁，其中，启动所述第一锁和第二锁可阻止所述平移运动、所述第一旋转运动和所述第二旋转运动。
20.一种用于在一支架运动装置中定位测试头的方法，该方法包括以下步骤在一第一自由度上定位该测试头；在一第二自由度上定位该测试头；在一第三自由度上定位该测试头；启动与该支架相连的一第一锁；以及启动与该支架相连的第二锁，其中，启动该第一锁和第二锁可阻止在该三个自由度上的运动。
21.一种相对于保持静止的支架定位测试头的方法，该方法包括以下步骤赋予相对于该支架的线性运动；赋予相对于该支架的翻转运动；赋予相对于该支架的太塔运动；启动一与该支架相连的第一锁；以及启动一与该支架相连的第二锁，其中，启动该第一锁和第二锁可阻止在该三个自由度上的运动。
全文摘要
一种用于定位测试头的支架运动装置。该测试头具有一提供三个自由度的支撑结构、一第一锁以及一第二锁。所述三个自由度可以通过启动该第一锁和第二锁被阻止。
文档编号G01R31/28GK1646925SQ03808550
公开日2005年7月27日 申请日期2003年4月11日 优先权日2002年4月15日
发明者克里斯托弗·L·韦斯特 申请人:因泰斯特Ip公司