專利名稱：使一測試頭與一裝置運送器自動對接的方法及設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電子測試頭定位器的技術領域。
在集成電路(IC)及其他電子裝置的自動測試中，采用了一種特殊的裝置運送器，它能將該裝置帶入一個適當?shù)臏囟拳h(huán)境中，并將該被測裝置放置到所需的位置上。電子測試本身是通過一種大型昂貴的自動測試系統(tǒng)進行的，該系統(tǒng)包括一個測試頭，需將之與所述的裝置運送器相連接并實現(xiàn)對接。在這種測試系統(tǒng)中，其測試頭通常非常笨重—大約在40至300公斤的范圍內。之所以如此笨重，是因為該測試頭采用了精密的高頻控制及數(shù)據(jù)信號，所以在測試時其電子線路應盡可能地靠近該裝置。這樣，為了實現(xiàn)對復雜設備的高速精密測試，需將測試頭與電子線路緊密地包裝在一起。
測試頭定位系統(tǒng)可以用來使測試頭相對該裝置運送器定位。當測試頭相對裝置運送器準確定位時，測試頭與裝置運送器被稱作對齊。當二者對齊時，可以使易損的測試頭與裝置運送器的電連接件結合在一起(即實現(xiàn)對接)。從而實現(xiàn)測試頭與裝置運送器之間的測試信號的傳送。為了避免損壞易損的電連接件，在對接之前必須使易損的測試頭與裝置運送器的電連接件準確地對齊。
一種定位器，它能夠沿一支承結構運動，它攜帶著測試頭抵達一個理想的位置，在此位置上將測試頭定位，以便與裝置運送器相連接并實現(xiàn)對接。測試頭被連接在該定位器上，以便測試頭能實現(xiàn)六個自由度的運動(X，Y，Z，θX，θY，θZ)。
測試頭及其相應的定位器通常用于一種超潔凈的室內環(huán)境中。然而，這種超潔凈的室內環(huán)境通常都十分昂貴。因此，這種在超潔凈條件下的可用空間只有高級條件下才使用。
現(xiàn)在，有許多種測試頭操縱器可以在超潔凈的室內環(huán)境中使用。雖然某些這類測試頭操縱器具有各種各樣理想的特性，但為了適當?shù)剡M行操作，每種測試頭操縱器所需要的空間大小可能并不理想。
作為一般性的裝置測試以及測試頭及裝置運送器的特殊應用，其運作已越來越成為更加復雜的課題。測試頭的體積也不斷變得越來越大。這一增大既涉及其外形尺寸，也涉及測試頭的重量。然而，隨著測試頭體積的不斷增加，采用全人工、全平衡的方法對于硬件的實際操作來說變得越來越困難了。
本發(fā)明可以簡化電子測試頭與裝置運送器的對接和脫離。這種定位器可使測試頭繞第一軸線旋轉。該定位器包括一根連接臂結構，它可使測試頭沿與第一軸線相垂直的第二軸線移動。借助于馬達、傳感器以及一臺信息處理裝置，該連接臂結構可使電子測試頭與裝置運送器實現(xiàn)精確地對接。


圖1是一幅透視圖，它描述了本發(fā)明的一個示例性的實施例。
圖2是一幅透視圖，它描述了一個臺架，該臺架構成了本發(fā)明一個示例性實施例的一部分。該透視圖為從臺架底部看去的視圖。
圖3是一幅透視圖，它描述了一臺托架背部(供滾動用)與一支架底座的結合關系。
圖4是一幅透視圖，它描述了一個擺臂與一支架底座間的結合關系。
圖5也是一幅透視圖，它描述了本發(fā)明的一個示例性的實施例。
圖6a是一幅透視圖，它描述了本發(fā)明另一個示例性實施例中一擺臂支承件的連接關系。
圖6b和6c是圖6a所示的托架支承件的側視圖。
圖7a是本發(fā)明一個示例性實施例的透視圖。
圖7b是一分解透視圖，它描述了連接臂結構與一支架導軌間的連接關系。
圖8描述了本發(fā)明一個示例性實施例中的Y軸向驅動組件。
圖9是一幅透視圖，示出了在本發(fā)明的一個示例性實施例中一測試頭與一裝置運送器的對接。該透視圖為從測試頭及裝置運送器的底部看去所得的視圖。
圖10是一幅透視圖，它描述了裝置運送器上的定位銷與測試頭防護板中的定位孔對接的情形。
圖11是一外殼的透視圖，它包含有一些電子部件，這些部件是根據(jù)本發(fā)明的一個示例性的實施例，用于使測試頭與裝置運送器進行對接。
圖12是一方塊圖，它描述了本發(fā)明一個示例性實施例中使用的電子部件的操作情況。
圖13a及13b是兩幅透視圖，它們分別描述裝置運送器與測試頭的對齊結構的校準情況。
圖13c是一流程圖，它描述了用于實現(xiàn)自動對接的信息處理系統(tǒng)的編程。
圖14是一流程圖，它描述了自動對接過程中測試頭的操作。
圖15～30是一些流程圖，它們說明了信息處理系統(tǒng)的操作過程。
圖31a～c描述了本發(fā)明的另一個實施例。
圖32描述了本發(fā)明另一個實施例中線性可變的位移轉換器的安置情況。
圖33概括性地表示了如圖1，4和5所示的系統(tǒng)的六個自由度。
本發(fā)明涉及一種定位系統(tǒng)200，它可使一電子測試頭110相對一臺集成電路運送器120實現(xiàn)自動對接。當測試頭110與裝置運送器120對接時，位于測試頭110上的易損電接觸件14與裝置運送器120上的連接件15非常精密地對齊并結合在一起。在馬達的控制下，定位系統(tǒng)200通過精細的移動測試頭110而使電接觸件14與連接件15實現(xiàn)結合。此外，各種定位傳感器(在下面將敘述)可確保在實現(xiàn)結合之前，使電接觸件14與連接件15進行對齊。
如圖1所示，測試頭110(用部分剖視圖表示)與托架112相結合。傾斜測量儀512可產生一個信號，它指明測試頭110環(huán)繞Y軸(見圖33)的位置。托架112與測試頭驅動組件130相結合。如圖3所示，測試頭驅動組件130包括步進馬達132，它使托架112繞Y軸旋轉。支承元件46將測試頭驅動組件130耦合到擺臂37上。肘節(jié)軸36穿過擺臂37中的一個開口，并與肘節(jié)塊34相耦合(能繞Z軸轉動)。如圖5所示，并排軸35a，35b穿過支架底座26中的開口，以便沿著及環(huán)繞著X軸運動。如圖7a所示，支架底座26沿進——出軸25a，25b滑動，從而實現(xiàn)沿Y軸的運動。進——出軸25a，25b與支架導軌22a，22b相耦合，支架導軌22a，22b位于連接臂20的底部。支架臂20分別結成一個剪刀形的元件。當馬達212轉動球形螺絲41時，連接臂結構20a，20a的頂部朝向或背離連接臂結構20b，20d的頂部移動。這樣，當連接臂結構20的底部上下擺動時(借助于連接臂結構20頂部的相互靠近及分離)，支架導軌22a、22b便上、下移動。從而使測試頭110上下運動。
如圖9所示，防護板1012安裝在測試頭110上。當防護板1012上的定位孔1020為連接在裝置運送器120上的定位銷1005所插入時，測試頭110便與裝置運送器120準確對正了。這樣，在不損壞測試頭110中電接觸件14的前提下，測試頭110便可與裝置運送器120實現(xiàn)對接。
線性可變位移轉換器(LVDT)1015也與防護板1012相連接。當測試頭110朝裝置運送器120移動時，從每個線性可變位移轉換器中伸出的靈敏“銷”便被向內壓縮。然后，每個線性可變位移轉換器便可產生一個信號，用以指示每個靈敏銷被壓縮的距離。
在安裝過程中(在測試頭110與裝置運送器120首次對接之前)，利用校準組件1313，1314(見圖13a，b)來使定位銷1005以及定位孔1020相互間精確對正，同時也使電接觸件14與連接件15相互對正。每個校準組件都是首次相對于其相應測試頭110及裝置運送器120上的一個機械目標進行定位。然后，定位銷1005及定位孔便相對于校準組件中的對正結構實現(xiàn)了定位。再將每個線性可變位移轉換器就位，使每個線性可變位移轉換器的靈敏銷向內壓縮，直至每個線性可變位移轉換器都產生一個預定的讀數(shù)。該讀數(shù)被看作測試頭110與裝置運送器120相互定位時，電接觸件14與連接件15之間剛剛實現(xiàn)接觸時的讀數(shù)。
這樣，測試頭110與裝置運送器120便耦合在一起(即利用定位系統(tǒng)200中的自動或手動運動)，定位孔1020容納了定位銷1005，每個線性可變位移轉換器都產生出一個上述的預定讀數(shù)。定位系統(tǒng)200的非自動化的自由度是固定的。再通過馬達使測試頭110朝裝置運送器120移動一段預定的距離，該距離由線性可變位移轉換器進行指示，例如，使之達到電接觸件14插入連接件15中一段理想的距離(如果電接觸件14是一種彈簧式的單高蹺銷，則為電接觸件14的一段理想壓縮距離)。然后存儲由線性可變位移轉換器產生的信號。
在馬達的自動對接過程中，測試頭的初始位置可由傾斜測量儀510和512產生的信號預以確定。在測試頭110被馬達212降低以便充分靠近裝置運送器120使線性可變位移轉換器進行探測之后，該線性可變位移轉換器信號便被用來精確測定測試頭110相對于裝置運送器120之間的位置。如果在對接之前測試頭110未繞Y軸與裝置運送器120實現(xiàn)準確對正，由線性可變位移轉換器產生的信號將會預以指明。這時，馬達132將啟動，直至實現(xiàn)對正為止，這樣，測試頭110與裝置運送器120便可以進行對接了。
參照附圖1，圖中示出了本發(fā)明一個示例性實施例的測試頭定位器系統(tǒng)200。如圖所示，定位器系統(tǒng)200帶有一個測試系統(tǒng)接觸器14的測試頭110，使之可與一集成(電路)裝置運送器120的連接件15相對接。接觸器14可以是彈簧單高蹺式銷(活動的，如同彈簧一樣的銷)，或者固定銷(例如類似一種Hypertac連接器的裝置)。應當明白，其他形式的電子裝置也可以采用這種裝置運送器進行傳送，例如晶體管，集成電路片，或模片等。在操作過程中，定位器系統(tǒng)200可精密準確地對測試頭110進行移動。使之與運送器120相對接。對接過程的完成，例如在先前由Smith獲得的美國專利4,705,447，以及由Holt獲得的美國專利4,893,074中都作了充分的說明，這些專利在此被用作參考。下面將作詳細說明的是，該測試頭110的位置可以通過六個自由度X，Y，Z，θX，θY，θZ被精確操作至另一個位置，如圖33所示。
對于測試頭110的恰當放置來說，使之具有六個處由度是十分重要的。這樣，它便可以相對運送器120精確定位。此外，測試頭110的運動可被限制，這樣它便可在馬達的控制下僅以二個移動度(例如θY，Z)自動運動。這樣，測試頭110便可以很容易與運送器120實現(xiàn)脫離及重新對接，從而可以對測試頭110進行維護保養(yǎng)。
在本發(fā)明的一個示例性實施例中，測試頭110可以經由一個支架112安裝在測試頭驅動組件130上。通過采用測試頭驅動組件130，測試頭110可以繞一根軸(該軸可被定義為X軸)至少旋轉180°。測試頭110繞Y軸的旋轉能力將有利于對測試頭110的保養(yǎng)，這一點在后面將作詳細說明。
定位系統(tǒng)200包括一個臺架300，其細節(jié)示于圖2中，其中有兩根梁42a和42b，還有二個支架導軌9和10，它們構成臺架的頂部。二根腿43b和43d分別連在梁42b的二端，從而將梁42b支承在離地面一預定的距離上。此外，還有二根腿43a和43c分別連在梁42a的兩端，將梁42a支承在離地面一預定的距離上。在每根腿43a，43b，43c，和43d的底部，可以設置一個水平墊腳(未示出)，以便調整該臺架的水平。該臺架也可以是不帶腿而從天花板懸吊在集成電路運送器120的上方。其中還可以包括一個操作終端48。在本發(fā)明的一個示例性實施例中，其操作終端48是由Allen Bradley公司生產的550型終端。通過吊掛件49可將該操作終端安裝在梁42b上。
還設置了一塊擋光板，該擋光板部件包括(紅外線)傳送器91，鏡組合件92，93，以及接收器94。當由傳送器91產生并由接收器94所接收的光束受阻時，全部自動化的功能都將停止。這樣，該自動系統(tǒng)對操作者構成傷害的危險就減小了。
如圖3所示，測試頭驅動裝置130被安裝在支承件46上。支承件46可以是一矩形的梁，或是鵝頸形，如圖3所示(這取決于連接測試頭纜線的路徑)。支承件46可進而與擺臂37耦合。擺臂37最好具有適當?shù)拈L度，以便當測試頭110連到定位系統(tǒng)中時，相對于非自動自由度來說，該測試頭110處于一種平衡狀態(tài)(即位于其重心附近)。擺臂37以大致垂直的角度與支承件46耦合。
測試頭驅動部件130包括步進馬達132，與該馬達相連的(電磁)制動器131，其齒輪(未示出)由步進馬達132驅動的齒輪箱133，與齒輪箱133相接合并由其驅動的斜齒輪134，以及與斜齒輪134相連接的限制開關135。在本發(fā)明的一個示例性實施例中，其馬達132是由ElectricCorporation生產的M111-FF-206E型馬達。
相對而置的軸35a和35b分別與肘節(jié)34的開口端相接。這樣，肘節(jié)34就相對于對置的軸35a和35b成靜止狀態(tài)。在肘節(jié)34的底部還有一個開口，肘關節(jié)軸36從肘節(jié)34的底部開口伸過擺臂37的另一個開口，肘關節(jié)軸36與肘節(jié)34相連接。在支承擺臂37的肘關節(jié)36的另一端可以安置一塊凸緣136。肘關節(jié)軸36構成了一條Z軸。擺臂37通過相對于肘關節(jié)軸36的旋轉而實現(xiàn)了繞Z軸的轉動。推力軸承80(未示出)安置在肘關節(jié)軸36與擺臂37之間，以便于擺臂37的旋轉。擺臂37繞Z軸的運動可以由致動鎖搬手3進行阻止。
肘關節(jié)軸36與支架底部26相連，肘關節(jié)軸36與支架底部26的配合關系如圖4所示。
如圖4所示，支架底座26包括矩形開口103和104，肘關節(jié)軸36穿越了矩形開口103，從而在肘節(jié)34與擺臂37之間延伸。延伸件502(從肘節(jié)34延伸出來)穿過矩形開口的支架壁29a，29b，29c，和29d(未示出)而延伸，這四塊壁面可以作為支架底座26的整體部件，它們圍繞在矩形開口103的周圍。支承頂面29e(未示出)可位于支架底座29a-d的上部，從而構成一個局部封閉的空間。對置軸35a穿過支架壁29a延伸，同樣，對置軸35b穿過支架壁29b延伸。
對置的軸35a和35b構成了一條X軸，這樣，肘節(jié)34就可以借助于對置軸35a和35b的滑動而沿X軸運動。肘節(jié)34還可以繞由對置軸35a和35b所限定的X軸轉動。肘節(jié)34沿著及繞著X軸的運動是借助于軸承72a和72b而實現(xiàn)的，它們可以分別設置在支架壁29a和29b的附近。
如圖5所示，延伸件502從肘節(jié)34向外伸出。該延伸件502穿過開口104而與鎖定環(huán)508相配合。鎖定螺絲503與延伸件502及鎖定環(huán)508相接合。如前所述，測試頭110可以繞由對置軸35a和35b所限定的X軸旋轉，測試頭110繞X軸的轉動可以通過操作鎖定扳手503而予以制止。
鎖定環(huán)508也被用來阻止測試頭110沿X軸的運動。如上所述，肘節(jié)34可以沿由對置軸35a和35b所限定的X軸運動。鎖定扳手512從支架底座26的底部延伸，穿過支架底座26中的一條縫隙而進入鎖定環(huán)508中。當鎖定扳手512不動作時，鎖定環(huán)508與肘節(jié)34(也包括測試頭110)沿X軸的運動是借助于凸輪推桿514(它安裝在鎖定環(huán)508上)沿凸輪推桿接受器518(它安裝在支架底座26的頂面上)的滑動而實現(xiàn)的。測試頭110沿X軸的運動可以通過操作鎖定扳手512而制止。
圖6a描述了本發(fā)明的另一個實施例。通過一個適當?shù)木o固件(未示出)將Y向平移鎖定支架610a和601b裝配到水平導軌51上。所述的緊固件穿過水平導軌51上的縫隙605而伸進Y向平移鎖定支架610a和610b中(在圖7a將有更為詳細的描述)。后支架610a和610b能夠沿相應的縫隙605運動，然后被緊固在某一位置。θX方向鎖定支架620a裝配在Y向平移鎖定支架610a上，它們也借助于一個適當?shù)木o固件(未示出)而實現(xiàn)連接，該緊固件穿過Y向平移鎖定支架61a上的縫隙612而延伸至θX方向鎖定支架620a中。同樣，θX方向鎖定支架620b也通過緊固件628而裝配在Y向平移鎖定支架610b上。θZ向鎖定元件650包括側部652，654，及底部656。側部652通過一緊固件(未示出)而裝配到θX鎖定支架620a上，該緊固件穿過θX向鎖定支架620a上的一道縫隙而延伸。側部654通過緊固件628而連接到θX方向鎖定支架620b上，緊固件穿過θX方向鎖定支架620b上的一道縫隙而延伸。擺臂37停靠在底部656上。緊固件(未示出)從底部656的下底伸出，穿過底部656中的縫隙651而伸入擺臂37中。擺臂37連接在一軸墊塊34上，同時與測試頭驅動部件130相連，如同參照附圖3所作的說明。
節(jié)距調節(jié)螺絲615a和615b穿過延伸件630中的螺紋孔。延伸件連接在側部652和654上并從其上伸出。節(jié)距調節(jié)螺絲615a和615b的底端與從θX鎖定支架620a和620b上伸出的突出部640a和640b的底面相接觸。
上述各部件相互之間能夠進行各種類型的相對運動。這些不同的運動導致了擺臂37的移動，擺臂37的運動進而引起測試頭110的運動。依靠這種方式，測試頭110就可以與裝置運送器120對齊，實現(xiàn)測試頭110與裝置運送器120之間的對接及脫離。例如，松開穿過開口605的螺栓可以使測試頭110沿X軸運動。松開螺栓612就能使測試頭110沿Y軸運動。松開螺栓630并轉動距調節(jié)螺絲615a和615b可使測試頭110繞X軸運動(當軸35a和35b在軸承72a和72b內作樞軸運動時)。松開穿過縫隙651并伸入擺臂37中的螺栓可以使測試頭110繞Z軸轉動(當擺臂37繞肘關節(jié)軸36旋轉時)。
圖6b和6c描述了當節(jié)距調節(jié)螺絲615a和615b被調節(jié)時，擺臂37是如何繞X軸作樞軸運動的。圖6b描述了節(jié)距調節(jié)螺絲615a盡可能遠地延伸穿過延伸件630。由于延伸件630與突出部640a的底面之間距離比較大，擺臂37的后部向下傾斜而擺臂37的前部則向上傾斜。因為測試頭110是連在前部擺臂37上，測試頭110也向上傾斜(即向上擺動或反時針轉向圖6b所示的位置)。圖6c描述了節(jié)距調節(jié)螺絲615a盡可能短地穿越延伸件630。由于延伸件630與突出部640a的底面間距離較小，擺臂37的后部向上傾斜，而擺臂37的前部則向下傾斜，由此引起測試頭110的下傾(即向下或沿順時針方向轉向圖6c所示的位置)。
如圖7a所示，軸承座30a，30b，30c，和30d(包括在支架底座26中)能使支架底座26與支架導軌22a和22b相連接。具體說，墊板24a和24b分別從支架導軌22a的表面伸出，形成與支架導軌22a的連接。同樣，墊板24c和24d分別從支架導軌22b的表面伸出，形成與支架22b的連接。進——出軸25a從墊板24a伸向墊板24b，并借助于保持環(huán)69a和69b(未示出)進行定位。進——出軸25b從墊板24c伸向墊板24d，并借助于保持環(huán)69c和69d(未示出)進行定位。進——出軸25a穿過鎖定環(huán)32，它也與支架底座26相連。支架導軌22a和22b通過水平導軌51而連接在一起。
進——出軸25a和25b分別限定了Y軸。這樣，由于軸承座30a，30b，30c，和30d沿進——出軸25a和25b的滑動，支架底座26就可以移動。這種沿Y軸的運動是借助于安裝在軸承座30a，30b，30c，和30d內的軸承79而實現(xiàn)的。支架底座26沿Y軸的運動可以借助啟動夾緊旋鈕4b而進行制止，圖中示出了它與鎖定環(huán)32相連的情形。
如圖7a所示，連接臂20(圖中左方所示)包括連接臂構件20a及連接臂構件20b。連接臂20(示于圖中右側)包括連接臂構件20c及20d。連接軸33包括縮徑的端部，它穿過連接臂構件20a和20c中的開口而連在支架導軌22a和22b上。這樣，連接臂構件20a和20c便與支架導軌22a和22b相連了。
連接軸21也包括縮徑的端部，在圖7b中對此有更清楚的描述。連接軸21的一端穿過臂部件20b底部附所的一個開口，還穿過滑車17a中的開口。在連接軸21的另一端也可以看到類似的結構，此時軸21穿過連接臂構件20d中的一個開口，還穿過另一個滑車17b(未示出)中的一個開口。滑車17a和17b分別包括凸輪推桿76，它們與支架導軌22a和22b中的溝槽相結合。還與止推軸承75相結合，該軸承與支架導軌22a和22b相接觸。凸輪推桿75和76促使滑車17a和17b相對支架導軌22a和22b移動。由于最左端與最右端的連接臂的運轉及與其他部件的配合方式相似，在此將僅對連接臂構件20a和20b的操作進行說明。
連接臂構件20a與連接臂構件20b是通過樞軸銷18連在一起的。借助于滾動軸承84(未示出)使連接臂構件20a相對連接臂構件20b產生運動。
連接臂構件20a可以繞連接軸33作有限量的轉動。進而言之，連接臂構件20b也可繞連接軸21作有限量的轉動。如下所述，這一轉動對于測試頭110沿Z軸的垂直運動是非常有用的。
如圖8所示，其中還包括馬達21。在本發(fā)明的一個示例性實施例中，馬達212是Superior Electric Corporation生產的型號為M1113-FF-4011的馬達。馬達212使齒輪箱113轉動。采用制動器115可以對齒輪箱113的轉動進行選擇性的制止。齒輪箱113轉動球螺桿41(經由軸耦合器42)。當球螺桿41轉動時，球螺母114沿球螺桿41所限定的軸移動，球螺母114被連在球螺桿軸16上。如圖7a所示，球螺桿軸16包括一個位于各端部的肩部，每個端部穿過各自連接臂構件20a和20b及滑車17c和17d中的相應的孔眼?；?7c和17d分別包括凸輪推桿76，它們與相應的軌道相接并沿軌道運動，這些軌道支架在導軌9及水平元件8上(圖1中支架導軌9和10之間)形成。限制開關80a和80b安裝在支架導軌9的內垂直面上，用來探測滑車17c是否已抵達導軌的極限點?；?7c和17d分別包括凸輪推桿75，它與支架導軌8和9相接觸并便于相對支架導軌8和9運動，如以下將要談到的。連接臂構件20b繞樞軸銷19旋轉。每個樞軸銷19被分別固定在水平元件8及支架導軌9上。這種旋轉運動可使測試頭110沿工軸作垂直方向運動，如以下所述。
傾斜儀510連接在連接臂構件20b的一個垂直面上。傾斜儀512連接在支架512地一個立面上(見圖1)。在本發(fā)明的一個示例性實施例中，采用的傾斜儀510及512是美國Digital Corporation生產的型號為A2-A-1的傾斜儀。
測試頭110的垂直運動(即沿Z軸的運動)是如下完成的。當馬達212轉動時，球螺桿41也轉動，從而使球螺母114沿由球螺桿41所限定的軸線移動。隨著球螺母114沿由球螺桿41所限定的軸的移動，球螺桿軸16(通過滑車17c，17d及凸輪推桿76)沿水平件8及支架導軌9運動。從而導致了連接臂構件20a和20c的上部沿水平件8及支架導軌9的運動。隨著連接臂構件20a，20a的上部沿水平件8及支架導軌9的運動，連接構件20a和20c也一起運動。連接臂構件20a和20c底部的運動是垂直方向的。連接臂構件20a和20c的垂直運動引起支架導軌22a和22b的垂直運動。隨著支架導軌22a和22b前部的垂直運動，支架導軌22a和22b的后部也作垂直運動。隨著支架導軌22a和22b的垂直運動，測試頭110也同樣作垂直運動。這樣，連接臂構件20a，20b，20c，和20d就形成了一種提升機構，同時也確定了測試頭110的運動路徑。
測試頭110的傾斜(即繞Y軸的運動)是通過嚙合測試頭驅動機構130而完成的。當測試頭驅動部件130中的馬達132轉動時，支架112(當然也包括測試頭110)便繞Y軸轉動。
圖9和圖10描述了測試頭110與裝置運送器120相對接的情況。如圖9所示，對接是通過測試頭110朝裝置運送器120(例如朝下)的運動而完成的，這樣，位于測試頭110上的易損電接觸件14便與裝置運送器120上的連接器15精確接觸，此時測試頭110已通過定位銷1005及定位孔1020而對準目標。
多個定位銷底座1007被安裝在裝置運送器120上(例如，安在裝置運送器120的上表面)。一根相應的定位銷1005被安在每個定位銷底座1007的上表面。每根定位銷1005都具有一個錐形的上端。
每塊防護板1012被安放在測試頭110上(例如安放在測試頭110的接觸側面附近)。每塊防護板1012都包括自己的定位孔1020，它們與相應的定位銷1005相咬合。
在每根定位銷1005的正下方放置著相應的測力傳感器1010。在本發(fā)明的一個示例性實施例中，測力傳感器1010為Entran Corporation生產的型號為ELF-TC-1000-250型傳感器。如果測試頭110與裝置運送器120實現(xiàn)精確對接，每根定位銷1005都將相對各自的定位孔1020中心對正。如果定位銷1005未與相應的定位孔1020中心對正(表明測試頭110未與裝置運送器120精確對正)，則測力傳感器1010將指示出對接過程中的負荷。每個測力傳感器1010都起到一種安全予防的作用。
每個防護板1012都還連有一個線性可變的位移轉換器1015。為了便于區(qū)別，線性可變的位移轉換器1015被標為LVDT1，LVDT2，LVDT3及LVDT4。在本發(fā)明的一個示例性實施例中，每個線性可變的位移轉換器1015都采用Schaevitz Corporation生產的型號為GCD-121-250型轉換器。當每個線性可變的位移轉換器1015與相應的定位銷底座1007相接觸且測試頭110還相對于裝置運送器120繼續(xù)下降時，放置在“銷”上的、從每個線性可變的位移轉換器1015的底部伸出的彈簧被壓入線性可變的位移轉換器1015的內部。換句話說，每個線性可變的位移轉換器1015都被壓縮了。當每個線性可變的位移轉換器1015被壓縮時，每個線性可變的位移轉換器1015都會產生一個距離指示信號，即指明每個線性可變的位移轉換器1015被壓縮距離的信號(即壓縮—距離)。每個線性可變的位移轉換器1015被壓縮的距離提供出測試頭110與裝置運送器120之間距離的指示，以便指引準確地對接。
在最初的機械安裝過程中，在測試頭110及裝置運送器120進行第一次對接之前(即在任何用來使測試頭110與裝置運送器120實現(xiàn)自動對接的電子程序“教導”開始之前，以及在測試頭110與裝置運送器120的第一次實際自動對接之前)，裝置運送器校準裝置1313(圖13a所示)及測試頭校準裝置1314(圖13b所示)被用來校準定位銷1005與定位孔1020的相互位置。采用這種方式可以使測試頭110與裝置運送器120對正，以防在對接過程中損壞易損的電接觸點14。
裝置運送器校準裝置1313被用來使定位銷1005相對定位孔1020適當?shù)囟ㄎ?。為了使定位銷1005恰當定位，將每個定位銷底座1007固定在裝置運送器120上的螺絲都被松開，從而使每個定位銷底座1007與裝置運送器120之間可以有一定的運動間距。再將裝置運送器校準裝置1313裝在裝置運送器120的頂部。裝置運送器校準裝置1313包括參照部件1320(例如銷)，它可以與包括在裝置運送器120中的參照部件1321(例如開口)對齊(或咬合)。這樣，當裝置運送器校準裝置1313被安裝在該裝置運送器120的頂部時，總能實現(xiàn)相同的定位。
裝置運送器校準裝置1313包括每個校準開口1322，每個定位銷底座1007都是活動的，從而使每個定位銷1005都能準確地與相應的校準孔相結合。由于每個定位銷1005的端部呈錐形，所以一旦任何一個定位銷1005相對于其相應的校準孔1322不能準確定位，測力傳感器1010就會指明負荷。這樣，可以對每個測力傳感器1010的輸出信號進行檢驗，從而確認每個定位銷1005是否準確定位。一旦每個定位銷1005都準確定位了，便可將固定每個定位銷底座1007的螺絲擰緊，然后將裝置運送器校準裝置1313去掉。
測試頭校準裝置1314用來使定位孔1020相對于先前已定位的定位銷1005進行恰當定位。為了使定位孔1020準確定位，測試頭110被轉動，以便使電接觸件14一表面向上。把每塊防護板1012緊固于測試頭110上的螺絲都擰松，這樣就可以使每塊防護板1012與測試頭110之間有可能進行一定量的運動。然后將測試頭校準裝置1314安裝在測試頭110的頂部。測試頭校準裝置1314包括參照件1322(例如開口)，它們可以與安裝在測試頭110上的參照件1323(例如銷)相對齊(或咬合)。采用這種方式，當測試頭校準裝置1314被裝在測試頭120的頂部時，它總能同樣得到定位。
測試頭校準裝置1314包括若于個校準銷1324，它們與定位銷1005的位置相對應。移動每塊防護板1012，以便使每個定位孔1020能準確地與相應的校準銷1324相結合。一旦每塊防護板1012準確就位，便可以將每塊防護板緊固在測試頭110上的螺絲擰緊。
當每塊防護板1012準確定位之后，每個線性可變的位移轉換器便相對電接觸件14的頂面被校正。這種校正可以將由每個線性可變的位移轉換器1015所產生的信號提供給一些電子線路(例如信息處理系統(tǒng)1090，這將在下面講述)，這些信號代表了當每個線性可變的位移轉換器的彈簧負荷銷處于與電接觸件14同一高度時，每個線性可變的位移轉換器的彈簧負荷銷被向線性可變的位移轉換器內壓縮了多遠距離。如前所述，電接觸件14例如可以是彈簧單高蹺式銷(可壓縮的如同彈簧一樣的銷子)或者固定銷(例如一種在Hypertac連接裝置中所使用的)。每個線性可變的位移轉換器1015都可以在防護板1012內作上下物理運動，然后被緊固在某一位置，使每個線性可變的位移轉換器的彈簧負荷銷與測試頭校準裝置1314相接觸，然后向內被壓入每個線性可變的位移轉換器內(例如十分之一英寸的距離)，這樣，每個線性可變的位移轉換器的銷便在該線性可變的位移轉換器內的操作范圍之內，而且每個線性可變的位移轉換器都開始探測。這樣，每個線性可變的位移轉換器的彈簧負荷銷都與每個彈簧單高蹺銷(在一種非壓縮狀態(tài))的頂部對齊。由每個線性可變的位移轉換器探測到的信號(相當于每個線性可變的位移轉換器的銷向內壓縮的量)再被存儲到電子線路中去(例如信息處理系統(tǒng)1090)。這一信號被定義為在測試頭110與裝置運送器120相對接的過程中，電接觸件14與連接器15相結合之前的一瞬間每個線性可變的位移轉換器的銷被向內的壓力。測試頭校準裝置1314被移開。
由于校準銷1324及校準孔1322被位于校準裝置1313，1314中相應的位置，上述的校準程序使定位銷1007與定位孔1020相互重合，從而有利于電接觸件14與連接件15之間的準確對接。
一旦定位銷1007與定位孔1020合適就位，包含在定位器系統(tǒng)200內的各種固定螺絲都被松開，以便定位器系統(tǒng)200可以沿六個運動方向(X，Y，Z，θX，θY，θZ)移動測試110，從而使測試頭110上的定位孔1020與裝置運送器120上的定位銷1005相咬合。沿Z方向的運動是由致動馬達212定成的。沿θX方向的運動是通過擰松鎖定螺絲503(或擰松鎖定螺絲628及旋轉節(jié)距調整螺絲615a和615b)而實現(xiàn)的。沿X方向的運動是通過擰松鎖定螺絲512(或擰松安裝在水平導軌51上的鎖定螺絲)而實現(xiàn)的。沿Y方向的運動是通過擰松鎖定手柄4b而實現(xiàn)的。沿θZ方向的運動是通過擰松鎖定手柄3(或擰松穿過縫隙651的螺絲)而實現(xiàn)的。
在安裝完畢之后，該測試頭110在四個方向的運動(即非自動化的運動度)將受到限制，直到需要建立一種新的狀態(tài)(即改變測試頭110與裝置運送器120之間的對準關系)為止。依靠這種方法，當測試頭110進行實際操作時，測試頭110與裝置運送器120之間的精確對接在馬達的控制之下，例如由前進馬達132及212的作用下，被精確地完成。這樣，如同下述的那樣，測試頭110與裝置運送器120之間的全自動對接便可以實現(xiàn)。
在自動對接過程中，對測試頭110與裝置運送器120之間的不對正將會造成定位孔1020與相應的定位銷1005之間的不對正，定位孔與相應的定位銷1005間的不對正，如前所述，將會造成來自于測力傳感器1010的負荷探測。這樣，來自于測力傳感器1010的負荷探測便表明了測試頭110與裝置運送器120之間的不對正性，此時對接應中止，直到這種不對正的狀態(tài)得到糾正為止。
圖11是一幅透視圖，它表示了電子線路機殼及其各種電器元件的情況，這些電器元件可以使測試頭110與裝置運送器120之間實現(xiàn)自動對接。繼電器1122和1124使各臺馬達致動。升壓自動變壓器1070將115伏的交流電轉化成230伏的交流電(再供馬達使用，或者說，如果所供的電壓為230伏的交流電，則可以包括一臺降壓變壓器，以提供115伏的交流電)。電源1060提供一個24伏的直流輸出。該24伏的直流電是用于驅動限定開關80a和80b的(在水平件8上)，還用于限定開關135(在輥軸上)，以及測試頭上的一個開關(未示出)。還有制動器115，131以及光屏中的一個繼電接觸器。驅動器1121用來驅動前進馬達132。驅動器1123用來驅動前進馬達212。電源1065用來給線性可變的位移轉換器1015，測力傳感器1010，傾斜測定儀512以及510供電。信息處理系統(tǒng)1090也被包括在其內。
圖12對圖11所示的各種電器部件間的相互關系作了更為清楚地描述。如圖12所述，信息處理系統(tǒng)1090包括處理組件1110(例如由AllenBradley Corporation生產的SLC5/03型)，輸入組件1101，輸入組件1102，輸入組件1103，輸出組件1104，以及輸入組件1105(例如，它們都可以是由Allen Bradley Corporation所生產)。輸入組件1101接收來自于傾斜測試儀510及512的輸入信號。輸入組件1102接收來自于測力傳感器1010的輸入信號。輸入組件1103接收來自于線性可變的位移轉換器1015的信號。還包括監(jiān)視器48(示于圖2中)。信息處理組件1110接收來自于監(jiān)視器48的輸入數(shù)據(jù)，并將顯示數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)視器48。輸入組件1105接收來自電接觸件80a和80b以及限定開關135的輸入數(shù)據(jù)。輸出組件1104將信號傳送給分度器1120。分度器1120與驅動器1121相連通，它可使步進馬達132致動。分度器1120還將信號傳遞給使步進馬達212致動的驅動器1123。輸出組件1104將信號傳送給固態(tài)繼電器1130，以便使制動器131用115松開或抱緊。光路94的光學回路可以向控制器1140傳送一個光阻斷信號，控制器1140再將一信號傳送給固態(tài)繼電器1130，從而使制動器131及115動作。輸出組件1104還將信號傳給繼電器1122及1124，以便在現(xiàn)定位器系統(tǒng)(步驟1)與另一定位系統(tǒng)(步驟2)之間切換驅動器1121及1124的輸出信號。
分度器1120還能傳送一個信號，指明步進馬達132及212的旋轉。由分度器1120產生的指明步進馬達旋轉的信號可以被送入輸入組件1105，以供信息處理系統(tǒng)1090使用。
這樣，為了確定測試頭110的實際位置，采用了各種各樣的機構。采用數(shù)種方式中的一種來探測其垂直位置。當測試頭110開始朝裝置運送器120下降時，測試頭110的(粗略)垂直位置被初步確定，即由傾斜度測試儀510產生一組信號。具體說，通過測試頭110的垂直位置與連接構件20b的角度位置之間的相互關系而對信息處理系統(tǒng)1090編程。這樣，當信息處理系統(tǒng)1090接到來自于傾斜測試儀510的信號時，信息處理系統(tǒng)1090將這些信號轉換成測試頭110的垂直位置。當測試頭110抵達裝置運送器120時，試測頭110的位置用線性可變的位移轉換器1015進行確定。隨著每個線性可變的位移轉換器1015與相應的定位銷底座1007相接觸，以及測試頭110繼續(xù)移向裝置運送器120，從每個線性可變的位移轉換器1015中伸出的銷子便被內推。于是每個線性可變的位移轉換器便將一個信號傳送給處理器系統(tǒng)1090，對每個線性可變的位移轉換器彈簧負荷銷被內壓的距離進行顯示。每個線性可變的位移轉換器的彈簧負荷銷就內壓的越多(即每個線性可變的位移轉換器的壓力——距離越大)，測試頭110就越靠近裝置運送器120。
線性可變的位移轉換器(被標為LVDT1，LVDT2，LVDT3以及LVDT4)可以被用來測量測試頭的轉動，節(jié)距(pitch)，以及壓縮。
轉動所測量的是測試頭110的右側110a與裝置運送器120之間的距離差，以及測試頭110的左側110b與裝置運送器120之間的距離之差，當右側110a低于左側110b時，其轉動為正值。在本發(fā)明的一個示例性實施例中，該測量是用毫英寸表示的，轉動的計算方式按等式(1)進行。
轉動＝[(LVDT3+LVDT4)-(LVDT1+LVDT2)]/2 (1)節(jié)距所測量的是測試頭110后側110d與裝置運送器120之間的全距離之差以及測試頭110的前側110c與裝置運送器120之間的全距離之差。當后側110d高于前側110c時，斜度為正值。在本發(fā)明的一個示例性實施例中，其測量值用毫英寸表示。節(jié)距的計算按等式(2)進行。
節(jié)距＝[(LVDT2+LVDT3)-(LVDT1+LVDT3)]/2 (2)一種可使電子測試頭與裝置運送器進行對接及脫離對接的定位裝置，該裝置可使測試頭繞一第一軸線旋轉。該定位裝置包括-連接結構，用于使測試頭沿一垂直于第一軸線的第二軸線運動。通過馬達，傳感器及一信息處理裝置，該連接臂結構使電子測試頭與裝置運送器實現(xiàn)準確對接。
壓縮所測量的是測試頭110的每側110a-110d與裝置運送器120之間的平均距離，(即線性可變的位移轉換器的平均壓縮——距離)。在本發(fā)明的一個示例性實施例中該測量所采用的是毫英寸。壓縮的計算是根據(jù)等式(3)進行的。
壓縮＝(LVDT1+LVDT2+LVDT3+LVDT4)/4(3)利用線性可變的位移轉換器以及傾斜測量儀，可以得知測試頭相對于裝置運送器來說位于幾個位置中的某一位置上，這些位置可以作如下定義已對接測試頭的對接表面對準并與裝置運送器的對接表面相接觸；脫離對接測試頭的對接表面正對著裝置運送器的對接表面，但是與之相分離；手動測試頭與裝置運送器相分離，測試頭的對接表面與裝置運送器的對接表面相垂直；
維護測試頭與裝置運送器相分離，測試頭的對接表面從裝置運送器的對接表面轉離180°。
為了使測試頭110相對裝置運送器120實現(xiàn)自動對接，在初步的機械安裝已完成，以及測試頭110與裝置運送器120的對正(如前所述)已完成之后，信息處理組件1010被“告知”測試頭110的對接位置。在如上所述的定位銷1005與定位孔1020的校準以及如下所述的相對于裝置運送器120的校準完成之后，信息處理組件1010被“告知”測試頭110的對接位置。
如圖13c所示，在步驟1300中，上述的定位銷1005與定位孔1020的定位已完成。在步驟1301，每個線性可變的位移轉換器相對電接觸件14的高度被校準，如同上邊參照圖13a所作的說明。在步驟1302，為了使測試頭110大致平行于裝置運送器120，步進馬達132和212被人工致動。為了啟動這些馬達，操作終端48由上移、下移、反時針轉(ccw)以及順時針轉(cw)等按鈕所編程，以便沿適當?shù)姆较騿酉鄳鸟R達。然后將測試頭下降，直至每個線性可變的位移轉換器開始與裝置運送器接觸并且每個線性可變的位移轉換器開始被壓縮。當測試頭110下降時，步進馬達212的速度被降低。接下來在步驟1303，下移按鈕被壓下，測試頭降低，直至所有的線性可變的位移轉換器都進入操作區(qū)域內(例如正負0.2500英寸)。在步驟1304，反時針轉及順時針轉的按鈕被壓下，直至轉動值為零。反時針轉時其轉動越偏向負值，順時針轉時，其轉動越偏向正值。在步驟1305，測試頭110靠人工操作沿X移動，以使使節(jié)距減至零。這是通過松開鎖定組件503而實現(xiàn)的。然后對其轉動進行檢驗并根據(jù)需要進行重調。在步驟1306，下移按鈕被壓下，使測試頭110下降。這樣，包括電接觸件14的彈簧單高蹺銷便被壓縮(如由線性可變的位移轉換器產生的信號所確定的那樣)一個理想的距離(或者測試頭110上的突出連接件插入裝置運送器120上的凹進連接件內一理想距離)。然后根據(jù)需要對轉動和節(jié)距進行調節(jié)。在步驟1307，當理相的對接位置已經達到時，操作終端48上“對接指令”的按鈕被壓下。這時，便將線性可變的位移轉換器的轉動，節(jié)距，以及壓縮的定位存入信息處理器組件1110的一存儲元件中。
至于步驟1306(如上所述)，其中具有各種技術方面的教導，它們涉及測試頭110與裝置運送器120應當多么靠近。這一距離被細心測量，因為該距離涉及彈簧單高蹺銷(如果電接觸件14是彈簧單高蹺銷時)被壓縮的總距離，或者突出連接件插入凹進配對連接件內的總距離(如果電接觸件14是突出/凹進連接件時)。彈簧單高蹺銷被壓縮(或突出連接件插入凹進連接件內)的距離根據(jù)該彈簧單高蹺銷(或陰/陽連接件)的制造及尺寸而有很大的不同。然而，彈簧單高蹺銷一般被壓縮總可變行程的80％(或者突出連接件插入凹進連接件深度的80％)這樣，通過利用每個線性可變的位移轉換器1015測出測試頭110與裝置運送器120之間的距離，便可使測試頭110降低，使彈簧單高蹺銷壓縮理想的距離(或利用陰/陽連接件插入理想的深度)。
一旦測試頭110相對裝置運送器120的對接位置已被“告知”給信息處理器組件1110，測試頭110便能自動地與裝置運送器120對接。這一點通過以下參照附圖14所作的說明來完成。在步驟1401，操作終端48上的一個“對接”按鈕被壓下。如果根據(jù)傾斜測量儀510的指示，測試頭低于一予定的水平，應將測試頭升起。當測試頭110轉動時，這可避免測試頭110與裝置運送器120的接觸。在步驟1402，信息處理系統(tǒng)1090將一適當?shù)男盘杺鹘o分度器1120，以便使步進馬達132旋轉測試頭110，使之到達一個初始的轉動位置。在步驟1403，信息處理系統(tǒng)1090將信號傳給分度器1120，以便使步進馬達212將測試頭110下移，直至所有的線性可變的位移轉換器都實現(xiàn)接觸，并且位于其操作范圍之內。在步驟1404，信息處理系統(tǒng)1090使測試頭110按照需要沿順時針或逆時針轉動，直至其轉動狀態(tài)與所“教導”的轉動位置相比，誤差在一個予業(yè)的正負值之內(例如0.002＂)。在步驟1405，信息處理系統(tǒng)1090為步進馬達212提供一些適當?shù)男盘枺箿y試頭110下移，直至其壓縮量與所教導的壓縮量相比，誤差在一予定的正負值之內(例如0.002＂)。步驟1403～1405可重復進行，直至其轉動及壓縮與所教導的值相比，都在一予定的正負誤差之內(例如0.002＂)。
在自動對接過程中，測試頭110與裝置運送器120之間的不對正將造成定位孔1020與相應的定位銷1005間的不對正。如前所述，定位孔1020與相應定位銷1005間的不對正將造成來自于測力傳感器1010的負荷指示。所以，來自于測力傳感器1010的負荷指示就表示出測試頭110與裝置運送器120間的不對正，此時應中止對接，直至該不對正的狀況被修正。
如上所述，測試頭可以處于手動或維持位置。一種”脫離對接”的位置，其測試頭110從裝置運送器120中移開的位置也是存在的。這些位置中的每一個都可以從終端48被“告知”給信息處理器，具體說，利用“上移”、“下移”、“逆時針轉”、“順時針轉”按鈕，可以將測試頭升至一理想的高度并轉至一理想的方位?！爸甘久撾x對接”，“指示手動”以及“指示維持”的按鈕可以被壓下，以便將測試110相應位置存入信息處理系統(tǒng)1090內。一旦信息處理系統(tǒng)被“告知”脫離對接，手動，以及維持的位置，通過壓下監(jiān)視器48上的相應按鈕，即可自動地實現(xiàn)這種位置。在每種情況下，當適合的按鈕被壓下時，測試頭通常升至其最高位，旋轉至所“教導”的方位，然后再降至所“教導”的高度。在轉動測試頭之前，最好先將測試頭升至其最高點(或最高點附近)，這樣便可確保測試頭與裝置運送器之間有適當?shù)拈g隙。
圖15～30是一些流程圖，它們在一定程度上詳細說明了信息處理系統(tǒng)1090內的處理組件1110的工作情況。圖15描述了更新位置信息子程序，更新在監(jiān)視器48上的位置顯示的子程序，測試測力傳感器1010的子程序，測試主要故障的子程序，測試光屏故障的子程序，以及測試限定故障的子程序。圖16涉及在監(jiān)視器48內的屏幕管理。圖17a及17b也涉及監(jiān)視器48內的屏幕管理。圖18涉及當測試頭移動時步進馬達212及132的控制。圖191涉及監(jiān)視器48上的屏幕管理。圖20涉及監(jiān)視器48的顯示以及將監(jiān)視器48上某個按鈕的壓下轉化成測試頭的物理運動。圖21涉及顯示最新資料以及監(jiān)視器48的按鈕管理。圖22涉及探測監(jiān)視器48中按鈕的壓下以及存儲所“教導”的位置。圖23也涉及探測監(jiān)視器48中按鈕的壓下。圖24涉及從傾斜測量儀512中得到的數(shù)據(jù)。圖25及圖26分別涉及上、下移動測試頭。圖27a，27b涉及存儲與更新的線性可變的位移轉換器1010，節(jié)距，壓縮，以及傾斜測量儀510有關的數(shù)值。圖28～30涉及馬達132的致動。
如前所述，為了避免對操作者的傷害以及對儀器的損壞，還采用了多種安全機構，例如，當交流電源被從系統(tǒng)中撤掉時，制動器115和131被鎖定。在沿Z軸的垂直運動開始之前，以及沿Z軸的垂直運動剛一結束之后，制動器115便被鎖定。在繞Y軸的運動開始之前，以及繞Y軸的運動剛一結束之后，制動器131便被鎖定。
如上所述，還設置了一個光屏，如果光屏被透過，制動器115和131立即鎖定。
如上所述，還設置了限定開關80a和80b。這些限定開關可探測出滑車17c可容許移動的端部。限定開關80a和80b的輸出信號經過輸入組件1105而被信息系統(tǒng)1090檢測到。如果探測到一個限定狀態(tài)，則程序中任何自動移動都將中止，這時將會有一個故障情報被顯示，從而禁止該限定狀態(tài)的進一步運動。還有一些比開關限定的范圍更窄的軟件限定。還可以設置一個外部緊急狀況停止開關。啟動外部緊急狀態(tài)停止開關可以將所有的制動器鎖定，并且斷開交流線，將交流電從設備中撤除。
現(xiàn)已通過每個安裝在裝置運送器120上的定位銷底座1007(它們分別帶有一個定位銷1005)以及每塊安裝在測試頭110上的防護板1012(它們分別帶有一個定位孔1020)對本發(fā)明進行了描述。但是，對于本領域的普通技術人員來說是很明顯的，即上述的順序是可以倒置的，即每個定位銷底座1007(帶有定位銷1005)被安裝在測試頭110上，而每塊防護板1012(帶有定位孔1020)則被安裝在裝置運送器120上。而一個測力傳感器1010則位于每個定位銷1005的下方，并與測試頭110相耦合。每個線性可變的位移轉換器1015都保持與測試頭110的結合，每個線性可變的位移轉換器1015都保持與測試頭110的結合，每個線性可變的位移轉換器的銷都在與防護板1012接觸之后被壓入其線性可變的位移轉換器的內部。該實施例可以是如同圖31a所描述的那樣。也可以如同圖31b所描述的那個實施例，其中每個線性可變的位移轉換器1015可以被安裝在裝置運送器120的每塊防護板1012之內。在與定位銷底座1007接觸之后，每個線性可變的位移轉換器的銷都被壓入其線性可變的位移轉換器的內部。
在另外一個替換實施例中，例如由圖31c所描述的，其中每個定位孔1020都位于與測試頭110相連的防護板1012上，而每個帶有定位銷1005的定位銷底座1007都連在裝置運送器120上。每個線性可變的位移轉換器1015不是連接在測試頭110上，而是連接在裝置運送器120上。在與防護板1012接觸之后，每個線性可變的位移轉換器銷都被壓入其線性可變的位移轉換器的內部。
現(xiàn)已通過一個位于每個定位銷1005下方的測力傳感器1010對本發(fā)明進行了描述。但是，對于本領域的普通技術人員來說，應當承認，該測力傳感器1010也可以被用來與定位孔1020相連接。例如，定位孔1020可以不設在防護板1012內，而成為一個浮動襯套(floating bushing)中的開口。測力傳感器1010可相對于該浮動襯套適當定位，從而使該浮動襯套相對防護板1012的運動能引起一個施加于測力傳感器1010上的負荷。這樣，例如當定位銷1005不能準確地插入定位孔1020中(即銷1005以某一角度插入孔1020中或完全不能入孔)時，測力傳感器1010將發(fā)出一個負荷信號(表明不能精確對接)。這樣，就可以再次確保電接觸件14與連接件15之間的精確對接。
雖然采用線性可變的位移轉換器來確定測試頭110相對于裝置運送裝置120的位置而對本發(fā)明進行描述。但是，其他類型的鄰接傳感器(非線性的但是可重復的傳感器)也可以被采用，用之取代線性可變的位移轉換器。例如，可以采用一種光學傳感器來確定測試頭110相對于裝置運送器120的位置。進而言之，還可以將一種角位編碼器(例如Allen BradleyBulletin 845C)裝在由馬達132和212驅動旋轉的任何部件(例如齒輪，導桿)上，用以取代傾斜測量儀。由角位編碼器傳感到的旋轉量被轉化成測試頭110的移動距離，從而確定該測試頭110的位置。進而言之，還可以用各種線性位置編碼器取代傾斜測量儀，該儀器利用連接臂結構20b的角度來測量垂直位置。上述的各種取代都很容易被本領域的普通技術人員完成。
除此之外，雖然本發(fā)明是采用四個線性可變的位移轉換器進行描述的，但根據(jù)本發(fā)明的另外一個示例性實施例，也可以采用三個線性可變的位移轉換器。如圖32所示，其線性可變的位移轉換器例如可以被安放成一種三角形結構，其中兩個線性可變的位移轉換器朝向測試頭110的前端，一個線性可變的位移轉換器朝向測試頭110的后部。當然，這種構形也可以被反置(一個線性可變的位移轉換器朝前，兩個線性可變的位移轉換器朝后)。就圖32的安排方式而言，其線性可變的位移轉換器(標作LVDT1，LVDT2，以及LVDT3)可以根據(jù)等式4，5，6被用來確定前述的測試頭110相對于裝置運送器120的節(jié)距，轉動，以及壓縮值節(jié)距＝[(LVDT1+LVDT2-2*LVDT3)/2] (4)轉動＝LVDT2-LVDT1(5)壓縮＝[(LVDT1+LVDT2+LVDT3)/3](6)另外，還可以設置第四個線性可變的位移轉換器，以便進一步確保其他的線性可變的位移轉換器能提供正確的讀數(shù)。
本發(fā)明是通過外接于測試頭110上的線性可變的位移轉換器進行描述的。但是，作為本領域的一個普通技術人員很容易理解，這些線性可變的位移轉換器也可以被組合進測試頭110的內部(即成為其一個整體部分)。這樣，通過使這些線性可變的位移轉換器有效的小型化，就可以將它們放置在測試頭110的周邊之內。例如，可將之放在電接觸件14之間。
為了實現(xiàn)自動化的移動，本發(fā)明結合步進馬達進行了描述。但在本發(fā)明的一些示例性的實施例中，也可以采用一種氣動馬達或液壓馬達，然而，作為本領域的一個普通技術人員應當承認，該馬達還可以帶有一種補償系統(tǒng)，用以承擔連有測試頭110的支架底座26的負荷。采用該方式，可以增強操作作者及設備的安全性。
本發(fā)明是結合一種單定位器系統(tǒng)進行描述的。然而，另外的定位器系統(tǒng)，例如與支撐件9和10相配合，也可以被采用，將之放置于以結合附圖所描述的定位器系統(tǒng)的附近。
雖然以示例性實施例的方式對本發(fā)明進行了描述，但是，還應當說明，在所附權利要求限定的原理及范圍之內，還可以通過對上述內容的改進來完成本發(fā)明。
權利要求
1.一種使一電子測試頭與一裝置運送器進行對接及脫離對接的定位裝置，其特征在于包括a)使所述的電子測試頭繞第一軸線旋轉的測試頭旋轉裝置；b)垂直運動裝置，它包括若干個與所述的測試頭旋轉裝置連在一起的臂結構；c)所述多個臂結構中的第一臂結構與所述多個臂的第二臂結構相耦合，組成一個長度可增大及減小的剪刀形元件，以便沿一條垂直于上述第一軸線的第二軸線垂直移動所述的電子測試頭；d)一個傾斜測試儀，它與所述多個臂結構中的第一臂結構相接合，以便提供一個與該第一臂結構的角度方向相對應的信號；還有一個信息處理裝置，它將上述信號轉換成所述測試頭與所述裝置運送器之間距離的尺度。
2.權利要求1所述的定位裝置，其中每個定位銷被固定在所述電子測試頭及所述的裝置運送器其中之一上，而每個定位孔則位于所述電子測試頭及裝置運送器中的另一個之上，當所述的電子測試頭與所述的裝置運送器對接時，這些定位銷中的每一個都伸入到相應的一個定位孔中。
3.權利要求1所述的定位裝置，還包括使感器裝置，它可以確定該電子測試頭表面的每個位置與該裝置運送品表面的每個相應位置之間的距離，以便產生一些與所測距離相對應的信號。
4.權利要求3所述的定位裝置，其中所述的傳感裝置產生四個信號，即LVDT1，LVDT2，LVDT3以及LVDT4，這四個信號中的每一個都對應于一個相應的距離，即該電子測試頭表面的每個位置與所述的每個相應位置之間的一個距離。
5.權利要求3所述的定位裝置，其中所述的測試頭旋轉裝置使該電子測試頭繞所述的第一軸線旋轉，所述的垂直移動裝置使該測試頭沿所述的第二軸線移動，這些運動都與所述傳感器裝置發(fā)出的信息相對應。
6.權利要求3所述的定位裝置，其中所述的測試頭旋轉裝置使該電子測試頭繞所述第一軸線旋轉，所述垂直移動裝置使所述測試頭沿所述第二軸線移動，這些運動都以該電子測試頭相對于裝置運送器的節(jié)距及轉動的值為基礎，其中，節(jié)距的計算公式是節(jié)距＝[(LVDT2+LVDT3)-(LVDT1+LVDT2)]/2，轉動值的計算公式為轉動＝[(LVDT3+LVDT4)-(LVDT1+LVDT2)]/2。
7.權利要求2所述的定位裝置，還包括若干個傳感器，它們分別位于每個相應的定位銷的下方，當所述的每個定位銷與每個定位孔未對正時，所述的傳感器將產生信息對這種未對正予以指明。
8.權利要求1所述的定位裝置，還包括用于下述至少一種運動的移動裝置a)使所述的測試頭沿所述的第一軸線運動；b)使所述的測試頭供所述的第二軸線轉動；c)使所述的測試頭沿垂直于第一及第二軸線的第三軸線運動；以及d)使所述的測試頭繞所述的第三軸線轉動。
9.權利要求1所述的定位裝置，其中所述的測試頭旋轉裝置及所述的垂直運動裝置是用動力驅動的。
10.權利要求3所述的定位裝置，其中所述的傳感器裝置包括若干個傳感器，它還包括校準裝置，用于對所述的每個傳感器進行校準，當所述的電子測試頭與所述的裝置運送器對接時，它可以產生相應的予定信號。
11.權利要求3所述的定位裝置，還包括一校準定位器，用于對所述定位銷及所述定位孔中的一個定位元件相對于該定位銷及定位孔中的另一個定位元件的定位。
12.如權利要求10所述的定位裝置，還包括一個校準定位器，用于對所述定位銷及所述定位孔中的一個定位元件相對于該定位銷及定位孔中的另一個定位元件的定位。
13.權利要求3所述的定位裝置，其中所述的電子測試頭與所述的裝置運送器分別包括相應的電接觸件，所述的傳感器裝置包括多個傳感器，其中每個傳感器都位于所述電子測試頭及所述裝置運送器之一的二個相對應的電接觸件之間。
14.權利要求3所述的定位裝置，其中所述的傳感器裝置可產生三個信號，即LVDT1，LVDT2，及LVDT3，每個信號都對應一段距離，即在所述電測試頭表面上的每個位置與所述的相對應的每個位置之間的距離。
15.權利要求14所述的定位裝置，其中所述的垂直運動裝置使所述的測試頭沿一垂直方向運動，所述的測試頭旋轉裝置使所述的電子測試頭繞所述的第一軸線轉動，這些運動都是以該電子測試頭相對于該裝置運送器的節(jié)距及轉動值為基礎的，其中，節(jié)距的計算公式如下節(jié)距＝(LVDT1+LVDT2)-2LVDT3)/2，轉動的計算公式如下轉動＝LVDT2-LVDT1
16.一種使電子測試頭與一裝置運送器進行對接的定位裝置，它包括測試頭旋轉裝置，用于使所述的電子測試頭繞一第一軸線旋轉；垂直運動裝置，用于使所述的電子測試頭沿一與第一軸線相垂直的第二軸線垂直運動；傳感器裝置，用以測定所述電子測試頭表面上的每個位置與所述裝置運送器表面上的多個相應位置之間的距離；還包括起如下作用的裝置a)對所述測試頭旋轉裝置選擇性地發(fā)出信號，以便使電子測試頭供所述第一軸線轉動；以及b)對所述垂直運動裝置選擇性地發(fā)出信號，以便使電子測試頭沿所述的第二軸線運動；上述運動是與由所述傳感器裝置所測定的相應距離相對應的，以便使所述的電子測試頭與所述的裝置運送器相對接。
17.權利要求16所的定位述裝置，其中，多個定位銷被固定在所述電子測試頭及所述裝置運送器中的一個上，而每個定位孔則位于上述二者中的另一個上，當所述電子測試頭與所述裝置運送器對接時，其中的每個定位銷都伸入到相應的一個定位孔的內部。
18.權利要求16所述的定位裝置，其中所述的傳感器裝置產生四個信號，即LVDT1，LVDT2，LVDT3以及LVDT4，四個信號中的每個信號都對應于所述電子測試頭表面上若干位置與所述若干對應位置之間的一個距離。
19.權利要18所述的定位裝置，其中所述的測試頭旋轉裝置使所述的電子測試頭繞所述的第一軸線轉動，所述的垂直運動裝置使所述的測試頭沿所述第二軸線運動，這些運動是以該電子測試頭相對于所述裝置運送器的節(jié)距及轉動值為基礎的，其中，節(jié)距的計算公式為節(jié)距＝[(LVDT2+LVDTT3)-(LVDT1+LVDT2)]/2，轉動的計算公式為轉動＝[(LVDT3+LVDT4)-(LVDT1+LVDT2)]/2。
20.權利要求16所述的定位裝置，還包括若干個傳感器，每個傳感器都位于多個定位銷中的一個對應銷的下方，當所述的每個定位銷與所述的每個定位孔未對齊時，所述傳感器可產生信號，對這種不對齊進行指明。
21.權利要求16所述的定位裝置，還包括可進行下列運動中至少一種運動的裝置a)使所述的測試頭沿所述的第一軸線運動；b)使所述的測試頭繞所述的第二軸線轉動；c)使所述的測試頭沿垂直于第一及第二軸線的第三軸線運動；以及d)使所述的測試頭繞第三軸線轉動。
22.權利要求16所述的定位裝置，其中所述的傳感器裝置包括多個傳感器，它還包括校準裝置，用于對所述的每個傳感器進行校準，當所述的電子測試頭與所述的裝置運送器進行對接時，可產生出相應的測試信號。
23.權利要求16所述的定位裝置，還包括一個校準定位器，用于對所述定位銷及定位孔中的一個相對于它們中的另一個進行定位。
24.權利要求22所述的定位裝置，還包括一個校準定位器，用于對所述定位銷及定位孔中的一個相對于它們中的另一個進行定位。
25.權利要求17所述的定位裝置，其中所述的電子測試頭與所述的裝置運送器分別包括各自的電接觸件，所述的傳感器裝置包括多個傳感器，其中的每個傳感器都位于所述電子測試頭及裝置運送器之一的二個相應電接觸件之間。
26.權利要求17所述的定位裝置，其中所述的傳感器裝置產生三個信號，即LVDT1，LVDT2，及LVDT3，三個信號中的每一個都對應于一段距離，該距離是所述電子測試頭表面上的若干位置與所述若干對應位置之間的距離。
27.權利要求26所述的定位裝置，其中所述的垂直運動裝置使所述的測試頭沿一垂直方向運動，而所述測試頭旋轉裝置則使所述的電子測試頭繞所述的第一軸線轉動，這些運動是以電子測試頭相對于裝置運送器之間的節(jié)距及轉動值為基礎的，其中，節(jié)距的計算公式是節(jié)距＝(LVDT1+LVDT2-2×LVDT3)/2，轉動的計算方式是轉動＝LVDT2-LVDT1
28.通過一種定位系統(tǒng)可使固定在一個測試頭表面上的第一電接觸件與固定在一裝置運送器表面上的第二電接觸件相結合的方法，該方法包括以下步驟朝所述裝置運送器的方向移動所述的測試頭，直至位于該測試頭及該裝置運送器之一上的一組傳感器對測試頭與裝置運送器間的相應距離給予了指明為止，其中所述的測試頭表面與裝置運送器表面相互間成一定角度；移動所述的測試頭，以改變測試頭的所述表面與裝置運送器的所述表面間的角度，使該二表面相互平行；以及朝裝置運送器的方向移動測試頭至使所述的第一電接觸件與第二電接觸件相結合。
29.對每個固定在電子測試頭上的傳感器裝置進行校準的方法，該電子測試頭與一裝置運送器相對接，所述的測試頭包括電接觸件，所述的傳感器用于測量測試頭表面上的若干位置與裝置運送器表面上的若干相應位置之間的距離，該方法的特征在于包括以下步驟設置一個具有一平坦表面的校準定位器；將校準定位品的平坦表面放置于電接觸件上，使該校準定位器恰好位于所述的多個傳感器的上方；以及調節(jié)每個傳感器，使之與所述的校準定位器相接觸，并產生一個相應的校準信號，用以確定測試頭與裝置運送器之間的對接。
全文摘要
一種可使電子測試頭與裝置運送器進行對接及脫離對接的定位裝置，該裝置可使測試頭繞一第一軸線旋轉，該定位裝置包括一連接結構，用于使測試頭沿一垂直于第一軸線的第二軸線運動，通過馬達，傳感器及信息處理裝置，該連接臂結構使電子測試頭與裝置運送器實現(xiàn)準確對接。
文檔編號G01R1/04GK1136665SQ9512046
公開日1996年11月27日 申請日期1995年12月12日 優(yōu)先權日1994年12月12日
發(fā)明者丹尼爾J·格蘭漢姆, 艾倫R·霍特, 羅伯特E·馬辛森, I·馬殷·維勒斯坦, 克瑞斯脫佛L·韋斯特 申請人:英特斯特公司