(57)【要約】  負荷を支持する第１支持構造体（６０）と負荷を支持する第２支持構造体（４）とを備える、負荷を取り扱い操作する装置（１）であり、この装置は、また、第１支持構造体（６０）と第２支持構造体（４）との間に結合されたカップリング（３）を有し、カップリング（３０）は、負荷の重心が回転軸から離れて位置する回転軸の軸周りのコンプライアント動作範囲を負荷に対して与えるコンプライアント機構（３４０ａ）を有しており、この回転軸は非垂直の軸である。
2007533956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷を取り扱い操作する装置であって：
負荷を支持する第１支持構造体と；
負荷を支持する第２支持構造体と；
前記第１支持構造体と前記第２支持構造体との間に結合されたカップリングであって、前記負荷の重心が当該回転軸から離れて位置する回転軸の軸周りのコンプライアント動作範囲を前記負荷に対して与えるコンプライアント機構を有しており、前記回転軸は非垂直の軸である、カップリングと、
を備えている装置。
【請求項２】
前記コンプライアント機構は、負荷の変化をとらえるために手動で調節されるように構成されている、請求項１の装置。
【請求項３】
前記コンプライアント機構は、少なくとも１つの空気圧アクチュエータを有している、請求項１の装置。
【請求項４】
前記コンプライアント機構は、少なくとも１つのスプリングを有している、請求項１の装置。
【請求項５】
前記カップリングは、軸方向または軸周りに少なくとも１つの追加的な動作範囲を与える、請求項１の装置。
【請求項６】
前記装置は、集積回路をテストするテストヘッドを操作するマニピュレータである、請求項１の装置。
【請求項７】
前記第２支持構造体は第２カップリングを介して前記負荷を支持し、前記第２カップリングは、前記に対して第２回転軸の軸周りの動作範囲を与える、請求項１の装置。
【請求項８】
前記第１支持構造体が実質的に垂直な第１動作範囲を前記負荷に対して提供し、前記第２支持構造体が実質的に垂直な第２動作範囲を前記負荷に対して提供し、前記実質的に垂直な第２動作範囲は前記実質的に垂直な第１動作範囲とは異なる、請求項１の装置。
【請求項９】
前記実質的に垂直な第１動作範囲と前記実質的に垂直な第２動作範囲の少なくとも１つが、コンプライアント垂直動作範囲である、請求項８の装置。
【請求項１０】
前記コンプライアント垂直動作範囲内の負荷の位置が、前記装置へ供給される流体圧力を調節することによって調節され、前記流体圧力は前記装置から離れて位置する制御ユニットを介して調節される、請求項９の装置。
【請求項１１】
負荷を取り扱い操作する方法であって：
負荷を支持する第１支持構造体を用意するステップと；
負荷の重心が当該回転軸から離れて位置するように回転軸の軸周りに負荷を支持する第２支持構造体に対して、前記第１支持構造体を回転する形で結合するステップであって、前記回転軸は非垂直の軸である、ステップと；
前記負荷に対して前記回転軸の軸周りのコンプライアント動作範囲を与えるステップと；
前記コンプライアント動作範囲を用いて前記回転軸の軸周りに前記負荷を操作するステップと、
を備えている方法
【請求項１２】
前記操作ステップは、前記負荷を前記回転軸の軸周りに手動で調節することを含んでいる、請求項１１の方法。
【請求項１３】
前記コンプライアント動作範囲を与えるステップは、前記第１支持構造体と第２支持構造体との間に配置された少なくとも１つの空気圧アクチュエータを動作させることを含んでいる、請求１１の方法。
【請求項１４】
前記コンプライアント動作範囲を与えるステップは、前記第１支持構造体と第２支持構造体との間に少なくとも１つのスプリングを設けることを含んでいる、請求１１の方法。
【請求項１５】
前記第１支持構造体と第２支持構造体との間のカップリングを介して、少なくとも１つの追加的な動作範囲を前記負荷に対して与えるステップ、
を更に備えている、請求項１１の方法。
【請求項１６】
前記第２支持構造体を前記負荷に対して回転可能な形で結合し、前記第２回転軸の軸周りの動作範囲を前記負荷に対して与えるステップ、
を更に備えている、請求項１１の方法。
【請求項１７】
前記第１支持構造体を介して、実質的に垂直な第１動作範囲を前記負荷に対して与えるステップと；
前記第２支持構造体を介して、実質的に垂直な第２動作範囲を前記に負荷対して与えるステップであって、前記実質的に垂直な第２動作範囲は前記実質的に垂直な第１動作範囲と異なっている、ステップと、
を更に備えている、請求項１１の方法。
【請求項１８】
前記与えられた実質的に垂直な第１動作範囲と実質的に垂直な第２動作範囲のうちの少なくとも１つが、コンプライアント垂直動作範囲である、請求項１７の方法。
【請求項１９】
少なくとも部分的にコンプライアント垂直動作範囲を与える流体圧力を調節することにより、リモート制御ユニットを介して、コンプライアント垂直動作範囲内の負荷の位置を調節するステップ、
を更に備えている、請求項１８の方法。
【請求項２０】
負荷を取り扱い操作する装置であって：
負荷を支持し、実質的に垂直な第１動作範囲を前記に負荷対して与える第１支持構造体と；
負荷を支持し、前記実質的に垂直な第１動作範囲に対する、実質的に垂直な第２動作範囲を前記負荷に対して与える第２支持構造体と；
前記第１支持構造体と前記第２支持構造体との間のカップリングであって、軸方向または軸周りに少なくとも１つの追加的な動作範囲を前記負荷に対して与え、この追加的な動作範囲は実質的に非垂直の方向である、カップリングと、
を備えている装置。
【請求項２１】
前記実質的に垂直な第１動作範囲と実質的に垂直な第２動作範囲のうちの少なくとも１つが、コンプライアント垂直動作範囲である、請求項２０の方法。
【請求項２２】
コンプライアント動作範囲内の負荷の位置が、前記装置へ供給される流体圧力を調節することによって調節され、前記流体圧力は前記装置から離れて位置する制御ユニットを介して調節される、請求項２１の装置。
【請求項２３】
前記装置は、集積回路をテストするテストヘッドを操作するマニピュレータである、請求項２０の装置。
【請求項２４】
前記カップリングは回転カップリングである、請求項２０の装置。
【請求項２５】
前記回転カップリングは、回転軸の軸周りのコンプライアント回転動作範囲として、追加的な動作範囲を与えるコンプライアント機構を有している、請求項２４の装置。
【請求項２６】
前記第２支持構造体は第２回転カップリングを介して前記負荷を支持し、前記第２回転カップリングが、第２回転軸の軸周りの回転動作範囲を前記負荷に対して与える、請求項２４または請求項２５の装置。
【請求項２７】
前記回転軸は、実質的に垂直な平面の周りで回転するものではない、請求項２５の装置。
【請求項２８】
前記少なくとも１つの追加的な動作範囲が、実質的に水平な動作範囲を含んでいる、請求項２０の装置。
【請求項２９】
負荷を取り扱い操作する方法であって：
負荷の実質的に垂直な第１動作範囲内の第１位置へ前記負荷を移動させるステップであって、前記実質的に垂直な第１動作範囲は第１支持構造体により与えられるものである、スッテプと；
前記実質的に垂直な第１動作範囲に対する、負荷の実質的に垂直な第２動作範囲内の第２位置へ前記負荷を移動させるステップであって、前記実質的に垂直な第２動作範囲は第２支持構造体により与えられるものである、スッテプと；
前記第１支持構造体と第２支持構造体との間にカップリングを設けるステップであって、該カップリングは、軸方向または軸周りの追加的な動作範囲を前記負荷に対して与え、前記追加的な動作範囲は実質的に非垂直の方向である、スッテプと、
を備える方法。
【請求項３０】
前記実質的に垂直な第１動作範囲と実質的に垂直な第２動作範囲のうちの少なくとも１つが、コンプライアント動作範囲である、請求項２９の方法。
【請求項３１】
少なくとも部分的にコンプライアント動作範囲を与える流体圧力を調節することにより、コンプライアント動作範囲内の負荷の位置を調節するステップ、
を更に備えている、請求項３０の方法。
【請求項３２】
前記カップリングを設けるステップが、第１支持構造体と第２支持構造体の間に回転カップリングを設けることを含んでいる、請求項２９の方法。
【請求項３３】
前記回転カップリングが、回転軸の軸周りの回転コンプライアント動作範囲を前記負荷に対して与える、請求項３２の方法。
【請求項３４】
前記第１支持構造体と第２支持構造体との間に第２回転カップリングを設けるステップであって、第２回転カップリングは第２軸の軸周りの回転動作範囲を前記負荷に対して与えるものである、スッテプ、
を更に備えている、請求項３２または請求項３３の方法。
【請求項３５】
前記カップリングを設けるステップは、前記第１支持構造体と第２支持構造体との間にカップリングを設けることを含んでおり、そのカップリングが、実質的に水平方向の追加的な動作範囲を負荷に対して与える、請求項２９の方法。
【請求項３６】
遠隔的に調整制御装置の位置を変化させる装置であって、該調整制御装置は少なくとも部分的に負荷を支持する力を調整するものであり：
少なくとも１つの方向での調整制御装置の位置の変化に対応する流体圧力を変化させるリモートユニットと；
前記リモートユニットと調整制御装置との間に結合されたカップリングであって、流体圧力の変化に基づいて調整制御装置の位置を変化させるよう構成されている、カップリングと；
前記リモートユニットから前記カップリングまでの流体圧力の変化を与える流体キャリヤと、
を備えている装置。
【請求項３７】
前記調整制御装置は、軸方向または軸周りにおいてコンプライアント状態で、少なくとも部分的に負荷を支持する力を調整するよう構成されている、請求項３６の装置。
【請求項３８】
調整制御装置は、実質的に垂直方向においてコンプライアント状態で、少なくとも部分的に負荷を支持する力を調整するよう構成されている、請求項３７の装置。
【請求項３９】
前記調整制御装置の位置の変化が、軸方向または軸周りにおいて負荷の動作範囲内の負荷の位置の変化をもたらす、請求項３６の装置。
【請求項４０】
調整制御装置の位置の変化が、実質的に垂直方向において負荷の動作範囲内の負荷の位置の変化をもたらす、請求項３９の装置。
【請求項４１】
調整制御装置の位置を遠隔的に変化させる方法であって、該調整制御装置は少なくとも部分的に負荷を支持する力を調整するものであり：
流体圧力の変動が少なくとも１つの方向における調整制御装置の位置の変化に対応しているところで、リモートユニットを介して、流体圧力を変化させるステップと；
流体キャリヤを通して、リモートユニットから、リモートユニットと調整制御装置との間に結合されたカップリングまで、流体圧力の変化を与えるステップと；
流体圧力の変化に基づき、カップリングを通して調整制御装置の位置を変化させるステップと、
を備えている方法。
【請求項４２】
前記調整制御装置の位置を変更する前記ステップは力において対応する変化をもたらし、その力は、軸方向または軸周りにおいてコンプライアント状態で、少なくとも部分的に負荷を支持する、請求項４１の方法。
【請求項４３】
前記力は、実質的に垂直方向においてコンプライアント状態で、負荷を少なくとも部分的に支持する、請求項４２の方法。
【請求項４４】
前記調整制御装置の位置を変化させる前記ステップは、軸方向または軸周りにおいて負荷の動作範囲内の負荷の位置を変化させる、請求項４１の方法。
【請求項４５】
前記動作範囲内の負荷の位置の変化が、実質的に垂直方向におけるものである、請求項４４の方法。
【請求項４６】
負荷を取り扱い操作する装置であって：
負荷を支持する支持構造体であって、負荷に対して動作範囲を与え、該動作範囲はコンプライアント動作範囲である、支持構造体と；
流体キャリヤを介して流体システムの流体圧力を調整するリモートユニットであって、前記流体システムはコンプライアント動作範囲内で負荷を支持する力の少なくとも一部分を与えている、リモートユニットと、を備え。
前記リモートユニットを介しての前記流体圧力の調整が、負荷を支持する力を調整する、
装置。
【請求項４７】
前記リモートユニットは、コンプライアント動作範囲内において実質的に無重量の状態で負荷をバランスさせるよう、前記流体圧力を調整するように構成されている、請求項４６の装置。
【請求項４８】
前記リモートユニットは、コンプライアント動作範囲内での負荷の位置を調整するよう、前記流体圧力を調整するように構成されている、請求項４６の装置。
【請求項４９】
負荷を取り扱い操作する方法であって：
負荷を支持し、該負荷に対してコンプライアント動作範囲を与える支持構造体を用意するステップと；
流体圧力がコンプライアント動作範囲で負荷を支持する力の少なくとも一部分を与えるところで、リモートユニットを介して、流体キャリヤを通る流体圧力を変化させるステップと、
を備えている方法。
【請求項５０】
前記変化させるステップが、コンプライアント動作範囲内において、実質的に無重量の状態で負荷をバランスさせるように流体圧力を変化させることを含んでいる、請求項４９の方法。
【請求項５１】
前記変化させるステップが、コンプライアント動作範囲内において、負荷の位置を調整するように流体圧力を変化させることを含んでいる、請求項４９の方法。
【請求項５２】
負荷を取り扱い操作する方法であって：
軸方向または軸周りにおいて第１手動力を用いて負荷が移動可能となるように流体を加圧することにより、軸方向または軸周りにおいて、コンプライアント状態で負荷を少なくとも部分的に支持するステップと；
オペレータが軸方向または軸周りにおいて負荷を操作可能となるまで、第１手動力よりも小さい第２手動力を用いて、軸方向または軸の周りに負荷を移動可能となるように、流体圧力を遠隔的に調整するステップと、
を備えている方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷（ロード：load）を位置決めし取り扱い操作するシステムに関し、特に、テストヘッド（test head）を位置決めし取り扱い操作するシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
テストヘッドは、集積回路のテストでよく利用されている。集積回路をテストするようテストヘッドを使用するために、テストヘッドは、プローバ（prober）又は装置ハンドラ（handler）など、１台の周辺機器（以下、「周辺機器」）に典型的には「ドッキング」されている。テストヘッドマニピュレータは、典型的にはドッキング操作中にテストヘッドを位置決めし取り扱い操作するのに使用される。
【０００３】
テストヘッドの周辺機器へのドッキングに際しては、テストヘッドが多くの方向に可動である（すなわち、テストヘッドが多くの自由度を有している）ことが望ましい。さらに、また、テストヘッドを、様々な自由度について従順に可動（すなわち、テストヘッドが、実質的に無重量であり、或いは、それぞれの自由度に対して外部的に加えられた比較的小さな力で動かされてもよい）にすることが望ましい。
【０００４】
テストヘッドが空間を通って動かされるにつれ、マニピュレータに対する、その変位および角度方向の双方が変化する。本発明の説明の目的のために、テストヘッドに取り付けられた１つの座標系と、マニピュレータに取り付けられた１つの座標系との２つの直交座標系を規定することが便利である。
【０００５】
図１は、互いに直交する座標軸Ｉ１０２、Ｊ１０４、Ｋ１０６が付け加えられたテストヘッド１５０を示している。したがって、この座標軸の組（セット：set）は、空間を通ってテストヘッドと共に移動する。テストサイト１６０は、テストヘッド１５０の表面に位置し、試験中に装置に接触して配置される電流接点（「ダット（ｄｕｔ）」）を有している。Ｊ軸１０４は、テストサイトの表面に対して直交し、テストサイト表面から正の方向に離間する方向を指向するものとして示されている。Ｉ１０２の周りの回転は、一般に、「ピッチ」、「タンブル」、または「ノッド」と呼ばれている。Ｋ１０６の周りの回転は、一般に「ロール」と呼ばれている。Ｊ１０４の周りの回転は、産業分野においては一般に「シータ」と呼ばれている。簡潔に述べると、テストヘッドがドッキングされると、周囲のテストサイト１６０は、周辺機器の対応するサイトに好適に配列される。一般に、周辺機器から僅かに離れたテストヘッドでは、テストヘッド１５０は、まず、Ｉ、Ｋ変位、ピッチ及びロール回転（平面性を確立する）、およびシータ回転を含む５つの自由度において配列される。その後、テストヘッド１５０は、それがドッキングされる際に、テスト接点が適切に係合するまで、Ｊ方向に操作される。テストヘッド１５０が最終的なドッキング位置へ操作される際に、正確な最終的配列を達成するために、正確な整列機能が設けられることがよくある。したがって、一般に、ドッキングのためにテストヘッドが６自由度で同時に操作され得るのが望ましい。
【０００６】
図２は、マニピュレータ（manipulator）の動作の説明に有用なもので、１組の互いに直交する座標軸２００を示している。この座標軸の組は、マニピュレータに対して固定され、それにより、空間に固定されているものである。Ｘ軸２０２は、直線的な左右方向を示している。同様に、Ｙ軸２０４は、テストヘッドがそれに沿って好適に動くことができる直線的な上下方向つまり鉛直方向を示し、Ｚ軸２０６は、テストヘッドがそれに沿って好適に動くことができる直線的な内外方向を示している。これらの３つの軸の周りの回転は、この出願の目的のため、それぞれ「Ｕ」、「Ｖ」、「Ｗ」として参照されている。
【０００７】
テストヘッドが（テストヘッドマニピュレータと関連して）ずっと移動可能、かつ、Ｘ軸２０２、Ｙ軸２０４、Ｚ軸２０６のそれぞれの周りに回転可能であれば、マニピュレータは少なくとも６自由度を提供すると言われている。テストヘッドが、その軸Ｉ１０２、Ｊ１０４、Ｋ１０６に対して、直線方向と回転方向との双方へ従順に移動可能であれば、テストヘッドは６自由度でもって従順（コンプライアント：compliant）であると言われる。
【０００８】
通常、テストヘッドは非常に高価であるので、多くの場合、同じテストヘッドを様々な異なる周辺機器へドッキングして使用するのが望ましい。例えば、同じテストヘッドを、装置ハンドラ（例えば、テストヘッドは、装置ハンドラの下方から装置ハンドラへドッキングできる）及びプローバ（例えば、テストヘッドは、プローバの上方からプローバへドッキングできる）に対して水平面（すなわち、Ｊ１０４に垂直）内でドッキングして使用されてもよい。様々な異なるタイプの周辺機器にドッキングするよう、テストヘッドマニピュレータは、長い垂直ストローク（例えば、長い垂直動作範囲）を有していることが望ましい。しかしながら、このことは、テストヘッド及び連繋するマニピュレータについてのサイズ規制のために、常に実用的であるというわけではない。さらに、ある種のテストヘッド取り扱い操作システムは、テストヘッドを垂直方向に位置決めし、かつ取り扱い操作するために、空気圧シリンダを利用している。こうした設計では、テストヘッドマニピュレータによりもたらされる垂直ストロークは、空気圧シリンダ構成のストロークにより制限される。より大きなテストヘッドについては、空気圧シリンダ構成のストロークは、テストヘッドを異なるタイプの周辺機器にドッキングさせるのに適切な垂直動作範囲を提供するには不十分なことがある。
【０００９】
他の例では、テストサイト１６０が鉛直面に存在する周辺機器とドッキングすることが必要であるかも知れない。こうした場合、テストヘッド１５０は、Ｊ１０４軸が水平面内に存在するよう、水平面から９０度ロール回転されなければならない。その後、シータ回転が鉛直面に起こる。固定されたマニピュレータ座標軸２００に対して、こうした鉛直面のドッキングのためには、ＸＹ平面かＹＺ平面のいずれかが必要であるのが普通である。また、他の垂直面および任意に傾斜した平面も、もちろん可能である。
【００１０】
テストヘッドを異なるタイプの周辺機器にドッキングしようとする際に起こる他の問題は、テストヘッドの操作中に自由度が失われるかも知れないことであろう。例えば、テストヘッドが、そのＪ１０４軸がマニピュレータのＸ軸に平行である位置（すなわち、ＹＺ平面でドッキングする際）にある構成においては、従順なシータ自由度が失われるかも知れない。
【００１１】
こうした自由度が損なわれることを解消する従来の試みは、マニピュレータシステムをますます複雑で高価なものにすることになる。例えば、ホルト(Ｈｏｌｔ)氏は特許文献１で、またスロカム（Ｓｌｏｃｕｍ）氏は特許文献２で、前述の状況を回避する装置を示している。
【特許文献１】米国特許第５，４５０，７６６号明細書
【特許文献２】米国特許第５，９３１，０４８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述のように、テストヘッドのドッキングのためのシステムでは、時として、テストヘッドの６つの自由度の各々での従順な動作（コンプライアントモーション：compliant motion）を提供することが望ましいことになる。このことは、ドッキング中に、オペレータが、テストヘッドを、各方向へ手動で比較的小さな力により動かすことができるよう、テストヘッドマニピュレータは、６つの自由度それぞれで実質的に無重量の状態でテストヘッドをバランスさせるのが望ましいことを意味する。しかしながら、テストヘッドがより大きくより重くなるに連れて、（従順な状態であっても）ある方向へテストヘッドを手動で取り扱い操作するのに要する物理的な力を加えることは、或るオペレータにとっては、不可能とは言えずとも困難であるかも知れない。
【００１３】
このように、上に列挙された欠点を処理する、テストヘッドの位置決め及び取り扱い操作システムを提供することが望ましいであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の例示的な実施態様では、負荷（ロード）を取り扱い操作する装置が提供されている。この装置は、負荷を支持する第１支持構造体と負荷を支持する第２支持構造体とを有している。この装置は、また、第１支持構造体と第２支持構造体との間に結合されたカップリングを有している。このカップリングは、負荷の重心が当該回転軸から離れて位置する回転軸の周りのコンプライアント動作範囲を前記負荷に対して提供する、コンプライアント機構を有している。前記回転軸は非垂直の軸である。
【００１５】
本発明の他の例示的な実施態様によれば、負荷を取り扱い操作する方法が提供されている。この方法は、負荷を支持する第１支持構造体を提供することを含んでいる。また、この方法は、負荷の重心が当該回転軸から離れて配置されるように、回転軸の周りで負荷を支持する第２支持構造体へ、前記第１支持構造体を回転する形で結合することを含んでおり、この回転軸は非垂直の軸である。また、この方法は、回転軸の周りの負荷へ、コンプライアント動作範囲を提供することを含んでいる。また、この方法は、コンプライアント動作範囲を用いて、回転軸の周りに負荷を取り扱い操作することを含んでいる。
【００１６】
本発明の更に他の例示的な実施態様によれば、負荷を取り扱い操作する装置が提供されている。この装置は、負荷を支持する第１支持構造体を有している。第１支持構造体は、実質的に垂直な第１動作範囲を負荷に対して提供するものである。また、この装置は、負荷を支持する第２支持構造体を有している。第２支持構造体は、実質的に垂直な第１動作範囲に対して実質的に垂直な第２動作範囲を負荷に対して提供する。また、この装置は、第１支持構造体と第２支持構造体との間のカップリングを有している。カップリングは、軸方向または軸の周りの少なくとも１つの追加的な動作範囲を負荷に対して提供する。この追加的な動作範囲は、実質的に垂直方向ではない。
【００１７】
本発明の更に他の例示的な実施態様によれば、負荷を取り扱い操作する方法が提供されている。この方法は、負荷の実質的に垂直な第１動作範囲内の第１位置へ負荷を動かすことを含んでいる。実質的に垂直な第１動作範囲は、第１支持構造体により提供されている。また、この方法は、実質的に垂直な第１動作範囲に対する、負荷の実質的に垂直な第２動作範囲内の第２位置へ負荷を動かすことを含んでいる。実質的に垂直な第２動作範囲は、第２支持構造体により提供される。また、この方法は、第１支持構造体と第２支持構造体との間にカップリングを提供することを含んでいる。カップリングは、軸方向または軸の周りに、追加的な動作範囲を負荷に対して提供する。この追加的な動作範囲は、実質的に垂直方向ではない。
【００１８】
本発明の更に他の例示的な実施態様によれば、調整制御装置の位置を遠隔的に変更する装置が提供されている。調整制御装置は、少なくとも部分的に負荷を支持する力を調整する。この装置は、流体圧力を変更するリモートユニットを含んでいる。流体圧力の変化は、少なくとも１つの方向における調整制御装置の位置変化に対応している。また、この装置は、リモートユニットと調整制御装置との間に結合されたカップリングを含んでいる。カップリングは、流体圧力の変化に基づいて調整制御装置の位置を変更するよう構成されている。また、この装置は、リモートユニットからカップリングへの流体圧力の変化を提供する流体キャリヤ（carrier）を含んでいる。
【００１９】
本発明の更に他の例示的な実施態様によれば、調整制御装置の位置を遠隔的に変更する方法が提供されている。調整制御装置は、少なくとも部分的に負荷を支持する力を調整する。この方法は、少なくとも１つの方向において流体圧力の変化が調整制御装置の位置変化に対応しているとき、リモートユニットを介して流体圧力を変更させることを含んでいる。また、この方法は、流体キャリヤを介して、リモートユニットからリモートユニットと調整制御装置との間に結合されたカップリングへの流体圧力の変化を提供することを含んでいる。また、この方法は、流体圧力の変化に基づき、カップリングを介して調整制御装置の位置を変更することを含んでいる。
【００２０】
本発明の更に他の例示的な実施態様によれば、負荷を取り扱い操作する装置が提供されている。この装置は、負荷を支持する支持構造体を有している。支持構造体は負荷に対して動作範囲を提供し、この動作範囲はコンプライアント動作範囲である。この装置は、また、流体キャリヤを介して流体システムの流体圧力を調整するリモートユニットを含んでいる。この流体システムは、コンプライアント動作範囲内で負荷の支持力の少なくとも一部を提供する。リモートユニットを通じての流体圧力の調整により、負荷の支持力が調整される。例えば、流体圧力は、コンプライアント動作範囲内で負荷を実質的に無重量の状態でバランスさせるように調整されてもよい。この代わりに、流体圧力は、コンプライアント動作範囲内で負荷の位置を調整するように、調整されてもよい。
【００２１】
本発明の更に他の例示的な実施態様によると、負荷の取り扱い操作方法が提供されている。この方法は、負荷を支持する支持構造体を提供することを含んでいる。支持構造体は、負荷に対してコンプライアント動作範囲を提供する。この方法は、また、リモートユニットを介して、流体キャリヤを通る流体圧力を変更することを含んでおり、前記流体圧力がコンプライアント動作範囲内で負荷の支持力の少なくとも一部を提供している。例えば、流体圧力は、コンプライアント動作範囲内で実質的無重量状態において負荷をバランスさせるように変更可能であってもよい。この代わりに、流体圧力は、コンプライアント動作範囲内で負荷の位置の調整のために変更されてもよい。
【００２２】
本発明の更に他の例示的な実施態様によれば、負荷を取り扱い操作する方法が提供されている。この方法は、流体を加圧することにより、コンプライアント状態の軸方向または軸の周りで負荷を支持することを含んでおり、これにより、第１手動力を用いて、その負荷を軸方向または軸周りに移動させてもよい。この方法は、また、遠隔的に流体圧力を調整することを含んでおり、これにより、オペレータが、軸方向または軸周りに負荷を取り扱い操作可能となるまで、第２手動力を用いて、軸方向または軸周りに負荷を移動させてもよい。第２手動力は第１手動力より小さい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
ここでは、本発明の選択された実施形態の好適な特徴が、図を参照して説明されている。本発明の趣旨と範囲が、解説のために選択された実施形態に限定されないことは理解されるであろう。また、図面は、いかなる特定の縮尺または割合でも表現されたものではないことに留意すべきである。以降に説明される構成および材料のいずれも、本発明の範囲内で変更可能であることが企図されている。
【００２４】
図３は、テストヘッドマニピュレータ１の斜視図である。テストヘッドマニピュレータ１は、ベース２、垂直コラムユニット４、制御エンクロージャ４ａ、テストヘッド取付ユニット１０、コラムユニット４とテストヘッド取付ユニット１０との間に延びるガイドレール６（図３では、１つのガイドレール６のみが視認できる）、及び同じくコラムユニット４とテストヘッド取付ユニット１０との間に延びるピストンロッド８を備えている。ピストンロッド８は、コラムユニット４内に含まれる「メイン垂直空気圧シリンダ」から延びており、これはテストヘッド取付ユニット１０へ垂直動作範囲を与えるものである。マニピュレータ１は、スミス氏（Ｓｍｉｔｈ）により最初に米国特許第４，５８９，８１５号明細書で説明され（例えば、図９〜１２を参照）、その後、米国特許第４，７０５，４４７号明細書および第５，１４９，０２９号明細書で説明された、流体バランスをとるタイプのものである。これら３つの特許は、参照により、その全体が本願明細書に組み込まれる。これらの各特許で説明されているように、鉛直すなわちＹ軸２０４において、実質的な無重量条件（その結果、コンプライアント運動）が与えられている。
【００２５】
コラムユニット４が、テストヘッド１５０などのテストヘッド（図３には示さず）を順番に支えるテストヘッド取付ユニット１０を支持しているのがわかる。コラムユニット４は、周知の方法で、直線レール９と低摩擦リニアベアリングにより、ベース２に対して内外すなわちＺ軸２０６方向に可動である。したがって、従順な（コンプライアント的な）Ｚ軸２０６の運動が与えられている。
【００２６】
図４は、テストヘッド取付ユニット１０の斜視図である。テストヘッド取付ユニット１０は、サポート、動作範囲、および／または、多くの自由度の少なくとも１つでのコンプライアント運動を提供する様々なサブシステムおよびサブアセンブリを有している。これらのサブシステム／サブアセンブリは、スイングユニットサブアセンブリ２０、シータコンプライアンスキャリヤ３０、Ｘキャリヤサブアセンブリ４０、垂直キャリヤサブアセンブリ５０、およびクレードルサブアセンブリ６０を含んでいる。テストヘッド（図４に示さず）は、クレードルサブアセンブリ６０と結合し、または係合している。
【００２７】
ここで、各サブアセンブリにより提供される運動の簡単な説明を提示する。上述のように、コンプライアント上下運動（すなわち、Ｙ軸２０４運動）、およびコンプライアント内外運動（すなわち、Ｚ軸２０６運動）は、コラムユニット４とベース２の組み合わせにより提供される。
【００２８】
スイングユニットアセンブリ２０は、垂直な旋回シャフトを用いてコラムユニット４に回転可能な形で取り付けられ、それにより、Ｙ軸２０４の周りのコンプライアントＶ回転を提供している。（上または下のいずれでも）水平面内でドッキングする際には、これがシータコンプライアンスを提供する。鉛直面内でドッキングする際は、これは平担化を補助するようにコンプライアンスを提供する。
【００２９】
シータコンプライアンスキャリヤ３０は、水平軸により、スイングユニット２０へ取り付けられる。シータコンプライアンスキャリヤは、水平軸の周りで、数度（例えば、±２．５度）回転してもよい。テストヘッドが水平面から９０度ロールした平面でドッキングする際には、これがシータコンプライアンスを提供する。水平面でドッキングする際は、これが平担化コンプライアンスに貢献する。また、テストヘッドをＩ（タンブル）軸１０２の周りで水平面から９０度回転させることにより到達した鉛直面でドッキングさせる際も、これが平担化コンプライアンスに貢献する。
【００３０】
Ｘキャリヤサブアセンブリ４０は、水平レールとリニアガイドベアリングにより、シータコンプライアンスキャリヤ３０に取り付けられる。その結果、Ｘキャリヤサブアセンブリ４０は、水平方向においてコンプライアント直線運動を提供する。このことは、テストヘッド１５０のＩ軸１０２に平行なコンプライアント配置を提供する。（この例示的な構成では、水平配置の２つのコンプライアント軸が提供されている。しかしながら、これらは、スイングユニット２０の回転位置に応じて、常に直交しているとは限らない。それらが平行でないかぎり、水平面に２つの直線自由度を提供するのに十分である。スイング角度を２つの軸が平行となるようにすると、自由度が失われることになろう。）
【００３１】
鉛直キャリヤサブアセンブリ５０は、鉛直方向の直線レール、リニアガイドベアリング、およびリードねじにより、Ｘキャリヤサブアセンブリ４０へ取り付けられる。鉛直キャリヤ５０は、上下運動を提供する。鉛直コンプライアンスが、主要な垂直空気圧シリンダによりコラムユニット４へ提供されるので、説明された実施形態では、いかなるコンプライアンスも鉛直キャリヤ５０に追加されていない。しかしながら、こうした実施例は考慮されている。
【００３２】
クレードルサブアセンブリ６０は、テストヘッドのＩ軸１０２と直交する水平軸の周りに旋回可能な形で、垂直キャリヤ５０に対して取り付けられる。軸は、テストヘッドの重心を通して、または重心近くを通る形で配置されるのが好ましく、それにより、テストヘッドは、それに対して、（ほぼ）バランスされる。したがって、コンプライアント回転がテストヘッドへ提供される。水平面内、またはテストヘッドがＫ軸１０６の周りで水平面から９０度ロールした鉛直面内でドッキングする際は、これは、平担化に役立つ回転コンプライアンスを提供する。テストヘッドがＩ軸１０２の周りで水平面から９０度回転した鉛直面でドッキングする際は、これは、コンプライアントシータ回転を提供する。
【００３３】
テストヘッドは、テストヘッドのＩ軸１０２に平行でテストヘッドの重心またはその近傍を通るのが好ましい軸の周りに回転可能な形で、クレードル６０に対して取り付けられる。したがって、テストヘッドは、この軸に関してコンプライアント的にバランスをとっている。さらに、この軸は、テストヘッドと共に移動し、その一部と考えることができる。この軸の周りでの回転は、全てのドッキング姿勢において、平担化のコンプライアンスを提供する。前記回転の１つと組み合わされるこのコンプライアント回転は、全てのドッキング姿勢において、周辺機器とのテストサイトの平担化に必要な、２つの独立した回転の存在を確かなものにする。
【００３４】
図５は、図４に示したテストヘッド取付ユニット１０の部分分解斜視図である。このように、スイングユニットサブアセンブリ２０と、シータコンプライアンスキャリヤ３０、Ｘキャリヤサブアセンブリ４０、垂直キャリヤサブアセンブリ５０、およびクレードルサブアセンブリ６０の各々は、図５において幾分か更に詳細に示されている。
【００３５】
図６は、図４に示したテストヘッド取付ユニット１０の背面斜視図である。このように、スイングユニットサブアセンブリ２０、シータコンプライアンスキャリヤ３０、Ｘキャリヤサブアセンブリ４０、垂直キャリヤサブアセンブリ５０、およびクレードルサブアセンブリ６０の異なった眺めが、図６に示されている。
【００３６】
図７は、スイングユニットサブアセンブリ２０、シータコンプライアンスキャリヤ３０、Ｘキャリヤサブアセンブリ４０、垂直キャリヤサブアセンブリ５０、およびクレードルサブアセンブリ６０の追加的な細部を示す、テストヘッド取付ユニット１０の分解背面斜視図である。
【００３７】
図８は、スイングユニットサブアセンブリ２０の背面からの斜視図である。スイングユニットサブアセンブリ２０は、取付け孔２１１ａ、２１１ｂを明確に定めるベース２１０を有している。図３に示したように、各取付け孔２１１ａ、２１１ｂは、それぞれのガイドレール６を受けている。スイングユニットサブアセンブリ２０は、また、ブロック２２０、ロックブロック２４０、シータ旋回シャフト２５０ａ、２５０ｂ、および取り付けブロック２６０ａ、２６０ｂを有している。旋回シャフト２５０ａ、２５０ｂは、同軸で、水平なＸＺ平面内に軸を規定するように配置されている。
【００３８】
ロックブロック２４０のロック機構はロックハンドル２４６を用いて作動される。ロックブロック２４０上には、ワッシャ（または、ベアリング）２４２、および保持キャップ２４４が提供される。図４に示したように、シータコンプライアンスキャリヤ３０は、シータ旋回シャフト２５０ａ、２５０ｂ上で旋回する。取り付けブロック２６０ａ、２６０ｂは、それぞれのカムフォロワ３４５ａ、３４５ｂ（カムフォロワ３４５ａ、３４５ｂは、図１１に示される）が乗る、それぞれの曲面２６５ａ、２６５ｂ（図８では、曲面２６５ａが見られない）を形作る。ブロック２２０は、取り付けフランジ２１７を通して、ベース２１０上に回転可能な形で取り付けられる。また、図８では、ブロック２２０により形作られた貫通孔２２４ａ、２２４ｂも見ることができる。
【００３９】
図９はスイングユニットサブアセンブリ２０の前方からの斜視図である。図８に関して上述したように、図９に示したスイングユニットサブアセンブリ２０は、ベース２１０、ブロック２２０、ロックブロック２４０、ワッシャ２４２、保持キャップ２４４、ロックハンドル２４６、シータ旋回シャフト２５０ａ、２５０ｂ、取り付けブロック２６０ａ、２６０ｂ、曲面２６５ａ、２６５ｂ、取り付け孔２１１ａ、２１１ｂ、および貫通孔２２４ａ、２２４ｄを有している。
【００４０】
図９に見られるように、ベース２１０は、また、ピストンロッド８の終端部分を受ける取り付け孔２１２を明確に定めている（図３に示す）。ブロック２２０は、それぞれのスプリング３２５ａ〜ｄ（図１１に示す）を受けるスプリング受け孔２２２ａ〜２２２ｄを形作っている。貫通孔２２４ａ、２２４ｄは、以下でより詳細に説明されているように、スプリング３２５ａ、３２５ｄの調整に用いられる止めねじを収容し、それにアクセスするよう使用される。
【００４１】
図１０は、スイングユニットサブアセンブリ２０の前面分解図である。図１０に示したように、シャフト２１５は、取り付けフランジ２１７から延びている。組み立て時には、シャフト２１５は、ワッシャ（orベアリング）２３０、ブッシング（orベアリング）２３２、ブッシング（orベアリング）２３４、および垂直スルーボア２２８（ブロック２２０の底部に形作られている）を通して延びることになる。垂直スルーボア２２８は、ブロック２２０全体を貫通しており、そのため、ブロック２２０はシャフト２１５上で回転する。したがって、シャフト２１５は、垂直Ｙ軸２０４周りのコンプライアントスイング運動軸として役立つ。ブッシング２３２、２３４は、垂直スルーボア２２８の内部へ嵌合し、シャフト２１５の回転を容易にする。保持キャップ２４４は、（例えば、図１０に示されていないねじで）シャフト２１５に保持されている。
【００４２】
図１１は、シータコンプライアンスキャリヤ３０の背面斜視図である。シータコンプライアンスキャリヤ３０は、スロット３１５を形作る取付板３１０を有している。水平方向に延びるスロット３１５は水平ロック用に設けられている。シータコンプライアンスキャリヤ３０は、また、シータ旋回ブロック３５０ａ、３５０ｂを有しており、各々が、それぞれのシータ旋回ボア３５１ａ、３５１ｂを形作っている。シータ旋回シャフト２５０ａ、２５０ｂは、それぞれシータ旋回ボア３５１ａ、３５１ｂの１つを通って延びている。組み立てられると、シータ旋回ワッシャ（orベアリング）３５２ａ、３５２ｂ（シータ旋回ワッシャ３５２ｂのみが図１１に示されている）は、シータ旋回ブロック３５０ａ〜ｂのそれぞれの１つと、取り付けブロック２６０ａ〜ｂの対応する１つとの間に位置決めされる。加えて、シータ旋回ベアリング（orブッシング）３５４ａ〜ｂは、シータ旋回ボア３５１ａ〜ｂのそれぞれの１つと、シータ旋回シャフト２５０ａ−ｂの対応する１つとの間に位置決めされる。したがって、シータコンプライアンスキャリヤ３０は、旋回シャフト２５０ａ、２５０ｂにより形作られた水平軸の周りで回転する。
【００４３】
また、図１１は、スプリング３２５ａ〜３２５ｄ、および直線レール３３０ａ、３３０ｂの一部分を示している。直線レール３３０ａ、３３０ｂには水平運動が提供される。また、図１１は、それぞれのホルダアダプター３４２ａ、３４２ｂ、カムフォロワ３４５ａ、３４５ｂ、およびピストンロッド３４７ａ、３４７ｂを含む、空気圧シリンダ３４０ａ、３４０ｂを示している。
【００４４】
図１２は、図１１に関して上で説明したものと同様の特徴を示した、取付板３１０、トッププレート３６０、スロット３１５、直線レール３３０ａ、３３０ｂ、シータ旋回軸受３５４ａ、シータ旋回ボア３５１ａ、シータ旋回ブロック３５０、および空気圧シリンダ３４０ａを含んでいる、シータコンプライアンスキャリヤ３０の前面斜視図である。
【００４５】
図１３は、シータコンプライアンスユニット３０の分解斜視図である。図１３に示したように、取付プレート３１０は、スプリング３２５ａ−３２５ｄのそれぞれの１つの終端部分を受容するスプリング受けボア３２２ａ〜３２２ｄを形作っている。図２５に示したように、受けボア３２２ａ〜３２２ｄの深さは、取付板３１０の厚みより小さいことに留意されたい。したがって、スプリング３２５ａ〜３２５ｄは、ボア３２２ａ〜３２２ｄの底部に接触して保持する。
【００４６】
図１４は、空気圧シリンダ３４０（例えば、図１３に示した空気圧シリンダ３４０ａ、３４０ｂ）の斜視図である。空気圧シリンダ３４０ａから延びるのは、遠心端３４８を含む空気圧ピストンロッド３４７である。空気圧ピストンロッド３４７の反対端は、ピストン（図１４には示さず）へ結合されている。遠位端３４８は、ホルダアダプター３４２を受ける。ホルダアダプター３４２は、カム従動子（カムフォロワ：cam follower）３４５を保持する。上で説明したように、カムフォロワ３４５（すなわち、３４５ａ、３４５ｂ）は、曲面２６５ａ、２６５ｂのそれぞれ１つの上に乗り上げる。
【００４７】
図１５は、カムフォロワ３４５を保持するホルダアダプター３４２の詳細な斜視図である。
【００４８】
テストヘッドがクレードルサブアセンブリ６０に取り付けられると、テストヘッドの重量が、クレードルサブアセンブリ６０を下方向へ引っ張る傾向がある。特に、クレードルサブアセンブリ６０は（シータコンプライアンスキャリヤ３０、Ｘキャリヤサブアセンブリ４０、および垂直キャリヤサブアセンブリ５０と同様に）、シータ回転軸（シータ旋回シャフト２５０ａ〜ｂとシータ旋回ボア３５１ａ〜ｂの組合せにより提供された回転軸）の周りで下向きに回転する傾向がある。テストヘッド（および、テストヘッド取付ユニット１０の他の部分）の重力効果に対抗するよう、スプリング３２５ａ〜ｄと空気圧シリンダ３４０ａ〜ｂが提供される（例えば、スプリング３２５ａ〜ｄ、空気圧シリンダ３４０ａ〜ｂ、およびシータ旋回シャフト２５９ａ〜ｂを含む機構の組合せは、シータ軸の周りで回転可能な結合を提供する結合として説明可能である）。例えば、スプリング３２５ａ〜ｄは、クレードルサブアセンブリ６０が、特定の位置の下方で下向きに回転不能になるよう、シータ軸の周りに、特定量のコンプライアントサポートを提供する。
【００４９】
空気圧シリンダ３４０ａ、３４０ｂは、クレードルサブアセンブリ６０を、スプリング３２５ａ〜ｄにより提供された最小のサポート位置の上方へ上げるために提供される。例えば、空気圧シリンダ３４０ａ、３４０ｂの一方または双方は、クレードルサブアセンブリ６０（およびテストヘッド）をシータ回転軸の周りの所望の位置へ上げるよう、流体（例えば、空気）により加圧されてもよい。特にスプリング３２５ａ〜ｄの組合せと空気圧シリンダ３４０ａ、３４０ｂは、シータ軸の周りの動作範囲を通る負荷により発生するトルクを打ち消す殆ど一定のトルクを提供する。したがって、この軸に関しては、テストヘッドは、バランスのとれた状態に維持され、コンプライアント的に移動することができる。
【００５０】
このように、鉛直面内において、そのＩ軸１０２と直交する水平軸の周りで垂直から９０度回転した状態で、テストヘッドのＪ軸１０４とドッキングする（例えば、ＹＺ平面でドッキングする）と、「ショルダー回転コンプライアンス」は、テストインタフェースに対する「シータコンプライアンス」を提供するように、シータ軸の周りへ提供される。
【００５１】
上で提供したように、テストヘッドの負荷は、旋回シャフト２５０ａ、２５０ｂにより規定された軸の周りにトルクを与えることになる。使用に際しては、等しく、かつ反対のトルクが、シリンダ３４０ａ、３４０ｂとスプリング３２５ａ〜ｄの組合せにより提供される。スプリングは、回転によりスプリングの長さが変化するのにつれて、変化するトルク成分を与える。しかしながら、設計されている運動が±２．５度だけなので、スプリング力の変化はスプリング力の総計と比べて比較的小さいかも知れない。空気圧シリンダ３４０ａ、３４０ｂは、厳密に調整された空気供給で動作するので、これらが提供する力およびトルク成分は実質的に一定である。２つの外部スプリング３２５ａ、３２５ｄの長さと力は、セットねじ２７０ａ、２７０ｄ（図２５参照）を回すことにより調整可能である。セットねじ２７０ａ、２７０ｄは、例えば、アクセス孔２７５ａ、２７５ｄ（図２５にも示されている）を通してヘックスレンチを挿入することにより、回転（それにより作動）されてもよい。
【００５２】
まず初めに、システムは、空気圧シリンダ３４０ａ、３４０ｂへ空気が全く供給されていない状態でセットアップされてもよく、このように、スプリング３２５ａ〜ｄのみにより提供されるトルクは、水平面の下方位置での負荷を相殺する。スプリング力は、セットねじ２７０ａ、２７０ｄを調整することにより、負荷を変化させるように調整されてもよい。その後、空気圧シリンダ３４０ａ、３４０ｂは、負荷が水平位置に存在するポイントまで加圧される。その後、負荷は、比較的小さな量の力により、旋回ボア３５１ａ、３５１ｂにより規定された軸の周りで、コンプライアント的に回転してもよい。圧力調整システムは、シリンダ３４０ａ、３４０ｂ内の圧力を調整し、負荷が回転するとき、圧力を一定値に維持するように設けられてもよい。シータ軸の周りのこのコンプライアント運動を提供することにより、そうでなければ失われたかもしれない自由度が与えられる。
【００５３】
図１６は、Ｘキャリヤサブアセンブリ４０の背面斜視図である。Ｘキャリヤサブアセンブリ４０は、プレート４１０、およびリニアガイドベアリング４３０ａ、４３０ｂを有している。リニアガイドベアリング４３０ａ、４３０ｂは、水平運動をもたらすように、直線レール３３０ａ、３３０ｂのそれぞれ１つに係合する。また、図１６では、リニアガイドベアリング４２０ａ、４２０ｂの一部も示されている。リニアガイドベアリング４２０ａ、４２０ｂは、上下運動をもたらすよう、リニアガイドベアリング４２０ｃ、４２０ｄ（図１６には示さず）と同様に、直線レール５２０ａ、５２０ｂ（図１６には示さず）と係合する。Ｘキャリヤサブアセンブリ４０は、また、シータコンプライアンスユニット３０（図１３）内のスロット３１５を通して延びるねじ部分４７６により、筒状ロックブロック４４７と係合するロックハンドルアセンブリ４４６を有している。例えば、筒状ロックブロック４４７は、ロックハンドルアセンブリ４４６を受けるねじ孔を有している。筒状ロックブロック４４７のロック機構は、ロックハンドルアセンブリ４４６を回転させることにより、オンオフされてもよい。
【００５４】
図１７は、取付板４１０、ロックハンドルアセンブリ４４６、筒状ロックブロック４４７、リニアガイドベアリング４３０ｂ、およびリニアガイドベアリング４２０ａ〜ｄを含む、Ｘキャリヤサブアセンブリ４０の前面斜視図である。また、図１７に、リードねじ５３０（図１７には示さず）を受けるよう構成されたナット４６０が示されている。ナット４６０とリードねじ５３０との係合は、垂直位置の調整を容易にする。
【００５５】
図１８は、取付板５１０、および直線レール５２０ａ、５２０ｂを含む、垂直キャリヤサブアッセンブリ５０の背面斜視図である。上で図１６〜１７に関して説明したように、リニアガイドベアリング４２０ａ〜４２０ｄは、垂直運動を容易にするよう、直線レール５２０ａ、５２０ｂのそれぞれの１つと係合する。また、垂直キャリヤサブアセンブリ５０は、それぞれがリードねじ５３０の端部を支持する下方軸受５３２と上方軸受５３４を含んでいる。より明確に表現すると、下方軸受５３２はリードねじ５３０の下方端部を支持し、上方軸受５３４はリードねじ５３０の上方端部を支持する。ラチェットハンドル５５０は、垂直位置の調整を提供するよう、下方軸受５３２と上方軸受５３４（そして、ナット４６０）を通るリードねじ５３０を回転させるために使用される。後で詳細に述べるように、ラチェットハンドル５５０の代替手段は容易に可能である。
【００５６】
図１８に示したように、取付板５１０はボア５７５を形作っている。図１９は、取付板５１０、直線レール５２０ａ、５２０ｂ、ラチェットハンドル５５０、および上方軸受５３４を有する垂直キャリヤサブアセンブリ５０の前面斜視図である。また、図１９に、取付板５１０に形成された突起５７０が示されている。ボア５７５は突起５７０を通して延びている。ボア５７５は、クレードルサブアセンブリ６０の取り付けシャフト６３５を受けるために構成されている（図１９には、図示せず）。軸受５８０はボア５７５とクレードル取り付けシャフト６３５との間に設けられている。
【００５７】
取付板５１０は、また、他の装置のための隙間（クリアランス）を与える溝５６０を形作る。例えば、こうしたクリアランスは、クレードルサブアセンブリ６０に取り付けられた他の構成要素へのアクセスを容易にするために設けられてもよい。
【００５８】
前述のように、従来のテストヘッドマニピュレータシステムは、実質的に異なる高さ及びテストサイト方位で、テストヘッドを異なる周辺機器（例えば、プローバと装置ハンドラ）にドッキングする効率的で効果的な方法を提供するものではないかもしれない。テストヘッド取付ユニット１０を有する、本願明細書で開示されたテストヘッドマニピュレータはこうした欠点を克服するものである。本発明の様々な例示的な実施形態によれば、テストヘッドの位置決めと取り扱い操作は、垂直方向においては少なくとも２つの異なるサブシステムによって与えられる。例えば、空圧ボックス（図３参照）を通って伸長するピストンロッド８が、垂直動作範囲内でテストヘッド取付ユニット１０（テストヘッドを含んでいる）を上下に上げ下ろしすることができることにおいて、第１サブシステムが提供されている。更に、垂直キャリヤサブアセンブリ５０は、ラチェットハンドル５５０（又は他の装置）、リードねじ５３０、下方軸受５３２、上方軸受５３４、及びナット４６０を用いることを通じて、垂直方向の追加的な動作範囲を提供している。これらのサブシステムのそれぞれにより提供された動作範囲の間には重複するところがあるかもしれないが、２つのサブシステムの組み合わせは、垂直方向により広い動作範囲を提供し、それにより、テストヘッドが高さが変化する周辺装置にドッキングすることを可能にする。更に、垂直キャリヤサブアセンブリ５０により提供された垂直動作範囲は、簡単で、有効であり、垂直動作範囲の全体が単一構造である従来の垂直位置決めシステムに比べて、比較的安価である。
【００５９】
垂直キャリヤサブアセンブリ５０により提供される垂直動作範囲は、リードねじ５３０の回転にラチェットハンドル５５０を利用するが、それは代替手段により達成されてもよい。例えば、リードねじ５３０の回転のために、ホイールタイプのハンドルが提供されてもよい。更に、この垂直動作範囲を簡便化するために、適切な伝動装置を備えたモータを提供することも可能であろう。典型的な使用では、テストヘッドは、ピストンロッド８での動作範囲内へ収めるように、リードねじ５３０の調整を通して特定の周辺機器に対して大まかに位置決めされてもよい。その後、メイン垂直空気圧シリンダ（或いは、備えられているなら、他の垂直コンプライアント運動装置）の動作により、更に正確な位置決めとコンプライアント的なドッキングがもたらされる。
【００６０】
図２０は、クレードル後部６１０、クレードル側部６２０ａ、６２０ｂを有するクレードルサブアセンブリ６０の背面斜視図である。クレードル後部６１０には、（テストヘッドＩ軸１０２に直交する水平軸の周りの回転を与える）クレードル取付板６３０が結合され、該クレードル取付板は、（クレードル後部６１０に取り付けられる）カムフォロワ６３２がそれに沿って担持される半円形スロット６３１を形作っている。クレードル取り付けシャフト６３５がクレードル取付板６３０を通って伸長しており、また、上述のように、クレードル取り付けシャフト６３５はボア５７５内の軸受５８０に嵌合している。キャップ６３６は、一旦それが取り付けられると、適所でクレードルサブアセンブリ６０を保持するように、クレードル取り付けシャフト６３５終端部分へ結合（例えば、ねじ止め）される。説明された回転のために指標付け孔６３３ａ〜ｃが設けられ、これらは、クレードル取付板６３０の半円形部分に沿って、−９０度、０度、＋９０度に振り分けられている（図２０では指標付け孔６３３ｃのみが視認できる）。ブラケット６３７は、クレードル取付板６３０へ指標付けピン６３８（例えば、格納式、スプリング入り指標付けピン６３８）を取り付けるために設けられている。ロックハンドルアセンブリ６３９が、回転軸の軸周りにクレードル６０をロックするために設けられている。
【００６１】
（テストヘッドのＩ軸１０２の周りのピッチ回転を与えるための）取付板６４０ａ及び６４０ｂが、クレードル側部６２０ａ、６２０ｂのそれぞれの１つへ結合されている。取付板６４０ａ、６４０ｂ（図２３でより詳細に示す）は、テストヘッドをクレードルサブアセンブリ６０へ結合するために設けられている。さらに、Ｉ軸の周りの動作範囲も、取付板６４０ａ、６４０ｂを用いて提供される。各取付板６４０ａ、６４０ｂは、それぞれのカムフォロワ６４２ａ〜ｂを受容するそれぞれの半円形スロット６４１ａ〜ｂを形作っている。カムフォロワ６４２ａ、６４２ｂの各々は、クレードル側部６２０ａ、６２０ｂのそれぞれの１つに取り付けられている。
【００６２】
取り付けシャフト６４４ａ、６４４ｂ（図２０では６４４ｂは見えない）とフランジ６４６ａ、６４６ｂ（図２０ではフランジ６４６ａは見えない）は、取付板６４０ａ、６４０ｂを旋回可能な形で受けるように設けられている。テストヘッドは、プレート６４０ａ、６４０ｂに対して堅固に取り付けられる。その結果、テストヘッドは、共軸配置されている取り付けシャフト６４４ａ、６４４ｂにより規定された軸の周りに旋回可能である。
【００６３】
ブラケット６４７ａ、６４７ｂは、指標付けピン６４８ａ、６４８ｂ（例えば、格納式、スプリング入りの指標付けピン）のそれぞれの１つをそれらのそれぞれの取付板６４０ａ、６４０ｂへ取り付けるために設けられている。加えて、ロックハンドルアセンブリ６４９ａ、６４９ｂは、Ｕ回転軸の回りの回転動作をロックするように設けられている。
【００６４】
図２１は、クレードルサブアセンブリ６０の前面斜視図である。図２１では、旋回シャフト６３５に取り付けられたフランジ６３４が示されている。さらに、指標付け孔６４３ａｃ、６４３ｂａ、６４３ｂｃが示されている。これらの指標付け孔は、Ｉ軸１０２の周りの回転のための定点を与えるための６つの指標付け孔（６４３ａａ、６４３ａｂ、６４３ａｃ、６４３ｂａ、６４３ｂｂ、６４３ｂｃ）のグループの一部であり、さらに、それらのそれぞれの取付板の円弧に沿って、−９０度、０度、＋９０度の位置に振り分けられている。
【００６５】
図２２は、クレードル取付板６３０の斜視図である。クレードル取付板６３０は、半円形スロット６３１と貫通孔６３１ａを形作っている。上で提供されたように、半円形スロット６３１は、カムフォロワ６３２を受容する。貫通孔６３１ａは、クレードル取り付けシャフト６３５を受容するものである。指標付け孔６３３ｃに加えて、指標付け孔６３３ａ、６３３ｂも図２２に示されており、所定の回転ポイントを提供し、また、クレードル取付板６３０の円弧の周りで、−９０度、０度、＋９０度の位置へ振り分けられている。また、図２２では、耐摩耗ブッシング６５１ａ、６５１ｂ、６５１ｃが示されている。ブッシング６５１ａ、６５１ｂ、６５１ｃは、指標付け孔６３３ａ〜ｃの内表面を形成するために与えられる。例えば、これらの耐摩耗ブッシングは鉄鋼製で、取付板６３０はアルミニウム製である。
【００６６】
図２３は、取付板６４０（例えば、取付板６４０ａ、６４０ｂの１つ）の斜視図である。上に提供したように、取付プレート６４０は、カムフォロワ６４２を受けるための半円形スロット６４１を形作る。取付板６４０は、また、フランジ（フランジ６４６ａまたはフランジ６４６ｂ）に取り付けられたシャフト（見えない）を受けるために、貫通孔６４１ａを形作る。テストヘッドは、クレードルへ回転可能な形で取り付けられた取付板６４０ａ、６４０ｂにしっかりと取り付けられる。図２３は、また、内側を覆われるそれぞれの指標付け孔へ挿入する耐摩耗ブッシング６５１ａ、６５１ｂ、６５１ｃを示している。さらに、図２３に示した取付板６４０は、また、多くのテストヘッド取付け孔６５５を形作る。テストヘッド取付け孔６５５により、テストヘッドを異なる位置へ取り付けることが可能となり、それにより、テストヘッドの重心は、旋回軸に対して所望されるように配置可能となる。旋回軸は、コンプライアント運動のためのバランスがとれた状態を提供するように、テストヘッドの重心を通過し、または重心に可能な限り近づくのが好ましい。
【００６７】
図２４は、シータコンプライアンスキャリヤ３０に結合されるスイングユニットサブアセンブリ２０の側面図である。図２４では、ベース２１０、ブロック２６０ａ、ブロック２２０、ロックブロック２４０及びロックハンドル２４６を含むスイングユニットサブアセンブリ２０の様々な機構が示されている。加えて、図２４では、取付板３１０、直線レール３３０ａ、３３０ｂ、空気圧シリンダ３４０ａ、シータ旋回ブロック３５０ａ、シータ旋回ボア３５１ａ、および空気圧ピストンロッド３４７ａを含むシータコンプライアンスキャリヤ３０の様々な構成部品が示されている。
【００６８】
図２５は、Ｂ―Ｂで切断した図２４の断面図である。図２５は、スプリング３２５ａ、３２５ｂ、３２５ｃ、３２５ｄの全てが、片方の端を、取付板３１０内のそれぞれのスプリング受けボア３２２ａ〜３２２ｂ内に挿入されている、内部の図を示している。スプリング３２５ａ、３２５ｄは、スプリングキャップ３７０ａ、３７０ｄを通して、スプリング止めねじ２７０ａ、２７０ｄのそれぞれの１つに接続されている。スプリング３２５ａ、３２５ｄは、スプリングキャップ３７０ａ、３７０ｄと同様に、スプリング受け孔２２２ａ、２２２ｄ内部に収納されている。スプリング止めねじ２７０ａ、２７０ｄは、貫通孔２２４ａ、２２４ｄと同様に、スプリング調整アクセス孔２７５ａ、２７５ｄのそれぞれの１つを通して調整可能である。
【００６９】
図２５には、直線レール３３０ｂ、空気圧シリンダ３４０ａ、３４０ｂと、ホルダアダプター３４２ａ、３４２ｂと、空気圧ピストンロッド３４７ａ、３４７ｂ、カムフォロワ３４５ａ、３４５ｂ、曲面２６５ａ、２６５ｂ、およびロックブロック２４０を含む、他の構成要素が示されている。
【００７０】
図２６は、本発明の例示的な実施形態に従う、テストヘッドマニピュレータと共に用いる空圧制御エンクロージャ（enclosure）７００の部分的な内部図（内部の一部分は取り除かれている）を示している。例えば、図２６に示した筺体（エンクロージャ）７００は、図３に示した空圧制御エンクロージャ４ａとして使用可能であろう。
【００７１】
図２６に示した制御エンクロージャ７００は、コラムユニット４の後部表面となり得る取付板７１０を有している。筺体７００は、また、側板７１２ａ、７１２ｂを有している。筺体内への空気分配を容易にするよう、空気吸入部７１３（例えば、迅速接続空気吸入部）が設けられている。ロックハンドル７１４は、空気圧系統の動作をロックし防止するロック機構を操作するものである。ストップボタン７１６は、空気吸入部７１３を通る空気の流れを止めるよう作動する。取り付けブラケット７１５とブラケット７１８は、制御エンクロージャ７００内部の構成要素を支えるように設けられている。空気レギュレータ７２０は、レギュレータポート７２２、７２３に接続されている。例えば、レギュレータポート７２２、７２３のうちの１つは吸気ポートであってもよく、さらに、レギュレータポート７２２、７２３の他方は、排気ポートであってもよい。レギュレータ調節シャフト７２５（すなわち、調整制御装置）は、レギュレータ７２０を調整するために設けられている。アクセス孔７２８により、オペレータは、レギュレータ調節シャフト７２５を調節する（例えば、ヘックス、溝付、またはフィリップスドライバを用いて）ことで、空気圧を調節することが可能となる。また、空圧エンクロージャには、第１空気圧シリンダ７３１、第２空気圧シリンダ７３２、第１空気圧ピストンロッド７３５、Ｕ字形金具７３８、第１制御バルブ７４１、および第２制御バルブ７４２（これらの機能は、それぞれ、以下で説明される）も収容されている。
【００７２】
図２７は、Ａ―Ａで切断した図２６の断面図である。上述のように、レギュレータ調節シャフト７２５は、レギュレータ７２０からの空気圧分配を調節するために、オペレータにより（アクセス孔７２８を通して）調節することができる。レギュレータ調節シャフト７２５の位置を遠隔的に制御するために、以下に説明する構成要素が提供された。リンク７５５は、レギュレータ調節シャフト７２５を旋回ピン７５２へ結合している。旋回ピン７５２は、リンク７５５をＵ字形金具７３８へ結合している。旋回ピン７５２は、スプリングクリップ７３９を通って延びている。第１空気圧ピストンロッド７３５は、Ｕ字形金具７３８から第１空気圧シリンダ７３１まで延びている。第１空気圧シリンダ７３１は、第２空気シリンダ７３２へ結合されている。旋回取付具７５０は、第２空気圧シリンダ７３２の取り付けのために設けられている。
【００７３】
図２８は、図２６〜２７に示すレギュレータ制御機構の様々な要素の斜視図である。レギュレータ調節シャフト７２５は、少なくとも部分的に、シャフトロックブロック７６０を通して延びている。ねじ７５７ａ、７５７ｂは、リンク７５５をシャフトロックブロック７５０へ取り付けている。ねじ７６１ａ、７６１ｂは、シャフトロックブロック７６０を圧縮力を加え、それをレギュレータ調節シャフト７２５へしっかり固定する。ねじ７５７ａ、７５７ｂ、７６１ａ、７６１ｂを緩めて、リンク７５５をシャフトロックブロック７６０に対して動かし、その後、再びねじを締めることにより、図２８に示したレギュレータ制御機構を介してもたらされるレギュレータ７２０の（レギュレータ調節シャフト７２５の回転量に対応している）規制量が制御される。上述のように、旋回ピン７５２は、リンク７５５をＵ字形金具７３８へ接続している。第１空気圧ピストンロッド７３５は、第１空気圧シリンダ７３１をＵ字形金具７３８へ接続している。第１空気圧シリンダ７３１は、第２空気シリンダ７３２（旋回取付具７５０へ順番に接続され、旋回取付具７５０を用いて取り付けられる）へ接続される。
【００７４】
図２９は、図２８の一部分の詳細な斜視図である。図３０は、図２８の一部分のさらに詳細な斜視図である。
【００７５】
図２６〜３０に示したこの装置は、オペレータが、空気圧シリンダにより支持された負荷を位置決めすることを補助するのに使用可能である。例えば、メインシリンダ内のピストンは、テストヘッド取付ユニット及びテストヘッドの負荷を支持可能である。さらに、レギュレータは、外部の力によりテストヘッドが上下されると、シリンダ内のガスを定圧で保持するように設けられている。したがって、テストヘッドは、例えば、全てスミス氏（Ｓｍｉｔｈ）に付与されている米国特許第５，１４９，０２９号及びそのファミリで説明されているように、実質的に無重量の状態に保たれる。
【００７６】
ここで、図２６〜３０では、この装置の追加的な細部が示されている。上述のように、図２６は、側板７１２ａ、７１２ｂを有する空圧制御エンクロージャ内部の選択された構成要素の部分的な配置図を提供する。様々な構成要素を相互に接続する管材などは、簡略化のために示されていない。レギュレータ７２０が、メイン垂直シリンダへ調整されたガス圧力を提供するために含まれている。提供されている例示的なレギュレータ７２０は、ＳＭＣ Ｍｏｄｅｌ ＩＲ ３０２０−Ｆ０３である。ポート７２２、７２３は、空気供給およびメイン垂直シリンダへ結合するよう含まれている。空気は、迅速接続カップリング７１３を経由して、筺体内部の装置へ供給される。ブラケット７１５は、迅速接続７１３およびレギュレータ７２０の双方へ取付支持を提供する。ロック装置は、有害な事故を最小にするよう含まれており、ハンドル７１４により操作される。例えば、ハンドル７１４が、図示の３時の位置にあるとき、本装置への空気供給はオフにされ、メイン垂直シリンダのピストンの運動を防止するためブレーキがかけられる。したがって、テストヘッドの垂直位置は適所でロックされる。ハンドル７１４は、ほぼ４：３０にあたる位置を通って時計回りに回されると、空気がレギュレータ７２０へ加えられ、その結果、シリンダは、レギュレータ７２０で決定された圧力まで加圧される。ハンドル７１４がさらにほぼ６時の位置へ回転すると、ブレーキが解除され、テストヘッドは、垂直方向へ安全に移動可能となる。逆に、ハンドル７１４を６時の位置から３時の位置まで回転させると、まずブレーキがかかり、その後レギュレータへの空気供給が切断される。
【００７７】
オペレータは、シャフト７２５を回転させることにより、レギュレータ７２０によって提供される圧力を調節可能である。こうした調節を容易にするために、シャフト７２５は、その遠心端にドライバスロットを有している。側板７１２ａは、カバーが適所にある場合に、アクセスをもたらすアクセス孔７２８を有している。本装置は、さらに、調整された圧力の小さな変化を、遠隔的に実現可能とするよう提供される。この装置は、説明されるべき他のアイテムに加えて、シリンダ７３１、７３２と、ピストンロッド７３５、Ｕ字形金具７３８、および５／２制御バルブ７４１、７４２を有している。
【００７８】
使用に際しては、通常、レギュレータ７２０により提供される圧力は、典型的には、負荷を上げるのに要する力が負荷を下げるのに要する力とほぼ等しくなるように、調節される。摩擦とメイン垂直シリンダの離反力とが組み合わされると、時として、運動に要する力は、特に、僅かで正確な運動が必要とされている場合には、所望のものより大きくなってしまう場合がある。この困難さは、所望される運動が上方向なら圧力が僅かに増加し、所望される運動が下方向なら圧力が僅かに減少する場合には、克服可能である。また、負荷が独立して動くことになるよう、レギュレータを調節することも可能である。例えば、レギュレータが、シリンダの上向き離反力と負荷重量を加算したよりも僅かに大きな力を加えるように調節されている場合には、負荷は上昇することになる。逆に、レギュレータが、負荷重量からシリンダの下向き離反力を減算したよりも小さな力を加えるように調節されている場合には、負荷は下向きに移動することになる。運動を与えるようにレギュレータを調節する際には、安全な運動のために、より過度の、または不十分な圧力のいずれかに起因する事故を防止するように、注意することが必要である。
【００７９】
図３２は、ロッカースイッチ７７２を含んでいる携帯用制御ペンダント７７０（すなわち、リモートユニット７７０）を示している。ペンダント７７０は、チューブ７８５、７８６、７８８（すなわち、流体キャリヤ７８５、７８６、７８８）により制御エンクロージャ７００に接続される。以下の記述では、一般性を損なうものではないが、レギュレータシャフト７２５（すなわち、調整制御装置７２５）を時計回りへ回転させると圧力を増加させ、反時計回りへ回転させ圧力を減少させることが仮定されている。第１動作モード（「モード１動作」）では、制御ペンダント７７０は、オペレータが手動で負荷を上げ下げするのを補助するよう使用可能である。上げるためには、オペレータは、ロッカー７７２を「上げ」位置へ押して、それを保持する。これにより、レギュレータシャフト７２５はその基準位置から時計回りへ僅かに回転され、メイン垂直シリンダ内の圧力を増加させて、オペレータは負荷をより容易に上げることができることになる。逆に、ロッカー７７２を「下げ」位置へ押し、それを保持することにより、レギュレータシャフト７２５はその基準位置から反時計回りへ僅かに回転され、メイン垂直シリンダ内の圧力を減少させて、オペレータは負荷を容易に下げることができることになる。ロッカー７７２を解放すると、それはニュートラル位置へ戻り、レギュレータシャフト７２５はその基準位置に戻される。
【００８０】
第２動作モード（「モード２動作」）では、制御ペンダント７７０は、オペレータが外部の力を加えることなく負荷を上げ下げすることができるよう使用可能である。この場合、上げ下げのいずれかの位置へロッカー７７２を押すことにより、レギュレータシャフト７２５の多少大きな回転が引き起こされ、次に、第１動作モードより大きなメイン垂直シリンダにおける圧力変化を引き起こす。外部の力を加えることなく負荷を移動可能とするに足るほど大きいが、運動が適度に遅くてロッカー７７２を解放することで停止可能とし、これによりレギュレータシャフト７２５がその基準位置へ戻されるに足るほど小さくなるように、圧力変化が調節される。したがって、第２動作モードにおいて上昇させるには、オペレータは、「Ｕｐ」位置までロッカー７７２を押し、それを保持する。これにより、レギュレータシャフト７２５はその基準位置から時計回りに回転され、メイン垂直シリンダ内の圧力を、負荷が上方へ移動するポイントまで増加させる。逆に、「下げ」位置にロッカー７７２を押して、それを保持することにより、レギュレータシャフト７２５（すなわち、調整制御装置７２５）は、その基準位置から反時計回りに回転され、メイン垂直シリンダ内の圧力を、負荷が下方へ移動するポイントまで減少させる。ロッカー７７２を解放すると、それはニュートラル位置へ戻り、レギュレータシャフト７２５はその基準位置に戻され、負荷の運動は停止する。
【００８１】
再び図２８〜３０へ戻ると、ここには、装置の斜視図が提供されている。２つの小さな空気圧シリンダ７３１、７３２が備えられている。シリンダ７３２は、順番に筺体７００へ取り付けられる旋回取付具７５０の周りに旋回可能な形で取り付けられている。シリンダ７３１は、シリンダ７３２のピストンロッド（見えていない）の遠位端に取り付けられている。したがって、シリンダ７３１は、シリンダ７３２のピストンと共に動く。シリンダ７３１のピストンロッド７３５は、その遠位端に取り付けられたＵ字形金具７３８を有している。リンク７５５は、クレビスピン７５２と、スプリングクリップ７３９により、従来の方法でＵ字形金具７３８に取り付けられる。
【００８２】
シャフトロックブロック７６０は、レギュレータシャフト７２５を取り囲んでおり、そして図示のようにスリットが設けられている。ねじ７６１ａ、７６１ｂは、ロックブロック７６０をシャフト７２５へしっかりと固定するように締めることができる。特に、シャフト７２５は、ねじ７６１ａ、７６１ｂが締められた場合に、ロックブロック７６０を回転させることによって回転可能である。ねじ７６１ａ、７６１ｂが緩められると、シャフト７２５は、ブロック７６０の位置を変更することなく、ねじ回しによって回転可能である。
【００８３】
リンク７５５は、リンク７５５に示したスロットを貫通するねじ７５７ａ、７５７ｂにより、ブロック７６０へ取り付けられている。リンク７５５は、シャフト７２５に対して垂直なブロック７６０内のスロット内部へ取り付けられる。ねじ７５７ａ、７５７ｂが緩められると、リンク７５５は、シャフト７２５に対して直交して位置決め可能となる。ねじ７５７ａ、７５７ｂが締められると、リンク７５５の位置は、シャフト７２５に対して固定される。したがって、シャフト７２５とクレビスピン７５２との間の距離、すなわちリンク７５５の作動距離、は調節可能である。
【００８４】
ここで、装置を３つの異なる位置で模式的に図示する図３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃの助けをかりて、機構の動作を説明する。図３１Ａは、その基準位置にある機構を示している。シリンダ７３２内のピストンとそのピストンロッド７３６は引き戻されており、シリンダ７３１内のピストンとロッド７３５は延び出ている。シャフト７２５は、垂直なスロットにより示されているように、基準圧力位置にある。
【００８５】
図３１Ｂでは、シリンダ７３２内のピストンとロッド７３６が延び出て右方に動いており、それにより、シリンダ７３１とロッド７３５を右方に動かしている。これにより、リンク７５５とシャフト７２５を時計回りに回転させ、それにより、圧力を変化させる。この過程で、シリンダ７３１、７３２、ロッド７３５、７３６、およびＵ字形金具７３８を含むアセンブリは、旋回取付具７５０の周りで回転する。
【００８６】
図３１Ｃでは、シリンダ７３１、７３２内のピストンは双方とも引き戻され、それにより、リンク７５５とシャフト７２５を共に反時計回りへ回転させ、その結果、逆方向に圧力を変化させる。
【００８７】
図３３は、例示的な制御スキームを示す概略図である。空気（または他の適当な流体）は、迅速接続７１３（例えば、図２６に示す迅速接続７１３）へ接続可能な管材７９０を通って、キャビネットへ提供される。その後、流体は、チューブ７８８を通してキャビネットからペンダント７７０へ提供される。このコンセプトは、圧縮性（例えば、ガス）の流体または非圧縮性（例えば、液体）の流体のいずれにも使用可能であることに留意すべきである。しかしながら、一般に、半導体テストの環境では、一般に、空気などのガスがユーザにより好まれている。
【００８８】
携帯ペンダント７７０内部には、手動で駆動される２つの制御バルブ７８１、７８２が存在する。バルブ７８１、７８２は共に、３つのポートと２つの位置を有する３／２タイプのものである。ロッカー７７２はバルブ７８１、７８２を作動させる。バルブ７８１、７８２の双方は、それらが備えているスプリングにより、ロッカー７７２に接触して保持される。通常では、いずれのバルブも作動しない。したがって、空気は、キャビネット内でバルブ（次に説明される）の作動ポートに接続したチューブ７８５、７８６内へ供給されている。ロッカー７７２が上げ位置へ押されると、バルブ７８２が作動し、チューブ７８６への空気供給が止まる。同様に、ロッカー７７２が下げ位置へ押されると、バルブ７８１が作動し、チューブ７８５への空気供給が止まる。
【００８９】
キャビネット７００内のバルブ７４１、７４２はそれぞれ、シリンダ７３１、７３２の制御に用いられる。図３３の例示的な実施形態に示したように、バルブ７４１、７４２は、５つのポートと２つの位置のもの、すなわち５／２バルブである。さらに、バルブ７４１、７４２は、戻しばねを備えた空気作動のものである。チューブ７８５内の圧力はバルブ７４１を作動させ、チューブ７８６内の圧力はバルブ７４２を作動させる。したがって、ロッカー７７２が基準位置にある（上、下のいずれにも押されない）と、バルブ７４１、７４２の双方が作動する。これにより、シリンダ７３２内のピストンロッド７３６を引き戻し、シリンダ７３１内のピストンロッド７３５を延ばす圧力が提供される。これは、図３１Ａに示した、レギュレータ調節シャフト７２５の基準設定に対応する状態である。
【００９０】
ロッカー７７２を上げ位置へ押すことにより、バルブ７４２は停止される。これにより、順に、シリンダ７３２内部のピストンのすでに加圧された側の圧力が解放され、さらに、反対側へ圧力が加えられる。その結果、ピストンロッド７３６が延ばされ、ピストンロッド７３６、７３５の双方も延ばされる。これは、レギュレータ調節シャフト７２５が時計回りに回転した図３１Ｂの構成に対応しており、例示的なシステム内では、メイン垂直シリンダへ供給される圧力を増加させ、負荷を上げたり、または負荷がより容易に上がるようにする。ロッカー７７２を解放することにより、バルブ７８２をその非作動位置へ戻し、７４２のアクチュエータに圧力を加えることが可能である。したがって、ピストンロッド７３６は引き戻され、システムを図３１Ａに示した基準圧力構成へ戻すことになる。
【００９１】
同じように、ロッカー７７２が下げ位置へ押されると、シリンダ７３１のピストンロッド７３５が引き戻されることになる。これにより、図３１Ｃに示したように、レギュレータ調整シャフト７２５を反時計回りへ回転させる。したがって、例示的なシステムでは、メイン垂直シリンダへ供給された圧力を減少させ、外部の力により、負荷を下げたり、または負荷が容易に下がるようにする。
【００９２】
図３１〜３３に示した本発明の例示的な実施形態では、ロッカー７７２の構造、並びにバルブ７４１、７４２、７８１、７８２の構成および相互接続に起因して、バルブ７４１、７４２の双方を停止させることはできない。このことは、入口側管材７９０から圧力が除去されるときにのみ生じ得る。
【００９３】
本発明の例示的な実施形態によると、以下の手順が、システムのセットアップ及び調節に続くことができる：システムに対する圧力はオフにされ、さらに、メイン垂直シリンダのピストンは引き戻されて、テストヘッドはその最も低い位置に下ろされる。ねじ７５７ａ、７５７ｂ、７６１ａ、７６１ｂは全て緩められる。レギュレータ調整シャフト７２５は、テストヘッドを上げるのに不十分な圧力であることが知られている位置に回転される。例えば、ロック７１４をオン位置（すでに説明した６時の位置）へ回転させることにより、空気がシステムへ加えられる。レギュレータ調整シャフト７２５は、メイン垂直シリンダ内の圧力を増加させるよう、ゆっくり回転される。圧力が増加するにつれ、テストヘッドを上げるのに要する力がモニターされる。テストヘッドを手動で上げることができるまで、圧力が増加される。その後、テストヘッドの負荷は、メイン垂直空気圧シリンダのピストンロッド８がほぼ５０％延びた、およその中間位置まで、手動で上げられる。調整シャフト７２５は、テストヘッドを上げるのに必要な力が、テストヘッドを下げるのに必要な力とほぼ同じ位置となる点での圧力になるまで、（双方の方向へ）調整される。多くの場合、これは手動の「感じ」により測定可能である。さもなければ、バネばかり、または他の器具が使用可能であろう。ここで、ねじ７６１ａ、７６１ｂは、ねじ７５７ａ、７５７ｂと同様に締められる。ロッカー７７２は、上げ位置まで押されて、そこで保持される。シャフト７２５が時計回りへ確実に回転したのをチェックしてもよい。負荷を上げるのに必要な力がモード１動作に十分な程度に減少されたこと、または、負荷がモード２動作に所望される速度で上方へ移動することを、さらにチェック可能である。ロッカー７７２は、下げ位置へ押され、そこで保持される。シャフト７２５が反時計回りへ回転したか否かをチェックしてもよい。負荷を下方へ移動させるのに必要な力が、モード１動作に十分な程度減少されたこと、または、負荷がモード２動作に所望される速度で下方へ移動することを確認するよう、さらにチェックすることが可能である。ねじ７５７ａ、７５７ｂは緩められてもよく、さらに、シャフト７２５に対するリンク７５５の位置は、所望のように調整されてもよい。すでに定義された作動長は、圧力の変化を大きくし、それにより運動に必要な力の変化を大きくするよう増加され、さらに、圧力変化および必要な力の変化を小さくするよう減少される。リンク７５５の作動長が調整されるのにつれ、所望の基準設定を維持するよう、ロックブロック７６０の位置における小さな調整が必要となってもよい。これは、ねじ７６１ａ、７６１ｂを用いることにより達成される。ロッカー７７２を押せば、テストヘッドの急速な補助されていない上下動を引き起こすポイントへ、リンク７５５の作動長を調整可能であることに留意されたい。
【００９４】
特定の状況では、運動が制御されていない場合、こうした状態は、安全上の懸念のために回避すべきである。しかしながら、すでに説明したように、本発明の特定の例示的な実施形態では、ペンダント７７０（すなわち、リモートユニット７７０）は、垂直軸に沿った動作範囲内でテストヘッドの位置を制御するのに使用可能である。これらの実施例では、こうした実質的な垂直動作範囲はコンプライアント動作範囲（すなわち、テストヘッドは、動作範囲内で実質的に無重量の状態で提供可能である）でもよい。さらに、ペンダント７７０の操作を通して提供される（または、例えば、制御エンクロージャ７００内のマニピュレータを用いて、ローカルで操作される）、こうした実質的に垂直な動作範囲は、実質的に垂直な広い動作範囲をテストヘッドへ提供するための、実質的に垂直な第２動作範囲（例えば、図１９に示した垂直キャリヤサブアセンブリ５０などの、負荷支持のための第２支持構造体により提供される、実質的に垂直な第２動作範囲）と関連して使用可能である。
【００９５】
図２６〜３３に示した、本発明の例示的な実施形態を通して、所与の軸の所与の軸に沿う方向で、または所与の軸の回りで、テストヘッドなどの負荷を手動で操作するのに必要な力は、モード１動作のために実質的に減少させることができる。また、説明された実施例は、モード２動作を可能にし、それにより、負荷は、人間の、または他の外的力を用いることなく、所与の軸の所与の方向に、または所与の軸の回りで（たとえ、対応状態であっても）、制御可能な状態で移動される。例えば、本システムは、リモートスイッチ（例えば、スイッチ７７２の上下ボタン）を一回押すと、所与の軸の所与の方向に沿って、または所与の軸の回りでテストヘッドを操作するのに必要な力が、所定の増減をするのに対応して、シャフト７２５が所定量だけ回転することになるよう、構成されていてもよい。こうした構成では、モード１動作の訓練を受けた人が、シャフト７２５の回転を増加させ、その後、所望の方向へ負荷を操作するのに必要な力を手動でチェックし、リンケージを調整し、さらにこの過程を、所望の方向へ負荷を操作するのに必要な力が、低い技術のオペレータによる操作用に受け入れ可能となるまで継続してもよい。同様に、モード２動作の訓練を受けた人が、シャフト７２５の回転を増加させ、その後、所望の方向への適切な運動を手動でチェックし、リンケージを調整し、さらにこの過程を、所望の方向への運動が、低い技術のオペレータによる安全な操作用に受け入れ可能な速度となるまで継続してもよい。
【００９６】
代替的に、リモートスイッチ（例えば、スイッチ７７２上の上下ボタン）が押し下げられている限り、システムは、シャフト７２５を間断なく回転させるよう構成可能である。こうした状況で、オペレータは、所望の方向にテストヘッドを操作するのに必要な力がいつ受け入れ可能となるかを判断し、その後、スイッチを解放するために、手動でテストヘッドの上に手を維持しておくことができる。
【００９７】
本願明細書に示したペンダント７７０は、流体（例えば、空気）管材料のみがペンダント７７０へ接続されているとき、電気接続を全く含んでいない。特定のアプリケーションでは、これは、感電、スパーク、アークなどの危険性を軽減するので望ましいであろう。しかしながら、若干のアプリケーションでは、電気的制御、電子的制御、またはマイクロプロセッサに基づく制御を備えたペンダントが望ましい。図２６は、任意のコンピュータ８００に接続された、任意のペンダント７７０ａを示している。コンピュータ８００は、例えば、筺体７００内部に取り付けられている。こうした構成では、ペンダント７７０ａは、信号を（例えば、圧力信号を増加させ、または減少させる）コンピュータ８００へ送信するのに用いられてもよく、コンピュータ８００は、レギュレータ７２０の規定を制御するのに使用されてもよい。もちろん、コンピュータ８００は、パーソナルコンピュータ、またはプログラム可能ロジックコントローラなどのいかなるタイプのマイクロプロセッサ（または、他のプロセッサ）に基づいたシステムであってもよい。コンピュータ８００は、代替的に、配線ロジック回路、または電気機械（例えば、リレー）システムなどの非プログラム式システムに取り替えられてもよい。こうした高度コントローラにより、非常に多くの付加機能と、作動モードが加えられることになる。
【００９８】
図３４は、空気圧シリンダ３４０ａ、３４０ｂを制御する、圧力調整装置の典型的概略図である。この概略図は、本発明で用いられる空気圧シリンダが、どのように制御可能であるかを例示している。加圧された空気は、ほとんどのテスト設備または他の産業設備で一般に使用可能な空気ソースから、迅速接続５３１０を通して圧力調整装置へ入力される。
【００９９】
圧力規定システムは、シリンダ３４０ａ、３４０ｂ上で負荷を支持可能な程度の圧力を提供するよう調整された、正確な圧力レギュレータ５３２０を含んでいる。
【０１００】
圧力レギュレータ５３２０は、負荷で圧力が低下する場合、入力接続５３１０からより多くの空気を流入可能にすることにより、さらに、負荷で圧力が上昇する場合、空気を解放することにより、その排出口での定圧を維持しようとする。レギュレータ５３２０は、こうした定常状態制御を提供する。また、位置決め目的用の外部の力により、負荷に与えられる小さな運動への流れにおける適切な過渡応答を容易にする、一方向レストリクター５３３０ａ、５３３０ｂが提供されている。レストリクター５３３０ａ、５３３０ｂは、シリンダ３４０から、それらを通って流体が戻るのを防止するよう配置されている。
【０１０１】
ここで、負荷が、シリンダ３４０ａ、３４０ｂに対して、手動で上げられる（すなわち、外部から与えられる力により、ピストンロッド３４８ａ、３４８ｂを延ばす方向へ移動され）場合、その後、シリンダ３４０ａ、３４０ｂ内の圧力は、持ち上げる力に従い減少される。圧力レギュレータ５３２０は、圧力の低下を認識し、シリンダ３４０ａ、３４０ｂ内へ追加流体を入れることにより、本来の目標圧に達するまで流体圧力を増加させる。代替的に、負荷が、シリンダ３４０ａ、３４０ｂに対して下向きに押されるなら、シリンダ３４０ａ、３４０ｂの圧力は増加する。圧力レギュレータ５３２０は、この圧力増加を認識し、再び元の目標圧力に達するまで、シリンダ３４０ａ、３４０ｂから流体を排出する。
【０１０２】
説明した例示的な実施形態では、２つのシリンダ３４０ａ、３４０ｂは同じものである。単一のレギュレータ５３２０は、シリンダ３４０ａ、３４０ｂの両方に供給するので、双方の圧力は同じである。したがって、摩擦や可能な結合を最小に維持することを補助する、対称な力が提供されている。したがって、２つのシリンダにより提供される総力は、シリンダ３４０ａ、３４０ｂのいずれかの２倍の面積のピストンを有する、一気筒により提供される力と、常に同じである。
【０１０３】
すでに図３〜３４に関して説明したように、本発明は、負荷の取り扱い操作の改善のために、多くの新規な機構を提供している。しかしながら、本発明の特定の実施例は、これらの特徴の一つ一つを含んでいるというわけではない。例えば、図３５は、テストヘッドマニピュレータ３５００の斜視図である。テストヘッドマニピュレータ３５００は、図３に示したテストヘッドマニピュレータ１に関してすでに説明したものと同様の、多くの機構を含んでいる。例えば、テストマニピュレータ３５００は、垂直コラムユニット３５０４、制御エンクロージャ３５０４ａ、Ｘキャリヤサブアセンブリ３５４０、垂直キャリヤサブアセンブリ３５５０、およびクレードルサブアセンブリ３５６０を含んでいる。テストヘッドマニピュレータ３５００は、負荷（すなわち、テストヘッド）に、回転軸３５７０の周りでの回転動作範囲を提供する。テストヘッドマニピュレータ１に関してすでに説明した対応する回転軸（図１１に示すシータ旋回ボア３５１ａ、３５１ｂの周りの回転軸）と対照的に、回転軸３５７０の周りの回転動作範囲は、対応していない。
【０１０４】
図３６は、テストヘッドマニピュレータ３５００の一部分の詳細図である。図３６に示すように、Ｘキャリヤサブアセンブリ３５４０は、レール３５４２ａ、３５４２ｂに対して係合して、移動する、リニアベアリング３５４４ａ、３５４４ｂを含んでいる。また、テストヘッドマニピュレータ３５００は、左右方向の動きをロックするロック３５４６を含んでいる。テストヘッドマニピュレータ３５００は、また、回転軸３５７０の周りで負荷を傾けるよう、手動で（または、自動化され、遠隔的に操作可能な）調整可能なねじハンドル３５７２を含んでいる。
【０１０５】
本発明は、主として、実質的に無重量の状態で上下動を与えるのに空気圧技術が使用されるコラムに位置する、テストヘッド取り付けユニットに関して説明してきたが、本願明細書に説明されている新規な概念は、平衡マニピュレータ（これに限られない）を含む、他のタイプのマニピュレータと共に使用可能である。本発明は、垂直支持および運動を提供する手段に依存するものではない。
【０１０６】
本発明の様々な態様は、圧縮可能な流体で動作する空気圧システムを用いて説明されてきた。流体の圧縮性は、コンプライアンスユニットに好適であり、それにより、変化した体積における定圧性から利益を得る。すでに図２６〜３３に関して説明した圧力調整装置は、やはり空気で作動する２つのシリンダ７３１、７３２を組み込んでいる。この実施例では、非圧縮性の作動液で代替することもできる。しかしながら、水圧技術は、漏出などに起因する損害のために、特定のアプリケーションには好適ではない。こういう場合には、通常、ガス‐ベースのシステム（例えば、空気）が好適である。
【０１０７】
本願明細書に使用される、「流体」という用語は、ガスと液体の両方を含む、広い流体のカテゴリを示している。
【０１０８】
本願明細書で使われている、「コンプライアント機構（ｃｏｍｐｌｉａｎｔ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）」という用語は、実質的に無重量の状態で、軸方向または軸周りに負荷を支持する力を少なくとも部分的に提供する機構（例えば、スプリング、空気圧アクチュエータなど）を示している。
【０１０９】
本願明細書で使われている、「コンプライアント動作範囲（ｃｏｍｐｌｉａｎｔ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｍｏｔｉｏｎ）」という用語は、実質的に無重量の状態で、軸方向または軸周りに負荷が支持されている、軸方向または軸周りでの負荷の動作範囲を示している。
【０１１０】
本発明は、主として集積回路をテストするためのテストヘッドに関して説明されてきたが、これに限定されるものではない。本発明の様々な態様は、多くの異なる負荷、特に、正確な操作および／または位置決めの重負荷、のいずれにも適用可能である。
【０１１１】
本発明は、シリンダに対する加圧流体として主として空気が提供されるものに関して説明されてきたが、これに限定されるものではない。液体気体にかかわらず、いかなるタイプの流体も、これらの実施例で利用可能である。
【０１１２】
説明された実施例に対し、請求項に個別に定義されている本発明の範囲から逸脱することなく、他の変更が実施可能であることが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】テストヘッドとそれに取り付けられた第１座標系の斜視図である。
【図２】本発明の様々な例示的な実施形態を解説する際に役立つ第２座標系の斜視図である。
【図３】本発明の例示的な実施形態に係るテストヘッドマニピュレータの斜視図である。
【図４】本発明の例示的な実施形態に係るテストヘッド取付ユニットの斜視図である。
【図５】図４に示したテストヘッド取付ユニットの部分的な分解斜視図である。
【図６】図４に示したテストヘッド取付ユニットの後部斜視図である。
【図７】図４に示したテストヘッド取付ユニットの部分的な分解背面図である。
【図８】本発明の例示的な実施形態に係るスイングユニットサブアセンブリの背面斜視図である。
【図９】図８に示したスイングユニットサブアセンブリの前面斜視図である。
【図１０】図８に示したスイングユニットサブアセンブリの分解前面斜視図である。
【図１１】本発明の例示的な実施形態に係るシータコンプライアンスキャリヤの後面斜視図である。
【図１２】図１１に示したシータコンプライアンスキャリヤの前面斜視図である。
【図１３】図１１に示したシータコンプライアンスキャリヤの分解斜視図である。
【図１４】本発明の例示的な実施形態に係る、空気圧シリンダ、ホルダアダプター及びカムフォロワの分解斜視図である。
【図１５】図１４に示したホルダアダプター及びカムフォロワの分解斜視図である。
【図１６】本発明の例示的な実施形態に係るＸキャリヤサブアセンブリの背面斜視図である。
【図１７】図１６に示したＸキャリヤサブアセンブリの前面斜視図である。
【図１８】本発明の例示的な実施形態に係る垂直キャリヤサブアセンブリの背面斜視図である。
【図１９】図１８に示した垂直キャリヤの前面斜視図である。
【図２０】本発明の例示的な実施形態に係るクレードルサブアセンブリの背面斜視図である。
【図２１】図２０に示したクレードルサブアセンブリの前面斜視図である。
【図２２】本発明の例示的な実施形態に係るロール運動の提供に役立つクレードル取付板の斜視図である。
【図２３】本発明の例示的な実施形態に係るピッチ運動の提供に役立つクレードル取付板の斜視図である。
【図２４】本発明の例示的な実施形態に係るスイングユニットサブアセンブリ及びシータコンプライアンスキャリヤの側面図である。
【図２５】Ｂ―Ｂで切断した図２４の断面図である。
【図２６】本発明の例示的な実施形態に係る空圧制御エンクロージャの部分的内部図である。
【図２７】Ａ―Ａで切断した図２６の断面図である。
【図２８】本発明の例示的な実施形態に係るレギュレータ制御機構の斜視図である。
【図２９】図２８の一部の詳細斜視図である。
【図３０】図２８の他の部分的な詳細斜視図である。
【図３１Ａ】図２８に示したレギュレータ制御機構の模式図である。
【図３１Ｂ】図２８に示したレギュレータ制御機構の模式図である。
【図３１Ｃ】図２８に示したレギュレータ制御機構の模式図である。
【図３２】本発明の例示的な実施形態に係る空圧制御ペンダントの斜視図である。
【図３３】図２８に示したレギュレータ制御機構の様々な構成要素および相互接続の概略図である。
【図３４】本発明の例示的な実施形態に係る圧力調整システムの概略図である。
【図３５】本発明の例示的な実施形態に係るテストヘッドマニピュレータの斜視図である。
【図３６】図３５の一部の詳細図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１Ａ】
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【図３１Ｂ】
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【図３１Ｃ】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【国際調査報告】
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