CN1280635C

CN1280635C - 测试头对接系统及方法

Info

Publication number: CN1280635C
Application number: CNB028153995A
Authority: CN
Inventors: 瑙姆·古丁; 克里斯托弗·L·韦斯特; I·马文·韦勒斯坦; 尼尔斯·O·尼; 阿林·R·霍尔特
Original assignee: InTest IP Corp
Current assignee: InTest Corp
Priority date: 2001-07-16
Filing date: 2002-07-12
Publication date: 2006-10-18
Anticipated expiration: 2022-07-12
Also published as: TWI223074B; KR20040028925A; EP1410048B1; WO2003008984A3; JP2004536311A; US7109733B2; US7466122B2; HK1068954A1; CN1539083A; DE60238767D1; EP1410048A2; US20040239353A1; AU2002355083A1; MY135759A; ATE493665T1; MY140532A; US20070013405A1; JP4084301B2; WO2003008984A2

Abstract

本发明提供一用于将一电测试头与一处理设备对接的系统。该系统包括至少部分地校准并基本上将所述电测试头与处理设备集合在一起的一个组件。该系统还包括仅提供部分的动力帮助将所述电测试头与处理设备集合在一起的一动力驱动致动器。

Description

测试头对接系统及方法

技术领域

本发明涉及电子测试头对接领域，特别地涉及通过一个或多个对接致动的对接致动器为凸轮施加、至少部分动力的一用于测试头对接的方法和装置。

背景技术

在制造集成电路(ICs)和其它电子装置过程中，使用自动测试设备(ATE)在整个过程的一个或多个阶段进行测试。使用特殊处理设备把要测试的装置定位进行测试。在某些情况下，当对要测试的装置进行测试时，所述特殊处理设备可以将其置于适当的温度和/或保持其在适当的温度。所述特殊处理设备包括对在一个晶片上没封装的装置进行测试的“探针”和对封装部分进行测试的“装置处理机”的各种类型；下面“处理设备”就用于指这种设备。由一个大型和昂贵的ATE系统提供自身电子测试，所述ATE系统包括一个要与所述处理设备连接和对接的测试头。所述进行测试的装置(DUT)要求准确、高速信号以使测试更有效；因此，在ATE内部的用于测试所述DUT的所述“测试电子仪器”一般地被放在所述测试头上，所述测试头必须尽可能地靠近所述DUT。随着电子连接器数量的增加使DUT变得更加复杂，所述测试头非常重，其尺寸和重量从几百磅增长到最近的两到三千磅。通过一电缆装置，所述测试头一般地与所述ATE的固定主体连接，所述电缆装置提供信号、接地、和电力的通路。而且，所述测试头可以要求提供柔软管道的方式供应冷却剂，所述柔软管道经常与所述电缆绑在一起。

在测试复杂的装置时，在所述测试头和所述DUT之间要建立成百上千个电连接。要由许多纤细的、密集的相互隔开的触点来完成这些连接。在测试晶片上的未封装的装置时，一般地要由安装在探针卡上的针型的探针完成与所述DUT的实际连接。在测试封装的装置时，典型使用一个安装在一“DUT板”上的测试插座。在两种情况下，探针卡或DUT板通常适当地固定在处理设备上，所述处理设备将多个DUT中的每一个顺序地放入要测试的位置。在两种情况下，所述探针卡或DUT板同样也设有能够使测试头进行相应电连接的连结点。所述测试头一般地设置一接口单元，该单元包括完成与探针卡或DUT板连接的触点部件。所述触点部件一般地为弹簧加载的“弹簧伸缩插脚(Pogo pins)”。总之，所述触点非常脆弱和纤细的，并且必须受到保护防止被损坏。

为相对所述处理设备操纵所述测试头，可以使用测试头操纵器。这样的操纵可以高到为相对实际距离为一米或更高的量级。标板就是能够从一个处理设备迅速地到另一个处理设备或将所述测试头迅速从处理设备上移开以使用和/或以改变接口部件。当所述测试头被支持在相对所述处理设备的一个位置时完成所有测试头和探针卡或DUT板之间的连接，所述测试头被称为“对接”到所述处理设备。为了进行成功的对接，所述测试头必须在相对一个笛卡尔坐标系的六自由度上准确地被定位。更经常地，使用一个测试头操纵器操纵所述测试头到一个离所述插座大致几个厘米的粗校准的第一位置，及然后使用一个“对接设备”完成最终的准确定位。一般地所述对接设备的一部分设置在所述测试头上并且其它部分设置在所述处理设备上。由于一个测试头要用于多个处理设备，通常最好将对接设备的最昂贵部分设置在所述测试头上。所述对接设备可以包括一个将两段拉在一起的致动机构，因此将测试头对接；这被称作“致动器驱动”对接。所述对接设备，或“对接”具有几个重要的功能，包括(1)将测试头与处理设备对准，(2)将测试头和处理设备拉到一起，然后分开，(3)提供一个电接触的预校准保护，及(4)将测试头和处理设备锁住并支持在一起。

根据所述inTEST手册(第五版1996，in TEST Corporation)，“测试头定位”是指一测试头到一处理设备的平缓的运动和成功的对接和脱离对接所要求的与所述处理设备的准确校准的结合。一所述测试头操纵器可以称作一测试头定位器。一测试头操纵器和一适当的对接装置相结合完成测试头的定位。该技术被描述在如上述的inTEST手册中。该技术也被描述在美国专利US5,608,334，5,450,766，5,030,869，4,893,074，4,715,574,和4,589,815中，由于它们在测试头定位系统的领域的教导，所有这些被引入作为的参考。所述以前的专利涉及基本的致动驱动对接。以一个单独设备同时提供所述测试头相当大的距离的操纵和最终准确的对接的测试头定位系统是公知的。例如，都被引入作为参考的文献的Holt等的美国专利US6,057,695，和Graham等的美国专利US5,900,737和5,600,258中，描述一个定位系统，其中对接由“操纵器驱动”而不是致动器驱动。但是，致动器驱动系统具有更广泛的应用，并且本发明致力于此。

在典型的致动器驱动定位系统中，一个操作者控制操纵器的运动，将测试头从一个位置操纵到另一个位置。这可以通过操作者直接在系统内的测试头上施加力手动地完成，在该系统内测试头在其运动的轴上完全平衡，或者可以通过由操作者直接控制致动器的使用来完成。在几个近期的系统中，通过组合在某些坐标轴上直接手动力和在其它坐标轴上的致动器操纵所述测试头。

为了对接测试头和处理设备，操作者首先必须操纵测试头到一个“准备对接”位置，该位置与其最终对接位置靠近和大致校准，所述测试头被进一步操纵直到位于“准备致动”位置，在该位置所述对接致动器能够控制所述测试头的运动。所述致动器然后能够将所述测试头拉入到最终、完全对接的位置。在该操纵中，为所述测试头的最终校准提供各种的校准结构。一个对接可以在从初始到最终的不同的校准阶段提供不同类型的两个或更多的校准结构。一般最好在纤细的电触点进行机械接触之前进行五个自由度的校准。然后所述测试头可以沿一个相对的第六自由度的直线被推动，就是沿接口平面的法线(一般地探针卡或DUT板的平面)；并且所述触点将在没有任何侧向阻碍或能够损坏它们的力下进行连接。

当操作所述对接致动器时，所述测试头一般地自由地顺着几个而不是所有的坐标轴运动以允许最终的校准和定位。对于操纵器的被适当平衡的且致动器没有被驱动的轴，这不是个问题。但是，致动器驱动坐标轴一般要求在其内设置的柔性机构。某些典型的例子在Slocum的美国专利US5,931,048和Alden的5,949,002中进行了描述。通常的柔性机构，特别对非水平的不平衡的轴，涉及弹簧类机构，该机构除了柔性外还有一个一定量的弹性或“回弹力”。进一步地，连接所述测试头与ATE的电缆也是有弹性的。但操作者试图操作所述测试头进入大致校准和进入一个能够提供所述对接机构抓住的位置时，他或她必须克服系统的弹力，但这对非常大和沉重的测试头的情况下经常很困难。同样，如果操作者在校准机构被适当地接合之前释放施加在所述测试头上的力时，所述柔性机构的弹力会导致所述测试头从对接位置移开。有时这被称作回弹力效应。

Smith的美国专利4,589,815公开一个对接机构的已有技术。具有′815专利的所述对接机构如图5A、5B和5C所示，使用两个提供最终的校准的引导销和孔的组合和两个圆形凸轮。当所述凸轮由安装在其上的操作杆转动时，随着引导销完全插入它们的接合孔，对接的两个半部被拉到一起。为使两个凸轮同步地转动，一个缆线连接两个凸轮。通过仅仅向两个中的一个或另一个操作杆施加力，所述缆线的设置确保所述对接的操作。因此在本例中所述操作杆是对接致动器。

当测试头变得较大时，所述′815对接的基本想法已经逐渐变为具有三个或四个引导销和由缆线相互连接的圆形凸轮的更大的对接。本申请的图1A，1B，1C和1D所示的已有技术的对接具有四个引导销和配合孔及四个圆形凸轮，以后再对其作详述。虽然这样的四点对接具有在四个凸轮中的每个上附加致动器操作杆的结构，所述对接显示采用一个致动器操作杆操作一个缆线的驱动。当所述操作杆转动缆线驱动时，移动所述缆线，使四个凸轮同步地转动。该设置将一个单独的致动器操作杆放在一个对操作者方便的位置。同样，通过适当地调整所述凸轮的直径和所述缆线驱动的直径，能够达到较大的机械利益。

在美国专利5,654,631和5,744,974描述的对接中应用引导销和定位孔两个部分。但是，所述对接通过一个真空装置被致动，其中当施加真空时，两个部分被推到一起。只要保持真空，所述两个半部就保持锁在一起。但是，由真空装置产生的力量极大地受到有效面积大气压的限制。因此限制了这样的对接的使用。

在美国专利5,821,764，5,982,182和6,104,202描述的对接使用其它技术，例如运动学连接，以提供所述两个半部的最终的校准。在初始校准时也可以使用粗定位销。所述粗定位销可以与卡扣机构一起提供，所述卡扣机构扣住进入孔内的所述引导销并防止其离开。在′764和′202专利中所述卡扣机构表现为自动地致动；而在′182专利中三个粗定位销的每个都使用一个马达驱动装置。同样在′182专利所述三个马达可以分别地被操作以在对接部件之间进行平面化。在所有三个专利中，为最终将两个半部拉在一起，使用一个线性致动器。该线性致动器已经被公开为气动型。在这种类型的对接中，为防止纤细的电触点的损坏需要另一个机构提供足够的预校准。因此使用了上述的粗定位销，这就增加了总体的费用及复杂性。因此提供了两个校准结构，即(1)粗定位销-孔组合，和(2)一个气动的连接。上述的并且以后还要描述的所述致动凸轮的对接，组合有：结点和凸轮的预校准，引导销和插座的准确的校准，及凸轮和凸轮随动件的机械利益三个简单的机构。在一个用于大型测试头的动力对接中希望保持该简单的和被证实的技术。

更特别地，′182专利公开一球和槽的配对，因为该配对提供某些需要形成所述动力学连接的触点，所以该配对被叫做“动力学接触”。由于该槽仅在一个点上提供接触，槽的每一侧叫做“动力学表面”。由于球仅在一个点上与动力学表面接触，因此所述球被叫做“动力学配合表面”。为了满足动力学连接的操作，′182专利表示不需要将所使用的槽形成所述动力学表面，同样也可以使用其它形状，如一个拱形。同样所使用的球也不需要为动力学配合表面，同样也可以使用其它形状，如与一个面以一个点进行接触的锥体的尖。同样每个动力学接触包括两个动力学表面也不必要。例如其它合适的动力学接触为如，一球压在一平面上(一触点的一动力学表面)一球压在一四面体内(一触点的三动力学表面)或一球压在三球上(一触点的三动力学表面)。只要总共有六个动力学表面，在一个连接上可以使用不同类型的接触。

下面对图1A到1D所示的已有技术的对接的所选择的详细结构和操作进行描述。该描述包括作为参考的更早的描述在US4,589,815中的对接设备。

图1A表示一个支持在一吊架190上的测试头100的斜视图，所述吊架被测试头主体所支持(未显示)。同样显示的是被切除一部分的处理设备108，所述测试头100可与之对接。图1B表示处理机108的放大的详细示意图。(在本特殊示例中所述处理设备为一个封装的设备处理机，并且所述测试头从下面与之对接。)图1C表示简要地的截面图，可以看到所述测试头100具有电接口126，及所述处理设备机108具有一个相应的电接口128。电接口126环绕128一般具有成百上千个细小、纤细的电触点(未显示)，当所述测试头被最终对接时，这些触点必须以可靠的相对各自电接触的方式精密地接合。如在本示意性的示例所示，所述处理设备108的下表面包含处理机电接口128，及所述测试头100通常由下向上运动与之对接。其它取向也可以并且是已知的，但并不限于此，包括：以向下的运动与上表面对接，对一个垂直表面进行水平的运动，及对一个具有一定角度的平面进行水平和垂直两种运动。

回到图1A和图1B，显示了整个四点对接设备；它们的一部分安装在所述处理设备108或所述测试头100上。安装在所述测试头100上的为面板106。四个引导销112安装并定位在所述面板106的四个角上。面板106具有一中心孔且所述测试头放在其中使所述测试头电接口126(在图1A和1B中未显示)由所述孔伸出并且所述引导销112限定一个大致的矩形，该矩形具有一个与电接口126大致共同的中心。

结点板114安装在所述处理设备108的下表面。结点板114具有一个中心孔且被安装到处理设备108上使所述处理机电接口从孔中伸出。四个结点116安装在结点板114上，在其四个角上各设置一个。每个结点116具有一个在其上钻出的引导销孔或插座112a。每个引导销孔112a对应于一个相应的引导销112。当所述测试头被完全对接时，这些设置使每个引导销112完全插入到各自的引导销孔112a内。每个所述引导销112在相应的孔112a内的配合为紧配合。因此，所述引导销112和引导销孔112a使所述测试头100和所述处理设备108校准。

四个对接凸轮110可转动地安装在所述面板106上。凸轮110为圆形并且与在′815专利中描述的相同。每个凸轮特别地具有一个绕其圆周的且在上部表面具有一个上部开口125螺旋槽129。为了使所述引导销112位于所述凸轮110和所述测试头电接口126之间，每个对接凸轮110位于大致在对应于引导销112的位置，一般与由大致从所述测试头电接口126的中心穿过所述引导销112的直线的延长线同心。所述结点116和所述结点板114的角具有圆形的开口，当所述引导销112被完全插入到所述结点上的引导销孔112a时，使每个凸轮110的圆周与其相应的结点116的圆形开口接近并与该开口同心。当将所述测试头100操纵到为了与处理设备108对接的位置时，这种设置为对接部件提供了一个开始的粗校准。也可以由具有锥形端部的引导销112进入它们的相应的插座112a来提供一个开始的粗校准。所述结点116、凸轮110、和所述引导销112布置成使处理电接口128与测试头电接口126分开(在图1A和1B中未显示)，直到所述引导销112被实际由它们相应的引导销孔112a所接纳。因此为所述电接触提供一个预校准的保护。

因此，提供了两个校准结构，即(1)结点116相对于凸轮110的配合，及(2)所述引导销112和插座112a的结合。

一个具有附带的对接手柄135的圆形缆线驱动器132同样可转动地安装在面板106上。对接缆线115安装在每个凸轮110上及缆线驱动器132上。滑轮137适当地引导缆线来往于缆线驱动器132的道路。通过向手柄135施加力可以转动缆线驱动器132。当缆线驱动器132转动时将力传到缆线115上，然后缆线使所述凸轮110同步地转动。

由每个结点116圆形开口的延伸部为一个凸轮随动件110a。凸轮随动件110a与其相应的凸轮110上表面的上部开口配合。图1C表示测试头100与处理设备108对接过程的一个阶段的截面图。这里引导销112部分地插入在结点116的引导销孔112a。应该注意这只是示意性的例子，引导销112在其远端为锥形且在靠近面板106处为一定的直径。在图1C中引导销112已经插入引导销孔112a而一定直径的区域刚刚进入引导销孔112a。同样在图1C中，每个凸轮随动件110a已经插入各自的凸轮110上部表面的上部开口125到达所述螺旋槽129的最上部的位置一定的深度。在该机构中，通过给上部135施加力(图1C未显示)并转动所述凸轮110，所述对接就准备完毕。因此，该机构可以称作“准备对接”的位置。重要的是要注意在该位置已经完成了五个自由度的校准。特别地，如果处理设备电接口126的平面为三维接口的X-Y平面，引导销112使它们的整个直径插入插座确立了X，Y，和θZ向的校准。而且，凸轮随动件110a的伸出部完全进入所有开口125确立处理设备电接口126和测试头电接口128的平面化。

图1D表示充分转动凸轮110得到结果分截面图，所述测试头100现在与处理设备108“完全对接”。可以看到凸轮110已经转动且导致凸轮随动件110a随动到所述螺旋槽129内的更靠近面板106的位置。而且，引导销112被完全插入到它们相应的引导销孔112a内。很明显引导销112一定直径部分与引导销孔112a的侧面的配合紧密度决定处理机的电接口128和测试头电接口126的最终校准。因此，一般要求提供对接位置的重复性的一个紧密配合在一英寸的千分之三到七的范围内。而且一旦所述结点板114被安装到处理设备108上，所述引导销112必须准确地放在面板106上对应于所述结点。为了对此进行简化，可以用容许调整引导销112的位置的方式来安装。完成该被广泛应用的方法在′815专利中已经有描述。

回顾凸轮随动件的运动的某些信息很有益。图4表示凸轮110运动的各个点的凸轮随动件110a垂直位置。图4使用圆形的(或圆柱的)凸轮与使用在确定对接设备中的线性凸轮一样，它例如由Reid AshmanManufacturing Co.制造的。凸轮槽129和开口125的形状被示意性地表示；图4不是按比例而只是示意性的。凸轮随动件110a能够进或出凸轮槽的开口区域表示为O。凸轮随动件110a(在凸轮槽129内各个点上以虚线圆表示)在位置400进入开口125，且随后到达对应于“准备对接”位置的位置410。所述开口区域与一个凸轮槽129内点O到A之间的基本水平的区域连接。该水平区域一般为凸轮随动件直径的一到两倍的长度(有时也可以少些)并且在整个凸轮运动中只占很小部分(几度)。一旦所述凸轮随动件110a插入开口125的底部，所述凸轮可转动到“抓住”凸轮随动件在该水平区域内。凸轮随动件110a被“抓住”在位置420。当凸轮进一步移动时，在点A所述水平槽转换到一个倾斜的槽。当凸轮运动，凸轮随动件因此垂直上升或下降。在倾斜的槽最低端点B转变为一个基本水平区域，一般长度为凸轮随动件直径的一列两倍。在这个后面的区域，凸轮随动件到达其移动的终点，并且所述设备被完全对接。当所述凸轮随动件在位置C时(以凸轮随动件110a在440位置表示)，为所述槽的最远范围，所述设备被认为插入(或可替换地完全对接或锁住)。所述从A到B的区域被叫做“中途”区(以凸轮随动件110a在位置430表示)，并且由B到C的区域可被叫做对接区。

根据上述讨论，现在适合于进一步讨论对接过程和限定确定的术语。对接的目的是要准确地将测试头电接口126与处理设备电接口128配合。每个电接口126和128限定一个平面，这是典型的但不是必要的，法向平行于电触点的远端。当对接该两个必须彼此平行的平面时，为了防止电触点的损坏，最好首先在五个自由度上对两个接口126和128进行校准以允许所述电触点彼此地机械接触。如果在对接位置接口限定的平面平行于三维笛卡尔坐标系的X-Y平面，必须在X和Y轴进行校准并沿与X-Y平面正交的Z轴(θZ)转动，以使各自的触点与另一个对齐。而且，通过沿X和Y坐标轴转动运动使该两个平面平行。所述的将两个电接口平面彼此平行的过程叫做接口的“平面化”；并且当其被完成时，所述接口被叫做被“平面化”或“共平面”。一旦被平面化和在X，Y和θZ上被校准，通过在正交于处理电接口128的平面的Z方向的运动进行对接处理。在对接处理中，测试头100首先被操纵到大致靠近处理机108位置，进一步操纵使结点116的圆形开口与凸轮110的进行第一校准。在该位置或其之前的位置可以被认为是一个“准备对接”位置。更一般地，“准备对接”指某些第一粗校准装置大致在其啮合位置的一个位置。在该阶段并根据具体的设计，引导销的远端准备进入它们相应的引导插座。再进一步操纵会使测试头在“准备致动位置”，已经由图1A到1D的顺序准确地限定。更一般地，“准备致动位置”涉及一个测试头已经到达能够使对接设备被致动的位置。在该准备致动位置，已经完成了大致的平面化和在X，Y和θZ的校准。当对接被致动时，所述引导销112进一步插入它们相应的引导销孔112a，校准和平面化就更精确。要注意操纵器驱动对接，如在′258和′737专利所述，传感器的检测为准备致动位置的相等的量，从粗定位模式转到精定位模式。因此，对本领域普通技术人员来说，在一个驱动对接的致动器的准备致动位置的传感是′258和′737专利所提示和公开内容的自然延伸(直觉和明显的)。

上述类型的对接已成功地在重量高达和超过一千磅的测试头上使用。但是，当测试头更大且触点的数量增加时，就会产生一些问题。首先，随着触点数量的增加，触点接合的力也要增加。一般在每个触点上要求几盎司；因此为了对接具有1000个或更多触点的测试头要求超过100到200磅的力。当测试头所占的体积为一立方码或更大时，对操作者要观察到所有的结点和凸轮以决定何时测试头位于准备致动位置的准备对接位置时就会增加难度。同样由于柔性机构的弹力和在测试头操纵器的电缆，所述回弹效应使保持测试头在准备致动位置而同时起始所述致动很困难。由于由所述致动机构克服的力的增加而产生的困难是由于缆线的拉长使所述凸轮的运动不同步。在使用固定连接和曲拐的对接中已知有一个同样的机械变形的问题。

如上所述对接设备的特征为可以使用多个引导销和插座。′815专利所述设备的特征为一个两点对接，并且如图1A到1D所示该设备为已知的四点对接。三点对接遵循同样的被公知公用的基本原理，并且本发明将以三点结构进行描述，但这并不限制任何其它的结构。

发明内容

本发明示意性实施例提供一用于将一电测试头与一处理设备对接的系统和方法。提供一个用于将电测试头和所述处理设备至少部分地校准和随后将它们集合在一起的组件。一个动力驱动致动器仅提供部分动力帮助使电测试头和所述处理设备集合在一起。

在另一个示例性实施例中，本发明还提供一用于将一电测试头与一处理设备对接的系统和方法。提供一个用于将电测试头和所述处理设备集合在一起的组件。还提供了一个用于操作该组件的机构，和至少一个用于操作该机构的致动器。至少包括一个传感器用于检测所述机构的位置。

在另一个示例性实施例中，本发明还提供一用于将一电测试头与一处理设备对接的系统和方法。提供一个用于将电测试头和所述处理设备集合在一起的组件。多个置于所述测试头或处理设备中的一个上的凸轮。所述凸轮用于操作所述组件。多个置于所述测试头和处理设备中的另一个上的结点。每个所述结点用于校准邻近的多个凸轮中的至少一个。至少一个动力驱动致动器为所述凸轮提供动力。一个传感器检测所述测试头和所述处理设备在至少两个校准位置中的一个粗校准位置上被彼此相对定位。

在再一个示例性实施例中，本发明还提供一用于将一电测试头与一处理设备对接的系统和方法。多个置于所述测试头或处理设备中的一个上的凸轮。至少一个致动器为所述凸轮提供动力。多个置于所述测试头和处理设备中的另一个上的结点。凸轮随动件安装在所述结点上用于与所述凸轮啮合。至少一个传感器，当至少一个所述凸轮随动件与相应的所述凸轮啮合时决定所述测试头和处理设备之间的相对位置。

在还有的另一个示例性实施例中，本发明还提供一用于将一电测试头与一处理设备对接的系统和方法。提供一个用于将电测试头和所述处理设备集合在一起的组件。至少两个凸轮，置于所述测试头或处理设备中的一个上操作所述组件。多个置于所述测试头和处理设备中的另一个上的结点。每个所述结点用于与多个凸轮中至少一个邻近的凸轮校准。至少一个动力驱动致动器提供所述凸轮的至少部分动力操作。至少包括一个手柄用于至少一个所述凸轮的可选择的手动操作，所述手动操作为加到所述凸轮的所述至少部分动力操作上，或与之无关。多个校准结构置于所述测试头或处理设备中的一个上。多个校准结构插座置于所述测试头或处理设备中的另一个上以接受所述校准结构。

附图说明

图1A表示已有技术对接设备的透视图。

图1B表示安装到一处理设备的已有技术对接设备的部分透视图。

图1C表示位于准备致动位置的已有技术对接设备的剖视图。

图1D表示位于完全对接位置的已有技术对接设备的剖视图。

图2表示根据本发明的对接设备的透视图。

图3A表示一对接设备的测试头一侧的透视图。

图3B表示一对接设备的处理设备一侧的透视图。

图4表示一已有技术对接设备的凸轮随动件的垂直位置对应其凸轮的转动角度的非按比例的示意图。

图5A表示在准备对接位置的凸轮和结点的截面图。

图5B表示在准备对接位置的一粗定位销和引导衬套的截面图。

图5C表示在准备对接位置的凸轮致动传感器和标板的正视图。

图6A表示在第一粗校准位置的凸轮和结点的截面图。

图6B表示在第一粗校准位置的一粗定位销和引导衬套的截面图。

图6C表示在第一粗校准位置的凸轮致动传感器和标板的正视图。

图7A表示在第二粗校准位置的凸轮和结点的截面图。

图7B表示在第二粗校准位置的一粗定位销和引导衬套的截面图。

图7C表示在第二粗校准位置的凸轮致动传感器和标板的正视图。

图8A表示在准备致动位置的凸轮和结点的截面图。

图8B表示在准备致动位置的一粗定位销和引导衬套的截面图。

图8C表示在准备致动位置的凸轮致动传感器和标板的正视图。

图9A表示在一准备致动位置和一完全对接位置之间的凸轮和结点的截面图。

图9B表示在一准备致动位置和一完全对接位置之间的一粗定位销和引导衬套的截面图。

图9C表示在一准备致动位置和一完全对接位置之间的凸轮致动传感器和标板的正视图。

图10A表示在一完全对接位置的凸轮和结点的截面图。

图10B表示在一完全对接位置的一粗定位销和引导衬套的截面图。

图10C表示在一完全对接位置的凸轮致动传感器和标板的正视图。

图11A表示在一完全对接并锁住位置的凸轮和结点的截面图。

图11B表示在一完全对接并锁住位置的一粗定位销和引导衬套的截面图。

图11C表示在一完全对接并锁住位置的凸轮致动传感器和标板的正视图。

图12表示凸轮致动位置传感器设备的主要部分的透视图。

具体实施方式

本发明致力于改进如上所述基本的手工对接。特别地，致力于对具有成百上千电触点要求成百上千磅致动力的大型、沉重的测试头的对接进行简化。本发明也提供对准备致动和完全对接位置之间对接的处理进行部分地或全部地自动化的装置。本发明也减少了在一个对接力很高的对接设备中会升高的缆线或连接件的拉长量。

图2表示根据本发明的一个示例性实施例的改进对接的透视图。图3A提供一个图2所示对接设备的测试头侧的放大的视图，及图3B提供一个图2所示处理设备侧的放大的视图。如图1A所示，图2所示的所述对接设备包括结点板114，安装在所述处理设备上；及面板106，安装在所述测试头上。三个结点116的每一个具有一引导销座112a和安装在结点板114上的凸轮随动件110a。例如每个结点可以使用螺钉199安装到所述结点板114上。相应地，三个凸轮110和三个引导销112帮助在面板106上。因此，图2所示对接设备具有三个点的对接；但是，这一概念同样可以使用在两个点，四个点或其它结构。而且，被描述的该概念同样可以使用在其它凸轮布置，包括线性凸轮的对接中。

面板106和结点板114都具有中心孔以分别接纳所述测试头和处理设备的电接口(未显示)，如以前相对于图1A到1D的描述。所述引导销112布置在一个大致等边三角形的三个角上，所述三角形的中心大致位于测试头电接口的中心。所述凸轮110、结点116，和引导销孔112a的位置由所述引导销112的位置决定。特别地，每个凸轮110大致与从前述的三角形中心穿过所述引导销的延长线同心并且比所述引导销更远离所述三角形的中心。如有关图1A的描述，所述结点成形为有一个圆形开口241，该开口在所述测试头完全对接时大致与凸轮同心，并且在每个结点116的圆形开口241的表面安装一个凸轮随动件110a。如图2所示，所述结点板114具有与所述结点开口241一致的圆形开口。同样，如有关图1A的描述，图2中的每个凸轮110具有一个沿其周边的具有一个在其上表面上的上部开口125的螺旋槽129。每个结点116具有一个在其上钻出的引导销孔或插座112a。

同样在图2中，每个引导销孔112a对应于各自的引导销112。它们被布置成当所述测试头被完全对接时，使每个引导销112完全插入到其各自的引导销孔112a内。每个引导销112在其相应的孔112a的配合为紧配合。因此，所述引导销112和引导销孔112a在测试头100和所述处理设备之间提供校准。

继续在图2中，每个凸轮110具有一个或多个在其侧面的螺纹孔212。一个或多个由适当的杆制成的对接手柄135被旋到一端使每个都可以通过螺旋进入适当的孔212而安装到一个凸轮上。以此方式所述对接手柄135可以容易地卸下或再安装，以最后地适应特殊应用。在图2中的布置没有一个凸轮驱动器；但是，可替换的布置可以方便地采用一个凸轮驱动器。

四个粗定位销210安装在结点板114的四个角上。四个粗定位销孔被衬以衬套210a布置在所述面板106的相应的位置上。所述定位销210的以非常松的配合进入相应的粗校准衬套210a。接着，所述粗定位销210进入它们相应的衬套210a内的插入为所述测试头提供一个与所述处理设备的粗校准。要注意的是为有利于本发明的其它方面，一对接设备不需要具有这一结构。同样要注意的是引导销112和所述粗定位销210都完成校准功能并且一般都可以为术语“定位销”。在这里使用的术语“定位销”指校准结构如引导销和粗定位销。

本发明解决的另一个问题是在大型测试头要求的对接力的增加。当所述测试头被对接时，电连接被接合且如弹簧伸缩插脚的弹性触点被压紧。对于要求成百上千的电触点连接的情况下，指引力要求高到一千磅或两千磅。无论是手动的或动力的，所述对接致动器必须克服在移开所述测试头所需要的力量并且克服任何柔性机构的力。必须由致动器施加的制动力为由所述致动机构的机械利益分出的上述的指引力。例如在所述对接具有圆形凸轮，所述机械利益的一部分通过凸轮槽129的斜度决定。可以使一凸轮槽129具有不均匀的斜度而使机械利益变化为凸轮位置的函数。这可以用于在整个运动范围要求大致一定的致动器力当所要克服的指引力在分开所述电接口时有变化的情况下的对接。如果是手动力的对接，同样要考虑所述手柄的长度来决定机械利益。如果使用缆线驱动器132，那么缆线驱动器132与凸轮110的直径的比率时进一步因数来决定机械利益。当随着触点数量的增加，测试头增加到更大和更沉重时，提供一个手动致动器越来越成问题。

一个或多个，最好为两个或多个双作用的气动致动器225和226由支持托架223安装在面板106上。致动器225和226使用的空气由一个被空气软管夹子227和229定位的一个空气软管供应。所述致动器225和226可以是具有一个沿一个具有封闭端的缸内移动的活塞。由所述活塞的侧面喷入或通入空气产生一个在两个方向上的力使活塞移动。所述活塞安装在一个杆的中心位置，该杆与所述缸同轴并且从所述缸两端伸出。杆的每端安装对接缆线115。所述缆线被引导绕按需要设置的滑轮137并提供缆线紧固件221安装到对接凸轮110上。为使对接缆线115有适当的张力可以用公知的方式使用紧缆器(未显示)。因此，每个凸轮110上至少安装一个气动致动器225或226。当所述致动器通过施加空气压力被致动时它们在缆线115上施加张力，这随后为凸轮施加转矩。注意由于两个缆线115的整个长度大致为如果没有致动器225时所需要的总缆线长度的1/3到2/3，因此减少了整个缆线的拉长。

通过例如一个调节器的控制施加到致动器225和226上的空气压力的大小，控制施加到对接缆线115上的力量和随后施加到凸轮110上的力。如果使用相对低的压力，所述转矩不足以抵制所述对接力执行所述对接；但是，所述施加的力矩将减少要求操作者施加到对接手柄135上操作所述对接的力。因此，所述对接可以部分地提供动力以帮助手动操作。手动对接具有的优点是为操作者提供某种程度的触觉反馈，使他或她能够感觉被完成的对接或分开或，更为重要地是否发生阻碍和故障。这具有简化和减低费用的进一步的好处。但是，如上所述，由于测试头具有越来越多的触点而更大更重，完成合理的手动操作很困难。希望在一个动力对接中保持这些手动操作对接的简单化和已验证的校准技术。

提供控制施加的空气压力控制所述的辅助量。在一个给出的应用中，希望将空气压力的量调节到使操作者容易地致动所述对接，并且足够低到仍有某些触觉反馈。在另一方面，通过使空气压力足够高，能够完全自动地完成对接而不用操作者的力。在这种情况下，希望使用足够操作所述对接的空气压力，但是足够低于在任何阻碍和故障情况下产生损害。这种安排的好处是所述对接总是可以用手进行操作，以防止空气压力的损失或一定的紧急情况。无论如何，所述操作者可能必须施加相当大的力来完成对接。

例如，通过控制所施加的空气压力，所述对接系统可以为一完全动力或部分动力系统。

在本发明的各种示例性实施例中，与完全动力辅助相反，仅为部分动力辅助，将测试头和处理设备集合在一起。例如，所述“仅部分地”动力辅助可以提供一个或多个动力驱动致动器。如上所述，在一个确定的情况下，希望一个操作者协助将测试头和处理设备集合到一起。例如为了安全和其它原因(如操作者很慎重)，希望操作者开始一个手柄的运动从而开始将测试头和处理设备集合在一起。在另一个例子中，可希望一个操作者监控所述动力致动器(一个或多个)将测试头和处理设备集合在一起(如，确保触点适当的配合而没有阻碍)。如此，该术语“仅部分地”动力辅助包括在将测试头和处理设备集合在一起时一个操作者的参与；但是，所述的该操作者的参与可以从最小(如监控)到一个更完整的参与(如转动一个转动手柄)的范围。

在另一个例子中，如果提供的空气压力低于一个确定阈值的压力，为致动所述对接，要求一操作者进行某些手动协助(一个“仅部分地”动力系统)。可替换地，如果空气压力高于一个确定的阈值，可以完全动力地进行对接，不要操作者的协助。如此，一个系统即可以是“仅部分地”动力系统或完全动力系统，这依赖于空气的压力；由于根据供应的空气压力，系统可以在完全动力或仅部分动力下操作，一个这样的系统可以被叫做“至少部分地”动力系统。

在某些测试系统中，希望确保一旦所述测试头被对接，所述测试头被机械地锁住就位，不会移动或成为不希望的脱离对接。图2包括一个销爪组件240，其在位于左手角上的凸轮110上操作。销爪组件240包括凸轮闭锁突笋242，止动销245销支承件244，销槽247(在图5A中表示)，和一个气动缸246。当所述凸轮110完全被转动到完全对接和锁住位置，所述空气缸246可以被操作者或控制器压缩推动止动销进入凸轮的止动销配合槽247。该槽用于锁住定位直到被释放。所述空气缸可以双向动作，要求空气的致动在双向接合并释放所述止动销。可替换地，所述止动销245可以是弹簧载荷的且可以使用一个单向动作的缸。这可以在一个或两个方向上进行。在第一方法中，所述弹簧给所述止动销施加一个不锁住方向的力，并且一个单向动作气动缸保持被压缩以使所述止动销245被锁住。释放所述空气压力使所述止动销245在弹簧力的作用下不锁住。在第二方法中，所述弹簧给所述止动销施加一个锁住方向的力，并且空气压力使止动销245不锁住。由于如果动力或空气压力损失所述止动销保持在锁住位置，一般所述第二方法较好。

在图2的对接设备中采用了传感器。所述传感器的输出可以连接到一个系统的控制器(未显示)的适当的输入上，所述控制器也可控制定位系统的其它功能，例如对操作者选择的运动坐标轴的控制。在总体上看，粗校准传感器由于检测每个粗定位销在其相应的粗校准引导衬套210a内；准备致动传感器检测每个凸轮随动件110a被完全插入到它的在相应的凸轮110上的相应的开口125；且致动器位置传感器检测所述凸轮110的转动位置。在本发明的另一个实施例中，粗定位销210可以被去掉，并且可以使用其它粗校准传感器，如传感所述引导销112的尖端部进入它们相应的插座112a的传感器来替代。

在如图2，3A，和3B所示的示例性实施例中，所述传感器全部为同一类型，都是检测有或没有反射的光束的反射光学传感器。这样的传感器可以从keyence Corporation of America，Woodcliff Lake，NY得到，特别地，本示例性实施例可以使用Keyence型 FS-V11和FS-V11P“放大器(Amplifiers)”和Keyence型号FU-35FZ“反射纤维单元(Reflective FilerUnits)”并装备F-2HA聚焦透镜。Keyence公开物FSG-KA-C3-3-0201和FSV10-KA-C-3-0201(都在日本印刷)提供这些设备的信息。一个传感器由一个放大器耦合到一个反射纤维单元组成；并且Keyence，Corp.称该组合为一个“纤维光学传感器”。简单地说，一个反射纤维器单元包括一个小的传感头，安装在一个纤维光缆的一个端部，该光缆具有入射和反射光的平行光路。所述纤维光缆的另一端与所述放大器耦合。一个在所述放大器内部的光发射二极管产生光，该光通过纤维光缆被传输到所述传感头，在该处发射一个窄的光束。所述发射的光束穿过空间传播并由一个适当的标板反射回来。所述光束最好用一个聚焦透镜聚焦；并且此后每个传感头都包括一个聚焦透镜，这在图中没有显示。所述反射的光由传感头收集并通过所述传感头返回所述放大器，在放大器中被转换为电信号并进行分析。所述放大器通过一个二进制输出型号检测有或没有超过一个预定阈值的足够强度的反射光。因此，所述放大器可以方便地位于远离该小的传感头的位置。所述放大器单元可以包含电的和操作者控制的组合以调节单个传感器为一个特殊的应用。所述反射光点的尺寸可以小到每平方英寸千分之几，以提供准确的检测能力。

在该示例性实施例中使用九个上述类型的传感器。四个放大器251，252，253，和254被布置在沿所述面板106左侧的左放大器座233内并由左侧罩231所覆盖保护。剩下的五个放大器255，256，257，258，和259被布置在沿所述面板106右侧的右放大器座234并且由右侧罩232所覆盖保护。如235的槽(不是所有都被显示)内安装所述光纤维并被设置在面板106上，以保护地将光纤维布置到所述传感头的位置。

四个粗校准传感器用于传感所述四个粗定位销210有或没有进入其相应的衬套210a。该四个传感器使用放大器251，254，255，和259。三个准备致动传感器用于传感三个凸轮随动件的每个都被完全插入到其相应的凸轮开口125并且其相应的凸轮110准备转动。该三个传感器使用放大器252，253，和258。所述剩下的两个传感器；以及使用放大器256和257的传感器用于传感凸轮110转动位置的四个区域。因此包括下列的传感：

1.当所有粗定位销传感器检测所有四个粗定位销210已经伸入它们相应的衬套210a，但是所述凸轮随动件传感器没有检测任何凸轮随动件110a完全插入它们相应的凸轮开口125时检测所述测试头相对的所述处理设备的粗校准。

2.当所有凸轮随动件传感器检测所有凸轮随动件110a完全插入到它们相应的在其相应的凸轮110上的凸轮开口125内时检测对接的准备致动的条件。

3.凸轮转动的区域，例如：进入/退出和被抓住(被结合)，中途，对接，和对接并锁住(被结合)。

下面对它们分别进行详细解释。

先讨论粗校准传感器。图5B，6B和7B为一个粗定位销210和其相应的引导衬套210a在三个顺序位置的截面图。为了便于解释，只考虑在图2左手侧的粗定位销210和引导衬套210a。由图5B开始所述粗定位销210在引导衬套210a外边。在面板106上槽235内的光纤501B与传感放大器251(未显示)耦合。光纤501B也与传感头505B耦合，所述传感头安装在钻穿所述引导衬套210a的一个孔内。调节传感头505B和所述相应的放大器使由传感头505B发射光束510并且穿过引导衬套210a而基本上没有反射光返回。光束510B基本与由引导衬套210a的上端开口限定的平面平行并低大致5cm。在图5B中，放大器251传感不到光束的反射。在图6B中粗定位销210已经插入所述引导衬套210a一个小的距离但足够反射光束。因此，所述传感器检测所述粗定位销210已经进入它相应的引导衬套210a的开口。在图7B中，所述粗定位销210完全插入到所述引导衬套210a内。光束510B持续被反射，并且放大器251连续检测存在反射。其余的粗校准传感器基本上以同样方式构成和操作。当所有粗校准放大器检测存在反射时，所有粗定位销210已经伸入到它们相应的引导衬套210a内，这表示粗校准已经完成。

虽然以粗定位销210和衬套210a描述粗校准传感，任何其它类型的粗校准结构(优选地由一个校准结构插座接受的)可以被传感，以决定校准的几个位置，如两个或多个校准位置的一个粗校准位置。以这样的办法，粗校准传感器可以用于决定所述测试头和所述处理设备是否彼此相对位于两个或多个校准位置的一个粗校准位置。

现在讨论准备致动传感。通过当检测所述结点116的底边到达一个距面板106的预定距离时完成准备致动传感。图5A，6A，7A和8A为一个凸轮110，凸轮随动件110a，引导销112，结点116和安装在面板106左侧的有关部件的截面图。在截面图中表示的包括锁住组件240，它已经在前面进行了讨论。在图6A中，结点116和凸轮随动件110a远离凸轮110。传感头505a安装在一个安装架260(在图2和3A中显示)，该安装架安装在面板106上。光纤501a将传感头505a耦合到放大器252(在此未显示，见图2)。传感头505a发射光束505a通过引导销210的前面而没有反射光被返回到传感头505a。在图7A中，凸轮随动件110a部分地插入凸轮开口125，结点116被部分地插入凸轮110，并且所述引导销112的锥形端部被部分地插入引导插座112a内。在图8A，所述凸轮随动件110a完全被插入到所述凸轮开口125内。在该位置的结点116的底边反射光束510a使存在的光反射回到所述传感头505a。传感头505a和放大器提供一个检测存在反射光束的输出。随后，该放大器252的输出被切换到检测存在反射光的状态。这里，已经达到准备致动的位置。从这一点观察，所述直的，直径一定的引导销已经部分进入到引导插座112a内，提供紧密的校准。同样观察到传感头505a的高度必须适当地相对面板106定位且最好光束510a必须大致平行于面板106。图9A表示当所述凸轮110被部分地转动到一个中途位置的情况。特别是光束510a保持被反射，且所述放大器252连续提供表示存在反射光束的信号。

根据上述示意性说明，准备致动传感能够被描述为检测是否测试头和处理设备被相互定位使所述致动系统(例如完全动力的，至少部分动力的，或仅仅部分动力的)为可操作的而使测试头和所述处理设备彼此靠近。

在本发明的另一个实施例中没有所述粗定位销210，粗校准的方法可以，例如为通过将传感头安装在高于所述面板106的对应于当引导销的锥形尖端刚好插入到它的插座112a中时所述尖端116的底边所处的位置。该相应的传感能放大器能够设定为识别来自所述尖端116底边的反射光，或由于光束被所述结点116妨碍，检测不存在来自一个方便标板的反射光束。为了提供在粗校准点的一个方便的从面板106和一个方便地放松配合的检测距离，调节所述引导销112的整体长度和尖端直径与整个直径的比率。应该注意，在某些系统中不采用粗校准传感器也能够完成适当的性能。因此在那样的情况下可以节省粗校准识别的费用。

现在由图2，4，12，8C，9C，10C，11C，和12的帮助描述凸轮致动传感。在图4中，以前讨论的凸轮随动件110a在相对于所述凸轮槽129和开口125的各个位置。限定的几个区域包括：

●进入/退出点，所述凸轮随动件110a(以虚线圈表示在凸轮槽内的各个位置)可以进入和退出并垂直地在所述开口(位置400和410)，

●抓住区域，所述槽129基本上平行面板106(图4中未显示)，在进入/退出点和槽开始其倾斜(位置420)之间。

●中途区域，所述槽129随着一个沿所述凸轮110的周边的斜面(位置430)。(注意中途区域可以为一定斜面；或更一般地，为最好地配合特殊应用可以变化斜面)

●对接区域(位置435)，位于斜面的底端，所述槽基本上与面板106平行，

●对接并锁住在所述槽129的端部，所述设备在其最终的对接位置(位置440)。在槽中的该点上可以有或没有一个提供进入最后位置的对接卡入感觉的棘爪。

位置432表示一个预定的“控制位置”，其位置由设计者根据应用的特殊需要进行选择。一般地所述位置432被选择为在所述抓住区域和对接并锁住位置440之间。从所述选择的控制部分432到-但是不包括-位置440的所述区域被叫做“选择的控制区域。”所述控制部分432和所述控制区域的进一步的方面以后将进行讨论。

图2表示凸轮致动传感器标板265安装到对接缆线115上。作为方便的位置标板265跨在右侧气动缸226上；在其它结构中，这也许不是必要的。标板引导267安装在缸226以保护并支持标板265。当凸轮110转动，所述标板265与所述缆线一起线性移动。两个反射纤维单元的传感头(在本视图看不清楚)安装在凸轮转动传感器架261上，并且检测表示凸轮110位置的标板265上反射/不反射模型(在本视图看不清楚)。图12表示凸轮转动传感设备的基本部分的斜视图(不按比例)。在图12中由一个凸轮转动传感器托架261支持传感头505c和505d，它们彼此水平地和垂直地分开。传感头505c和505d包括聚焦透镜(未显示)。传感头505c和505d分别通过纤维光缆501c和501d分别与放大器256和257耦合(图12中未显示，见图2)。例如，在图12的右侧底部的光缆501c的开放端被引向放大器256(未显示在图12中)，并且在图12的右侧底部的光缆501d的开放端被引向放大器257(未显示在图12中)。

标板265由一个反射材料制成，最好是不锈钢，并且固定地安装到对接缆线115上。两个不反射或光散射条269c和269d安装在标板265上使两个条与缆线115平行。例如条269c和269d可以为用丝绸遮盖标板265；作为其它技术，粘接方法同样可能。所述传感头505c和505d被布置成使分别发射的光束510c和510d正交于所述标板并且位于分别相对于不反射条269c和269d的垂直位置的垂直高度上。因此，当缆线115将标板向前或向后移动时，光束510c将位于条的某个区域并且在反射区被反射而在其它区域被非反射表面269c吸收或散射。同样地，光束510d将位于条的某个区域并且在反射区被反射而在其它区域被非反射表面269d吸收或散射。例如，在图12所示位置，光束510c照射非反射表面269c而光束510d照射标板265的反射表面。

这样的安排具有两个二进制值传感单元，允许传感高达四个区域或点的凸轮位置，这足够用于许多应用。如果要求传感多于四个区域或位置，那么本安排可以扩展。例如，给所述标板加附加的非反射条附加的传感头和附加的放大器，每个附加的传感头和放大器使所附加的区域和点的数量增加一倍。更多可替换的传感装置以后作描述。

作为一个示例性实施例，图8C，9C，10C，和11C表示标板265(在图5C和图12中显示)和传感头505c和505d在四个不同所涉及的凸轮转动点的斜视图。在图5C，6C，7C，和8C中所述凸轮位于进入/退出的转动点。在图8C中所述对接附加地位于准备转动位置，在锥形情况下，光束501c和501d(在图8C中由于所述光束在纸的法线上，并且分别在头505c和505d的后面所以看不到；见图12的光束510c和520d)照射相应的标板165的表面，并且它们的相应的放大器256和257(见图3A)将检测存在所述反射光。在图9C中所述凸轮110(见图9A)移动到中间位置(图4的示例430)。这里光束510c(见图12)照射非反射表面269c，且光束510d(见图12)照射标板265的反射表面。因此与传感头505d耦合的放大器256(见图3A)，将检测存在反射光。在图10C中，所述凸轮110(见图10A)位于图4相应的435位置。光束510c和510d(见图12)都照射在非反射表面269c和269d上。因此因此放大器256和257(见图3A)将检测不存在反射光。要注意的是在图10C中非反射表面269c延伸到作传感头505d。该左手端表面269d对应于预定的控制位置432。因此放大器257在控制位置432上传感反射光和非反射光中间的变化，并且在遮盖选择控制区域传感不存在反射光。要注意这仅仅是示例性的例子，位置432和435都包括在选择控制区域。在图11C中所述凸轮110(见图11A)位于它们在槽129的移动末端(见图11A)并且在锁住位置。在该点光束510c(见图12)照射到标板的反射表面。同样可以看到非反射条269d延伸到标板265的末端。在现在的位置上光束520d(见图12)超过标板265的末端并且即不照射标板265也不照射条269d。结果光束510d没有反射光。因此，在该位置，放大器265(见图3A)的输出检测存在反射光，而放大器257(见图3A)检测不存在反射光。

下面的表是已经描述的由传感布置检测的位置的总结。

位置/区域	放大器256检测	放大器257检测
位置/区域	放大器256检测	放大器257检测	凸轮进入/退出位置(如位置400，410)	存在光反射	存在光反射
抓住区域加上中途区域不包括选择控制区域(如位置420和430)	不存在光反射	存在光反射	凸轮进入/退出位置(如位置400，410)	存在光反射	存在光反射
抓住区域加上中途区域不包括选择控制区域(如位置420和430)	不存在光反射	存在光反射	选择控制区域(如位置432，435)	不存在光反射	不存在光反射
对接和锁住位置(凸轮在移动端部，位置440)	存在光反射	不存在光反射	选择控制区域(如位置432，435)	不存在光反射	不存在光反射

对一个操作该组件的机构，凸轮位置传感可以更一般地被称为位置传感，所述组件将所述测试头和所述处理设备集合在一起。如上所述，在使用凸轮作为操作组件的机构的实施例中，凸轮位置传感可以用于决定所述测试头和所述处理设备是否位于彼此相对的几个位置中的一个。例如所述凸轮位置传感可以传感所述系统位于一个第一位置，在该位置上至少一个被安装在测试头或处理设备中的一个上的凸轮位于准备接受相应的凸轮随动件(位于所述测试头或处理设备中的另一个上的)。另一个例子是如果凸轮位置传感器传感到所述系统位于对接位置，该位置上测试头和处理设备被对接在一起。而且，所述凸轮位置传感器可以传感所述系统位于所述第一位置和对接位置之间的一个位置。

应该注意，如果很希望的话，上述结构可以变化用于检测其它位置和区域条件。同样，有许多其它位置传感器可以被使用。例如，使用一个弦线电位器(或缆线拉伸转换器)能够提供一个在费用上有竞争力的解决方案。同样可得到的有测距器、编码器、和能够采用电磁装置的电子机械、行程开关和类似物。对于所述粗棘爪和准备致动传感，可替换的处理包括：使用测距器、近似检测器、磁检测器和图象装置，但是不限于此。

参考图5A到图11C，可以考虑使用本发明对接一个测试头和处理设备的过程。许多它们的结构在前面已经进行了描述，这里就不再重复它们的详述。假定使用一个系统控制器读出传感器输出并根据这些输出动作并且控制几个致动器来帮助一个操作者。该系统控制器也可以控制操纵者的附加功能。

在图5A到5C中，所述测试头100被带到非常靠近所述处理设备108处。所述粗定位销210尚未插入到它们相应的引导衬套210a内。所述凸轮110都在进入/退出位置并且准备接收它们相应的凸轮随动件110a。所述凸轮致动传感器检测所述凸轮位于进入/退出区域到抓住区域。在图6A到6C中由相应的粗校准传感器检测至少一个粗定位销210已经伸入它的引导衬套210a内。所述操作者将力求所以四个粗定位销210都插入它们相应的衬套210a。监视传感器放大器251，254，255，和259的所述控制器可通过一个视觉检测器或显示器、声音信号、或其它装置为操作者提供一个反馈。在图7A到7C中，所以粗定位销210已经大致插入其相应的衬套210a的一半。所述结点116被校准并靠近它们相应的凸轮110。所述凸轮随动件110a已经进入它们相应的凸轮开口125，并且所述引导销110a的倾斜端已经进入相应的引导销座112a。所述粗定位销210的长度和直径和粗校准衬套210a的直径必须确保在该点所述引导销的倾斜端被插入它们的插座112a内。

在图8A到8C中，所述凸轮随动件110a被完全插入到它们相应的开口125内，并且所述光束510a被反射，如前所述。因此，传感放大器252、253、258都检测存在反射光；这然后向控制器表明所述测试头已经位于准备致动的条件。在该位置上，已经完成了五个自由度的校准。更特别地，如果所述处理设备电子接口126的平面为三维接口的X-Y平面，引导销112使它们的整个直径插入插座112a就建立了X-Y，及沿Z转动的校准。而且，所述凸轮随动件110a完全进入开口125的伸入已经建立处理设备电接口126和所述测试头电接口128的平面化。所述凸轮现在可以以相对小的力被致动以将所述凸轮随动件110a移动到所述抓住区域。这里所述凸轮槽129与标板106和电接口126及128平行，没有发生触点的插入或受压。所述控制器可以通过将空气喷入气动缸223和224自动地实行所述小的运动。在一个可替换的实施例中，所述控制器可以向操作者显示一个信号通过手柄135装置手动地转动所述凸轮110。在另一个可替换的实施例中，可以结合上述的处理；就是控制器可以向操作者发出手动相互作用的信号，同时向所述缸123和124喷入少量空气，它不足以单独导致转动，但足够减少操作者所需要付出的力。这样，就是在一个部分地动力对接系统(或可替换地为“仅部分的动力”)中另一个操作者参与的例子。在进入抓住区域的运动期间，所述控制器可以监视所述凸轮传感器放大器256和257。当放大器256的输出检测由没有光反射到检测存在反射光时，所述凸轮随动件110a已经到达所述抓住区域的端部。凸轮的进一步运动使随动件进入倾斜槽129的中途区域。

图9A到9C表示当凸轮110已经转动到中途位置，如图4中的位置430的情况，在该区域，一般地所述测试头100所要求的致动力必须克服成百上千的电触点的插入和受压。因此，所述控制器可向气动缸223和224供应空气压力以在缆线115上产生一个拉伸移动所述凸轮移向对接位置440。在确定的应用中，最好供应足够的空气压力以使所希望的运动能够完全自动化。在其它应用中，最好供应一个降低的空气压力，该压力不足以引起运动，但是足以减少操作者必须参与到对接手柄上的力量到一个可接受的水平。同样，这仍然是在一个部分的动力对接系统(或可替换地为“仅部分的动力”)另一个操作者参与的例子。所述控制器可监视传感器放大器256和257的输出以决定当运动已经达到该中途区域的端点。而且，如果所述运动为脱离对接所述测试头100，因为所述受压的插脚在脱离对接方向上施加力，所要求的力一般要小一些。但是，在脱离对接期间可能仍然有其它的电触点和连接要被抽开，要求用一定量的力来完成。因此，如果气动缸225，226为双向作用的，可以使用空气压力来提供动力，或仅仅部分的动力脱离对接(要求手动参与)或至少部分的动力脱离对接(这里被限定为完全或仅部分的动力)。

图10A到10C表示当凸轮随动件110a位于对接区域，但是所述凸轮还没有位于它们的最终完全转动的位置的情况。要注意的是同样在该区域凸轮传感器放大器256和257的输出为没有反射光状态。

最后，图11A到11C表示当所述凸轮110位于完全转动位置且凸轮随动件110a已经到达槽129的端部的情况。提供传感器放大器256的存在反射光的输出的传递检测到达该位置。在该位置，销槽247与锁定销245对准，并且所述控制器可以给气动缸246施力使锁定销245插入销槽247，这样将所述凸轮锁住定位，如图11A所示。为了脱离对接，在所述凸轮110能够由任何的装置转动之前，必须先将锁定销245完全从销槽247中抽出。

可观察到在所述对接位置，动力或空气供应的损失不会引起所述凸轮转动及对接变成脱离对接。这与所述锁定销是否被锁住无关。同样在动力和空气压力损失的情况下，所述对接可以用手进行操作，可能要求由一个维护人员或操作者能够施加的足够的力。

值得对不反射条269c和269d的设计进行仔细的检查。所述条269c的第一端(图12的左端)希望被布置成当对接时，在所述凸轮110从凸轮进入/退出位置410移入到抓住位置如420时，光束510c由一个反射标板265表面移动到所述不反射条269c。目的在于当凸轮110位于允许凸轮随动件110a进入或退出开口125位置时进行传感。初始的凸轮运动一般地较小且在所述抓住区域并且基本上为水平的，只要求相当小的力。因此，一个操作者可以手动完成所述初始运动而不用动力的帮助。当光束510c从反射表面传递到条269c时，所述放大器256的输出改变，因此提供一个施加空气压力的信号。将所述条269c的第二端(图12的右侧)布置在当凸轮110到达所述对接和锁住位置440时使光束510c从不反射条269c传递到标板265的反射表面。所述不反射的条269d的第一端(图12的左端)被布置当在对接期间到达所述选择控制点432时，光束510d由一个反射标板265表面移动到所述不反射条269d。所述条269d的第二端(图12的右侧)充分延伸到标板265的端部，当在对接期间到达对接和锁住位置440时，使光束510d不转换为反射光。

控制位置32可以根据不同目的不同的特殊应用进行选择。下面包括一些示例：

●当凸轮横向移动在中途区域时，所述要求对接的力可以从一个值突然变化到另一个值。控制位置432可以选择以引起控制器在所述力变化处产生一个适当的相应的空气压力的变化。

●在一个凸轮槽129的确定的应用中可以有两个不同的斜面。例如在邻近所述抓住区域的中途区域中可以提供一个初始陡峭的斜面。在斜面的一个确定的点上可以改变成平缓的斜面，该平缓斜面连接到对接区域的非斜面上。所述斜面从一个值转变到另一个值的点可以希望被选择作为控制点432。

●在对接或脱离对接期间，当例如到达所述中途区域的一个确定点时，有必要向外部手柄提供一个信号。为了这个目的所述控制点432可以选择该点。

●所述控制点432可以选择在靠近或进入对接区域，例如位置435，应用于在到达所述对接和锁住位置440之前希望关闭或实质上改变所供应的空气压力。如果希望，这还可以用于当脱离对接时产生一个供应空气压力的信号。

●为提供一个确保所述凸轮随动件110a已经由凸轮110紧密地抓住，可以选择控制点432在非常靠近抓住区域。

本领域普通技术人员将想到控制点432的其它目的和位置。很明显当装备变得越来越自动化会希望具有多个控制点432。提供前述的完成所述凸轮位置传感器的装置这都落入本发明的范围内。

以上，本发明对具有圆形凸轮的对接进行了描述。对本领域普通技术人员来说很明显同样的原理可以具有同样的优点地应用在具有线性凸轮的对接中。

在上述的描述中，引导销已经基本地作为一个校准结构被描述。而且引导销座作为所述相应的校准结构插座被描述；但是，很清楚所述校准结构和校准结构插座可以包括任何类型的校准对。例如所述校准结构可以是运动学配合表面如一个球。而且，所述校准结构插座可以包括运动学表面。例如所述校准结构插座可以为包括两个运动学表面的槽。

在上述的实施例中，气动缸225和226用作操作所述对接的线性致动器。其它类型的线性致动器也可适用，例如动力马达动力致动器或电磁线圈。可替换地，一个转动马达和一个适当的传动装置可以附加给予动力转动到一个圆形凸轮或类型驱动器(如果这样装备)在一个具有圆形凸轮的对接或加到参与线性凸轮和连接装置的对接中的曲拐上。所述转动马达可以是动力的或气动的。

虽然在此的说明和描述涉及确定的特殊实施例，但本发明不打算限制在被显示的所述细节上。而是由这些细节而作出的各种变形都落入权利要求书相同的范围和区域并且不能与本发明的精神实质分离。

Claims

1.一用于将一电测试头与一处理设备对接的系统，包括：

至少部分地将所述电测试头与处理设备校准并随后将所述电测试头与处理设备集合在一起的一个组件；和

仅提供部分的动力帮助将所述电测试头与处理设备集合在一起的一动力驱动致动器。

2.如权利要求1所述的将一电测试头与一处理设备对接的系统，其中所述组件包括布置在所述电测试头与处理设备之中的一个上的至少两个凸轮，所述两个凸轮的操作为机械同步。

3.如权利要求1所述的将一电测试头与一处理设备对接的系统，其中所述电测试头与处理设备在它们之间电接触之前被校准。

4.如权利要求1所述的将一电测试头与一处理设备对接的系统，其中所述致动器由一空气压力的变量来提供动力，以改变在操作所述组件期间的触觉响应。

5.如权利要求1所述的将一电测试头与一处理设备对接的系统，其中所述电测试头与处理设备之间的进一步校准在将所述电测试头与处理设备集合在一起的期间进行。

6.如权利要求1所述的将一电测试头与一处理设备对接的系统，其特征在于还包括：

在所述电测试头与处理设备之中的一个上的多个校准结构；及

在所述电测试头与处理设备之中的另一个上用于接收所述校准结构的多个所述校准结构插座。

7.如权利要求1所述的将一电测试头与一处理设备对接的系统，其特征在于还包括：

多个用于操作所述组件的凸轮，安装在所述电测试头与处理设备之中的一个上；及

多个结点，安装在所述电测试头与处理设备之中的另一个上，用于在所述电测试头与处理设备之间提供一粗校准，在所述电测试头与处理设备被集合在一起时，每个所述结点与邻近的至少一个所述凸轮校准。

8.如权利要求1所述的将一电测试头与一处理设备对接的系统，其特征在于还包括：

至少一个传感器，用于检测所述电测试头与处理设备彼此相对定位，以使所述动力驱动致动器被操作将所述电测试头与处理设备集合在一起。

9.如权利要求8所述的将一电测试头与一处理设备对接的系统，其中所述传感器进一步用于使所述动力驱动致动器操作。

10.如权利要求6所述系统，其中所述校准结构为引导销，且所述校准结构插座为引导销座。

11.如权利要求10所述系统，其中所述每个引导销座被包括在多个安装在所述电测试头与处理设备中的一个上的结点中的一个上，每个所述结点与邻近的相应的在所述电测试头与处理设备中另一个上安装的凸轮对准。

12.如权利要求6所述系统，其中至少一个所述校准结构包括一个动力学配合表面，并且一个相应的校准结构插座包括一动力学表面。

13.如权利要求12所述系统，其中所述动力学配合表面包括一个球，且所述校准结构插座包括一个槽。

14.如权利要求12所述系统，其中所述系统包括三个动力学配合表面及三个所述校准结构插座，每个所述动力学配合表面包括一个球。

15.如权利要求7所述系统，其特征在于包括：

至少一个附加的传感器，用于传感以下两者中的至少一个：(a)至少一个所述凸轮一个位置，及(b)所述测试头和处理设备彼此相对定位在至少两个校准位置中的粗的校准上。

16.一用于将一电测试头与一处理设备对接的系统，包括：

将所述电测试头与处理设备集合在一起的一个组件；

一机构，操作所述组件；

至少一个致动器，操作所述机构；及

至少一个传感器，检测所述机构的位置。

17.如权利要求16所述系统，其中所述机构包括至少两个凸轮。

18.如权利要求17所述的将一电测试头与一处理设备对接的系统，其特征在于，还包括：一个与所述机构一起运动的标板，其中所述传感器检测从所述标板被反射的光。

19.如权利要求17所述的将一电测试头与一处理设备对接的系统，其中所述传感器检测以下至少一个：

一第一位置，在该位置上至少一个位于所述电测试头与处理设备中的一个上的所述凸轮准备接收一个相应的位于所述电测试头与处理设备中的另一个上的凸轮随动件；

一对接位置，在该位置上所述电测试头与处理设备被对接在一起；和

一个在所述第一和所述对接位置之间的位置。

20.如权利要求16所述系统，其特征在于还包括：

至少一个附加的传感器，传感以下两者中的一个：(a)所述电测试头与处理设备彼此相对定位在至少两个校准位置中的粗的校准上，及(b)所述电测试头相对于所述处理设备定位使得至少一个致动器可操作将所述电测试头与处理设备集合在一起。

21.如权利要求16所述系统，其特征在于还包括：

在所述电测试头与处理设备之中的另一个上用于接收所述校准结构的多个校准结构插座。

22.一用于将一电测试头与一处理设备对接的系统，包括：

将所述电测试头与处理设备集合在一起的一个组件；

多个凸轮，布置在所述电测试头与处理设备中的一个上，用于操作所述组件；

多个结点，布置在所述电测试头与处理设备之中的另一个上，每个所述结点与邻近的所述多个凸轮中的至少一个校准；

至少一个动力驱动致动器，提供所述凸轮的动力操作；及

一个传感器，检测所述测试头和处理设备彼此相对定位在至少两个校准位置中的粗的校准上。

23.如权利要求22所述的将一电测试头与一处理设备对接的系统，其特征在于还包括：

24.如权利要求22所述系统，其中所述校准结构为引导销，且所述校准结构插座为引导销座。

25.如权利要求24所述系统，其中所述每个引导销座被包括在所述多个结点中的一个上。

26.如权利要求22所述系统，其中至少一个所述校准结构包括一个动力学配合表面，并且一个相应的校准结构插座包括一动力学表面。

27.如权利要求26所述系统，其中所述动力学配合表面包括一个球，且所述校准结构插座包括一个槽。

28.如权利要求26所述系统，其中所述系统包括三个动力学配合表面及三个所述校准结构插座，每个所述动力学配合表面包括一个球。

29.如权利要求22所述系统，其特征在于还包括：

至少一个附加的传感器，传感以下两者中的至少一个：(a)在所述凸轮中的至少一个的位置，及(b)所述电测试头相对于所述处理设备定位使得所述至少一个致动器可操作将所述电测试头与处理设备集合在一起。

30.一用于将一电测试头与一处理设备对接的系统，包括：

多个凸轮，布置在所述电测试头与处理设备中的一个上；

至少一个致动器，为所述凸轮供应动力；

多个结点，布置在所述电测试头与处理设备之中的另一个上，与所述凸轮配合，以将所述测试头和所述处理设备对接；

多个凸轮随动件，安装在所述结点上，与所述多个凸轮结合；及

至少一个传感器，当至少一个所述凸轮随动件与一个相应的凸轮接合时检测所述测试头和所述处理设备的相对位置。

31.如权利要求30所述的将一电测试头与一处理设备对接的系统，其特征在于还包括多个在所述电测试头与处理设备之中的一个上的多个校准结构，用于校准所述测试头和所述处理设备。

32.如权利要求30所述的将一电测试头与一处理设备对接的系统，其中手动为主地向所述凸轮供应动力。

33.如权利要求30所述的将一电测试头与一处理设备对接的系统，其中在进行电接触之前所述电测试头与处理设备在X，Y和θZ上被校准。

34.如权利要求30所述的将一电测试头与一处理设备对接的系统，其中所述传感器检测至少以下之一：

一可致动位置，在该处所述致动器准备被致动；

一个在所述可致动位置和所述对接位置之间的位置。

35.如权利要求30所述的将一电测试头与一处理设备对接的系统，其中所述传感器为一光电传感器。

36.如权利要求30所述的将一电测试头与一处理设备对接的系统，其中所述传感器为一个以光纤输送光的光电传感器。

37.如权利要求30所述的将一电测试头与一处理设备对接的系统，其中在动力损失后所述测试头保持与所述处理设备的对接。

38.如权利要求30所述的将一电测试头与一处理设备对接的系统，其中所述系统包括布置在所述电测试头与处理设备之中的一个上的多个结点，在对接之前保护所述电测试头与处理设备之中的至少一个上的电触点。

39.一用于将一电测试头与一处理设备对接的系统，包括：

将所述电测试头与处理设备集合在一起的一个组件；

至少两个凸轮，布置在所述电测试头与处理设备中的一个上，用于操作所述组件；

至少一个动力驱动致动器，至少提供所述凸轮的部分的动力操作；

至少一手柄，可选择地手动操作至少一个所述凸轮，所述手动操作为加到所述凸轮的所述至少部分的动力操作上，或与之无关；

40.如权利要求39所述系统，其中所述校准结构包括一个动力学配合表面及所述校准结构插座包括至少一动力学表面。

41.如权利要求39所述系统，其特征在于还包括：

至少一个附加的传感器，传感以下三者中的至少一个：(a)在所述凸轮中的至少一个的位置，(b)所述电测试头相对于所述处理设备定位，使得所述至少一个致动器可以操作将所述电测试头与处理设备集合在一起，和(c)所述电测试头与处理设备彼此相对定位在至少两个校准位置中的粗校准位置。

42.一用于将一电测试头与一处理设备对接的方法，包括：

校准所述电测试头与处理设备；及

驱动至少一动力驱动致动器，用于仅提供部分动力协助集合所述测试头和处理设备。

43.一用于将一电测试头与一处理设备对接的方法，包括：

检测至少一个校准结构进入一相应的校准结构插座，所述校准结构被置于所述电测试头与处理设备中的一个上，所述校准结构插座被置于所述电测试头与处理设备中的另一个上；

传感所述电测试头与处理设备彼此相对定位，使至少一个动力驱动致动器可操作，将所述电测试头与处理设备集合在一起；及

驱动所述至少一个动力驱动致动器，提供至少部分动力协助将所述电测试头与处理设备集合在一起。

44.一用于将一电测试头与一处理设备对接的方法，包括以下步骤：

检测多个凸轮中的至少一个的位置，所述位置至少包括以下三者中的一个，(a)一第一位置，在该位置上至少一个位于一个所述电测试头与处理设备中的一个上的所述凸轮准备接收一个相应的位于所述电测试头与处理设备中的另一个上的凸轮随动件，(b)一对接位置，在该位置上所述电测试头与处理设备被对接在一起，和(c)一个在所述第一和所述对接位置之间的位置；

驱动至少一个动力驱动致动器，提供至少部分动力协助将所述电测试头与处理设备集合在一起。

45.一用于将一电测试头与一处理设备对接的方法，包括以下步骤：

传感所述测试头和所述处理设备彼此相对被定位，使得至少一个动力驱动致动器可操作将所述电测试头与处理设备集合在一起；

手动致动一个将所述电测试头与处理设备集合在一起的组件；及

驱动所述至少一个动力驱动致动器，提供部分动力协助将所述电测试头与处理设备集合在一起。

46.如权利要求45所述方法，其中所述启动步骤包括操作一手柄，所述手柄启动所述组件的操作。

47.如权利要求45所述方法，其特征在于还包括将所述测试头锁住在所述处理设备上的步骤。

48.如权利要求45所述方法，其特征在于还包括以下步骤：由操作者根据以下至少一个情况，即(a)所述测试头和所述处理设备没有校准，和(b)在所述测试头和所述处理设备之间存在障碍物，中断所述启动步骤或致动步骤。