差动位移装置 【技术领域】
本发明涉及的是一种差动位移装置，尤指一种具有变层与定层双重作用的转轮，可快速且精确地驱动平台或装置定位于一定距离、长度或高度，尤适用在各设备线性位移前后调整与固定距离的快速往复机械精密控制共存在一个装置上。
背景技术
半导体(SILICON或IIIV后制程如IC产业、LED产业、LCD产业)制程中，对每个生产组件(或称晶粒chip)都要经过点测、分析以确认组件是否合乎设计出货规格。
点测结果差异分析也可回馈前端的设计或前段制程，故点测机是半导体设计、分析、生产的重要角色。而如何在微精密的组件(或称晶粒)能够通过探针精准的接触以进行量测、光学(显微镜、CCD等)被测物(如芯片的X、Y、Z方向移动载台、针测用的界面探针卡或夹针座)的上下分离或接触机构都是基本的配备。
请参阅图1所示一种现有检测装置，所述的检测装置10包含一可置放待测物14的平台11、一取像模块12以及一运动机构13，所述的运动机构13包括一X轴移动单元131、一Y轴移动单元132、一Z轴移动单元133，分别用以驱动所述的平台11作X轴、Y轴运动，以及所述的取像模块12作Z轴运动，可对待测物14进行三维对焦取像；所述的现有检测装置10所存在的主要弊端在于，每置换一待测物14时，所述的取像模块12均必须重新进行三维对焦，因此耗费许多对焦时间，拉长检测过程，并影响整体生产率。
其次，已知中国台湾省发明专利申请第93117308号「具补偿功能的视觉检测装置及其聚焦误差补偿方法」，所述的案是在视觉检测装置上设有一控制运算模块，用在控制所述的运动机构的运动以进行扫描，所述的控制运算模块包括一处理单元、一记忆单元、一命令单元以及一判读单元，首先由所述的处理单元量取平台上复数个点的挠曲量，根据所述的挠曲量建立一数学模式以得到整个所述的平台的挠曲量分布，并将所述的垂直挠曲量储存在一记忆单元，再由一命令单元依据所述的垂直挠曲量命令所述的运动机构运动以补偿取像模块的焦距变异，最后由所述的判读单元根据电子影像的数据判读所述的待测物的图型与几何尺寸；据此可知，由于所述的控制运算模块必须能够负担繁复的运算处理，故其构造必定相当复杂，不仅导致制造成本高，且造成维修或调校的困难。
综上所述可知，目前针测机针测用界面(探针卡或夹针座)其高度设定多为旋转旋钮以驱动界面升降，在维修时必须下降芯片的Z方向(即垂直方向)移动载台使探针与芯片分离以免伤害到探针与芯片，维修完成后再上升Z方向移动载台到探针高度，此时因为Z方向移动过，故光学(显微镜、CCD等)与Z方向载台的关系变还，光学必须重新对准Z方向载台的焦距，因此维修的步骤时间冗长。
因此，若要同时能具有固定距离的快速往复机械精密控制又具有线性偏移调整共存在一个装置上，对使用者便利性将大大提升。
【发明内容】
有鉴于现有技术的缺陷，本发明的主要目的在于提出一种差动位移装置，其具有变层与定层双重作用，可快速且精确地驱动平台或装置定位于一定距离、长度或高度。
为达到上述目的，本发明首先提出一种差动位移装置，其包含：
一中心轴，其具有一输入端与一输出端；
一第一环齿轮，是轴设在所述的中心轴的输入端，其具有内环齿；
至少一第一行星齿轮，是位所述的第一环齿轮内并与所述的第一环齿轮啮合；
一太阳齿轮，是轴设在所述的中心轴上，并与所述的第一行星齿轮啮合；
一第二环齿轮，是套设在所述的中心轴外，其具有内环齿；
至少一第二行星齿轮，是位所述的第二环齿轮内并与所述的第二环齿轮啮合，且所述的第二行星齿轮是与所述的第一环齿轮相连接；
一限位装置，是用以使所述的第一环齿轮定位于一第一角度位置，且使所述的第二环齿轮可在所述的第一角度位置与一第二角度位置所形成的区域内往复转动；
如此，当所述的第二环齿轮转动至第二角度位置时，可由所述的第二环齿轮带动所述的第二行星齿轮转动，由于所述的第二行星齿轮是与所述的第一环齿轮相连接，因此可驱动所述的第一环齿轮转动，并依序带动所述的第一行星齿轮、所述的太阳齿轮转动，进而带动所述的中心轴转动，反的，当所述的第二环齿轮反向转回至所述的第一角度位置时，可依序带动所述的第二行星齿轮、所述的第一环齿轮、所述的第一行星齿轮、所述的太阳齿轮反向转动，进而带动所述的中心轴反向转动。
较佳地，所述的限位装置是包含：
一环状片体，是设置在所述的第一环齿轮底部，所述的环状片体的外径大于所述的第一环齿轮的外径，使所述的环状片体的外缘是凸出在所述的第一环齿轮外围；
一定位件，其是可施力在所述的环状片体凸出在所述的第一环齿轮的外缘上，用以使所述的环状片体无法转动，进而所述的使所述的第一环齿轮定位于所述的第一角度位置；
一套筒，是设置在所述的环状片体底部，且套设在所述的第二环齿轮外，所述的套筒相对应在所述的第一角度位置与第二角度位置所形成的区域具有一贯穿所述的套筒的透空槽；
一旋转座，是枢设在所述的套筒内，且其中心枢设在所述的中心轴的输出端，所述的旋转座顶部是与所述的第二环齿轮相连接；
一拉柄，其一端是穿设在所述的套筒的透空槽并与所述的旋转座相连接，其另一端凸伸在所述的套筒外。
较佳地，所述的定位件为一销体，所述的销体可被驱动施力在所述的环状片体凸出在所述的第一环齿轮的外缘上，用以使所述的环状片体无法转动。
较佳地，所述的销体可连接在一杆体，通过所述的杆体可驱动所述的销体往复运。
较佳地，所述的套筒外侧具有一凸缘，所述的凸缘底部设有一环状座。
较佳地，所述的套筒、环状座与所述的旋转座之间设有轴承。
较佳地，所述的中心轴与所述的旋转座之间设有轴承。
较佳地，所述的拉柄是可螺动地与所述的旋转座相连接。
较佳地，所述的拉柄是包含：
一活动件，其具有一锥状内端，所述的锥状内端是可与所述的套筒的透空槽相嵌合；
一固定件，所述的固定件的一端是与所述的旋转座相螺接，另一端则枢设在所述的活动件内；
弹性件，是设置在所述的固定件与所述的活动件间；
通过所述的弹性件的弹力顶抵，可使所述的活动件的锥状内端插设在所述的透空槽内，所述的活动件可与所述的套筒构成一迫紧状态，可限制所述的旋转座转动。
较佳地，其还包括一上盖，所述的上盖包含：
一本体，其中心是与所述的中心轴的输入端相连接；
至少一轴体，是设置在所述的本体底部，其具有一与所述的中心轴平行的延伸方向，所述的轴体是枢设在所述的第一行星齿轮中心；
侧壁，是设置在所述的本体底部周缘，所述的侧壁底部是与所述的第一环齿轮相连接。
较佳地，所述的中心轴与所述的本体之间设有轴承。
较佳地，所述的轴体底端是与所述的第二行星齿轮轴设。
较佳地，所述的第一行星齿轮为至少两组，等角环绕所述的中心轴设置。
其次，提供了一种具有差动位移装置的视觉检测装置，其包括：
一平台，供置放待测物；
一取像模块，用以对待测物取像；
一运动机构，用以驱动所述的平台可做三维移动；
一差动位移装置，其包含：
一中心轴，其具有一输入端与一输出端，所述的输出端是与所述的运动机构相连接；
一第一环齿轮，其轴设在所述的中心轴的输入端，其具有内环齿；
至少一第一行星齿轮，其位于所述的第一环齿轮内，并与所述的第一环齿轮相啮合；
一太阳齿轮，其轴设在所述的中心轴上，并与所述的第一行星齿轮相啮合；
一第二环齿轮，其套设在所述的中心轴外，其具有内环齿；
至少一第二行星齿轮，其位于所述的第二环齿轮内，并与所述的第二环齿轮啮合，且所述的第二行星齿轮与所述的第一环齿轮相连接；
一限位装置，其用以使所述的第一环齿轮定位于一第一角度位置，且使所述的第二环齿轮在所述的第一角度位置与一第二角度位置所形成的区域内往复转动；
如此，当所述的第二环齿轮转动至第二角度位置时，由所述的第二环齿轮带动所述的第二行星齿轮转动，由于所述的第二行星齿轮与所述的第一环齿轮相连接，从而驱动所述的第一环齿轮转动，并依序带动所述的第一行星齿轮、所述的太阳齿轮、所述的中心轴转动，进而可驱动所述的运动机构作三维运动。
【附图说明】
图1是现有视觉检测装置的结构示意图；
图2是本发明较佳实施例的立体结构示意图；
图3是本发明较佳实施例的俯视图；
图4是图3的A-A剖面图；
图5是图4的部分结构分解图；
图6A是本发明较佳实施例的齿轮在第一角度位置时的转向示意图；
图6B是本发明较佳实施例的齿轮在第二角度位置时的转向示意图。
附图标记说明：10-视觉检测装置；11-平台；12-取像模块；13-运动机构；131-X轴移动单元；132-Y轴移动单元；133-Z轴移动单元；14-待测物；20-差动位移装置；21-第一环齿轮；211-定位销；22-第一行星齿轮；23-太阳齿轮；24-第二环齿轮；25-第二行星齿轮；26-中心轴；261-输入端；262-输出端；263-螺栓；264、265-轴承；27-上盖；271-本体；272-侧壁；273-轴体；28-限位装置；281-环状片体；2811-垫片；282-定位件；2821-杆体；2822-销体；283-套筒；2831-支撑块；2832-凸缘；2833-透空槽；2834-螺栓；284-旋转座；285-环状座；286-轴承；29-拉柄；291-固定件；2911-内侧端；292-活动件；2921-锥状内端；293-弹性件；P1-第一角度位置；P2-第二角度位置；N1-第一环齿轮的齿数；N2-第一行星齿轮的齿数；N3-太阳齿轮的齿数；N4-第二环齿轮的齿数；N5-第二行星齿轮的齿数；ω1-第一环齿轮的转速；ω2-第一行星齿轮的转速；ω3-太阳齿轮的转速；ω4-第二环齿轮的转速；ω5-第二行星齿轮的转速。
【具体实施方式】
以下将参照随附的图式来描述本发明为达成目的所使用的技术手段与功效，而以下图式所列举的实施例仅为辅助说明，以利贵审查委员了解，但本案的技术手段并不限于所列举图式。
请参阅图2至图5所示本发明较佳实施例的立体外观图、俯视图及其剖面结构图，所述的差动位移装置20包含一中心轴26，所述的中心轴26具有一输入端261与一输出端262，所述的输出端261是与一运动机构(图中未示出)相连接，用以驱动所述的运动机构动作，所述的中心轴26的输入端261是连接在一上盖27中央，所述的上盖27具有一圆形本体271，在所述的本体271底部周缘设有向下延伸的侧壁272，所述的中心轴26的输入端261以螺栓263螺接在所述的本体271中心，在所述的中心轴26的输入端261与所述的本体271之间设有轴承264，使所述的中心轴26的输入端261与所述的本体271之间形成可枢转的状态。
其次，在所述的侧壁272底部设有一具有内环齿的第一环齿轮21，再在所述的第一环齿轮21底部设有一环状片体281与一垫片2811，通过定位销211依序穿设所述的垫片2811、所述的环状片体281、所述的第一环齿轮21、所述的侧壁272，可将所述的环状片体281夹设在所述的垫片2811与所述的第一环齿轮21之间，且使得所述的第一环齿轮21与所述的上盖27固设为一体，如此使得所述的第一环齿轮21与所述的中心轴26的输入端261形成可枢转的状态，有关所述的环状片体281的作用将说明在后。
在前述所述的第一环齿轮21内啮合有一第一行星齿轮22，所述的第一行星齿轮22是枢设在一固设在所述的上盖27的本体271底部的轴体273上，所述的轴体273具有一与所述的中心轴26平行的延伸方向。
再在所述的中心轴26上设有一太阳齿轮23，所述的太阳齿轮23是与所述的第一行星齿轮22相啮合，由于所述的第一环齿轮21、所述的第一行星齿轮22、太阳齿轮23相互啮合，因此，当所述的第一环齿轮21转动时，可依序带动所述的第一行星齿轮22、太阳齿轮23转动，再由所述的太阳齿轮23驱动所述的中心轴26转动，换言之，所述的第一环齿轮21、所述的第一行星齿轮22、太阳齿轮23以及所述的中心轴26具有连动关系。
其次，再在所述的中心轴26外套设一具有内环齿的第二环齿轮24，所述的第二环齿轮24是以定位销(图中未示出)定位于一旋转座284的顶部，再在所述的第二环齿轮24内啮合一第二行星齿轮25，所述的第二行星齿轮25是轴设在所述的轴体273的底端，如图4与图5所示，所述的轴体273与所述的第二行星齿轮25一体成型，且所述的轴体273同时可做为所述的第一行星齿轮22的枢接轴，可达降低成本、减少所占空间等目的。
再者，本发明还包括一限位装置28，所述的限位装置28是用以使所述的第一环齿轮21定位于一第一角度位置P1，且使所述的第二环齿轮24可在所述的第一角度位置P1与一第二角度位置P2所形成的区域内往复转动，所述的限位装置28是包含所述的环状片体281，如前所述，所述的环状片体281是设置在所述的第一环齿轮21底部，所述的环状片体281的外径大于所述的第一环齿轮21的外径，使得所述的环状片体281的外缘是凸出在所述的第一环齿轮21外围，在所述的凸出在所述的第一环齿轮21外围的所述的环状片体281上方设有一定位件282，所述的定位件282是可施力在所述的环状片体281上，使所述的环状片体281被夹合在所述的定位件282与一位于所述的环状片体281下方的套筒283之间而无法转动，进而可使所述的第一环齿轮21无法转动而定位于一第一角度位置P1(如图3所示)，至于可达到使所述的环状片体281无法转动的方式或结构有多不同实施态样，例如图2至图4显示是由一杆体2821连动一销体2822并驱动其可作垂直上下运动，其连动的方式可采用连杆或弹性组件等现有构件，除此的外，若单纯采用一可上下螺接的螺栓也可达到相同目的，此为一般人士所熟知的技术，在此不予赘述。
有关上述所述的套筒283，其是设置在所述的环状片体281底部且套设在所述的第二环齿轮24外，所述的套筒283的一作用在于提供所述的环状片体281适当支撑，避免所述的环状片体281因销体2822作用力而变形，如图2所示，在所述的套筒283外侧相对应在所述的销体2822作用处，设有一支撑块2831，所述的支撑块2831的外型、尺寸与数量不限，可依所述的销体2822或所述的套筒283而定，或可与所述的套筒283一体成型。
其次，前述所述的旋转座284则是枢设在所述的套筒283内，所述的旋转座284中心与所述的中心轴26的输出端262之间设有复数的轴承265，如此形成与所述的中心轴26相枢设的状态，由于所述的旋转座284顶部是与所述的第二环齿轮24相连接，因此，当所述的第二环齿轮24转动时，可带动所述的旋转座284在所述的套筒283内同步转动，图示所述的套筒283外侧底部具有一凸缘2832，所述的凸缘2832底部以螺栓2834螺接一环状座285，再在所述的套筒283、环状座285与所述的旋转座284之间设置轴承286，如此，可使得所述的中心轴26以及所述的旋转座284转动时还为平稳顺畅，另必须说明的是，图标均显示一组第一行星齿轮22，然较佳的状态是等角环绕所述的中心轴26设置有复数组，例如三组，如此可平均施力在所述的太阳齿轮23，避免所述的中心轴26因单侧受压或受压不均而歪斜。
再者，在所述的套筒283相对应在所述的第一角度位置P1与第二角度位置P2所形成的区域具有一贯穿所述的套筒283的透空槽2833(如图3所示)，在所述的透空槽2833内穿设有一拉柄29，所述的拉柄29是由一固定件291与一活动件292所构成，所述的固定件291具有一设有外螺纹之内侧端2911，所述的内侧端291是穿设在所述的套筒283的透空槽2833并与所述的旋转座284相螺接，所述的固定件291的外侧端则凸伸在所述的套筒283外并枢设在所述的活动件292内，在所述的固定件291与所述的活动件292之间设有弹性件293，所述的活动件292具有一锥状内端2921，通过所述的弹性件293的弹力顶抵，可使所述的活动件292的锥状内端2921插设在所述的透空槽2833内，所述的活动件292可与所述的套筒283构成一涨紧状态，而当拉动所述的活动件292使所述的锥状内端2921与所述的透空槽2833分离时，所述的活动件292与所述的套筒283构成一释放状态，则可经由所述的固定件291操控所述的旋转座284在所述的第一角度位置P1与第二角度位置P2所形成的区域内转动，当转动至所需位置后，将活动件292放开，即可使所述的活动件292的锥状内端2921再度插设在所述的透空槽2833内，如图3所示，换言之，当所述的旋转座284转动的同时，可带动所述的第二环齿轮24、所述的第二行星齿轮25转动，再由于所述的第二行星齿轮25是设置在所述的轴体273底部，故当所述的第二行星齿轮25转动时，可驱动所述的上盖27转动，进而可带动所述的第一环齿轮21、所述的第一行星齿轮22、太阳齿轮23以及所述的中心轴26转动。
经了解上述各结构间的连动关系后，请再参阅图3、图6A、图6B，说明各齿轮在所述的第一角度位置P1与第二角度位置P2所形成的区域内转动时的转向，如图6A所示，当逆时转动所述的第一环齿轮21时，可带动所述的第一行星齿轮22逆时转动、所述的太阳齿轮23与所述的中心轴26顺时转动，由于所述的中心轴26是与一运动机构(图中未示出)相连接，可用以驱动所述的运动机构动作，因此，在转动所述的第一环齿轮21适当圈数后，可驱动所述的运动机构动作一定距离、长度或高度的变化，再通过所述的定位件282限制所述的第一行星齿轮22转动，并将此点设定为所述的第一角度位置P1，此时，所述的第二环齿轮24、所述的第二行星齿轮25是处在静止状态(以虚线表示)，且图3所示所述的拉柄29是处在死锁状态。
当拉动图3所示所述的拉柄29后，可将所述的拉柄29转动至第二角度位置P2的位置，如图6B所示，所述的第二环齿轮24因所述的拉柄29转动而被驱动顺时转动，并可同步带动所述的第二行星齿轮25顺时转动，进而可带动所述的第一环齿轮21与所述的第一行星齿轮22顺时转动、所述的太阳齿轮23与所述的中心轴26逆时转动。
据上所述可知，在所述的第一角度位置P1与第二角度位置P2往复转换时，可驱动所述的中心轴26变换其转向，再由于所述的第一角度位置P1与第二角度位置P2所形成的区域固定，故所述的中心轴26所转动的圈数固定，根据此一特性，若通过皮带、传动轴或相似功能的连接组件将所述的中心轴26与一运动机构相互连接，则可驱动所述的运动机构在一定距离、长度或高度间动作，至于所述的运动机构可作一维、二维或三维等不同方位运动，其结构或其动作的型态，是根据实际应用的机台或装置而定，例如，可应用在图1所示的所述的视觉检测装置10，驱动所述的运动机构13的X轴移动单元131、Y轴移动单元132、Z轴移动单元133，分别用以驱动所述的平台11作X轴、Y轴运动，以及所述的取像模块12作Z轴运动，可使所述的待测物14与所述的取像模块12准确对焦，而当检测完毕后，所述的平台11虽然退出并置换一新的待测物14，然而由于所述的差动位移装置20具有记忆对焦位置的功能，因此只要调整所述的拉柄29的位置，即可使所述的平台11定位于准确的对焦位置，其方式简单快速，无须繁琐的对焦程序，因此可所短检测过程与时间，提高生产率。
再针对各齿轮的配合齿数而言，假设：
所述的第一环齿轮21的齿数N1＝72，转速ω1；
所述的第一行星齿轮22的齿数N2＝22，转速ω2；
所述的太阳齿轮23的齿数N3＝28，转速ω3；
所述的第二环齿轮24的齿数N4＝60，转速ω4；
所述的第二行星齿轮25的齿数N5＝10，转速ω5；
依转速比公式：
当所述的第二环齿轮24固定时，所述的太阳齿轮23与所述的第一环齿轮21的转速比：
ω3/ω1＝(N1(N2-N5))/(N3(N2+N5))＝0.964
当所述的第二行星齿轮25固定时，所述的太阳齿轮23与所述的第二环齿轮24的转速比：
ω3/ω4＝(2N1N3)/(N5(N3-N2))＝7.857
据此可知，所述的第一环齿轮21、所述的第一行星齿轮22、所述的太阳齿轮23、所述的第二环齿轮24与所述的第二行星齿轮25配合的齿数不同，可得不同的输出转速比，可依实际所需而设定。
综上所述，本发明所提供的差动位移装置，可快速且精确地驱动各式平台或装置定位于一定距离、长度或高度，且利用复合行星减速轮是的关系能切换成大行程的精密升降，方便维修换卡时使用。将本发明应用在半导体(SILICON或IIIV后制程如IC产业、LED产业、LCD产业)制程中，可控制光学(显微镜、CCD等)与Z方向移动载台的关系不变，利用此一具有固定距离的快速往复机械精密控制机构使夹针座向上固定行程移动，探针卡脱离芯片的Z方向移动载台，待维修完成后再使夹针座向下固定行程移动，便能减少光学的对校；换卡时也然，并可针对不同厚度的探针卡利用具有线性位移调整功能的机构使夹针座设定在一正确高度，适用在各种设备线性位移前后调整与固定距离的快速往复机械精密控制共存在一个装置上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。