KR100269776B1 - Active capillary apparatus for a hydraulic bearing and displacement error compensating method by using the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A variable capillary tube apparatus and a method for compensating motion errors by using the same are provided to compensate relative displacement corresponding to the motion error amount of each position of a principal axis or a feed table with using resistance change of a compensation element by changing a capillary tube compensation element. CONSTITUTION: A variable capillary tube apparatus(400) includes a circular base plate(410), a hollow first cylinder member(420) coupled with the upper surface of the base plate, a hollow second cylinder member(440) coupled with the upper part of the first cylinder member and having the same outer diameter as the outer diameter of the first cylinder member with opening the bottom part to guide the flow of fluid supplied from a fluid supply source at predetermined pressure, a circular leaf spring(430) installed between the first and second cylinder members and regulating the amount of fluid to be flew into the first cylinder member by changing the shape, and a piezo-electric element(450) installed within the first cylinder member contact with the bottom surface of the leaf spring to change the shape of the leaf spring.

Description

유정압 베어링용 가변 모세관 장치 및 그를 이용한 운동 오차 보정 방법Variable capillary device for hydrostatic bearings and motion error correction method using the same

본 발명은 유정압 베어링에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유정압 베어링의 포켓 압력을 조절함으로써 다양한 초정밀 계측 장비 및 초정밀 공작 기계의 동작 중 발생하는 운동 오차를 보정할 수 있는 유정압 베어링용 모세관 장치 및 그를 이용한 운동 오차 보정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrostatic bearing, and more particularly, a capillary device for a hydrostatic bearing capable of correcting motion errors occurring during operation of various ultra-precision measuring equipment and ultra-precision machine tools by adjusting the pocket pressure of the hydrostatic bearing; It relates to a motion error correction method using the same.

유정압 베어링은 비접촉식 베어링으로서, 공기, 윤활 오일 등의 유체를 그 내부로 안내하고 상기 유체의 배출을 제한(restrict)함으로써 지지력(load capacity)을 보유하게 된다. 상기 유정압 베어링은 대면하는 물체와의 사이에 형성되는 유막(fluid film)의 평균화 효과(averaging effect)에 의해 주축 샤프트 또는 안내 레일을 따라 전달되는 저주파의 오차 성분을 감소시키고 고감쇠 특성에 의해 고주파의 진동까지 감쇠시킴으로써 정밀 공작기계용 주축이나 이송 테이블에 적합하여 각종 정밀 연삭기용 주축과 안내면 및 초정밀 공작기계의 안내면 등에 주로 사용된다. 도 1은 유정압 베어링(100)의 원리 및 등가 전기 회로를 도시하고 있다. 베어링(100)이 설치된 테이블은 안내면(120)을 따라 직선 운동한다. 상기 테이블은 그 상면에 형성된 포켓(130)으로부터 분사되는 고압 상태의 얇은 유막(fluid film)에 의해 안내면(120)으로부터 소정 간격을 유지한다. 공작기계의 이송 테이블에는 다수의 포켓이 형성될 수 있는데, 상기 다수개의 포켓으로의 유체의 유입은 상기 테이블에 인가되는 하중에 따라 각기 적절한 압력을 상기 안내면에 인가할 수 있도록 조절(regulate)된다. 공작물의 하중이 상기 테이블에 인가됨에 따라 상기 힘이 인가된 측의 베어링 갭은 감소되며, 그 반대측의 베어링 갭은 증가한다. 상기 단면 패드형의 경우, 베어링 갭 h는 수학식 1과 같이, 테이블에 가해지는 하중(테이블의 자중 포함) W의 합이 유정압 윤활에 의해 안내면과 테이블 사이에 형성되는 압력 P를 베어링의 전체 면적 A에 대해 적분한 값과 같다는 원리로부터 산출된다. 즉,Hydrostatic bearings are non-contact bearings that retain a load capacity by guiding fluids such as air, lubricating oil, and the like and restricting the discharge of the fluids. The hydrostatic bearing reduces the error component of the low frequency transmitted along the main shaft or the guide rail by the averaging effect of the fluid film formed between the facing object and the high attenuation characteristic. It is suitable for spindles for precision machine tools and feed tables by damping vibrations of the machine tool, and is mainly used for spindles and guide surfaces for various precision grinding machines and guide surfaces for ultra precision machine tools. 1 shows the principle and equivalent electrical circuit of hydrostatic bearing 100. The table on which the bearing 100 is installed moves linearly along the guide surface 120. The table maintains a predetermined distance from the guide surface 120 by a thin fluid film of a high pressure state ejected from the pocket 130 formed on the upper surface. A plurality of pockets may be formed in the transfer table of the machine tool, and the inflow of the fluid into the plurality of pockets is regulated so as to apply appropriate pressure to the guide surface according to the load applied to the table. As the load of the workpiece is applied to the table, the bearing gap on the side to which the force is applied decreases, and the bearing gap on the opposite side increases. In the case of the cross-sectional pad type, the bearing gap h is the total pressure P formed between the guide surface and the table by the hydrostatic lubrication as the sum of the loads (including the weight of the table) W applied to the table, as in Equation 1 It is calculated from the principle that it is equal to the value integrated over the area A. In other words,

(단, 여기서 는 베어링 전체 면적에 대한 포켓 면적의 비에 의한 무차원 면적 및 무차원 유량 계수, Ps 는 윤활 유체 공급 장치의 공급 압력, Pr 은 포켓 압력이며, kc 는 베어링에 강성을 주기 위해 사용되는 모세관의 모세관 계수를 의미한다.)(Where, Is the dimensionless area and the dimensionless flow coefficient by the ratio of the pocket area to the bearing area, P s Is the supply pressure of the lubricating fluid supply device, P r Is the pocket pressure, k c Is the capillary coefficient of the capillary tube used to give the bearing rigidity.)

는 상기 포켓 면적의 비가 클수록 그 값이 증가한다. The value increases as the ratio of the pocket area increases.

한편, 상기 유정압 베어링은 마찰이 작고 평균화 효과에 의한 고정밀도를 유지한다는 장점을 갖고 있지만, 강성(stiffness)이 낮다는 단점이 있다. 유정압 베어링의 강성을 높이기 위해서는 베어링 갭을 최소화하는 것이 효율적이다. 또한, 최소의 베어링 갭을 만족시키기 위한 베어링을 최적 설계하기 위해서는, 상기 베어링 갭에 따라 상기 베어링 내부로 유입되는 유체의 양을 제한할 필요가 있다.On the other hand, the hydrostatic bearing has the advantage of low friction and high accuracy by the averaging effect, but has the disadvantage of low stiffness (stiffness). In order to increase the rigidity of the hydrostatic bearing, it is effective to minimize the bearing gap. In addition, in order to optimally design a bearing to satisfy the minimum bearing gap, it is necessary to limit the amount of fluid flowing into the bearing according to the bearing gap.

그러나, 상기 베어링 갭을 감소시키기 위해서는, 베어링의 가공 정밀도를 높여야 한다. 그러므로, 상기 베어링 갭을 줄이는 방법으로 베어링의 강성을 개선하는데는 제한이 따른다. 상기 제한을 극복하기 위해, 다양한 가변 제한 메커니즘(variable restricting mechanism)들이 제시되어 왔다.However, in order to reduce the bearing gap, the machining precision of the bearing must be increased. Therefore, there is a limit to improving the stiffness of the bearing in such a way as to reduce the bearing gap. To overcome this limitation, various variable restricting mechanisms have been proposed.

상기와 같은 메커니즘의 일례로서, 다이아프램 방식 가변 제한 베어링(200, 250)이 도 2 및 3에 도시되어 있다. 도 2 및 3을 참조하면, 베어링면(210, 260)은 탄성 변형 가능한 다이아프램으로 이루어진다. 베어링면(210, 260)의 모양은 베어링(200, 250)에 인가되는 하중 변화에 따른 베어링면(210, 260)에 작용하는 압력 변화에 따라 변형된다. 그러므로, 높은 강성이 성취된다. 특히, 도 3에 도시된 메커니즘에서는, 다이아프램(260)의 내주면은 O-링(270)에 의해 탄성 지지된다. 다이아프램(260) 후면의 압력은 하우징의 중앙에 형성된 작은 구멍(290)을 통해 베어링면(260)에 작용하는 압력에 따라 변화한다. 그러므로, 상기 다이아프램의 모양은 하중의 변화에 따라 민감하게 변화된다.As an example of such a mechanism, diaphragm type variable limit bearings 200 and 250 are shown in FIGS. 2 and 3. 2 and 3, the bearing surfaces 210 and 260 are made of an elastically deformable diaphragm. The shape of the bearing surfaces 210 and 260 is deformed according to the pressure change acting on the bearing surfaces 210 and 260 according to the load change applied to the bearings 200 and 250. Therefore, high rigidity is achieved. In particular, in the mechanism shown in FIG. 3, the inner circumferential surface of the diaphragm 260 is elastically supported by the O-ring 270. The pressure at the back of the diaphragm 260 varies with the pressure acting on the bearing surface 260 through a small hole 290 formed in the center of the housing. Therefore, the shape of the diaphragm is sensitively changed as the load changes.

상술한 다이아프램식 가변 제한 메커니즘이 적절한 베어링 조건에 사용되면 높은 베어링 강성을 얻을 수 있다. 그러나, 상술한 다이아프램식 가변 제한 메커니즘은 다음과 같은 단점을 지닌다. (1) 상기 베어링면이 변형되어야 하기 때문에 그 응용이 제한된다. (2) 상기 다이아프램이 크게 변형되었을 때는 포켓이 형성된다. 따라서, 상기 다이아프램은 공기의 압축에 따라 자진(self-oscillate)할 수 있다. (3) 상기 다이아프램을 가공하기가 쉽지 않다. 가공 정밀도에 따라 베어링 특성이 변화함으로써 상기 다이아프램의 수명에 영향을 끼친다.High bearing stiffness can be obtained when the diaphragm variable limiting mechanism described above is used in proper bearing conditions. However, the diaphragm variable limiting mechanism described above has the following disadvantages. (1) The application is limited because the bearing surface must be deformed. (2) A pocket is formed when the diaphragm is greatly deformed. Therefore, the diaphragm may self-oscillate according to the compression of air. (3) It is not easy to process the diaphragm. The bearing characteristics change depending on the machining accuracy, which affects the life of the diaphragm.

한편, 유정압 베어링을 이용한 주축이나 테이블의 제작을 위해서는, 주축인 경우, 샤프트의 진원도 및 원통도 등의 가공 정밀도, 이송 테이블의 경우, 최소한 두 개의 안내 레일에 대해 각각의 진직도, 평면도, 직각도 및 두 레일의 상대적인 평행도, 직각도 등의 가공 정밀도를 얻어야 하므로 유막의 평균화 효과를 기대하더라도 서브 미크론 오더의 운동 정밀도를 달성하기는 쉽지 않다. 또한, 이러한 가공 오차에 기인하는 운동 오차는 기하학적인 형상에 의존하므로 주변 장치를 고정밀화한다고 하더라도 상기 운동 오차를 보정하기는 어렵다.On the other hand, for the manufacture of a spindle or table using hydrostatic bearings, in the case of the spindle, the machining accuracy, such as the roundness and the cylindricalness of the shaft, and in the case of the transfer table, the straightness, the top view, the right angle to at least two guide rails It is not easy to achieve the motion precision of the submicron order even if the averaging effect of the oil film is expected because the processing accuracy such as the degree and the parallelism and the squareness of the two rails must be obtained. In addition, since the motion error due to such processing error depends on the geometric shape, it is difficult to correct the motion error even if the peripheral device is high precision.

종래에는 세 가지 방식의 보정이 제시되어 왔다. 첫째, 모세관 혹은 오리피스가 고정된 값의 저항으로 쓰이는 고정 보정이 있다. 둘째, 가변 보정은 다이아프램 및 밸브를 이용하여 포켓 저항에 반비례하는 유동을 형성시킴으로써, 상기 고정 보정 장치에서 형성시킬 수 있는 압력차보다 더 큰 압력차를 성취한다. 그러나, 상술한 두 보정 방식 모두 상기 베어링 갭에 각각의 장치가 맞추어져야 한다.Conventionally, three types of correction have been proposed. First, there is a fixed correction where the capillary or orifice is used as a fixed value resistor. Second, the variable correction uses diaphragms and valves to create a flow inversely proportional to the pocket resistance, thereby achieving a pressure differential that is greater than the pressure differential that can be formed in the fixed correction device. However, both of the above correction schemes require each device to fit the bearing gap.

베어링의 성능을 개선시키기 위해 더욱더 작은 베어링 갭이 요구되고, 상기 보정 장치들이 수동 튜닝(tuning)을 필요로 하기 때문에 제조 오차들이 발생하여 상기 두 보정 방식의 사용을 더욱더 어렵게 만든다. 또한, 세 축을 가진 공작 기계는 대략 36개의 베어링 포켓을 필요로 하기 때문에 노동력의 소비가 매우 크다.Smaller bearing gaps are required to improve the performance of the bearings, and manufacturing errors occur because the correction devices require manual tuning, making the use of the two correction schemes even more difficult. In addition, the machine tool with three axes requires approximately 36 bearing pockets, thus consuming a great deal of labor.

세 번째 보정 방식은 소위 자기 보정(self-compensation)으로서, 이 방식은 베어링 갭의 변화를 사용하여 포켓 내로의 유체 유동의 변화를 자체적으로 허용한다. 상기 자기 보정 방식에서는 베어링면에 선형 그루브를 형성하는 방법을 취하며 스핀들에 주로 응용된다. 그러나, 상기 자기 보정 방식은 그 경제성 면에서 탁월한 효과를 보이지 못했는데, 이는 그 유동 패턴을 정량적으로 분석하기 힘들고, 특히 상기 선형 그루브 단부 근처에서의 유동을 판단하기 힘들기 때문에 결과적으로 부적절한 저항 설계를 낳고 결국 상기 보정 장치의 수동 튜닝을 필요로 하게 된다. 또한, 상기와 같은 선형 그루브를 채용한 자기 보정 유닛은 실제적으로 상기 그루브가 적절히 형성될 수 없는 구조에는 쓰일 수 없다는 단점이 있다.The third correction scheme is so-called self-compensation, which uses a change in the bearing gap to allow for a change in fluid flow into the pocket itself. In the self-calibration method, a linear groove is formed on a bearing surface and is mainly applied to a spindle. However, the self-calibration method did not show an excellent effect in terms of its economy, which made it difficult to quantitatively analyze the flow pattern and, in particular, it was difficult to judge the flow near the linear groove end, resulting in inadequate resistance design. As a result, manual tuning of the correction device is required. In addition, the self-correction unit employing the above-described linear groove has a disadvantage in that it can not be actually used in a structure in which the groove cannot be formed properly.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 유정압 베어링에 강성을 주기 위해 설치되는 모세관 보상 요소를 가변화할 수 있는 가변 모세관 장치를 제공함에 그 제1목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to overcome the above problems, and a first object of the present invention is to provide a variable capillary device capable of varying a capillary compensation element installed to give rigidity to a hydrostatic bearing.

또한, 상기 가변 모세관 장치를 이용하여 주축 또는 이송 테이블의 각 위치에서의 운동 오차량에 상응하는 상대 변위를 보상 요소의 저항 변화를 이용하여 보정해 줄 수 있는 가변 모세관 장치를 이용한 운동 오차 보정 방법을 제공함에 그 제2목적이 있다.In addition, the motion error correction method using a variable capillary device that can correct the relative displacement corresponding to the amount of motion error at each position of the main shaft or the transfer table using the variable capillary device using the resistance change of the compensation element There is a second purpose in providing it.

상기 제1목적을 달성하기 위해 본 발명은:In order to achieve the first object the present invention is:

베이스 플레이트;Base plate;

상기 베이스 플레이트의 상면에 결합되는 중공형의 제1실린더 부재;A hollow first cylinder member coupled to an upper surface of the base plate;

상기 제1실린더 부재의 상부에 결합되고 유체의 유동을 안내하기 위한 제1수단;First means coupled to an upper portion of the first cylinder member and guiding a flow of fluid;

상기 제1실린더 부재와 상기 제1수단 사이에 설치되고 그 모양이 변화됨으로써 상기 제1수단 내로 유입되는 상기 유체의 양을 조절하기 위한 제2수단; 및Second means for adjusting an amount of the fluid introduced into the first means by being installed between the first cylinder member and the first means and changing its shape; And

상기 제2수단의 모양을 변화시키기 위한 제3수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 가변 모세관 장치를 제공한다.It provides a variable capillary device characterized in that it comprises a third means for changing the shape of the second means.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 제1수단은 상기 제1실린더 부재의 외경과 같은 외경을 갖고 그 저면이 개방된 중공형의 제2실린더 부재를 포함하며, 상기 제2실린더 부재의 상부에는 상기 유체를 그 내부로 도입하기 위한 제1개구부가 형성되고, 그 내경의 사이즈가 상기 제1개구부의 사이즈와 대략 같은 환형 가이드가 상기 제2실린더 부재와 일체로 상기 제1개구부로부터 하방향으로 연장되어 상기 제1개구부를 통해 유입되는 상기 유체를 상기 제2실린더 부재의 하부로 안내하며, 상기 제2실린더 부재의 일측에는 상기 유입된 유체를 외부로 배출시키기 위한 제2개구부가 형성된다.According to a preferred embodiment of the present invention, the first means includes a hollow second cylinder member having an outer diameter that is the same as the outer diameter of the first cylinder member and whose bottom surface is opened, and an upper portion of the second cylinder member. A first opening for introducing the fluid therein is formed, and an annular guide having an inner diameter approximately equal to the size of the first opening is integrally formed with the second cylinder member downwardly from the first opening. An extension extends the fluid flowing through the first opening to the lower portion of the second cylinder member, and a second opening is formed at one side of the second cylinder member to discharge the introduced fluid to the outside.

한편, 상기 제1 및 제2개구부는 그 내주면이 암나사 처리되어 각각 유체 공급원과 연결되는 제1파이프 및 유정압 베어링과 연결되는 제2파이프의 숫나사부와 치합됨으로써 상기 유체 공급원 및 상기 유정압 베어링과 연결된다.On the other hand, the first and second openings are internally screwed on the inner circumferential surface thereof and engaged with the male threads of the first pipe connected with the fluid supply source and the second pipe connected with the hydrostatic bearing, respectively, so that the fluid supply source and the hydrostatic bearing Connected.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 제2수단은 원형의 판스프링으로서, 그 사이즈가 상기 제1 및 제2실린더 부재의 외경과 같고, 상기 제1 및 제2실린더 부재 사이에 압입 설치되며, 그 저면으로부터 인가되는 힘에 의해 그 상방향으로 휘어지는 정도가 변화됨으로써, 그 상연과 상기 환형 가이드의 하단부와의 사이에 형성되는 모세관의 간극이 변화됨으로써 상기 제2실린더 부재로 유입되는 상기 유체의 양이 조절되도록 한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the second means is a circular leaf spring, the size of which is equal to the outer diameter of the first and second cylinder members, and is press-installed between the first and second cylinder members. The degree of bending in the upward direction is changed by the force applied from the bottom surface, so that the gap of the capillary tube formed between the upper edge and the lower end of the annular guide is changed so that the fluid flows into the second cylinder member. Allow the amount to be adjusted.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 제3수단은 상기 제1실린더 부재 내에 그 상단이 상기 판스프링의 저면과 접촉되도록 설치되는 압전 소자로서, 그에 인가되는 전압에 따라 상기 압전 소자의 상단의 상방향으로의 변위가 변화되어 상기 모세관의 간극을 변화시킨다.According to a preferred embodiment of the present invention, the third means is a piezoelectric element which is installed in the first cylinder member such that its upper end is in contact with the bottom surface of the leaf spring, the upper end of the piezoelectric element according to the voltage applied thereto The displacement in the upward direction changes to change the gap of the capillary.

상기 압전 소자에 인가되는 전압이 커지면 상기 압전 소자의 상단은 상방향으로 이동되며, 그에 따라 상기 모세관의 간극이 작아짐으로써 상기 제2실린더 부재 내로 유입되는 상기 유체의 양이 줄어들고, 반대로 상기 압전 소자에 인가되는 전압이 작아지면 상기 압전 소자의 상단은 하방향으로 이동되며, 그에 따라 상기 모세관의 간극이 커짐으로써 상기 제2실린더 부재 내로 유입되는 상기 유체의 양이 증가한다.As the voltage applied to the piezoelectric element increases, the upper end of the piezoelectric element moves upwards, thereby decreasing the amount of the fluid flowing into the second cylinder member by decreasing the gap of the capillary tube, and conversely, the piezoelectric element As the applied voltage decreases, the upper end of the piezoelectric element moves downward, and accordingly, the gap of the capillary tube increases, thereby increasing the amount of the fluid flowing into the second cylinder member.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 제1실린더 부재의 바닥벽에는 조정 나사가 설치되어 그를 조절하여 상기 압전 소자의 전체적인 상하 방향 위치를 조절함으로써 상기 모세관의 초기 간극을 세팅하게 된다.According to a preferred embodiment of the present invention, an adjustment screw is installed on the bottom wall of the first cylinder member to adjust the overall position of the piezoelectric element by adjusting its position to set the initial gap of the capillary tube.

또한, 상기 제2목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른, 유체 공급원에 그 각 입구가 연결된 제1 및 제2가변 모세관 장치, 제1 및 제2고정 모세관의 각 출구와 그 각각의 포켓이 연통된 제1, 제2, 제3 및 제4유정압 베어링을 이용한, 서로 평행하게 놓여진(juxtaposed) 제1 및 제2가이드 레일과 상기 제1 및 제2가이드 레일이 연장된 제1방향으로 이동 가능하게 결합된 테이블에 대한 운동 오차 보정 방법에 있어서:Further, in order to achieve the second object, first and second variable capillary devices, each outlet of the first and second fixed capillary tubes, each of which is connected to a fluid source, according to the present invention communicate with respective pockets thereof. Movable first and second guide rails juxtaposed in parallel with each other and the first and second guide rails extending in a first direction using the first, second, third and fourth hydrostatic bearings In the method of compensating the motion error for a table combined with

(1) 상기 테이블 저면부의 상기 제1가이드 레일의 수직면과 대면(confronting)하는 제1면(first surface)의 제1측(first side)에 상기 제1유정압 베어링을 설치하는 단계;(1) installing the first hydrostatic bearing on a first side of a first surface facing the vertical surface of the first guide rail of the table bottom surface;

(2) 상기 테이블 저면부의 제1면의 상기 제1측과 상기 제1방향으로 소정 간격 이격된 제2측에 상기 제2유정압 베어링을 설치하는 단계;(2) installing the second hydrostatic bearing on a second side spaced apart from the first side of the first surface of the table bottom by a predetermined distance in the first direction;

(3) 상기 테이블 저면부의 상기 제2가이드 레일의 수직면과 대면하는 제2면의, 상기 제1면의 상기 제1측과 상기 제1방향과 직교하는 제2방향으로 나란한 위치의 제3측에 상기 제3유정압 베어링을 설치하는 단계;(3) On a third side of the second surface facing the vertical surface of the second guide rail of the table bottom surface, the first side of the first surface and the third side in a second direction perpendicular to the first direction. Installing the third hydrostatic bearing;

(4) 상기 테이블 저면부의 제2면의, 상기 제1면의 제2측과 상기 제2방향으로 나란한 제4측에 상기 제4유정압 베어링을 설치하는 단계;(4) installing the fourth hydrostatic bearing on a second side of the first side of the table, parallel to the second side of the first side and in the second direction;

(5) 상기 제1 및 제2가변 모세관 장치에 단계적으로 점증하는 전압을 인가하여 각 단계에서의 상기 테이블의 제2방향으로의 변위를 측정하는 단계;(5) measuring a displacement in the second direction of the table in each step by applying a stepwise increasing voltage to the first and second variable capillary devices;

(6) 상기 제1 및 제2가변 모세관 장치에 인가되는 전압과 그에 따른 상기 테이블의 상기 제2방향으로의 변위 간의 관계를 산출(evaluating)함으로써 상기 제1 및 제2가변 모세관 장치의 제1 및 제2게인(gain)을 구하는(determining) 단계;(6) evaluating a relationship between the voltage applied to the first and second variable capillary devices and thus the displacement of the table in the second direction, thereby first and second of the first and second variable capillary devices; Determining a second gain;

(7) 상기 제1 및 제2가변 모세관 장치에 전압을 인가하지 않은 상태에서 상기 테이블을 상기 제1방향으로 이송시키며 상기 테이블의 상기 제2방향으로의, 상기 테이블 및 상기 제1 및 제2가이드 레일의 진직도 및 평행도의 오차에 기인하는 오차 변위를 측정하는 단계; 및(7) the table and the first and second guides in the second direction of the table while transferring the table in the first direction without applying voltage to the first and second variable capillary devices; Measuring an error displacement resulting from an error in the straightness and parallelism of the rail; And

(8) 상기 테이블이 상기 제1방향으로 이송되는 동안, 상기 오차 변위를 상쇄시킬 수 있도록, 상기 단계 (6)으로부터 구한 상기 제1 및 제2게인에 따라 상기 제1 및 제2모세관 장치에 상기 변화하는 오차 변위에 상응하는 변화하는 보정 전압을 인가하는 단계를 포함한다.(8) the first and second capillary devices according to the first and second gains obtained from the step (6) so as to cancel the error displacement while the table is transported in the first direction. Applying a varying correction voltage corresponding to the varying error displacement.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 단계 (5)에 있어서, 상기 테이블의 상기 제2방향으로의 변위는 상기 테이블의 상기 제1면의 상기 제1측과 상기 제2방향으로 나란한 제1위치, 상기 테이블의 상기 제1면의 상기 제2측과 상기 제2방향으로 나란한 제2위치 및 상기 제1 및 제2위치의 중앙에 위치한 제3위치에서 각각 측정된다.According to a preferred embodiment of the present invention, in step (5), the displacement of the table in the second direction is a first position parallel to the first side and the second direction of the first surface of the table. And a second position parallel to the second side of the first side of the table in the second direction and a third position centrally located between the first and second positions.

단계 (5)에 있어서, 상기 제1 및 제2가변 모세관 장치 내에 설치된 제1 및 제2압전 소자에 상기 점증하는 전압을 인가하여, 상기 제1 및 제2가변 모세관 장치 내에 형성되어 상기 제1 및 제2가변 모세관 장치 출구로 배출되는 유체의 양을 조절하기 위한 제1 및 제2모세관의 간극을 조절함으로써 상기 제1 및 제2유정압 베어링의 각 포켓 압력을 변화시켜 상기 테이블의 상기 제2방향으로의 위치를 변화시키게 된다.In step (5), the increasing voltage is applied to the first and second piezoelectric elements installed in the first and second variable capillary devices to form the first and second variable capillary devices to form the first and second variable capillary devices. By varying the pocket pressure of the first and second hydrostatic bearings by adjusting the gap between the first and second capillaries for adjusting the amount of fluid discharged to the second variable capillary device outlet, the second direction of the table Will change its position.

한편, 단계 (6)에 있어서, 제1 및 제2게인은 상기 제1 및 제2가변 모세관 장치 각각에 대해 상기 전압과 변위와의 관계를 대략 선형화시킴으로써 구하게 된다.On the other hand, in step (6), the first and second gains are obtained by roughly linearizing the relationship between the voltage and the displacement for each of the first and second variable capillary devices.

단계 (7)에 있어서, 상기 오차 변위는 반복성을 가짐으로써, 상기 테이블의 상기 제1방향으로의 이송시, 상기 제1 및 제2모세관 장치에 인가될 전압이 특정된다.In step (7), the error displacement has repeatability, so that, when transferring the table in the first direction, the voltage to be applied to the first and second capillary devices is specified.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2가변 모세관 장치는 각각 상기 오차 변위를 상쇄시킬 수 있는 최대 변위량을 갖는 제1 및 제2압전 소자를 구비할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the first and second variable capillary devices may be provided with first and second piezoelectric elements each having a maximum displacement amount capable of canceling the error displacement.

상기 오차 변위는 상기 제1방향으로의 상기 테이블 및 상기 제1 및 제2가이드 레일의 진직도 에러(straightness error), 및 상기 제1 및 제2방향과 직교하는 수직한 방향에 대한 회전 에러(yaw error)를 포함하며, 상기 진직도 및 회전 에러는 상기 구해진 상기 제1 및 제2가변 모세관 장치의 상기 제1 및 제2게인에 따라 상기 제1 및 제2가변 모세관 장치에 인가하는 전압을 달리함으로써 동시에 보정된다.The error displacement is a straightness error of the table and the first and second guide rails in the first direction, and a rotational error with respect to the vertical direction perpendicular to the first and second directions. error, wherein the straightness and rotational errors are varied by varying the voltage applied to the first and second variable capillary devices according to the obtained first and second gains of the first and second variable capillary devices. It is corrected at the same time.

본 발명에 따른 유정압 베어링용 가변 모세관 장치 및 그를 이용한 운동 오차 보정 방법은 유정압 베어링에 강성을 주기 위해 설치되는 모세관 보상 요소를 가변화시켜 주축 또는 이송 테이블의 각 위치에서의 운동 오차량에 상응하는 상대 변위를 보상 요소의 저항 변화를 이용하여 보정해 줄 수 있다.The variable capillary device for hydrostatic bearings according to the present invention and the method of compensating motion error using the same correspond to the amount of motion error at each position of the spindle or feed table by varying the capillary compensation element installed to give rigidity to the hydrostatic bearing. The relative displacement can be corrected by using the resistance change of the compensating element.

도 1은 일반적인 단면 패드형 유정압 베어링 장치의 작동 원리 및 등가 전기 회로를 보여주는 개략도이다.1 is a schematic diagram showing an operating principle and an equivalent electric circuit of a general sectional pad type hydrostatic bearing device.

도 2 및 3은 종래 기술에 따른 다이아프램식 유정압 베어링 장치를 보여주는 단면도이다.2 and 3 is a cross-sectional view showing a diaphragm hydrostatic bearing device according to the prior art.

도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 가변 모세관 장치의 사시도이다.Figure 4 is a perspective view of a variable capillary device according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 가변 모세관 장치를 이용한 유정압 테이블의 운동 오차 보정 원리를 설명하기 위한 개략도이다.Figure 5 is a schematic diagram for explaining the principle of motion error correction of the oil pressure table using a variable capillary device according to an embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 가변 모세관 장치에 스텝 전압을 입력한 경우의 그 변위 및 포켓 압력을 나타내는 그래프이다.Figure 6 is a graph showing the displacement and the pocket pressure when the step voltage is input to the variable capillary device according to an embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 가변 모세관 장치를 이용한 유정압 테이블의 진직도(straightness) 및 각운동(angular) 오차를 동시에 보정하기 위한 실험 장치를 나타낸 개략도이다.Figure 7 is a schematic diagram showing an experimental device for simultaneously correcting the straightness (straightness) and angular (angular) error of the oil pressure table using a variable capillary device according to an embodiment of the present invention.

도 8은 도 7에 도시된 유정압 테이블의 구조를 보여주는 단면도이다.FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a structure of a hydrostatic pressure table illustrated in FIG. 7.

도 9는 도 7에 도시된 실험 장치를 이용한 유정압 테이블의 진직도 및 각운동 오차의 보정 결과를 보여주는 그래프이다.FIG. 9 is a graph showing correction results of straightness and angular motion errors of the hydrostatic pressure table using the experimental apparatus shown in FIG. 7.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **** Explanation of symbols for main parts of drawings **

402, 404 : 제1 및 제2가변 모세관 장치402 and 404: first and second variable capillary devices

402a, 404a : 제1 및 제2압전 소자402a, 404a: first and second piezoelectric elements

402c, 404c : 제1 및 제2모세관402c and 404c: first and second capillary tubes

810 : 유정압 테이블810 Hydrostatic Table

702, 704 : 제1 및 제2고정 모세관702, 704: first and second fixed capillaries

h : 베어링 갭h: bearing gap

Pr : 포켓 압력 P r Pocket pressure

이하, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 유정압 베어링(500)용 가변 모세관 장치(400) 및 가변 모세관 장치(400)의 작동 원리를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 기술한다.Hereinafter, the operating principle of the variable capillary device 400 and the variable capillary device 400 for the hydrostatic bearing 500 according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4 및 도 5에는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 유정압 베어링용 가변 모세관 장치(400) 및 그 작동 원리가 도시되어 있다. 도 4 및 5를 참조하면, 가변 모세관 장치(400)는 원형의 베이스 플레이트(410), 베이스 플레이트(410)의 상면에 결합되는 중공형의 제1실린더 부재(420), 제1실린더 부재(420)의 상부에 결합되고, 유체 공급원 Ps로부터 소정 압력으로 공급되는 유체의 유동을 안내하기 위해, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 제1실린더 부재(420)의 외경과 같은 외경을 갖고 그 저면이 개방된 중공형의 제2실린더 부재(440), 제1실린더 부재(420)와 제2실린더 부재(440) 사이에 설치되고 그 모양이 변화됨으로써 상기 제1수단 내로 유입되는 상기 유체의 양을 조절하기 위한 원형의 판스프링(leaf spring)(430) 및 판스프링(430)의 모양을 변화시키기 위해 제1실린더 부재(420) 내에 그 상단이 판스프링(430)의 저면과 접촉되도록 설치되는 압전 소자(450)를 구비한다.4 and 5 illustrate a variable capillary device 400 and a working principle thereof for a hydrostatic bearing according to a preferred embodiment of the present invention. 4 and 5, the variable capillary device 400 includes a circular base plate 410, a hollow first cylinder member 420 coupled to an upper surface of the base plate 410, and a first cylinder member 420. In order to guide the flow of the fluid which is coupled to the top of the fluid and supplied at a predetermined pressure from the fluid source Ps, according to a preferred embodiment of the present invention, the bottom surface has the same outer diameter as that of the first cylinder member 420 The amount of the fluid flowing into the first means is provided between the open second cylindrical cylinder member 440, the first cylinder member 420 and the second cylinder member 440, and its shape is changed. A circular leaf spring 430 for adjustment and a piezoelectric element installed in contact with the bottom surface of the leaf spring 430 in the first cylinder member 420 so as to change the shape of the leaf spring 430. An element 450 is provided.

제2실린더 부재(440)의 상부에는 상기 유체를 그 내부로 도입하기 위한 제1개구부(470)가 형성된다. 제1개구부(470)를 통해 유입되는 상기 유체를 제2실린더 부재(440)의 하부로 안내하기 위해 그 내경의 사이즈가 제1개구부(470)의 사이즈와 대략 같은 환형 가이드(480)가 제2실린더 부재(440)와 일체로 제1개구부(470)로부터 하방향으로 연장되어 한다. 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 환형 가이드(480)의 하단부는 판스프링(430)의 상면과 미세 간극 h를 갖는 모세관(432)을 형성한다. 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 미세 간극 h는 수십 미크론 정도의 크기를 갖는다.The first opening 470 for introducing the fluid into the upper portion of the second cylinder member 440 is formed. In order to guide the fluid flowing through the first opening 470 to the lower portion of the second cylinder member 440, the annular guide 480 having an inner diameter approximately equal to the size of the first opening 470 is provided in the second. It extends downward from the first opening 470 integrally with the cylinder member 440. According to a preferred embodiment of the present invention, the lower end of the annular guide 480 forms a capillary tube 432 having a fine gap h and the upper surface of the leaf spring 430. According to one preferred embodiment of the present invention, the fine gap h has a size of several tens of microns.

제1실린더 부재(420) 내에 설치된 압전 소자(450)에 인가되는 전압에 따라 압전 소자(450)의 상단이 상방향으로의 변위가 변화되어 모세관(432)의 간극 h를 변화시킨다. 판스프링(430)의 사이즈는 제1 및 제2실린더 부재(420, 440)의 외경과 같고, 제1 및 제2실린더 부재(420, 440) 사이에 압입 설치되며, 그 저면으로부터 인가되는 힘에 의해 그 상방향으로 휘어지는 정도가 변화됨으로써, 그 상면과 환형 가이드(480)의 하단부와의 사이에 형성되는 모세관(432)의 간극 h가 변화됨으로써 제2실린더 부재(440)로 유입되는 상기 유체의 양이 조절되도록 한다.According to the voltage applied to the piezoelectric element 450 installed in the first cylinder member 420, the displacement of the upper end of the piezoelectric element 450 in the upward direction is changed to change the gap h of the capillary tube 432. The size of the leaf spring 430 is equal to the outer diameter of the first and second cylinder members 420 and 440, and is press-fitted between the first and second cylinder members 420 and 440, and is applied to the force applied from the bottom surface thereof. As a result, the degree of bending in the upward direction is changed, so that the gap h of the capillary tube 432 formed between the upper surface and the lower end of the annular guide 480 is changed so that the fluid flowing into the second cylinder member 440 Allow the amount to be adjusted.

즉, 압전 소자(450)에 인가되는 전압이 커지면 압전 소자(450)의 상단은 상방향으로 이동되며, 그에 따라 모세관(432)의 간극 h가 작아짐으로써 제2실린더 부재(440) 내로 유입되는 상기 유체의 양이 줄어들고, 반대로 압전 소자(450)에 인가되는 전압이 작아지면 압전 소자(450)의 상단은 하방향으로 이동되며, 그에 따라 모세관(432)의 간극이 커짐으로써 제2실린더 부재(440) 내로 유입되는 상기 유체의 양이 증가한다.That is, when the voltage applied to the piezoelectric element 450 is increased, the upper end of the piezoelectric element 450 is moved upward, and accordingly, the gap h of the capillary tube 432 is reduced, thereby flowing into the second cylinder member 440. When the amount of fluid decreases and, on the contrary, when the voltage applied to the piezoelectric element 450 decreases, the upper end of the piezoelectric element 450 moves downward, thereby increasing the gap of the capillary tube 432 so that the second cylinder member 440 is increased. The amount of the fluid entering the) increases.

한편, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 제1실린더 부재(420)의 바닥벽에는 조정 나사(screw for preload)(460)가 설치된다. 조정 나사(460)를 조절하여 압전 소자(450)의 전체적인 상하 방향 위치를 조절함으로써 모세관(432)의 초기 간극 hi을 세팅하게 된다.Meanwhile, according to an exemplary embodiment of the present invention, a screw for preload 460 is installed on the bottom wall of the first cylinder member 420. By adjusting the adjusting screw 460 to adjust the overall vertical position of the piezoelectric element 450, the initial gap hi of the capillary tube 432 is set.

제2실린더 부재(440)의 일측에는 상기 유입된 유체를 외부로 배출시키기 위한 제2개구부(490)가 형성된다.One side of the second cylinder member 440 is formed with a second opening 490 for discharging the introduced fluid to the outside.

한편, 제1 및 제2개구부(470, 490)는 그 내주면이 암나사 처리되어 각각 유체 공급원 Ps와 연결되는 제1파이프(472) 및 유정압 베어링(500)과 연결되는 제2파이프(492)의 숫나사부와 치합됨으로써 유체 공급원 Ps및 유정압 베어링(500)과 연통된다.On the other hand, the first and second openings 470 and 490 of the second pipe 492 connected to the first pipe 472 and the hydrostatic bearing 500 whose inner circumferential surfaces are female threaded and connected to the fluid source Ps, respectively. Engagement with the male threaded portion is in communication with the fluid source Ps and the hydrostatic bearing 500.

한편, 도 5에는 가변 모세관 장치(400)를 이용하여 이송 테이블의 운동 오차를 보정하는 원리의 일례가 도시되어 있다.On the other hand, Figure 5 shows an example of the principle of correcting the movement error of the transfer table using the variable capillary device 400.

도 5를 참조하면, 유정압 베어링(500)의 상측 패드(510)에는 가변 모세관 장치(400)가, 하측 패드(520)에는 일반적인 고정 모세관(700)이 연결된다. 이 상태에서 Δ h 만큼 유정압 베어링(500)을 변위시킬 필요가 있을 경우, 압전 소자(450)에 소정 전압을 가하면 모세관(432)의 간극 h가 감소하게 되며, 이에 따라 저항이 증가하게 되어 상측 패드(510) 내의 포켓 압력이 순간적으로 감소하게 된다. 이때, 상하측 패드(510, 520)가 이송 레일(600)에 인가하는 압력 분포의 적분에 의해 형성되는 힘은 서로 같아야 하므로 이를 위해 상측 패드(510)의 포켓 압력이 상승되도록 상측 패드(510)는 Δ h만큼 하방향으로 변위하게 된다. 이러한 원리를 이용하여 압전 소자(450)에 가하는 인가 전압과 테이블(도시 안됨)의 변위량을 미리 구해 놓으면 압전 소자(450)의 최대 변위량 내에서 발생하는 상기 테이블의 운동 오차의 보정은 가능하게 된다.Referring to FIG. 5, a variable capillary device 400 is connected to an upper pad 510 of a hydrostatic bearing 500, and a general fixed capillary 700 is connected to a lower pad 520. in this condition Δ When it is necessary to displace the hydrostatic bearing 500 by h, when a predetermined voltage is applied to the piezoelectric element 450, the gap h of the capillary tube 432 is reduced, thereby increasing the resistance and thus the upper pad 510. The pocket pressure in the interior is reduced instantaneously. At this time, since the forces formed by the integration of the pressure distribution applied by the upper and lower pads 510 and 520 to the conveying rail 600 should be the same, for this purpose, the upper pad 510 to increase the pocket pressure of the upper pad 510. Is Δ It is displaced downward by h. Using this principle, if the applied voltage applied to the piezoelectric element 450 and the displacement of the table (not shown) are obtained in advance, the movement error of the table generated within the maximum displacement of the piezoelectric element 450 can be corrected.

도 6(a)은 공급 압력 100N/cm2에서 가변 모세관 장치(400)가 연결되어 있는 패드(510)측 테이블 면의 D/A 컨버터(800)(도 7에 도시)의 1V/step 입력에 대한 응답 변위를 측정한 것으로, 테이블의 응답 변위는 입력 값을 적절히 추종하고 있으며, D/A 컨버터에 대한 응답 게인(gain)은 0.55 μ m/V 임을 나타내고 있다. 도 6(b)은 고정 모세관(700)이 연결되어 있는 반대측 패드(520)측에서의 응답 변위를 측정한 것으로 도 10(a)과 같은 양의 변위를 보이고 있어 상기 테이블의 탄성 변형에 의한 영향은 거의 없음을 확인할 수 있다. 도 10(c) 및 (d)은 그때의 양측 패드(510, 520)의 포켓 압력 변화를 측정한 것으로서, 모세관(432) 간극 h의 변화를 포켓 압력이 잘 추종하고 있음을 확인할 수 있다. 이에 따라, 양측 포켓 압력의 새로운 평형 위치로 테이블이 이동하고 있음을 확인할 수 있다.Fig. 6 (a) shows the 1V / step input of the D / A converter 800 (shown in Fig. 7) on the table surface of the pad 510 side to which the variable capillary device 400 is connected at a supply pressure of 100 N / cm 2 . The response displacement of the table is properly tracked to the input value, and the response gain for the D / A converter is 0.55. μ It shows that it is m / V. FIG. 6 (b) is a response displacement measured on the opposite side of the pad 520 to which the fixed capillary 700 is connected, and shows a positive displacement as shown in FIG. 10 (a). You can see that none. 10 (c) and 10 (d) measure the change in the pocket pressure of the pads 510 and 520 at that time, and it can be seen that the pocket pressure closely follows the change in the gap h of the capillary tube 432. This confirms that the table is moving to a new equilibrium position of both pocket pressures.

이하, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 가변 모세관 장치(400)를 이용한 유정압 테이블의 운동 오차 보정 방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 기술한다.Hereinafter, a method of correcting a motion error of a hydrostatic pressure table using the variable capillary device 400 according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 7 및 8에는 유정압 테이블(810)의 운동 오차 보정을 위한 실험 장치(900) 및 실험용 유정압 테이블(810)의 구조가 도시되어 있다. 도 7 및 8을 참조하면, 유정압 테이블(810)은 양면 패드 방식이고, 유체 공급원 Ps에 그 각 입구가 연결된 제1 및 제2가변 모세관 장치(402, 404), 제1 및 제2고정 모세관(702, 704)의 각 출구와 그 각각의 포켓이 연통된 제1, 제2, 제3 및 제4유정압 베어링을 이용한, 서로 평행하게 놓여진(juxtaposed) 제1 및 제2가이드 레일(910, 912)과 제1 및 제2가이드 레일(910, 912)이 연장된 제1방향 X로 이동 가능하게 결합된다.7 and 8 illustrate the structures of the experimental apparatus 900 and the experimental hydrostatic pressure table 810 for correcting the movement error of the hydrostatic pressure table 810. 7 and 8, the hydrostatic pressure table 810 is a double-sided pad type, and the first and second variable capillary devices 402 and 404, the first and second fixed capillaries, each of which is connected to the fluid source Ps at its inlet. The first and second guide rails 910, juxtaposed parallel to each other, using the first, second, third and fourth hydrostatic bearings in which each outlet of 702 and 704 and their respective pockets are in communication. 912 and the first and second guide rails 910 and 912 are movably coupled in an extended first direction X.

유정압 테이블(810)은 다음과 같이 설치된다. (1) 테이블(810) 저면부의 제1가이드 레일(910)의 수직면과 대면(confronting)하는 제1면(first surface)(812)의 제1측(first side)(812a)에 제1유정압 베어링(840)을 설치한다. (2) 테이블(810) 저면부의 제1면(812)의 제1측(812a)과 제1방향 X로 소정 간격 이격된 제2측(812b)에 제2유정압 베어링(도시 안됨)을 설치한다. (3) 테이블(810) 저면부의 제2가이드 레일(912)의 수직면과 대면하는 제2면(814)의, 제1면(812)의 제1측(812a)과 제1방향 X와 직교하는 제2방향 Y로 나란한 위치의 제3측(814a)에 제3유정압 베어링(850)을 설치한다. (4) 테이블(810) 저면부의 제2면(814)의, 제1면(812)의 제2측(812b)과 제2방향 Y로 나란한 제4측(814b)에 제4유정압 베어링(도시 안됨)을 설치한다.The hydrostatic pressure table 810 is installed as follows. (1) The first hydrostatic pressure on the first side 812a of the first surface 812 facing the vertical surface of the first guide rail 910 of the bottom portion of the table 810. Install the bearing 840. (2) A second hydrostatic bearing (not shown) is installed on the first side 812a of the first surface 812 of the bottom portion of the table 810 and the second side 812b spaced apart from each other in the first direction X by a predetermined distance. do. (3) Orthogonal to the first side 812a and the first direction X of the first surface 812 of the second surface 814 facing the vertical surface of the second guide rail 912 of the bottom portion of the table 810. The third hydrostatic bearing 850 is installed on the third side 814a at a position parallel to the second direction Y. As shown in FIG. (4) A fourth hydrostatic bearing (4) on the fourth side 814b of the second surface 814 of the bottom surface of the table 810 in parallel with the second side 812b of the first surface 812 in the second direction Y ( Not shown).

테이블(810)은 볼 스크류(920)와 AC 서보 모터(998) 및 DSP(Digital Signal Processor) 모션 컨트롤러(996)에 의해 구동된다.The table 810 is driven by a ball screw 920, an AC servo motor 998, and a digital signal processor (DSP) motion controller 996.

두 개의 가변 모세관 장치(402, 404)를 이용하여 테이블(810)에 직선 변위 및 각 변위를 주기 위해서는 각 가변 모세관 장치(402, 404)의 게인값, 즉 D/A 컨버터 입력 전압/테이블 변위를 실험적으로 미리 구할 필요가 있다. 이를 위해 (5) 제1 및 제2가변 모세관 장치(402, 404)에 단계적으로 점증하는 전압을 인가하여 각 단계에서의 테이블(810)의 제2방향 Y로의 변위를 측정한다. (6) 제1 및 제2가변 모세관 장치(402, 404)에 인가되는 전압과 그에 따른 테이블(810)의 제2방향 Y로의 변위 간의 관계를 산출(evaluating)함으로써 제1 및 제2가변 모세관 장치(402, 404)의 제1 및 제2게인(gain)을 구한다(determining).In order to give linear and angular displacements to the table 810 using two variable capillary devices 402 and 404, the gain value of each variable capillary device 402 and 404, i.e., the D / A converter input voltage / table displacement It needs to be obtained in advance experimentally. To this end, (5) a stepwise increasing voltage is applied to the first and second variable capillary devices 402 and 404 to measure the displacement of the table 810 in the second direction Y in each step. (6) The first and second variable capillary devices by evaluating the relationship between the voltages applied to the first and second variable capillary devices 402, 404 and thus the displacement in the second direction Y of the table 810. Determining the first and second gains of (402, 404).

이때, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 도 7에 도시된 바와 같이, 테이블(810)의 제2방향 Y로의 변위는 테이블(810)의 제1면(812)의 제1측(812a)과 제2방향 Y로 나란한 제1위치, 테이블(810)의 제1면(812)의 제2측(812b)과 제2방향 Y로 나란한 제2위치 및 제1 및 제2위치의 중앙에 위치한 제3위치에서 각각 측정된다.In this case, according to an exemplary embodiment of the present invention, as shown in FIG. 7, the displacement of the table 810 in the second direction Y may correspond to the first side 812a of the first surface 812 of the table 810. A first position parallel to the second direction Y and a second position 812b of the first surface 812 of the table 810 and a second position parallel to the second direction Y and at the center of the first and second positions Each is measured at the third position.

제1 및 제2가변 모세관 장치(402, 404) 내에 설치된 제1 및 제2압전 소자(402a, 404a)에 상기 점증하는 전압을 인가하여, 제1 및 제2가변 모세관 장치(402, 404) 내에 형성되어 제1 및 제2가변 모세관 장치 출구(402b, 404b)로 배출되는 유체의 양을 조절하기 위한 제1 및 제2모세관(404a, 404c)의 간극을 조절함으로써 제1 및 제2유정압 베어링의 각 포켓 압력을 변화시켜 테이블(810)의 제2방향 Y로의 위치를 변화시키게 된다. 제1 및 제2가변 모세관 장치(402, 404)의 상기 제1 및 제2게인은 제1 및 제2가변 모세관 장치(402, 404) 각각에 대해 상기 전압과 변위와의 관계를 대략 선형화시킴으로써 구하게 된다.The incremental voltage is applied to the first and second piezoelectric elements 402a and 404a installed in the first and second variable capillary devices 402 and 404, so that the first and second variable capillary devices 402 and 404 First and second hydrostatic bearings by adjusting the gap between the first and second capillary tubes 404a and 404c to adjust the amount of fluid formed and discharged to the first and second variable capillary device outlets 402b and 404b. By changing the pocket pressure of each, the position of the table 810 in the second direction Y is changed. The first and second gains of the first and second variable capillary devices 402, 404 are obtained by roughly linearizing the relationship between the voltage and displacement for each of the first and second variable capillary devices 402, 404. do.

이때, 테이블(810)의 수평 방향 변위는 용량형 센서(capacitive sensor)(988)를 이용하여 측정한다.In this case, the horizontal displacement of the table 810 is measured using a capacitive sensor 988.

그 후, (7) 제1 및 제2가변 모세관 장치(402, 404)에 전압을 인가하지 않은 상태에서 테이블(810)을 제1방향 X로 이송시키며 테이블(810)의 제2방향 Y로의, 테이블(810) 및 제1 및 제2가이드 레일(910, 912)의 진직도 및 평행도의 오차에 기인하는 오차 변위를 측정한다. (8) 테이블(810)이 제1방향 X로 이송되는 동안, 상기 오차 변위를 상쇄시킬 수 있도록, 상기 단계 (6)으로부터 구한 상기 제1 및 제2게인에 따라 제1 및 제2가변 모세관 장치(402, 404)에 상기 변화하는 오차 변위에 상응하는 변화하는 보정 전압을 인가한다.Thereafter, (7) the table 810 is moved in the first direction X while the voltage is not applied to the first and second variable capillary devices 402 and 404, and in the second direction Y of the table 810, Error displacements due to errors in the straightness and parallelism of the table 810 and the first and second guide rails 910 and 912 are measured. (8) First and second variable capillary devices in accordance with the first and second gains obtained from step (6) so that the error displacement can be canceled while the table 810 is conveyed in the first direction X. A changing correction voltage corresponding to the changing error displacement is applied to (402, 404).

단계 (7)에 있어서, 상기 오차 변위는 반복성을 가짐으로써, 테이블(810)의 제1방향 X로의 이송시, 제1 및 제2가변 모세관 장치(402, 404)에 인가될 전압이 특정된다.In step (7), the error displacement has repeatability such that the voltage to be applied to the first and second variable capillary devices 402, 404 is specified upon transfer of the table 810 in the first direction X.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 제1 및 제2가변 모세관 장치(402, 404)는 각각 상기 오차 변위를 상쇄시킬 수 있는 최대 변위량을 갖는 제1 및 제2압전 소자(402a, 404a)를 구비할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the first and second variable capillary devices 402 and 404 respectively include first and second piezoelectric elements 402a and 404a having a maximum displacement amount that can cancel the error displacement. It can be provided.

상기 오차 변위는 제1방향 X로의 테이블(810) 및 제1 및 제2가이드 레일(910, 912)의 진직도 에러(straightness error), 및 제1 및 제2방향 X, Y와 직교하는 수직한 방향에 대한 회전 에러(yaw error)를 포함하며, 상기 진직도 및 회전 에러는 상기 구해진 제1 및 제2가변 모세관 장치(402, 404)의 상기 제1 및 제2게인에 따라 제1 및 제2가변 모세관 장치(402, 404)에 인가하는 전압을 달리함으로써 동시에 보정된다.The error displacement is perpendicular to the straightness error of the table 810 in the first direction X and the first and second guide rails 910 and 912, and perpendicular to the first and second directions X and Y. A yaw error with respect to the direction, wherein the straightness and the rotational error are determined according to the first and second gains of the obtained first and second variable capillary devices 402, 404. It is simultaneously corrected by varying the voltage applied to the variable capillary devices 402, 404.

도 9(a)는 유정압 테이블(810)의 수평 방향 직선 운동 오차 및 각운동 오차를 각각 5회 반복 측정하여 나타낸 것이다. 운동 거리 200mm에 대해 진직도 2.21 μ m, 각운동 정도 1.4arcsec를 나타내고 있으며, 반면, 도 9(b)는 상기 가변 모세관 장치를 이용했을 때의 운동 정도를 나타낸 것이다. 상기 가변 모세관 장치를 이용한 운동 오차 보정 방법을 적용하여 직선 운동 오차와 각운동 오차를 동시에 보정한 결과, 상기 직선 운동 오차는 보정하지 않은 상태의 약 1/10인 0.25 μ m으로, 각운동 오차는 보정하지 않은 상태의 약 1/3인 0.4arcsec로 개선되어 유정압 테이블(810)의 오차 보정에 매우 효과적임을 확인할 수 있다.FIG. 9 (a) shows the horizontal linear motion error and the angular motion error of the hydrostatic table 810 five times. Straightness 2.21 for travel distance 200mm μ m, the degree of angular motion is 1.4 arcsec, while FIG. 9 (b) shows the degree of motion when the variable capillary device is used. As a result of simultaneously correcting linear motion error and angular motion error by applying the motion error correction method using the variable capillary device, the linear motion error is 0.25 which is about 1/10 of the uncorrected state. μ As m, the angular motion error is improved to 0.4 arcsec, which is about one third of the uncorrected state, and thus it can be confirmed that the angular motion error is very effective for the error correction of the oil pressure table 810.

본 발명에 따른 유정압 베어링용 가변 모세관 장치 및 그를 이용한 운동 오차 보정 방법은 유정압 베어링에 강성을 주기 위해 설치되는 모세관 보상 요소를 가변화시켜 주축 또는 이송 테이블의 각 위치에서의 운동 오차량에 상응하는 상대 변위를 보상 요소의 저항 변화를 이용하여 보정해 줄 수 있다.The variable capillary device for hydrostatic bearings according to the present invention and the method of compensating motion error using the same correspond to the amount of motion error at each position of the spindle or feed table by varying the capillary compensation element installed to give rigidity to the hydrostatic bearing. The relative displacement can be corrected by using the resistance change of the compensating element.

이상에서는 본 발명의 실시예에 따라 본 발명이 설명되었지만, 본 발명의 사상을 일탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자라면 명확히 인지할 수 있을 것이다.Although the present invention has been described above according to an embodiment of the present invention, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications may be made without departing from the spirit of the present invention.

Claims (14)

베이스 플레이트;Base plate; 상기 베이스 플레이트의 상면에 결합되는 중공형의 제1실린더 부재;A hollow first cylinder member coupled to an upper surface of the base plate; 상기 제1실린더 부재의 상부에 결합되고 유체의 유동을 안내하기 위한 제1수단;First means coupled to an upper portion of the first cylinder member and guiding a flow of fluid; 상기 제1실린더 부재와 상기 제1수단 사이에 설치되고 그 모양이 변화됨으로써 상기 제1수단 내로 유입되는 상기 유체의 양을 조절하기 위한 제2수단; 및Second means for adjusting an amount of the fluid introduced into the first means by being installed between the first cylinder member and the first means and changing its shape; And 상기 제2수단의 모양을 변화시키기 위한 제3수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 가변 모세관 장치.And a third means for changing the shape of the second means. 제1항에 있어서, 상기 제1수단은 상기 제1실린더 부재의 외경과 같은 외경을 갖고 그 저면이 개방된 중공형의 제2실린더 부재를 포함하며, 상기 제2실린더 부재의 상부에는 상기 유체를 그 내부로 도입하기 위한 제1개구부가 형성되고, 그 내경의 사이즈가 상기 제1개구부의 사이즈와 대략 같은 환형 가이드가 상기 제2실린더 부재와 일체로 상기 제1개구부로부터 하방향으로 연장되어 상기 제1개구부를 통해 유입되는 상기 유체를 상기 제2실린더 부재의 하부로 안내하며, 상기 제2실린더 부재의 일측에는 상기 유입된 유체를 외부로 배출시키기 위한 제2개구부가 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 모세관 장치.The method of claim 1, wherein the first means comprises a hollow second cylinder member having an outer diameter equal to the outer diameter of the first cylinder member, the bottom of which is open, the upper portion of the second cylinder member A first opening for introducing into the inside is formed, and an annular guide having an inner diameter approximately equal to the size of the first opening is extended downwardly from the first opening in an integral manner with the second cylinder member. A variable capillary tube guides the fluid introduced through one opening to a lower portion of the second cylinder member, and a second opening is formed at one side of the second cylinder member to discharge the introduced fluid to the outside. Device. 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2개구부는 그 내주면이 암나사 처리되어 각각 유체 공급원과 연결되는 제1파이프 및 유정압 베어링과 연결되는 제2파이프의 숫나사부와 치합됨으로써 상기 유체 공급원 및 상기 유정압 베어링과 연통되는 것을 특징으로 하는 가변 모세관 장치.According to claim 2, wherein the first and the second opening portion of the fluid supply and the inner peripheral surface of the first pipe connected to the fluid supply source and the male threaded portion of the second pipe connected to the hydrostatic bearing, respectively, so that the fluid supply and the Variable capillary device, characterized in that in communication with the hydrostatic bearing. 제2항에 있어서, 상기 제2수단은 원형의 판스프링으로서, 그 사이즈가 상기 제1 및 제2실린더 부재의 외경과 같고, 상기 제1 및 제2실린더 부재 사이에 압입 설치되며, 그 저면으로부터 인가되는 힘에 의해 그 상방향으로 휘어지는 정도가 변화됨으로써, 그 상연과 상기 환형 가이드의 하단부와의 사이에 형성되는 모세관의 간극이 변화됨으로써 상기 제2실린더 부재로 유입되는 상기 유체의 양이 조절되도록 하는 것을 특징으로 하는 가변 모세관 장치.3. The method of claim 2, wherein the second means is a circular leaf spring, the size of which is equal to the outer diameter of the first and second cylinder members, is press-fitted between the first and second cylinder members, and from the bottom surface thereof. The degree of bending in the upward direction is changed by the applied force, so that the gap of the capillary tube formed between the upper edge and the lower end of the annular guide is changed so that the amount of the fluid flowing into the second cylinder member is controlled. Variable capillary device, characterized in that. 제4항에 있어서, 상기 제3수단은 상기 제1실린더 부재 내에 그 상단이 상기 판스프링의 저면과 접촉되도록 설치되는 압전 소자로서, 그에 인가되는 전압에 따라 상기 압전 소자의 상단의 상방향으로의 변위가 변화되어 상기 모세관의 간극을 변화시키는 것을 특징으로 하는 가변 모세관 장치.The piezoelectric element of claim 4, wherein the third means is installed in the first cylinder member such that an upper end thereof is in contact with the bottom surface of the leaf spring. A displacement capillary device, characterized in that the displacement is changed to change the gap of the capillary. 제5항에 있어서, 상기 압전 소자에 인가되는 전압이 커지면 상기 압전 소자의 상단은 상방향으로 이동되며, 그에 따라 상기 모세관의 간극이 작아짐으로써 상기 제2실린더 부재 내로 유입되는 상기 유체의 양이 줄어들고, 반대로 상기 압전 소자에 인가되는 전압이 작아지면 상기 압전 소자의 상단은 하방향으로 이동되며, 그에 따라 상기 모세관의 간극이 커짐으로써 상기 제2실린더 부재 내로 유입되는 상기 유체의 양이 증가하는 것을 특징으로 하는 가변 모세관 장치.The method of claim 5, wherein when the voltage applied to the piezoelectric element is increased, the upper end of the piezoelectric element is moved upwards, thereby reducing the amount of the fluid flowing into the second cylinder member by reducing the gap of the capillary tube On the contrary, when the voltage applied to the piezoelectric element decreases, the upper end of the piezoelectric element moves downward, thereby increasing the amount of the fluid flowing into the second cylinder member by increasing the gap of the capillary tube. Variable capillary device. 제5항에 있어서, 상기 제1실린더 부재의 바닥벽에는 조정 나사가 설치되어 그를 조절하여 상기 압전 소자의 전체적인 상하 방향 위치를 조절함으로써 상기 모세관의 초기 간극을 세팅하는 것을 특징으로 하는 가변 모세관 장치.6. The variable capillary device according to claim 5, wherein an adjustment screw is provided on the bottom wall of the first cylinder member to adjust the overall vertical position of the piezoelectric element by adjusting the adjustment screw to set the initial gap of the capillary tube. 유체 공급원에 그 각 입구가 연결된 제1 및 제2가변 모세관 장치, 제1 및 제2고정 모세관의 각 출구와 그 각각의 포켓이 연통된 제1, 제2, 제3 및 제4유정압 베어링을 이용하여, 서로 평행하게 놓여진(juxtaposed) 제1 및 제2가이드 레일에 상기 제1 및 제2가이드 레일이 연장된 제1방향으로 이동 가능하게 결합된 테이블의 운동 오차를 보정하는 방법에 있어서:First and second variable capillary devices having their respective inlets connected to the fluid source, first, second, third and fourth hydrostatic bearings having their respective pockets in communication with each outlet of the first and second fixed capillaries; A method of correcting a motion error of a table movably coupled in a first direction in which the first and second guide rails are extended to first and second guide rails juxtaposed in parallel to each other using: (1) 상기 테이블 저면부의 상기 제1가이드 레일의 수직면과 대면(confronting)하는 제1면(first surface)의 제1측(first side)에 상기 제1유정압 베어링을 설치하는 단계;(1) installing the first hydrostatic bearing on a first side of a first surface facing the vertical surface of the first guide rail of the table bottom surface; (2) 상기 테이블 저면부의 제1면의 상기 제1측과 상기 제1방향으로 소정 간격 이격된 제2측에 상기 제2유정압 베어링을 설치하는 단계;(2) installing the second hydrostatic bearing on a second side spaced apart from the first side of the first surface of the table bottom by a predetermined distance in the first direction; (3) 상기 테이블 저면부의 상기 제2가이드 레일의 수직면과 대면하는 제2면의, 상기 제1면의 상기 제1측과 상기 제1방향과 직교하는 제2방향으로 나란한 위치의 제3측에 상기 제3유정압 베어링을 설치하는 단계;(3) On a third side of the second surface facing the vertical surface of the second guide rail of the table bottom surface, the first side of the first surface and the third side in a second direction perpendicular to the first direction. Installing the third hydrostatic bearing; (4) 상기 테이블 저면부의 상기 제2면의, 상기 제1면의 상기 제2측과 상기 제2방향으로 나란한 제4측에 상기 제4유정압 베어링을 설치하는 단계;(4) installing the fourth hydrostatic bearing on the second side of the table bottom surface, on the fourth side parallel to the second side of the first side in the second direction; (5) 상기 제1 및 제2가변 모세관 장치에 단계적으로 점증하는 전압을 인가하여 각 단계에서의 상기 테이블의 제2방향으로의 변위를 측정하는 단계;(5) measuring a displacement in the second direction of the table in each step by applying a stepwise increasing voltage to the first and second variable capillary devices; (6) 상기 제1 및 제2가변 모세관 장치에 인가되는 전압과 그에 따른 상기 테이블의 상기 제2방향으로의 변위 간의 관계를 산출(evaluating)함으로써 상기 제1 및 제2가변 모세관 장치의 제1 및 제2게인(gain)을 구하는(determining) 단계;(6) evaluating a relationship between the voltage applied to the first and second variable capillary devices and thus the displacement of the table in the second direction, thereby first and second of the first and second variable capillary devices; Determining a second gain; (7) 상기 제1 및 제2가변 모세관 장치에 전압을 인가하지 않은 상태에서 상기 테이블을 상기 제1방향으로 이송시키며 상기 테이블의 상기 제2방향으로의, 상기 테이블 및 상기 제1 및 제2가이드 레일의 진직도 및 평행도의 오차에 기인하는 오차 변위를 측정하는 단계; 및(7) the table and the first and second guides in the second direction of the table while transferring the table in the first direction without applying voltage to the first and second variable capillary devices; Measuring an error displacement resulting from an error in the straightness and parallelism of the rail; And (8) 상기 테이블이 상기 제1방향으로 이송되는 동안, 상기 오차 변위를 상쇄시킬 수 있도록, 상기 단계 (6)으로부터 구한 상기 제1 및 제2게인에 따라 상기 제1 및 제2가변 모세관 장치에 상기 변화하는 오차 변위에 상응하는 변화하는 보정 전압을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 모세관 장치를 이용한 운동 오차 보정 방법.(8) the first and second variable capillary devices according to the first and second gains obtained from the step (6) so as to cancel the error displacement while the table is being transported in the first direction. And applying a varying correction voltage corresponding to the varying error displacement. 제8항에 있어서, 단계 (5)에 있어서, 상기 테이블의 상기 제2방향으로의 변위는 상기 테이블의 상기 제1면의 상기 제1측과 상기 제2방향으로 나란한 제1위치, 상기 테이블의 상기 제1면의 상기 제2측과 상기 제2방향으로 나란한 제2위치 및 상기 제1 및 제2위치의 중앙에 위치한 제3위치에서 각각 측정되는 것을 특징으로 하는 가변 모세관 장치를 이용한 운동 오차 보정 방법.9. The method of claim 8, wherein in step (5), the displacement of the table in the second direction is a first position parallel to the first side of the first surface of the table in the second direction, of the table. Motion error correction using a variable capillary device, characterized in that measured in the second position parallel to the second side and the second direction of the first surface and the third position located in the center of the first and second position, respectively Way. 제8항에 있어서, 단계 (5)에 있어서, 상기 제1 및 제2가변 모세관 장치 내에 설치된 제1 및 제2압전 소자에 상기 점증하는 전압을 인가하여, 상기 제1 및 제2가변 모세관 장치 내에 형성되어 상기 제1 및 제2가변 모세관 장치 출구로 배출되는 상기 유체의 양을 조절하기 위한 제1 및 제2모세관의 간극을 조절함으로써 상기 제1 및 제2유정압 베어링의 각 포켓 압력을 변화시켜 상기 테이블의 상기 제2방향으로의 위치를 변화시키는 것을 특징으로 하는 가변 모세관 장치를 이용한 운동 오차 보정 방법.9. The method of claim 8, wherein in step (5), the incremental voltage is applied to first and second piezoelectric elements installed in the first and second variable capillary devices, thereby providing the first and second variable capillary devices. By varying the pocket pressure of the first and second hydrostatic bearings by adjusting the gaps of the first and second capillaries for controlling the amount of fluid that is formed and discharged to the outlet of the first and second variable capillary devices. A motion error correction method using a variable capillary device, characterized in that for changing the position of the table in the second direction. 제8항에 있어서, 단계 (6)에 있어서, 제1 및 제2게인은 상기 제1 및 제2가변 모세관 장치 각각에 대해 상기 전압과 변위와의 관계를 대략 선형화시킴으로써 구하는 것을 특징으로 하는 가변 모세관 장치를 이용한 운동 오차 보정 방법.9. The variable capillary tube according to claim 8, wherein in step (6), the first and second gains are obtained by roughly linearizing the relationship between the voltage and the displacement for each of the first and second variable capillary devices. Motion error correction method using the device. 제8항에 있어서, 단계 (7)에 있어서, 상기 오차 변위는 반복성을 가짐으로써, 상기 테이블의 상기 제1방향으로의 이송시, 상기 제1 및 제2가변 모세관 장치에 인가될 전압이 특정되는 것을 특징으로 하는 가변 모세관 장치를 이용한 운동 오차 보정 방법.9. The method of claim 8, wherein in step (7), the error displacement has repeatability such that, during transfer of the table in the first direction, a voltage to be applied to the first and second variable capillary devices is specified. Motion error correction method using a variable capillary device, characterized in that. 제8항에 있어서, 단계 (7)에 있어서, 상기 제1 및 제2가변 모세관 장치는 각각 상기 오차 변위를 상쇄시킬 수 있는 최대 변위량을 갖는 제1 및 제2압전 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 가변 모세관 장치를 이용한 운동 오차 보정 방법.9. The method of claim 8, wherein in step (7), the first and second variable capillary devices are each provided with first and second piezoelectric elements having a maximum amount of displacement capable of canceling the error displacement. Motion error correction method using a variable capillary device. 제8항에 있어서, 단계 (8)에 있어서, 상기 오차 변위는 상기 제1방향으로의 상기 테이블 및 상기 제1 및 제2가이드 레일의 진직도 에러(straightness error), 및 상기 제1 및 제2방향과 직교하는 수직한 방향에 대한 회전 에러(yaw error)를 포함하며, 상기 진직도 및 회전 에러는 상기 구해진 상기 제1 및 제2가변 모세관 장치의 상기 제1 및 제2게인에 따라 상기 제1 및 제2가변 모세관 장치에 인가하는 전압을 달리함으로써 동시에 보정되는 것을 특징으로 하는 가변 모세관 장치를 이용한 운동 오차 보정 방법.9. The method of claim 8, wherein in step (8), the error displacement is a straightness error of the table and the first and second guide rails in the first direction, and the first and second A yaw error in a vertical direction orthogonal to the direction, wherein the straightness and the rotation error are in accordance with the first and second gains of the obtained first and second variable capillary devices. And correcting at the same time by varying a voltage applied to the second variable capillary device.
KR1019980018570A 1998-05-22 1998-05-22 Active capillary apparatus for a hydraulic bearing and displacement error compensating method by using the same KR100269776B1 (en)

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