KR100545322B1 - 4축 ＸＹθ 테이블 및 4축 ＸＹθ 테이블의 제어방법 - Google Patents

Abstract

3개의 직선 구동축에 따라서 테이블을 X, Y, θ의 3방향으로 위치 결정 가능한 3축 XYθ 테이블에서, 일방향으로 유일한 직선 구동축에서 떨어진 위치에서의 테이블의 위치 결정 정밀도의 불량함과 수평방향 부하에 대한 강성이 낮음을 해소하는 것.

4개의 지지 수단이, 이동 테이블을 테이블 기준면에 평행하게 지지한다. 또, 4개의 리니어 구동 수단이 지지 수단을 각각 직선 구동하고, 테이블대에 대하여 이동 테이블을 상대 이동시킨다. 그리고, 제어 장치가, 이동 테이블의 테이블 기준면 상의 임의의 지정 위치에 대하여 부여된 X, Y 및 θ 방향의 이동명령에 대응하는 4개의 리니어 구동 수단의 축 이동 목표치를 계산하고, 4개의 지지 수단의 이동 개시 시점 및 종료 시점을 일치시키도록, 4개의 지지 수단의 이동속도를 축 이동 목표치에 비례시켜 4개의 리니어 구동 수단을 동시에 구동하여, 이동 테이블을 목표 위치에 이동시킨다.

Description

4축 ＸＹθ 테이블 및 4축 ＸＹθ 테이블의 제어방법 {X-Y-θ positioning table with 4 driving axis and the drive-control method of the table}

도 1은 본 발명에 의한 4축 XYθ 테이블의 최선의 형태(실시예 1)의 테이블 메커니즘의 평면도이다.

도 2는 본 발명에 의한 4축 XYθ 테이블의 최선의 형태(실시예 1)의 테이블 메커니즘의, 이동 테이블의 하부의 평면도이다.

도 3은 본 발명에 의한 4축 XYθ 테이블의 최선의 형태(실시예 1)의 테이블 메커니즘의 지지 수단부분의 측면도이다.

도 4는 본 발명에 의한 4축 XYθ 테이블의 최선의 형태(실시예 1)의 이론설명을 위한 좌표 관련 도면이다.

도 5는 본 발명에 의한 4축 XYθ 테이블의 최선의 형태(실시예 1)에「유사한 다른 실시예」의 테이블 메커니즘의, 이동 테이블의 하부의 평면도이다.

도 6은 본 발명에 의한 4축 XYθ 테이블의 최선의 형태(실시예 1)에「유사한 다른 실시예」의 테이블 메커니즘의, 이론설명을 위한 좌표 관련 도면이다.

도 7은 본 발명에 의한 4축 XYθ 테이블의 최선의 형태(실시예 2)의 테이블 메커니즘의, 이동 테이블의 하부의 평면도이다.

도 8은 본 발명에 의한 4축 XYθ 테이블의 최선의 형태(실시예 2)의 테이블 메커니즘의 지지 수단부분의 측면도이다.

도 9는 본 발명에 의한 4축 XYθ 테이블의 최선의 형태(실시예 2)에 유사한「바람직한 다른 실시구조」의 테이블 메커니즘의, 지지 수단부분의 측면도이다.

도 10은 본 발명에 의한 4축 XYθ 테이블의 최선의 형태(실시예 2 및 실시예 2에 유사한 바람직한 다른 실시구조)의 이론설명을 위한 좌표 관련 도면이다.

도 11은 본 발명에 의한 4축 XYθ 테이블 메커니즘과 본 메커니즘 제어 장치의 관계를 나타내는 블럭도이다.

도 12는 종래의 3축 XYθ 테이블의 테이블 메커니즘의, 이동 테이블의 하부의 평면도이다.

<도면부호의 설명>

10...이동 테이블 11...파지 수단

20...테이블대 30, 40...지지 수단

31, 41...제1직동(直動) 안내 수단 32, 42...제1직동 부재

33, 43...제1직동 기구 34, 44...제2직동 안내 수단

35, 45...제2직동 부재 36, 46...제2직동 기구

37, 47...회전 안내 수단 37a, 47a...회전 안내 장착부

37b, 47b...회전 안내축 37c...볼 베어링 내륜 및 관련 부품

38, 48...회전 부재 39, 49...회전 기구

50...리니어 구동 수단(구동축) 51...모터

51a...출력축 52...파지블록 또는 하우징

52a...덮개부 52b...몸체부

53...커플링 54...나사지지기구

55...리드 스크류 56...너트

본 발명은, 정밀전자부품 가공 또는 장착 조립 장치, 또는 정밀 측정 장치 등에 사용되는 위치 결정 장치 등에 적용 가능한, 평면상의 위치 및 동일 평면내 회전 각도를 결정하기 위한, 이른바 XYθ 테이블의 기구와 제어 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 조립맞춤 후의 최종 위치·각도의 미세 조정에 사용되는 XYθ 테이블의 기구와 제어 방법에 관한 것이다.

현존하는 XYθ 테이블의 대표적인 것은 일본국 특허 제2700050호에 개시되어 있는 것과 같은 3축 XYθ 테이블이며, 구동축은 3축이고, 4축의 것은 존재하지 않는다. 3축의 배치도 3축 중 2축이 좌표축 X 또는 Y 방향, 다른 1축은 이것에 직각방향으로 설치된 것으로, 원주상에 등간격으로 그 접선 방향으로 3축이 설치된 것이 개시되어 있다.

유사한 것으로서 실용되고 있는 다른 3축 XYθ 테이블도 포함시켜 그 대부분의 메커니즘은, 도 12(우측의 도면은 평면도, 좌하측의 도면은 부분 측면도이다)에 도시된 바와 같이, 테이블대 상에 배치되고 X축이나 Y축에 평행한 구동축을 가지며 테이블대 상에 배치된 3개의 지지 수단에 의해서 이동 테이블이 지지되고, 3개의 구동축을 따라서 X방향, Y 방향으로 이동하고, 또한 θ 방향으로 회전하는 것이다.

이동 테이블을 지지하는 3개의 지지 수단은, 각각, 직동(直動) 안내 수단과 이것으로 안내되는 직동 부재의 조(組)로 이루어지는 직동 기구가 직교하도록 조합되고, 또한 회전 안내 수단과 이것으로 안내되고 회전 가능한 회전 부재로 이루어지는 회전 기구가 부가된 이른바 XYθ 가동 유닛이다.

각각의 지지 수단 중, 2개의 지지 수단은 테이블대 측의 직동 기구가 X축 방향으로 이동 가능하도록 이동 테이블의 X축에 대략 평행한 2변의 부근에 배치되고, 다른 1개의 지지 수단은 테이블대 측의 직동 기구가 Y축 방향으로 이동 가능하도록 이동 테이블의 Y축에 대략 평행한 1변에 가까운 위치에 배치되며, 테이블대 측의 3개의 직동 기구의 직동 부재는, 각각 테이블대에 설치된 서보모터와 이 출력축에 연결된 볼나사 기구로 이루어지는 회전 직동 변환 구동 장치에 의해서 필요한 방향으로 필요량만 이동되고, 결과로서 이동 테이블이 XYθ 방향의 이동을 행한다.

이러한 3축 XYθ 테이블의 대표적인 기종의 테이블대에 대한 이동 테이블의 이동 가능범위는, X 및 Y 방향 ±10mm 이내, 테이블사이즈 800mm×800mm 정도 이하이다. 이들은 이동 테이블상에 실린 가공물의 지정 위치에 대한 조립맞춤 후의 정밀위치 맞춤 등에 이용된다.

3축 XYθ 테이블은, 전술한 바와 같은 구조이기 때문에, 이동 테이블의 위치 결정 정밀도(반복 위치 결정 정밀도 및 로스트 모션(lost motion))는, 2축에 의한 위치 결정을 행하는 X축 방향에 비교하여 1축으로만 위치 결정을 행하지 않는 Y축 방향에 있어, 특히 축에서 떨어진 위치에 있어서 수 배 뒤떨어지고, 테이블이 X 방향으로 연장되는 정도에서 X축 방향과 Y축 방향의 위치 결정 정밀도 차이는 더 커진다고 하는, 동일 테이블 내에서 방향 및 위치에 의해 정밀도가 크게 다른(언밸런스가 된다) 결점을 가지고 있었다. 이것은, X축 방향은 구동축 2축으로 위치 결정 및 서보제어로 지지되고 있기 때문에 위치 결정 정밀도 및 위치 결정 강성이 높지만, Y축 방향은 1축으로만 위치 결정되고, 또한 지지되어 있지 않기 때문에 구동축 위치에서는 위치 결정 정밀도 및 위치 결정 강성은 높지만, 구동축에서 멀어진 위치에서는, 위치 결정 정밀도 및 위치 결정 강성은 낮다. 그것은, 안내의 휴지(休止) 등에 의한 메커니즘의 강성의 낮음, 안내부의 마찰저항 및 이들이 얽힌 위치 결정 시의 메커니즘의 진동 등에 따라, 원래의 위치가 아닌 곳에 위치 결정되어 버리는 것에 의한다.

또한, 한편으로는 3축 XYθ 테이블이, 예를 들면 테이블상에 가공물을 실어 상기 가공물 상의 특정 위치의 계측 또는 가공을 하는 어플리케이션에 있어서, Y 방향 구동축에서 떨어진 위치에서 테이블에 수직에 가까운(수직으로 걸고자 했으나 수직으로부터 약간 어긋나 있다) 부하가 걸렸을 때에, 테이블 메커니즘의 Y 방향 강성이 낮은 것에 의해, 그 Y 방향 수평 분력으로 움직이면 안되는 위치 계측점 또는 가공점이 본의 아니게 움직여진다고 하는 것과 같은 문제가 있었다.

또, 일본국 특개평 8-99243호 공보의 도 6에는, 3개의 지지 수단에 제4 지지 수단을 더하여, 이들 지지 유닛이 장방형의 각각의 변상에 위치하도록 배치되어 있는 것이 개시되어 있지만, 제4 지지 수단은 테이블에 수직 방향으로 지지되어 있을 뿐이고, 수평 방향으로는 기본적으로는 자유롭게 움직일 수 있으므로, 기본적으로 는 바로 위에서 설명한 3개의 지지 수단을 가지는 3축 XYθ 테이블이 가지는 결점과 동일한 결점을 가지고 있었다.

또, 원주상에 등간격으로 그 접선 방향으로 3축이 설치된 것에서는, 전술한 대표적인 3축 XYθ 테이블과 비교하여 정밀도의 밸런스는 비교적 개선되었지만, 구동축이 3개이므로 서보 그 자체의 위치 결정 정밀도와 비교하여 테이블의 위치 결정 정밀도가 전체적으로 저하되는 것과 제어하기 어려운 결점을 가진다.

4축 이상의 자유로운 이동 제어가 가능한 XYθ 테이블은, 그 제어의 곤란성 때문으로 추측되지만 존재하지 않고 있다.

본 발명이 해결하려고 하는 과제는, 종래 기술의 결점을 해소하여, 테이블의 끝에서 1축으로밖에 위치 결정되지 않는 Y축 방향의 위치 결정 정밀도 및 위치결정 강성을 테이블의 양단에서 2축으로 위치 결정을 행하는 X축 방향의 위치 결정 정밀도 및 위치 결정 강성과 같은 정도로 향상시키고, 전체적으로 위치 결정 정밀도 및 위치 결정 강성을 높게 양립시킨 XYθ 테이블을 실현하여 제공하는 것이다. 또한 구체적으로는, 각각의 축 방향 각각 2축, 합계 4축으로 위치 결정하는 새로운 메커니즘 구조와, 이 구조의 메커니즘을 구동하기 위한 제어 방법, 즉, 일반적으로는 3변수로 원리적으로 결정할 수 있는 테이블 위치(XYθ)를 4변수(4축)으로 원활하게 위치 결정할 수 있고 새롭고도 간이한 제어 방법을 가지는 4축 XYθ 테이블을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 아래와 같이 하였다.

본 발명에 관한 4축 XYθ 테이블은, 이동 테이블과, 테이블대와, 이동 테이블을 테이블 기준면에 평행하게 테이블대에 대하여 상대 이동 가능하게 지지하는 4개의 지지 수단과, 지지 수단을 각각 직선 구동하고 테이블대에 대하여 이동 테이블을 상대 이동시키는 4개의 리니어 구동 수단과, 이동 테이블의 테이블 기준면상의 임의의 지정 위치에 대하여 부여된 X, Y 및 θ 방향의 이동명령에 대응하는 4개의 리니어 구동 수단의 축 이동 목표치를 계산하여, 4개의 지지 수단의 이동 개시 시점 및 종료 시점을 일치시키도록, 4개의 지지 수단의 이동속도를 축 이동 목표치에 비례시켜 4개의 리니어 구동 수단을 동시에 구동하여, 이동 테이블을 목표 위치로 이동시키는 제어 장치를 구비한다.

또한, 본 발명에 관한 4축 XYθ 테이블에서는, 제어 장치는, 목표 위치에 도달할 때까지의 시간 동안에, 리니어 구동 수단의 이동속도를 축 이동 목표치에 비례시키면서, 이동속도를 소정의 패턴에 따라서 변화시키도록 할 수도 있다.

또한, 본 발명에 관한 4축 XYθ 테이블에서는, 다음과 같이 할 수도 있다. 즉, 지지 수단은, 각각, 제1 직동 부재, 및 테이블대에 고정되어 상기 제1 직동 부재를 직선적으로 안내하는 제1 직동 안내 수단으로 이루어지는 제1 직동 기구와, 제2 직동 부재, 및 제1 직동 부재상에 고정되고 상기 제2 직동 부재를 직선적으로 안내하는 제2 직동 안내 수단으로 이루어지는 제2 직동 기구와, 회전 부재, 제2 직동 부재상에 고정되어 테이블 기준면에 대하여 평행하게 상기 회전 부재를 회전 가능하게 안내하는 회전 안내 수단, 및 이동 테이블상의 소정의 위치에 배치되어 회 전 부재를 회전 가능하게 파지하는 파지 수단으로 이루어지는 회전 기구를 구비한다. 또한, 리니어 구동 수단은, 지지 수단 각각의 제1 직동 기구의 직동 부재를 각각 직선 구동한다. 또, 4개의 지지 수단은, 4개의 지지 수단 중 제1조로서의 2개의 지지 수단에 대한 제2 직동 기구의 직동 방향이 서로 평행이 되고, 제2조로서의 다른 2개의 지지 수단에 대한 제2 직동 기구의 직동 방향이 서로 평행이 되며, 제1조에서의 제2 직동 기구의 직동 방향과 제2조에서의 제2 직동 기구의 직동 방향이 이루는 각도가 소정의 각도 α가　되도록 설치된다. 또, 4개의 지지 수단에서의 4개의 파지 수단은, 제1조에서의 2개의 파지 수단의 중심끼리를 연결하는 직선과 제2조에서의 2개의 파지 수단의 중심끼리를 연결하는 직선이 이루는 각도가 소정의 각도α에 동등하게 되도록 설치된다.

그 때, 소정의 각도 α는, 90°로 하여도 좋다. 또한, 그 때, 회전 안내 수단의 중심선이 제2 직동 기구의 직동 중심선과 교차하도록 할 수도 있다.

또한, 본 발명에 관한 4축 XYθ 테이블에서는, 4개의 지지 수단에 대응하는 4개의 제1 직동 기구는, 제1조에 속하는 2개의 지지 수단에서의 2개의 제1 직동 기구끼리 평행이 되고, 제2조에 속하는 2개의 지지 수단에서의 2개의 제1 직동 기구끼리 평행이 되며, 제1조에 대응하는 제1 직동 기구와 제2조에 대응하는 제1 직동 기구가 이루는 각도가 소정 각도 α와 동등하게 되도록 배치되도록 하여도 좋다.

그 때, 소정 각도 α는, 90°으로 하여도 된다. 또, 그 때, 회전 안내 수단의 중심선이 제2 직동 기구의 직동 중심선과 교차하도록 할 수도 있다.

또한, 본 발명에 관한 4축 XYθ 테이블은, 다음과 같이 할 수도 있다. 즉, 지지 수단은, 각각, 제1 직동 부재, 및 테이블대에 고정되어 상기 제1 직동 부재를 직선적으로 안내하는 제1 직동 안내 수단으로 이루어지는 제1 직동 기구와, 제2 직동 부재, 및 이동 테이블에 고정되어 상기 제2 직동 부재를 직선적으로 안내하는 제2 직동 안내 수단으로 이루어지는 제2 직동 기구와, 제2 직동 안내 수단을 따라 제2 직동 부재와 일체가 되어 이동 가능한 회전 부재, 및 제1 직동 부재상에 고정되어 테이블 기준면에 대하여 평행하게 상기 회전 부재를 회전 가능하게 안내하는 회전 안내 수단으로 이루어지는 회전 기구를 가진다. 또, 4개의 리니어 구동 수단은, 4개의 지지 수단의 제1 직동 부재를 각각 직선 구동한다. 또, 4개의 지지 수단은, 4개의 지지 수단 중 제1조로서 2개의 지지 수단에 대해 2개의 제2 직동 기구의 직동 방향선이 서로 일치하거나 평행이 되고, 제2조로서 다른 2개의 지지 수단에 대해 2개의 제2 직동 기구의 직동 방향선이 서로 일치하거나 평행이 되며, 제1조에서의 제2 직동 기구의 직동 방향과 제2조에서의 제2 직동 기구의 직동 방향이 이루는 각도가 직각이 되도록 설치된다. 또, 4개의 제1 직동 기구는, 제1조에서의 2개의 제1 직동 기구의 직동 방향이 평행이 되고, 제2조에서의 2개의 제1 직동 기구의 직동 방향이 평행이 되며, 제1조에서의 제1 직동 기구의 직동 방향과 제2조에서의 제1 직동 기구의 직동 방향이 이루는 각도가 직각이 되도록 배치된다.

그 때, 회전 안내 수단의 중심선이 제2 직동 기구의 직동 중심선과 교차하도록 할 수도 있다.

또한, 본 발명에 관한 4축 XYθ 테이블은, 다음과 같이 할 수도 있다. 즉, 지지 수단은, 각각, 이동 테이블을 테이블대에 대하여 상대 이동시키는 이동 수단 과 상기 테이블대에 대하여 이동 테이블을 테이블 기준면에 평행하게 상대 이동시키기 위해서 이동 테이블과 테이블대의 사이에 개재하는 제2 지지 수단을 구비한다. 또, 이동 수단은, 제1 직동 부재, 및 테이블대에 배치되어 상기 제1 직동 부재를 직선적으로 안내하는 제1 직동 안내 수단으로 이루어지는 제1 직동 기구와, 제2 직동 부재, 및 이동 테이블에 배치되어 상기 제2 직동 부재를 직선적으로 안내하는 제2 직동 안내 수단으로 이루어지는 제2 직동 기구와, 제2 직동 안내 수단을 따라 제2 직동 부재와 일체가 되어 이동 가능한 회전 부재, 및 제1 직동 부재상에 고정되어 테이블 기준면에 대하여 평행하게 상기 회전 부재를 회전 가능하게 안내하는 회전 안내 수단으로 이루어지는 회전 기구를 가진다. 또, 4개의 리니어 구동 수단은, 4개의 이동 수단의 제1 직동 부재를 각각 직선 구동한다. 또, 4개의 이동 수단은, 4개의 이동 수단 중 제1조로서 2개의 이동 수단에 대해 2개의 제2 직동 기구의 직동 방향선이 서로 일치하거나 평행이 되고, 제2조로서 다른 2개의 이동 수단에 대해 2개의 제2 직동 기구의 직동 방향선이 서로 일치하거나 평행이 되며, 제1조에서의 제2 직동 기구의 직동 방향과 제2조에서의 제2 직동 기구의 직동 방향이 이루는 각도가 직각이 되도록 설치된다. 또, 4개의 제1 직동 기구는, 제1조에서의 2개의 제1 직동 기구의 직동 방향이 평행이 되고, 제2조에서의 2개의 제1 직동 기구의 직동 방향이 평행이 되며, 제1조에서의 제1 직동 기구의 직동 방향과 제2조에서의 제1 직동 기구의 직동 방향이 이루는 각도가 직각이 되도록 배치된다.

그 때, 회전 안내 수단의 중심선이 제2 직동 기구의 직동 중심선과 교차하도록 할 수도 있다.

또한, 본 발명에 관한 4축 XYθ 테이블에서는, 제어 장치는, 원점 복귀 시에는, 4개의 리니어 구동 수단 중, 1개의 리니어 구동 수단을 서보오프로 하여 외력에 의해서 자유롭게 변위 가능한 상태로 하고, 나머지 3개의 리니어 구동 수단으로 원점 복귀 동작을 행하여, 3개의 리니어 구동 수단에 의한 원점 복귀 동작을 완료한 후에 제4개 째의 리니어 구동 수단에 의해 원점 복귀 조정 처리를 행하도록 할 수도 있다.

그 때, 제어 장치는, 원점 복귀 조정 처리로서, 서보오프로 했던 1개의 리니어 구동 수단의 현재 위치를 그대로 원점으로 하여도 된다. 또는 그 때, 제어 장치는, 원점 복귀 조정 처리로서, 서보오프로 했던 1개의 리니어 구동 수단의 위치에 대하여 로스트 모션의 절반량의 보정을 더한 위치를 원점으로 하여도 된다. 또는, 그 때, 제어 장치는, 원점 복귀 조정 처리로서, 서보오프로 했던 1개의 리니어 구동 수단의 절대 위치를 검지하기 위한 엔코더를 사용하여 절대 원점의 위치를 찾아 내어, 상기 위치를 원점으로 하여도 된다. 또는, 그 때, 제어 장치는, 원점 복귀 조정 처리로서, 서보오프로 하고 있던 1개의 리니어 구동 수단의 위치에 대하여 로스트 모션의 절반량의 보정을 더하고, 또 리니어 구동 수단의 절대 위치를 검지하기 위한 엔코더를 사용하여 절대 원점의 위치를 찾아 내여, 상기 위치를 원점으로 하여도 된다.

또한, 본 발명에 관한 4축 XYθ 테이블에서는, 리니어 구동 수단은, 위치제어 가능한 모터와 상기 모터에 연결되어 상기 모터에 의한 회전운동을 직선운동으로 변환하는 회전·직동 변환 구동 기구를 구비하도록 할 수도 있다.

그 때, 제어 장치는, 원점 복귀 시에는, 4축의 모터 중, 1축의 모터를 서보오프로 하여 외력에 의해서 자유롭게 회전 가능한 상태로 하고, 나머지 3축의 모터로 원점 복귀 동작을 행하여, 3축의 모터에 의한 원점 복귀 동작을 완료한 후에 제4 축의 모터에 의해 원점 복귀 조정 처리를 행하도록 할 수도 있다.

또한, 그 때, 제어 장치는, 원점 복귀 조정 처리로서, 서보오프로 했던 1개의 모터의 현재 위치를 원점으로 하여도 된다. 또는 제어 장치는, 원점 복귀 조정 처리로서, 서보오프로 했던 1축의 모터의 위치에 대하여 로스트 모션의 절반량의 보정을 더한 위치를 원점으로 하여도 된다.

또한, 모터의 1회전 이내의 절대 위치를 얻기 위한 채널을 가지는 엔코더를 상기 모터에 설치하고, 제어 장치는, 원점 복귀 조정 처리로서, 엔코더 중의 모터의 1회전 이내의 절대 위치를 얻기 위한 채널을 사용하여, 서보오프로 했던 모터의 위치에 대하여 절대 원점의 위치를 찾아 내어, 상기 위치를 원점으로 하도록 할 수도 있다. 또는, 모터의 1회전 이내의 절대 위치를 얻기 위한 채널을 가지는 엔코더를 상기 모터에 설치하고, 제어 장치는, 원점 복귀 조정 처리로서, 서보오프로 했던 모터의 위치에 대하여 로스트 모션의 절반량의 보정을 더하고, 또 엔코더 중의 모터의 1회전 이내의 절대 위치를 얻기 위한 채널을 사용하여 절대 원점의 위치를 찾아 내어, 상기 위치를 원점으로 하도록 할 수도 있다.

또한, 4축의 모터 중의 최소한 1축의 모터와 회전·직동 변환 구동 기구와의 사이에 클러치 기구를 설치하고, 제어 장치는, 원점 복귀 시에는, 4축의 모터 중, 1축의 모터에 대해 클러치 기구에 의해 모터와 회전·직동 변환 구동 기구를 절단 하여, 나머지 3축의 모터로 원점 복귀 동작을 행하고, 3축의 모터에 의한 원점 복귀 동작을 완료한 후에 제4 축의 모터에 의해 원점 복귀 조정 처리를 행하도록 할 수도 있다.

본 발명에 관한 4축 XYθ 테이블의 제어 방법은, 이동 테이블과, 테이블대와, 상기 테이블대에 배치되어 이동 테이블을 테이블 기준면에 평행하고도 상대 이동 가능하게 지지하는 4개의 지지 수단과, 지지 수단을 각각 직선 구동하고, 테이블대에 대하여 이동 테이블을 상대 이동시키는 4개의 리니어 구동 수단을 구비하는 4축 XYθ 테이블의 제어 방법으로서, 이동 테이블의 테이블 기준면상의 임의의 지정 위치에 대하여 부여된 X, Y 및 θ 방향의 이동명령에 대응하는 4개의 리니어 구동 수단의 축 이동 목표치를 계산하고, 4개의 지지 수단의 이동 개시 시점 및 종료 시점을 일치시키도록, 4개의 지지 수단의 이동속도를 축 이동 목표치에 비례시키고 4개의 리니어 구동 수단을 동시에 구동하여, 이동 테이블을 목표 위치로 이동시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 관한 4축 XYθ 테이블의 제어 방법에서는, 목표 위치에 도달할 때까지의 시간 동안, 리니어 구동 수단의 이동속도를 축 이동 목표치에 비례시키면서, 이동속도를 소정의 패턴에 따라서 변화시키도록 할 수도 있다.

본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태를 실시예, 도면과 함께 상세하게 설명한다.

실시예 1

실시예 1은, 본 발명에 의한 4축 XYθ 테이블의 가장 바람직한 형태의 제1 실시예이다. 도 1은, 실시예 1의 4축 XYθ 테이블의 테이블 측에서 본 평면도이다. 이 4축 XYθ 테이블의 메커니즘은, 최상부(지면상에서 가장 표면인 부분)에 이동 테이블(10)이, 최하부(지면상에서 가장 이면인 부분)에 배치된 테이블대(20)의 위에서, 도 2 및 도 3에 나타내는 4개의 지지 수단(30)에 의해서 지지되어 있다. 4개의 회전 안내 수단(안내축)(37) 및 회전 부재(38)의 조가 있으며, 회전 부재인 볼 베어링의 외륜이 이동 테이블(10)에 설치된 구멍(회전 부재(38)의 파지 수단(11))에 의해서 직경방향과 축 방향으로 파지되어 있다. 안내축(37)에는 볼 베어링의 내륜이 결합될 수 있고, 안내축(37)과 볼 베어링 외륜, 즉 이동 테이블(10)은 회전 가능하다.

도 2는, 실시예 1의 4축 XYθ 테이블의 이동 테이블(10)(이동 전을 2점 쇄선으로, 이동 후를 파선으로 표시)의 하부에 있는 부분의 평면도이다. 테이블대(20) 상에는, 4조의 지지 수단(30)과 리니어 구동 수단(50)이 배치되어 있다.

각 지지 수단(30)의 구조는, 이하와 같다.

도 3에 그 측면도를 나타낸 바와 같이, 테이블대(20) 상의 이동 테이블(10)의 기준면(10a)(가령, 설명을 단순하게 하기 위해, 이동 테이블의 상면을 균일한 평면으로 하고, 이것을 기준면으로 하여 이하 설명한다)에 평행한 면에 제1 직동 안내 수단(31)이 고정되고, 그 위에 제1 직동 부재(32)가 걸쳐 제1 직동 안내 수단(31)에 의해서 안내되고 직동한다. 제1 직동 안내 부재(31)와 제1 직동 부재(32)를 합쳐서, 제1 직동 기구(33)라고 부른다. 제1 직동 기구(33)는, 볼 또는 롤러 등이 조립된 리니어 베어링을 가지는 이른바 리니어 모션 메커니즘이다.

제1 직동 부재(32) 상에 제2 직동 안내 수단(34)이, 그 안내방향선이 제1 직동 기구(33)의 직동 방향선에 대하여 직각을 이루고, 이동 테이블 기준면(11)에 평행이 되도록 고정되며, 그 위에 제2 직동 부재(35)가 걸쳐 제2 직동 안내 수단(34)에 의해서 안내되고 직동한다. 제2 직동 안내 수단(34)과 제2 직동 부재(35)를 합쳐서, 제2 직동 기구(36)라고 부른다. 제2 직동 기구(36)도, 제1 직동 기구(33)과 동일의 리니어 모션 메커니즘이다.

제2 직동 부재(35) 상에는 회전 안내 수단(37)(회전 안내축 장착부(37a)와 회전 안내축(37b)과 볼 베어링 내륜 및 볼 베어링 내륜 탈락방지부(37c)로 이루어짐)이, 그 회전 안내축(37b)의 중심선이 이동 테이블 기준면(10a)에 대하여 수직으로 되도록 고정되어, 볼 베어링의 볼과 외륜으로 이루어지는 회전 부재(38)를 이동 테이블 기준면(10a)에 평행하게 회전 가능하게 안내하고 있다. 상기 외륜은 이동 테이블(10)에 상기 외륜의 파지 수단으로서 설치된 구멍에 결합되어 파지된다. 탈락방지 기구는 도시 생략되어 있다.

이상, 제1 직동 안내 수단(31)으로부터 회전 기구(39)까지를 지지 수단(30)이라고 부른다.

도 2에는, 회전 안내 수단(37b)의 중심선이 제2 직동 기구의 직동 중심선과 교차하도록 도시되어 있지만, 반드시 그럴 필요는 없고 상기 직동 중심선과 이동 테이블 기준면에 평행한 어떠한 방향으로 일정거리 떨어져 있더라도 기구학적으로 등가이기 때문에 상관없다.

또, 각 지지 수단(30)의 제1 직동 부재(32)에 대향하여 리니어 구동 수단(50)이 배치되고, 테이블대(20)에 고정되어 있다. 리니어 구동 수단(50)은, 서보모터 등의 위치제어 가능한 모터(51), 커플링(53), 모터(51)의 출력축(51a)에 커플링(53)을 통하여 연결된 볼나사 또는 미끄럼나사 등의 리드 스크류(55)와 그것에 나사 결합하는 너트(56)로 구성되는 회전·직동 변환 기구, 리드 스크류(55)를 지지하는 축받이를 수반한 나사지지기구(54), 및 나사지지기구(54)를 파지하는 파지블록(52)으로 이루어진다. 모터(51)는 파지블록(52)에 고정되고, 파지블록(52)은 테이블대(20)에 체결되어 있다.

너트(56)가 제1 직동 부재(32)에 회전 불가능하게 결합되어 있고, 모터(51)의 회전에 의해서 너트(56), 즉 제1 직동 부재(32)가 직동한다.

이 리니어 구동 수단(50)이 제1 직동 부재(32)를 구동하는 메커니즘은, 그 구동방향에 대하여 당연하지만 강성이 높고, 위치 결정 때도 높은 강성으로 제1 직동 부재(32)를 지지한다.

지금, 도 2의 실선과 2점쇄선으로 그리고 있는 상태는, 테이블대(20)에 장착된 지지 수단(30)에 지지된 이동 테이블(10) 및 리니어 구동 수단(50)의 이동 전 상태를 나타낸다. 파선은 이동 테이블을 이동시킨 후의 상태를 나타낸다.

또, 이동 테이블 기준면(10a)을 포함하는 면에 평행한 가상면을 XY 좌표면으로 하고, 도면 상하 좌측에 도시한 바와 같이 화살표방향으로 X 및 Y 좌표의 방향을 취한다.

또, 도면에서는, 이동 전의 이동 테이블(10)의 각 변이 X 좌표축 또는 Y 좌표축에 평행하게 그리고 있지만, 그 필연성은 없고 어떠한 상태라도 상관없다.

지금, 전술한 지지 수단(30)과 그것에 연결되는 리니어 구동 수단(50)의 조가 4조, 개략 사각형의 테이블대(20) 및 이동 테이블(10)의 4변에 가까운 위치에 배치되어 있다. 지금, 상변, 좌변, 하변 및 우변에 가까운 위치에 배치되어 있는 각 조의 회전 안내축(37b)의 중심위치를, 각각 XY 좌표면 상에서 A, C, B, D로 하고, 지지 수단(30)과 리니어 구동 수단(50)의 각 조를 A조, C조, B조, D조로 하며, 또한 이후, 각각의 조에 속하는 각 요소의 이름의 앞에는 각각 A, C, B, D의 문자를 붙여 부르는 것도 있다. 또한 리니어 구동 수단(50)을 구동축(50)이라고 부르는 것도 있다.

점 A, C, B, D 및 A조, C조, B조, D조의 배치의 상세한 것은, 이하와 같다.

먼저, 직선 AB와 직선 CD가 직교하도록(같은 의미이지만, A 회전 안내축(37b)과 B 회전 안내축(37b)의 쌍방을 포함하는 평면과 C 회전 안내축(37b)과 D 회전 안내축(37b)의 쌍방을 포함하는 평면이 서로 수직 또한 XY 좌표면과도 수직이 된다)하는 점 A, C, B, D를 배치한다. 이동 테이블(10) 상에 점 A, B, C, D에 대응하는 회전 부재(38) 각각이 회전 가능하게 결합 파지된다. 다음에, A 제1 직동 기구(36)와 B 제1 직동 기구(36)의 직동 방향선을 X축에 평행하게, 또한 C 제1 직동 기구(36)와 D 제1 직동 기구(36)의 직동 방향선을 Y축에 평행하게 되도록 리니어 구동 수단(50)의 A조, C조, B조, D조를 배치한다.

이동 테이블(10)을 X 방향으로 ΔX, Y 방향으로 ΔY 이동하고, 시계방향으로 이동 테이블(10) 상의 P점(XY 좌표상의 좌표치 X, Y)을 중심으로 하여 Δθ회전시켜, 결과적으로 P점을 XY 좌표상의 P’(X+ΔX, Y+ΔY) 점에 각도 Δθ 회전한 상태 를 만들어내기 위해서는, 후술하는 방법으로 4개의 구동축(50)이 구동 제어되고, 최종 위치 결정되어, 점 A, B, C, D가 이동된다.

또, 이 기구의 동작의 개략은 이하와 같다.

이동 테이블(10)에 배치된 점 A, B, C, D는, 제1 직동 부재(32) 상에 고정되고 그 이동 방향에 대하여 직각인 방향으로 배치된 제2 직동 안내 수단(34)을 따라 움직이는 제2 직동 부재(35) 상에 실려 있는 것으로부터, 리니어 구동 수단(50), 즉 이것에 연결된 제1 직동 기구(33)의 움직임에 의해서 이동 테이블(10)이 회전을 수반하는 이동을 하려고 하면 4개의 각각의 제2 직동 부재(35)가 적절하게 제2 직동 안내 수단(34)을 따라 도피 운동을 하고, 4개의 리니어 구동 수단(50)의 적절한 구동 제어에 의해서 이동 테이블(10)은 이동 가능하게 된다.

상기와 같이, X 방향 및 Y 방향으로 각각 이동 테이블(10)의 주변부 부근에 2축씩 구동축(50)을 배치하여 필요한 위치 결정 강성(서보 강성)으로 위치 결정하고, 또한 이동 테이블(10)은 그 위치에서 강성이 높은 지지기구(30)에 의해 지지된다. 이에 따라, XY 좌표평면의 전체 방위에 대한 강성은, 밸런스 양호하게 필요한 레벨을 넘어 높여진다. 따라서, 최소한 종래의 강성에 기인하는 정밀도의 문제는 해소된다. 또, 당연하지만, 각 구동축(50)으로 개략 둘러싸이는 이동 테이블(10)의 내측에서는 위치 결정 정밀도가 각 구동축(50)의 위치에서의 그것보다 높다.

도 11은, 실시예 1의 4축 XYθ 테이블의 메커니즘과 본 메커니즘의 제어 장치와의 관계를 나타내는 블럭도이다.

테이블 제어 장치(101)는, 상위의 시스템 제어 장치로부터의 명령에 기초하 여 4축 XYθ 테이블의 메커니즘의 구동을 담당하는 제어 장치이다.

시스템 제어 장치(102)는, 4축 XYθ 테이블이 조립되는 시스템(예를 들면, 4축 XYθ 테이블에 로드되는 가공물의 위치, 자세를 측정하는 광학식 판독 장치, 광학식 판독 장치의 결과로 가공물의 위치, 자세를 변경하거나, 또는 가공물에 부품을 장착한다. 가공을 실시하는 등의 특정한 일을 하는, 나아가서 가공물을 언로드하는 등의 생산 시스템)의 제어를 담당한다.

테이블 제어 장치(101)는, 시스템 제어 장치(102)로부터 4축 XYθ 테이블의 이동 테이블(10)의 위치와 각도의 변경 명령(예를 들면, 이동 목표량 ΔX, ΔY, Δθ)를 받아, 4축의 구동축(리니어 구동 수단 A, B, C, D)(50)의 구동조건(축 이동 목표치, 구동속도 등)을 계산하여, 그것에 따라서 구동축(50)을 구동 제어한다. 즉, 테이블 제어 장치(101)는, 계산·제어 기능을 가진 전용 서보제어 장치이다.

이 서보제어 장치는, 퍼스널 컴퓨터와 모터 드라이버를 가진 서보제어 장치여도, 또는 다른 형태의 것이라도 된다. 또 시스템 제어 장치가 이 기능을 더불어 가지더라도 좋다.

실시예 1의 4축 XYθ 테이블의 제어 방법, 즉, 상기 메커니즘의 배치조건을 기초로 이동 테이블(10)에 대하여 상기의 임의의 이동위치 결정을 실시할 때의 점 A, B, C, D가 움직이는 방법은, 이하에 설명하는 바와 같다.

우선, 부여된 피이동점 P(X, Y)과 그 이동 목표치(ΔX, ΔY, Δθ, 이후, 테이블 이동 목표치라고 부른다)와 점 A, B, C, D의 현좌표(Xa, Xb, Yc, Yd) 및 지지 수단(30)을 구성하는 제1 직동 기구(33), 제2 직동 기구(36), 회전 기구(39) 및 이 동 테이블(10)의 상호 위치각도 관계 제원으로부터, 4축의 리니어 구동 수단(50) 각각의 최종 변위(축 이동 목표치로, 점 A, B, C, D에 대응하는 각각의 축에 대하여 화살표의 방향으로 각각 ΔXa, ΔXb, ΔYc, ΔYd)를 기하학적으로 계산한다.

다음에, 각각의 리니어 구동 수단(50)을 후술하는 제어방식에 의해서 축 이동 목표치만큼, 구동 제어하고, 이동 테이블을 테이블 이동 목표치의 양만큼 움직인다.

이 제어방식의 상세 설명 전에, (1)종래의 3축 XYθ 테이블의 제어 방법과, (2)세상에는 현존하지 않지만 4축 XYθ 테이블을 실현하려고 한 경우에 통상 고려되는 제어 방법과의 비교를 행하고, 그 후에 본 발명의 실시예 1에 의한 4축 XYθ 테이블의 제어 방법에 대하여 설명한다.

(1)종래의 3축 XYθ 테이블의 제어 방법

종래의 3축 XYθ 테이블, 예를 들면 D 리니어 구동 수단(50)과 D 지지 수단(30)이 없는 테이블의 경우에는, 이동 테이블(10)에 대하여 상기의 이동을 행할 때에는, 일반적으로 테이블 이동 목표치(ΔX, ΔY, Δθ)를 세분화하여 그 적층 이동을 실행한다. 즉, 「ΔX=ΔX1+ΔX2+····+ΔXn, ΔY=ΔY1+ΔY2+····+ΔYn, Δθ=Δθ1+Δθ2+····+Δθn」과 같이 n 분할하여(반드시 등분할이 아니다), 세분화된 각각의 테이블 이동 목표치(ΔXi, ΔYi, Δθi, 여기서, i=1, 2, ····, n)에 대하여 3축의 리니어 구동 수단(50) 각각의 세분화된 축 이동 목표치(ΔXai, ΔXbi, ΔYci, 여기서, i=1, 2, ····, n)를 계산(일의적으로 결정된다)하여 구하고, 그 결과 얻어진 i=1∼n에 대응하는 세분화된 축 이동 목표치분의 이동을 적층하는 것에 의해 최종이동 목표를 달성한다.

테이블 이동 목표치(ΔX, ΔY, Δθ)에 대하여 A, B, C 점 각각의 축 이동 목표치(ΔXa, ΔXb, ΔYc)의 이동을 달성하는 과정에서의 리니어 구동 수단(50) 각각의 제어는, 다음과 같이 된다. 각각의 지지 수단(30)이, 제1 직동 기구(33)에 대하여 직교하는 제2 직동 기구(36), 및 제2 직동 기구(36)와 이동 테이블(10) 사이의 회전 기구(39)를 가지고 자유도가 있는 것으로부터, 상기 세분화된 각각의 테이블 이동 목표치(ΔXi, ΔYi, Δθi, 여기서, i=1, 2, ····, n)에 대하여 계산된 3축의 리니어 구동 수단(50) 각각의 세분화된 축 이동 목표치(ΔXai, ΔXbi, ΔYci, 여기서, i=1, 2, ····, n)의 이동은, 기구적으로 꼬임을 발생시켜 움직이지 않게 된다고 하는 일이 없게 원활하게 이루어지는 것은 물론, P 점의 이동경로가 어떻다지만 제2 직동 기구(36)가 가동범위를 넘지 않는 한에서는 문제없게 이동 가능하다. 또, 각 구동축의 축 이동 목표치에의 도달시간이 제 각각이어도 문제 없고, 또한 상기 n 값에 관해서도 반드시 복수일 필요는 없고 단수이더라도 문제없다. 이것은 기구학적으로 명백한 것이다.

따라서, 현실의 각 구동축의 제어 방법은, 허용되는 비용과 테이블 이동의 응답속도 사양에 의해서, 각 축을 일정속도로 이송하고, 축마다 속도를 바꾸는 등, 각종 선택을 할 수 있고 비교적 용이하다.

(2) 세상에는 현존하지 않지만 4축 XYθ 테이블을 실현하려고 한 경우에 통상 고려되는 제어 방법

한편, 4축 XYθ 테이블의 경우에는, 이동 테이블에 대하여 상기의 테이블 이 동 목표치 이동을 행할 때에는, 3축 XYθ 테이블의 일반적인 제어 방법의 경우와 같이, 테이블 이동 목표치(ΔX, ΔY, Δθ)를 세분화하여 그 적층으로 이동을 실행한다. 즉, ΔX=ΔX1+ΔX2+····+ΔXn, ΔY=ΔY1+ΔY2+····+ΔYn, Δθ=Δθ1+Δθ2+····+Δθn과 같이 n 분할하고, 세분화된 각각의 테이블 이동 목표치(ΔXi, ΔYi, Δθi, 여기서, i=1, 2, ····, n)에 대하여, 4축의 리니어 구동 수단(50) 각각의 세분화된 축 이동 목표치(ΔXai, ΔXbi, ΔYci, ΔYdi, 여기서, i=1, 2, ····, n)를 계산한다. 축 이동 목표치는 일의적으로는 결정되지 않고 여러 가지 해답의 조합이 존재한다. 어떠한 과정에서 해답의 조합을 결정하느냐가 문제가 된다. 가령, 어떠한 조합으로 결정했다고 해도, 그 해답의 조합으로, i=1∼n에 대응하는 세분화된 축 이동 목표치분의 이동을 적층하는 것에 의해 최종 이동 목표를 달성하도록 하면, 각 축의 이동속도를 세분화된 이동마다 제어하거나, 또는 세분화의 방법에 따라서는 이동의 도중에서 구동속도를 미세히 변경조정을 하면서 제어해야 하여, 현실의 제어는 곤란성을 증대한다. 또, 제어 장치의 비용 상승도 문제가 된다.

다른 방법으로서, 리니어 구동 수단 3축까지의 각각의 세분화된 축 이동 목표치(ΔXai, ΔXbi, ΔYci, 여기서, i=1, 2, ····, n)는, 상기 3축 XYθ 테이블의 경우에서 설명한 바와 같이 상당히 자유롭게 선택할 수 있다. 그 때의 제4 축의 세분화된 축 이동 목표치는, 제4 축의 리니어 구동 수단이 없고 다른 3축과 동일의 지지 수단만이 구비되어 있다고 한 경우에, 3축의 축 이동 목표치가 결정되면 지지 수단(30)의 제1 직동 기구(33)에 대한 제2 직동 기구(36)와 회전 기구(39) 의 자연의 도피 동작을 수반하여 필연적으로 결정되는 값으로서 1개만 계산으로 구해진다.

이 경우에서는, 3축의 제어는 비교적 용이하게 할 수 있지만, 제4 축의 제어는 강제적으로 복잡하고 또한 신속성이 요구되는 것으로 된다. 즉, 제1 ∼ 제3 축까지의 현실의 움직임을 상시 파악하여 그것에 일치하도록 제4 축을 제어하지 않으면 안된다. 따라서, 상기 (2)의 4축 XYθ 테이블의 제어 방법을 엄밀하게 실행하려고 하면, 현실의 제어의 곤란성과 장치의 비용 상승이 문제가 된다.

이상에 대하여, 본 발명의 실시예 1의 4축 XYθ 테이블의 제어 방법은, 그 정당성을 후술하는 바와 같이, 테이블 이동 목표치(ΔX, ΔY, Δθ)에 대하여 계산으로 결정되는 각 리니어 구동 수단(50)의 축 이동 목표치(ΔXa, ΔXb, ΔYc, ΔYd)에 각각 이 대응하는 구동축의 이동속도(Vxa, Vxb, Vyc, Vyd)를 비례시켜, 이동의 개시 시점과 종료 시점을 일치시키도록 각 구동축을 동시 병행으로 구동하는 것이다. 즉, 비례상수를 k로 하고, Vxa= k·ΔXa, Vxb= k·ΔXb, Vyc= k·ΔYc, Vyd= k·ΔYd가　되도록 동시 구동을 하는 것이다. k는, 이동시간의 역수이다.

또한, 비례상수 k는 4개의 리니어 구동 수단(50)이 축 이동 목표치(ΔXa, ΔXb, ΔYc, ΔYd)를 이동하는 사이에 동일 값을 계속해서 취할 필요는 없고, 각 축 이동 목표치를 세분화된 각 축 이동 목표치(ΔXai, ΔXbi, ΔYci, 여기서, i=1, 2, ····, n)에 대응한 이동구간마다 바꾸더라도 상관없다. 현실적으로는 모터의 가속 및 감속구간에서는, 각 축의 속도는, 이론적으로는 순간마다 각 축의 축 이동 목표치에 비례하는 값(비례상수 k는 시시각각 변한다)이 되도록 제어되어야 하다.

(제어 방법의 실시예)

이 제어 방법은, 실현 가능한 방법의 하나로서, 각 구동축(50)의 모터(51)를 펄스열로 구동 제어하는 형식의 서보모터로 한 경우에, 각 구동축(50)의 모터(51)에 공급하는 펄스속도를 각 구동축(50)의 축 이동 목표치에 비례시키는 것을 엄수하면서 펄스속도를 소정의 패턴으로 서서히 변화시키는 것으로 가능하다.

현실의 위치 결정 제어에서는, 각 리니어 구동 수단(50)의 모터(51)에 속도·시간관계를 사다리꼴 패턴으로 하는, 이른바 사다리꼴 구동을 적용하는 예가 대부분이며, 가감속시 펄스속도를 변화시키는 방법에 관해서는, 일반적으로 잘 사용되는 S자 곡선 또는 등가속도(속도가 직선적으로 증감)에 의한 방법 등이 있지만, 각 구동축(모터)의 등속시의 속도와 가감속시의 속도를 각 구동축(50)의 축 이동 목표치에 비례하도록 구동한다. 당연, 가속 종료의 시간과 감속 개시의 시간은 각 구동축 사이에서 일치한다. 단지, 가속시와 감속시의 속도의 비례관계가 제어정밀도의 관계로부터 각 구동축 사이에서 조금 어긋나는 것이 일어나지만, 그 어긋남은 테이블의 메커니즘의 휴지와 탄력성 내에서 흡수할 수 있는 정도로 제한하는 것이 필요하다.

또, 이 종류의 테이블은 이동속도에 고속성을 요구하지 않는 케이스가 많고, 저속으로 움직이는 한에서는, 비교적 제어하기 쉽다.

본 발명의 실시예 1의 4축 XYθ 테이블에 대하여 이 제어가 유효한 것은, 이론적 또한 실험적으로 확인되어 있다. 또, 이 제어 방법은, 후술하는 실시예 2에 도 응용되어 있다. 이 제어 방법에 의하면, 각 축의 제어가, 상기 (2)에서 설명한 「세상에는 현존하지 않지만 4축 XYθ 테이블을 실현하려고 한 경우에 통상 고려되는 제어 방법」에 비교하여 대단히 용이하게 된다.

본 실시예 1의 제어를 뒷받침하는 이론에 대해 이하에 설명한다.

도 4는, 4개의 구동축(50)에 의해서 이동하는 이동 테이블(10)의 좌표계와 관련되는 점의 이동을 나타내는 좌표 관련 도면이다.

이동 테이블(10)의 이동에는 영향 받지 않는 기준 위치의 직교 좌표계 Σb의 좌표축 ^bX, ^bY 상에, 이동 테이블(10)과 연결되는 4개의 회전 기구(39)의 중심위치 A, B, C, D 중 A, C, D를 배치하고, B 점만은, 좌표축 상에 없으면 안되는 것을 증명하기 위해서 굳이 좌표축에서 떨어진 위치에 배치되어 있다. A 점을 구동하는 구동축(50)(모터로부터 제1 직동 부재까지를 포함함)을 U 축(축 이동 방향선은, ^bX축에 평행), B 점을 구동하는 구동축(50)(모터로부터 제1 직동 부재(32)까지를 포함함)을 R축(축 이동 방향선은, ^bX축에 평행), C 점을 구동하는 구동축(50)(모터로부터 제1 직동 부재(32)까지를 포함함)을 V축(축 이동 방향선은, ^bY축에 평행), D 점을 구동하는 구동축(50)(모터로부터 제1 직동 부재(32)까지를 포함함)을 W축(축 이동 방향선은, ^bY축에 평행)으로 한다.

도 4 및 이하의 이론 전개 중에서 코마(coma) 위치라 칭하고 있는 것은, 회전 기구(39)의 위치(정확하게는 회전 기구(39)의 중심위치)를 의미하고 있다. 또, 시간 t의 V축, W축, R축의 코마 위치는 도시를 생략하고 있다.

이상의 전제에서, 최초에 U축, V축, W축의 3축에 대해 논의를 진행시킨다.

또한, 이하의 설명에서는 설명의 편의상 각 코마의 이동을, 각 코마는 상대적인 위치관계를 유지하면서 이동 테이블과 함께 이동하는 것으로부터, 좌표계의 이동이라는 사고방식으로 설명되어 있다. 따라서 이동 테이블(10)의 이동에는 영향받지 않는 기준 위치의 좌표계 Σb가 Σs, Σm, Σe의 위치로 이동하는 것과 같은 표현으로 되어 있으나, 이것은 Σb의 위치에 있던 이동 테이블(10)이 자신의 위치의 표현 수단으로서 좌표계 Σb의 그림자를 짊어져 각각의 좌표계의 위치까지 이동한다고 하는 의미이며, Σb 그 자체가 이동한다는 것이 아니다.

또한, 이하의 논의에서는 벡터를 이용하고 있지만, 이 벡터에 관해서는 동차좌표를 이용하고 있다.

즉 좌표는,

이라는 형식이 아니라,

로 표현하고 있다.

U 축의 코마의 좌표는, Σb의 위치에 테이블이 있는 경우

마찬가지로, V축, W 축은,

로서 나타내어진다.

이동 테이블(10)이 좌표계 Σs에서 좌표계 Σe에 이동할 때, 시간 t 후의 좌표계를 Σm으로 했을 때에, 그 각 코마의 좌표는, 좌표계 Σb 상에서는 다음 위치로 된다.

단, 각 코마의 좌표치 또는 이동 테이블의 각도변위(θ)에 관해서는, Σs, Σm, Σe 각각의 좌표계에 대하여, 이들을 나타내는 기호의 앞에 위첨부 문자의 모양으로「s」, 「m」, 「e」의 문자를 붙여 표기하고 있다.

또 이해를 용이하게 하기 위해서 덧붙이면, ^bXu(t)은 A점의 ^bX축 방향좌표로 A점을 구동하는 구동축(50)의 기준 위치로부터의 변위, ^bYu(t)는 A점의 ^bY축 방향좌표이고「^bYu(t)-^bYuo」는 A점이 속하는 제2 직동 부재(35)의 기준 위치로부터의 도피 량을 ^bY축 상에서 본 양이라고 생각해도 된다. 마찬가지로, ^bYv(t)는 C점을 구동하는 구동축(50)의 기준 위치로부터의 변위, 「^bXv(t)-^bXvo」는 C점이 속하는 제2 직동 부재(35)의 기준 위치로부터의 도피량을 ^bX축 상에서 본 양, ^bYw(t)은 D점을 구동하는 구동축(50)의 기준 위치로부터의 변위, 「^bXw(t)-^bXwo」는 D점이 속하는 제2 직동 부재(35)의 기준 위치로부터의 도피량을 ^bX축 상에서 본 양이라고 생각해도 된다.

또한,

이기 때문에, (4)식은

로 된다.

여기서 나오는 t는, Σs의 위치에 테이블이 있을 때에 t=0, Σe의 위치에 있을 때는 t=1이 되도록 정규화된 시간을 나타내는 것으로 한다.

행렬의 관계를 나타내는 식(10)으로부터

가 구해진다.

테이블이 좌표계 Σs에서 좌표계 Σe로 이동할 때의 각 축의 이동량(축 이동 목표치)를 Δu, Δv, Δw, 각 축의 초기 위치를 ^bXus, ^bYvs, ^bYws 라고 하면

로 표시되는 것으로부터,

로 표시된다.

한편, R축의 이동에 관해서는, U축, V축, W 축과 같이,

의 식으로 변환된다. 이동에 관계하는 것은 ^bXr(t)이기 때문에,

이것을 구하면,

또한 cos^bθm(t)은, (sin^bθm(t))²+(cos^bθm(t))² =1로부터 구해지기 때문에, 이것을 가령

로 놓고, 또 (19)식, (21)식을 사용하여

여기에서, R축의 이동의 초기치 ^bXrs=^bXr(0)이고, ΔXr(t)를

ΔXr(t) = ^bXr(t)-^bXr(0) (24)

로 정의하여, 구체적으로 계산하면

가 된다.

(25)식의 우변 제1항 중의 최초의 t를 변수로 하는 함수 f[*]는 비선형이고, 또한 일반적으로는 f[*]≠0 이기 때문에, (25)식의 우변 제1항은 t에 관해서 비선형항이다.

한편, (25)식의 우변 제2항은 선형항이다.

따라서 임의의 상수를 K로 했을 때, Δ^bXr(t)가

Δ^bXr(t) = K·t (26)

가 되기 위해서는,

^bXro = 0 (27)

즉, 좌표계 Σb의 Y축 상에 R축의 코마가 없으면 안된다.

또, 그 때는 (25)식으로부터

R축의 축 이동 목표치는 Δr=ΔXr(1)=K 인 것에 의해

ΔXr(t) = Δr·t (28)

이 되고, R축의 속도는 R축의 축 이동 목표치 Δr에 비례한다.

이상에서는 R축에 대해 논의했지만, 동일한 논의가, U축, V축, W축 모두에 대하여 언급될 수 있는 것으로부터, 4개의 코마 중 하나라도 ^bX축 또는 ^bY축 상에 없는 경우는 그 코마에 대응하는 구동축의 움직임이 시간 t에 관해서 선형이 되지 않는다는 것이다.

이상의 이론이 의미하는 결과는, 반대로 말하면 U, R, V, W 축의 코마가 좌표계 Σb의 좌표축 상에 직선 AB와 직선 CD가 직교하도록 배치되어 있고, 각 직동 기구의 방향이 전술한 바와 같으면, ^bXr(t), ^bXu(t), ^bYv(t), ^b Yw(t) 모두가 시간 t에 관해서 선형이 되고, 그 때의 각 구동축의 속도는 각 구동축의 축 이동 목표치에 비례한다는 것이다. 즉, 각 축의 이동량에 비례한 속도(R 축의 경우는 전술한 K)로 R, U, V, W축을 구동해 주면 이동 테이블(이동 테이블 상의 그림자의 좌표계Σb)은 좌표계 Σs에서 좌표계 Σe에 원활하게 이동할 수 있다는 것이다. 4개의 코마 중 하나라도 X축 또는 Y축 상에 없는 경우는, 단순한 비례계산에 의한 모터 제어로서는 축이 뒤틀려 동작하지 않게 된다는 것이다.

또, 상기의 이론 설명 중에서, 구동축 U축, R축을 ^bX축에 평행하게, 구동축 V축, W축을 ^bY축에 평행 구동하여 유한의 직경을 가지며, 또한 테이블의 회전을 수반하는 이동에 의해서 각 구동축으로부터 어긋나는 코마를 각 구동축의 방향으로 구동축의 변위와 동일한 변위로 이동해 나가는 것의 물리적인 의미는, 각 구동축과 함께 움직이는 구동축에 직각인 가이드 상을 코마가 안내되어 움직이는 것 같은 장치를 만들어 구동축을 움직이는 것이며, 전술한 제1 직동 부재(32) 상에 그 이동 방향에 대하여 직각의 방향으로 배치한 제2 직동 안내 수단(34)에 의해서 안내되는 제2 직동 부재(35) 상에 코마를 두는 것이다.

바꾸어 말하면, U축과 R축에 대응하는 제2 직동 기구(36)의 직동 방향을 ^bY축에 평행하게, 또한 V축과 W축에 대응하는 제2 직동 기구(36)의 직동 방향을 ^bX축에 평행하게 배치하면 좋은 것이 된다. 또, 상기의 배치는, 별도의 견해를 하면, 직교 좌표계 Σb의 좌표축 ^bX, ^bY는 임의로 배치한 것이므로, 이 배치는, 단순히, U축과 R축에 대응하는 제2 직동 기구(36)가 평행하고, V축과 W축에 대응하는 제2 직동 기구(36)가 평행하며, 또한 평행한 제2 직동 기구(36)의 이동 방향선의 조끼리 이루는 각도가 직각인 것이 분명하다.

다시 말하면, 본질적으로는, U축과 R축에 대응하는 제2 직동 기구(36)끼리 평행하고, V축과 W축에 대응하는 제2 직동 기구(36)끼리 평행하며, 쌍방이 평행한 제2 직동 기구(36)의 조끼리 직교하는 배치로 되어야 한다면, 이들 제2 직동 기구(36)에 대응하는 구동축(50)(최소한 제1 직동 기구(33))은 제2 직동 기구(36)에 대하여 직각을 이뤄 고정되어 있지 않더라도 임의의 소정 각도로 고정되어 있으면 된다. 제2 직동 기구(36)에 직각인 방향의 목표 이동량에 대한 구동축(50)의 필요 이동량은 상기 소정의 각도를 사용하여 계산으로 구할 수 있기 때문이다.

이상의 제2 직동 기구(36)와 구동축(50)의 배치의 자유도는, 이동 테이블(10)의 내측 각 점의 위치 결정 정밀도를 높이는 관점에서는, 이동 테이블(10)의 형상에 대응하여, 코마 위치를 이동 테이블(10)의 외주 부근에, 또한 가능한 한 코마 사이의 거리가 멀게 되는 위치(구체적 이미지로는 예를 들면 직사각형상의 이동 테이블이면 그 네모서리에 가까운 위치)에 배치 가능하게 하는 것이다.

(유사한 다른 실시예)

다음에, 실시예 1에 있는 형태에 있어서, ^bX축과 ^bY축이 직교하지 않고 임의 의 각도로 교차하는 사교(斜交) 좌표계의 경우에 대하여 설명한다.

보다 구체적으로는, 실시예 1의 도 2에 대응하는 도면인 도 5에 도시한 바와 같이, ^bX축과 ^bY축이 각도α로 교차하고 있고, 점 A 및 점 B가 속하는 제1 직동 기구(33)의 이동 방향은 X축(^bX축과 같은 의미)에 평행하고, 점 C과 점 D가 속하는 제1 직동 기구(33)의 이동 방향은 Y축(^bY축과 같은 의미)에 평행한 배치로 되어 있다. 각 지지기구의 제1 직동 기구(33)와 제2 직동 기구(36)의 조합은 각도 α로 교차하고, 점 A와 점 B에 속하는 제2 직동 기구(36)는 Y축에 평행, 점 C와 점 D에 속하는 제2 직동 기구(36)는 X축에 평행한 배치로 되어 있다. 이 경우도 실시예 1과 동일한 제어 방법을 취하는 것에 의해 4축의 원활한 협조 동작이 가능하게 된다.

이 경우에 있어서 4개의 코마가 좌표축 상에 있으면 상기 제어 방법이 얻어지는 것의 이론을 이하에서 설명한다.

도 6은, 4개의 구동축(50)에 의해서 이동하는 이동 테이블(10)의 좌표계와 관련되는 점의 이동을 나타내는 좌표 관련 도면이다.

이동 테이블의 이동에는 영향받지 않는 기준 위치의 사교 좌표계 Σb의 좌표축 ^bX, ^bY 상에, 이동 테이블(10)과 연결하는 4개의 회전 기구(39)의 중심위치 A, B, C, D 중 A, C, D를 배치하고, B점만은, 좌표축 상에 없으면 안되는 것을 증명하기 위해서 굳이 좌표축에서 멀어진 위치에 배치되어 있다. A점을 구동하는 구동축(50)(모터로부터 제1 직동 부재까지를 포함)을 U축(축 이동 방향선은, ^bX축에 평행), B점을 구동하는 구동축(50)(모터로부터 제1 직동 부재까지를 포함)을 R축(축 이동 방향선은, ^bX축에 평행), C점을 구동하는 구동축(50)(모터로부터 제1 직동 부재까지를 포함)을 V축(축 이동 방향선은, ^bY축에 평행), D점을 구동하는 구동축(50)을 W축(^bY축에 평행)으로 한다.

XY 사교 좌표의 경우의 (10)식에 상당하는 관계식은 (110)식이 된다.

(110)식으로부터

(111)식으로부터,

(112)식으로부터

(113)식으로부터

여기에,

(111)’, (112)’, (113)’식은, 직교 좌표계의 경우의 (11), (12), (13)식과 형식적으로 똑같기 때문에, 풀 수 있고,

따라서 직교 좌표계 때의 (17), (18), (19)식과 같이,

로서 나타내어진다.

한편, R축의 이동에 관해서는 V축 등과 같이

의 식으로 변환된다. 이동에 관계하는 것은 ^bXr(t)이기 때문에, 이것을 구하면

(121)식의 우변 제1항의 분해에 의해 (121)식은,

이로부터 ΔXr(t)를 실시예 1의 때와 마찬가지로 구하면,

(117), (119)식으로부터 (123)식의 우변 제2항, 제3항은 t에 관해서 선형이며, 우변 제1항은 비선형이다.

따라서, 임의의 상수를 K로 했을 때, ΔXr(t)가

ΔXr(t)= K·t (124)

가 되기 위해서는,

^bXro = 0 (125)

즉, 좌표계 Σb의 Y축 상에 R축의 코마가 없으면 안된다.

여기에서, (123)식에서, ^bXro=0로 놓고 구체적 계산을 하면,

R축의 축 이동 목표치는 Δr=ΔXr(1)=K 인 것에 의해

ΔXr(t)=Δr·t (128)

이 되고, R축의 속도는 R축의 축 이동 목표치 Δr에 비례한다.

이상에서는 R축에 대해 논의했지만, 동일한 논의가, U축, V축, W축의 모두에 대하여 언급될 수 있는 것이므로, 4개의 코마 중 하나라도 ^bX축 또는 ^bY축 상에 없는 경우는 그 코마에 대응하는 구동축의 움직임이 시간 t에 관해서 선형이 되지 않는다는 것이다.

이상의 이론이 의미하는 결과는, 반대로 말하면 U, R, V, W축의 코마가 좌표계 Σb의 좌표축 상에 직선 AB와 직선 CD가 각도 α로 교차하도록 배치되어 있고, 각 직동 기구의 방향이 전술한 바와 같으면, ^bXr(t), ^bXu(t), ^bYv(t), ^bYw(t) 모두가 시간 t에 관해서 선형이 되어, 그 때의 각 구동축의 속도는 각 구동축의 축 이동 목표치에 비례한다는 것이다. 즉, 각각의 비례상수에 대응하는 속도로 R, U, V, W축을 구동해 주면 이동 테이블(이동 테이블 상의 그림자의 좌표계 Σb)은 좌표계 Σs에서 좌표계 Σe로 원활하게 이동할 수 있다는 것이다. 4개의 코마 중 하나라도 ^bX축 또는 ^bY축 상에 없는 경우는, 단순한 비례계산에 의한 모터 제어로서는 축이 뒤틀려 동작하지 않게 된다는 것이다.

또, 직교 좌표 때와 동일한 이유로부터, U축과 R축에 대응하는 제2 직동 기구(36)의 직동 방향을 ^bY축에 평행하게, 또한 V축과 W축에 대응하는 제2 직동 기구(36)의 직동 방향을 ^bX축에 평행하게 배치하면 된다.

또, 상기 배치는, 다른 견해를 하면, 사교 좌표계 Σb의 좌표축 ^bX, ^bY는 임의로 배치한 것이므로, 이 배치는, 단순히, U축과 R축이 평행하고, V축과 W축이 평행하며, 또한 전자 2축과 후자 2축이 이루는 각도가 임의인 소정의 사교 각도인 것이 분명하다.

다시 말하면, U축과 R축에 대응하는 제2 직동 기구(36)끼리 평행하고, V축과 W축에 대응하는 제2 직동 기구(36)끼리 평행하며, 쌍방이 평행한 제2 직동 기구(36)의 조끼리 직교하는 배치로 되기만 하면, 이들 제2 직동 기구(36)에 대응하는 구동축(50)(제1 직동 기구(33))은 제2 직동 기구(36)에 대하여 상기 임의인 소정의 사교 각도를 이뤄 고정되어 있지 않더라도 임의의 소정 각도로 고정되어 있으면 된다. 제2 직동 기구(36)에 대하여 상기 임의의 소정 사교 각도의 방향의 목표 이동량에 대한 구동축(50)의 필요 이동량은 상기 소정의 각도를 사용하여 계산으로 구할 수 있기 때문이다.

이상의 제2 직동 기구(36)와 구동축(50)의 배치의 자유도는, 이전 형태의 경우와 마찬가지로, 이동 테이블(10)의 내측 각 점의 위치 결정 정밀도를 높이는 관점에서, 이동 테이블(10)의 형상에 대응하여, 코마 위치를 이동 테이블(10)의 외주 부근에, 가능한 한 코마 사이의 거리가 멀게 되는 위치(구체적 이미지로는 예를 들면 직사각 형상의 이동 테이블이면 그 네 모서리에 가까운 위치)에 배치 가능하게 하는 것이다.

실시예 2

실시예 2는, 본 발명에 의한 4축 XYθ 테이블의 가장 바람직한 형태의 제2 실시예를 나타내는 것이다.

도 7 및 도 8에 따라, 본 실시예의 4축 XYθ 테이블을 설명한다. 도 7은 실시예 1의 경우의 도 2에 상당하는 것으로, 이동 테이블(10)보다 테이블대(20) 측에 있는 부분의 평면도이다.

실시예 1과의 제1 차이점은, 4개의 지지 수단(40)을 구성하는 각각의 제1 직동 기구(43)와 리니어 구동 수단(50)이 전동 실린더로 이루어지는 것(표면상 일체로 보이지만, 굳이 나누면, 리니어 구동 수단(50)은 모터(51)와 리드 스크류(55)와 너트(56)이며, 제1 직동 기구(43)는 전동 실린더의 하우징(52)과 하우징(52)으로 안내되고 너트(56)와 연결되는 출력축(51a)이다), 제2 차이점은 회전 기구(49)가 제1 직동 기구(43)와 제2 직동 기구(46)의 사이에 놓여 있고 제2 직동 안내 수단(44)이 이동 테이블(10) 상에 고정되어 있는 것이다. 결과적으로, 제3 차이점은 이동 테이블(10)을 지지하는 지지 수단(40)의 구성 상태이다.

더욱 상세하게는, 도 8에 지지 수단(40) 부근의 측면도를 나타낸 바와 같이, 전동 실린더는, 모터(51), 모터에 연결된 볼나사 또는 미끄럼나사 등으로 이루어지는 리드 스크류(미도시), 리드 스크류에 나사 결합되는 너트(미도시), 너트에 연결된 출력축(제1 직동 부재)(42), 덮개부(52a) 및 몸체부(52b)로 이루어지는 외형이 대략 직방체의 하우징(52), 그 내부에 배치되어 베어링(미도시) 기타 슬라이딩 안내(미도시) 등으로 이루어지는 제1 직동 안내 수단(41)(미도시. 이것은, 실시예 1의 제1 직동 안내 수단(31)에 상당한다)으로 이루어진다. 출력축(51a)(제1 직동 부재(42))은, 너트(56)와 함께 회전 불가능하게 그 축 방향만 슬라이딩 가능하게 하우징(52)(제1 직동 안내 수단(41))에 의해 안내되어 있고, 실시예 1의 제1 직동 부재(32)에 상당한다.

전동 실린더는, 모터(51)가 회전하면 리드 스크류(55)와 출력축(51a)(제1 직동 부재(42))은 이동 테이블(10)에 평행하게 직선운동을 행하는 회전·직동 변환 기구이다. 이 제1 직동 안내 수단(41)은 하우징(52)과 함께 테이블대(20)에 고정되어 있다.

제1 직동 부재(출력축)(42)의 선단에는, 회전 부재(48)의 회전 안내 수단(47)이 고정되고, 회전 부재(48)의 일단은 그 중심축선이 이동 테이블(10)에 수직인 회전 안내축(47b)에 베어링(도시생략)을 통하여 이동 테이블 기준면(10a)에 평행하게 회전 가능하게 결합되며, 회전 부재(48)의 타단은, 제2 직동 안내 수단(44)에 걸치고 상기 제2 직동 안내 수단(44)의 안내방향으로 직동 가능한 제2 직동 부재(45)에 고정되어 있다. 제2 직동 안내 수단(44)은 이동 테이블(10)에 고정되어 있다.

즉, 지지 수단(40)은, 제1 직동 안내 수단(41)(하우징(52))과 제1 직동 부재(42)로 이루어지는 제1 직동 기구(43), 제1 직동 기구(43)에 고착된 회전 안내 수단(47)과 회전 부재(48)로 이루어지는 회전 기구(49), 및 이동 테이블(10)에 고착되는 제2 직동 안내 수단과 회전 부재(48)에 고정된 제2 직동 부재(45)로 이루어지는 제2 직동 기구(46)로 구성되어 있다.

또한, 리니어 구동 수단(50)과 제1 직동 기구(43)가 전동 실린더로 되어 있지만, 반드시 전동 실린더에 구애될 필요는 없고 실시예 1과 같은 형태라도 상관 없다.

그리고 도 7은, 이동 테이블(10)이 이동하는 직전(이동 테이블(10)은 2점 쇄선, 제1 직동 기구는 실선으로 도시되어 있는 상태)에 있어서, 점 AB끼리 연결한 직선은 Y 좌표축에 평행, 점 CD끼리 연결한 직선은 X 좌표축에 평행, 결과로서 당연히, 양 직선은 직교하고 있다. 더욱이, 4개의 제2 직동 안내 수단(44)은, A 및 B 위치에 대응하는 2개의 제2 직동 기구(46)의 직동 방향선이 서로 일치하여 Y 좌표축에 평행하고, 다른 C 및 D에 대응하는 2개의 제2 직동 기구(46)의 직동 방향선이 서로 일치하여 X 좌표축에 평행하며, 당연하지만, 서로 평행한 2개의 직동 방향 선끼리는 직교하고 있는 상태를 나타내고 있다. 4조의 회전 부재(48)와 제2 직동 부재(45)의 주요 치수가 동일하다는 전제이다.

또, 제2 직동 기구(46)의 직동 방향선은, 이동 테이블(10)의 기준면(10a)에 평행하게 되도록, 이동 테이블(10)의 이면에 설치되어 있다. 이동 테이블(10)이 이동하여, 결과점 P가 P’로 이동(X 방향으로 ΔX, Y 방향으로 ΔY)하고 Δθ 회전한 상태는 파선으로 도시되어 있다.

또, 4개의 제1 직동 기구(전동 실린더)(43) 중, 2개(A 및 B 위치에 대응)는 이동 테이블(10)이 대향하는 외주 2변에 가까운 위치에서 직동 방향선이 서로 평행하고, 또한 직교 XY 좌표계의 X 좌표축에 평행하게 되도록, 다른 2개(C 및 D 위치에 대응)는 다른 외주 2변에 가까운 위치에서 그 직동 방향선이 서로 평행하고 또한 Y 좌표축에 평행하게 되도록 테이블대 상에 배치되고, 결과로서 당연히, 서로 평행한 2개의 직동 방향선의 조끼리 직교하고 있다.

또, 이 기구의 동작의 개략은 이하와 같다.

4개의 리니어 구동 수단(50), 즉 제1 직동 기구(43) 개개의 움직임에 의해서 제1 직동 부재(42) 상에 고정되어 있는 점 A, B, C, D가 각각의 점이 대응하는 회전 부재(48)를 눌러 빼내는 것에 의해 제2 직동 안내 수단(44)을 눌러 빼내어 이동 테이블(10)을 이동·회전시키지만, 그 과정에서 4개의 각각의 제2 직동 부재(45)에 대하여 제2 직동 안내 수단(44)이 적절하게 미끄러지고(도피의 움직임을 하여), 4개의 리니어 구동 수단(50)의 적절한 구동 제어에 의해서 이동 테이블(10)은 원활하게 이동·회전한다.

(실시예 2에 유사한 바람직한 다른 실시구조)

다음에, 본 실시예 2에 유사의 바람직한 다른 실시구조로서, 4개의 회전 안내축(47b)의 축선과 각각 대응하는 제2 직동 안내 수단(44)의 직동안내방향축선이 교차하도록 하는 형태가 있다. 이 경우에는, 회전 부재(48)는, 도 7 또는 도 8에 있는 바와 같은 이동 테이블 기준면(10a)에 평행한 방향으로 팔길이가 있는 형상이아니고, 도 9에 도시한 바와 같은 회전 안내축(47b)에 끼워지는 부분의 상방 축선 상에 제2 직동 안내 수단(44)에 직동 가능하게 끼워지는 제2 직동 부재(45)가 그 직동축선을 일치시키는 것처럼 배치된다.

이 구조의 이점은, 회전 안내축(47b)에 대하여 제2 직동 부재(45)보다 상방으로부터의 부하에 의한 굽힘 모멘트가 작용하지 않는 것이며, 테이블의 강성을 향상시킬 수 있는 것이다.

이상의 실시예 2에 관련되는 2개의 메커니즘 구조의 경우도, 도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 이동 테이블(10)을 X 방향으로 ΔX, Y 방향으로 ΔY 이동시켜, 시계방향으로 이동 테이블(10) 상의 P점(XY 좌표상의 좌표치 X, Y)을 중심으로 하여 Δθ 회전시키고, 결과로서 P점을 XY 좌표상의 P’(X+ΔX, Y+ΔY)점에 각도 Δθ 회전한 상태를 만들어내기 위해서는, 실시예 1의 경우와 동일 방법으로 4축의 구동축(50)이 구동 제어되고, 위치 결정되며, 점 A, B, C, D가 이동된다.

이 경우도, 실시예 1과 동일한 이동을 이동 테이블(10)에 대하여 행하게 하는 제어 방법은, 실시예 1의 경우와 기구적인 조건이 다를 뿐이고 완전히 동일하다.

즉, 테이블 이동 목표치(ΔX, ΔY, Δθ)에 대하여 계산으로 결정되는 각 리니어 구동 수단(50)의 축 이동 목표치(ΔXa, ΔXb, ΔYc, ΔYd)에 각각의 이동속도(Vxa, Vxb, Vyc, Vyd)를 비례시켜, 이동의 개시 시점과 종료 시점을 맞추도록 각 구동축(50)을 동시 병행하게 구동하는 것이다. 즉, 비례상수를 k로서, Vxa= k·ΔXa, Vxb= k·ΔXb, Vyc= k·ΔYc, Vyd= k·ΔYd가　되도록 동시 구동을 하는 것이다. k는, 이동시간의 역수이다.

또한, 이 경우도 실시예 1에 관련되는 메커니즘의 제어의 경우와 동일하게, 비례상수 k는 4개의 리니어 구동 수단(50)이 축 이동 목표치 ΔXa, ΔXb, ΔYc, ΔYd를 이동하는 사이 동일 값을 계속해서 취할 필요는 없고, 각 축 이동 목표치를 세분화된 각 축 이동 목표치(ΔXai, ΔXbi, ΔYci, 여기서, i=1, 2, ····, n)에 대응한 이동구간마다 바꾸더라도 상관없다. 현실적으로는 모터의 가속 및 감속구간에서는, 각 축의 속도는, 이론적으로는 순간마다 각 축의 축 이동 목표치에 비례하는 값(비례상수 k는 시시각각 변화된다)이 되도록 제어되어야 하다.

이 경우에 있어서 4개의 코마가 직교 좌표축 상에 있으면 상기 제어 방법이 얻어지는 것의 이론을 이하에 설명한다.

도 10은, U축, R축, V축, W축의 4개의 구동축(50)에 의해서 이동하는 이동 테이블(10)의 좌표계와 관련되는 점의 이동을 나타내는 좌표 관련 도면이다.

이 도면에서는, 이동 테이블의 이동에 영향받지 않는 기준 위치의 사교 좌표계 Σb의 좌표축 ^bX, ^bY 상에, 제1 직동 부재(42)에 고정된 4개의 회전 기구(39)의 회전중심위치 A, B, C, D를 배치하고, A점을 구동하는 구동축(50)을 U축(이동 방향선은, ^bX축에 평행), B점을 구동하는 구동축(50)을 R축(이동 방향선은, ^bX축에 평행), C점을 구동하는 구동축(50)을 V축(이동 방향선은, ^bY축에 평행), D점을 구동하는 구동축(50)을 W축(이동 방향선은, ^bY축에 평행)으로 한다.

이 조건으로 각 구동축(50)이 4축 협조동작을 하여, 이 제어방식이 가능해 지는 조건을 도출한다.

지금, 이동 테이블(10)이 이동함에 따라서 테이블 기준 위치의 좌표계 Σb의 그림자가 이동 테이블(10)과 함께 이동하는 것으로 하여, 이동 테이블(10) 이동 전(이동 개시)의 좌표계를 Σs, 이동 테이블(10)이 목표 위치에 이동 후의 좌표계를 Σe, 이동 테이블(10)이 이동 도중의 이동 개시 후 시간 t에서의 좌표계를 Σm으로 한다.

또, 이들 좌표계와는 별도로 고정의 직교 XY 좌표계를 채용하여, 원점과 X축은 Σb의 좌표계와 공통으로 한다.

Σb의 좌표축 ^bX, ^bY와 각 구동축 U축, R축, V축, W축과의 교점(코마 위치라고도 부른다)의 좌표는 각각 (^bXuo, ^bYuo), (^bXro, ^bYro), ( ^bXvo, ^bYvo), (^bXwo, ^bYwo)이다. 단, 이하의 계산식 중에 Σb 이외의 좌표가 나오지 않기 때문에 윗첨자 문자 b는 생략한다.

이동 테이블(10)의 이동와 함께 테이블위치를 대표하는 좌표계는 기준좌표 Σb의 위치로부터 Σs, Σm, Σe의 위치로 이동함에 따라서, 각각의 좌표계의 Y 좌표축과 U축, R축과의 교점은 각각 Pus, Pu(t), Pue 및 Prs, Pr(t), Pre의 순차로 이동하며, 각각의 좌표계의 X 좌표축과 V축, W축과의 교점은 각각 Pvs, Pv(t), Pve 및 Pws, Pw(t), Pwe의 순차로 이동한다.

각 교점의 XY 좌표는, 이하와 같다.

여기서, Yus = Yu(t) = Yue = Yuo

여기서, Yrs = Yr(t) = Yre = Yro

여기서, Xvs = Xv(t) = Xve = Xvo

여기서, Xws = Xw(t) = Xwe = Xwo

β = π/2-α+θ (201)

를 사용하여 직선 L의 방정식을 구한다.

직선 L은 좌표(Xu(t), Yuo)를 통과하고, 기울기가 π/2+β인 직선이기 때문에

Y - Yuo = (X - Xu(t))tan(π/2+β) (202)

로 된다. (202)식을 X에 대하여 풀면

X = (Yuo-Y)tanβ + Xu(t) (203)

로 된다. (203)식의 Y에 Yro를 대입하면 Xr(t)이 구해지고

Xr(t) = (Yuo - Yro)tanβ + Xu(t) (204)

로 된다. (204)식에 (201)식을 대입하여

Xr(t) = (Yuo-Yro)tan(π/2 - α + θ) + Xu(t) (205)

가 얻어지고, 또한 θ은

이기 때문에, (205)식은

로 된다.

(207)식의 우변에 덧셈정리를 사용하여 정리하면

여기에서, t는 이동의 개시시를 0, 종료시를 1로 한 정규화된 시간이기 때문 에

이므로, (210)식, (212)식, (214)식, (216)식, (218)식을 (208)식에 대입하여 정리하면

여기에서, Xrs를 구하면,

로 되므로, ΔXr(t)를

ΔXr(t) = Xr(t) - Xr(0) (221)

로 정의하면, 상수 K를 이용하여 ΔXr(t)를

ΔXr(t) = Kt (222)

로 나타낼 수 있으면 4축이 메커닉스적으로 복잡해지지 않고, 4축 협조동작을 행한다고 생각해도 된다.

한편, 구체적으로 ΔXr(t)를 구한다.

(221)식에 (219)식, (220)식을 대입하면

로 된다. (223)식의 우변은 t에 대하여 분수식으로 되어있기 때문에 (222)식과 같이 나타낼 수 없다. 즉, α가 임의의 값을 취할 때에 ΔXr(t)는 t에 관해서 선형으로는 되지 않는다.

한편, 구체적으로 ΔXr(t)를 구한다.

(221)식에 (219)식, (220)식을 대입하면

로 된다. (223)식의 우변은 t에 대하여 분수식으로 되어 있기 때문에 (222) 식과 같이 나타낼 수 없다. 즉, α이 임의의 값을 취할 때에 ΔXr(t)는 t에 관해서 선형으로는 되지 않는다.

반대로 (222)식과 같이 나타낼 수 있는 α의 조건은, 주요값만을 고려한 경우,

α = π/(2)

의 때에 Δw_x = Δv_x = 0, tan(π/2 - α) = 0으로 되기 때문에

가 되지만, Xws = Xwo, Xvs = Xvo, Δv_y = Δv, Δw_y =Δw와 치환하면,

로 되어,

라고 생각하면 t에 관해서 선형의 식이 되므로, α = π/2이면 4축 협조 동작이 가능하다고 결론지어진다.

또한, K = ΔXr(1) = Δr이기 때문에

R축의 축 이동속도는 R축의 축 이동 목표치 Δr에 비례한다.

이상에서는 R축에 대하여 논의했지만, 동일한 논의가, U축, V축, W축의 모두에 대하여 언급될 수 있으므로, 4개의 코마 중 하나라도 ^bX축 또는 ^bY축 상에 없는 경우는 그 코마에 대응하는 구동축(50)의 움직임이 시간 t에 관해서 선형이 되지 않는다는 것이다.

이상의 논의가 의미하는 바는, 반대로 말하면 U, R, V, W축의 코마가 좌표계Σb의 좌표축 상에 직선 AB와 직선 CD가 직교하도록 배치되어 있고, 각 직동 기구의 방향이 전술한 바와 같으면, ^bXr(t), ^bXu(t), ^bYv(t), ^b Yw(t) 모두가 시간 t에 관해서 선형이 되어, 그 때의 각 구동축(50)의 속도는 각 구동축(50)의 축 이동 목표치에 비례한다는 것이다. 즉, 공통의 비례상수에 대응하는 속도로 R, U, V, W축을 구동해 주면 이동 테이블(10)(이동 테이블(10) 상의 그림자의 좌표계 Σb)은 좌표계 Σs에서 좌표계 Σe로 원활하게 이동할 수 있다는 것이다. 4개의 코마 중 하나라도 ^bX축 또는 ^bY축 상에 없는 경우는, 단순한 비례계산에 의한 모터 제어로서는 축이 뒤틀려져 동작하지 않게 된다는 것이다.

이상의 논의에서 각 코마 A, B, C, D를 일직선상으로 각 구동축(50)으로 이동시켜 갈 때에 각각의 코마가 실려 있는 좌표축이 좌표계 Σs, Σm, Σe와 이동해 나가는 것을 실현하는 기구를 위한 본질적인 조건을 이하에 설명한다.

제1의 조건은, 4개의 제1 직동 기구(43) 중, 2개의 제1 직동 기구(43)의 직동 방향선이 서로 평행하고, 다른 2개의 제1 직동 기구(43)의 직동 방향선도 서로 평행하며, 서로 평행한 직동 방향선의 조끼리 직교하는 것이다.

제2의 조건은, 4개의 제2 직동 기구(46) 중, 2개의 제2 직동 기구(46)의 직동 방향선이 서로 평행하고, 다른 2개의 제2 직동 기구(46)의 직동 방향선도 서로 평행하며, 서로 평행한 직동 방향선의 조끼리 직교하는 것이다.

단, 상기의 제2 직동 기구(46)의 배치에 관해서, 당연하지만, 직동 방향선이 일치하는 경우도 평행 중에 포함시킨다.

이상의 조건이 만족되어 있으면, 제1 직동 기구(43)와 제2 직동 기구(46)의 상대적 각도 관계는 임의이다.

여기서 본 제어 방법에 관련되어 중요한 것은, 바로 위에서 설명한 2개의 직동안내방향축선끼리 직교하는 것으로, 반드시, 교점 A, B 끼리를 연결한 직선과 교점 C, D 끼리를 연결한 직선이 직교하는 것이 아니다. 4조의 회전 부재(48)와 제2 직동 안내 수단(44)의 동작을 결정하는 주요 치수의 자세에 따라서는, 교점 A, B 끼리 연결한 직선과 교점 C, D 끼리 연결한 직선이 직교하지 않게 된다. 실시예 2는, 회전 부재(48)의 회전 안내축(47b)과 제2 직동 안내 수단(44)과의 거리가, 4개와도 동일한 구조로 한 것이다. 또, 4개와도 동일이 아니더라도 교점 A 및 B에 관계하는 끼리, 교점 C 및 D에 관계하는 것 끼리 동일이면, 교점 A, B 끼리 연결한 직선과 교점 C, D 끼리 연결한 직선은 직교한다.

이 경우도, 실시예 1의 경우와 같이, 각 코마 또는 제2 직동 안내 수단(44)의 이동 테이블(10) 상의 위치의 자유도가 테이블 전체의 위치 결정 정밀도 향상에 기여한다.

또, 실시예 2의 경우에는, 이론적으로는 각 구동축(50)과 제1 직동 기구(43) 의 방향은 테이블 기준면(10a)에 정사영했을 때에 U축과 R축이 평행, V축과 W축이 평행이면 되고, 각각이 테이블 기준면(10a)에 대하여 임의의 소정 각도를 이루고 있어도 된다. 그 각도를 알고 있으면 테이블 기준면 방향의 필요 이동량에 대한 구동축(50)과 제1 직동 기구(43)의 이동량은 계산으로 구해지기 때문이다.

단, 이 때는, 회전 안내축(47b)과 회전 부재(48)를 중심으로 하는 링크기구 등이 상기 설명과 등가로 적정하게 설계되어 있는 것이 전제가 된다.

이 특별한 경우의 구조는, 이하에 그 예를 설명한 바와 같이, 제1 직동 기구(43)와 회전 기구(49)와 제2 직동 기구(46)로 이루어지는 지지 수단(40)에 대신하는 제2 지지 수단을 가지고 들어가, 제1 직동 기구(43)와 회전 기구(49)와 제2 직동 기구(46)로 이루어지는 지지 수단이, 이동 테이블(10)의 이동을 위한 메커니즘의 역할을 담당하는 이동 수단으로 될 때 채용 가능한 구조이다.

지금까지, 지지 수단(30, 40)으로 이동 테이블(10)을 지지한다고 했으나, 이동 테이블(10) 또는 그 위에 실리는 가공물이 무겁든지 또는 기타 기구적인 이유로, 상기 지지 수단만으로 지지하는 것에는 문제가 있는 경우에는, 당연히 제2 지지 수단을 보조적으로 가지고 들어감으로써, 또는 전용 지지 수단으로서 가지고 들어 가는 것에 의해, 지지 수단(30, 40)의 주된 역할을 위치 결정 기구의 일부로 하는 것도 가능하다. 이 경우에는 제2 지지 수단은, 수평 방향으로는 360도 자유롭게 이동 가능하고 수직하중을 지지하는, 이른바 스러스트 베어링의 류 또는 본 발명의 지지 수단(단, 구동 기구 없음)과 같은 것으로 될 것이다. 제2 지지 수단의 설치장소는 4개의 리니어 구동 수단(50) 및 관련 메커니즘의 움직임을 방해하지 않 는 것과 같은 이동 테이블(10)과 테이블대(20) 사이의 공간이다. 당연히 가공물의 형태 또는 테이블 구조에 맞추고 복수 개의 제2 지지 수단 설치(분할 설치)도 바람직한 설치방법이다.

이상의 설명에서, 제1 직동 안내 수단에 대해서는 2개의 예(실시예 1과 실시예 2의 방식), 제2 직동 안내 수단의 방식에 대해서는 하나의 예를 들었으나, 그 목적이 동일하면 안내기구는 홈기구, 캠기구, 안내샤프트기구이더라도, 또는 기타 안내방식이어도 된다.

또, 이동 테이블(10)과 테이블대(20)를 상하 반대로 하여, 테이블대(20)를 이동 테이블(10)로서 사용하여도 되고, 동일한 효과가 얻어진다.

또, 테이블 기준면은, 실시예에서는 이동 테이블(10)의 상면으로 되어 있지만, 이면에서도 가공(架空)의 면에서도 어디에도 지장이 없고, 이동 테이블과 함께 이동하지 않는 기준 XY 좌표면의 이동 테이블(10)과 겹치는 부분으로 이해할 수도 있다.

실시예 1 및 2의 회전 기구(39, 49)에서는, 회전 안내 수단(37, 47)이, 회전 안내축(37a, 47a)을 구비하고, 회전 부재(38, 48)의 구멍이, 회전 안내 수단에 끼워지게 되어 있지만, 반드시 이 구조의 조합일 필요는 없다. 이밖에, 예를 들면, 회전 안내 수단으로서 구멍을 구비하고, 회전 부재로서, 상기 구멍에 결합하는 회전 안내축이 있을 수도 있다. 또, 회전 안내축과 구멍의 쌍이, 하나만이 아니라, 2개 이상 있을 수도 있다.

또, 회전 안내축과 구멍으로 이루어지는 회전 기구일 필요도 없다. 즉, 상 기 테이블 기준면에 대하여 수직 방향을 회전중심으로 하고, 회전 안내 수단과 회전 부재가 상대적으로 회전하는 회전 기구이면, 다른 것이라도 된다.

다음에, 상기 구성의 4축 XYθ 테이블의 제어에서는, 필요에 따라 원점 복귀를 행해야 한다. 각 구동축(50)의 절대 위치 검출에 사용되는 엔코더를 사용하여, 현재 위치에 대하여 원점(X0, Y0, θ0)을 목표 위치로서 되돌리는 방법, 또는 기계원점을 사용하여 제어원점에 되돌리는 방법 등이 고려된다. 한편, 원점 복귀는, 단순한 제어로 신속하게 행하여져야 되며, 실질적이고 간이한 방법이 바람직하다.

본 발명의 실시예 1, 2에서의 원점 복귀의 방식은, 4축 중의 1축을 서보오프로 하여 외력으로 모터를 돌릴 수 있는 상태로 하고, 나머지 3축으로 현재 위치에 대하여 원점(X0, Y0, θ0)을 목표 위치로 하여 되돌리고, 서보오프로 했던 제4 축에 대하여, 이하에 나타내는 방법 또는 다른 적당한 방법에 의해, 원점 결정을 위한 조정 처리를 행하는 것이다.

그 제1 방법은, 원점 복귀 시에는 4축의 모터(51) 중의 1축을 서보오프로 하여 외력에 의해서 자유롭게 회전 가능한 상태로 하고, 나머지 3축으로 목표 위치를 원점으로 하여 원점 복귀 동작을 행하고, 서보오프로 하고 있던 모터(51)에 대해서는 현재 위치를 원점으로 하는 방법이다. 제4 축은, 서보오프로 하고 있으므로, 모터의 무통전(無通電)시의 부하만으로, 지지 수단의 도피 동작을 수반하여 자동적으로 붙어 온다. 단 이 경우는, 제4 축이 구동되어 있지 않은 상황이며, 제4 축의 위치를 결정하는 방향으로는 강성이 낮은 상태이기 때문에, 3축의 경우의 위치 결정 동작시의 정밀도가 나쁜 것의 반대로, 원점 복귀한 후에 제4 축에 대하여는 로 스트 모션이 그대로 남을 수 있다.

제2 방법은, 제4 축의 원점 복귀 시의 로스트 모션을 해소하여 보다 정밀도가 높은 원점 복귀를 달성하기 위해, 상기의 원점 복귀 동작의 종료 후에 서보오프로 했던 모터의 원점 위치에 로스트 모션의 범위 내에서 적정한 보정을 더하는 것이며, 효과가 있는 방법이다. 미리 원점 복귀 시의 메커니즘의 로스트 모션 특성을 측정하여, 예를 들면 패턴화해 둬, 원점 위치가 로스트 모션의 중심위치에 오도록 그 보정량을 결정하여 보정을 행한다. 환언하면, 로스트 모션의 절반량의 보정을 행한다.

제3 방법은, 또한 정밀도가 높은 제4 축의 원점 복귀의 위치 결정 방법으로, 모터(51)의 엔코더(회전방향과 회전량을 검출하기 위해서 통상은 A, B의 2채널이 최저 구비된다)에 제3 검출 채널(이른바 C채널, 또는 C상)을 구비해 두고, C 채널 및 A, B 채널정보를 사용하여, 1회전 내의 절대 위치를 결정하는 방법이 있다. 이 경우의 조건은, 미리 원점 위치에 대해서는 C채널의 원점(1회전 내에 하나)에 대한 어긋남(모터 1회전 이내)의 절대량을 검지해 두는 것, 당연하지만 제1 축으로부터 제3 축까지의 모터에 대해서는 원점 복귀 전의 현재 위치의 원점으로부터의 모터 회전수가 명확한 것, 제4 축의 로스트 모션이 모터 1회전 미만이다.

제4 방법은, 로스트 모션이 모터 1회전을 초과하여 2회전 미만일 때, 상술한 로스트 모션의 절반량의 보정을 행하는 것을 전제로 하고, 이 보정 후에는 원점 위치는 모터 1회전 미만의 위치에 존재하는 것으로부터, 제3 방법을 이용하여 제4 축을 절대 원점에 되돌리는 것이다.

또, 상기 제4 축의 모터(51)와 리드 스크류를 직접 연결하지 않고서 클러치를 통하여 연결하도록 하여, 이동 테이블(10)의 보통의 이동·회전위치 결정에서는 클러치를 연결해 두고, 상기 서보오프 대신 클러치를 절단하는 방법이 있다. 이 경우의 이점은 원점 복귀 시의 상기 제4 축의 부하가 경감되는 것이다. 단 이 방법이 얻어지는 것은, 상기 제1 및 제2 방법뿐이고, 클러치절단, 다른 3축의 원점 복귀종료에 잇따라 클러치를 재연결하고, 그 후, 상기 제1 방법의 경우는 그 때의 엔코더의 위치를 새로운 원점으로 하고, 상기 제2 방법의 경우는 필요한 보정량만 추가로 보정하여 그 때의 엔코더의 위치를 새로운 원점으로 한다.

이상의 원점 복귀의 방법의 설명에서는, 리니어 구동 수단의 일례로서, 모터(51)와 회전·직동 변환 기구로서의 리드 스크류와의 조합을 설명했지만, 리니어 구동 수단은, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 이것 대신, 리니어모터 등의 다른 구동 수단을 사용하는 것도 가능하다. 그 경우, 엔코더에 대하여도, 회전식모터의 엔코더와는 상이한, 그 구동 수단에 적합한 엔코더가 사용된다.

본 발명의 제1 효과는, X 방향으로 이동 가능한 서보구동축을 가지는 2개의 지지 수단에 더하여 Y축 방향으로 이동 가능한 서보구동축을 가지는 2개의 지지 수단을 밸런스 양호하게 설치한 4축 XYθ 테이블로 함으로써, Y축 방향의 위치 결정 정밀도를 X축 방향과 같은 정도로 향상시키고, 전체로서 위치 결정 정밀도 균형이 잡힌 XYθ 테이블을 실현할 수 있는 것에 있다. 또, 제2 효과는, 3(=2+1)축에 대하여 1축 구동축을 더하여 4(=2+2)축으로 한 것에 의해, 예를 들면 이동 테이블에 탑재된 가공물 상의 임의의 지정 위치의 계측 또는 가공을 하는 어플리케이션에 있어서, 종래 구동축이 없던 제4 축의 위치에 테이블에 수직으로 가까운 방향에서(수직으로 걸고자 했으니 수직으로부터 미소하게 어긋남) 부하된 경우에, 1축이 부족하기 때문에 구동축에서 멀어진 위치만큼 강성이 낮아지는 것에 의해 상기 부하의 수평방향 분력으로 움직이면 안되는 위치 계측점 또는 가공점이 본의 아니게 움직여진다고 하는 것과 같은 종래 3축 XYθ 테이블에 일어나던 문제를 해소할 수 있는 것에 있다.

또한, 이상의 효과의 상승효과로서, 위치 결정 정밀도 또는 위치 결정 강성(서보 강성이라고 하더라도 좋다)의 관점에서 본 경우의, 이동 테이블에 실리는 가공물의 사이즈에 대한 제한, 또는 계측위치 또는 가공위치에 대한 제한이 적어진다. 즉, 4개의 구동축은, 이동 테이블의 외주의 부근에, 또한 서로의 간격이 가능한 한 커지는 위치에, 밸런스 양호하게 배치된다. 그리고, 이에 따라, 외주부근에서는, 위치 결정 정밀도 또는 위치 결정 강성은, 필요한 수치를 확보할 수 있고, 이동 테이블의 내측에서는, 외주부근보다 또한 높은 위치 결정 정밀도와 위치 결정 강성이 밸런스 양호하게 얻어진다.

이러한 효과에 기초하여, 작금의 대단히 사이즈가 큰 액정 장치부품, 플라스마 디스플레이 장치용 부품, 회로기반 등의 생산 공정에서의 화상인식기술을 사용한 위치 미세 조정 또는 그 후의 가공 등에 사용되는 XYθ 테이블의 사이즈, 성능을 현저하게 향상시키고, 종래의 생산 기술상의 장애를 없앨 수 있다. 또한, 기타 테이블로 가공물의 위치 결정을 하는 용도를 포함해서 본 발명의 산업상의 기여는 대단히 크다.

Claims (27)

1. 이동 테이블과,

   테이블대와,

   상기 이동 테이블을 테이블 기준면에 평행하게 상기 테이블대에 대하여 상대 이동 가능하게 지지하는 4개의 지지 수단과,

   상기 지지 수단을 각각 직선 구동하여, 상기 테이블대에 대하여 상기 이동 테이블을 상대 이동시키는 4개의 리니어 구동 수단과,

   상기 이동 테이블의 테이블 기준면상의 임의의 지정 위치에 대하여 부여된 X, Y 및 θ 방향의 이동명령에 대응하는 4개의 상기 리니어 구동 수단의 축 이동 목표치를 계산하고, 4개의 상기 지지 수단의 이동 개시 시점 및 종료 시점을 일치시키도록, 4개의 상기 지지 수단의 이동속도를 상기 축 이동 목표치에 비례시켜 4개의 상기 리니어 구동 수단을 동시에 구동하여, 상기 이동 테이블을 목표 위치에 이동시키는 제어 장치

   를 포함하는 4축 XYθ 테이블.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제어 장치는, 목표 위치에 도달할 때까지 시간 동안, 상기 리니어 구동 수단의 상기 이동속도를 상기 축 이동 목표치에 비례시키면서, 상기 이동속도를 소정의 패턴에 따라서 변화시키는 4축 XYθ 테이블.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 지지 수단은, 각각 ,

   제1 직동 부재, 및 상기 테이블대에 고정되어 상기 제1 직동 부재를 직선적으로 안내하는 제1 직동 안내 수단으로 이루어지는 제1 직동 기구와,

   제2 직동 부재, 및 상기 제1 직동 부재상에 고정되어 상기 제2 직동 부재를 직선적으로 안내하는 제2 직동 안내 수단으로 이루어지는 제2 직동 기구와,

   회전 부재, 상기 제2 직동 부재상에 고정되어 상기 테이블 기준면에 대하여 평행하게 상기 회전 부재를 회전 가능하게 안내하는 회전 안내 수단, 및 상기 이동 테이블상의 소정의 위치에 배치되고 상기 회전 부재를 회전 가능하게 파지하는 파지 수단으로 이루어지는 회전 기구를 구비하며,

   상기 리니어 구동 수단은, 상기 지지 수단 각각의 제1 직동 기구의 직동 부재를 각각 직선 구동하며,

   4개의 상기 지지 수단은, 4개의 상기 지지 수단 중 제1조로서의 2개의 상기 지지 수단에 대한 상기 제2 직동 기구의 직동 방향이 서로 평행이 되고, 제2조로서의 다른 2개의 상기 지지 수단에 대한 상기 제2 직동 기구의 직동 방향이 서로 평행이 되며, 상기 제1조에서의 상기 제2 직동 기구의 직동 방향과 상기 제2조에서의 상기 제2 직동 기구의 직동 방향이 이루는 각도가 소정 각도α가 되도록 배치되며,

   4개의 상기 지지 수단에서의 4개의 상기 파지 수단은, 상기 제1조에서의 2개의 상기 파지 수단의 중심끼리를 연결하는 직선과 상기 제2조에서의 2개의 상기 파 지 수단의 중심끼리를 연결하는 직선이 이루는 각도가 상기 소정 각도α에 동등하게 되도록 설치되는 4축 XYθ 테이블.
4. 제3항에 있어서,

   4개의 상기 지지 수단에 대응하는 4개의 상기 제1 직동 기구는, 상기 제1조에 속하는 2개의 상기 지지 수단에서의 2개의 상기 제1 직동 기구끼리 평행이 되고, 상기 제2조에 속하는 2개의 상기 지지 수단에서의 2개의 상기 제1 직동 기구끼리 평행이 되며, 상기 제1조에 대응하는 상기 제1 직동 기구와 상기 제2조에 대응하는 상기 제1 직동 기구가 이루는 각도가 상기 소정 각도α와 동등하게 되도록 배치되는 4축 XYθ 테이블.
5. 제3항에 있어서,

   상기 소정 각도α는 90°인 4축 XYθ 테이블.
6. 제4항에 있어서,

   상기 소정 각도α는 90°인 4축 XYθ 테이블.
7. 제3항에 있어서,

   상기 회전 안내 수단의 중심선이 상기 제2 직동 기구의 직동 중심선과 교차하는 4축 XYθ 테이블.
8. 제4항에 있어서,

   상기 회전 안내 수단의 중심선이 상기 제2 직동 기구의 직동 중심선과 교차하는 4축 XYθ 테이블.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 지지 수단은, 각각 ,

   제1 직동 부재, 및 상기 테이블대에 고정되어 상기 제1 직동 부재를 직선적으로 안내하는 제1 직동 안내 수단으로 이루어지는 제1 직동 기구와,

   제2 직동 부재, 및 상기 이동 테이블에 고정되어 상기 제2 직동 부재를 직선적으로 안내하는 제2 직동 안내 수단으로 이루어지는 제2 직동 기구와,

   상기 제2 직동 안내 수단을 따라 상기 제2 직동 부재와 일체가 되어 이동 가능한 회전 부재, 및 상기 제1 직동 부재상에 고정되어 상기 테이블 기준면에 대하여 평행하게 상기 회전 부재를 회전 가능하게 안내하는 회전 안내 수단으로 이루어지는 회전 기구를 구비하며,

   4개의 상기 리니어 구동 수단은 4개의 상기 지지 수단의 상기 제1 직동 부재를 각각 직선 구동하며,

   4개의 상기 지지 수단은 4개의 상기 지지 수단 중 제1조로서의 2개의 상기 지지 수단에 대해 2개의 상기 제2 직동 기구의 직동 방향선이 서로 일치하거나 평행이 되고, 제2조로서의 다른 2개의 상기 지지 수단에 대해 2개의 상기 제2 직동 기구의 직동 방향선이 서로 일치하거나 평행이 되며, 상기 제1조에서의 상기 제2 직동 기구의 직동 방향과 상기 제2조에서의 상기 제2 직동 기구의 직동 방향이 이루는 각도가 직각이 되도록 설치되며,

   4개의 상기 제1 직동 기구는, 상기 제1조에서의 2개의 상기 제1 직동 기구의 직동 방향이 평행이 되고, 상기 제2조에서의 2개의 상기 제1 직동 기구의 직동 방향이 평행이 되며, 상기 제1조에서의 상기 제1 직동 기구의 직동 방향과 상기 제2조에서의 상기 제1 직동 기구의 직동 방향이 이루는 각도가 직각이 되도록 배치되는 4축 XYθ 테이블.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서,

    상기 지지 수단은 각각, 상기 이동 테이블을 상기 테이블대에 대하여 상대 이동시키는 이동 수단과 상기 테이블대에 대하여 상기 이동 테이블을 테이블 기준면에 평행하게 상대 이동시키기 위해서, 상기 이동 테이블과 상기 테이블대의 사이에 개재하는 제2 지지 수단을 구비하며,

    상기 이동 수단은,

    제1 직동 부재, 및 상기 테이블대에 배치되어 상기 제1 직동 부재를 직선적으로 안내하는 제1 직동 안내 수단으로 이루어지는 제1 직동 기구와,

    제2 직동 부재, 및 상기 이동 테이블에 배치되고 상기 제2 직동 부재를 직선적으로 안내하는 제2 직동 안내 수단으로 이루어지는 제2 직동 기구와,

    상기 제2 직동 안내 수단을 따라 상기 제2 직동 부재와 일체가 되어 이동 가 능한 회전 부재, 및 상기 제1 직동 부재상에 고정되어 상기 테이블 기준면에 대하여 평행하게 상기 회전 부재를 회전 가능하게 안내하는 회전 안내 수단으로 이루어지는 회전 기구를 구비하며,

    4개의 상기 리니어 구동 수단은 4개의 상기 이동 수단의 상기 제1 직동 부재를 각각 직선 구동하며,

    4개의 상기 이동 수단은, 4개의 상기 이동 수단 중 제1조로서의 2개의 상기 이동 수단에 대해 2개의 상기 제2 직동 기구의 직동 방향선이 서로 일치하거나 평행이 되고, 제2조로서의 다른 2개의 상기 이동 수단에 대해 2개의 상기 제2 직동 기구의 직동 방향선이 서로 일치하거나 평행이 되며, 상기 제1조에서의 상기 제2 직동 기구의 직동 방향과 상기 제2조에서의 상기 제2 직동 기구의 직동 방향이 이루는 각도가 직각이 되도록 배치되며,

    4개의 상기 제1 직동 기구는, 상기 제1조에서의 2개의 상기 제1 직동 기구의 직동 방향이 평행이 되고, 상기 제2조에서의 2개의 상기 제1 직동 기구의 직동 방향이 평행이 되며, 상기 제1조에서의 상기 제1 직동 기구의 직동 방향과 상기 제2조에서의 상기 제1 직동 기구의 직동 방향이 이루는 각도가 직각이 되도록 배치되는 4축 XYθ 테이블.
11. 제9항에 있어서,

    상기 회전 안내 수단의 중심선이 상기 제2 직동 기구의 직동 중심선과 교차하는 4축 XYθ 테이블.
12. 제10항에 있어서,

    상기 회전 안내 수단의 중심선이 상기 제2 직동 기구의 직동 중심선과 교차하는 4축 XYθ 테이블.
13. 제1항 또는 제2항에 있어서,

    상기 제어 장치는, 원점 복귀 시에는, 4개의 상기 리니어 구동 수단 중 1개의 상기 리니어 구동 수단을 서보오프로 하여 외력에 의해서 자유롭게 변위 가능한 상태로 하고, 나머지 3개의 상기 리니어 구동 수단으로 원점 복귀 동작을 행하며, 상기 3개의 상기 리니어 구동 수단에 의한 원점 복귀 동작을 완료한 후에, 제4개 째의 상기 리니어 구동 수단에 의해 원점 복귀 조정 처리를 행하는 4축 XYθ 테이블.
14. 제13항에 있어서,

    상기 제어 장치는, 원점 복귀 조정 처리로서, 서보오프로 했던 1개의 상기 리니어 구동 수단의 현재 위치를 그대로 원점으로 하는 4축 XYθ 테이블.
15. 제13항에 있어서,

    상기 제어 장치는, 원점 복귀 조정 처리로서, 서보오프로 했던 1개의 상기 리니어 구동 수단의 위치에 대하여 로스트 모션(lost motion)의 절반량의 보정을 더한 위치를 원점으로 하는 4축 XYθ 테이블.
16. 제13항에 있어서,

    상기 제어 장치는, 원점 복귀 조정 처리로서, 서보오프로 했던 1개의 상기 리니어 구동 수단의 절대 위치를 검지하기 위한 엔코더(encorder)를 사용하여 절대 원점의 위치를 찾아 내어, 상기 위치를 원점으로 하는 4축 XYθ 테이블.
17. 제13항에 있어서,

    상기 제어 장치는, 원점 복귀 조정 처리로서, 서보오프로 했던 1개의 상기 리니어 구동 수단의 위치에 대하여 로스트 모션의 절반량의 보정을 더하고, 상기 리니어 구동 수단의 절대 위치를 검지하기 위한 엔코더를 사용하여 절대 원점의 위치를 찾아 내어, 상기 위치를 원점으로 하는 4축 XYθ 테이블.
18. 제1항에 있어서,

    상기 리니어 구동 수단은, 위치제어 가능한 모터와, 상기 모터에 연결되어 상기 모터에 의한 회전운동을 직선운동으로 변환하는 회전·직동 변환 구동 기구를 구비하는 4축 XYθ 테이블.
19. 제2항에 있어서,

    상기 리니어 구동 수단은, 위치제어 가능한 모터와, 상기 모터에 연결되어 상기 모터에 의한 회전운동을 직선운동으로 변환하는 회전·직동 변환 구동 기구를 구비하는 4축 XYθ 테이블.
20. 제18항 또는 제19항에 있어서,

    상기 제어 장치는, 원점 복귀 시에는, 4축의 상기 모터 중, 1축의 상기 모터를 서보오프로 하여 외력에 의해서 자유롭게 회전 가능한 상태로 하고, 나머지 3축의 상기 모터로 원점 복귀 동작을 행하며, 상기 3축의 상기 모터에 의한 원점 복귀 동작을 완료한 후에 제4축의 상기 모터에 의해 원점 복귀 조정 처리를 행하는 4축 XYθ 테이블.
21. 제20항에 있어서,

    상기 제어 장치는, 원점 복귀 조정 처리로서, 서보오프로 했던 1개의 상기 모터의 현재 위치를 원점으로 하는 4축 XYθ 테이블.
22. 제20항에 있어서,

    상기 제어 장치는, 원점 복귀 조정 처리로서, 서보오프로 했던 1축의 상기 모터의 위치에 대하여 로스트 모션의 절반량의 보정을 더한 위치를 원점으로 하는 4축 XYθ 테이블.
23. 제20항에 있어서,

    상기 모터는 상기 모터의 1회전 이내의 절대 위치를 얻기 위한 채널을 가지는 엔코더를 구비하고,

    상기 제어 장치는, 원점 복귀 조정 처리로서, 상기 엔코더 중의 상기 모터의 1회전 이내의 절대 위치를 얻기 위한 채널을 사용하며, 서보오프로 했던 상기 모터의 위치에 대하여 절대 원점의 위치를 찾아 내어, 상기 위치를 원점으로 하는 4축 XYθ 테이블.
24. 제20항에 있어서,

    상기 모터는 상기 모터의 1회전 이내의 절대 위치를 얻기 위한 채널을 가지는 엔코더를 구비하고,

    상기 제어 장치는, 원점 복귀 조정 처리로서, 서보오프로 했던 상기 모터의 위치에 대하여 로스트 모션의 절반량의 보정을 더하고, 상기 엔코더 중의 상기 모터의 1회전 이내의 절대 위치를 얻기 위한 채널을 사용하여 절대 원점의 위치를 찾아 내어, 상기 위치를 원점으로 하는 것을 특징으로 하는 4축 XYθ 테이블.
25. 제18항 또는 제19항에 있어서,

    4축의 상기 모터 중 최소한 1축의 상기 모터와 상기 회전·직동 변환 구동 기구 사이에 클러치 기구를 구비하고,

    상기 제어 장치는, 원점 복귀 시에는, 4축의 상기 모터 중, 1축의 상기 모터에 대해 상기 클러치 기구에 의해 상기 모터와 상기 회전·직동 변환 구동 기구를 절단하고, 나머지 3축의 상기 모터로 원점 복귀 동작을 행하며, 상기 3축의 상기 모터에 의한 원점 복귀 동작을 완료한 후에 제4 축의 상기 모터에 의해 원점 복귀 조정 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 4축 XYθ 테이블.
26. 이동 테이블과, 테이블대와, 상기 테이블대에 배치되어 상기 이동 테이블을 테이블 기준면에 평행하고 상대 이동 가능하게 지지하는 4개의 지지 수단과, 상기 지지 수단을 각각 직선 구동하여 상기 테이블대에 대하여 상기 이동 테이블을 상대 이동시키는 4개의 리니어 구동 수단을 구비하는 4축 XYθ 테이블의 제어 방법에 있어서,

    상기 이동 테이블의 테이블 기준면상의 임의의 지정 위치에 대하여 부여된 X, Y 및 θ 방향의 이동명령에 대응하는 4개의 상기 리니어 구동 수단의 축 이동 목표치를 계산하고,

    4개의 상기 지지 수단의 이동 개시 시점 및 종료 시점을 일치시키도록, 4개의 상기 지지 수단의 이동속도를 상기 축 이동 목표치에 비례시켜 4개의 상기 리니어 구동 수단을 동시에 구동하여, 상기 이동 테이블을 목표 위치에 이동시키는 것

    을 특징으로 하는 4축 XYθ 테이블의 제어 방법.
27. 제26항에 있어서,

    상기 목표 위치에 도달할 때까지의 시간 동안, 상기 리니어 구동 수단의 상기 이동속도를 상기 축 이동 목표치에 비례시키면서, 상기 이동속도를 소정 패턴에 따라서 변화시키는 것을 특징으로 하는 4축 XYθ 테이블의 제어 방법.

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