KR100979539B1 - 평면 3자유도 스테이지 - Google Patents

평면 3자유도 스테이지 Download PDF

Info

Publication number
KR100979539B1
KR100979539B1 KR1020100008718A KR20100008718A KR100979539B1 KR 100979539 B1 KR100979539 B1 KR 100979539B1 KR 1020100008718 A KR1020100008718 A KR 1020100008718A KR 20100008718 A KR20100008718 A KR 20100008718A KR 100979539 B1 KR100979539 B1 KR 100979539B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
link
symbol
unit
driving
degree
Prior art date
Application number
KR1020100008718A
Other languages
English (en)
Inventor
황동현
이문구
유용환
정재화
Original Assignee
아주대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 아주대학교산학협력단 filed Critical 아주대학교산학협력단
Priority to KR1020100008718A priority Critical patent/KR100979539B1/ko
Priority to US13/320,486 priority patent/US9069109B2/en
Priority to PCT/KR2010/001951 priority patent/WO2011093553A1/ko
Priority to JP2012510734A priority patent/JP5190154B2/ja
Priority to EP10844777.2A priority patent/EP2529882A4/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100979539B1 publication Critical patent/KR100979539B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/003—Alignment of optical elements
    • G02B7/005—Motorised alignment
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/0095—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing combined linear and rotary motion, e.g. multi-direction positioners
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/028—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors along multiple or arbitrary translation directions, e.g. XYZ stages
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/04—Constructional details
    • H02N2/043—Mechanical transmission means, e.g. for stroke amplification
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/04—Constructional details
    • H02N2/043—Mechanical transmission means, e.g. for stroke amplification
    • H02N2/046—Mechanical transmission means, e.g. for stroke amplification for conversion into rotary motion
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/24—Base structure
    • G02B21/26—Stages; Adjusting means therefor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/20—Control lever and linkage systems
    • Y10T74/20207—Multiple controlling elements for single controlled element
    • Y10T74/20341—Power elements as controlling elements
    • Y10T74/20348—Planar surface with orthogonal movement and rotation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Details Of Measuring And Other Instruments (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

본 발명은 평면 3자유도 스테이지에 관한 것으로서, 병진 2자유도를 갖는 병진운동기구부와, 병진운동기구부와 독립적으로 운동하는 회전 1자유도를 갖는 회전운동기구부와, 병진운동기구부와 회전운동기구부가 설치되고 내측의 고정부와 외측의 구동부를 구비하는 스테이지 베이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 병진운동과 회전운동이 독립적으로 이루어지므로, 운동 오차를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 제어 및 설계를 용이하게 할 수 있다.

Description

평면 3자유도 스테이지{IN-PLANE 3 DEGREE-OF-FREEDOM POSITIONING STAGE}
본 발명은 초정밀 스테이지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 병진운동기구부와 독립적으로 운동하는 회전운동기구부를 구비하는 평면 3자유도 스테이지에 관한 것이다.
일반적으로 압전구동기와 유연힌지로 구현되는 초정밀 스테이지는 주사탐침현미경, 석판인쇄기, 마이크로 정렬기, 정밀가공기, 마이크로 조립기, 나노측정기, 분광기, 평판디스플레이 및 반도체 검사장비 등 다양한 분야에서 활용되고 있다.
특히 압전구동기와 유연힌지로 구성된 위치결정기구의 경우 이송정밀성, 설계 및 가공의 용이성으로 인해 많은 개발이 선행되고 있으며, 병진 2자유도와 회전 1자유도의 운동을 하는 위치결정기구는 그 중 하나로 로보틱스 분야의 발전과 함께 많은 연구가 이루어지고 있는 실정이다.
상기한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래기술을 의미하는 것은 아니다.
종래 병진 2자유도와 회전 1자유도의 운동을 하는 스테이지는 병렬 구조로 이루어진다. 따라서 종래 스테이지에 의하면 병진운동의 구동기와 회전운동의 구동기가 서로 연결되어 있고, 상기 운동을 안내하는 안내기구 등도 서로 연결되어 있으므로, 병진운동 또는 회전운동 중 어느 하나의 운동만을 의도하는 경우에도 의도하지 않은 다른 운동까지 동시에 일어나게 됨에 따라 운동 오차가 발생하게 된다. 이러한 운동 오차를 제어하기 위해서는 추가적인 제어 메커니즘이 필요하게 되는데, 이 경우 구조가 더욱 복잡해지고 정밀도는 더욱 떨어지게 되는 문제점이 있다.
따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 구조를 단순화하면서 정밀도를 향상시킬 수 있는 평면 3자유도 스테이지를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 평면 3자유도 스테이지는: 병진 2자유도를 갖는 병진운동기구부; 상기 병진운동기구부와 독립적으로 운동하는 회전 1자유도를 갖는 회전운동기구부; 및 상기 병진운동기구부와 상기 회전운동기구부가 설치되고, 내측의 고정부와 외측의 구동부를 구비하는 스테이지 베이스를 포함한다.
바람직하게는, 상기 병진운동기구부는 상기 고정부와 상기 구동부 사이에 배치되어 일측은 상기 고정부와 연결되고, 타측은 상기 구동부와 연결되는 심벌기구부를 포함하고, 상기 회전운동기구부는 상기 고정부에 배치되는 스캇-루셀링크부를 포함한다.
더 바람직하게는, 상기 심벌기구부는 상기 스테이지 베이스 상에 좌우 대칭되게 복수 개가 설치된다.
더 바람직하게는, 상기 심벌기구부는, 상기 스테이지 베이스의 상부와 하부에 배치되는 한 쌍의 제1심벌기구조; 및 상기 스테이지 베이스의 양측부에 배치되는 한 쌍의 제2심벌기구조를 포함한다.
더 바람직하게는, 상기 제1심벌기구조와 상기 제2심벌기구조는 서로 직교하도록 배치되며, 상기 제1심벌기구조에 변위가 발생하는 경우 상기 제2심벌기구조는 상기 제1심벌기구조에 의한 구동부의 병진운동을 안내한다.
더 바람직하게는, 상기 심벌기구부는, 상기 고정부와 연결되는 내측단부; 상기 내측단부의 맞은편에 배치되고, 상기 구동부와 연결되는 외측단부; 상기 구동부와 고정부 사이에 배치되는 일측단부; 상기 일측단부의 맞은편에 배치되는 타측단부; 상기 일측단부와 상기 외측단부를 연결하는 제1유연힌지링크; 상기 외측단부와 상기 타측단부를 연결하는 제2유연힌지링크; 상기 타측단부와 상기 내측단부를 연결하는 제3유연힌지링크; 및 상기 내측단부와 상기 일측단부를 연결하는 제4유연힌지링크를 포함하고, 상기 일측단부와 상기 타측단부 사이에 제1구동부가 개재된다.
더 바람직하게는, 상기 스캇-루셀링크부는, 일측이 상기 고정부에 결합되는 제2구동부의 타측과 결합되는 제1링크; 일측이 상기 제1링크와 연결되고 타측이 상기 고정부와 연결되며, 상기 제1링크의 이동에 의해 회전되어 상기 고정부를 회전시키는 제2링크; 및 일측이 상기 제2링크와 연결되고 타측이 상기 고정부와 연결되는 제3링크를 포함한다.
더 바람직하게는, 상기 회전운동기구부는 상기 스캇-루셀링크부의 외측에 배치되어 상기 고정부의 회전을 가이드하는 판스프링을 더 포함한다.
더 바람직하게는, 상기 판스프링은 상기 고정부의 중심을 기준으로 동일한 회전 간격으로 복수 개가 배열된다.
바람직하게는, 상기 병진운동기구부와 상기 회전운동기구부는 상기 스테이지 베이스의 동일 평면 상에 설치된다.
본 발명에 따른 평면 3자유도 스테이지에 의하면, 병진운동과 회전운동이 독립적으로 이루어지므로, 운동 오차를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 제어 및 설계를 용이하게 할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 평면 3자유도 스테이지에 의하면, 병진운동기구부와 회전운동기구부가 동일 평면 상에 배열되므로, 구조를 단순화시킬 수 있을 뿐만 아니라 운동 중심을 낮출 수 있어 관성 모멘트 대응력을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 3자유도 스테이지의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 3자유도 스테이지의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 3자유도 스테이지의 병진운동기구부를 나타낸 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 3자유도 스테이지의 회전운동기구부를 나타낸 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 3자유도 스테이지의 심벌기구부를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 3자유도 스테이지의 병진운동이 이루어지는 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 3자유도 스테이지의 회전운동이 이루어지는 상태를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 평면 3자유도 스테이지의 일 실시예를 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 3자유도 스테이지의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 3자유도 스테이지의 평면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 3자유도 스테이지의 병진운동기구부를 나타낸 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 3자유도 스테이지의 회전운동기구부를 나타낸 평면도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 3자유도 스테이지의 심벌기구부를 나타낸 도면이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 3자유도 스테이지의 병진운동이 이루어지는 상태를 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 3자유도 스테이지의 회전운동이 이루어지는 상태를 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 3자유도 스테이지(1)는 병진운동기구부(100), 회전운동기구부(200), 스테이지 베이스(300)를 포함하여 이루어진다.
스테이지 베이스(300)는 고정부(310)와 구동부(320)를 구비한다. 고정부(310)에는 회전운동기구부(200)가 설치되고, 고정부(310)와 구동부(320) 사이에는 병진운동기구부(100)가 배치된다.
고정부(310)는 스테이지 베이스(300)의 내측에 형성되고, 구동부(320)는 스테이지 베이스(300)의 외측에 형성된다. 고정부(310)와 구동부(320) 사이에는 심벌기구부(110)가 개재되어 고정부(310)와 구동부(320)를 구획한다.
고정부(310)는 심벌기구부(110)에 의해 둘러싸여 있으며, 병진운동기구부(100)의 작동시 병진운동을 이루지 않고 고정된 상태를 유지한다. 또한 고정부(310)는 회전운동기구부(200)의 작동시 일부분은 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전운동하나, 나머지 부분은 회전되지 않고 고정된 상태를 유지한다. 즉, 고정부(310)의 외곽부(310a)는 회전운동기구부(200)의 작동시 후술할 스캇-루셀링크부(210)에 의해 회전되나, 고정부(310)의 내측부(310b)는 후술할 판스프링(220)에 의해 회전되지 않고 고정된 상태를 유지하게 된다.
구동부(320)는 심벌기구부(110)의 외측에 배치되며, 병진운동기구부(100)의 작동시 일축 또는 상기 일축과 직교하는 타축으로 병진운동된다. 또한 구동부(320)는 회전운동기구부(200)의 작동시 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전운동된다.
병진운동기구부(100)는 병진 2자유도를 갖는다. 즉, 병진운동기구부(100)는 일축과 이에 직교하는 타축의 2방향으로 병진운동을 행한다. 이러한 병진운동기구부(100)는 회전운동기구부(200)와 기구학적으로 분리되어 있어 병진운동기구부(100)의 작동이 회전운동기구부(200)의 작동에 영향을 미치지 않게 된다.
마찬가지로, 회전운동기구부(200)의 작동 역시 병진운동기구부(100)의 작동에 영향을 미치지 않음은 물론이다. 이렇게 병진운동기구부(100)와 회전운동기구부(200)가 서로의 운동에 영향을 미치지 않으며 독립적으로 운동하므로 의도치 않은 운동의 실행에 따른 오차를 미연에 차단할 수 있게 된다.
병진운동기구부(100)는 심벌기구부(110)를 포함하여 이루어진다.
심벌기구부(110)는 고정부(310)와 구동부(320) 사이에 배치된다. 심벌기구부(110)의 일측은 고정부(310)와 유연힌지(flexure hinge)에 의해 연결되고 타측은 구동부(320)와 유연힌지에 의해 연결된다. 한편, 유연힌지의 구조는 당업자들 사이에서 자명한 사항이라 할 것이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
심벌기구부(110)는 스테이지 베이스(300) 상에 좌우 대칭되게 복수 개가 설치된다. 본 실시예에서, 심벌기구부(110)는 도 2를 기준으로 상부, 하부, 좌측부 및 우측부에 총 4개가 좌우 대칭되도록 설치되어 있으나 이에 한정될 것은 아니라 할 것이므로, 4개가 아닌 좌우 대칭되는 그 이상의 또는 그 이하의 개수로 설치되어도 됨은 물론이다.
이하에서는, 스테이지 베이스(300)의 중심에 90도 회전간격으로 4개가 배치되는 심벌기구부(110)를 예로 들어 설명한다.
심벌기구부(110)는 스테이지 베이스(300)의 상부와 하부에 배치되는 한 쌍의 제1심벌기구조(120)와, 스테이지 베이스(300)의 좌측부와 우측부에 배치되는 한 쌍의 제2심벌기구조(130)를 포함한다.
이러한 제1심벌기구조(120)와 제2심벌기구조(130)는 서로 직교하도록 배치된다. 따라서 제1심벌기구조(120) 중 어느 하나에서 변위가 발생하는 경우 제1심벌기구조(120)에 의한 구동부(320)의 이동 방향에 수평하게 배치되는 제2심벌기구조(130)는 구동부(320)의 이동이 흔들림 없이 행해지도록 구동부(320)의 병진운동을 안내한다.
즉, 제1심벌기구조(120) 중 상부에 배치되는 제1심벌기구(111)의 작동에 의해 구동부(320)가 하방으로 이동되는 경우 좌측부와 우측부에 배치되는 제2심벌기구조(130)는 구동부(320)가 하방으로 흔들림 없이 이동되도록 구동부(320)를 안내한다.
마찬가지로, 제2심벌기구조(130) 중 어느 하나에서 변위가 발생하는 경우 제2심벌기구조(130)에 의한 구동부(320)의 이동 방향에 수평하게 배치되는 제1심벌기구조(120)는 구동부(320)의 좌우 이동이 흔들림 없이 행해지도록 구동부(320)의 좌우 병진운동을 안내한다.
이로써, 본 발명에 따르면 심벌기구부(110)는 변위의 증폭을 이룰 수 있을 뿐만 아니라, 구동부(320)의 병진운동 시 이를 안내하는 역할까지 수행할 수 있게 된다.
한편, 앞서 서술한 바와 같이 병진운동기구부(100)의 운동 시 병진운동기구부(100)와 기구학적으로 분리되어 있는 회전운동기구부(200)는 구동부(320)의 회전을 발생시키지 않는다.
심벌기구부(110)를 이루는 하나의 심벌기구(111)는 내측단부(141), 외측단부(142), 일측단부(143), 타측단부(144), 제1유연힌지링크(151), 제2유연힌지링크(152), 제3유연힌지링크(153) 및 제4유연힌지링크(154)를 포함하여 이루어진다.
내측단부(141)는 고정부(310)와 유연힌지에 의해 연결되도록 내측에 배치되며, 외측단부(142)는 내측단부(141)의 맞은편에 배치되고 구동부(320)와 유연힌지에 의해 연결된다.
심벌기구부(110)의 작동에 의한 구동부(320)의 병진운동은 내측단부(141)가 고정부(310)에 의해 고정된 상태에서 외측단부(142)가 발생된 변위에 의해 이동되면서 일어나게 된다.
일측단부(143)는 고정부(310)와 구동부(320) 사이에 배치되며, 제1구동부(410)의 일단부가 결합된다. 여기서, 제1구동부(410)는 압전구동기가 적용된다. 이러한 압전구동기는 압전구동기의 양측에 압력을 가하면 압력에 비례하는 양음의 전하가 나타나는 압전현상을 역으로 이용한 것이다. 구체적으로, 압전구동기의 양단에 전압을 가하면 압전구동기는 변형되는데, 이때 일방향으로는 신장되고 그 방향에 수직한 방향으로는 수축이 일어나게 된다. 이를 이용하여 초정밀 운동을 생성하는 스테이지에 압전구동기를 구동원으로 사용한다.
타측단부(144)는 고정부(310)와 구동부(320) 사이에 배치되며, 제1구동부(410)의 타단부가 결합된다. 이러한 타측단부(144)는 일측단부(143)의 맞은편에 위치한다.
일측단부(143)와 타측단부(144) 사이에는 제1구동부(410)가 개재된다. 제1구동부(410)는 억지끼움결합 등 여러 결합방법으로 일측단부(143)와 타측단부(144) 사이에 개재될 수 있다.
상술한 내측단부(141), 외측단부(142), 일측단부(143) 및 타측단부(144)는 유연힌지링크에 의해 인접한 구성이 서로 연결된다. 구체적으로, 제1유연힌지링크(151)는 일측단부(143)와 외측단부(142)를 연결하고, 제2유연힌지링크(152)는 외측단부(142)와 타측단부(144)를 연결하고, 제3유연힌지링크(153)는 타측단부(144)와 내측단부(141)를 연결하며, 제4유연힌지링크(154)는 내측단부(141)와 일측단부(143)를 연결한다.
이와 같이 내측단부(141), 외측단부(142), 일측단부(143), 타측단부(144)와 이를 서로 연결하는 유연힌지링크로 이루어지는 심벌기구(111)는, 제1구동부(410)의 작동에 의해 일측단부(143)와 타측단부(144) 사이의 거리가 멀어지게 되면, 반대로 내측단부(141)와 외측단부(142) 사이의 거리는 가까워지게 된다.
이때, 내측단부(141)가 고정부(310)에 연결되어 고정되어 있으므로, 내측단부(141)와 외측단부(142)의 상호 근접은 외측단부(142)의 이동에 의해 주도적으로 이루어지게 된다.
이와 같이, 외측단부(142)가 이동하게 되면 외측단부(142)와 유연힌지로 연결되어 있는 구동부(320) 또한 이동하게 되므로, 결국 제1구동부(410)가 작동되면 구동부(320)는 외측단부(142)가 내측단부(141)로 향하는 방향으로 병진운동을 하게 된다.
회전운동기구부(200)는 병진운동기구부(100)와 독립적으로 운동을 행하며 회전 1자유도를 갖는다. 이러한 회전운동기구부(200)는 스캇-루셀링크부(210)를 포함하여 이루어진다.
스캇-루셀링크부(210)는 제1링크(211), 제2링크(212) 및 제3링크(213)를 구비하며, 고정부(310)의 내측부(310b)에 설치된다. 이러한 스캇-루셀링크부(210)는 각 구성의 작동에 의해 스캇-루셀 기구(Scott-Russell Mechanism)를 이룬다.
제1링크(211)는 일단이 고정부(310)에 결합되는 제2구동부(420)의 타단과 결합된다. 여기서, 제2구동부(420)는 제1구동부(410)와 마찬가지로 압전구동기가 적용된다.
제2링크(212)는 일측이 제1링크(211)와 유연힌지로 연결되고, 타측이 고정부(310)의 외곽부(310a)와 유연힌지로 연결된다. 이에 따라, 제2구동부(420)의 작동에 의해 제1링크(211)가 제2링크(212) 측으로 이동하는 경우 제2링크(212)는 제2링크(212)와 제3링크(213)의 연결부위를 기준으로 시계 방향으로 회전하게 된다.
제2링크(212)가 시계 방향으로 회전하게 되면, 제2링크(212)와 유연힌지에 의해 연결되어 있는 고정부(310)의 외곽부(310a) 또한 시계 방향으로 회전하게 된다.
제3링크(213)는 일측이 제2링크(212)와 유연힌지로 연결되고, 타측이 고정부(310)의 내측부(310b)와 유연힌지로 연결된다. 따라서 제2링크(212)의 시계 방향 회전시 제3링크(213)는 제2링크(212)와 제3링크(213)의 연결부위를 기준으로 상대적으로 반시계 방향으로 회전하게 된다.
회전운동기구부(200)는 판스프링(220)을 더 포함한다. 판스프링(220)은 스캇-루셀링크부(210)의 외측에 배치되도록 고정부(310) 상에 설치되어 제2구동부(420)의 작동에 의한 고정부(310)의 회전을 가이드한다.
구체적으로, 판스프링(220)은 고정부(310)의 중심을 기준으로 동일한 회전 간격으로 복수 개가 배열되어 고정부(310)의 외곽부(310a)의 회전시 고정부(310)의 내측부(310b)가 회전되지 않고 고정된 상태를 유지하게 한다. 이에 의해 고정부(310)의 내측부(310b)는 고정부(310)의 외곽부(310a) 및 구동부(320)의 회전을 가이드하게 된다.
한편, 본 실시예에서 판스프링(220)은 고정부(310)의 중심을 기준으로 90도 회전 간격으로 4개가 설치되어 있으나 이에 한정될 것은 아니라 할 것이므로, 180도 회전 간격으로 2개, 120도 회전 간격으로 3개 등으로 설치될 수 있음은 물론이다.
앞서 살펴본 바와 같이, 병진운동기구부(100)와 회전운동기구부(200)는 스테이지 베이스(300)의 동일 평면 상에 설치되므로, 운동 중심을 낮출 수 있어 관선 모멘트에 대한 대항력을 향상시킬 수 있게 된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 3자유도 스테이지의 작동원리를 설명하기로 한다.
먼저, 평면 3자유도 스테이지(1)의 병진운동에 대해 살펴본다.
제1심벌기구조(120)의 상부 심벌기구(111)에 설치되는 제1구동부(410)에 전압이 가해지면 제1구동부(410)는 양측 방향으로 신장되어 제1구동부(410)와 결합되어 있는 일측단부(143)와 타측단부(144)를 가압하게 되고, 이에 의해 일측단부(143)는 좌측으로 이동되고 타측단부(144)는 우측으로 이동되면서 일측단부(143)와 타측단부(144) 사이의 거리는 멀어지게 된다.
이에 따라 일측단부(143) 및 타측단부(144)와 유연힌지링크로 연결되어 있는 내측단부(141)와 외측단부(142) 사이의 거리는 가까워지게 되는데, 내측단부(141)가 고정부(310)에 고정되어 있으므로 내측단부(141)와 외측단부(142)의 상호 근접은 외측단부(142)의 이동에 의해 주도적으로 이루어지게 된다.
외측단부(142)가 이동됨에 따라 외측단부(142)와 유연힌지로 연결되어 있는 구동부(320)는 외측단부(142)가 내측단부(141)를 향해 이동하는 거리만큼 이동하게 된다. 이러한 구동부(320)의 이동은 구동부(320)의 이동 방향과 수평하게 배치되는 제2심벌기구조(130)에 의해 안내되므로, 구동부(320)의 병진운동은 흔들림 없이 이루어지게 된다.
다음으로, 평면 3자유도 스테이지(1)의 회전운동에 대해 살펴본다.
회전운동기구부(200)에 설치되는 제2구동부(420)에 전압이 가해지면 제2구동부(420)는 양측 방향으로 신장된다. 이때 제2구동부(420)의 일단이 고정부(310)에 고정 결합되어 있으므로 제2구동부(420)는 타단 방향으로만 신장이 일어나게 된다. 이러한 제2구동부(420)의 신장에 의해 제1링크(211)는 제2링크(212) 방향으로 이동하면서 제2링크(212)를 가압하게 된다.
이에 따라, 제2링크(212)는 제2링크(212)와 제3링크(213)의 연결부위를 기준으로 시계 방향으로 회전하게 되고, 제2링크(212)와 유연힌지에 의해 연결되어 있는 고정부(310)의 외곽부(310a) 또한 시계 방향으로 회전하게 된다. 이때, 스캇-루셀링크부(210)의 외측에 외곽부(310a)의 회전을 가이드하는 판스프링(220)이 배열되어 있으므로, 고정부(310)의 내측부(310b)는 외곽부(310a)의 회전을 가이드하면서 고정된 상태를 유지하게 된다.
이와 같이, 스캇-루셀링크부(210) 및 판스프링(220)에 의해 내측부(310b)는 고정된 상태를 유지하고, 외곽부(310a)는 시계 방향으로 회전하게 되므로, 궁극적으로 외곽부(310a)와 연결되어 있는 구동부(320)가 시계 방향으로 회전운동을 이룰 수 있게 된다.
본 발명은 도면에 도시되는 일 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
1 : 평면 3자유도 스테이지 100 : 병진운동기구부
110 : 심벌기구부 120 : 제1심벌기구조
130 : 제2심벌기구조 200 : 회전운동기구부
210 : 스캇-루셀링크부 220 : 판스프링
300 : 스테이지 베이스 310 : 고정부
320 : 구동부

Claims (10)

  1. 병진 2자유도를 갖는 병진운동기구부;
    상기 병진운동기구부와 독립적으로 운동하는 회전 1자유도를 갖는 회전운동기구부; 및
    상기 병진운동기구부와 상기 회전운동기구부가 설치되고, 내측의 고정부와 외측의 구동부를 구비하는 스테이지 베이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 3자유도 스테이지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 병진운동기구부는 상기 고정부와 상기 구동부 사이에 배치되어 일측은 상기 고정부와 연결되고, 타측은 상기 구동부와 연결되는 심벌기구부를 포함하고,
    상기 회전운동기구부는 상기 고정부에 배치되는 스캇-루셀링크부를 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 3자유도 스테이지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 심벌기구부는 상기 스테이지 베이스 상에 좌우 대칭되게 복수 개가 설치되는 것을 특징으로 하는 평면 3자유도 스테이지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 심벌기구부는, 상기 스테이지 베이스의 상부와 하부에 배치되는 한 쌍의 제1심벌기구조; 및
    상기 스테이지 베이스의 양측부에 배치되는 한 쌍의 제2심벌기구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 3자유도 스테이지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1심벌기구조와 상기 제2심벌기구조는 서로 직교하도록 배치되며,
    상기 제1심벌기구조에 변위가 발생하는 경우 상기 제2심벌기구조는 상기 제1심벌기구조에 의한 구동부의 병진운동을 안내하는 것을 특징으로 하는 평면 3자유도 스테이지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 심벌기구부는,
    상기 고정부와 연결되는 내측단부;
    상기 내측단부의 맞은편에 배치되고, 상기 구동부와 연결되는 외측단부;
    상기 구동부와 고정부 사이에 배치되는 일측단부;
    상기 일측단부의 맞은편에 배치되는 타측단부;
    상기 일측단부와 상기 외측단부를 연결하는 제1유연힌지링크;
    상기 외측단부와 상기 타측단부를 연결하는 제2유연힌지링크;
    상기 타측단부와 상기 내측단부를 연결하는 제3유연힌지링크; 및
    상기 내측단부와 상기 일측단부를 연결하는 제4유연힌지링크를 포함하고,
    상기 일측단부와 상기 타측단부 사이에 제1구동부가 개재되는 것을 특징으로 하는 평면 3자유도 스테이지.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 스캇-루셀링크부는, 일측이 상기 고정부에 결합되는 제2구동부의 타측과 결합되는 제1링크;
    일측이 상기 제1링크와 연결되고 타측이 상기 고정부와 연결되며, 상기 제1링크의 이동에 의해 회전되어 상기 고정부를 회전시키는 제2링크; 및
    일측이 상기 제2링크와 연결되고 타측이 상기 고정부와 연결되는 제3링크를 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 3자유도 스테이지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 회전운동기구부는 상기 스캇-루셀링크부의 외측에 배치되어 상기 고정부의 회전을 가이드하는 판스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 3자유도 스테이지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 판스프링은 상기 고정부의 중심을 기준으로 동일한 회전 간격으로 복수 개가 배열되는 것을 특징으로 하는 평면 3자유도 스테이지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 병진운동기구부와 상기 회전운동기구부는 상기 스테이지 베이스의 동일 평면 상에 설치되는 것을 특징으로 하는 평면 3자유도 스테이지.
KR1020100008718A 2010-01-29 2010-01-29 평면 3자유도 스테이지 KR100979539B1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100008718A KR100979539B1 (ko) 2010-01-29 2010-01-29 평면 3자유도 스테이지
US13/320,486 US9069109B2 (en) 2010-01-29 2010-03-30 Planar 3-DOF stage
PCT/KR2010/001951 WO2011093553A1 (ko) 2010-01-29 2010-03-30 평면 3자유도 스테이지
JP2012510734A JP5190154B2 (ja) 2010-01-29 2010-03-30 平面３自由度ステージ
EP10844777.2A EP2529882A4 (en) 2010-01-29 2010-03-30 PLANARE STAGE WITH 3 FREQUENCY RANGES

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100008718A KR100979539B1 (ko) 2010-01-29 2010-01-29 평면 3자유도 스테이지

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100979539B1 true KR100979539B1 (ko) 2010-09-02

Family

ID=43009614

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100008718A KR100979539B1 (ko) 2010-01-29 2010-01-29 평면 3자유도 스테이지

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9069109B2 (ko)
EP (1) EP2529882A4 (ko)
JP (1) JP5190154B2 (ko)
KR (1) KR100979539B1 (ko)
WO (1) WO2011093553A1 (ko)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107402549A (zh) * 2016-05-18 2017-11-28 艾罗德克有限公司 具有偏转补偿的开放框架并联式双轴柔性平台
CN110136771A (zh) * 2019-04-01 2019-08-16 华南理工大学 一种高带宽两自由度并联柔顺精密定位平台
CN110421532A (zh) * 2019-08-15 2019-11-08 山东大学深圳研究院 一种压电陶瓷驱动的微纳伺服平台
CN111152201A (zh) * 2020-01-17 2020-05-15 南京理工大学 用于自动装配的可变刚度且有六维力感知的被动柔顺装置
CN112217417A (zh) * 2019-07-09 2021-01-12 重庆邮电大学 一种三足平面三自由度压电谐振自致动机构及其激励方法

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9273761B2 (en) * 2012-05-03 2016-03-01 Mau-Hsiang Wu XYθ precision alignment platform
CN104016297B (zh) * 2014-06-20 2016-04-27 上海工程技术大学 一种3-dof硅基纳米级定位平台及其制作方法
KR101677989B1 (ko) * 2015-10-06 2016-11-21 국방과학연구소 정밀 스테이지
CN106026763B (zh) * 2016-05-17 2017-05-17 西安交通大学 一种压电陶瓷驱动的三自由度角度调节装置及调节方法
CN106195541B (zh) * 2016-07-04 2018-04-27 山东大学 一种三自由度压电驱动微纳定位平台
CN107833594B (zh) * 2017-09-13 2020-02-21 南京航空航天大学 一种用于高精度定位和测量的二维三自由度微动平台结构
CN114337364B (zh) * 2021-01-11 2024-04-12 西安交通大学 一种输入输出非同向的差动柔性位移缩小机构
CN113917642B (zh) * 2021-09-23 2022-07-19 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种串并联耦合的多自由度光学元件精密调节平台
CN116343901A (zh) * 2023-02-20 2023-06-27 山东大学 一种三自由度微动平台及工作方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100196474B1 (ko) 1994-10-21 1999-06-15 이마오똘 취부용 베이스 부재 및 그 베이스 부재에 취부되어지는 취부구
KR100586885B1 (ko) 2004-08-06 2006-06-08 삼성전자주식회사 초정밀 위치제어 시스템
KR20080051914A (ko) * 2006-12-07 2008-06-11 오세중 드릴링 머신
JP2009103468A (ja) 2007-10-19 2009-05-14 Sumitomo Heavy Ind Ltd ステージ装置

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4559717A (en) * 1984-02-21 1985-12-24 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce Flexure hinge
JPS61177177A (ja) * 1985-01-29 1986-08-08 Tokyo Juki Ind Co Ltd 圧電素子を用いたアクチユエ−タ
JP2601834B2 (ja) * 1987-08-26 1997-04-16 株式会社東芝 テーブル装置
JPH064209B2 (ja) * 1987-10-06 1994-01-19 日本電気株式会社 位置決め機構
JPH01246036A (ja) * 1988-03-25 1989-10-02 Omron Tateisi Electron Co 微動ステージ装置
US5153494A (en) * 1990-04-06 1992-10-06 International Business Machines Corp. Ultrafast electro-dynamic x, y and theta positioning stage
JP3178860B2 (ja) * 1991-06-28 2001-06-25 キヤノン株式会社 位置決め装置
JPH064209A (ja) 1992-06-22 1994-01-14 Nec Corp ポインティングデバイス
JPH08229759A (ja) * 1995-02-24 1996-09-10 Canon Inc 位置決め装置並びにデバイス製造装置及び方法
JPH09230251A (ja) * 1996-02-26 1997-09-05 Nikon Corp 顕微鏡
DE19940124C2 (de) * 1998-08-31 2003-04-10 Olympus Optical Co Plattform mit einem Verschiebungsverstärkungsmechanismus
US6593677B2 (en) * 2000-03-24 2003-07-15 Onix Microsystems, Inc. Biased rotatable combdrive devices and methods
DE10017332C2 (de) * 2000-04-07 2002-04-18 Daimler Chrysler Ag Piezoelektrische Betätigungseinrichtung zur Klappensteuerung am Rotorblatt eines Hubschraubers
EP1216787B1 (de) * 2000-12-21 2004-08-18 Liechti Engineering AG Positioniervorrichtung
US6806991B1 (en) * 2001-08-16 2004-10-19 Zyvex Corporation Fully released MEMs XYZ flexure stage with integrated capacitive feedback
KR100497729B1 (ko) * 2003-02-21 2005-06-28 한국과학기술원 유연기구 메커니즘을 이용한 3축 직선운동 스테이지
JP3792675B2 (ja) * 2003-06-05 2006-07-05 ファナック株式会社 微細位置決め装置及び工具補正方法
JP2005150616A (ja) * 2003-11-19 2005-06-09 Canon Inc 微動ステージ
KR100568206B1 (ko) * 2004-02-13 2006-04-05 삼성전자주식회사 스테이지장치
JP2005268608A (ja) * 2004-03-19 2005-09-29 Sumitomo Heavy Ind Ltd ステージ装置
US7348709B2 (en) * 2004-04-16 2008-03-25 Npoint, Inc. Heavy-load nanopositioner with dual-parallel flexure design
US7557470B2 (en) * 2005-01-18 2009-07-07 Massachusetts Institute Of Technology 6-axis electromagnetically-actuated meso-scale nanopositioner
DE102007005293A1 (de) * 2007-01-29 2008-08-07 Technische Universität Ilmenau Vorrichtung und Verfahren zum mikromechanischen Positionieren und Manipulieren eines Objektes
US9048759B2 (en) * 2010-11-17 2015-06-02 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Multistage force amplification of piezoelectric stacks

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100196474B1 (ko) 1994-10-21 1999-06-15 이마오똘 취부용 베이스 부재 및 그 베이스 부재에 취부되어지는 취부구
KR100586885B1 (ko) 2004-08-06 2006-06-08 삼성전자주식회사 초정밀 위치제어 시스템
KR20080051914A (ko) * 2006-12-07 2008-06-11 오세중 드릴링 머신
JP2009103468A (ja) 2007-10-19 2009-05-14 Sumitomo Heavy Ind Ltd ステージ装置

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107402549A (zh) * 2016-05-18 2017-11-28 艾罗德克有限公司 具有偏转补偿的开放框架并联式双轴柔性平台
CN107402549B (zh) * 2016-05-18 2021-05-25 艾罗德克有限公司 具有偏转补偿的开放框架并联式双轴柔性平台
CN110136771A (zh) * 2019-04-01 2019-08-16 华南理工大学 一种高带宽两自由度并联柔顺精密定位平台
CN110136771B (zh) * 2019-04-01 2021-09-21 华南理工大学 一种高带宽两自由度并联柔顺精密定位平台
CN112217417A (zh) * 2019-07-09 2021-01-12 重庆邮电大学 一种三足平面三自由度压电谐振自致动机构及其激励方法
CN110421532A (zh) * 2019-08-15 2019-11-08 山东大学深圳研究院 一种压电陶瓷驱动的微纳伺服平台
CN111152201A (zh) * 2020-01-17 2020-05-15 南京理工大学 用于自动装配的可变刚度且有六维力感知的被动柔顺装置
CN111152201B (zh) * 2020-01-17 2022-05-13 南京理工大学 用于自动装配的可变刚度且有六维力感知的被动柔顺装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011093553A1 (ko) 2011-08-04
EP2529882A4 (en) 2014-08-27
US20120279344A1 (en) 2012-11-08
US9069109B2 (en) 2015-06-30
EP2529882A1 (en) 2012-12-05
JP2012527033A (ja) 2012-11-01
JP5190154B2 (ja) 2013-04-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100979539B1 (ko) 평면 3자유도 스테이지
Wan et al. Design and analysis of a new compliant XY micropositioning stage based on Roberts mechanism
US7240434B2 (en) Stage apparatus
Yao et al. A novel parallel-kinematics mechanisms for integrated, multi-axis nanopositioning: Part 1. Kinematics and design for fabrication
KR101485999B1 (ko) 병렬형 5자유도 마이크로 로봇
JP2019039743A (ja) 変形試験器
JP2014240111A (ja) ロボットアーム
CN106195556B (zh) 一种XYθ平面三自由度精密定位平台
JP4674490B2 (ja) 移動ステージ装置
Polit et al. Design of high-bandwidth high-precision flexure-based nanopositioning modules
KR20160007785A (ko) 병렬형 마이크로 로봇 및 이를 갖는 수술 로봇 시스템
JP2018013341A (ja) 測定プローブ及び測定装置
TW202104866A (zh) 在撓性基板上執行負載測量的方法及設備
KR100675331B1 (ko) 4자유도 나노 차원 구동조작기
US20170276579A1 (en) Liquid analyzing device
JP2006157007A (ja) 基板用グリッピング装置
KR101190052B1 (ko) 버퍼모듈을 갖는 차분력 구동형 고강성 스테이지
KR100541849B1 (ko) 초고속 초정밀 대변위 스테이지
KR20130004613A (ko) 다층 구조의 탄성힌지 기반 압전구동 스테이지
KR20110138027A (ko) 기판 정렬 장치 및 이를 구비한 로드락 챔버
CN206036546U (zh) 一种XYθ平面三自由度精密定位平台
JP2013107155A (ja) 小型多自由度の力覚提示マニピュレータ
KR101103174B1 (ko) 스테이지장치
JP7351930B2 (ja) フレキシブル素材の３６０度双方向フォールディング耐久性評価装置
WO2022261934A1 (zh) 多自由度导向机构和多自由度导向装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130710

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140701

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150619

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160704

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170703

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180704

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190702

Year of fee payment: 10