KR101064277B1 - 에어 베어링 및 이의 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 에어 베어링 및 이의 제어 방법에 관한 것으로서, 이송체의 직선 운동에 대한 윤활 작용을 하도록 에어를 분사하는 에어 베어링에 있어서, 상대 운동면에 에어를 각각 분사하기 위한 제 1 및 제 2 분사홀이 직선 운동방향에 대하여 전.후측에 각각 마련되는 베어링 본체와, 제 1 및 제 2 분사홀에 공급되는 에어의 압력을 각각 조절하는 제 1 및 제 2 조절밸브와, 이송체의 모션 변수에 따라 제 1 및 제 2 조절밸브를 각각 제어하는 제어부를 포함한다. 따라서, 본 발명은 이송체의 비접촉 가이드 메커니즘을 실질적으로 유지하여 무마찰, 무마모, 클린 환경을 제공하고, 기계적 마모 및 노후화 요소를 제거함으로써 초기 셋팅(setting) 상태로 성능의 유니포머티(uniformity)를 확보하여 고정도의 영구적 유지를 가능하도록 하며, 제어 성능을 향상시킴으로써 포지션의 정확한 위치 제어, 고속도 및 고가속도의 성능 구현, 필름 댐핑(film damping)에 따른 진동 발생을 억제하도록 하는 효과를 가진다.
에어 베어링, 진동, 피치 모멘트, 분사홀, 조절밸브, 제어부
Description
본 발명은 비접촉 가이드 메커니즘을 실질적으로 유지하여 무마찰, 무마모, 클린 환경을 제공하고, 진동 발생을 억제하여 정확한 위치 제어, 고속도 및 고가속도의 성능을 구현하도록 하는 에어 베어링 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 기계 장치에 있어서 두면 사이의 마찰계수를 감소시켜서 손실과 마모를 줄이기 위한 윤활 방법으로는 운동면 사이를 기름이나 물로 부상을 시켜서 마찰을 줄이는 것과 볼(ball)이나 롤러(roller) 등을 운동면 사이에 끼워서 마찰을 구름 모멘트로 바꾸어서 마찰계수를 감소시키는 것이 있다. 전자는 미끄럼 베어링의 형태로 나타나고, 후자는 구름베어링인 볼 베어링이나 롤러 베어링 형태로 나타난다.
에어 베어링이란 미끄럼 베어링의 일종으로 기름이나 물 대신에 공기를 사용하여 마찰면을 부상시키는 윤활 작용을 하도록 하는 베어링으로서, 에어 압력에 의해 베어링의 면과 상대 운동면 사이에 에어 갭(air gap)을 유지하여 이송체가 부드럽게 정밀한 운동을 하도록 하는 비접촉 가이드로서, 구름 베어링과 같은 기계적인 베어링(mechanical bering)과는 달리 마찰, 마모가 발생하지 않기 때문에 많은 기계적, 제어적 장점을 가진다.
이러한 에어 베어링은 정지마찰이 없기 때문에 무한 분해능과 높은 반복 정밀도가 가능하며, 비접촉은 가상적으로 마모가 없다는 것을 의미하므로 이론적으로일정한 성능을 영구적으로 유지할 수 있도록 하며, 파티클(particle) 등의 분진이 없으므로 클린 환경이 요구되는 평판 디스플레이(flat panel display)나 반도체 소자 등의 제조 장비에서 최적의 조건을 제공한다.
또한, 기계적인 베어링, 예를 들면 구름 베어링은 롤러 또는 볼의 순환 과정에서 가이드 레일(guide rail)과의 접촉과 슬립이 진동과 노이즈(noise) 발생원인이 되지만, 에어 베어링은 이러한 기계 장치 내부의 에러(error) 요소를 제거함과 동시에 에어 갭(air gap)의 필름 댐핑(film damping) 효과를 가지게 됨으로써 높은 동적 강성과 뛰어난 제어성을 가지게 되며, 이론적으로 무한한 고속도 및 고가속도가 가능하다.
상기한 바와 같이, 종래의 기술에 따른 에어 베어링은, 이론적으로 구름 베어링과 같은 기계적인 베어링에 비하여 무마찰, 무마모로 인한 열과 진동에서 자유로워짐으로써 뛰어난 제어성을 가지며, 이로 인해 고속, 고가속이 가능하나, 실제 적용하여 사용하는 경우에는 이러한 장점들과 상반되는 현상이 발생하는 한계성을 가지고 있다.
즉, 종래의 기술에 따른 에어 베어링은, 실제로 적용하여 구동 시 가감속 진동에 의해 예를 들면 5∼10㎛의 에어 갭이 일정하게 유지되지 않게 됨으로써 가감속시 피치 모멘트(pitch moment)가 필연적으로 발생하여 장점의 한계성 및 성능 향상의 제약이 되며, 이러한 피치 모멘트에 의해 가이드면이 손상됨으로써 기계 장치의 기능 수행을 어렵게 할 뿐만 아니라, 충돌로 인한 마찰 및 마모에 의해 파티클(particle)을 발생시킴으로써 클린 환경을 해치는 문제점을 발생시켰다.
그러므로, 종래의 기술에 따른 에어 베어링은 피치 모멘트의 발생에 상응하는 부가적인 제어 기능을 가지고 있지 않음으로써 무마찰, 무마모에 따른 정밀성, 클린 환경성, 고속도 및 고가속성, 성능 유지 등의 기계적, 제어적 성능 향상의 최적화를 어렵게 하고, 오히려 부드러운 작동을 해치게 될 뿐만 아니라, 소음, 진동, 파티클 등의 유발 및 압력 댐핑 현상을 초래하며, 이로 인해 피치 모멘트가 발생하지 않는 범위 내에서 제한적으로만 사용해야 하는 단점을 가질 뿐만 아니라, 이러한 범위를 벗어나 사용하는 경우 가감속 시 발생하는 진동 때문에 사용해야 할 스 펙의 절반 정도 밖에 사용하지 못하는 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 에어 베어링에 공급되는 에어 압력의 제어를 통해서 속도, 가속도, 무게 등에 대한 모션 변수에 대해 균일성을 가지도록 하고, 장비가 낼 수 있는 최고 사양으로 장비를 운전할 수 있도록 함으로써 안정적인 가감속이 이루어지도록 하고, 이로 인해 무마찰, 무진동, 부드러운 동적 특성, 소음 감소, 파티클의 발생 억제 등을 가능하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에어 베어링은, 이송체의 직선 운동에 대한 윤활 작용을 하도록 에어를 분사하는 에어 베어링에 있어서, 상대 운동면에 에어를 각각 분사하기 위한 제 1 및 제 2 분사홀이 직선 운동방향에 대하여 전.후측에 각각 마련되는 베어링 본체와, 제 1 및 제 2 분사홀에 공급되는 에어의 압력을 각각 조절하는 제 1 및 제 2 조절밸브와, 이송체의 모션 변수에 따라 제 1 및 제 2 조절밸브를 각각 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 에어 베어링의 제어 방법은, 이송체의 직선 운동에 대한 윤활 작용을 하도록 상대 운동면에 에어를 분사하는 제 1 및 제 2 분사홀이 베어링 본체에 직선 운동 방향에 대하여 전.후로 마련되는 에어 베어링의 제어 방법에 있어서, 이송체의 모션 변수를 확인하는 단계와, 이송체의 모션 변수에 따라 제 1 및 제 2 분사홀에 공급되는 에어의 압력을 각각 조절하는 단계를 포함한다.
본 발명은, 이송체의 비접촉 가이드 메커니즘을 실질적으로 유지하여 무마찰, 무마모, 클린 환경을 제공하고, 기계적 마모 및 노후화 요소를 제거함으로써 초기 셋팅(setting) 상태로 성능의 유니포머티(uniformity)를 확보하여 고정도의 영구적 유지를 가능하도록 하며, 제어 성능을 향상시킴으로써 포지션의 정확한 위치 제어, 고속도 및 고가속도의 성능 구현, 필름 댐핑(film damping)에 따른 진동 발생을 억제하도록 하는 효과를 가진다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 에어 베어링을 도시한 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 베어링(100)은 이송체의 직선 운동에 대한 윤활 작용을 하도록 에어를 분사하는 것으로서, 제 1 및 제 2 분사홀(111,112)이 각각 마련되는 베어링 본체(110)와, 제 1 및 제 2 분사홀(111,112)에 공급되는 에어의 압력을 각각 조절하는 제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)와, 제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)를 각각 제어하는 제어부(140)를 포함할 수 있다.
베어링 본체(110)는 이송체, 예를 들면 리니어 모터에서 직선 운동하는 가동자 몸체 등과 같은 이송의 대상물이 지지되도록 고정되고, 상대 운동면(1)에 에어 를 각각 분사하기 위한 제 1 및 제 2 분사홀(111,112)이 직선 운동 방향에 대하여 전.후측에 각각 마련되며, 제 1 및 제 2 분사홀(111,112)이 각각 단일로 이루어지거나 다수로 이루어질 수 있고, 제 1 및 제 2 분사홀(111,112)이 각각 다수로 이루어질 경우 각각의 제 1 분사홀(111) 또는 각각의 제 2 분사홀(112)이 폭방향으로 서로 정렬되지 않고 전.후측에 위치할 수도 있다.
제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)는 제 1 및 제 2 분사홀(111,112)에 각각 대응되는 개수로 이루어질 수 있고, 제 1 및 제 2 분사홀(111,112)에 공급되는 에어의 압력을 각각 조절하도록 공압공급부(150)로부터 제 1 및 제 2 분사홀(111,112)에 공급되는 에어의 경로를 제공하는 에어공급라인(151,152)에 각각 설치될 수 있으며, 일례로 제어부(140)로부터 출력되는 전압의 크기에 상응하여 제 1 및 제 2 분사홀(111,112)에 공급되는 에어의 압력을 각각 조절할 수 있는 피에조 밸브 등이 사용될 수 있고, 이송체의 순간적인 가감속 시에 반응할 수 있는 응답성이 빠른 밸브, 예컨대, 응답속도가 7ms 이하인 밸브가 사용될 수 있다.
제어부(140)는 베어링 본체(110)에 지지되는 이송체의 모션 변수, 예를 들면, 속도, 가속도, 무게, 위치 중 어느 하나 또는 이들의 조합에 따라 제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)를 각각 제어하고, 리니어 모터를 구동시키는 엠프가 내장될 수 있으며, 외부에서 이송거리를 리니어 스케일(linear scale; 141)을 통해 직접 입력받을 수 있고, 이송체의 진동 현상에 대해 사전에 측정한 값을 기준으로 제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)를 제어할 수 있으며, 제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)의 제어량에 대해 별도의 피드백(feed back)없이 사전에 이송체의 속도, 가속도, 위치 등에 대한 값을 측정하여 필요한 제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)의 제어량을 오픈 루프(open loop)로 제어할 수 있다.
한편, 리니어 스케일(141)은 직선 운동을 하는 이송체에 부착되어 실질적인 이송거리를 측정하여 제어부(140)에 데이터 신호로 전송하며, 제어부(140)는 이러한 데이터 신호를 수신받아 리니어 모터의 이송 거리를 마이크론 단위로 정밀하게 제어할 수 있다.
제어부(140)는 베어링 본체(110)에 지지되는 이송체의 모션 변수, 예를 들면, 속도, 가속도, 무게, 좌표 위치 중 어느 하나 또는 이들의 조합에 따라 이송체의 진동이나 피치 모멘트를 억제시키도록 제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)를 제어할 수 있는데, 이를 위해 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이 베어링 본체(110)에 지지되는 이송체가 가속 시 제 1 분사홀(111)에 공급되는 에어의 압력이 제 2 분사홀(112)에 공급되는 에어의 압력보다 작아지도록 제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)를 제어함으로써 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 피치 모멘트를 최소화하여 진동을 억제하도록 하고, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 베어링 본체(110)에 지지되는 이송체가 감속 시 제 1 분사홀(111)에 공급되는 에어의 압력이 제 2 분사홀(112)에 공급되는 에어의 압력보다 커지도록 제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)를 제어함으로써 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 피치 모멘트를 최소화하여 진동을 억제하도록 할 수 있다.
제어부(140)는 베어링 본체(110)에 지지되어 함께 이동하는 이송체의 속도, 가속도, 무게, 좌표 위치 중 어느 하나 또는 이들의 조합에 대한 진동을 실제 측정 하여 진동을 억제하기 위한 제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)의 개폐량 또는 에어 공급 압력을 구하여 이를 데이터로 저장하고, 진동을 억제시키고자 하는 이송체의 속도, 가속도, 무게, 좌표 위치 중 어느 하나 또는 이들의 조합에 해당하는 데이터의 개폐량 또는 에어 공급 압력에 따라 제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)의 개폐량 또는 에어 공급 압력을 제어할 수 있다.
제어부(140)는 각각의 속도, 가속도, 위치 중 어느 하나 또는 이들의 조합에 대한 변수를 설정하여 설정된 변수에 따라 실제 측정된 이송체의 진동을 억제할 수 있는 신호를 제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)로 출력하여 베어링 본체(110)의 전측과 후측에 각각 분사되는 에어 압력을 조절할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 베어링(100)은 도 3 및 도 4에 도시된 리니어 스테이지(200)에 적용될 수 있다. 즉, 제 1 가동자 몸체(210)가 X축 방향으로 설치된 가이드 레일(220)을 따라 원활하게 이동하도록 가이드 레일(220)에 접하는 제 1 가동자 몸체(210)의 양측에 윤활 작용을 하는 베어링 본체(110)가 설치될 수 있으며, 제 2 가동자 몸체(230)가 제 1 가동자 몸체(210)를 따라 Y축 방향으로 원활하게 이동하도록 제 1 가동자 몸체(210)에 접하는 제 2 가동자 몸체(230) 양측에 윤활 작용을 하는 다른 베어링 본체(160)가 설치될 수 있다.
이러한 베어링 본체(110,160)는 상면과 측면으로부터 상시 에어가 분사되도록 공압공급부(150; 도 1 및 도 2에 도시)로부터 에어가 공급되며, 하부에 이동 방향에 대하여 전.후측에 각각 설치됨으로써 상대 작용면(1; 도 1 및 도 2에 도시)에 대하여 에어를 각각 분사하는 제 1 및 제 2 분사홀(111,112; 도 1 및 도 2에 도시) 이 형성되되, 이러한 제 1 및 제 2 분사홀(111,112; 도 1 및 도 2에 도시)에 공급되는 에어의 압력을 제어함으로써 피치 모멘트 및 진동을 감소시키도록 할 수 있다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 베어링(100)의 동작을 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 베어링의 제어 방법에서 상세히 설명하기로 하겠다.
도 5는 본 발명에 따른 에어 베어링의 제어 방법을 도시한 흐름도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 베어링의 제어 방법은 이송체의 직선 운동에 대한 윤활 작용을 하도록 상대 운동면(1)에 에어를 분사하는 제 1 및 제 2 분사홀(111,112)이 베어링 본체(110)에 직선 운동 방향에 대하여 전.후로 마련되는 에어 베어링의 제어 방법에 있어서, 베어링 본체(110)에 지지되는 이송체의 모션 변수를 확인하는 단계(S20)와, 이송체의 모션 변수에 따라 제 1 및 제 2 분사홀(111,112)에 공급되는 에어의 압력을 각각 조절하는 단계(S40)를 포함할 수 있다.
이송체의 모션 변수를 확인하는 단계(S20)는 직선 운동 유닛, 예를 들면, 리니어 모터에 구동을 위한 모션을 지령하는 단계(S10) 이후에 실시될 수 있으며, 베어링 본체(110)에 의해 지지되는 이송체, 예를 들면 리니어 모터의 가동자 몸체의 속도, 가속도, 무게 등을 확인하게 된다.
이송체의 모션 변수를 확인하면(S20), 리니어 모터의 모션 지령이 정방향 지령인지 확인하고(S30), 모션 지령이 역방향 지령이면 역방향 알고리즘을 선택하 며(S31), 모션 지령이 정방향 지령이면 에어의 압력을 각각 조절하는 단계(S40)를 실시한다.
에어의 압력을 각각 조절하는 단계(S40)는 이송체의 운동이 가속구간에 해당하는지 판단하는 단계(S41)와, 이송체의 운동이 감속구간에 해당하는지 판단하는 단계(S42)와, 이송체의 운동이 가속구간 또는 감속구간에 해당할 경우 이에 따라 제 1 및 제 2 분사홀(111,112)에 각각 공급되는 에어의 압력을 조절하기 위하여 제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)를 각각 선택하는 단계(S43)와, 선택된 제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)를 제어함으로써 진동을 억제하도록 제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)를 제어하는 단계(S44)를 포함할 수 있다.
에어의 압력을 각각 조절하는 단계(S40)는 베어링 본체(110)에 지지되는 이송체의 운동이 가속 구간과 감속 구간에 해당되지 아니하면 실시되지 아니하며, 제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)를 제어하는 방법의 예로서, 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 베어링 본체(110)에 지지되는 이송체(미도시)가 가속 시 제 1 분사홀(111)에 공급되는 에어의 압력이 제 2 분사홀(112)에 공급되는 에어의 압력보다 작아지도록 제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)를 제어함으로써 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 피치 모멘트를 감소시켜서 기구적 진동을 억제하고, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 베어링 본체(110)에 지지되는 이송체(미도시)가 감속 시 제 1 분사홀(111)에 공급되는 에어의 압력이 제 2 분사홀(112)에 공급되는 에어의 압력보다 커지도록 제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)를 제어함으로써 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 피치 모멘트를 감소시켜서 기구적 진동을 억제할 수 있다.
에어의 압력을 각각 조절하는 단계(S40)는 제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)를 제어 시 제 1 및 제 2 분사홀(111,112)에 공급되는 에어의 압력을 각각 조절하는 제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)가 수신되는 전압의 크기에 상응하여 에어 공급 압력을 조절하도록 할 수 있는데, 일례로 제어부(140)가 0∼10V 전압을 제어하여 제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)로 출력하면, 제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)가 공압공급부(150)로부터 공급되는 에어의 압력을 전압값에 비례하여 0∼0.8mpa로 조절함으로써 피치 모멘트 값을 최소화하여 기구적 진동을 제어하도록 한다.
이에 대하여, 구체적으로 설명하면, 공압공급부(150)로부터 공급되는 에어의 압력이 0.8mpa일 때, 평상 시 에어 압력의 제어 상태는 제어부(140)로부터 제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)로 출력되는 전압을 5V로 함으로써 제 1 및 제 2 분사홀(111,112)에 공급되는 에어의 압력이 0.4 mpa이 되도록 한다. 이 때, 이송체의 가속 시 제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)의 제어는 베어링 본체(110)에서 진행방향 정면부에 대한 에어의 압력을 낮추도록 함과 아울러 진행방향 후면부에 대한 에어의 압력을 높이도록 하여 가속 시 발생하는 순간적인 피치 모멘트 현상을 최소화하게 되며, 이를 위해 이송체의 가속 시 제 1 조절밸브(120)로 출력되는 전압을 3.75∼5V로 낮추게 됨으로써 제 1 조절밸브(120)에 의해 제 1 분사홀(111)로 공급되는 에어의 압력이 0.3∼0.4mpa이 되도록 하며, 제 2 조절밸브(130)로 출력되는 전압을 5∼7.5V로 상승시키게 됨으로써 제 2 조절밸브(130)에 의해 제 2 분사홀(112)로 공급되는 에어의 압력이 0.4∼0.6mpa이 되도록 한다.
또한, 이송체의 감속 시 베어링 본체(110)에서 진행방향 정면부에 대한 공압 을 높임과 아울러 진행방향 후면부에 대한 공압을 낮게 설정하여 감속 시 발생하는 순간적인 피치 모멘트 현상을 최소화하며, 이를 위해 제 1 조절밸브(120)에 출력되는 전압을 5∼7.5V로 높임으로써 제 1 조절밸브(120)에 의해 제 1 분사홀(111)로 공급되는 에어의 압력이 0.4∼0.6mpa이 되도록 하고, 제 2 조절밸브(130)에 출력되는 전압을 3.75∼5V로 낮추어서 제 2 조절밸브(130)에 의해 제 2 분사홀(112)로 공급되는 에어의 압력을 0.3∼0.4mpa이 되도록 한다.
한편, 이송체의 등속 운동 시 제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)로 출력되는 전압을 5V로 제어함으로써 제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)가 제 1 및 제 2 분사홀(111,112)에 각각 0.4mpa의 에어 압력을 공급하도록 하여 균일한 공압 상태를 유지하도록 한다.
제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)에 대한 제어 방식은 오픈 루프(open loop) 제어방식으로 각 변수별 기구적 진동 상태를 측정하고, 진동 억제를 위한 프로그램을 구동해서 제어 가능 범위를 확인하며, 클로즈드 루프(closed loop) 방식으로 제어했을 때와의 상호 제어 가능 범위를 비교 분석해서 제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)의 제어 방식을 결정할 수 있다.
오픈 루프 제어 방식은 이송체의 속도, 가속도, 무게, 좌표 위치에 대해 기구적 진동에 대한 값을 측정하고, 측정값 기준으로 제어부(140)에서 각 테이블(table)을 만들고 각 테이블 값을 실시간으로 제어할 수 있도록 진동 억제를 위한 프로그램을 사용하여 제어부(140)에서 모션 지령과 동시에 제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)도 제어 가능하도록 한다. 즉, 오픈 루프 제어는 사전 데이타를 분석하 여 속도, 가속도, 무게, 위치에 적용될 수 있는 에어 압력 제어 예측을 위한 진동 억제 프로그램을 사용하며, 이러한 진동 억제 프로그램에 의한 제어는 상기한 예와 같이 0∼10V의 전압을 제어부(140)에서 출력하고, 제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)에서 출력된 전압에 비례하는 에어 압력을 제어함으로써 이송체의 가감속 시 발생되는 기구적 에러값과 동일한 에어 압력을 제어하여 가감속 시 순간적인 오차값을 상쇄시킨다.
클로즈드 루프 제어 방식은 제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)가 항시 내부 압력센서 또는 외부 압력센서에서 감지한 압력값 신호를 제어부(140)에서 지속적으로 입력받아 지령 신호와 압력센서의 피드백 압력값이 클로즈드 루프로 이루어져서 제어부(140)에서 지령값과 피드백 값을 비교하여 보정시켜 주도록 한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 베어링의 제어 방법은 이송체의 속도, 가속도, 무게, 좌표 위치 중 어느 하나 또는 이들의 조합에 대한 진동을 실제 측정하여 진동을 억제하기 위하여 제 1 및 제 2 분사홀(111,112)에 에어를 각각 공급하는 제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)의 개폐량 또는 에어 공급 압력을 데이터 베이스화하는 단계를 더 포함할 수 있는데, 이러한 데이터 베이스화하는 단계는 리니어 모터의 모션 지령(S10) 이전에 실시될 수 있으며, 레이저 측정기를 이용하여 이송체의 피치량의 동적 측정 결과를 관측하여 이송체의 진동을 억제하기 위한 제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)의 개폐량 또는 에어 공급 압력을 산출하여 데이터로 저장할 수 있다.
데이터 베이스화하는 단계는 일례로, 제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)의 에 어 공급 압력이 동일한 상태에서 레이저 측정기를 이용하여 이송체의 피치 데이터를 동적으로 측정하는 단계와, 이송체를 가감속시켜서 발생된 피치 데이터의 특성을 파악한 후 이송체의 기울기를 산출하는 단계와, 기울기가 허용 범위를 벗어나면 제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)의 개폐량 또는 에어 공급 압력을 조절하여 이송체의 가속도 대비 진동 보상에 적절한 제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)의 개폐량 또는 에어 공급 압력을 산출하여 데이터로 저장하는 단계를 포함할 수 있다.
레이저 측정기를 이용하여 이송체의 피치 데이터를 측정하는 단계는 레이저 측정기, 일례로 레니쇼유 레이저 측정기를 이용하여 피치량의 동적 측정 결과를 관측하여 이에 상응하는 제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)의 개폐량 또는 에어 공급 압력을 산출할 수 있도록 하는데, 예를 들면, 도 6에 도시된 바와 같이, 피치량을 측정하기 위한 슬라이더(10)의 길이(L=2r)가 350mm이고, 가감속시 발생하는 피치량(θ)이 0.0031degree(11arc)인 경우 기울어짐 정도(x)는 r×sinθ이므로 9.332663㎛가 됨을 알 수 있다.
에어의 압력을 각각 조절하는 단계(S40)는 제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)를 제어하기 위하여 이송체의 속도, 가속도, 무게, 좌표 위치 값 중 어느 하나 또는 이들의 조합에 따라 데이터 베이스화하는 단계에서 얻어진 데이터 베이스의 개폐량 또는 에어 공급 압력을 획득하여 획득된 개폐량 또는 에어 공급 압력에 따라 제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)를 제어할 수 있다. 따라서, 이송체의 속도, 가속도, 위치에 대한 기구적 진동을 레이저 측정기를 이용하여 측정하여 사전에 필요한 데이터를 수집하고, 제어부(140)에서 리니어 모터에 모션 지령을 내려서 구동시킴 으로써 가감속 시 발생되는 기구적 진동 현상을 억제하기 위하여 제어부(140)는 리니어 모터의 제어에 의해 가지고 있는 이송체의 각속도 및 위치와 가속도의 정보에 따라 이송체의 진동과 반대되는 에어 압력을 출력하도록 제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)를 제어하되, 제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)의 개폐량 또는 에어 공급 압력은 데이터 베이스로부터 얻게 된다.
제어부(140)는 이송체의 속도, 가속도, 위치에 대한 판별을 하여 이에 따른 제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)를 제어할 수 있으며, 무게의 경우 계속적으로 가변되는 것은 아니므로 한번 셋팅된 무게로 제어할 수 있다.
한편, 에어의 압력을 각각 조절하는 단계(S40)는 제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)를 제어하기 위하여 이송체의 속도, 가속도, 위치 중 어느 하나 또는 이들의 조합에 대한 진동을 보상하기 위하여 설정된 변수값에 따라 제 1 및 제 2 분사홀(111,112)에 각각 공급되는 에어의 압력을 조절하는 제 1 및 제 2 조절밸브(120,130)를 제어할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 에어 베어링 및 이의 제조 방법에 의하면, 도 7에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 에어 베어링과 같이 밸브 제어를 하지 않을 경우(Ⅰ) 기존 이송체의 떨림 정도는 ±10㎛ 이내인데 반하여, 본 발명에 따라 에어 베어링을 제어할 경우(Ⅱ) 이송체의 진동을 50% 이상 줄일 수 있음을 알 수 있다. 즉, 베어링 본체(110)와 상대 운동면(1) 간의 간격은 수 ㎛ 이내로 상하, 좌우에 간격을 유지하게 되며, 종래의 기술에 따른 에어 베어링과 같이 밸브 제어를 하지 않을 경우 기구적 떨림이 발생하여 기구적 충돌로 인한 에어 베어링의 많은 장 점을 활용할 수 없게 되는 반면, 본 발명에 따른 에어 베어링 및 이의 제어 방법에 의하면 에어 베어링의 많은 장점을 활용할 수 있도록 한다.
이상에서와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하며, 이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 에어 베어링을 도시한 구성도로서, 가속 시를 설명하기 위한 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 에어 베어링을 도시한 구성도로서, 감속 시를 설명하기 위한 도면이고,
도 3은 본 발명에 따른 에어 베어링이 적용된 리니어 스테이지의 요부를 도시한 사시도이고,
도 4는 도 3의 A-A'선에 따른 단면도이고,
도 5는 본 발명에 따른 에어 베어링의 제어 방법을 도시한 흐름도이고,
도 6은 본 발명에 따른 에어 베어링의 제어 방법에서 기구적 진동의 측정을 설명하기 위한 도면이고,
도 7은 본 발명에 따른 에어 베어링의 제어 방법에 의해 기구적 진동 감소를 나타낸 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110,160 : 베어링 본체 111 : 제 1 분사홀
112 : 제 2 분사홀 120 : 제 1 조절밸브
130 : 제 2 조절밸브 140 : 제어부
150 : 공압공급부 151,152 : 에어공급라인
210 : 제 1 가동자 몸체 220 : 가이드 레일
230 : 제 2 가동자 몸체
Claims (12)
- 이송체의 직선 운동에 대한 윤활 작용을 하도록 에어를 분사하는 에어 베어링에 있어서,상대 운동면에 에어를 각각 분사하기 위한 제 1 및 제 2 분사홀이 직선 운동방향에 대하여 전.후측에 각각 마련되는 베어링 본체와,상기 제 1 및 제 2 분사홀에 공급되는 에어의 압력을 각각 조절하는 제 1 및 제 2 조절밸브와,상기 이송체의 모션 변수에 따라 상기 제 1 및 제 2 조절밸브를 각각 제어하는 제어부를 포함하고,상기 제어부는 상기 이송체의 속도, 가속도, 무게, 좌표 위치 중 어느 하나 또는 이들의 조합에 대한 진동을 실제 측정하여 진동을 억제하기 위한 제 1 및 제 2 조절밸브의 개폐량 또는 에어 공급 압력을 구하여 이를 데이터로 저장하고, 상기 이송체의 속도, 가속도, 무게, 좌표 위치 중 어느 하나 또는 이들의 조합에 해당하는 상기 데이터의 개폐량 또는 에어 공급 압력에 따라 상기 제 1 및 제 2 조절밸브를 제어하는 에어 베어링.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 조절밸브는,상기 제어부로부터 출력되는 전압의 크기에 상응하여 상기 제 1 및 제 2 분사홀에 공급되는 에어의 압력을 각각 조절하는 에어 베어링.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 제어부는,상기 이송체가 가속 시 상기 제 1 분사홀에 공급되는 에어의 압력이 상기 제 2 분사홀에 공급되는 에어의 압력보다 작아지도록 하고, 상기 이송체가 감속 시 상기 제 1 분사홀에 공급되는 에어의 압력이 상기 제 2 분사홀에 공급되는 에어의 압력보다 커지도록 상기 제 1 및 제 2 조절밸브를 제어하는 에어 베어링.
- 삭제
- 삭제
- 이송체의 직선 운동에 대한 윤활 작용을 하도록 상대 운동면에 에어를 분사하는 제 1 및 제 2 분사홀이 베어링 본체에 직선 운동 방향에 대하여 전.후로 마련되는 에어 베어링의 제어 방법에 있어서,상기 이송체의 모션 변수를 확인하는 단계와,상기 이송체의 모션 변수에 따라 상기 제 1 및 제 2 분사홀에 공급되는 에어의 압력을 각각 조절하는 단계 및상기 이송체의 속도, 가속도, 무게, 좌표 위치 중 어느 하나 또는 이들의 조합에 대한 진동을 실제 측정하여 진동을 억제하기 위하여 상기 제 1 및 제 2 분사홀에 에어를 각각 공급하는 제 1 및 제 2 조절밸브의 개폐량 또는 에어 공급 압력을 데이터 베이스화하는 단계를 포함하고,상기 에어의 압력을 각각 조절하는 단계는,상기 이송체의 속도, 가속도, 무게, 좌표 위치 값 중 어느 하나 또는 이들의 조합에 따라 상기 데이터 베이스의 개폐량 또는 에어 공급 압력을 획득하고, 획득된 개폐량 또는 에어 공급 압력에 따라 상기 제 1 및 제 2 조절밸브를 제어하는 에어 베어링의 제어 방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 에어의 압력을 각각 조절하는 단계는,상기 제 1 및 제 2 분사홀에 공급되는 에어의 압력을 각각 조절하는 제 1 및 제 2 조절밸브가 수신되는 전압의 크기에 상응하여 에어 공급 압력을 조절하도록 하는 에어 베어링의 제어 방법.
- 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,상기 에어의 압력을 각각 조절하는 단계는,상기 이송체가 가속 시 상기 제 1 분사홀에 공급되는 에어의 압력이 상기 제 2 분사홀에 공급되는 에어의 압력보다 작아지도록 하고, 상기 이송체가 감속 시 상기 제 1 분사홀에 공급되는 에어의 압력이 상기 제 2 분사홀에 공급되는 에어의 압력보다 커지도록 하는 에어 베어링의 제어 방법.
- 삭제
- 제 6 항에 있어서,상기 데이터 베이스화하는 단계는,레이저 측정기를 이용하여 상기 이송체의 피치량의 동적 측정 결과를 관측하여 상기 이송체의 진동을 억제하기 위한 상기 제 1 및 제 2 조절밸브의 개폐량 또는 에어 공급 압력을 산출하여 데이터로 저장하는 에어 베어링의 제어 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 데이터 베이스화하는 단계는,상기 제 1 및 제 2 조절밸브의 에어 공급 압력이 동일한 상태에서 상기 레이저 측정기를 이용하여 상기 이송체의 피치 데이터를 동적으로 측정하는 단계와,상기 이송체를 가감속시켜서 발생된 피치 데이터의 특성을 파악한 후 상기 이송체의 기울기를 산출하는 단계와,상기 기울기가 허용 범위를 벗어나면 상기 제 1 및 제 2 조절밸브의 개폐량 또는 에어 공급 압력을 조절하여 상기 이송체의 가속도 대비 진동 보상이 되는 상기 제 1 및 제 2 조절밸브의 개폐량 또는 에어 공급 압력을 산출하여 데이터로 저장하는 단계를 포함하는 에어 베어링의 제어 방법.
- 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,상기 에어의 압력을 각각 조절하는 단계는,상기 이송체의 속도, 가속도, 위치 중 어느 하나 또는 이들의 조합에 대한 진동을 보상하기 위하여 설정된 변수값에 따라 상기 제 1 및 제 2 분사홀에 각각 공급되는 에어의 압력을 조절하는 제 1 및 제 2 조절밸브를 제어하는 에어 베어링의 제어 방법.
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Citations (4)
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2009
- 2009-07-09 KR KR1020090062368A patent/KR101064277B1/ko active IP Right Grant
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