KR101139292B1 - Error compensating system using encoder feedback, error mapping and air pressure control - Google Patents

Error compensating system using encoder feedback, error mapping and air pressure control Download PDF

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Abstract

본 발명은 엔코더 피드백 및 에러 맵핑과 에어 압력 조절을 이용한 에러 보상 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이동식 갠트리 시스템의 좌우, 상하 방향의 에러 값을 실시간으로 피드백하여, 그 결과 값으로 사전 설치된 진공 에어의 압력을 조절함으로써 평탄도(Flatness), 피치(Pitch), 진직도(Straightness), 요(Yaw) 및 롤(Roll)을 미세하게 제어하는 엔코더 피드백 및 에러 맵핑과 에어 압력 조절을 이용한 에러 보상 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 엔코더 피드백 및 에러 맵핑과 에어 압력 조절을 이용한 에러 보상 시스템은 베이스, 2개의 리니어 모터, 리니어 엔코더, 에어 베어링 및 진공 패드, 무빙 캐리지, 스틸 바 및 예압된 자석(Pre-load Magnet)을 구비한다. 상기 리니어 엔코더는 상기 무빙 캐리지의 측면에 설치된 한 쌍의 측면 리니어 엔코더 및 상기 무빙 캐리지의 일단 측 하부에 설치된 한 쌍의 하면 리니어 엔코더로 구성되며, 기준 마크, 수직에러보상트랙 및 수평에러보상트랙을 구비한 스케일을 따라 이동한다. The present invention relates to an error feedback system using encoder feedback and error mapping and air pressure control. More particularly, the vacuum gas is pre-installed as a result of feeding back the error values in the left and right directions of the mobile gantry system in real time. Error compensation system with encoder feedback and error mapping and air pressure control for fine control of flatness, pitch, straightness, yaw and roll by adjusting the pressure of the It is about. The error compensation system using encoder feedback and error mapping and air pressure regulation according to the present invention includes a base, two linear motors, a linear encoder, an air bearing and a vacuum pad, a moving carriage, a steel bar and a pre-load magnet. It is provided. The linear encoder is composed of a pair of side linear encoders installed on the side of the moving carriage and a pair of lower surface linear encoders installed at one lower side of the moving carriage, and includes a reference mark, a vertical error compensation track, and a horizontal error compensation track. Move along the scale provided.

Description

엔코더 피드백 및 에러 맵핑과 에어 압력 조절을 이용한 에러 보상 시스템{ ERROR COMPENSATING SYSTEM USING ENCODER FEEDBACK, ERROR MAPPING AND AIR PRESSURE CONTROL}ERROR COMPENSATING SYSTEM USING ENCODER FEEDBACK, ERROR MAPPING AND AIR PRESSURE CONTROL}

본 발명은 엔코더 피드백 및 에러 맵핑과 에어 압력 조절을 이용한 에러 보상 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이동식 갠트리 시스템의 좌우, 상하 방향의 에러 값을 실시간으로 피드백하여, 그 결과 값으로 예압된(Pre-load) 진공 에어의 압력을 조절함으로써 평탄도(Flatness) 에러, 피치(Pitch) 에러, 진직도(Straightness) 에러, 요(Yaw) 에러 및 롤(Roll) 에러를 미세하게 제어하는 엔코더 피드백 및 에러 맵핑과 에어 압력 조절을 이용한 에러 보상 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to an error feedback system using encoder feedback, error mapping, and air pressure adjustment. Encode feedback and errors to finely control flatness errors, pitch errors, straightness errors, yaw errors and roll errors by adjusting the pressure of the vacuum air An error compensation system using mapping and air pressure regulation is provided.

최근에 산업의 발전과 함께 제품 및 부품들이 고기능화, 초소형화되는 추세이고, IT, BT, NT 분야의 발전과 함께 나노 수준의 정밀도를 갖는 생산 기술이 요구되는 상황에 이르렀다. 이러한 현실에 맞춘 생산 시스템 중, 직선운동을 하는 리니어 스테이지의 정밀도를 향상시킨 초정밀 리니어 스테이지가 개발되어 지속적으로 발전하고 있다.Recently, with the development of the industry, products and parts have become highly functional and miniaturized, and with the development of IT, BT, and NT fields, production technology with nano-level precision is required. Among the production systems tailored to this reality, ultra-precision linear stages have been developed and continuously developed to improve the accuracy of linear stages that perform linear motion.

한편, 리니어 스테이지는 직선운동을 하는 생산 시스템이지만, 그 에러는 운동방향의 에러만 있는 것은 아니다.On the other hand, the linear stage is a production system for linear motion, but the error is not only the error in the direction of motion.

종래의 리니어 스테이지의 에러를 도시한 도 1을 참조하면, 리니어 가이드(11)를 따라서 이동하는 리니어 스테이지를 예로 들어 운동자(12)의 운동방향을 x축으로 했을 때, y축 방향으로 발생하는 에러인 수평방향 운동에러(

Figure 112010039181782-pat00001
)와 z축 방향으로 발생하는 에러인 수직방향 운동에러(
Figure 112010039181782-pat00002
)의 병진운동 에러성분과 x축, y축, z축 방향의 회전운동 에러성분인 롤 에러, 피치 에러, 요 에러가 발생한다.Referring to FIG. 1, which illustrates an error of a conventional linear stage, an error that occurs in the y-axis direction when the movement direction of the exerciser 12 is taken as the x-axis, for example, a linear stage moving along the linear guide 11. Horizontal motion error
Figure 112010039181782-pat00001
) And the vertical motion error that occurs in the z-axis direction (
Figure 112010039181782-pat00002
), Roll error, pitch error and yaw error occur.

이러한 에러들은 초정밀 리니어 스테이지에서 큰 문제가 되며, 따라서 이 에러를 측정하여 리니어 스테이지의 정확성을 확인하는 것이 매우 중요하다.These errors are a big problem for ultra-precision linear stages, so it is very important to measure this error to verify the linear stage accuracy.

종래에는 이러한 에러들을 측정하기 위하여, 레이저 간섭계, 오토콜리미터, 정전용량센서 등의 여러 가지 장비들을 동시에 사용해서 각각의 에러들을 구하였다.Conventionally, in order to measure such errors, various errors such as laser interferometer, auto collimator, capacitive sensor, etc. were used simultaneously to obtain respective errors.

종래의 측정방법에서는 여러 가지 장비들을 동시에 사용하기 때문에 장비의 설치가 복잡하고 측정을 위한 조작이 매우 어려우며, 설치 시에 설치 에러도 발생한다. 그리고 에러측정 시에 동일한 초기위치를 기준으로 측정하여야 하나, 여러 가지 장비를 사용하므로 초기위치를 정확하게 찾지 못하는 경우가 많다.In the conventional measuring method, since various equipments are used at the same time, the installation of the equipment is complicated, the operation for measuring is very difficult, and an installation error occurs at the time of installation. And when measuring error, the same initial position should be measured as a reference, but it is often impossible to find the initial position precisely because it uses several equipments.

또한, 종래의 측정방법은 상기와 같은 오류의 가능성이 많음에도 불구하고, 측정값의 정확성을 확인하는 것이 매우 어려운 실정이다.In addition, the conventional measuring method is very difficult to confirm the accuracy of the measured value, despite the possibility of such an error as described above.

나아가, 종래의 측정방법에 사용되는 여러 가지 장비들 중에 레이저 간섭계와 오토콜리미터는 상당한 고가의 장비이기 때문에, 동시에 구비하는 경우 경제적으로 큰 부담이 된다.Furthermore, since the laser interferometer and auto collimator among the various equipments used in the conventional measuring method are quite expensive equipments, they are economically burdensome when equipped at the same time.

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 리니어 엔코더를 사용하여 실시간으로 위치 에러를 피드백하고, 이 피드백에 대응하여 에어 베어링 패드(Air Bearing PAD)의 예압된 진공 에어의 압력을 조절함으로써 평탄도 에러, 피치 에러, 진직도 에러, 요 에러 및 롤 에러를 보상할 수 있는 엔코더 피드백 및 에러 맵핑과 에어 압력 조절을 이용한 에러 보상 시스템을 제공함을 그 목적으로 한다.
Accordingly, an object of the present invention is to solve the above problems, feedback the position error in real time using a linear encoder, and in response to the feedback of the pre-loaded vacuum air of the air bearing pad (Air Bearing PAD) It is an object of the present invention to provide an error feedback system using encoder feedback and error mapping and air pressure adjustment to compensate for flatness error, pitch error, straightness error, yaw error and roll error by adjusting pressure.

본 발명에 따른 엔코더 피드백 및 에러 맵핑과 에어 압력 조절을 이용한 에러 보상 시스템은 그라나이트(Granite) 또는 알루미늄 재질의 베이스와; 동일한 이송축 방향으로 평행하게 배치되어 구동되고 무빙 캐리지(Moving Carriage)를 이동시키는 2개의 리니어 모터와; 상기 각각의 리니어 모터의 위치값을 검출하고 그 위치값을 피드백하여 위치 에러를 보상하기 위한 리니어 엔코더와; 상기 무빙 캐리지가 이동할 수 있도록 베이스의 표면을 기준으로 움직이고 압축공기의 힘으로 일정한 접촉력/인장력/압축력을 인가하는 에어 베어링 및 진공 패드(Air Bearing and Vacuum PAD)와; 상기 베이스 상에 놓인 장비를 척(Chuck)하거나 페이로드(Pay-load)를 움직이는 무빙 캐리지와; 자기 예압력(Magnet Pre-load Force)을 발생시키기 위한 스틸 바(Steel Bar) 및; 상기 에어 베어링 및 진공 패드의 역방향으로 자기력을 작용하여 모멘트(Moment)의 외력에도 버틸수 있도록 고 강성도를 형성해주기 위한 예압된 자석(Pre-load Magnet)으로 이루어지며; 상기 리니어 엔코더는 상기 무빙 캐리지의 측면에 설치된 한 쌍의 측면 리니어 엔코더와, 상기 무빙 캐리지의 일단 측 하부에 설치된 한 쌍의 하면 리니어 엔코더로 구성되며; 상기 리니어 엔코더는 기준 마크와, 수직 위치 에러를 보상하기 위한 수직에러보상트랙 및 수평 위치를 보상하기 위한 수평에러보상트랙을 구비한 스케일을 따라 이동되는 것을 특징으로 한다.
An error compensation system using encoder feedback and error mapping and air pressure control according to the present invention includes: a base of granite or aluminum; Two linear motors arranged in parallel in the same feed axis direction and driven to move a moving carriage; A linear encoder for detecting a position value of each linear motor and feeding back the position value to compensate for a position error; An air bearing and a vacuum pad that moves relative to the surface of the base to move the moving carriage and applies constant contact force / tension force / compression force by the force of compressed air; A moving carriage that chucks the equipment on the base or moves the payload; A steel bar for generating a magnetic pre-load force; It is made of a pre-load magnet (Pre-load Magnet) to form a high rigidity to be able to withstand the external force of the moment by applying a magnetic force in the reverse direction of the air bearing and the vacuum pad; The linear encoder includes a pair of side linear encoders installed on the side of the moving carriage, and a pair of lower surface linear encoders installed on one side lower portion of the moving carriage; The linear encoder may be moved along a scale having a reference mark, a vertical error compensation track for compensating a vertical position error, and a horizontal error compensation track for compensating a horizontal position.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 엔코더 피드백 및 에러 맵핑과 에어 압력 조절을 이용한 에러 보상 시스템은 ㎛ 단위의 고정밀도로 평탄도 에러, 피치 에러, 진직도 에러, 요 에러 및 롤 에러를 보상함으로써, 가공 불가능한 부분이 극소화되고, 가공비용이 절감되며, 초정밀 스테이지를 구현할 수 있다는 이점이 있다.
As described above, the error compensation system using the encoder feedback and error mapping and air pressure control according to the present invention compensates for flatness error, pitch error, straightness error, yaw error, and roll error with a high precision in the unit of μm. The advantage is that the impossible part is minimized, the processing cost is reduced, and the ultra precision stage can be realized.

도 1은 종래의 리니어 스테이지의 에러를 개략적으로 나타낸 도시도.
도 2는 본 발명에 따른 리니어 스테이지의 상세 정면도.
도 3은 본 발명에 따른 리니어 스테이지의 평면도.
도 4는 도 2의 리니어 엔코더와 스케일의 도시도.
도 5는 도 2의 리니어 엔코더와 스케일의 상세도.
도 6은 도 2의 에어베어링 및 진공 패드의 상세도.
도 7은 도 6의 에어 베어링 및 진공 패드에 장착된 예압된 진공 에어 베어링 도시도.
도 8은 본 발명에 따른 진직도 에러 보상 시스템 도시도.
도 9는 본 발명에 따른 요 에러 보상 시스템 도시도.
도 10은 본 발명에 따른 평탄도 에러 보상 시스템 도시도.
도 11은 본 발명에 따른 피치 에러 보상 시스템 도시도.
도 12는 본 발명에 따른 롤 에러 보상 시스템 도시도.1 is a view schematically showing an error of a conventional linear stage.
2 is a detailed front view of the linear stage according to the present invention.
3 is a plan view of a linear stage according to the present invention;
4 shows the linear encoder and scale of FIG.
5 is a detailed view of the linear encoder and scale of FIG.
6 is a detailed view of the air bearing and vacuum pad of FIG.
FIG. 7 shows a preloaded vacuum air bearing mounted to the air bearing and vacuum pad of FIG. 6. FIG.
8 is a diagram of a straightness error compensation system in accordance with the present invention.
9 is a diagram illustrating a yaw error compensation system according to the present invention;
10 illustrates a flatness error compensation system in accordance with the present invention.
11 illustrates a pitch error compensation system in accordance with the present invention.
12 illustrates a roll error compensation system in accordance with the present invention.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 엔코더 피드백 및 에러 맵핑과 에어 압력 조절을 이용한 에러 보상 시스템을 보다 상세히 기술하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략될 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 클라이언트나 운용자, 사용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, an error compensation system using encoder feedback and error mapping and air pressure regulation according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In addition, terms to be described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to a client's or operator's intention or custom. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.

도면 전체에 걸쳐 같은 참조번호는 같은 구성 요소를 가리킨다.Like numbers refer to like elements throughout the drawings.

도 2는 본 발명에 따른 리니어 스테이지의 상세 정면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 리니어 스테이지의 평면도이며, 도 4는 도 2의 리니어 엔코더와 스케일의 도시도이며, 도 5는 도 2의 리니어 엔코더와 스케일의 상세도이며, 도 6은 도 2의 에어베어링 및 진공 패드의 상세도이며, 도 7은 도 6의 에어 베어링 및 진공 패드에 장착된 예압된 진공 에어 베어링 도시도이며, 도 8은 본 발명에 따른 진직도 에러 보상 시스템 도시도이며, 도 9는 본 발명에 따른 요 에러 보상 시스템 도시도이며, 도 10은 본 발명에 따른 평탄도 에러 보상 시스템 도시도이며, 도 11은 본 발명에 따른 피치 에러 보상 시스템 도시도이며, 도 12는 본 발명에 따른 롤 에러 보상 시스템 도시도이다.2 is a detailed front view of the linear stage according to the present invention, FIG. 3 is a plan view of the linear stage according to the present invention, FIG. 4 is a diagram showing the linear encoder and scale of FIG. 2, and FIG. 5 is the linear encoder of FIG. 2. 6 is a detailed view of the air bearing and the vacuum pad of FIG. 2, FIG. 7 is a diagram showing a preloaded vacuum air bearing mounted to the air bearing and the vacuum pad of FIG. 6, and FIG. Fig. 9 is a diagram showing the straightness error compensation system according to the present invention, Fig. 9 is a diagram showing the yaw error compensation system according to the present invention, Fig. 10 is a diagram showing the flatness error compensation system according to the present invention, and Fig. 11 is according to the present invention. Pitch error compensation system diagram and FIG. 12 is a roll error compensation system diagram in accordance with the present invention.

도 2 내지 도 12를 참조하면, 본 발명에 따른 엔코더 피드백 및 에러 맵핑과 에어 압력 조절을 이용한 에러 보상 시스템은 그라나이트 또는 알루미늄 재질의 베이스(21)와, 동일한 이송축 방향으로 평행하게 배치되어 구동되고 무빙 캐리지를 이동시키는 2개의 리니어 모터(22)와, 상기 각각의 리니어 모터의 위치값을 검출하고 그 위치값을 피드백하여 위치 에러를 보상하기 위한 리니어 엔코더(23)와, 상기 무빙 캐리지가 이동할 수 있도록 베이스(21)의 표면을 기준으로 움직이고 압축공기의 힘으로 일정한 접촉력/인장력/압축력을 인가하는 에어 베어링 및 진공 패드(24)와, 상기 베이스 상에 놓인 장비를 척하거나 페이로드를 움직이는 무빙 캐리지(25)와, 자기 예압력을 발생시키기 위한 스틸 바(26)와, 상기 에어 베어링 및 진공 패드(24)의 역방향으로 자기력을 작용하여 모멘트의 외력에도 버틸수 있도록 고 강성도를 형성해주기 위한 예압된 자석(27)으로 이루어진다.2 to 12, an error compensation system using encoder feedback and error mapping and air pressure control according to the present invention is driven in parallel with the base 21 of granite or aluminum, in the same feed axis direction, and driven. And two linear motors 22 for moving the moving carriage, a linear encoder 23 for detecting a position value of each linear motor and feeding back the position value to compensate for the position error, and the moving carriage is moved. Air bearings and vacuum pads 24 which move relative to the surface of the base 21 and apply constant contact force / tensile force / compression force by the force of compressed air, and moving the device on the base to chuck or move the payload. Magnetic force in the reverse direction of the carriage 25, the steel bar 26 for generating a magnetic preload, and the air bearing and vacuum pad 24 And so acts to beotilsu to external force comprises a preload moment the magnet 27 is now formed for the stiffness.

상기 리니어 엔코더(23)는 상기 무빙 캐리지(25)의 측면에 설치된 한 쌍의 측면 리니어 엔코더(23-1, 23-1')과, 상기 무빙 캐리지(25)의 일단 측 하부에 설치된 한 쌍의 하면 리니어 엔코더(23-2, 23-2')로 구성되는데, 이렇게 구성된 리니어 엔코더(23)가 기준 마크(41)와, 수직 위치 에러를 보상하기 위한 수직에러보상트랙(42) 및 수평 위치를 보상하기 위한 수평에러보상트랙(43)을 구비한 스케일을 지나감으로써, 진직도, 평탄도, 피치, 요, 롤에 대한 피드백이 가능하다. 여기서, 상기 측면 리니어 엔코더(23-1, 23-1') 및 하면 리니어 엔코더(23-2, 23-2')는 상기 무빙 캐리지(25)의 양단에 각각 설치된다.The linear encoder 23 includes a pair of side linear encoders 23-1 and 23-1 ′ provided at the side of the moving carriage 25, and a pair of one end of the moving carriage 25 at a lower side thereof. The linear encoder 23-2 is composed of a linear encoder 23-2 and a 23-2 '. The linear encoder 23 configured as described above has a reference mark 41, a vertical error compensation track 42 and a horizontal position for compensating vertical position error. By passing a scale with a horizontal error compensation track 43 to compensate, feedback on straightness, flatness, pitch, yaw and roll is possible. The side linear encoders 23-1 and 23-1 ′ and the lower linear encoders 23-2 and 23-2 ′ are respectively provided at both ends of the moving carriage 25.

상기 에어 베어링 및 진공 패드(24)는 예압된 진공 에어 베어링(Pre-load Vacuum Air Bearing)(70)과 한 조를 이루며, 상기 예압된 진공 에어 베어링(70)의 압력을 조절함으로써, 상기 에어 베어링 및 진공 패드(24)의 예압력(Pre-load Force)을 제어할 수 있다.The air bearing and the vacuum pad 24 form a pair with the pre-loaded vacuum air bearing 70, and by adjusting the pressure of the pre-loaded vacuum air bearing 70, the air bearing And pre-load force of the vacuum pad 24.

이제, 도 8 내지 도 12를 참조하여, 본 발명에 따른 엔코더 피드백 및 에러 맵핑과 에어 압력 조절을 이용한 에러 보상 시스템의 평탄도 에러, 피치 에러, 진직도 에러, 요 에러 및 롤 에러를 보상하는 시스템을 상세히 설명하고자 한다.Referring now to FIGS. 8-12, a system for compensating for flatness errors, pitch errors, straightness errors, yaw errors, and roll errors of an error compensation system using encoder feedback and error mapping and air pressure adjustment according to the present invention. It will be described in detail.

먼저, 본 발명에 따른 엔코더 피드백 및 에러 맵핑과 에어 압력 조절을 이용한 에러 보상 시스템의 진직도 에러를 보상하기 위한 시스템을 살펴보면, 전술된 바와 같은 기준 마크(41)와, 수직 위치 에러를 보상하기 위한 수직에러보상트랙(42) 및 수평 위치를 보상하기 위한 수평에러보상트랙(43)을 구비한 스케일을 무빙 캐리지(25)가 화살표로 도시된 바와 같은 이동방향으로 이동한다. 이에 따라 상기 무빙 캐리지(25)의 좌ㆍ우측면에 부착된 상기 한 쌍의 측면 리니어 엔코더(23-1, 23-1') 중 어느 한 측면 리니어 엔코더(23-1 또는 23-1')가 상기 스케일을 지나가면서, 상기 스케일의 수평 위치를 보상하기 위한 수평에러보상트랙(43)에 대한 에러값을 피드백하고, 이 피드백된 에러값에 상응하게 상기 예압된 진공 에어 베어링(70)의 에어 압력을 각각 조절함으로써, 상기 에어 베어링 및 진공 패드(24)의 예압력이 조절되어 상기 무빙 캐리지(25)의 직진도 에러를 보상한다.First, a system for compensating the straightness error of an error compensation system using encoder feedback and error mapping and air pressure adjustment according to the present invention will be described. The moving carriage 25 moves in the moving direction as shown by the arrow, with the vertical error compensation track 42 and the horizontal error compensation track 43 for compensating for the horizontal position. Accordingly, any one of the side linear encoders 23-1 or 23-1 'of the pair of side linear encoders 23-1, 23-1' attached to the left and right sides of the moving carriage 25 is As it passes through the scale, it feeds back an error value for the horizontal error compensation track 43 to compensate for the horizontal position of the scale, and accordingly the air pressure of the preloaded vacuum air bearing 70 corresponds to the feedback error value. By adjusting each, the preload pressure of the air bearing and vacuum pad 24 is adjusted to compensate for the straightness error of the moving carriage 25.

또한, 본 발명에 따른 엔코더 피드백 및 에러 맵핑과 에어 압력 조절을 이용한 에러 보상 시스템의 요 에러를 보상하는 시스템을 살펴보면, 기준 마크(41)와, 수직에러보상트랙(42) 및 수평에러보상트랙(43)을 구비한 스케일을 무빙 캐리지(25)가 화살표로 도시된 바와 같은 이동방향으로 이동한다. 이에 따라 상기 무빙 캐리지(25)의 좌ㆍ우측면에 부착된 상기 측면 리니어 엔코더(23-1, 23-1')가 상기 스케일을 지나가면서, 수직에러보상트랙(42)에 대한 에러값을 피드백하고, 예압된 진공 에어 베어링(70)의 에어 압력을 피드백된 에러값에 상응하게 각각 조절함으로써, 에어 베어링 및 진공 패드(24)의 예압력을 조절함과 동시에 리니어 모터(22)를 제어하여 무빙 캐리지(25)의 요 에러를 보상한다. In addition, the system for compensating for yaw errors of an error compensation system using encoder feedback and error mapping and air pressure adjustment according to the present invention may include a reference mark 41, a vertical error compensation track 42, and a horizontal error compensation track ( 43, the moving carriage 25 moves in the direction of movement as shown by the arrow. Accordingly, the side linear encoders 23-1 and 23-1 'attached to the left and right sides of the moving carriage 25 pass the scale, and feed back an error value for the vertical error compensation track 42. By adjusting the air pressure of the pre-loaded vacuum air bearing 70 corresponding to the feedback error value, respectively, the pre-pressure of the air bearing and the vacuum pad 24 is adjusted and the linear motor 22 is controlled to move the moving carriage. Compensate for yaw error in (25).

또한, 본 발명에 따른 엔코더 피드백 및 에러 맵핑과 에어 압력 조절을 이용한 에러 보상 시스템의 평탄도 에러를 보상하는 시스템을 살펴보면, 기준 마크(41)와, 수직에러보상트랙(42) 및 수평에러보상트랙(43)을 구비한 스케일을 무빙 캐리지(25)가 화살표로 도시된 바와 같은 이동방향으로 이동한다. 이에 따라 상기 무빙 캐리지(25)의 양단의 하부에 부착된 상기 하면 리니어 엔코더(23-2, 23-2')가 스케일을 지나가면서, 수평에러보상트랙(43)에 대한 에러값을 피드백하고, 예압된 진공 에어 베어링(70)의 에어 압력을 피드백된 에러값에 상응하게 동시에 조절함으로써, 에어 베어링 및 진공 패드(24)의 예압력을 조절하여 무빙 캐리지(25)의 평탄도 에러를 보상한다.In addition, the system for compensating for the flatness error of the error compensation system using encoder feedback and error mapping and air pressure adjustment according to the present invention, the reference mark 41, the vertical error compensation track 42 and the horizontal error compensation track The scale with 43 is moved in the moving direction as the moving carriage 25 is shown by the arrow. Accordingly, the lower linear encoders 23-2 and 23-2 'attached to the lower ends of the moving carriage 25 pass through the scale, and feed back an error value for the horizontal error compensation track 43, By simultaneously adjusting the air pressure of the preloaded vacuum air bearing 70 corresponding to the feedback error value, the preload pressure of the air bearing and the vacuum pad 24 is adjusted to compensate for the flatness error of the moving carriage 25.

또한, 본 발명에 따른 엔코더 피드백 및 에러 맵핑과 에어 압력 조절을 이용한 에러 보상 시스템의 피치 에러를 보상하는 시스템을 살펴보면, 기준 마크(41)와, 수직에러보상트랙(42) 및 수평에러보상트랙(43)을 구비한 스케일을 무빙 캐리지(25)가 화살표로 도시된 바와 같은 이동방향으로 이동한다. 이에 따라 무빙 캐리지(25)의 양단의 하부에 부착된 상기 하면 리니어 엔코더(23-2, 23-2')가 스케일을 지나가면서, 수평에러보상트랙(43)에 대한 에러값을 피드백하는데, 하면 리니어 엔코더(23-2, 23-2')의 각각의 에러값을 피드백하고, 예압된 진공 에어 베어링(70)의 에어 압력을 피드백된 에러값에 상응하게 각각 조절함으로써, 에어 베어링 및 진공 패드(24)의 예압력을 조절하여 무빙 캐리지(25)의 피치 에러를 보상한다.In addition, the system for compensating the pitch error of the error compensation system using encoder feedback and error mapping and air pressure adjustment according to the present invention, the reference mark 41, the vertical error compensation track 42 and the horizontal error compensation track ( 43, the moving carriage 25 moves in the direction of movement as shown by the arrow. Accordingly, the lower linear encoders 23-2 and 23-2 'attached to the lower ends of both ends of the moving carriage 25 pass the scale and feed back an error value for the horizontal error compensation track 43. By feeding back the respective error values of the linear encoders 23-2 and 23-2 'and adjusting the air pressure of the preloaded vacuum air bearing 70 corresponding to the feedback error values, respectively, the air bearing and the vacuum pad ( The preload force 24 is adjusted to compensate for the pitch error of the moving carriage 25.

또한, 본 발명에 따른 엔코더 피드백 및 에러 맵핑과 에어 압력 조절을 이용한 에러 보상 시스템의 롤 에러를 보상하기 위한 시스템을 살펴보면, 전술된 바와 같은 기준 마크(41)와, 수직에러보상트랙(42) 및 수평에러보상트랙(43)을 구비한 스케일을 무빙 캐리지(25)가 화살표로 도시된 바와 같은 이동방향으로 이동한다. 이에 따라 무빙 캐리지(25)의 좌ㆍ우측면에 부착된 한 쌍의 측면 리니어 엔코더(23-1, 23-1')가 스케일을 지나가면서, 수평에러보상트랙(43)에 대한 에러값을 피드백하고, 예압된 진공 에어 베어링(70)의 에어 압력을 피드백된 에러값에 상응하게 각각 조절함으로써, 에어 베어링 및 진공 패드(24)의 예압력이 조절되어 무빙 캐리지(25)의 롤 에러를 보상한다.In addition, the system for compensating for the roll error of the error compensation system using encoder feedback and error mapping and air pressure adjustment according to the present invention, the reference mark 41, the vertical error compensation track 42 and The moving carriage 25 is moved in the moving direction as shown by the arrow with the scale having the horizontal error compensation track 43. Accordingly, the pair of side linear encoders 23-1 and 23-1 'attached to the left and right sides of the moving carriage 25 pass through the scale, feeding back an error value for the horizontal error compensation track 43. By regulating the air pressure of the preloaded vacuum air bearing 70 corresponding to the feedback error value, respectively, the prepressure of the air bearing and the vacuum pad 24 is adjusted to compensate for the roll error of the moving carriage 25.

비록, 본 발명의 실시 예에선 기준 마크(41)와, 수직에러보상트랙(42) 및 수평에러보상트랙(43)을 구비한 스케일과 스케일을 지나가면서 에러값을 피드백하여, 예압된 진공 에어 베어링(70)의 에어 압력을 각각 조절함으로써, 에어 베어링 및 진공 패드(24)의 예압력을 조절하는 실시간 에러 보상 시스템을 사용하였으나, 별도의 레이저 스캐닝 장비를 이용하여, 베이스의 하면및 측면을 스캐닝한 후, 에러 보상 소프트웨어를 이용하여, 상기 예압된 진공 에어 베어링(70)의 에어 압력을 각각 조절함으로써, 상기 에어 베어링 및 진공 패드(24)의 예압력을 조절하는 선측정 후보상 시스템에 의해, 평탄도 에러, 피치 에러, 진직도 에러, 요 에러 및 롤 에러를 보상하는 것도 가능함은 물론이다.Although, in the exemplary embodiment of the present invention, a pre-loaded vacuum air bearing is fed back with a reference mark 41, a scale having a vertical error compensation track 42 and a horizontal error compensation track 43, and an error value fed back while passing the scale. By adjusting the air pressure of the 70, respectively, a real time error compensation system was used to adjust the preload pressure of the air bearing and the vacuum pad 24. However, using a separate laser scanning device, the bottom and side surfaces of the base were scanned. Then, using error compensation software, flattened by a pre-measurement candidate phase system that adjusts the preload pressure of the air bearing and vacuum pad 24 by respectively adjusting the air pressure of the preloaded vacuum air bearing 70. Of course, it is also possible to compensate for the degree error, pitch error, straightness error, yaw error and roll error.

이상과 같이 본 발명은 양호한 실시 예에 근거하여 설명하였지만, 이러한 실시 예는 본 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이므로, 본 발명이 속하는 기술분야의 숙련자라면 본 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시 예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능할 것이다. 그러므로, 본 발명의 보호 범위는 본 발명의 기술적 사상의 요지에 속하는 변화 예나 변경 예 또는 조절 예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, Various changes, modifications or adjustments to the example will be possible. Therefore, the scope of protection of the present invention should be construed as including all changes, modifications, and adjustments that fall within the spirit of the technical idea of the present invention.

21: 베이스 22: 리니어 모터
23: 리니어 엔코더 23-1, 23-1': 측면 리니어 엔코더
23-2, 23-2': 측면 리니어 엔코더 24: 에러 베어링 및 진공 패드
25: 무빙 캐리지 26: 스틸 바
27: 예압된 자석 41: 기준 마크
42: 수직에러보상트랙 43: 수평에러보상트랙
70: 예압된 진공 에어 베어링21: base 22: linear motor
23: Linear encoder 23-1, 23-1 ': Side linear encoder
23-2, 23-2 ': Side linear encoder 24: Error bearing and vacuum pad
25: moving carriage 26: steel bar
27: Preloaded Magnet 41: Reference Mark
42: Vertical error compensation track 43: Horizontal error compensation track
70: preloaded vacuum air bearing

Claims (6)

그라나이트(Granite) 또는 알루미늄 재질의 베이스(21);
동일한 이송축 방향으로 평행하게 배치되어 구동되고 무빙 캐리지(Moving Carriage)를 이동시키는 2개의 리니어 모터(22);
상기 각각의 리니어 모터의 위치값을 검출하고 그 위치값을 피드백하여 위치 에러를 보상하기 위한 리니어 엔코더(23);
상기 무빙 캐리지가 이동할 수 있도록 베이스(21)의 표면을 기준으로 움직이고 압축공기의 힘으로 일정한 접촉력/인장력/압축력을 인가하는 에어 베어링 및 진공 패드(Air Bearing and Vacuum PAD)(24);
상기 베이스 상에 놓인 장비를 척(Chuck)하거나 페이로드(Pay-load)를 움직이는 무빙 캐리지(25);
자기 예압력(Magnet Pre-load Force)을 발생시키기 위한 스틸 바(Steel Bar)(26); 및
상기 에어 베어링 및 진공 패드(24)의 역방향으로 자기력을 작용하여 모멘트의 외력에도 버틸 수 있을 정도의 강성도를 형성해주기 위한 예압된 자석(Pre-load Magnet)(27)을 구비하며,
상기 리니어 엔코더(23)는 상기 무빙 캐리지(25)의 측면에 설치된 한 쌍의 측면 리니어 엔코더(23-1, 23-1') 및 상기 무빙 캐리지(25)의 일단 측 하부에 설치된 한 쌍의 하면 리니어 엔코더(23-2, 23-2')를 포함하고,
상기 리니어 엔코더(23)는 기준 마크(41), 수직위치에러를 보상하기 위한 수직에러보상트랙(42) 및 수평위치에러를 보상하기 위한 수평에러보상트랙(43)을 구비한 스케일을 따라 이동하는 것을 특징으로 하는 엔코더 피드백 및 에러 맵핑과 에어 압력 조절을 이용한 에러 보상 시스템.
A base 21 of granite or aluminum;
Two linear motors 22 arranged and driven in parallel in the same feed axis direction and moving a moving carriage;
A linear encoder (23) for detecting a position value of each linear motor and feeding back the position value to compensate for a position error;
An air bearing and vacuum pad 24 for moving the moving carriage relative to the surface of the base 21 and applying a constant contact force / tension force / compression force with a force of compressed air;
A moving carriage 25 that chucks or moves a payload of the equipment placed on the base;
A steel bar 26 for generating a magnetic pre-load force; And
It is provided with a pre-loaded magnet (Pre-load Magnet) (27) for forming a stiffness enough to withstand the external force of the moment by applying a magnetic force in the reverse direction of the air bearing and the vacuum pad 24,
The linear encoder 23 includes a pair of side linear encoders 23-1 and 23-1 ′ installed on the side of the moving carriage 25 and a pair of bottom surfaces of the linear carriage 23 disposed below the one end side of the moving carriage 25. Including linear encoders 23-2, 23-2 ',
The linear encoder 23 moves along a scale having a reference mark 41, a vertical error compensation track 42 for compensating for a vertical position error, and a horizontal error compensation track 43 for compensating for a horizontal position error. Error compensation system using encoder feedback and error mapping and air pressure regulation.
제 1항에 있어서,
상기 무빙 캐리지(25)의 좌ㆍ우측면에 부착된 상기 한 쌍의 측면 리니어 엔코더(23-1, 23-1') 중 어느 한 측면 리니어 엔코더(23-1 또는 23-1')가 상기 스케일을 지나가면서 상기 수평에러보상트랙(43)에 대한 에러값을 피드백하고,
예압된 진공 에어 베어링(70)의 에어 압력을 상기 피드백된 에러값에 상응하게 조절함으로써 상기 에어 베어링 및 진공 패드(24)의 예압력이 조절되어 상기 무빙 캐리지(25)의 직진도 에러를 보상하는 것을 특징으로 하는 엔코더 피드백 및 에러 맵핑과 에어 압력 조절을 이용한 에러 보상 시스템.
The method of claim 1,
Any one of the pair of side linear encoders 23-1 and 23-1 'attached to the left and right sides of the moving carriage 25 may adjust the scale. While passing back feedback the error value for the horizontal error compensation track 43,
By adjusting the air pressure of the preloaded vacuum air bearing 70 corresponding to the feedback error value, the preload pressure of the air bearing and the vacuum pad 24 is adjusted to compensate for the straightness error of the moving carriage 25. Error compensation system using encoder feedback and error mapping and air pressure regulation.
제 1항에 있어서,
상기 무빙 캐리지(25)의 좌ㆍ우측면에 부착된 상기 한 쌍의 측면 리니어 엔코더(23-1, 23-1')가 상기 스케일을 지나가면서 상기 수직에러보상트랙(42)에 대한 에러값을 피드백하고,
예압된 진공 에어 베어링(70)의 에어 압력을 상기 피드백된 에러값에 상응하게 조절함으로써, 상기 에어 베어링 및 진공 패드(24)의 예압력을 조절함과 동시에 상기 리니어 모터(22)를 제어하여 상기 무빙 캐리지(25)의 요 에러(yaw error)를 보상하며,
상기 요 에러는 리니어 가이드를 따라 이동하는 리니어 스테이지의 운동자의 운동방향을 x축이라고 했을 때, z축 방향의 회전운동 에러성분을 의미하는 것을 특징으로 하는 엔코더 피드백 및 에러 맵핑과 에어 압력 조절을 이용한 에러 보상 시스템.
The method of claim 1,
The pair of side linear encoders 23-1 and 23-1 'attached to the left and right sides of the moving carriage 25 pass the scale to feed back an error value for the vertical error compensation track 42. and,
By adjusting the air pressure of the pre-loaded vacuum air bearing 70 corresponding to the feedback error value, the pre-pressure of the air bearing and the vacuum pad 24 is adjusted, and the linear motor 22 is controlled to control the air pressure. Compensates for yaw errors of the moving carriage 25,
The yaw error refers to a rotational motion error component in the z-axis direction when the motion direction of the mover of the linear stage moving along the linear guide is referred to as the x-axis. Error compensation system.
제 1항에 있어서,
상기 무빙 캐리지(25)의 양단의 하부에 부착된 상기 하면 리니어 엔코더(23-2, 23-2')가 상기 스케일을 지나가면서 상기 수평에러보상트랙(43)에 대한 에러값을 피드백하고,
예압된 진공 에어 베어링(70)의 에어 압력을 상기 피드백된 에러값에 상응하게 조절함으로써 상기 에어 베어링 및 진공 패드(24)의 예압력을 조절하여 상기 무빙 캐리지(25)의 평탄도 에러를 보상하는 것을 특징으로 하는 엔코더 피드백 및 에러 맵핑과 에어 압력 조절을 이용한 에러 보상 시스템.
The method of claim 1,
The lower linear encoders 23-2 and 23-2 ′ attached to the lower ends of the moving carriage 25 pass the scale and feed back an error value for the horizontal error compensation track 43.
By adjusting the preload pressure of the air bearing and the vacuum pad 24 by adjusting the air pressure of the preloaded vacuum air bearing 70 corresponding to the feedback error value, the flatness error of the moving carriage 25 is compensated. Error compensation system using encoder feedback and error mapping and air pressure regulation.
제 1항에 있어서,
상기 무빙 캐리지(25)의 양단의 하부에 부착된 상기 하면 리니어 엔코더(23-2, 23-2')가 상기 스케일을 지나가면서 상기 수평에러보상트랙(43)에 대한 에러값 및 상기 하면 리니어 엔코더(23-2, 23-2')의 각각의 에러값을 피드백하고,
예압된 진공 에어 베어링(70)의 에어 압력을 상기 피드백된 에러값에 상응하게 각각 조절함으로써, 상기 에어 베어링 및 진공 패드(24)의 예압력을 조절하여 상기 무빙 캐리지(25)의 피치 에러를 보상하는 것을 특징으로 하는 엔코더 피드백 및 에러 맵핑과 에어 압력 조절을 이용한 에러 보상 시스템.
The method of claim 1,
The lower linear encoders 23-2 and 23-2 ′ attached to the lower ends of the moving carriage 25 pass the scale and the error value for the horizontal error compensation track 43 and the lower linear encoder. Feedback each error value of (23-2, 23-2 '),
By adjusting the air pressure of the preloaded vacuum air bearing 70 corresponding to the feedback error value, the preload pressure of the air bearing and the vacuum pad 24 is adjusted to compensate for the pitch error of the moving carriage 25. An error compensation system using encoder feedback and error mapping and air pressure regulation.
제 1항에 있어서,
상기 무빙 캐리지(25)의 좌ㆍ우측면에 부착된 상기 한 쌍의 측면 리니어 엔코더(23-1, 23-1')가 상기 스케일을 지나가면서, 상기 수평에러보상트랙(43)에 대한 에러값을 피드백하고,
예압된 진공 에어 베어링(70)의 에어 압력을 상기 피드백된 에러값에 상응하게 조절함으로써 상기 에어 베어링 및 진공 패드(24)의 예압력이 조절되어 상기 무빙 캐리지(25)의 롤 에러를 보상하며,
상기 롤 에러는 리니어 가이드를 따라 이동하는 리니어 스테이지의 운동자의 운동방향을 x축이라고 했을 때, x축 방향의 회전운동 에러성분인 것을 특징으로 하는 엔코더 피드백 및 에러 맵핑과 에어 압력 조절을 이용한 에러 보상 시스템. The method of claim 1,
The pair of side linear encoders 23-1 and 23-1 ′ attached to the left and right sides of the moving carriage 25 pass through the scale and receive an error value for the horizontal error compensation track 43. Feedback,
By adjusting the air pressure of the preloaded vacuum air bearing 70 corresponding to the feedback error value, the preload pressure of the air bearing and the vacuum pad 24 is adjusted to compensate for the roll error of the moving carriage 25,
The roll error is a rotational motion error component in the x-axis direction when the motion direction of the mover of the linear stage moving along the linear guide is the x-axis. system.
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