KR101404070B1 - 수직형 리니어 스테이지 장치 - Google Patents

수직형 리니어 스테이지 장치 Download PDF

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KR101404070B1
KR101404070B1 KR1020130032969A KR20130032969A KR101404070B1 KR 101404070 B1 KR101404070 B1 KR 101404070B1 KR 1020130032969 A KR1020130032969 A KR 1020130032969A KR 20130032969 A KR20130032969 A KR 20130032969A KR 101404070 B1 KR101404070 B1 KR 101404070B1
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정명진
오병철
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한국산업기술대학교산학협력단
(주)에이티엘
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
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Abstract

수직형 리니어 스테이지 장치가 개시된다. 개시된 장치는 지면에 수직으로 배치되며 리니어 서보 모터를 구비한 리니어 스테이지부; 상기 리니어 스테이지부에 연결되어 상기 리니어 스테이지부를 따라 슬라이딩 가능하게 이동하는 슬라이더; 상기 리니어 스테이지부에 평행하게 배치되며, 상기 슬라이더의 일부에 연결되는 적어도 하나의 에어 실린더부; 및 상기 에어 실린더부에 의해 상기 슬라이더와 슬라이더에 장착되는 구조물의 하중을 지탱하도록 상기 에어 실린더부로 압축공기를 공급하기 위한 압축공기조절부;를 포함한다.

Description

수직형 리니어 스테이지 장치{VERTICAL TYPE LINER STAGE APPARATUS}
본 발명은 리니어 스테이지 장치에 관한 것으로, 특히 리니어 스테이지를 수직으로 설치하여 슬라이더를 상하방향으로 이송할 수 있는 수직형 리니어 스테이지 장치에 관한 것이다.
리니어 서보모터 스테이지(linear servo motor stage)(이하, '리니어 스테이지'라고 함)는 리니어 모터의 구동에 의한 반송 방식을 채용한 장치로 베어링과 리니어 모터, 리니어 엔코더 및 서보 제어기 등으로 구성되어 있으며, 이러한 슬라이더를 지지하며 안내하는 베어링은 직선 유니트의 정밀도와 연관된 핵심적인 요소기술로서 초정밀 직선 운동 유니트 구성품 중 중요한 역할을 하고 있다.
종래의 리니어 스테이지(예를 들면, 국내 등록특허공보 제10-0812988, 공고일:2008년 3월 13일)는 수직 이송용으로는 사용되지 않고 대부분 수평 이송용으로만 사용하였다. 그 이유는, 수평형 리니어 스테이지를 수직으로 세워졌을 때 슬라이더가 위 방향과 아래 방향으로 이송할 때에 서로 게인이 다르게 작용하게 된다. 예를 들어 서보 온(on)을 해서 슬라이더를 상 방향으로 100mm 이송하는 경우 상승하는 방향에 게인을 맞추게 되면, 하 방향으로 100mm 내려올 때 중력방향으로 하중이 가중되어 슬라이더가 정상적인 모션을 하지 못해 정확한 위치결정이 이루어지지 못하는 문제와 함께, 장치 작동 중 정전이 발생하여 서보 오프(off) 되면 슬라이더가 정지하지 못하고 낙하하면서 하드에어 댐퍼에 충돌하게 되는 문제가 있다.
상기한 문제로 인해 수직형 리니어 이송장치는 리니어 모터를 이용하는 리니어 스테이지 대신에 주로 볼스크류를 채용한 이송장치를 사용하고 있다. 하지만, 볼스크류를 이용한 수직형 이송장치는 크기의 수평형 리니어 스테이지에 비하여 출력이 작기 때문에, 적어도 같은 크기의 수평형 리니어 스테이지와 같은 출력을 얻기 위해서 더 큰 크기(용량)로 제작해야 하는 문제가 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해, 리니어 스테이지부 작동 중 정전으로 인해 슬라이더가 자중에 의해 낙하하는 것을 방지하고, 동시에 동일 크기의 종래 볼스크류를 이용한 수직형 이송장치보다 더 큰 출력을 발생할 수 있는 수직형 리니어 스테이지 장치를 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 지면에 수직으로 배치되며 리니어 서보 모터를 구비한 리니어 스테이지부; 상기 리니어 스테이지부에 연결되어 상기 리니어 스테이지부를 따라 슬라이딩 가능하게 이동하는 슬라이더; 상기 리니어 스테이지부에 평행하게 배치되며, 상기 슬라이더의 일부에 연결되는 적어도 하나의 에어 실린더부; 및 상기 에어 실린더부에 의해 상기 슬라이더와 슬라이더에 장착되는 구조물의 하중을 지탱하도록 상기 에어 실린더부로 압축공기를 공급하기 위한 압축공기조절부;를 포함하는 수직형 리니어 스테이지 장치를 제공한다.
상기 압축공기조절부는, 공기 압축기로부터 공급받은 압축공기의 압력을 설정하여 상기 에어 실린더부 측으로 공급하는 제1 레귤레이터; 및 상기 제1 레귤레이터와 상기 에어 실린더부 사이에 연통 가능하게 배치되어, 상기 슬라이더의 높이에 따라 상기 에어 실린더부로 제공하는 압축공기의 공급량을 조절하는 제2 레귤레이터;를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 에어 실린더는 로드레스(rodless) 실린더인 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 에어 실린더는 피스톤에 의해 내부가 상측 가변챔버 및 하측 가변챔버로 구획되고, 상측 가변챔버는 대기압 상태이며 하측 가변챔버는 상기 제2 레귤레이터로부터 공급되는 압축공기가 충진될 수 있다.
상기 에어 실린더는 상기 피스톤과 일체로 형성되는 가동블록을 구비하며, 상기 가동블록은 상기 슬라이더에 연결될 수 있다.
상기와 같이 본 발명에 있어서는, 슬라이더를 지지하는 에어 실린더부를 함께 구비함으로써 수평형으로 사용하는 리니어 스테이지를 수직형 리니어 스테이지로 적용할 수 있으며, 정전이 되는 경우 에어 실린더부에 의해 슬라이더가 낙하하는 것을 원천적으로 방지하여 장치의 안전성을 확보할 수 있는 이점이 있다.
또한 본 발명은 동일 크기로 제작된 종래 수직형 볼스크류 타입 이송장치에 비해 더 큰 출력을 낼 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 리니어 스테이지 장치를 나타내는 개략 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 제1 에어 실린더의 내부를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 리니어 스테이지 장치(100)는 리니어 스테이지부(110), 슬라이더(130), 제1 및 제2 에어 실린더부(150,160) 및 압축공기조절부(170)를 포함한다.
리니어 스테이지부(110)는 고정플레이트(111)에 고정되는 직선 베이스(113) 및 리니어 모터(119)를 포함한다.
직선 베이스(113)는 길이 방향을 따라 양측에 각각 가이드 레일(115a,115b)이 결합되고, 각 가이드 레일(115a,115b)에는 LM가이드블록(117a,117b)이 슬라이딩 가능하게 결합된다. 이 경우 직선 베이스(113)는 전체적으로 소정의 패널(114)에 의해 커버링된다.
리니어 모터(119)는 직선 베이스(113)를 따라 설치되는 스테이터(미도시)와 스테이터와 반응하여 직선 베이스(113)를 따라 이동하는 가동자(119a)를 포함한다. 스테이터는 마그네트 플레이트로 이루어질 수 있고, 가동자(119a)는 코일을 구비한 몰딩 컴포넌트로 이루어질 수 있다. 가동자(119a)는 인가되는 전류의 방향에 의해 이동하는 방향이 결정된다.
또한, 리니어 스테이지부(110)는 상술한 리니어 모터(119)와 함께 통상의 리니어 스테이지에 구비된 베어링(미도시), 리니어 엔코더(미도시) 및 서보 제어기(미도시) 등을 포함한다.
슬라이더(130)는 일면이 리니어 모터(119)의 가동자(119a)와 다수의 체결피스(미도시)에 의해 연결된다. 이와 동시에 슬라이더(130)는 제1 및 제2 에어 실린더부(150,160)의 가동블록(153,163)에 연결된다. 이 경우 가동블록(153,163)은 다수의 체결피스(미도시)에 의해 각각 연결블록(117a,117b)을 통해 슬라이더(130)에 연결된다.
이에 따라 슬라이더(130)는 리니어 모터(119)에 의해 직선 베이스(113)를 따라 승강한다. 동시에 슬라이더(130) 및 슬라이더(130)에 부착되는 소정의 구조물(미도시)은 미리 설정되어 있는 슬라이더(130)의 가동구간 내에서 소정의 높이에 위치할 때 제1 및 제2 에어 실린더부(150,160)에 의해 지속적으로 지탱된다.
따라서 리니어 모터(119)는 슬라이더(130)와 그에 부착되는 구조물의 무게로 인한 하중을 거의 받지 않게 되므로 리니어 모터(119)의 정밀 구동에 영향을 미치지 않아 정상적으로 리니어 모터(119)의 구동이 이루어질 수 있다.
제1 및 제2 에어 실린더부(150,160)는 직선 베이스(113)의 양측에 각각 간격을 두고 직선 베이스(113)와 평행하게 배치된다. 이 경우, 제1 및 제2 에어 실린더부(150,160)는 소정의 체결구(미도시)를 통해 고정 플레이트(111)에 고정된다.
각 에어 실린더부(150,160)는 로드레스(rodless) 실린더로서 구조가 동일하므로 이하에서는 도 2를 참고하여 제1 에어 실린더부(150)의 구조에 대해서만 설명한다.
제1 에어 실린더부(150)는 직선 가이드(151)와, 직선 가이드(151)를 따라 슬라이딩 이동하는 가동블록(153)을 포함한다.
직선 가이드(151)는 내측에 피스톤(155)이 슬라이딩 이동 가능하게 설치되는 챔버(152)가 형성된다. 상기 챔버(152)는 직선 가이드(151)의 길이방향을 따라 형성되고, 피스톤(155)에 의해 크기가 가변되는 상측 가변챔버(152a) 및 하측 가변챔버(152b)로 구획된다.
상측 가변챔버(152a)는 배출관(157)을 통해 외부와 연통됨에 따라 대기압 상태를 유지한다. 상기 상측 가변챔버(152a)는 피스톤(155)이 상승하게 되면 내부에 채워진 공기가 배출관(157)을 통해 배출되고, 피스톤(155)이 하강하게 되면 배출관(157)으로 공기가 유입된다.
하측 가변챔버(152b)는 유입관(159)을 통해 압축공기조절부(170)의 제2 레귤레이터(173)로부터 공급되는 압축공기가 채워진다. 하측 가변챔버(152b)에 채워지는 압축공기의 양은 슬라이더(130) 이동 시 해당 높이에 따라 압축공기조절부(170)로부터 가변적으로 공급받는다.
가동블록(153)은 커넥터부(156)를 통해 피스톤(155)과 일체로 형성된다. 이 경우 커넥터부(156)는 직선 가이드(151)를 따라 형성된 슬롯(151a)에 슬라이딩 가능하게 배치된다. 상기 슬롯(151a)은 통상의 로드레스 실린더에 적용되는 씨일커버(미도시)가 설치됨에 따라, 하측 가변챔버(152b)에 충진되는 압축공기의 누출을 방지할 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 에어 실린더부(150,160)를 2개 적용한 것으로 설명하지만, 이에 제한되지 않고 에어 실린더부가 지탱해야 하는 슬라이더(130) 및 슬라이더(130)에 장착되는 구조물(미도시)의 무게에 따라 1개의 에어 실린더부를 사용하거나 경우에 따라서는 3개 이상의 에어 실린더부를 사용하는 것도 물론 가능하다.
도 1에서 미설명부호 161은 직선 가이드, 161a는 슬롯, 167은 배출관, 169는 유입관을 각각 나타낸다.
압축공기조절부(170)는 제1 및 제2 에어 실린더부(150,160)에 의해 상기 슬라이더(130)와 슬라이더(130)에 장착되는 구조물(미도시)의 하중을 지탱하도록 제1 및 제2 에어 실린더부(150,160)로 압축공기를 공급한다.
상기 압축공기조절부(170)는 제1 및 제2 레귤레이터(171,173)를 포함하며, 각 레귤레이터(171,173)는 정밀 레귤레이터인 것이 바람직하다.
제1 레귤레이터(171)는 공기 압축기(미도시) 측으로부터 공급받은 압축공기의 압력을 설정하여 제1 및 제2 에어 실린더부(150,160) 측으로 공급한다.
제2 레귤레이터(173)는 제1 레귤레이터(171)와 제1 및 제2 에어 실린더부(150,160) 사이에 연통 가능하게 배치되어 제1 및 제2 에어 실린더부(150,160)의 제2 가변챔버 내 압력이 지속적으로 증가하지 않도록 제어한다.
즉, 제1 레귤레이터(171)는 압축공기를 작업자가 설정해 놓은 압력으로 제2 레귤레이터(172)에 공급하고, 제2 레귤레이터(173)는 슬라이더(130) 하강 시 슬라이더(130)의 높이에 따라 제1 및 2 에어 실린더부(150,160)로 유입되는 압축공기를 조절할 수 있도록 대기중으로 소정량의 압축공기를 배출한다. 이와 같이 제2 레귤레이터(173)는 제1 및 제2 에어 실린더부(150,160)로 제공하는 압축공기의 공급량을 지속적으로 조절한다.
또한, 압축공기조절부(170)의 전단에는 에어 필터(191), 레귤레이터(193) 및 핸드 밸브(195)가 배치된다.
에어 필터(191)는 공기 압축기(미도시)와 연결되며, 공기 압축기로부터 공급되는 압축 공기 중의 불순물을 제거한다. 레귤레이터(193)는 에어 필터(191)를 거쳐 유입되는 필터링된 압축공기의 유량을 미리 설정된 속도로 조절한다. 핸드 밸브(195)는 레귤레이터(193)와 솔레노이드 밸브(197) 사이에 연통 가능하게 배치되며, 레귤레이터(193)로부터 공급되는 압축공기의 흐름을 작업자에 의해 수동으로 멈출 수 있도록 한다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.
110: 리니어 스테이지부 130: 슬라이더
150: 제1 에어 실린더부 160: 제2 에어 실린더부
170: 압축공기조절부 171: 제1 레귤레이터
172: 제2 레귤레이터

Claims (5)

  1. 지면에 수직으로 배치되며 리니어 서보 모터를 구비한 리니어 스테이지부;
    상기 리니어 스테이지부에 연결되어 상기 리니어 스테이지부를 따라 슬라이딩 가능하게 이동하는 슬라이더;
    상기 리니어 스테이지부에 평행하게 배치되며, 상기 슬라이더의 일부에 연결되는 적어도 하나의 에어 실린더부; 및
    상기 에어 실린더부에 의해 상기 슬라이더와 슬라이더에 장착되는 구조물의 무게에 의한 하중을 지탱하도록 상기 에어 실린더부로 압축공기를 공급하는 압축공기조절부;를 포함하며,
    상기 압축공기조절부는, 공기 압축기로부터 공급받은 압축공기의 압력을 설정하여 상기 에어 실린더부 측으로 공급하는 제1 레귤레이터, 및 상기 제1 레귤레이터와 상기 에어 실린더부 사이에 연통 가능하게 배치되어, 상기 슬라이더의 높이에 따라 상기 에어 실린더부로 제공하는 압축공기의 공급량을 조절하는 제2 레귤레이터를 포함하고,
    상기 에어 실린더는 로드레스(rodless) 실린더로서, 피스톤에 의해 내부가 상측 가변챔버 및 하측 가변챔버로 구획되고, 상측 가변챔버는 대기압 상태이며 하측 가변챔버는 상기 제2 레귤레이터로부터 공급되는 압축공기가 충진되는 수직형 리니어 스테이지 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 에어 실린더는 상기 피스톤과 일체로 형성되는 가동블록을 구비하며, 상기 가동블록은 상기 슬라이더에 연결되는 것을 특징으로 하는 수직형 리니어 스테이지 장치.
KR1020130032969A 2013-02-15 2013-03-27 수직형 리니어 스테이지 장치 KR101404070B1 (ko)

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