KR101677989B1

KR101677989B1 - Precise processing stage apparatus

Info

Publication number: KR101677989B1
Application number: KR1020150140547A
Authority: KR
Inventors: 정진영; 강춘길; 오일권; 나태원
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2015-10-06
Filing date: 2015-10-06
Publication date: 2016-11-21

Abstract

The present invention relates to a precise stage capable of supporting a platform and including one or more displacement amplification tools which are alternately laminated. Each of displacement amplification tools comprises; an actuator which is formed by a piezoelectric element, and is extended to a direction of separating both ends by receiving voltage; a first connecting unit which is positioned in both ends of left and right sides of the actuator, and includes a protrusion unit which is formed in a direction which intersects an extension direction of the actuator; and a plurality of second connecting units which are positioned between protrusion units which are faced to each other, and operate the platform while being separated by receiving force to a direction which intersects the extension direction of the actuator due to extension of the actuator. Elements are precisely processed on the platform of the precise stage.

Description

{PRECISE PROCESSING STAGE APPARATUS}

본 발명은 변위증폭기구를 포함하는 정밀 스테이지에 관한 발명이다.The present invention relates to a precision stage including a displacement amplification mechanism.

정밀 스테이지는 반도체 부품뿐만 아니라, 광학기기, 전자기기, 각종 기계요소에 대해 회전 각도나 이동 위치를 정밀하게 조정 및 제어하는 장치이다. 반도체의 집적화 및 기기들이 점차 소형화됨에 따라 피검사체를 고배율로 확대하는 현미경의 사용 필요성도 점차 증가하고 있다. 고배율의 현미경을 사용하면, 검사할 수 있는 시야가 좁아지고, 피검사체를 현미경의 초점에 맞춰 자유롭게 이동시킬 필요성이 생기게 된다. 정밀 스테이지는 기구적 마찰에 의한 위치 오차를 최소화하여 미세한 위치 이동을 가능하게 하므로 주위 환경 변화와 관계없이 고정밀 위치 제어를 가능하게 한다.The precision stage is a device that precisely adjusts and controls the rotation angle and the moving position for not only semiconductor components but also optical devices, electronic devices, and various mechanical elements. As integration of semiconductors and instruments are becoming smaller and smaller, the necessity of using a microscope to enlarge a subject at a high magnification is gradually increasing. If a high magnification microscope is used, the field of view that can be inspected becomes narrow, and it becomes necessary to freely move the subject in accordance with the focus of the microscope. The precision stage minimizes the positional error caused by mechanical friction, enabling fine positioning, enabling high-precision position control regardless of changes in the surrounding environment.

다만, 종래의 정밀 스테이지는 스테이지를 지지하는 축을 압전 작동기를 이용하여 구성하고 있으나, 압전작동기를 이용하여 축을 구성하면, 그 변위가 마이크로 단위에 불과하여 스테이지의 회전 각도가 수십 마이크로 라디안에 불과하다는 단점이 있다. 또한, 기존의 장치는 고출력을 가지지만, 크기가 커서 중형 이상의 장치에는 적합하나, 소형화된 장치나 한정된 공간을 가질 때에는 적합하지 않으므로 제한된 상황에서 이러한 장치를 이용하여 회전 각도를 정밀하게 조정하는 것이 어려운 문제점이 있다.However, in the conventional precision stage, the shaft for supporting the stage is constituted by using the piezoelectric actuator. However, when the shaft is constituted by using the piezoelectric actuator, the displacement is only in the unit of micrometer and the disadvantage that the rotation angle of the stage is only tens of micro- . In addition, although the conventional apparatus has a high output, it is suitable for a device having a medium size or larger due to its large size, but it is not suitable for a small-sized apparatus or a limited space, and therefore it is difficult to precisely adjust the rotation angle There is a problem.

본 발명의 일 목적은 압전 작동기와 변위 증폭기구를 포함하는 정밀 스테이지의 구조를 제안하기 위한 것이다.An object of the present invention is to propose a structure of a precision stage including a piezoelectric actuator and a displacement amplification mechanism.

본 발명의 다른 일 목적은 미세한 동작을 위해 요구되는 정밀 스테이지의 구조를 제안하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to propose a structure of a precision stage required for fine operation.

이와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 일 실시예에 따르는 정밀 스테이지는 플랫폼을 지지하고, 서로 교차하는 방식으로 적층되는 적어도 하나 이상의 변위증폭기구들을 포함하며, 상기 각 변위증폭기구들은 압전소자로 형성되고, 전압을 공급받아 양 단이 서로 멀어지는 방향으로 연장되는 작동기; 상기 작동기의 좌우 양 단에 각각 위치되고, 상기 작동기의 연장 방향과 교차하는 방향으로 형성되는 돌출부를 가지는 제1 연결부; 및 서로 마주보는 상기 돌출부 사이에 위치되고, 상기 작동기의 연장으로 상기 작동기의 연장 방향과 교차되는 방향으로 힘을 받아 서로 멀어지면서 상기 플랫폼을 동작시키는 복수 개의 제2 연결부를 포함한다.In order to accomplish the object of the present invention, a precision stage according to an embodiment of the present invention includes at least one displacement amplifier unit that supports a platform and is stacked in a crossing manner, An actuator formed of a piezoelectric element and extending in a direction in which both ends of the piezoelectric element are separated from each other by a voltage; A first connecting portion located at both left and right ends of the actuator and having protrusions formed in a direction intersecting the extending direction of the actuator; And a plurality of second connection portions located between the protrusions facing each other and operating the platform while being separated from each other by a force in a direction intersecting the extending direction of the actuator with the extension of the actuator.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 변위증폭기구들은 상기 플랫폼과 서로 이격된 위치에서 결합되고, 각각 독립적으로 동작하여 상기 플랫폼을 병진운동 시키거나 상기 플랫폼을 기 설정된 각도만큼 기울어지도록 한다.According to one embodiment of the present invention, the displacement amplifier assemblies are coupled to the platform at spaced apart locations, each independently operating to translate the platform or to tilt the platform by a predetermined angle.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 변위증폭기구들은 상기 제2 연결부에 결합되는 볼조인트를 포함하고, 상기 볼조인트는 상기 변위증폭기구들이 중첩되는 면의 상단에 수직한 방향으로 위치되는 기둥; 및 상기 기둥에 의해 지지되고, 표면을 따라 상기 플랫폼을 이동시키도록 구의 형상을 가지는 볼을 포함한다.According to another embodiment of the present invention, the displacement amplifier means includes a ball joint coupled to the second connection portion, and the ball joint includes a pillar disposed in a direction perpendicular to the upper surface of the surface on which the displacement amplifier means are overlapped, ; And a ball supported by the column and having the shape of a sphere to move the platform along the surface.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 제2 연결부의 양단은 탄성을 가지는 유연 힌지에 의해 상기 돌출부와 연결된다.According to another embodiment of the present invention, both ends of the second connection portion are connected to the protrusion by a resilient flexible hinge.

이때, 상기 제1 연결부, 상기 제2 연결부 및 상기 유연 힌지는 하나의 소자가 가공되어 일체로서 형성될 수 있다.At this time, the first connection portion, the second connection portion, and the flexible hinge may be integrally formed by processing one element.

또한, 상기 제1 연결부는 상기 소자의 탄성 범위 내에서 상기 작동기의 양 단을 지지할 수 있다.In addition, the first connection portion can support both ends of the actuator within an elastic range of the element.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 교차하게 적층되는 복수 개의 변위증폭기구들은 하나의 구조체를 형성하여 상기 플랫폼을 지지하고, 상기 구조체는 전원의 공급으로 일체로 동작하며, 적어도 하나 이상이다.According to another embodiment of the present invention, the plurality of displacement amplifier units stacked one upon the other form a structure to support the platform, and the structure operates integrally with the supply of power, and at least one of them is provided.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 변위증폭기구의 일단은 결합 대상체와 힌지 조인트를 통해 결합되어 고정된다.According to another embodiment of the present invention, one end of the displacement amplifying mechanism is coupled and fixed to the coupling target body through a hinge joint.

상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 변위증폭기구가 적층된 구조체의 변위 조종이 가능하므로, 각 구조체의 동작을 통해 플랫폼은 병진 운동과 회전 운동이 가능하다. 정밀 스테이지의 이러한 동작 구현을 이용하면, 정밀 스테이지의 플랫폼 위에서 소자들의 정밀한 가공이 가능하게 된다.According to the present invention having the above-described structure, since the displacement control of the structure in which the displacement amplification mechanism is laminated is possible, the platform can perform translational motion and rotational motion through the operation of each structure. Using this operational implementation of the precision stage, it is possible to precisely process the components on the platform of the precision stage.

또한, 본 발명은 적층 구조로 인해 비교적 적은 공간이 있는 경우에도 사용이 가능하므로 군용 장비에도 적용될 수 있다. 예를 들어, 미사일에 탄두 부분에 탑재되어 탄두의 이동 방향을 조종하는데 사용이 될 수 있을 것이다.Further, the present invention can be applied to military equipment because it can be used even when there is a relatively small space due to the laminated structure. For example, it could be used to control the direction of movement of the warhead by mounting it on the missile.

도 1은 본 발명인 정밀 스테이지를 나타내는 사시도.
도 2는 변위증폭기구들이 결합된 상태를 나타내는 사시도.
도 3은 본 발명에 포함되는 변위증폭기구의 구조를 나타내는 정면도.
도 4는 본 발명에 포함되는 변위증폭기구의 다른 구조를 나타내는 정면도.
도 5는 작동기에 의한 제2 연결부의 이동을 보여주는 개념도.
도 6은 하나의 구조체에 의한 플랫폼의 운동을 보여주는 개념도.
도 7은 두 개의 구조체에 의한 플랫폼의 운동을 보여주는 개념도.
도 8은 세 개의 구조체에 의한 플랫폼의 운동을 보여주는 개념도.
도 9는 본 발명이 대상체에 결합된 것을 보여주는 개념도.1 is a perspective view showing a precision stage of the present invention;
FIG. 2 is a perspective view showing a state where displacement amplifier units are coupled. FIG.
3 is a front view showing a structure of a displacement amplification mechanism included in the present invention.
4 is a front view showing another structure of a displacement amplification mechanism included in the present invention;
5 is a conceptual view showing the movement of the second connection portion by the actuator.
6 is a conceptual view showing movement of a platform by one structure.
Fig. 7 is a conceptual view showing movement of a platform by two structures. Fig.
8 is a conceptual view showing movement of a platform by three structures.
9 is a conceptual diagram showing that the present invention is bonded to a subject;

이하, 본 발명에 관련된 정밀 스테이지(100)에 대해 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the precision stage 100 according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일 유사한 참조 번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.In the present specification, the same or similar components are denoted by the same reference numerals in different embodiments, and the description thereof is replaced with the first explanation. As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise.

도 1은 본 발명인 정밀 스테이지(100)를 나타내는 도면이다.1 is a view showing a precision stage 100 according to the present invention.

정밀 스테이지(100)는 회전 각도나 이동 위치를 정밀하게 조정하여 플랫폼(130)의 회전 각을 제어하는 것을 목적으로 한다.The precision stage 100 aims at controlling the rotation angle of the platform 130 by precisely adjusting the rotation angle and the movement position.

정밀 스테이지(100)는 복수 개의 변위증폭기구(110)와 플랫폼(130)을 포함한다. 복수 개의 변위증폭기구(110)는 플랫폼(130)을 일 측에서 지지하고, 각 변위증폭기구(110)의 움직임을 통해 플랫폼(130)의 움직임을 구현하게 된다. 각 변위증폭기구(110)의 상단에는 볼조인트(120)가 결합되고, 플랫폼(130)은 변위증폭기구(110)에 연결된 볼조인트(120)에 의해 지지되며, 각각의 볼조인트(120)와의 상대 운동을 통해 일정 각도만큼 회전 가능하다.The precision stage 100 includes a plurality of displacement amplification mechanisms 110 and a platform 130. The plurality of displacement amplification mechanisms 110 support the platform 130 at one side and implement the movement of the platform 130 through the movement of the respective displacement amplification mechanisms 110. A ball joint 120 is coupled to the upper end of each displacement amplifying mechanism 110. The platform 130 is supported by a ball joint 120 connected to the displacement amplifying mechanism 110, It is possible to rotate by a certain angle through relative motion.

변위증폭기구(110)는 적어도 하나 이상이 적층되어 플랫폼(130)을 일 측에서 지지할 수 있으며, 적층된 변위증폭기구들(110)은 플랫폼(130)을 지지하는 하나의 축을 형성하게 된다. 같은 방법으로 변위증폭기구(110)는 적어도 하나 이상이 적층되어 플랫폼(130)을 다른 일 측에서 지지할 수 있으며, 적층된 변위증폭기구들(110)은 플랫폼(130)을 지지하는 또 다른 하나의 축을 형성할 수 있다.At least one of the displacement amplification mechanisms 110 may be stacked to support the platform 130 at one side thereof. The stacked displacement amplifier devices 110 form one axis for supporting the platform 130. In the same manner, at least one of the displacement amplification mechanisms 110 may be stacked to support the platform 130 at the other side thereof. The stacked displacement amplifier assemblies 110 may include another one supporting the platform 130 Axis can be formed.

각 변위증폭기구들(110)은 플랫폼(130)의 서로 다른 이격된 위치에서 지지하는 축들을 형성할 수 있고, 이들은 상호 독립적인 운동이 가능하다. 여기서 운동이란, 각 변위증폭기구들(110)에 포함되는 작동기(111)의 변형에 의한 상하 방향으로의 운동을 의미한다. 플랫폼(130)을 지지하는 복수 개의 변위증폭기구들(110)의 독립적인 상승 혹은 하강 운동을 통해서 이들에 의해 지지되는 플랫폼(130)은 회전하거나 병진운동이 가능하게 된다. 이처럼 복수 개의 변위증폭기구들(110)의 독립적인 동작을 상호 조합하면 플랫폼(130)의 다양한 움직임을 구현할 수 있다.Each of the displacement amplifier assemblies 110 may form axes that support at different spaced locations of the platform 130 and are capable of mutually independent motion. Here, the motion refers to the upward and downward movement due to the deformation of the actuator 111 included in each of the displacement amplifier units 110. Independent upward or downward movement of the plurality of displacement amplifier units 110 supporting the platform 130 allows the platform 130 supported by them to rotate or translate. By combining the independent operations of the plurality of displacement amplifier units 110 as described above, various movements of the platform 130 can be realized.

도 1을 보면, 적층된 복수 개의 변위증폭기구들(110)이 플랫폼(130)을 지지하는 총 3개의 서로 다른 축을 형성하고 있는 것을 알 수 있다. 플랫폼(130)을 지지하는 서로 다른 3개의 축은 플랫폼(130)의 중심을 기준으로 120°간격으로 형성되어 있다. 다만, 도 1은 본 발명을 나타내는 하나의 예를 나타내는 것으로, 플랫폼(130)의 정밀한 움직임을 구현하기 위해서는 더 많은 갯수의 축이 형성되도록 변위증폭기구들(110)을 배치시킬 수 있을 것이다.Referring to FIG. 1, it can be seen that a plurality of stacked displacement amplifier units 110 form a total of three different axes supporting the platform 130. Three different axes supporting the platform 130 are formed at intervals of 120 degrees with respect to the center of the platform 130. [ However, FIG. 1 illustrates one example of the present invention. In order to realize precise movement of the platform 130, the displacement amplifier units 110 may be disposed such that a larger number of axes are formed.

플랫폼(130)의 움직임을 구현하기 위한 하나의 축을 형성하는 변위증폭기구들(110)은 도 1과 같은 방식으로 복수 개의 변위증폭기구(110)가 적층되어 형성된다. 보다 자세하게는 도 2를 참조하면 된다. 하나의 축을 형성하는 변위증폭기구들(110)의 각각의 작동기(111)에는 동시에 전기적인 신호가 공급된다. 전기적 신호 즉, 전압이 작동기(111)에 공급되면, 하나의 축을 형성하는 각 변위증폭기구(110)는 동일한 상승 운동을 하게 된다. 각 변위증폭기구(110)는 서로 교차하는 방식으로 적층되어 있으므로 각각의 변위증폭기구들(110)의 움직임이 누적되어 플랫폼(130)으로 전달된다. 예를 들어, 변위증폭기구(110)가 전원을 공급받는 경우 1mm 상승하는 운동을 하게 된다고 가정할 때, 하나의 축을 형성하는 각각의 변위증폭기구들(110) 전부에 전원이 공급되면 하나의 축을 이루는 각각의 변위증폭기구(110)는 각각 1mm씩 상승하는 운동을 하게 되므로, 적층된 각각의 변위증폭기구(110)의 상승된 길이만큼 누적되어 축이 상승되는 효과가 생긴다. 이러한 운동을 플랫폼(130)에 전달시킬 수 있게 된다.The displacement amplifier units 110 forming one axis for realizing the movement of the platform 130 are formed by stacking a plurality of displacement amplification mechanisms 110 in the same manner as in FIG. More specifically, FIG. 2 is referred to. Each of the actuators 111 of the displacement amplifier units 110 forming one axis is supplied with an electrical signal at the same time. When an electric signal, that is, a voltage is supplied to the actuator 111, the angular displacement amplifying mechanisms 110 forming one axis perform the same upward movement. Since each of the displacement amplifying mechanisms 110 is stacked in an intersecting manner, the movement of each of the displacement amplifying units 110 is accumulated and transferred to the platform 130. For example, when power is supplied to all of the displacement amplifier units 110 forming one axis, assuming that the displacement amplifying mechanism 110 is moved by 1 mm when supplied with power, Each of the displacement amplification mechanisms 110 moves upward by 1 mm each, so that the effect of accumulating the elevated length of each of the stacked displacement amplification mechanisms 110 and rising the shaft is obtained. It is possible to transmit such motion to the platform 130.

본 발명은 작동기(111)와 변위증폭기구(110)를 이용하여 플랫폼(130)을 지지하는 축의 길이를 조정하는 방식으로 플랫폼(130)의 회전각을 정밀하게 제어하는 장치이다. 본 발명에 따르는 정밀 스테이지(100)는 카메라 이미징에 의한 무기 시스템 안정화 장치, 반도체 제작 및 진동 제어 장치등에 활용이 가능하다.The present invention is a device for precisely controlling the rotation angle of the platform 130 by adjusting the length of the shaft supporting the platform 130 using the actuator 111 and the displacement amplification mechanism 110. The precision stage 100 according to the present invention can be applied to an apparatus for stabilizing an inorganic system by camera imaging, a semiconductor manufacturing apparatus, and a vibration control apparatus.

도 2는 복수 개의 변위증폭기구(110)가 적층되어 플랫폼(130)의 움직임을 구현하게 되는 하나의 축을 형성하는 구조체의 형상을 나타내는 도면이다. 도 2를 보면, 각 변위증폭기구(110)는 90°간격으로 교차되어 적층된다. 각 변위증폭기구(110)의 적층은 변위증폭기구(110)의 제2 연결부(113)에서 결합되는 방식으로 이루어진다. 적층된 변위증폭기구(110)의 상단, 즉 플랫폼(130)과의 거리가 가장 가까운 위치에 있는 변위증폭기구(110)의 제2 연결부(113)에는 볼조인트(120)가 결합되어 위치하게 된다. 플랫폼(130)은 볼조인트(120)에 의해 접하여 지지된다.2 is a view showing a configuration of a structure forming a single axis in which a plurality of displacement amplifying mechanisms 110 are stacked to realize movement of the platform 130. As shown in FIG. Referring to FIG. 2, the respective displacement amplification mechanisms 110 are stacked at an interval of 90 degrees. The stacking of the respective displacement amplification mechanisms 110 is performed in such a manner that they are combined at the second connection portion 113 of the displacement amplification mechanism 110. The ball joint 120 is coupled to the second connecting portion 113 of the displacement amplifying mechanism 110 at a position nearest to the upper end of the stacked displacement amplifying mechanism 110, that is, the platform 130 . The platform 130 is held in contact with the ball joint 120.

볼조인트(120)는 플랫폼(130)을 접하여 지지하고, 플랫폼(130)의 원활한 회전운동을 구현할 수 있도록 구의 형상을 가지는 볼(122) 및 볼(122)과 변위증폭기구(110)를 연결하는 기둥(121)을 포함한다.The ball joint 120 supports the platform 130 and connects the ball 122 and the ball 122 to the displacement amplification mechanism 110 so as to realize smooth rotation motion of the platform 130 And includes a column 121.

작동기(111)는 압전 소자로 형성되고, 작동기(111)가 전기적인 신호를 공급받게 되면 작동기(111)의 양 단이 서로 멀어지는 방향인 좌우 방향으로 연장된다. 작동기(111)가 좌우 방향으로 연장되면, 제1 연결부(112)는 작동기(111)를 따라 서로 멀어지는 방향으로 이동되고, 유연힌지(114)를 통해서 제1 연결부(112)와 연결된 제2 연결부(113)는 유연힌지(114)에 의해 좌우로 당겨지면서 상승 혹은 하강하는 운동을 하게 된다. 제2 연결부(113)가 상승되면, 볼조인트(120)가 위로 상승하게 되고, 볼조인트(120)는 이를 플랫폼(130)에 전달한다.The actuator 111 is formed of a piezoelectric element, and when the actuator 111 receives an electric signal, the actuator 111 extends in the left-right direction in which both ends of the actuator 111 are apart from each other. When the actuator 111 is extended in the left and right direction, the first connection part 112 is moved in the direction away from the actuator 111 and the second connection part 112 connected to the first connection part 112 through the flexible hinge 114 113 are pulled to the left and right by the flexible hinge 114 and move upward or downward. When the second connection portion 113 is raised, the ball joint 120 is raised upward, and the ball joint 120 transmits the ball joint 120 to the platform 130.

변위증폭기구(110)는 제2 연결부(113)에서 교차된 상태로 적층되므로, 제2 연결부(113)의 운동을 결합된 다른 변위증폭기구(110)로 전달하며, 볼조인트(120)를 통해 플랫폼(130)의 움직임을 구현시킬 수 있다.Since the displacement amplifying mechanism 110 is stacked in the state of being intersected at the second connecting part 113, the movement of the second connecting part 113 is transmitted to the other displacement amplifying mechanism 110, The movement of the platform 130 can be realized.

도 2를 보면, 변위증폭기구(110)는 90°간격으로 서로 교차되는 방식으로 총 5개가 적층되어 있다. 플랫폼(130)을 원하는 길이만큼 상승시키거나, 원하는 각도만큼 회전시키기 위하여 적층되는 변위증폭기구(110)의 갯수는 사용자에 의해 정해진다. 따라서 도 2의 적층된 변위증폭기구(110)의 갯수는 하나의 예를 나타낸다.Referring to FIG. 2, the displacement amplification mechanisms 110 are stacked in a total of five in such a manner that the displacement amplification mechanisms 110 intersect each other at intervals of 90 degrees. The number of displacement amplification mechanisms 110 that are stacked to raise the platform 130 by a desired length or rotate by a desired angle is determined by the user. Therefore, the number of stacked displacement amplification mechanisms 110 of FIG. 2 represents one example.

즉, 변위증폭기구(110)의 적층은 플랫폼(130)의 목표 회전각을 구현하거나, 사용자가 원하는 병진운동 길이를 얻기 위해 그 갯수가 결정된다. 이는 각각의 변위증폭기구(110)의 갯수에 의해 플랫폼(130)을 지지하는 축의 신장 길이를 정할 수 있기 때문이다.That is, the stacking of the displacement amplification mechanism 110 implements the target rotation angle of the platform 130, or the number of the stacks is determined so as to obtain the desired translational motion length. This is because the number of the respective displacement amplification mechanisms 110 can determine the extension length of the shaft supporting the platform 130. [

도 3은 변위증폭기구(110)의 단면도를 나타낸다. 변위증폭기구(110)는 제1 연결부(112), 제2 연결부(113), 작동기(111) 및 유연힌지(114)를 포함한다.3 shows a cross-sectional view of the displacement amplification mechanism 110. Fig. The displacement amplification mechanism 110 includes a first connection portion 112, a second connection portion 113, an actuator 111, and a flexible hinge 114.

제1 연결부(112)는 작동기(111)의 양 측에 결합된다. 제1 연결부(112)와 작동기(111)의 결합은 제1 연결부(112)가 작동기(111)를 좌우에서 지지하는 방법으로 형성될 수 있으나, 그 결합 방법에는 특별한 제한이 없다. 작동기(111)가 전압을 공급받아 좌우로 연장될 때, 작동기(111)를 사이에 두고 위치하는 두 개의 제1 연결부(112)는 서로 멀어지는 방향으로 이동하게 된다. 제1 연결부(112)는 양단에 작동기(111)의 연장 방향과 교차되는 방향으로 형성되는 돌출부(도면에 미도시)를 가진다. 작동기(111)의 좌우에서 마주보고 있는 제1 연결부(112)의 돌출부(도면에 미도시) 사이에는 제2 연결부(113)가 위치되고, 이들은 유연 힌지에 의해서 결합된 구조를 가진다.The first connection portion 112 is coupled to both sides of the actuator 111. The coupling between the first coupling part 112 and the actuator 111 may be formed by a method in which the first coupling part 112 supports the actuator 111 from the left and right. When the actuator 111 is supplied with a voltage and extends to the left and right, the two first connection portions 112 positioned between the actuators 111 move in directions away from each other. The first connection portion 112 has protrusions (not shown) formed at both ends thereof in a direction intersecting the extending direction of the actuator 111. The second connection portions 113 are located between the protruding portions (not shown) of the first connection portions 112 facing each other on the right and left sides of the actuator 111, and they are structured to be coupled by flexible hinges.

제2 연결부(113)는 작동기(111)의 상측과 하측에 위치되는 것으로, 작동기(111)의 좌우 연장으로 제1 연결부(112)가 서로 멀어지는 방향으로 이동되면, 제1 연결부(112)와 제2 연결부(113)를 연결하는 유연힌지(114)는 케이블과 같은 기능을 수행하여 작동기(111)의 상하에 위치되는 제2 연결부(113)를 서로 멀어지는 방향으로 각각 상승 및 하강시키게 된다. 즉, 작동기(111)에 전압이 공급되어 작동기(111)가 좌우로 연장되면, 작동기(111)의 상측에 위치되는 제2 연결부(113)는 상승 운동을, 작동기(111)의 하측에 위치되는 제2 연결부(113)는 하강 운동을 한다. 제2 연결부(113)가 서로 멀어지는 방향으로 상하로 이동하면, 플랫폼(130)을 해당 변위만큼 상승시킬 수 있다. 또한, 플랫폼(130)을 지지하는 변위증폭기구(110)는 여러 개가 교차되어 적층되는 구조를 가지므로 각 변위증폭기구(110)의 이동 변위만큼 누적되어 플랫폼(130)의 운동을 형성한다.The second connection part 113 is located on the upper side and the lower side of the actuator 111. When the first connection part 112 is moved in the direction away from the first connection part 112 by the left and right extension of the actuator 111, The flexible hinge 114 connecting the two connection portions 113 functions as a cable so that the second connection portions 113 positioned on the upper and lower sides of the actuator 111 are moved up and down in directions away from each other. That is, when a voltage is supplied to the actuator 111 and the actuator 111 is extended to the left and right, the second connecting portion 113 positioned on the upper side of the actuator 111 moves the upward motion to the lower side of the actuator 111 The second connection portion 113 performs a downward movement. When the second connecting portions 113 move up and down in the direction away from each other, the platform 130 can be raised by the corresponding displacement. Since the displacement amplifying mechanism 110 supporting the platform 130 has a structure in which a plurality of units are stacked alternately, the movement of the platform 130 is accumulated by accumulating the displacement displacement of the angular displacement amplifying mechanism 110.

작동기(111)는 압전 소자로 형성된다. 압전 소자는 압전 효과를 가지는 소자를 의미하는데, 압전 효과란, 압전소자의 특수한 결정에 힘을 가하여 변형을 주면 그 표면에 전압이 발생하고, 결정에 전압을 가하면 변위나 힘이 발생하는 현상을 말한다. 압전 효과를 가지는 물질로는 수정, 전기석, 티탄, 산바륨 등이 있다. 압전 효과를 발생시키는 압전 소자는 위치제어 기술 분야에서 사용 가능하며, 정밀 제어 장치, 전기 음향 변환기, 초음파, 어군탐지기 및 초음파 진단 장치 등에 주로 이용된다. 작동기(111)는 좌우 측에는 제1 연결부(112)가 위치되고, 상하 측에는 제2 연결부(113)가 각각 위치된다.The actuator 111 is formed of a piezoelectric element. A piezoelectric element means a device having a piezoelectric effect. A piezoelectric effect refers to a phenomenon in which a stress is applied to a specific crystal of a piezoelectric element to generate a voltage, and a displacement or a force is generated when a voltage is applied to the crystal . Materials with piezoelectric effect include quartz, tourmaline, titanium, and barium sulfate. Piezoelectric elements that generate piezoelectric effects can be used in the field of position control technology, and are mainly used in precision control devices, electroacoustic transducers, ultrasonic waves, fish finders, and ultrasonic diagnostic devices. The actuator 111 has a first connecting part 112 on the right and left sides and a second connecting part 113 on the upper and lower sides, respectively.

작동기(111)는 도 3과 같이 직육면체의 형상을 가지고, 좌우에는 제1 연결부(112)가 결합되는 구조를 가진다. 작동기(111)는 직육면체의 형상 외에도 제1 연결부(112)를 좌우로 이동시키는 형상이라면, 그 형상은 특별한 제한이 없다. 도 3의 작동기(111)는 하나의 예를 나타낸다. 다만, 작동기(111)의 양 단에는 제1 연결부(112)가 결합되는바, 결합의 편의를 위해서는 제1 연결부(112)와 결합되는 부분은 평평하게 가공된다.The actuator 111 has a rectangular parallelepiped shape as shown in FIG. 3, and has a structure in which the first connection portions 112 are coupled to the right and left. The shape of the actuator 111 is not particularly limited as long as it is a shape that moves the first connection portion 112 in the left and right direction in addition to the shape of the rectangular parallelepiped. Actuator 111 of FIG. 3 represents one example. However, since the first connection part 112 is coupled to both ends of the actuator 111, the part coupled with the first connection part 112 is flattened for convenience of connection.

유연힌지(114)는 제1 연결부(112)와 제2 연결부(113) 사이에 위치되는 것으로 제1 연결부(112)의 사이에서 제2 연결부(113)가 지지되도록 한다. 유연힌지(114)는 금속을 재료로하여 형성될 수 있다. 유연힌지(114)는 도 3에서 보듯이, 제2 연결부(113)의 양 측에 위치되고, 얇은 판의 형상을 가진다. 작동기(111)가 좌우로 연장되면, 유연힌지(114)는 결합된 제1 연결부(112)에 의해 양측에서 당기는 힘을 받아 제2 연결부(113)에 전달하게 된다. 즉, 유연힌지(114)는 제2 연결부(113)를 양측에서 당겨 작동기(111)의 상측에 위치되는 제2 연결부(113)는 상승되고, 작동기(111)의 하측에 위치되는 제2 연결부(113)는 하강하게 된다. 이에 제2 연결부(113)는 작동기(111)를 기준으로 서로 멀어지는 방향으로 이동한다.The flexible hinge 114 is positioned between the first connection part 112 and the second connection part 113 so that the second connection part 113 is supported between the first connection parts 112. The flexible hinge 114 may be formed of a metal. As shown in Fig. 3, the flexible hinge 114 is located on both sides of the second connection portion 113 and has a thin plate shape. When the actuator 111 is extended to the left and right, the flexible hinge 114 receives the pulling force from both sides by the coupled first connection part 112 and transmits the force to the second connection part 113. That is, the flexible hinge 114 pulls the second connection part 113 from both sides to raise the second connection part 113 located on the upper side of the actuator 111, and the second connection part 113 are lowered. The second connecting portions 113 move in directions away from each other with reference to the actuators 111. [

변위증폭기구(110)에 포함되는 제1 연결부(112)와 제2 연결부(113) 및 유연힌지(114)는 금속 재료를 가공하여 형성되며, 제1 연결부(112), 제2 연결부(113) 및 유연힌지(114)를 각각 제작한 뒤 결합시키거나, 가공의 편의를 위해서 하나의 소자를 가공하여 한번에 형성시킬 수 있다. 제1 연결부(112)는 소자의 탄성 범위 내에서 작동기(111)의 양 단을 지지하게 된다.The first connection part 112, the second connection part 113 and the flexible hinge 114 included in the displacement amplification mechanism 110 are formed by processing a metal material. The first connection part 112, the second connection part 113, And the flexible hinge 114 may be formed and joined together, or one element may be formed and formed at one time for convenience of processing. The first connection part 112 supports both ends of the actuator 111 within the elastic range of the element.

도 4는 변위증폭기구(110)의 다른 예를 나타내고, 도 5는 작동기(111)의 연장으로 인한 제2 연결부(113)의 변위를 나타내는 도면이다.Fig. 4 shows another example of the displacement amplification mechanism 110, and Fig. 5 shows the displacement of the second connection portion 113 due to the extension of the actuator 111. Fig.

도 4에서 변위증폭기구(110)는 제2 연결부(113)가 총 4개 포함되는 구조를 가진다. 작동기(111)의 좌우 연장으로 제1 연결부(112)는 양 측으로 이동되고, 제1 연결부(112)의 이동으로 인해 제2 연결부(113)는 양쪽에서 잡아당기는 인장력을 받게 된다. 이때, 제1 연결부(112)와 가까운 쪽에 있는 제2 연결부(113)들은 제1 연결부(112)가 있는 방향으로의 변위 및 작동기(111)를 기준으로 상승 또는 하강하는 변위를 함께 가지게 된다. 다만, 중간에 위치하는 제2 연결부(113)는 상승 또는 하강하는 변위만을 가지게 될 것이다. 도 4에서의 변위증폭기구(110)는 본 발명에서 원하는 효과를 얻기 위한 하나의 가능한 구조이며, 제2 연결부(113)는 4개 이상으로 형성될 수 있을 것이다. In FIG. 4, the displacement amplifying mechanism 110 has a structure in which four second connecting portions 113 are included in total. The first connecting portion 112 is moved to the both sides by the left and right extension of the actuator 111 and the second connecting portion 113 is subjected to the tensile force pulling from both sides due to the movement of the first connecting portion 112. At this time, the second connection portions 113 near the first connection portion 112 have the displacements in the direction of the first connection portion 112 and the displacements of the up and down movements of the actuator 111 together. However, the second connecting portion 113 positioned in the middle will have only the upward or downward displacement. The displacement amplification mechanism 110 in FIG. 4 is one possible structure for obtaining a desired effect in the present invention, and the second connection portion 113 may be formed of four or more.

도 5는 작동기(111)의 좌우 연장으로 인한 제2 연결부(113)의 변위를 나타내는 도면이다. 변위증폭기구(110)에서 작동기(111)의 연장으로 제1 연결부(112)가 좌우로 변위되면, 제2 연결부(113)는 제1 연결부(112)와 연결된 유연힌지(114)에 의해서 당기는 힘을 받게된다. 따라서 제2 연결부(113)는 도 5에 나타낸 화살표와 같은 방향으로 힘을 받아 이동된다. 제2 연결부(113)의 변위로 인해 플랫폼(130)의 여러 운동의 구현이 가능하게 된다.5 is a view showing the displacement of the second connecting portion 113 due to the extension of the actuator 111 in the left-right direction. When the first connecting part 112 is displaced to the left or to the right by the extension of the actuator 111 in the displacement amplifying mechanism 110, the second connecting part 113 is in contact with the first connecting part 112, . Therefore, the second connection portion 113 is moved in a direction as shown by the arrow in FIG. The displacement of the second connection portion 113 enables the implementation of various motions of the platform 130. [

도 6은 변위증폭기구(110)가 적층되어 3개의 축을 형성하여 플랫폼(130)을 지지하는 구조로서 하나의 축이 상승되었을 때의 플랫폼(130)의 운동을 나타내는 도면이다.6 is a view showing the movement of the platform 130 when one shaft is lifted, in which the displacement amplification mechanism 110 is stacked to form three shafts to support the platform 130. As shown in FIG.

도 6에서 가장 좌측에 있는 변위증폭기구들(110)이 전압이 공급받으면, 각각의 적층된 변위증폭기구(110)는 서로 결합된 제2 연결부(113)를 통해서 플랫폼(130)을 상승시키는 힘을 전달하여 각 변위증폭기구(110)의 누적된 상승변위만큼 플랫폼(130)을 상승시키게 된다. 즉, 도 6은 플랫폼(130)을 지지하는 3개의 축 중에서 하나의 축이 플랫폼(130)을 상승시키는 과정을 보여준다. 플랫폼(130)을 지지하는 3개의 축 중에서 하나의 축이 플랫폼(130)을 일 측에서 상승시키게 되면, 플랫폼(130)은 일 측이 위로 들리게 되어 일정 각도만큼 기울어지는 회전 운동의 구현이 가능하다. 운용자는 플랫폼(130)을 원하는 방향으로 회전시키기 위해 선택적으로 변위증폭기구(110)에 전압을 공급하는 방법으로 플랫폼(130)의 회전 운동을 구현시킬 수 있다.6, when the displacement amplifier units 110 on the leftmost side are supplied with a voltage, each stacked displacement amplifying mechanism 110 applies a force for raising the platform 130 through the second connection unit 113 coupled to each other And lifts the platform 130 by the cumulative elevation displacement of each displacement amplification mechanism 110. That is, FIG. 6 shows a process in which one of three axes supporting the platform 130 lifts the platform 130. When one of the three axes supporting the platform 130 lifts the platform 130 from one side, the platform 130 can be lifted up one side to realize a rotational motion that is inclined by a certain angle . The operator can implement rotational motion of the platform 130 in a manner that selectively supplies voltage to the displacement amplification mechanism 110 to rotate the platform 130 in a desired direction.

도 7은 플랫폼(130)을 지지하는 3개의 축 중에서 2개의 축이 상승하여 플랫폼(130)의 회전을 구현하는 것을 나타내는 도면이다. 플랫폼(130)을 지지하는 3개의 축 중에서 2개의 축을 형성하는 변위증폭기구들(110)에 전압을 공급하게 되면, 도 6과는 다른 플랫폼(130)의 회전 운동을 구현시킬 수 있게 된다. 따라서 장비 운용자는 플랫폼(130)을 원하는 방향으로 회전시키기 위해 선택적으로 2개의 축을 이루는 변위증폭기구들(110)에 전압을 공급하는 방법으로 플랫폼(130)의 또 다른 회전 운동을 구현시킬 수 있다.7 is a view showing that two of three axes supporting the platform 130 are elevated to implement the rotation of the platform 130. Fig. When the voltage is supplied to the displacement amplifier units 110 forming two axes of the three axes supporting the platform 130, it is possible to implement the rotational motion of the platform 130 different from that of FIG. Thus, the equipment operator can implement another rotational motion of the platform 130 by supplying voltage to the displacement amplifier units 110, which are optionally two axes, to rotate the platform 130 in a desired direction.

도 8은 플랫폼(130)을 지지하는 3개의 축들이 상승하여 플랫폼(130)의 운동을 구현하는 것을 나타내는 도면이다. 플랫폼(130)을 지지하는 플랫폼(130)을 지지하는 3개의 축을 형성하는 변위증폭기구들(110) 전부에 전압을 공급하게 되면, 도 5 및 도 6과는 다른 플랫폼(130)의 운동을 구현시킬 수 있다. 즉, 플랫폼(130)을 지지하는 변위증폭기구들(110) 모두에 전압을 공급하게 되면, 플랫폼(130)을 위로 상승시키는 병진운동의 구현이 가능하다. 여기서 플랫폼(130)의 병진운동의 거리는 적층된 변위증폭기구(110)의 갯수에 의해서 정해지게 될 것이다. 장비 운용자는 플랫폼(130)을 상승 혹은 하강하는 병진운동을 구현하기 위해 3개 축을 이루는 변위증폭기구들(110)에 모두에 전압을 공급하다 제거하는 방법을 통해서 원하는 플랫폼(130)의 운동을 구현시킬 수 있다.8 is a view showing that three shafts supporting the platform 130 are lifted to implement movement of the platform 130. Fig. When voltage is supplied to all of the displacement amplifier units 110 forming the three shafts supporting the platform 130 supporting the platform 130, the movement of the platform 130 different from those of FIGS. 5 and 6 . That is, when voltage is supplied to both of the displacement amplifier units 110 supporting the platform 130, it is possible to realize a translational motion that raises the platform 130 upward. Here, the distance of translational movement of the platform 130 will be determined by the number of the stacked displacement amplifying mechanisms 110. The equipment operator implements the motion of the desired platform 130 through a method of supplying voltage to all of the three axes of the displacement amplifier units 110 to implement the translational motion of raising or lowering the platform 130 .

도 9는 본 발명이 대상체(10)에 결합된 본 발명을 나타내는 도면이다. 플랫폼(130)을 지지하는 변위증폭기구들(110) 중 가장 아래에 있는 변위증폭기구(110)의 일 측에는 힌지결합부(115)가 존재한다. 정밀 스테이지(100)는 힌지결합부(115)를 통해서 대상체(10)의 일 측과 힌지 결합되어 고정된다.9 is a view showing the present invention in which the present invention is bonded to a target body 10. Fig. A hinge coupling part 115 is provided on one side of the displacement amplification mechanism 110 which is the lowest one of the displacement amplifier devices 110 supporting the platform 130. The precision stage 100 is hingedly coupled to one side of the object 10 via a hinge coupling part 115. [

이상에서 설명한 정밀 스테이지는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들의 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.The precise stage described above is not limited to the configuration and the method of the embodiments described above, but all or some of the embodiments may be selectively combined so that various modifications of the embodiments can be made.

10: 대상체 100: 정밀 스테이지
110: 변위증폭기구 111: 작동기
112: 제1 연결부 113: 제2 연결부
114: 유연힌지 120: 볼조인트
130: 플랫폼10: object 100: precision stage
110: displacement amplification mechanism 111: actuator
112: first connection part 113: second connection part
114: Flexible hinge 120: Ball joint
130: Platform

Claims

Comprising two or more displacement amplifier segments that support the platform and are stacked in a crossing manner,
Each of the displacement amplifier units includes:
An actuator formed of a piezoelectric element and extending in a direction in which both ends of the piezoelectric element are separated from each other by a voltage;
A first connecting portion located at both left and right ends of the actuator and having protrusions formed in a direction intersecting the extending direction of the actuator; And
And a plurality of second connection portions located between the protrusions facing each other and operating the platform while receiving a force in a direction intersecting the extending direction of the actuator with the extension of the actuator, .

The method according to claim 1,
Wherein the displacement amplifier assemblies are coupled to the platform at spaced apart locations and operate independently of each other to translate the platform or to tilt the platform by a predetermined angle.

The method according to claim 1,
Wherein the displacement amplifier means includes a ball joint coupled to the second connection,
The ball joint includes:
A column positioned in a direction perpendicular to an upper end of a surface on which the displacement amplifier units are superimposed; And
And a ball supported by said post and having the shape of a sphere to move said platform along a surface.

The method according to claim 1,
And both ends of the second connection portion are connected to the protrusion by a flexible hinge having elasticity.

5. The method of claim 4,
Wherein the first connection portion, the second connection portion, and the flexible hinge are formed by integrally molding one element.

6. The method of claim 5,
Wherein the first connection supports both ends of the actuator within an elastic range of the device.

The method according to claim 1,
Wherein the plurality of displacement amplifier units stacked in the mutually intersecting manner form one structure to support the platform, and the structure operates integrally with the supply of power, and is at least one or more than one.

The method according to claim 1,
Wherein one end of the displacement amplifying mechanism is coupled and fixed to the coupling target body through a hinge joint.