KR101683870B1 - 선형 이송 장치 - Google Patents

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KR101683870B1
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곽기웅
김기웅
김두송
서형식
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디씨티 주식회사
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Abstract

선형 이송 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 이송 장치는 리니어 모터 구동방식의 선형 이송 장치로서, 안내레일, 안내레일을 따라 왕복 이동 가능하게 배치된 반송모듈, 안내레일에 소정간격으로 배치되고 반송모듈의 영구자석과 상호 작용하는 코일부와 복수의 홀센서가 실장된 홀센서 모듈을 포함하는 코일모듈, 코일부 양쪽의 홀센서 모듈이 보내는 2개의 신호 중 조건에 맞는 하나의 홀센서 모듈 신호를 선택하여 단일 출력선을 통해 출력하는 신호 선택 모듈 및 신호 선택 모듈의 출력 값을 피드백하여 상기 코일부에 입력되는 전류를 제어하는 구동드라이버를 포함하며, 홀센서 모듈은 극성이 같은 영구자석 간 거리(Pole pitch)의 정수배의 간격으로 상기 코일부 양쪽에 이격 배치되는 것을 구성의 요지로 한다.

Description

선형 이송 장치{LINEAR TRANSFER APPARATUS}
본 발명은 선형 이송 장치에 관한 것으로, 영구자석의 자기장과 코일의 전류가 교차되면서 발생하는 로렌츠(Lorentz)의 힘을 이용하여 운반대에 실린 물품을 임의 위치에서 목표 위치로 이동시키는 선형 이송 장치에 관한 것이다.
통상적으로 반도체 설비 등에는 공정 별 연속된 처리를 위해 소정의 처리가 실시된 처리 대상물을 다른 공간으로 이동시키는 이송 장치가 사용된다. 예컨대, LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), LED(Light Emitting Diode), OLED(Organic Light Emitting Diode) 등의 제조에 사용되는 기판은 표면에 박막을 형성하는 등 여러 단계에 걸친 소정의 처리 공정이 필요하며 이를 위해 기판 이송 장치가 사용된다.
종래부터 반도체 공정 등에서는 프리 플로우 컨베이어(Free Flow Conveyor) 타입의 이송장치를 사용하였다. 그러나 표면 스크래치나 미세한 입자(particle)의 부착 등에 따른 품질 저하 및 이송 시 발생하는 진동에 의해 이송 대상물품, 즉 기판이 손상되거나 물품의 정렬상태가 틀어지는 문제가 지적되었다.
이에 리니어 모터(linear motor; LM) 메커니즘을 이용한 이송 장치가 개발되었다. 리니어 모터(linear motor; LM) 방식의 이송장치는, 안내레일을 따라 왕복 이동 가능하게 장착되어 있는 대차를 리니어 모터 원리로 구동함으로써, 상기 대차에 실린 물품을 임의의 위치에서 목표 위치로 기판 손상이나 정렬상태의 틀어짐 없이 이동시킬 수 있는 장점이 있다.
리니어 모터(linear motor; LM) 이송 장치는, 반송 경로를 따라 배치된 안내레일과, 안내레일을 따라 왕복 이동 가능하게 배치되는 대차를 구비하며, 대차에는 복수의 영구자석을 극성이 교번되게 배열되고, 안내레일에는 영구자석과 마주하도록 코일부가 배치되되, 대차의 위치와 속도를 감지할 수 있도록 안내레일에는 다수의 센서를 나열시킨 구성을 이루고 있다.
종래 기술로서 한국공개특허 제2012-0019298호(선행특허문헌 1)에는 '리니어 모터를 이용하는 반송 장치 및 반송 장치 제어 방법'이라는 명칭으로 위와 같은 리니어 모터 방식 이송장치가 개시되어 있다. 이와 같은 선행특허문헌 1에 개시된 발명은 코일부의 중심으로부터 미리 정한 거리만큼 이격된 상태로 한 쌍의 센싱부를 배치시킨 것을 특징으로 한다.
그러나 상기 선행특허문헌 1의 기술은, 시스템 전원을 ON/OFF 시킬 때마다 복수의 대차를 정렬시키는 시스템 원점 작업을 필요로 하기 때문에, 점검 또는 보수 후 시스템 재기동에 상당한 시간과 번거로움이 수반되는 문제가 있으며, 제어를 위한 별도의 서버(통합관리소프트웨어)가 필요함에 따라 시스템 개발에 많은 기간과 비용이 소요되는 문제가 있다.
또한, 센싱부의 스위칭(Mux 기능) 시 서버가 없으면 불가능한 구조이며, 설치 환경이나 설계 요구에 따라 코일부를 추가하거나 변경하고자 하는 경우 소프트웨어에서의 전체 코일부의 위치와 센서의 간격을 캘리브레이션(calibration) 하는 작업이 반드시 요구되는 등 조건에 따라 시스템 구축에 곤란함이 수반된다.
한국 공개특허 제2012-0019298호(공개일 2012. 03. 06, 주식회사 져스텍)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 시스템 전원 ON/OFF시 별도의 원점(대차의 정렬) 작업 없이 바로 연속 운전이 가능하며, 코일모듈의 추가 및 변경에 따른 추가 작업이 필요치 않으며 설치 환경에 따라 다양한 배치 및 구성이 가능한 선형 이송 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 제어대상 대차(반송모듈)가 코일 밖에 위치하는 경우에도 이웃하는 코일모듈의 홀센서 모듈과 홀센서 어레이모듈의 정보를 조합하여 정확한 위치 파악이 가능하며, 코일면적의 손실을 최소화하면서도 코일의 효율적인 배치를 도모할 수 있는 선형 이송 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 복수의 대차를 동시 또는 연속적으로 제어할 수 있으며, 이를 통해 시스템의 작동시간을 줄여 생산성과 효율성을 극대화할 수 있는 선형 이송 장치를 제공하고자 하는 것이다.
과제의 해결 수단으로서 본 발명의 실시 예에 따르면,
리니어 모터 구동방식의 선형 이송 장치로서,
안내레일;
상기 안내레일을 따라 왕복 이동되는 운반대와, 운반대에 교대로 실장되는 N극과 S극의 영구자석들을 포함하는 반송모듈;
상기 안내레일에 소정간격으로 배치되며, 상기 영구자석과 상호 작용하는 코일부와, 복수의 홀센서가 실장된 홀센서 모듈을 포함하는 코일모듈;
상기 코일부 양쪽의 홀센서 모듈이 보내는 2개의 신호 중 조건에 맞는 하나의 홀센서 모듈 신호를 선택하여 단일 출력선을 통해 출력하는 신호 선택 모듈; 및
상기 신호 선택 모듈의 출력 값을 피드백하여 상기 코일부에 입력되는 전류를 제어하는 구동드라이버;를 포함하며,
상기 홀센서 모듈은 극성이 같은 영구자석 간 거리(Pole pitch)의 정수배의 간격으로 상기 코일부 양쪽에 이격 배치되며,
각 코일모듈에 대응하여 상기 신호 선택 모듈과 구동드라이버가 하나씩 배치된 것을 특징으로 하는 선형 이송 장치를 제공한다.
여기서, 서로 인접한 두 코일모듈 사이의 거리(Lcm1)는 상기 영구자석들이 구성하는 자석열의 길이(Lmg1)와 같거나 작게 형성될 수 있다.
또한, 상기 코일모듈의 길이(Lcm2)는 둘 이상의 운반대가 서로 붙어 있을 경우 두 운반대의 전단과 후단에서 가장 근접한 영구자석 사이의 거리(Lmg2)보다 작고, 상기 영구자석들이 구성하는 자석열의 길이(Lmg1)와 같거나 작은 길이로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 홀센서 모듈을 구성하는 홀센서는, 상기 영구자석의 극성 변화를 감지하는 둘 이상의 제1 센서들로 구성된 제1 센서군과, 상기 제1 센서군 양쪽에 배치되어 상기 영구자석의 진입 및 통과를 감지하는 둘 이상의 제2 센서들로 구성된 제2 센서군과, 상기 제1 센서들 사이에 엇갈리게 배치되며 상기 영구자석의 극성 변화를 감지하여 엔코더(Encoder)값으로 변환하는 제3 센서들로 구성된 제3 센서군으로 구성될 수 있다.
이때, 상기 제1 센서군의 제1 센서들은 영구자석 감지 시 출력되는 전기적 신호가 120˚의 위상차를 두고 출력되도록 배치하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제3 센서군의 제3 센서들은 영구자석 감지 시 출력되는 전기적 신호가 90˚의 위상차를 두고 출력되도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1 센서군 양쪽의 제2 센서군에 영구자석이 모두 감지된 때 홀센서 모듈이 온(ON)되고 제1 센서군, 제3 센서군 센서들의 신호를 출력하는 구성일 수 있다.
또한, 코일부 양쪽의 홀센서 모듈이 동시에 온(ON)되면 반송모듈의 진행방향 쪽에 위치한 홀센서 모듈의 출력신호를 신호 선택 모듈이 제어신호로 출력하는 구성일 수 있다.
또한 본 발명은, 상기 코일모듈 위의 반송모듈의 위치와 2개의 반송모듈의 배치의 유무를 판단하기 위해 상기 코일부 인접 측부에 코일부 길이방향을 따라 단열 또는 복수열로 일정 간격으로 배치되는 복수의 홀센서를 구비한 홀센서 어레이 모듈;을 더 포함할 수 있다.
바람직한 다른 실시 예로서, 홀센서 모듈의 상기 코일모듈에 신호 선택 모듈을 일체로 구성하여 코일모듈에 신호 선택 기능을 부가함으로써, 별도의 신호 선택 모듈의 사용을 배제할 수도 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 코일부 양 끝단에 홀센서 모듈이 배치됨에 따라, 코일부 진입 전 코일부 밖에 반송모듈이 위치하는 경우에도 정확한 위치 파악이 가능하며, 따라서 코일모듈과 반송모듈이 겹쳐지는 순간부터 이송을 제어할 수 있음은 물론, 코일부의 사용효율을 높일 수 있어 전력 소모를 줄일 수 있고 코일부를 효율적으로 배치하여 사용할 수 있다.
또한, 코일부 측부에 코일부 길이방향으로 일정 간격에 걸쳐 배치되는 복수의 홀센서를 구비한 홀센서 어레이 모듈로 인하여, 반송모듈이 코일부에 진입한 경우에도 반송모듈의 정확한 위치 파악이 가능하며, 이에 따라 복수의 대차를 동시 또는 연속적으로 제어할 수 있으며, 이를 통해 시스템의 작동시간을 줄여 생산성과 효율성을 극대화할 수 있다.
또한, 홀센서 어레이 모듈이 적용됨에 따라, 시스템의 전원 ON/OFF시 별도의 원점(반송모듈의 정렬) 작업을 진행할 필요 없이 즉시 연속 운전이 가능하다는 장점이 있으며, 안내레일에 소정 간격으로 배치된 코일모듈에 대응하여 배치된 구동드라이버가 각각의 코일모듈을 직접 제어함으로써, 구동 정확성과 정밀도가 높다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 선형 이송 장치의 전체적인 구성을 개략 도시한 개략도.
도 2a는 도 1에서 반송모듈과 코일모듈을 발췌 도시한 도면.
도 2b는 도 2의 홀센서 어레이 모듈을 구성하는 홀센서의 간격과 두 반송모듈의 가장 인접한 영구자석 간 간격 사이의 관계를 설명하기 위한 도면.
도 3은 반송모듈의 영구자석 사이의 간격과 코일모듈의 길이 사이의 관계, 자석열의 길이와 코일모듈의 길이 사이의 관계 등을 설명하기 위한 도면.
도 4는 도 1에 도시된 코일모듈의 홀센서 모듈을 확대 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 선형 이송 장치 작동 시 홀센서 모듈 상태에 따른 신호 선택 모듈 출력 조건을 나타낸 도면이다
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 선형 이송 장치의 전체적인 구성을 개략 도시한 개략도.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성에 대해서는 그 상세한 설명은 생략하며, 또한 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 소지가 있는 구성에 대해서도 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 선형 이송 장치의 전체적인 구성을 개략 도시한 개략도이며, 도 2a는 도 1에서 반송모듈과 코일모듈을 발췌 도시한 도면이다. 그리고 도 2b는 도 2의 홀센서 어레이 모듈을 구성하는 홀센서의 간격과 두 반송모듈의 가장 인접한 영구자석 간 간격 사이의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 2a를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 선형 이송 장치는, 운반 대상물(이하, '물품'이라 함)이 탑재(loading)되는 반송모듈(30), 반송모듈(30)이 이동할 수 있도록 이동 경로를 형성하는 안내레일(20), 안내레일(20)을 따라 반송모듈(30)이 움직일 수 있게 하는 코일모듈(40) 및 코일모듈(40)의 피드백 제어를 위한 신호 선택 모듈(50)과 구동드라이버(60)를 포함한다.
안내레일(20)은 물품의 이송 경로를 따라 배치된 레일(rail)이다. 안내레일(20)은 소정의 처리를 위한 공정상의 장치 배열에 따라 그 형태가 달라질 수 있어 어떤 특정 형태로 한정되지 않는다. 즉 다양한 이송 경로의 형태에 따라 직선형, 곡선형, 분기형 및 이들의 조합으로 구현되는 형태 등 다양한 형태로 구성될 수 있다.
반송모듈(30)은 상기 안내레일(20)을 따라 왕복 운동하는 이동체이다. 반송모듈(30)은 비자성체 재질의 운반대(32)와, 운반대(32) 하부면에 실장되는 복수의 영구자석(34)을 포함한다. 운반대(32)에는 운반대(32)상 물품이 안정적으로 탑재될 수 있는 탑재면이 형성되며, 영구자석(34)은 코일모듈(40)과의 상호작용을 통해 반송모듈(30)이 이동할 수 있는 힘이 발생되도록 한다.
운반대(32)에는 물품이 이송 중 이탈하거나 그 정렬상태가 틀어지지 않도록 정렬수단이 구비될 수 있으며, 영구자석(34)은 N극과 S극이 교대로 배열되는 상태로 상기 운반대(32) 하부면에 직선형태로 소정 간격을 두고 실장된다. 운반대(32)는 운반대(32)상 물품 탑재에 유리한 직사각 판상체 구조가 바람직하지만 물품에 따라 달라질 수 있어 형상적인 제한은 없다.
영구자석(34)은 번갈아 가면서 교대로 배치되는 N극과 S극이 직선상의 자석열(33)을 이루도록 배열되며, 크기가 같은 정사각 또는 직사각형 모양으로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 시계 또는 반시계 방향으로 임의의 각도(코깅을 최소화할 수 있는 특정각도)로 기울어진 대략 마름모 형태로 구성되어 반송모듈(30)의 이동을 부드럽게 할 수도 있다.
코일모듈(40)은 반송모듈(30)의 이동을 위한 구동부 역할을 한다. 또한 안내레일(20) 상에서의 반송모듈(30)의 움직임을 감지한다. 코일모듈(40)은 자석열(33)의 길이에 따라 정해지는 간격으로 안내레일(20)에 설치되며, 전원 공급 시 영구자석(34)과 상호 작용하는 코일부(42)와, 영구자석(34)의 이동을 감지하는 복수의 홀센서가 실장된 홀센서 모듈(44-1)(44-2)을 포함한다.
움직이는 운반대(32)에 실장된 영구자석(34)이 리니어 모터의 이동자(mover)로서 기능하고 안내레일(20)에 설치된 상기 코일부(42)가 고정자(stator)로서 기능한다. 따라서 전류 인가 시 코일부(42)가 발생시키는 전기장과 영구자석(34)의 자기장 간 상호 작용으로 발생하는 힘(로렌츠의 힘)에 의해 안내레일(20)을 따라 운반대(32)가 이동한다.
홀센서 모듈(44-1)(44-2)은 상기 반송모듈(30)의 위치와 이동을 감지하고, 감지된 신호를 신호 선택 모듈(50)을 통해 구동드라이버(60)에 전달함으로써 코일모듈(40) 피드백 제어를 위한 신호가 생성될 수 있도록 한다. 홀센서 모듈(44-1)(44-2)은 코일부(42) 양쪽에 하나씩 배치되되, 반송모듈(30)의 같은 극성의 영구자석(34) 간 거리(Pole pitch)의 정수배 간격으로 코일부(42) 양쪽에 배치될 수 있다.
하나의 홀센서 모듈(44-1)(44-2)에는 소정 간격으로 배열되는 복수의 홀센서들에 의해 기능이 서로 다른 센서군(도 6 참조)을 형성한다. 본 발명에서 상기 센서군은 영구자석(34)의 극성 변화를 감지하는 센서군(45)과, 영구자석(34)의 진입과 통과를 감지하는 센서군(46a, 46b)과, 엔코더 신호로 사용될 아날로그 신호를 출력하는 센서군(47)으로 구분될 수 있다.
안내레일(20) 상에서의 코일모듈(40) 사이의 간격은, 반송모듈(30)이 안내레일(20)을 따라 이동할 때 영구자석(34)들과 코일부(42)가 마주하는 면적이 항상 동일하게 유지되는 간격일 수 있다. 즉 코일모듈(40)에서 벗어나면서 줄어드는 코일부(42)와 영구자석(34) 간 대면 면적만큼 다른 코일모듈(40)에 진입하면서 늘어나는 대면 면적이 항상 같게 유지되는 간격으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 반송모듈(30)이 도 3의 좌측에서 우측으로 이동할 때, 반송모듈(30)의 이동방향을 기준으로 영구자석(34)이 후방 코일모듈(40)로부터 벗어나면서 줄어드는 대면 면적(코일부와 영구자석이 마주하는 면적)만큼, 전방 코일모듈(40)에 진입하면서 늘어나는 대면 면적이 같아지도록 안내레일 상에 배열되는 코일모듈(40) 사이의 간격을 설정할 수 있다.
영구자석(34)과 안내레일(20)에 배치된 상기 코일부(42)의 마주하는 면적이 항상 같게 유지되면, 전류 인가 시 코일부(42)와 영구자석(34) 간 상호 작용으로 발생하는 로렌츠의 힘 즉, 반송모듈(30)을 이송시키는 힘이 전구간에 걸쳐 균일하게 유지되므로, 결국 전구간에 걸쳐 일정한 힘과 속도로 반송모듈(30)이 안내레일을 따라 안정적인 직선운동을 할 수 있다.
한편, 신호 선택 모듈(50)은 홀센서 모듈(44-1)(44-2)이 감지한 신호를 전달 받아 상기 구동드라이버(60)에 전달한다. 구체적으로, 하나의 코일모듈(40)을 이루는 코일부(42) 양쪽의 홀센서 모듈(44-1)(44-2)이 보내는 2개의 신호 중 조건에 맞는 하나의 홀센서 모듈(44-1 또는 44-2)의 신호를 선택하고 단일 출력선을 통해 상기 구동드라이버(60)에 전달한다.
신호 선택 모듈(50)이 출력한 신호에 기초해 구동드라이버(60)는 코일부(42)에 입력되는 전류를 제어한다. 구동드라이버(60)는 신호 선택 모듈(50)의 출력 값에 대응하여 코일부(42)에 보내게 될 전류 값을 연산 출력하되, 각 코일모듈(40)에 대응하여 신호 선택 모듈(50)과 구동드라이버(60)가 하나씩 배치됨으로써 각 코일모듈(40)의 코일부(42) 전류 제어는 독립적으로 이루어진다.
도 2a와 같이, 코일부(42)의 인접 측부에 홀센서 어레이 모듈(48)이 설치될 수도 있다. 홀센서 어레이 모듈(48)은 상기 코일모듈(40) 위의 반송모듈의 위치와 개수를 판단하기 위해 상기 코일부(42) 인접 측부에 코일부 길이방향을 따라 단열 또는 복수열로 일정 간격으로 배치되는 복수의 홀센서(480a~480e)를 구비한다.
코일모듈(40)의 크기와 길이에 따라 홀센서(480a~480e)의 간격과 개수, 배열 상태가 달라질 수 있으나, 하나의 코일부(42) 위에 다른 반송모듈의 영구자석이 동시에 감지되더라도 서로 다른 반송모듈의 영구자석인 것으로 인식 가능하도록, 홀센서 간 간격(L5)이 적어도 다른 두 개의 운반대(32)가 서로 붙어 이동하는 경우 두 운반대(32)의 가장 근접한 영구자석(34) 사이의 거리(L4)보다 작기만(L4>L5) 하면 된다(도 2b 참조).
홀센서 어레이 모듈(48)을 구성하는 상기 홀센서(480a~480e)들은 코일부(42) 위에 위치한 영구자석(34)을 검출하고 해당 검출 신호를 구동 드라이버(60)에 전달하며, 홀센서 어레이 모듈(48)에 의하여 하나의 코일부(42) 위에 다른 반송모듈의 영구자석이 동시에 감지되더라도 서로 다른 반송모듈의 영구자석인 것으로 인식이 가능하여 충돌 없는 동시 구동 제어가 가능하다.
또한, 홀센서 어레이 모듈(48)을 통해 코일부(42) 위의 영구자석(34)이 어디에 위치하는지 정확한 파악이 가능하며, 따라서 목표하는 위치에 보다 정확하게 반송모듈(30)을 위치시키는 정밀 제어가 행해질 수 있고, 마찬가지로 반송모듈이 서로 근접한 상태로 움직이더라도 상호 충돌 위험을 없앨 수 있고 동시 구동이 가능해진다.
코일부(42) 양쪽에 위치한 홀센서 모듈(44-1)(44-2)만을 통하여 영구자석의 진입 유무를 판단할 경우, 코일부(42) 위에 영구자석(34)이 위치하여 홀센서 모듈이 온(ON)된 때 코일모듈이 해당 자석을 구동 가능한지의 파악이 불가능하지만, 홀센서 어레이 모듈(48)이 적용되면 코일부(42) 위의 영구자석(34)이 구동 가능한 상태인지 판단하는 것 역시 가능해진다.
이하 반송모듈의 영구자석 사이의 간격과 코일모듈의 길이 사이의 관계, 자석열의 길이와 코일모듈의 길이 사이의 관계 등에 대해 도 3을 참조하여 살펴보기로 하되, 이하 설명될 조건은 홀센서 어레이 모듈의 사용을 배제한 실시 예인 경우에 있어 적용되는 조건으로서, 홀센서 어레이 모듈 사용 시에는 적용되지 않는 조건임을 밝혀둔다.
도 3은 반송모듈과 코일모듈의 위치 및 거리 관계를 보여주기 위한 도면이다.
안내레일(20) 상의 하나의 코일모듈(40)은 한 개의 반송모듈(30)을 제어할 수 있도록 배치될 수 있다. 코일모듈(40)이 반송모듈(30)을 움직이기 위해서는 구동드라이버(60)가 상기 코일모듈(40)에 공급되는 전류를 제어 해야 하는데, 전류를 제어하기 위해서 필요한 정보를 홀센서 모듈(44-1)(44-2)에서 제1 쎈서 값(U, V, W 신호로 영구자석의 위치를 파악)과 제3 센서 값(현재 위치를 파악하여 피드백 신호로 사용)을 사용한다.
코일모듈(40)의 양쪽 홀센서 모듈(44-1)(44-2)에 서로 다른 반송모듈(30-1, 30-2)의 영구자석(34)이 감지된다면 홀센서의 값이 각각 다르게 출력되고 구동드라이버(60)는 하나의 신호만을 받아서 제어하기 때문에, 두 개의 반송모듈(30-1, 30-2)을 동시에 정상적으로 제어하는 것은 불가능하다. 때문에 자석열의 길이에 따라 코일모듈(40)의 배치간격을 조절하여 코일모듈(40) 위에 서로 다른 2개의 반송모듈(30-1, 30-2)이 배치되지 않도록 한다
이를 만족시키는 조건(홀센서 어레이 모듈 비사용 시 조건)은 구체적으로 도 3과 같다.
하나의 코일모듈(40)을 구성하는 홀센서 모듈(44-1)(44-2)은 같은 극성의 영구자석(34) 간 거리(Pole pitch, 예컨대 N극의 영구자석(34)과 N극의 영구자석(34) 사이의 거리, 2n)의 정수배(2n*N)의 간격으로 상기 코일부(42) 양쪽에 이격 배치되도록 한다. 또한 코일모듈(40)과 코일모듈(40) 사이의 거리(Lcm1)는 자석열의 길이(Lmg1)와 같거나 작게 형성한다.
하나의 코일모듈(40)의 길이(Lcm2)는 다른 두 개의 운반대(32)가 안내레일(20) 상에서 서로 붙어 있는 경우(인접한 두 개의 운반대(32)의 전단과 후단이 서로 접한 경우) 두 운반대(32)의 가장 근접한 영구자석(34) 사이의 거리(Lmg2)보다 작고, 상기 영구자석(34)들이 구성하는 자석열의 길이(Lmg1)와 같거나 작은 길이로 형성한다.
홀센서 어레이 모듈(48)을 사용 시에는 상기 홀센서 어레이 모듈(48)을 통해 하나의 코일모듈 상에 두 개의 반송모듈이 동시에 위치하더라도 다른 반송모듈로서 인식될 수 있으므로, 상호 접한 두 개의 운반대(32)의 가장 근접한 영구자석(34) 사이의 거리(Lmg2) 및 자석열의 길이(Lmg1)에 대하여 코일모듈(40)의 길이(Lcm2)를 특정하는 위 조건은 생략될 수 있다.
다음 홀센서 모듈의 구성에 대해 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 도 1에 도시된 코일모듈의 홀센서 모듈을 확대 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 홀센서 모듈(44-1)(44-2)에 적용된 복수의 홀센서는 세 개의 센서군으로 구분된다.
본 발명에 적용된 세 개의 센서군은, 영구자석(34)의 극성 변화를 감지하는 제1 센서군(45)과, 제1 센서군(45)의 양쪽에 배치되어 영구자석(34)의 진입과 통과를 감지하는 제2 센서군(46a, 46b)과, 영구자석(34)의 극성 변화를 감지하며 엔코더 신호로 사용될 아날로그 신호를 출력하는 제3 센서군(47)일 수 있다.
제1 센서군(45)은 영구자석(34)의 극성 변화를 감지하는 둘 이상, 바람직하게는 세 개의 제1 센서(450a~450c)들로 구성되며, 제2 센서군(46a, 46b)은 영구자석(34)의 진입과 통과를 감지하기 위해 제1 센서군(45) 양쪽에 각각 두 개씩 배치된 제2 센서(460a, 460b)로 구성된다. 그리고 제3 센서군(47)은 상기 제1 센서군(45)을 구성하는 제1 센서(450a~450c)들 사이에 사선방향으로 엇갈리게 배치되는 제3 센서(470a, 470b)들로 구성된다.
제1 센서군(45)의 제1 센서(450a~450c)는 영구자석 감지 시 출력되는 전기적 신호가 120˚의 위상차를 두고 출력되도록 배치될 수 있다. 제2 센서군(46a, 46b)과 제1 센서군(45)의 간격이 제1 센서군(45)을 구성하는 제1 센서(450a~450c) 사이의 간격 이상의 거리만큼 이격되도록 제1 센서군(45)의 양쪽에 제2 센서군(46a, 46b)이 배치될 수 있으며, 이때 전술한 바와 같이 한 쪽당 두 개의 제2 센서(460a, 460b)가 배치될 수 있다.
제1 센서군(45)과 제3 센서군(47)은 상기 제1 센서군(45) 양쪽에 배치된 상기 제2 센서군(46a, 46b)의 제2 센서(460a, 460b)들 모두에 영구자석(34)이 감지된 때에만 신호를 출력한다. 바꿔 말해, 반송모듈(30)이 홀센서 모듈(44-1)(44-2)에 진입하거나 홀센서 모듈(44-1)(44-2)로부터 벗어나는 경우 어느 한쪽의 제2 센서군(46a 또는 46b)의 제2 센서(460a, 460b)에만 영구자석(34)이 감지된 때에는 제1 센서군(45)과 제3 센서군(47)은 신호를 출력하지 않는다.
즉 제1 센서군(45) 양쪽의 제2 센서군(46a, 46b)에 영구자석(34)이 모두 감지되어 온(ON) 신호를 발생시키는 동안에만 해당 홀센서 모듈(44-1 또는 44-2)은 온(ON)되며, 이에 따라 제1 센서군(45)과 제3 센서군(47)의 센서들이 영구자석(34)의 극성 변화를 감지하며, 감지된 극성 변화 정보는 신호 선택 모듈을 통해 구동드라이버(60)에 전달된다.
제2 센서(460a, 460b)를 두 개씩 배치한 이유는, 영구자석(34) 진입 시 ON신호를 발생시키고 영구자석(34) 통과 시 신호가 OFF되는 회로를 구현하기 위한 것이다. 제2 센서(460a, 460b)는 N극에서 S극으로 스위칭 되는 순간 OFF신호를 발생하게 되는데, 일정 거리에 같은 센서를 하나 더 배치하여 두 개의 센서신호를 엔드(AND)조건으로 묶어 사용함으로써 ON신호가 유지될 수 있도록 한 것이다.
한편, 도 5는 홀센서 모듈 상태에 따른 신호 선택 모듈 출력 조건을 나타낸 도면이다.
도 5의 (a)와 같이, 코일부(42) 한 쪽의 홀센서 모듈(44-1)만이 온(ON)된 경우 신호 선택 모듈(50)은 해당 홀센서 모듈(44-1)이 출력하는 신호를 구동드라이버(60)에 전달하며, 도 7의 (b)처럼 양 쪽의 홀센서 모듈(44-1)(44-2)이 동시에 온(ON)된 경우 신호 선택 모듈(50)은 코일부(42) 전류 제어에 있어 혼선을 방지하기 위해 둘 중 하나의 홀센서 모듈(44-1)(44-2)이 출력하는 신호를 구동드라이버(60)에 전달한다.
바람직하게는, 반송모듈(30)이 코일모듈(40)에서 벗어나는 마지막 순간까지 코일부(42)에 대한 전류 제어가 가능하도록, 도 5의 (b)와 같이 양 쪽의 홀센서 모듈(44-1)(44-2)이 동시에 온(ON)된 경우 신호 선택 모듈(50)은, 둘 중 반송모듈(30)의 진행방향 쪽에 위치한 홀센서 모듈(44-2)이 출력하는 신호를 구동드라이버(60)에 전달한다.
이하에서는, 상기한 구성의 이송 장치의 작동에 대하여 간단히 설명하기로 한다.
도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 반송모듈(30)이 코일모듈(40)에 진입하는 시점에서는, 코일모듈(40)의 코일부(42) 전방에 있는 홀센서 모듈(44-1)이 ON되고, ON된 해당 홀센서 모듈(44-1)(44-2)의 제1 센서(450a~450c)들이 반송모듈(30)의 영구자석(34) 극성 변화를 실시간으로 감지한다.
제1 센서(450a~450c)들에 의해 감지된 극성 변화 정보는 신호 선택 모듈을 통해 구동드라이버(60)에 전달되며, 신호 선택 모듈로부터 전달받은 극성 감지 정보에 기초하여 구동드라이버(60)가 코일부(42)에 공급될 전류의 방향과 세기를 결정하여 코일부(42)의 구동을 제어한다.
코일부(42)에 인가된 전류로 인하여 상기 코일부(42)는 전기장을 발생시키며, 코일부(42)가 발생시킨 전기장과 상기 코일부(42)와 마주하는 영구자석(34)의 자기장의 상호 작용으로 운반대(32)를 이동시키는 힘(로렌츠의 힘)이 발생하게 되고, 이 힘에 의해 운반대(32)를 상기 코일부(42) 전류 제어를 통해 목표하는 위치까지 안내레일(20)을 따라 이동시킬 수 있다.
도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 반송모듈(30)이 완전히 진입하여 코일모듈(40)의 코일부(42) 전후방에 배치된 홀센서 모듈(44-1)(44-2)이 모두 ON된 때에는, 반송모듈(30) 진행방향을 기준으로 전방의 홀센서 모듈(44-2) 신호를 출력한다.
이에 따라, 해당 홀센서 모듈(44-2)의 제1 센서(450a~450c)들에 의해 실시간 감지되는 영구자석(34)의 극성 변화 정보가 신호 선택 모듈을 통해 구동드라이버(60)에 전달된다.
도면에 예시되지는 않았으나, 반송모듈이 하나의 코일모듈을 벗어나는 시점에서는, 해당 반송모듈(30)의 선단 측이 이미 다른 다음 단에 위치한 다른 코일모듈(40)에 진입된 상태에 있으며, 따라서 다음 단의 코일모듈의 코일부 전방에 있는 홀센서 모듈이 온(ON)되고, 온(ON)된 해당 홀센서 모듈의 제1 센서(450a~450c)들이 반송모듈(30)의 영구자석(34) 극성 변화를 실시간으로 감지하게 된다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 선형 이송 장치의 전체적인 구성을 개략 도시한 개략도이다.
도 6의 다른 실시 예는, 코일모듈(40)의 홀 센서 모듈(48-1 또는 48-2)에 전술한 신호 선택 모듈 기능을 부여하여 별도의 신호 선택 모듈 사용을 배제하고, 각 구동드라이버(62)를 통신 규약(communication protocol, 70)을 통해 서로 통신 가능하게 연결한 점을 제외하고는 일 실시 예와 동일하며, 따라서 동일한 구성의 중복된 설명은 생략한다.
이와 같은 본 발명의 다른 실시 예는, 홀센서 모듈에 신호 선택 모듈 기능이 포함됨에 따라 별도의 신호 선택 모듈 사용을 배제할 수 있으며, 이에 따라 시스템을 보다 간소화되어 비용 및 유지 보수 측면에서 유리함이 있으며, 구동드라이버와 구동드라이버가 상호 통신하고 그 결과에 기초해 코일모듈을 제어함에 따라, 반송모듈(30)들의 동시 구동제어가 가능하며 제어 정밀도와 정확성이 보다 향상될 수 있다.
이상에서 살펴본 본 발명의 실시 예에 따르면, 이동 충격을 획기적으로 개선시킨 리니어 모터 구동방식의 이송 장치로서, 힘과 속도를 일정하게 유지하면서 요동이나 진동 없는 안정적인 물품 이송이 가능하고, 다수의 센서로부터 획득된 정보에 기초해 장치가 구동되는 방식으로, 스토퍼와 같은 강제 정지를 위한 기구의 사용을 배제할 수 있고, 구동 정밀도와 정확성이 매우 높다는 장점이 있다.
특히, 코일부 양 끝단에 홀센서 모듈이 배치됨에 따라, 코일부 진입 전 코일부 밖에 반송모듈이 위치하는 경우에도 정확한 위치 파악이 가능하며, 따라서 코일모듈과 반송모듈이 겹쳐지는 순간부터 이송을 제어할 수 있음은 물론, 코일부의 사용효율을 높일 수 있어 전력 소모를 줄일 수 있고 코일부를 효율적으로 배치하여 사용할 수 있다.
또한, 코일부 측부에 코일부 길이방향으로 일정 간격에 걸쳐 배치되는 복수의 홀센서를 구비한 홀센서 어레이 모듈로 인하여, 반송모듈이 코일부에 진입한 경우에도 반송모듈의 정확한 위치 파악이 가능하며, 이에 따라 복수의 대차를 동시 또는 연속적으로 제어할 수 있으며, 이를 통해 시스템의 작동시간을 줄여 생산성과 효율성을 극대화할 수 있다.
또한, 홀센서 어레이 모듈이 적용됨에 따라, 시스템의 전원 ON/OFF시 별도의 원점(반송모듈의 정렬) 작업을 진행할 필요 없이 즉시 연속 운전이 가능하다는 장점이 있으며, 안내레일에 소정 간격으로 배치된 코일모듈에 대응하여 배치된 구동드라이버가 각각의 코일모듈을 직접 제어함으로써, 구동 정확성과 정밀도가 높다는 장점이 있다.
이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
20 : 안내레일 30 : 반송모듈
32 : 운반대 33 : 자석열
34 : 영구자석 40 : 코일모듈
42 : 코일부 44-1, 44-2 : 홀센서 모듈
45 : 제1 센서군 46a, 46b : 제2 센서군
47 : 제3 센서군 50 : 신호 선택 모듈
60, 62 : 구동드라이버 70 : 통신 규약(communication protocol)
48-1, 48-2 : 신호 선택 기능이 부가된 홀센서 모듈

Claims (10)

  1. 리니어 모터 구동방식의 선형 이송 장치로서,
    안내레일;
    상기 안내레일을 따라 왕복 이동되는 운반대와, 운반대에 교대로 실장되는 N극과 S극의 영구자석들을 포함하는 반송모듈;
    상기 안내레일에 소정간격으로 배치되며, 상기 영구자석과 상호 작용하는 코일부와, 복수의 홀센서가 실장된 홀센서 모듈을 포함하는 코일모듈;
    상기 코일부 양쪽의 홀센서 모듈이 보내는 2개의 신호 중 조건에 맞는 하나의 홀센서 모듈 신호를 선택하여 단일 출력선을 통해 출력하는 신호 선택 모듈; 및
    상기 신호 선택 모듈의 출력 값을 피드백하여 상기 코일부에 입력되는 전류를 제어하는 구동드라이버;를 포함하며,
    상기 홀센서 모듈은 극성이 같은 영구자석 간 거리(Pole pitch)의 정수배의 간격으로 상기 코일부 양쪽에 이격 배치되고, 각 코일모듈에 대응하여 상기 신호 선택 모듈과 구동드라이버가 하나씩 배치되며,
    상기 홀센서 모듈을 구성하는 홀센서는, 상기 영구자석의 극성 변화를 감지하는 둘 이상의 제1 센서들로 구성된 제1 센서군과, 제1 센서군 양쪽에 배치되어 상기 영구자석의 진입 및 통과를 감지하는 둘 이상의 제2 센서들로 구성된 제2 센서군과, 제1 센서들 사이에 엇갈리게 배치되며 상기 영구자석의 극성 변화를 감지하여 엔코더(Encoder)값으로 변환하는 제3 센서들로 구성된 제3 센서군을 포함하며,
    상기 제1 센서군 양쪽의 제2 센서군에 영구자석이 모두 감지된 때 홀센서 모듈이 온(ON)되고 제1 센서군, 제3 센서군 센서들의 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 선형 이송 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    서로 인접한 두 코일모듈 사이의 거리(Lcm1)는 상기 영구자석들이 구성하는 자석열의 길이(Lmg1)와 같거나 작은 것을 특징으로 하는 선형 이송 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 코일모듈의 길이(Lcm2)는 둘 이상의 운반대가 서로 붙어 있을 경우 두 운반대의 전단과 후단에서 가장 근접한 영구자석 사이의 거리(Lmg2)보다 작고, 상기 영구자석들이 구성하는 자석열의 길이(Lmg1)와 같거나 작은 길이로 형성되는 것을 특징으로 하는 선형 이송 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 센서군의 제1 센서들은 영구자석 감지 시 출력되는 전기적 신호가 120˚의 위상차를 두고 출력되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 선형 이송 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제3 센서군의 제3 센서들은 영구자석 감지 시 출력되는 전기적 신호가 90˚의 위상차를 두고 출력되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 선형 이송 장치.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    코일부 양쪽의 홀센서 모듈이 동시에 온(ON)되면 반송모듈의 진행방향 쪽에 위치한 홀센서 모듈의 출력신호를 신호 선택 모듈이 제어신호로 출력하는 것을 특징으로 하는 선형 이송 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 코일모듈 위의 반송모듈의 위치와 2개의 반송모듈의 배치의 유/무를 판단하기 위해 상기 코일부 인접 측부에 코일부 길이방향을 따라 단열 또는 복수열로 일정 간격으로 배치되는 복수의 홀센서를 구비한 홀센서 어레이 모듈;을 더 포함하는 선형 이송 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 홀센서 모듈이 상기 신호 선택 모듈의 기능을 포함하도록 통합형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 선형 이송 장치.
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