KR102311357B1 - 공작물의 정렬 고정 장치 - Google Patents

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권혁민
이동훈
이재선
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Abstract

본 발명은 공작물을 정렬하여 고정하기 위한 공작물의 정렬 고정 장치를 개시한다. 본 발명에 따른 공작물의 정렬 고정 장치는 베이스 테이블, 로터리 테이블, 제1 및 제2 서포트 장치와 제1 및 제2 정렬 장치로 구성되어 있다. 로터리 테이블은 베이스 테이블의 윗면에 회전 운동할 수 있도록 장착되어 있고, 제1 내지 제4 변과 제1 내지 제4 코너를 갖는다. 제1 및 제2 서포트 유닛은 제1 내지 제4 변 중 서로 교차하는 두 개의 변을 2점 지지할 수 있도록 베이스 테이블에 설치되어 있다. 제1 및 제2 정렬 장치는 제1 내지 제4 변 중 서로 교차하는 나머지 두 개의 변을 2점 지지에 의해 제1 및 제2 서포트 장치 쪽으로 밀어줄 수 있도록 로터리 테이블에 배치되어 있으며 나머지 두 개의 변을 2점 지지하는 제1 위치와 나머지 두 개의 변으로부터 떨어져 있는 제2 위치 사이를 병진 운동하는 가동 유닛과, 베이스 테이블의 윗면에 장착되어 있고 제1 및 제2 위치 사이에서 가동 유닛을 병진 운동시킬 수 있도록 가동 유닛과 연결됨과 아울러 로터리 테이블의 회전 운동이 가능하도록 가동 유닛과 연결 해제되는 구동 유닛과, 가동 유닛과 구동 유닛을 연결 및 연결 해제하는 로킹 유닛을 구비한다. 본 발명에 의하면, 공작물의 변들을 지지하여 정렬하기 위한 정렬 장치들의 액추에이터가 회전 운동하는 로터리 테이블과 독립적으로 베이스 테이블에 설치되어 공작물의 회전 운동에 간섭되지 않으며, 구조를 단순화할 수 있어 공작물의 검사를 위한 비전 검사 시스템 등에 유용하게 채택할 수 있다.

Description

공작물의 정렬 고정 장치{WORKPIECE ALIGNMENT FIXTURE}
본 발명은 공작물의 정렬 고정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공작물의 회전 운동에 간섭되지 않도록 공작물을 정확하게 정렬하여 고정시킬 수 있는 공작물의 정렬 고정 장치에 관한 것이다.
비전 검사 시스템(Vision inspection system)은 다양한 물체의 식별, 검사, 측정, 양품과 불량품의 선별 등 다양한 분야에 응용되고 있다. 비전 검사 시스템은 다양한 물체의 로딩(Loading), 언로딩(Unloading), 포지셔닝, 정렬(Alignment) 등을 위한 워크피스 스테이지(Workpiece stage)와, 물체의 이미지를 획득하는 카메라와, 카메라로부터 입력되는 이미지를 이미지 프로세싱 프로그램(Image processing program)에 의하여 처리하는 컴퓨터로 구성되어 있다.
비전 검사 시스템은 미국 특허 제9,626,753호 '프로그래밍 가능한 디지털 머신 비전 검사 시스템(Programmable digital machine vision inspection system)', 한국 등록특허 제10-1008319호 '반도체 칩 검사 장치', 한국 등록특허 제10-1479039호 '반도체 패키지의 비전 검사 및 마킹 시스템', 한국 등록특허 제10-1496426호 '로터리 테이블 장치', 한국 공개특허 제10-2020-0079825호 '비전 검사 시스템' 등 많은 특허 문헌들에서 쉽게 찾아볼 수 있다. 이 특허 문헌들의 시스템은 워크피스 스테이지, 카메라 스테이지, 카메라, 컨트롤러(Controller)와 컴퓨터를 구비한다.
워크피스 스테이지와 카메라 스테이지(Camera stage) 각각의 스테이지 또는 테이블(Table)은 공작물 또는 피검사체(Subject)의 포지셔닝(Positioning)과 카메라의 포커싱(Focusing)을 위하여 병진 운동(Translational motion), 회전 운동(Rotational motion) 및 틸팅 운동(Tilting motion)에 의해 상대 운동(Relative motion)할 수 있도록 구성되어 있다. 컨트롤러는 워크피스 스테이지, 카메라 스테이지 등의 작동을 제어한다. 또한, 공작물의 고정과 포지셔닝 등을 위하여 포지셔너(Positioner), 클램프(Clamp), 홀더(Holder), 지그(Jig) 등과 같은 다양한 위치 정렬 장치(Positioning device), 고정 장치(Fixing device or Fixture)와 정렬 장치(Alignment device)가 테이블의 윗면에 설치되고 있다. 위 특허 문헌들에 개시되어 있는 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.
상기한 바와 같은 비전 검사 시스템 등에 사용되는 공작물의 정렬 고정 장치는 카메라가 공작물의 위쪽에 배치되어 공작물의 윗면만을 검사할 수 있도록 구성되어 있다. 따라서 공작물의 아랫면을 카메라에 의해 촬영하기 위해서는 워크피스 스테이지, 즉 로터리 테이블의 중앙에 구멍을 형성하여 카메라의 시야를 확보해야 한다. 구멍이 로터리 테이블의 중앙에 형성되는 경우, 로터리 테이블의 윗면에 설치되는 위치 정렬 장치 등의 액추에이터(Actuator)를 구동시키기 위한 전선, 튜브(Tube), 호스(Hose) 등과 같은 케이블류(Cabling)의 배선 및 배관을 슬립 링(Slip ring) 또는 로터리 커플링(Rotary coupling)에 의하여 실시할 수 없는 문제가 있다. 따라서 위치 정렬 장치의 설치를 위해 중앙에 구멍이 형성되어 있는 로터리 테이블의 구조를 변경해야 하는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 공작물의 정렬 고정 장치의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 정렬 장치들의 액추에이터가 회전 운동하는 로터리 테이블과 독립적으로 베이스 테이블(Base table)에 설치되어 공작물의 회전 운동에 간섭되지 않으며, 구조를 단순화할 수 있는 새로운 공작물의 정렬 고정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 공작물의 변들 각각을 2점 지지하여 포지셔닝을 정확하게 실시할 수 있는 새로운 공작물의 정렬 고정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 로터리 테이블에 설치되는 액추에이터의 배관 및 배선을 위한 슬립 링이 불필요하여 구조를 단순화하고, 오류를 감소시킬 수 있는 새로운 공작물의 정렬 고정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 공작물의 정렬 고정 장치가 제공된다. 본 발명에 따른 공작물의 정렬 고정 장치는, 베이스 테이블과; 베이스 테이블의 윗면에 회전 운동할 수 있도록 장착되어 있고, 제1 내지 제4 변과 제1 내지 제4 코너를 갖는 공작물이 놓이는 로터리 테이블과; 제1 내지 제4 변 중 서로 교차하는 두 개의 변을 2점 지지할 수 있도록 베이스 테이블에 설치되어 있는 제1 및 제2 서포트 장치와; 제1 내지 제4 변 중 서로 교차하는 나머지 두 개의 변을 2점 지지에 의해 제1 및 제2 서포트 장치 쪽으로 밀어줄 수 있도록 로터리 테이블에 배치되어 있으며 나머지 두 개의 변을 2점 지지하는 제1 위치와 나머지 두 개의 변으로부터 떨어져 있는 제2 위치 사이를 병진 운동하는 가동 유닛과, 베이스 테이블의 윗면에 장착되어 있고 제1 및 제2 위치 사이에서 가동 유닛을 병진 운동시킬 수 있도록 가동 유닛과 연결됨과 아울러 로터리 테이블의 회전 운동이 가능하도록 가동 유닛과 연결 해제되는 구동 유닛과, 가동 유닛과 구동 유닛을 연결 및 연결 해제하는 로킹 유닛을 구비하는 제1 및 제2 정렬 장치를 포함한다.
본 발명에 따른 공작물의 정렬 고정 장치는, 공작물의 변들을 지지하여 정렬하기 위한 정렬 장치들의 액추에이터가 회전 운동하는 로터리 테이블과 독립적으로 베이스 테이블에 설치되어 공작물의 회전 운동에 간섭되지 않으며, 구조를 단순화할 수 있어 공작물의 검사를 위한 비전 검사 시스템 등에 유용하게 채택할 수 있는 효과가 있다. 또한, 공작물의 변들 각각을 서포트 핀들과 정렬 핀들에 의해 2점 지지하여 포지셔닝을 정확하게 실시할 수 있는 효과가 있다. 로터리 테이블에 설치되는 액추에이터의 배관 및 배선을 위한 슬립 링이 불필요하여 구조를 단순화하고, 오류를 감소시켜 신뢰성 및 정밀성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 공작물의 정렬 고정 장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 정렬 고정 장치를 나타낸 평면도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 정렬 고정 장치에서 로터리 테이블을 분리하여 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 정렬 고정 장치에서 제1 및 제2 서포트 장치와 제1 및 제2 정렬 장치 각각의 일부 구성을 분리하여 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 정렬 고정 장치에서 공작물, 제1 및 제2 서포트 장치와 제1 및 제2 정렬 장치를 나타낸 평면도이다.
도 7은 도 6에서 제1 및 제2 정렬 장치의 작동을 설명하기 위하여 나타낸 평면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 정렬 고정 장치에서 서포트 핀을 부분적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 정렬 고정 장치에서 정렬 핀과 스프링 댐퍼를 부분적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 정렬 고정 장치의 제어를 설명하기 위하여 나타낸 블록도이다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들과 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다. 본 발명을 설명하는 데 있어서 도면에 도시되어 있는 구성 요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되거나 단순화되어 나타날 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 공작물의 정렬 고정 장치에 대한 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1, 도 2와 도 4 내지 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 공작물의 정렬 고정 장치(10)는 공작물(20)의 위치 정렬을 실시하여 비전 검사하는 비전 검사 시스템에 사용될 수 있다. 공작물(20)은 제1 내지 제4 변(22-1, 22-2, 22-3, 22-4)과 제1 내지 제4 코너(Corner: 24-1, 24-2, 24-3, 24-4)를 갖는 직사각형으로 형성되어 있다. 제1 및 제3 변(22-1, 22-3)은 서로 마주하는 한 쌍의 단변이고, 제2 및 제4 변(22-2, 22-4)은 마주하는 한 쌍의 장변이다. 공작물(20)의 일례로 포토 마스크(Photo mask) 또는 레티클(Reticle)을 보호하기 위한 극자외선 리소그래피(Extreme ultraviolet(EUV) lithography)용 펠리클(Pellicle: 30)은 위치 정렬하여 비전 검사하게 된다. 펠리클(30)은 펠리클 프레임(Pellicle frame: 32) 또는 펠리클 보더(Pellicle border)와, 펠리클 프레임(32)에 부착되어 있는 펠리클 막(Pellicle membrane: 34)으로 구성되어 있다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 공작물의 정렬 고정 장치(10)는 베이스 테이블(40)을 구비한다. 베이스 테이블(40)은 또는 베이스 플레이트(Base plate)는 X축, X축에 대하여 수평하게 직교하는 Y축, X축 및 Y축에 대하여 수직하게 직교하는 Z축을 갖는다. 중앙 구멍(42)이 베이스 테이블(40)의 가운데에 원형으로 형성되어 있다. 베이스 테이블(40)은 X-Y 스테이지(X-Y stage) 또는 X-Y 병진 스테이지(X-Y translation stage)의 작동에 의해 직교좌표 운동하는 워크벤치(Workbench)로 구성될 수 있다. X-Y 스테이지는 X축 리니어 액추에이터(X-axis linear actuator)와 Y축 리니어 액추에이터(Y-axis linear actuator)를 갖는 X-Y 모터라이즈드 리니어 스테이지(X-Y motorized linear stage) 또는 X-Y 모터라이즈드 병진 스테이지(X-Y motorized translation stage)로 구성될 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 베이스 테이블(40)은 Z-축 리니어 액추에이터의 작동에 의해 높낮이를 조절하거나 로터리 액추에이터의 작동에 의해 틸팅시킬 수 있도록 구성될 수도 있다.
본 발명에 따른 공작물의 정렬 고정 장치(10)는 베이스 테이블(40)의 윗면에 회전 운동할 수 있도록 설치되어 있는 로터리 테이블(50)을 구비한다. 중앙 구멍(52)이 로터리 테이블(50)의 가운데에 베이스 테이블(40)의 중앙 구멍(42)과 정렬되도록 대략 사각형으로 형성되어 있다. 제1 내지 제4 가장자리 구멍(54-1, 54-2, 54-3, 54-4)이 제1 내지 제4 변(22-1, 22-2, 22-3, 22-4)과 이웃하여 중앙 구멍(52)과 연결되도록 중앙 구멍(52)의 반경 방향을 따라 등간격으로 형성되어 있다. 중앙 구멍(52)과 제1 내지 제4 가장자리 구멍(54-1, 54-2, 54-3, 54-4)은 대략 십자형 구멍을 형성하게 된다. 한 쌍의 그루브(56)가 제1 내지 제4 가장자리 구멍(54-1, 54-2, 54-3, 54-4) 각각의 양쪽에 이웃하도록 로터리 테이블(40)의 윗면에 형성되어 있다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 공작물의 정렬 고정 장치(10)는 로터리 테이블(50) 위에 놓이는 공작물(20)을 지지할 수 있도록 로터리 테이블(50)의 윗면에 장착되어 있는 제1 내지 제4 포지셔너(Positioner: 60-1, 60-2, 60-3, 60-4)를 더 구비한다. 제1 및 제2 단(Step: 62, 64)이 제1 내지 제4 변(22-1, 22-2, 22-3, 22-4) 중 제1 내지 제4 코너(24-1, 24-2, 24-3, 24-4) 각각과 이웃하는 두 개의 변을 지지할 수 있도록 제1 내지 제4 포지셔너(60-1, 60-2, 60-3, 60-4) 각각의 윗면에 형성되어 있다. 제1 내지 제4 포지셔너(60-1, 60-2, 60-3, 60-4) 각각은 제1 내지 제4 변(22-1, 22-2, 22-3, 22-4)이 제1 내지 제4 가장자리 구멍(54-1, 54-2, 54-3, 54-4) 각각에 노출되도록 공작물(20)을 지지한다. 몇몇 실시예에 있어서, 제1 내지 제4 포지셔너(60-1, 60-2, 60-3, 60-4) 각각은 그 높이를 스크루(Screw)의 체결에 의하여 조절하여 공작물(20)의 수평 맞추기를 실시할 수 있는 레벨러(Leveler) 또는 세팅 지그(Setting jig)로 구성될 수 있다.
도 1 내지 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 공작물의 정렬 고정 장치(10)는 제1 내지 제4 변(22-1, 22-2, 22-3, 22-4) 중 서로 교차하는 두 개의 변, 즉 제1 및 제4 변(22-1, 22-4)을 2점 지지할 수 있도록 로터리 테이블(50)에 설치되어 있는 제1 및 제2 서포트 장치(Support device: 70-1, 70-2)를 구비한다. 제1 및 제2 서포트 장치(70-1, 70-2) 각각은 서포트 블록(Support block: 72), 한 쌍의 서포트 핀(Support pin: 74), 리니어 모션 가이드(Linear motion guide: 76)와 고정 기구(Fixed mechanism: 78)로 구성되어 있다.
서포트 블록(72)은 제1 및 제4 변(22-1, 22-4) 각각에 이웃하도록 제1 및 제4 가장자리 구멍(54-1, 54-4) 각각에 배치되어 있다. 서포트 블록(72)은 제1 및 제2 가장자리 구멍(54-1, 54-4) 각각에서 제1 및 제4 변(22-1, 22-4)에 대해 병진 운동, 즉 제1 및 제4 변(22-1, 22-4) 각각에 접근되거나 제1 및 제4 변(22-1, 22-4) 각각으로부터 이격되는 방향으로 직선 운동할 수 있다. 서포트 핀(74)들은 제1 및 제4 변(22-1, 22-4) 각각을 2점 지지할 수 있도록 서로 간격을 두고 서포트 블록(72)의 선단에 장착되어 있다.
리니어 모션 가이드(76)는 제1 및 제4 변(22-1, 22-4) 각각에 직교하는 방향으로 서포트 블록(72)의 병진 운동을 안내할 수 있도록 로터리 테이블(50)에 장착되어 있다. 리니어 모션 가이드(76)는 제1 및 제4 가장자리 구멍(54-1, 54-4) 각각과 이웃하는 로터리 테이블(50)의 윗면에 제1 및 제4 변(22-1, 22-4)과 직교하는 방향을 따라 장착되어 있는 가이드 레일(Guide rail: 76a)과, 가이드 레일(76a)을 따라 슬라이딩(Sliding)할 수 있도록 가이드 레일(76a)에 결합되어 있는 슬라이더(Slider: 76b)와, 서포트 블록(72)과 슬라이더(76b)를 연결하도록 서포트 블록(72)과 슬라이더(76b) 각각에 결합되어 있는 조인트 블록(Joint block: 76c)으로 구성되어 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 서포트 블록(72)과 조인트 블록(76c)은 일체형으로 구성될 수 있다. 이 경우, 서포트 블록(72)은 슬라이더(76b)에 결합될 수 있다. 리니어 모션 가이드(76)는 로터리 테이블(50)에 장착되어 있는 가이드 바(Guide bar)와, 가이드 바를 따라 슬라이딩할 수 있도록 가이드 바에 결합되어 있으며 조인트 블록(76c)에 연결되어 있는 가이드 부시(Guide bush)를 갖는 바 타입 모션 가이드(Bar type motion guide)로 구성될 수도 있다.
고정 기구(78)는 복수의 위치 결정 구멍(78a)이 윗면에 형성되어 있는 한 쌍의 세팅 블록(Setting block: 78b)과 한 쌍의 볼트(Bolt: 78c)로 구성되어 있다. 세팅 블록(78b)들 각각은 리니어 모션 가이드(76)의 양쪽에 나란하도록 로터리 테이블(50)의 그루브(56)들 각각에 장착되어 있다. 볼트(78c) 또는 스크루는 조인트 블록(76c)을 통과하도록 체결되어 있다. 볼트(78c)의 선단은 위치 결정 구멍(78a)들 중 하나에 맞춤되어 조인트 블록(76c)을 세팅 블록(78b)에 고정시킨다.
도 1 내지 도 7과 도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 공작물의 정렬 고정 장치(10)는 제1 내지 제4 변(22-1, 22-2, 22-3, 22-4) 중 서로 교차하는 나머지 두 개의 변, 즉 제2 및 제3 변(22-2, 22-3)을 제1 및 제2 서포트 장치(70-1, 70-2) 쪽으로 밀어 공작물(20)을 정렬 및 고정시키기 위한 제1 및 제2 정렬 장치(80-1, 80-2)를 구비한다. 제1 및 제2 정렬 장치(80-1, 80-2) 각각은 로터리 테이블(50)에 배치되어 있는 가동 유닛(Movable unit: 90)과, 가동 유닛(90)을 제2 및 제3 변(22-2, 22-3) 각각에 직교하는 방향으로 병진 운동시킴과 아울러 제2 및 제3 변(22-2, 22-3) 각각에 나란한 방향으로 병진 운동시킬 수 있도록 베이스 테이블(40)의 윗면에 장착되어 있는 구동 유닛(Drive unit: 100)과, 가동 유닛(90)과 구동 유닛(100)을 연결 및 연결 해제하는 로킹 유닛(Locking unit: 110)으로 구성되어 있다.
가동 유닛(90)은 한 쌍의 정렬 핀(94)과 리니어 모션 가이드(96)로 구성되어 있다. 서포트 블록(92)은 제2 및 제3 변(22-2, 22-3) 각각에 이웃하여 제2 및 제3 변(22-2, 22-3) 각각에 대해 병진 운동할 수 있도록 제2 및 제3 가장자리 구멍(54-2, 54-3) 각각에 배치되어 있다. 정렬 핀(94)들은 제2 및 제3 변(22-2, 22-3) 각각을 2점 지지할 수 있도록 서로 간격을 두고 서포트 블록(92)에 장착되어 있다. 정렬 핀(94)들은 가동 유닛(90)의 전진에 의해 제2 및 제3 변(22-2, 22-3)을 밀어주는 푸시로드(Push rod)의 기능을 보유한다.
리니어 모션 가이드(96)는 제2 및 제3 변(22-2, 22-3)에 대하여 서포트 블록(96)을 병진 운동을 안내할 수 있도록 로터리 테이블(50)에 장착되어 있다. 리니어 모션 가이드(96)는 제2 및 제3 가장자리 구멍(54-2, 54-3)과 이웃하는 로터리 테이블(50)의 윗면에 제2 및 제3 변(22-2, 22-3)과 직교하는 방향을 따라 장착되어 있는 한 쌍의 가이드 레일(96a)과, 가이드 레일(96a)들 각각 따라 슬라이딩할 수 있도록 가이드 레일(96a)들에 결합되어 있는 한 쌍의 슬라이더(96b)와, 서포트 블록(92)과 슬라이더(96b)들을 연결하는 조인트 블록(96c)으로 구성되어 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 서포트 블록(92)과 조인트 블록(96c)은 일체형으로 구성될 수 있다.
구동 유닛(100)은 2축 직선 운동하는 X-Y 스테이지(102)로 구성되어 있다. X-Y 스테이지(102)는 제2 및 제3 변(22-2, 22-3) 각각에 직교하는 방향으로 가동 유닛(90)을 병진 운동시키는 제1 리니어 액추에이터(104)와, 제2 및 제3 변(22-2, 22-3) 각각에 나란한 방향으로 가동 유닛(90)을 병진 운동시키는 제2 리니어 액추에이터(106)로 구성되어 있다. 제2 리니어 액추에이터(106)는 제1 리니어 액추에이터(104)에 장착되어 있다. 제1 및 제2 리니어 액추에이터(104, 106) 각각은 서보모터(Servo motor), 리드 스크루(Lead screw), 너트 블록(Nut block), 슬라이더(Slider) 또는 캐리지, 리니어 모션 가이드(Linear motion guide) 또는 가이드 레일(Guide rail)을 갖는 리드 스크루 리니어 액추에이터(Lead screw linear actuator)로 구성될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 리니어 액추에이터(104, 106) 각각은 벨트 드리븐 리니어 액추에이터(Belt driven linear actuator), 랙과 피니언 액추에이터(Rack and pinion actuator), 공압 실린더(Pneumatic cylinder), 솔레노이드 액추에이터(Solenoid actuator), 공압 로드레스 리니어 액추에이터(Pneumatic rodless linear actuator) 등으로 구성될 수도 있다.
로킹 유닛(110)은 제2 리니어 액추에이터(106)에 결합되어 있는 로킹 핀(Locking pin: 112)과, 가동 유닛(90)과 구동 유닛(100)의 연결 및 연결 해제를 위하여 로킹 핀(112)이 끼워질 수 있도록 제2 및 제3 변(22-2, 22-3)과 반대되는 조인트 블록(96c)의 말단에 형성되어 있는 로킹 구멍(Locking hole: 114)으로 구성되어 있다. 로킹 핀(112)이 로킹 구멍(114)에 끼워지면, 제1 리니어 액추에이터(104)의 작동에 의해 정렬 핀(94)들을 제2 및 제3 변(22-2, 22-3) 각각에 대해 전진 및 후퇴시킬 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 제2 리니어 액추에이터(106)와 로킹 핀(112)은 직선 운동에 의해 로킹 구멍(114)에 로킹 또는 언로킹될 수 있는 플런저(Plunger)를 갖는 리니어 솔레노이드 액추에이터(Linear solenoid actuator)로 구성될 수도 있다.
도 9에 명확하게 도시되어 있는 바와 같이, 제1 및 제2 정렬 장치(80-1, 80-2) 각각은 정렬 핀(94)들에 작용하는 충격을 완충시킬 수 있는 한 쌍의 스프링 댐퍼(Spring damper: 120)를 더 구비한다. 스프링 댐퍼(120)들 각각은 서포트 블록(92)에 형성되어 있는 실린더 보어(Cylinder bore: 122)와, 실린더 보어(122)에 유압에 의해 직선 운동할 수 있도록 장착되어 있는 댐핑 로드(Damping rod: 122)를 갖는다. 댐핑 로드(124)의 선단은 실린더 보어(122) 밖으로 돌출되어 있다. 정렬 핀(94)들은 조인트 블록(126)에 의해 댐핑 로드(124)의 선단에 결합되어 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 정렬 핀(94)들 각각은 스프링 댐퍼(120)들 각각의 댐핑 로드(124)에 직접적으로 결합되거나 댐핑 로드(124)와 일체형으로 구성될 수도 있다. 또한, 스프링 댐퍼(120)의 완충 작용은 댐핑 로드(122)를 스프링 보어(122) 밖으로 탄성 편향(Elastically bias)시키는 스프링의 탄성력에 의해 실시될 수도 있다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 공작물의 정렬 고정 장치(10)는 로터리 테이블(50)을 회전 운동시킬 수 있도록 베이스 테이블(40)에 설치되어 있는 회전 구동 수단으로 중앙에 보어(Bore: 132)가 형성되어 있는 중공형 다이렉트 드라이브 모터(Hollow type direct drive motor: 130)를 더 구비한다. 보어(132)는 로터리 테이블(50)의 중앙 구멍(52)과 정렬되도록 배치되어 있다. 중공형 다이렉트 드라이브 모터(130) 또는 중공형 모터(Hollow type motor)는 스테이터(Stator)와 로터(Rotor) 각각의 중앙에 보어가 형성되어 있는 원통형으로 구성되어 있다.
도 1 내지 도 5와 도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 공작물의 정렬 고정 장치(10)는 제어 장치로 제1 센싱 유닛(Sensing unit: 140), 제2 센싱 유닛(142)과 컨트롤러(Controller: 150)를 구비한다. 제1 및 제2 센싱 유닛(140, 142) 각각은 제1 내지 제4 변(22-1, 22-2, 22-3, 22-4) 중 마주하는 두개 의 변, 즉 제2 및 제4 변(22-2, 22-4)을 검출할 수 있도록 로터리 테이블(50)의 윗면에 장착되어 있다. 제1 및 제2 센싱 유닛(140, 142) 각각은 제2 및 제4 변(22-2, 22-4) 중 어느 하나를 향하여 광 신호를 출력하는 발광 소자(140a, 142a)와, 발광 소자(140a, 142a)로부터 출력되는 광 신호를 수신하는 수광 소자(140b, 142b)로 구성되어 있다. 발광 소자(140a, 142a)와 수광 소자(140b, 142b)는 공작물(20)을 사이에 두고 서로 마주하도록 배치되어 있는 포토 인터럽터(Photo interrupter)로 구성되어 있다.
컨트롤러(150)는 수광 소자(140b, 142b)로부터 입력되는 광 신호를 처리하여 정렬 고정 장치(10)의 작동을 제어한다. 컨트롤러(150)는 컴퓨터 시스템(Computer system), 중앙 처리 장치(Central processing unit, CPU) 등으로 구성될 수 있다. 컴퓨터 시스템은 출력 장치로 디스플레이(Display)와, 입력 장치로 키보드, 마우스 등을 구비한다.
제어 장치는 구동 유닛(100)의 작동을 제어하기 위한 제3 및 제4 센싱 유닛(144, 146)을 더 구비한다. 제3 및 제4 센싱 유닛(144, 146) 각각은 발광 소자(144a, 146a), 수광 소자(144b, 146b)와 센서 도그(Sensor dog: 144c, 146c)로 구성되어 있다. 발광 소자(144a, 146a)와 수광 소자(144b, 146b)는 동일한 면에 배열되어 있는 포토 리플렉터(Photo reflector)로 구성되어 있으며, 가동 유닛(90)의 조인트 블록(96b)의 위치를 검출할 수 있도록 로터리 테이블(50)의 윗면에 장착되어 있다. 센서 도그(144c, 146c)는 조인트 블록(96c)의 한쪽에 장착되어 있다. 발광 소자(144a, 146a)로부터 출력되는 광 신호는 센서 도그(144c, 146c)에 반사되어 수광 소자(144b, 146b)에 의해 검출된다. 컨트롤러(150)는 수광 소자(144b, 146b)로부터 입력되는 광 신호를 처리하여 제1 리니어 액추에이터(104)의 작동을 제어한다.
지금부터는, 이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 공작물의 정렬 고정 장치에 대한 작용을 설명한다.
도 1, 도 2, 도 7, 도 8과 도 10을 참조하면, 제1 내지 제4 코너(24-1, 24-2, 24-3, 24-4) 각각의 아랫면이 제1 내지 제4 포지셔너(60-1, 60-2, 60-3, 60-4) 각각에 놓인다. 제1 및 제2 센싱 유닛(140, 142) 각각의 발광 소자(140a, 142a)로부터 출력되는 광 신호는 제1 및 제3 변(22-1, 22-3) 쪽을 지나 수광 소자(40b, 42b)에 의해 검출된다. 컨트롤러(150)는 수광 소자(40b, 42b)로부터 입력되는 광 신호를 처리하여 공작물(20)이 제1 내지 제4 포지셔너(60-1, 60-2, 60-3, 60-4)에 로딩된 것으로 판단한다.
제3 및 제4 센싱 유닛(44, 46) 각각의 발광 소자(44a, 46a)로부터 출력되는 광 신호는 센서 도그(44c, 46c)에 의해 반사된다. 수광 소자(44b, 46b)는 센서 도그(44c, 46c)로부터 반사되는 광 신호를 검출하여 컨트롤러(150)에 입력한다. 컨트롤러(150)는 수광 소자(44b, 46b)로부터 입력되는 광 신호를 처리하여 조인트 플레이트(96c)가 정위치(Home position)에 배치되어 있으면, 제1 리니어 액추에이터(104)를 작동시켜 제2 리니어 액추에이터(106)를 제2 및 제3 변(22-2, 22-3) 각각에 접근시킨다. 로킹 핀(112)과 로킹 구멍(114)이 정렬되면, 컨트롤러(150)는 제1 리니어 액추에이터(104)를 정지시키고, 제2 리니어 액추에이터(106)를 작동시켜 로킹 핀(112)을 로킹 구멍(114)에 끼워지게 한다.
컨트롤러(150)는 로킹 핀(112)이 로킹 구멍(114)에 끼워지면, 제2 리니어 액추에이터(106)를 정지시키고, 제1 리니어 액추에이터(104)를 작동시켜 가동 유닛(90)을 제1 및 제2 서포트 장치(70-1, 70-2) 쪽으로 이송시키게 된다. 정렬 핀(94)들이 제2 및 제3 변(22-2, 22-3)을 밀어 서포트 핀(74)들 쪽으로 밀게 되면, 제1 내지 제4 변(22-1, 22-2, 22-3, 22-4) 각각은 서포트 핀(74)들과 정렬 핀(94)들에 의해 2점 지지되면서 정확하게 정렬 및 고정된다.
한편, 제1 내지 제2 정렬 장치(90-1, 90-2) 각각의 정렬 핀(94)들이 제2 및 제3 변(22-2, 22-3)에 접촉할 때 충격이 공작물(20)에 가해질 수 있다. 정렬 핀(94)들이 제2 및 제3 변(22-2, 22-3)에 접촉 시 댐핑 실린더(120)들의 댐핑 로드(124)가 후퇴되면서 충격을 완충시킨 후 복귀된다. 이러한 댐핑 실린더(120)들의 완충 작용에 의해 공작물(20)의 손상을 방지할 수 있다.
컨트롤러(150)의 제어에 의하여 중공형 다이렉트 드라이브 모터(130)가 구동되어 로터리 테이블(50)을 회전시키게 된다. 중공형 다이렉트 드라이브 모터(130)의 보어(132)를 통하여 공작물(20)의 아랫면에 대한 시야를 확보할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 공작물의 정렬 고정 장치(10)는 공작물(20)의 위아래 각각에 복수의 카메라를 설치하여 공작물(20)의 윗면과 아랫면에 대한 비전 검사를 동시에 실시하여 검사 속도를 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 공작물의 정렬 고정 장치(10)에 의해서는 비전 검사 시스템을 단순하게 구성할 수 있다.
이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
10: 공작물의 정렬 고정 장치 20: 공작물
30: 베이스 테이블 40: 로터리 테이블
60-1, 60-2, 60-3, 60-4: 제1 내지 제4 포지셔너
70-1, 70-2: 제1 및 제2 서포트 장치 72: 서포트 블록
74: 서포트 핀 76: 리니어 모션 가이드
80-1, 80-2: 제1 및 제2 정렬 장치 90: 가동 유닛
92: 서포트 블록 94: 정렬 핀
96: 리니어 모션 가이드 100: 구동 유닛
102: X-Y 스테이지 104: 제1 리니어 액추에이터
106: 제2 리니어 액추에이터 110: 로킹 유닛
112: 로킹 핀 114: 로킹 구멍
120: 댐핑 실린더
130: 중공형 다이렉트 드라이브 모터 140: 제1 센싱 유닛
142: 제2 센싱 유닛 144: 제3 센싱 유닛
146: 제4 센싱 유닛 150: 컨트롤러

Claims (8)

  1. 베이스 테이블과;
    상기 베이스 테이블의 윗면에 회전 운동할 수 있도록 장착되어 있고, 제1 내지 제4 변과 제1 내지 제4 코너를 갖는 공작물이 놓이는 로터리 테이블과;
    상기 제1 내지 제4 변 중 서로 교차하는 두 개의 변을 2점 지지할 수 있도록 상기 베이스 테이블에 설치되어 있는 제1 및 제2 서포트 장치와;
    상기 제1 내지 제4 변 중 서로 교차하는 나머지 두 개의 변을 2점 지지에 의해 상기 제1 및 제2 서포트 장치 쪽으로 밀어줄 수 있도록 상기 로터리 테이블에 배치되어 있으며 상기 나머지 두 개의 변을 2점 지지하는 제1 위치와 상기 나머지 두 개의 변으로부터 떨어져 있는 제2 위치 사이를 병진 운동하는 가동 유닛과, 상기 베이스 테이블의 윗면에 장착되어 있고 상기 제1 및 제2 위치 사이에서 상기 가동 유닛을 병진 운동시킬 수 있도록 상기 가동 유닛과 연결됨과 아울러 상기 로터리 테이블의 회전 운동이 가능하도록 상기 가동 유닛과 연결 해제되는 구동 유닛과, 상기 가동 유닛과 상기 구동 유닛을 연결 및 연결 해제하는 로킹 유닛을 구비하는 제1 및 제2 정렬 장치를 포함하는 공작물의 정렬 고정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공작물을 상기 베이스 테이블의 아래쪽에 노출시킬 수 있도록 상기 베이스 및 로터리 테이블 각각의 가운데에 중앙 구멍이 형성되어 있으며, 상기 제1 및 제2 서포트 장치에 의한 상기 두 개의 변의 2점 지지와 상기 제1 및 제2 정렬 장치에 의한 상기 나머지 두 개의 변의 2점 지지가 가능하도록 상기 로터리 테이블의 중앙 구멍의 반경 방향으로 제1 내지 제4 가장자리 구멍이 더 형성되어 있는 공작물의 정렬 고정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 로터리 테이블을 회전 운동시킬 수 있도록 상기 베이스 테이블에 장착되어 있으며 상기 베이스 및 로터리 테이블 각각의 중앙 구멍과 정렬되도록 형성되어 있는 보어를 갖는 중공형 다이렉트 드라이브 모터를 더 포함하는 공작물의 정렬 고정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 변 중 서로 나란하게 배치되어 있는 두 개의 변을 검출할 수 있도록 상기 베이스 테이블에 장착되어 있는 제1 및 제2 센서 유닛과, 상기 제1 및 제2 센서 유닛 각각으로부터 입력되는 신호를 처리하는 컨트롤러를 더 포함하는 공작물의 정렬 고정 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 서포트 장치 각각은,
    상기 두 개의 변 각각에 이웃하도록 배치되어 있는 서포트 블록과;
    상기 두 개의 변 각각을 지지할 수 있도록 서로 간격을 두고 상기 서포트 블록에 장착되어 있는 한 쌍의 서포트 핀과;
    상기 두 개의 변에 직교하는 방향으로 상기 서포트 블록의 병진 운동을 안내할 있도록 상기 로터리 테이블에 장착되어 있는 리니어 모션 가이드와;
    상기 서포트 블록을 상기 로터리 테이블에 고정시키기 위한 고정 수단으로 이루어지는 공작물의 정렬 고정 장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가동 유닛은,
    상기 나머지 두 개의 변 각각에 이웃하며, 상기 제1 및 제2 위치 사이를 병진 운동할 수 있도록 배치되어 있는 서포트 블록과;
    상기 나머지 두 개의 변 각각을 지지할 수 있도록 서로 간격을 두고 상기 서포트 블록에 장착되어 있는 한 쌍의 정렬 핀으로 이루어지고,
    상기 구동 유닛은,
    상기 나머지 두 개의 변 각각에 직교하는 방향으로 상기 서포트 블록을 병진 운동시킬 수 있도록 상기 베이스 테이블의 윗면에 장착되어 있는 제1 리니어 모션 액추에이터와;
    상기 제1 리니어 모션 액추에이터에 장착되어 있으며, 상기 나머지 두 개의 변 각각과 나란한 방향으로 병진 운동하는 제2 리니어 모션 액추에이터로 이루어지고,
    상기 로킹 유닛은,
    상기 제2 리니어 액추에이터에 장착되어 있는 로킹 핀과;
    상기 로킹 핀이 끼워질 수 있도록 상기 나머지 두 개의 변과 반대되는 말단에 형성되어 있는 로킹 구멍으로 이루어지는 공작물의 정렬 고정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 서포트 블록의 위치를 검출하여 상기 구동 유닛의 구동을 제어할 수 있도록 상기 베이스 테이블의 윗면에 장착되어 있는 제3 및 제4 센싱 유닛을 더 포함하는 공작물의 정렬 고정 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 정렬 장치 각각은 상기 한 쌍의 정렬 핀 각각에 작용하는 충격을 완충시킬 수 있는 한 쌍의 스프링 댐퍼를 더 구비하고, 상기 한 쌍의 스프링 댐퍼 각각은 상기 서포트 블록에 직선 운동할 수 있도록 장착되어 있으며 상기 한 쌍의 정렬 핀 각각과 고정 블록에 의해 연결되어 있는 댐핑 로드를 구비하는 공작물의 정렬 고정 장치.
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