KR102497342B1

KR102497342B1 - 동적 변위 오차 보상 시스템

Info

Publication number: KR102497342B1
Application number: KR1020210034922A
Authority: KR
Inventors: 카이-티 천; 춘-이 이; 웨이-터 추앙; 옌-위 천
Original assignee: 하이윈 마이크로시스템 코포레이션
Priority date: 2021-03-17
Filing date: 2021-03-17
Publication date: 2023-02-07
Also published as: KR20220129954A

Abstract

본 발명에서 제공하는 동적 변위 오차 보상 시스템의 주요 기술적 특징은 즉, 제1축과 제2축의 위치 정보를 변수로 사용하여, 제1축과 제2축의 보정 검측을 기반으로 획득한 검측 오차 정보를 각각 상기 제1축의 변위에 대한 보상을 수행하는 제1 보상 테이블, 및 상기 제2축의 변위에 대한 보상을 수행하는 제2 보상 테이블로 구성한다. 상기 제1 보상 테이블은 제1 이동 소자가 상기 제1축 상에서 직선 운동을 수행하도록 구동하기 위한 제1 모터 장치의 제1 드라이버에 저장하고, 상기 제2 보상 테이블은 제2 이동 소자가 상기 제2축 상에서 직선 운동을 수행하도록 구동하기 위한 제2 모터 장치의 제2 드라이버에 저장한다. 상기 제1 드라이버와 상기 제2 드라이버는 동시에 또는 순차적으로 상기 제1축 상에서 상기 제1 이동 소자의 제1 동적 위치 정보 및 상기 제2축 상에서 상기 제2 이동 소자의 제2 동적 위치 정보를 획득한 후, 상기 제1 보상 테이블 및 상기 제2 보상 테이블에 따라, 상기 제1 이동 소자와 상기 제2 이동 소자에 대해 각각 변위 보상을 수행한다.

Description

동적 변위 오차 보상 시스템 {Dynamic Displacement Error Compensation System}

본 발명은 모터의 위치 보정 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 동적 변위 오차 보상 시스템에 관한 것이다.

모터를 변위 구동 소자로 사용하는 기술 분야에서는, 제한된 가공 정밀도가 변위 위치의 정확성에 영향을 미친다. 정밀도가 점점 더 중요해지고 있는 현대 산업에서는, 약간의 위치 오차가 큰 제품 결함을 유발할 수 있다. 변위 위치의 정확성을 확보하기 위해, 종래 기술에서는 여러 선행 기술이 공개되었다. 예를 들어 중국 특허 공보 제104076739A호에서는 선형 모터의 변위 스트로크를 측정하는 레이저 간섭계를 공개하였다. 이는 그 변위 스트로크에서 선형 모터의 각 특정 위치의 편차 정도를 획득하고, 상기 선형 모터의 오차 보상 테이블을 설정한 다음, 사용 시 상기 선형 모터의 위치 보정 기준으로 상기 오차 보상 테이블을 사용함으로써, 변위 위치의 정확성을 향상시킨다.

그러나 상기 제104076739A호에 개시된 기술은 1축 이동 시의 위치 보상 및 보정만 가능하며, 평면에서 2축 운동의 위치 결합 오차를 보상 및 보정할 수 없으므로, 사용에 한계가 있다. 따라서 중국 특허 공보 제109709892A호는 다축 연동 하에서의 공간 위치 보상 기술을 제공하였다. 이는 각 축 이동에 대한 위치 정보를 수집한 후, 컴퓨터 내의 공간 위치 보상 프로그램을 통해 연산을 수행한 다음, 위치 감지 소자의 피드백 위치 신호를 수정한 다음, 수정된 피드백 위치 신호를 구동 시스템으로 피드백하여, 수정된 피드백 위치 정보를 기반으로 보상을 수행한다. 상기 제109709892A호는 동적 보상을 수행할 수 있으나, 높은 연산 능력을 구비한 추가적인 외부 컴퓨터 장치로 연산과 수정 및 보상을 수행해야 하므로 비용이 높다.

따라서 본 발명의 주요 목적은 동적 변위 오차 보상 시스템을 제공하는 데에 있다. 이는 구동 구조에 추가 장치 없이 2차원 또는 2차원 이상의 운동에 대한 오차 보상을 구현할 수 있고 경제성과 정확성을 겸비한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서 제공하는 동적 변위 오차 보상 시스템의 주요 기술적 특징은 다음과 같다. 즉, 제1축과 제2축의 위치 정보를 변수로 사용하여, 제1축과 제2축의 보정 검출을 기반으로 획득한 검출 오차 정보를 각각 상기 제1축의 변위에 대한 보상을 수행하는 제1 보상 테이블, 및 상기 제2축의 변위에 대한 보상을 수행하는 제2 보상 테이블로 구성한다. 상기 제1 보상 테이블은 제1 이동 소자가 상기 제1축 상에서 직선 운동을 수행하도록 구동하기 위한 제1 모터 장치의 제1 드라이버에 저장하고, 상기 제2 보상 테이블은 제2 이동 소자가 상기 제2축 상에서 직선 운동을 수행하도록 구동하기 위한 제2 모터 장치의 제2 드라이버에 저장한다. 상기 제1 드라이버와 상기 제2 드라이버는 동시에 또는 순차적으로 상기 제1축 상에서 상기 제1 이동 소자의 제1 동적 위치 정보 및 상기 제2축 상에서 상기 제2 이동 소자의 제2 동적 위치 정보를 획득한 후, 상기 제1 보상 테이블 및 상기 제2 보상 테이블에 따라, 상기 제1 이동 소자와 상기 제2 이동 소자에 대해 각각 변위 보상을 수행한다.

이에 따라 상기 동적 변위 오차 보상 시스템은 보상 계산을 위한 별도의 연산 장치를 설치할 필요 없이, 상기 제1 드라이버와 상기 제2 드라이버를 통해 동적 변위 오차 보상을 수행할 수 있다. 이는 비용 절감 외에도 2개 또는 그 이상의 상이한 축방향으로 변위 오차 보상을 수행할 수 있다.

더 나아가서, 상기 동적 변위 오차 보상 시스템을 종래 기술에 장애 없이 적용할 수 있도록, 상기 동적 변위 오차 보상 시스템은 통신 유닛을 더 포함할 수 있다. 상기 통신 유닛은 상기 제1 드라이버와 상기 제2 드라이버에 전기적으로 연결되므로, 상기 제1 드라이버가 획득한 상기 제1 동적 위치 정보를 상기 통신 유닛을 통해 상기 제2 드라이버로 전송할 수 있다. 마찬가지로 상기 제2 드라이버가 획득한 상기 제2 동적 위치 정보도 상기 통신 유닛을 통해 상기 제1 드라이버에 전송될 수 있다. 따라서 상기 제1 드라이버와 상기 제2 드라이버는 모두 상기 제1 동적 위치 정보와 상기 제2 동적 위치 정보를 획득할 수 있다. 또한 상기 제1 보상 테이블과 상기 제2 보상 테이블에 따라 각각 상기 제1축과 상기 제2축 상의 운동 변위를 보상할 수 있다.

도 1은 본 발명의 비교적 바람직한 실시예의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 비교적 바람직한 실시예에서 검측 오차 보상 테이블을 구축하는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 비교적 바람직한 실시예에서 동적 오차 보상을 수행하는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 비교적 바람직한 실시예에서 동적 오차 보상을 수행한 후의 볼바(ballbar) 테스트 결과이다.
도 5는 본 발명의 대조군으로서 동적 오차 보상을 수행하지 않은 상태의 볼바 테스트 결과이다.

먼저 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 비교적 바람직한 실시예에서 제공하는 동적 변위 오차 보상 시스템(10)은 주로 제1 모터 장치(20)와 제2 모터 장치(30), 제1축(X) 방향을 따라 직선 왕복 변위하도록 상기 제1 모터 장치(20)에 의해 구동되는 제1 이동 소자, 및 상기 제2축(Y) 방향을 따라 직선 왕복 변위하도록 상기 제2 모터 장치(30)에 의해 구동되는 제2 이동 소자를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제1축(X)과 상기 제2축(Y)의 방향은 서로 수직이며, 상기 제1 이동 소자와 상기 제2 이동 소자의 작업 스트로크는 작업 평면(W)을 정의한다. 그러나 상기 기술은 본 발명에서 개선하고자 하는 기술적 목표가 아니며, 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이는 공지된 선행 기술이다. 따라서 본 발명은 본 발명의 기술적 특징과 관련된 부분만 본 발명의 기술적 특징을 이해하는 데 필요한 부분을 기준으로 설명한다.

여기에서, 상기 제1 모터 장치(20)는 직선 모터이고, 상기 제1축(X) 방향을 따라 연장되는 고정자, 및 상기 제1 이동 소자로서 상기 제1축(X) 방향 상에서 이동하는 회전자를 구비한다. 마찬가지로 상기 제2 모터 장치(30)는 직선 모터이고, 상기 제2축(Y) 방향을 따라 연장되는 고정자, 및 상기 제2 이동 소자로서 상기 제2축(Y) 방향 상에서 이동하는 회전자를 구비한다. 또한, 상기 제1 이동 소자와 상기 제2 이동 소자 동적 위치 정보를 획득하기 위한 위치 감지 기술에 사용된다. 예를 들어 광학 스케일(optical scale), 자기 스케일(magnetic scale)의 위치 감지 기술 등은 모두 공지된 기술 내용이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 공지되어 있다.

상기 동적 변위 오차 보상 시스템(10)은 상기 종래 기술과 달리 물품 및 방법의 2가지 측면이 존재한다. 여기에서 물품 부분의 경우, 상기 제1 모터 장치(20)의 제1 드라이버(21)는 제1 동적 오차 처리 유닛(22)을 구비하고, 상기 제2 모터 장치(30)의 제2 드라이버(31)는 제2 동적 오차 처리 유닛(32)을 구비한다. 동시에 통신 유닛(40)은 전기적으로 상기 제1 드라이버(21)와 상기 제2 드라이버(31)를 연결하므로, 상기 제1 드라이버(21)와 상기 제2 드라이버(31) 상호 간은 상기 통신 유닛(40)에 의해 통신할 수 있다.

방법 부분의 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1 이동 소자와 상기 제2 이동 소자는 상기 제1축과 상기 제2축 상에서의 변위에 대해 검측을 수행하여 오차값을 획득하고, 오차값에 따라 보상 평면의 점수를 결정한 후, 상기 제1축의 위치 정보와 상기 제2축의 위치 정보를 변수로 삼고, 표 1과 같이 상기 제1축에 대해 보상을 수행하는 데 적용되는 제1 보상 테이블, 및 표 2와 같이 상기 제2축에 대해 보상을 수행하는 데 적용되는 제2 보상 테이블을 구축한다. 다시 상기 제1 보상 테이블을 상기 제1 드라이버(21)에 저장하고, 상기 제2 보상 테이블을 상기 제2 드라이버(31)에 저장하며, 상기 제1 드라이버(21)와 상기 제2 드라이버(31)의 보상 기능을 가동한다.

도 1과 도 3에 도시된 바와 같이, 시스템이 초기화된 후, 공지된 위치 감지 기술로 상기 제1축 상에서 상기 제1 이동 소자의 제1 동적 위치 정보(23)를 상기 제1 드라이버(21)로 피드백하고, 상기 제2축 상에서 상기 제2 이동 소자의 제2 동적 위치 정보(33)를 상기 제2 드라이버(31)로 피드백한다. 동시에 상기 제1 드라이버(21)가 상기 통신 유닛(40)을 거쳐 상기 제2 드라이버(31)로부터 상기 제2 동적 위치 정보를 획득하고, 상기 제2 드라이버(31)가 상기 통신 유닛(40)을 거쳐 상기 제1 드라이버(21)로부터 상기 제1 동적 위치 정보를 획득한다. 이를 통해 제1 동적 오차 처리 유닛(22)과 상기 제2 동적 오차 처리 유닛(32)은 획득된 상기 제1 동적 위치 정보와 제2 동적 위치 정보를 기반으로, 각각 상기 제1 보상 테이블과 상기 제2 보상 테이블에 따라 개별적으로 계산한 후 획득된 대응하는 보상값은 제어 신호(24)(34)를 통해 상기 제1 이동 소자와 상기 제2 이동 소자에 대해 변위의 동적 보상을 수행한다. 예를 들어 상기 제1 동적 위치 정보가 제1축 위치 120mm에 대응하고, 상기 제2 동적 위치 정보가 상기 제2축 위치 90mm에 대응할 때, 상기 제1 보상 테이블에 따라 상기 제1 드라이버(21)는 상기 제1 이동 소자의 동적 변위에 대한 보상 값이 -0.85mm이고, 상기 제2 보상 테이블에 따라 상기 제2 드라이버(31)는 상기 제2 이동 소자의 동적 변위에 대한 보상값이 -0.82mm이다.

상기 동적 변위 오차 보상을 수행한 후, 볼바 테스트를 거쳐 도 4에 도시된 바와 같은 테스트 결과를 획득하였으며, 그 진원도(roundness)는 11.0μm이다. 도 5에서 보상을 거치지 않은 대조 볼바 테스트 결과가 23.5의 진원도를 갖는 것에 비해, 본 발명은 동적 변위 오차 보상을 현저하게 구현하고 가공 정밀도를 향상시킬 수 있으며, 별도의 보상 장치를 추가할 필요 없이 모터와 주변 드라이브만으로 구현할 수 있으므로 경제적 이점이 있다. 또한 2축 또는 2축 이상의 동적 위치 보상에 적용할 수 있으며, 종래의 1축 보상에 비해 본 발명의 보상 정밀도는 크게 향상될 수 있다.

상기 실시예에서는 상기 제1축과 상기 제2축이 서로 수직인 상대적 상태를 나열하였으나 이에 국한되지 않고 서로 평행하거나 수직으로 직교하는 상태일 수도 있음에 유의한다. 그 외 상기 통신 유닛은 유선 전송 외에 무선 전송도 가능하다. 또한 상기 제1 드라이버가 상기 제2 동적 위치 정보를 획득하는 출처는 상기 제2 드라이버로 제한되지 않으며, 위치 감지 메커니즘은 상기 제1 동적 위치 정보와 상기 제2 동적 위치 정보를 모두 상기 제1 드라이버와 상기 제2 드라이버로 피드백할 수 있으며, 상기 통신 유닛의 전송을 거칠 필요 없이 본 발명의 목적 및 효과를 구현할 수 있다.

표 1: 제1 보상 테이블

표 2: 제2 보상 테이블

10: 동적 변위 오차 보상 시스템
20: 제1 모터 장치
21: 제1 드라이버
22: 제1 동적 오차 처리 유닛
23: 위치 정보
24: 제어 신호
30: 제2 모터 장치
31: 제2 드라이버
32: 제2 동적 오차 처리 유닛
33: 위치 정보
34: 제어 신호
40: 통신 유닛
X: 제1축
Y: 제2축
W: 작업 평면

Claims

동적 변위 오차 보상 시스템에 있어서,
제1축을 따라 직선 운동하는 제1 이동 소자 및 상기 제1 이동 소자를 구동하기 위한 제1 모터 장치; 및
제2축을 따라 직선 운동하는 제2 이동 소자 및 상기 제2 이동 소자를 구동하기 위한 제2 모터 장치를 포함하고;
상기 동적 변위 오차 보상 시스템은
상기 제1축과 상기 제2축에서 각각 상기 제1 이동 소자와 상기 제2 이동 소자의 검출 오차 보상 테이블을 획득하고, 상기 검출 오차 보상 테이블은 제1 보상 테이블과 제2 보상 테이블을 포함하며, 상기 제1 보상 테이블 및 제2 보상 테이블을 상기 제1 모터 장치의 제1 드라이버와 상기 제2 모터 장치의 제2 드라이버에 각각에 저장하고;
모두 상기 제1축의 위치 정보와 상기 제2축의 위치 정보를 변수로 삼아 각각 상기 제1축 상에서의 보상값과 상기 제2축 상에서의 보상값을 획득하도록 구비하되,
상기 제1 드라이버는 제1 동적 오차 처리 유닛을 구비하여 상기 제1 드라이버는 상기 제1축 상에서 이동하는 상기 제1 이동 소자의 제1 동적 위치 정보 및 상기 제2축 상에서 이동하는 상기 제2 이동 소자의 제2 동적 위치 정보를 획득하고, 상기 제1 동적 오차 처리 유닛은 상기 제1 보상 테이블에 대응되는 보상값을 획득한 후 상기 제1축 상에서 상기 제1 이동 소자의 변위에 대한 보상을 수행하도록 구비되며,
상기 제2 드라이버는 제2 동적 오차 처리 유닛을 구비하여 상기 제2 드라이버는 상기 제1 동적 위치 정보와 상기 제2 동적 위치 정보를 획득하고, 상기 제2 동적 오차 처리 유닛은 상기 제2 보상 테이블에 대응하는 보상값을 획득한 후 상기 제2축 상에서 상기 제2 이동 소자의 변위에 대해 보상을 수행하는 것을 특징으로 하는 동적 변위 오차 보상 시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 드라이버와 상기 제2 드라이버에 전기적으로 연결되는 통신 유닛을 더 포함하는 동적 변위 오차 보상 시스템.
제3항에 있어서,
상기 제1 동적 위치 정보는 먼저 상기 제1 드라이버에 전송된 후, 다시 상기 제1 드라이버에서 상기 통신 유닛을 거쳐 상기 제2 드라이버에 전송되며; 상기 제2 동적 위치 정보는 먼저 상기 제2 드라이버로 전송된 후 상기 제2 드라이버에서 상기 통신 유닛을 거쳐 상기 제1 드라이버로 전송되는 동적 변위 오차 보상 시스템.
제4항에 있어서,
상기 통신 유닛은 상기 제1 드라이버와 상기 제2 드라이버 사이에서 선로로 신호를 전송하는 동적 변위 오차 보상 시스템.