KR20060071866A - 동적 시스템 제어 방법 및 그 방법을 실행하기 적합한 장치 - Google Patents

Abstract

본원은 상호 평행하게 연장하는 두 가이드들과 상기 가이드들에 대해 횡방향으로 연장하고 상기 가이드들 위로 이동가능하며 빔 위로 슬라이드가 이동가능한 빔을 포함하는 동적 시스템을 제어하는 방법에 관한 것으로,

제 1 편차가 제 1 가이드 상에서 상기 빔의 원하는 위치와 실제 위치 사이에서 결정되고,

제 2 편차가 제 2 가이드 상에서 상기 빔의 원하는 위치와 실제 위치 사이에서 결정되며,

상기 빔 상에서 특정 지점의 상기 원하는 위치와 상기 실제 위치 사이의 위치 편차가 상기 제 1 및 제 2 편차들에 기초하여 결정되고,

상기 제 1 편차와 제 2 편차 사이의 변화량이 상기 제 1 및 제 2 편차들에 기초하여 부가적으로 결정되며,

그 후 상기 빔 상에 가해진 힘과 토크가 적어도 상기 위치 편차, 상기 변화량 및 상기 빔의 질량 중심에 대한 슬라이드의 위치에 의존하여 결정되는 것을 특징으로 한다.

동적 시스템, 부품 배치 기계, 슬라이드, 제어 회로, 처리 유닛

Description

동적 시스템 제어 방법 및 그 방법을 실행하기 적합한 장치{Method for controlling a dynamic system as well as a device suitable for carrying out such a method}

도 1은 본 발명에 따른 동적 시스템의 개략적인 평면도.

도 2는 도 1에 도시된 동적 시스템을 위한 제어 회로의 개략도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 동적 시스템 2 : 빔

3 : 빔의 제 1 단부 4 : 빔의 제 2 단부

5 : 슬라이드 6 : 제어 회로

7, 8, 13 : 감산기(subtracter) 9, 14 : 처리 유닛

10 : 가산기(adder) 11 : 제 1 제어기

12 : 제 2 제어기

본 발명은 상호 평행하게 연장하는 두 가이드들과 상기 가이드들에 대해 횡방향으로 연장하고 상기 가이드들 위로 이동가능하며 빔(beam) 위로 슬라이드가 이 동가능한 빔을 포함하는 동적(dynamic) 시스템을 제어하기 위한 방법에 관한 것이다.

본 발명은 또한 그와 같은 방법을 실행하기 적합한 장치에 관한 것이다.

그와 같은 동적 시스템의 제어는, 예를 들어 미국 특허 제6,163,116호로부터 공지되어 있다. 빔을 상호 평행하게 연장하는 두 가이드들 위로 이동시키는 장점은 이러한 방법에서는 빔이 단지 하나의 가이드 위로 이동되는 경우와 비교하여 더 높은 안정성을 획득할 수 있다는 것이다. 그와 같은 비교적 높은 안정성은, 예를 들어 상기 빔 위로 이동가능한 상기 슬라이드가 부품들을 파지하고 파지한 부품을 원하는 위치에, 예를 들어 인쇄 회로 기판에 배치하기 위한 노즐을 구비하는 부품 배치 기계들에서 바람직하다.

상기 미국 특허에 이미 개시된 바와 같이, 상호 평행하게 연장하는 가이드들과 상기 가이드들과 관련된 모터들의 사용의 단점은 상기 모터 제어기들이 상호 영향을 미친다는 것이다.

이러한 문제를 제거하기 위해, 상기 미국 특허에 따른 방법은 직선 축과 회전 축의 두 분리된 축들을 갖는 새로운 좌표계의 사용을 제안한다.

상기 방법의 결점은 비교적 복잡한 제어 루프들이 요구된다는 것이다. 더욱이, 이는 가상 좌표들에 이른다. 회전은 장치 내에서 자유도로 직접 이용가능하지 않고 확실히 제어되지 않는다.

본 발명의 목적은 상기 제어기들이 상호 거의 영향을 미치지 않는 반면에, 가이드들 위로 빔의 이동이 비교적 단순한 방법으로 제어될 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적은 제 1 편차가 제 1 가이드 상에서 상기 빔의 원하는 위치와 실제 위치 사이에서 결정되고, 제 2 편차가 제 2 가이드 상에서 상기 빔의 원하는 위치와 실제 위치 사이에서 결정되며, 상기 빔 상에서 특정 지점의 상기 원하는 위치와 상기 실제 위치 사이의 위치 편차가 상기 제 1 및 제 2 편차들에 기초하여 결정되고, 상기 제 1 편차와 제 2 편차 사이의 변화량이 상기 제 1 및 제 2 편차들에 기초하여 부가적으로 결정되며, 그 후 상기 빔 상에 가해진 힘과 토크가 적어도 상기 위치 편차, 상기 변화량 및 상기 빔의 질량 중심에 대한 슬라이드의 위치에 의존하여 결정되는 본 발명에 따른 방법에 의해 달성된다.

상기 빔 상에 가해진 힘과 토크는 위치 편차와 특정 지점, 예를 들어 상기 빔의 질량 중심 또는 슬라이드의 위치에서의 상기 빔의 위치에서의 변화량에 기초하여 단순한 방법으로 결정될 수 있다는 것이 발견되었다. 상기 빔 상에 가해진 상기 힘과 상기 토크는 제 1 및 제 2 가이드의 위치에서 상기 슬라이드에 가해진 힘으로 쉽게 변환될 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 일 실시예는 상기 위치 편차가 상기 빔 상의 상기 특정 지점에 대해 상기 슬라이드의 위치에 의존하여 수정되고, 그 후 수정된 위치 편차는 상기 빔 상에 가해진 힘을 결정하기 위해 제 1 제어기로 전송되는 것을 특징으로 한다.

이러한 방법에서 상기 빔 상에 가해진 힘은 상기 빔에 대해 상기 슬라이드의 위치에 의존하여 부분적으로 결정된다. 상기 빔과 그 위에 존재하는 상기 슬라이드의 질량 중심의 위치는 상기 빔 위로 슬라이드의 이동의 결과로 변할 것이다. 상기 슬라이드 상에 가해진 힘은 이를 고려함에 의해 매우 정확하게 결정될 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 다른 실시예는 상기 변화량이 토크를 결정하기 위해 제 2 제어기로 전송되고, 상기 토크는 상기 빔의 질량 중심에 대해 상기 슬라이드의 위치에 의존하여 수정되며, 상기 수정된 토크는 상기 슬라이드 상에 가해지는 것을 특징으로 한다.

상기 빔과 그 위에 존재하는 상기 슬라이드의 질량 중심의 위치에서의 변화가 상기 토크의 결정으로 고려되기 때문에, 상기 슬라이드에 가해지는 상기 토크는 더 정확하게 결정될 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 또다른 실시예는 상기 제 1 및 제 2 가이드의 위치에서 상기 슬라이드 상에 가해진 힘들이 상기 슬라이드 상에 가해진 상기 힘 또는 토크에 의존하여 결정되는 것을 특징으로 한다.

이러한 방법에서 상기 가이드들 위로 상기 빔을 구동하기 위한 모터들의 연속적인 제어가 비교적 쉬울 것이다.

본 발명에 따른 방법의 또다른 실시예는 상기 위치 편차와 상기 토크의 수정이 그 위에 존재하는 상기 슬라이드를 갖는 상기 빔의 질량 중심의 위치와 상기 빔의 질량 중심의 위치 사이의 편차에 의존하여 각각 발생하는 것을 특징으로 한다.

이러한 방법에서 슬라이드와 조합으로 상기 빔의 질량 중심의 실제 위치가 고려된다.

본 발명에 따른 방법의 또다른 실시예는 상기 위치 편차와 상기 토크의 수정이 상기 슬라이드의 질량 중심의 위치와 상기 빔의 질량 중심의 위치 사이의 편차에 의존하여 각각 발생하는 것을 특징으로 한다.

이러한 방법에서 상기 슬라이드의 질량 중심의 위치 변화가 고려된다. 상기 빔의 질량 중심은 상기 가이드들과 평행한 방향으로만 이동할 것이다. 상기 질량 중심의 위치는 상기 빔과 평행한 방향으로는 변하지않게 유지될 것이다.

본 발명은 또한 그러한 방법을 실행하기 적합한 장치에 관한 것이다.

그러한 목적으로, 본 발명에 따른 장치는 상호 평행하게 연장하는 두 가이드들에 대해 상기 가이드들에 대해 횡방향으로 연장하고 상기 가이드들 위로 이동가능하며 빔 위로 슬라이드가 이동가능한 빔을 포함하고, 상기 제 1 가이드 상의 상기 빔의 상기 원하는 위치와 상기 실제 위치 사이의 제 1 편차를 결정하기 위한 수단이 제공되며, 상기 제 2 가이드 상의 상기 빔의 상기 원하는 위치와 상기 실제 위치 사이의 제 2 편차를 결정하기 위한 수단이 제공되고, 상기 제 1 및 제 2 편차들에 기초하여 상기 빔 상의 특정 지점의 상기 원하는 위치와 상기 실제 위치 사이의 위치 편차를 결정하기 위한 수단이 제공되며, 상기 제 1 및 제 2 편차들에 기초하여 상기 제 1 편차와 상기 제 2 편차 사이의 변화량을 결정하기 위한 수단이 제공되고, 상기 빔 상에서 결정된 바와 같은 상기 힘과 상기 토크를 가하기 위한 수단뿐만 아니라 적어도 상기 위치 편차, 상기 변화량 및 상기 빔의 질량 중심에 대한 상기 슬라이드의 위치에 의존하여 상기 빔 상에 가해진 상기 힘과 상기 토크를 결정하기 위한 수단이 제공된다.

그와 같은 장치를 이용하여 슬라이드를 고정밀도로 어떤 원하는 위치로 이동시키는 것은 비교적 쉽다.

본 발명은 이제 도면들을 참조하여 보다 자세히 설명될 것이다.

도 1은 X-방향으로 연장하는 빔(2)을 포함하는 동적 시스템(1)을 도시한다. 상기 빔(2)은 Y-방향으로 연장하는 평행한 가이드들(도시 생략) 상에서 그 단부들(3, 4)에 의해 이동가능하게 지지된다.

슬라이드(5)는 상기 빔(2) 상에 이동가능하게 지지된다.

상기 가이드들 위의 상기 빔(2)의 이동과 상기 빔(2) 위의 상기 슬라이드(5)의 이동은 모터들에 의해 영향을 받는다.

힘 F1은 상기 가이드들과 협동하는 모터들에 의해 상기 제 1 단부(3) 상에 가해지고, 그 결과 제 1 단부(3)는 위치 Y1로 이동된다.

유사한 방법으로, 힘 F2는 제 2 단부(4) 상에 가해지고, 그 결과 제 2 단부는 위치 Y2로 이동된다. 힘은 상기 슬라이드(5) 상에 가해지고, 그 결과 상기 슬라이드(5)는 위치 X로 이동된다.

Y-방향으로 상기 빔(2)과 상기 슬라이드(5)에 가해진 총합인 힘 F는 상기 힘들 F1과 F2의 합이다.

F1 + F2 = F (1)

상기 빔(2)의 중심의 이동 Y는 상기 이동들 Y1과 Y2의 평균과 동일하다.

상기 빔(2)은 그 질량 중심 M1이 상기 빔(2)의 중심에 위치한 질량 m1을 갖 는다. 상기 슬라이드(5)는 그 질량 중심 M2가 상기 슬라이드(5)의 중심에 위치한 질량 m2를 갖는다. 상기 슬라이드(5)와 조합된 상기 빔(2)의 질량 중심 Mz는 각각 상기 빔(2)과 상기 슬라이드(5)의 질량 중심들 M1, M2 사이에 위치될 것이다. 상기 질량 중심 Mz는 상기 빔(2)의 중심 M1로부터 거리 z만큼 이격된다.

상기 거리 z는 상기 질량들 m1, m2에 의존하며, 상기 거리 x는 하기와 같이 결정될 수 있다.

(2)

Y-방향으로 상기 질량 중심 Mz의 이동 yz는 이동 y1과 이동 y2 모두에 의존한다. 상기 빔(2)의 단부들(3, 4)의 실제 위치들 y1, y2는 센서들에 의해 감지된다.

결과적으로, 상기 빔(2)의 길이는 2L이다. 따라서, 질량 중심 Mz의 상기 빔 상에 가해지는 토크 Tz는 다음과 같다.

(F2 - F1)ㆍL-zㆍ(F1 + F2) = T - Fㆍz= Tz (3)

도 2는 제어 회로가 상기 슬라이드(5) 뿐만 아니라 상기 빔(2)의 상기 단부들(3, 4)을 이동시키기 위해 모터들을 제어하기 위한 제어 시스템에 통합된 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위한 제어 회로를 도시한다.

상기 빔(2)의 제 1 및 제 2 단부(3, 4)의 원하는 위치들 y1,ref와 y2,ref는 상기 제어 회로(6)에 전송된다. 감산기(subtracter)(7)는 상기 빔(2)의 제 1 단부(3)의 원하는 위치 y1,ref와 실제 위치 y1 사이의 제 1 편차 e1을 결정한다. 유사 한 방법으로 감산기(8)는 상기 빔(2)의 제 2 단부(4)의 원하는 위치 y2,ref와 실제 위치 y2 사이의 제 2 편차 e2를 결정한다.

두 편차들 e1, e2는 상기 편차 e1, e2가 하기 식에 따라 상기 빔(2)의 중심 M1의 실제 위치와 원하는 위치 및 상기 빔(2)의 중심 M1의 실제 위치 사이의 편차를 지시하는 위치 편차 ey로 변환되는 처리 유닛(9)으로 전송된다.

(4)

더욱이, 변화량 ediff는 상기 처리 유닛(9)에 의해 결정된다. 상기 변화량 ediff는 제 1 편차 e1이 제 2 편차 e2와 동일하다면 영이 될 것이다.

상기 변화량 ediff는 그 후 Z/L이 곱해지고 상기 위치 편차 ey에 더해지는 가산기(adder)(10)로 전송된다. 이것은 Y-방향으로의 질량 중심 Mz의 원하는 위치와 실제 위치 사이의 편차값을 나타내는 값 ez를 준다. 상기 값 ez는 그 후, 예를 들어 필요하다면 어떤 필터들이 보충된, PID-제어기를 포함할 수 있는 제 1 제어기(11)로 전송된다.

상기 제어기(11)은 상기 빔(2) 상에 가해지는 힘 F를 결정하는데 사용된다.

상기 변화량 ediff는 상기 제어기(11)와 같은 구조를 가질 수 있는 제 2 제어기(12)로 전송되고, 동시에 상기 값 ez는 상기 제어기(11)로 전송된다.

상기 제어기(12)를 이용하여, 상기 빔(2)에 가해진 토크의 척도인 힘 Tz/L이 변화량 ediff로부터 결정된다.

상기 감산기(13)에서, 상기 제어기(11)에 의해 결정된 힘 F의 일부 z/L은 상 기 힘 Tz/L로부터 감산된다. 이는 상기 빔(2)에 가해진 토크의 척도인 힘 T/L을 준다.

상기 제어기(11)에 의해 결정된 힘 F와 힘 T/L 모두는 상기 슬라이드(5)의 상기 단부들(3, 4)에 가해진 상기 힘 F1, F2가 하기 식에 의해 결정되는 처리 유닛(14)으로 전송된다.

(5)

그 후 상기 힘들 F1, F2는 상기 모터들에 의해 상기 단부들(3, 4)에 전송되고, 상기 단부들(3, 4)이 질문부에서 상기 가이드들 위로 이동하게 하고 그 후 위치 y1, y2를 차지하게 한다. 센서들에 의해 감지될 수 있는 상기 위치들 y1, y2는 그 후 상기 감산기(7, 8)로 피드백된다.

상기 제어기들(11, 12)이 상호 독립적으로 작동하기 때문에, 이들은 상호 영향을 주지 않을 것이다. ediff에 z/L 대신 x/L이 곱해져서 값 ex를 도출하는 것 또한 가능하고, 이는 연속하여 상기 제어기(11)에 전송될 것이다. 상기 값 ex는 Y-방향으로 상기 슬라이드(5)의 질량 중심 m2의 편차의 척도이다.

상기 힘들은 적합하게는 질량 중심에 가해진다.

상기 제어 회로(6)를 두 Y-구동 유닛들을 위한 두 제어 루프들 사이에서 부가적으로 최소한의 상호작용이 발생하는 MIMO 제어기(Multi Input Multi Output)로 형성하는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 방법 및 장치는 부품 배치 기계와 같이 슬라이드(5)가 정밀하게 배치되어야 하는 다양한 적용들에 적합하다.

Claims (7)

1. 상호 평행하게 연장하는 두 가이드들과 상기 가이드들에 대해 횡방향으로 연장하고 상기 가이드들 위로 이동가능하며 빔 위로 슬라이드가 이동가능한 빔을 포함하는 동적 시스템을 제어하는 방법에 있어서,

   제 1 편차가 제 1 가이드 상에서 상기 빔의 원하는 위치와 실제 위치 사이에서 결정되고,

   제 2 편차가 제 2 가이드 상에서 상기 빔의 원하는 위치와 실제 위치 사이에서 결정되며,

   상기 빔 상에서 특정 지점의 상기 원하는 위치와 상기 실제 위치 사이의 위치 편차가 상기 제 1 및 제 2 편차들에 기초하여 결정되고,

   상기 제 1 편차와 제 2 편차 사이의 변화량이 상기 제 1 및 제 2 편차들에 기초하여 부가적으로 결정되며,

   그 후 상기 빔 상에 가해진 힘과 토크가 적어도 상기 위치 편차, 상기 변화량 및 상기 빔의 질량 중심에 대한 슬라이드의 위치에 의존하여 결정되는 것을 특징으로 하는 동적 시스템 제어 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 위치 편차는 상기 빔 상의 상기 특정 지점에 대해 상기 슬라이드의 위치에 의존하여 수정되고, 그 후 수정된 위치 편차는 상기 빔 상에 가해진 힘을 결정하기 위해 제 1 제어기로 전송되는 것을 특징으로 하는 동적 시스템 제어 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 변화량은 토크를 결정하기 위해 제 2 제어기로 전송되고, 상기 토크는 상기 빔의 질량 중심에 대한 상기 슬라이드의 위치에 의존하여 수정되며, 상기 수정된 토크는 상기 슬라이드 상에 가해지는 것을 특징으로 하는 동적 시스템 제어 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 가이드의 위치에서 상기 슬라이드 상에 가해진 힘들은 상기 슬라이드 상에 가해진 상기 힘 또는 토크에 의존하여 결정되는 것을 특징으로 하는 동적 시스템 제어 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 위치 편차와 상기 토크의 수정은 그 위에 상기 슬라이드가 존재하는 상기 빔의 질량 중심의 위치와 상기 빔의 질량 중심의 위치 사이의 편차에 의존하여 각각 발생하는 것을 특징으로 하는 동적 시스템 제어 방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 위치 편차와 상기 토크의 수정은 상기 슬라이드의 질량 중심의 위치와 상기 빔의 질량 중심의 위치 사이의 편차에 의존하여 각각 발생하는 것을 특징으로 하는 동적 시스템 제어 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 실행하기에 적합한 장치에 있어서,

   상기 장치는 상호 평행하게 연장하는 두 가이드들과 상기 가이드들에 대해 횡방향으로 연장하고 상기 가이드들 위로 이동가능하며 빔 위로 슬라이드가 이동가능한 빔을 포함하고,

   상기 제 1 가이드 상의 상기 빔의 상기 원하는 위치와 상기 실제 위치 사이의 제 1 편차를 결정하기 위한 수단이 제공되며,

   상기 제 2 가이드 상의 상기 빔의 상기 원하는 위치와 상기 실제 위치 사이의 제 2 편차를 결정하기 위한 수단이 제공되고,

   상기 제 1 및 제 2 편차들에 기초하여 상기 빔 상의 특정 지점의 상기 원하는 위치와 상기 실제 위치 사이의 위치 편차를 결정하기 위한 수단이 제공되며,

   상기 제 1 및 제 2 편차들에 기초하여 상기 제 1 편차와 상기 제 2 편차 사이의 변화량을 결정하기 위한 수단이 제공되고,

   상기 빔 상에서 결정된 바와 같은 상기 힘과 상기 토크를 가하기 위한 수단뿐만 아니라 적어도 상기 위치 편차, 상기 변화량 및 상기 빔의 질량 중심에 대한 상기 슬라이드의 위치에 의존하여 상기 빔 상에 가해진 상기 힘과 상기 토크를 결정하기 위한 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 동적 시스템 제어 방법 실행 장치.

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