KR20070093706A - 스캐너 장치 - Google Patents

Abstract

스캐너 장치는 베이스와, 베이스의 상측에 배치되는 플랫폼과, 베이스에 설치되어 각각 구동가능하도록 플랫폼의 하측에 설치된 두 쌍의 액츄에이터와, 액츄에이터와 각각 연결되며 병진운동과 회전운동 가능하도록 연동되게 결합되는 다수의 레버 암 및 액츄에이터의 작동을 제어하는 제어부를 포함하므로 회전각 및 회전 거리가 길어지는 이점이 있다.

스캐너, 액츄에이터, 피에조

Description

스캐너 장치 { Scanning apparatus }

도 1은 종래 기술에 따른 피에조 스캐너 장치를 도시한 도면,

도 2는 종래 기술에 따른 피에조 스캐너 장치의 플랫폼이 병진 작동된 상태를 도시한 도면,

도 3은 종래 기술에 따른 피에조 스캐너 장치의 플랫폼이 회전 작동된 상태를 도시한 도면,

도 4은 본 발명에 따른 스캐너 장치를 도시한 사시도,

도 5는 본 발명에 따른 스캐너 장치의 상면을 도시한 상면도,

도 6은 본 발명에 따른 스캐너 장치의 단면을 도시한 단면도,

도 7는 본 발명에 따른 스캐너 장치의 병진작동을 도시한 도면,

도 8과 도 9는 본 발명에 따른 스캐너 장치의 회전작동을 도시한 도면이다.

< 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 >

100 : 스캐너 장치 110 : 베이스

111 : 액츄에이터 설치부 113 : 단차부

120 : 액츄에이터 121 : 피봇연결부

123 : 제1탄성힌지부 125 : 제2탄성힌지부

127 : 제3탄성힌지부 130 : 레버암

131 : 제1레버암 133 : 제2레버암

140 : 플랫폼 141 : 제4탄성힌지부

150 : 변위센서 160 : 제어부

본 발명은 스캐너 장치에 관한 것으로서, 플랫폼에 입사되는 레이저 빔을 원하는 방향으로 반사하기 위해 플랫폼을 고속, 고정밀로 편향시키는 스캐너 장치에 관한 것이다.

일반적인 레이저 가공 장치는 전자파의 유도 방출을 이용하여 빛을 증폭하여 고에너지를 갖는 레이저 빔을 발산하는 장치로서, 레이저 빔의 에너지를 조절하여 모재의 표면을 검사하거나, 절단, 또는 모재의 표면에 묻은 이물질을 세정하는 용도 등 여러 분야에 사용되고 있다. 이와 같이 레이저 빔을 이용한 레이저 가공 장치는 여러 분야에 다양한 방법으로 사용되고 있으며, 그 이용분야가 본 발명의 명세서에 의해 한정되지 않는다.

전술된 레이저 가공 장치는 고에너지를 갖는 레이저 빔을 일방향으로 조사하여 대상물의 가공, 측정 등의 작업을 수행하는 장치이다. 이러한 레이저 가공 장치에서 발사된 레이저 빔은 이를 반사하는 스캐너 장치로 입사된 후, 상기 스캐너 장치의 병진운동 또는 회전운동에 의해 원하는 방향으로 편향되어 반사된다.

도 1은 종래 기술에 따른 피에조 스캐너 장치가 도시된 정면도이다.

종래의 스캐너 장치(10)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 베이스(12)의 양측에 지지부(13)가 형성되고, 상기 베이스(12) 및 지지부(13)의 상측에는 플랫폼(16)이 위치된다. 상기 플랫폼(16)에는 (도시되지 않은) 반사미러가 장착되며, 전술된 레이저 장치에서 발사된 레이저 빔을 반사한다.

또한, 상기 베이스(12)의 지지부(13) 상단에는 탄성힌지(20)의 일단이 연결 설치되며, 상기 탄성힌지(20)의 타단은 상기 플랫폼(16)과 연결 설치되며, 상기 플랫폼(16)의 이동을 제한한다. 또한, 상기 베이스(12)의 상부에는 상기 플랫폼(16)의 하면을 지지 또는 가압하는 액츄에이터(18)가 설치된다. 상기 액츄에이터(18)는 상기 플랫폼(16)의 회전축을 중심으로 복수개가 설치되며 대칭으로 배치될 수 있다.

이러한 피에조 스캐너 장치(10)의 플랫폼(16)이 병진 또는 회전된 작동상태인 도 2와 도 3을 참조하면, 전술된 스캐너 장치(10)는 액츄에이터(18)의 상대적인 운동에 의해 플랫폼(16)에 병진 또는 회전운동하게 된다.

다시 설명하면, 액츄에이터(18)가 동시에 구동하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 플랫폼(16)은 동일하게 작동하는 탄성힌지(20)를 하나의 축으로 상하 방향으로 병진운동을 한다. 이때, 플랫폼(16)은 탄성힌지(20)에 의해 이동이 구속된다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 액츄에이터(18) 중 어느 하나가 상승하거나 다른 하나가 하강하면 플랫폼(16)과 연결되어 각각 작동하는 탄성힌지(20)는 두 개 의 축이 되어 회전운동을 한다.

그러나, 이러한 구조는 스캐너 장치(10)의 회전각과 병진이송거리가 액츄에이터(18)의 짧은 이송거리에 의해 제한되므로 스캐닝 영역이 작아지는 문제점이 있다.

또한, 탄성힌지(20)의 이동변위는 액츄에이터(18)의 이동변위에 비해 항상 크다. 따라서, 플랫폼(16)의 최대 회전운동시 탄성힌지(20)에 과도한 응력이 발생하는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해소시키기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 스캐너 장치의 회전각을 증대시켜 스캐닝 영역을 확대하는 스캐너 장치를 제공하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 베이스와, 상기 베이스의 상측에 배치되는 플랫폼과, 상기 베이스에 설치되어 각각 구동가능하도록 상기 플랫폼의 하측에 설치된 두 쌍의 액츄에이터와, 상기 액츄에이터와 각각 연결되며 병진운동과 회전운동 가능하도록 연동되게 결합되는 다수의 레버 암 및 상기 액츄에이터의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 스캐너 장치를 제공한다.

상기 액츄에이터는 상기 베이스의 중심에서 사방에 대칭으로 배치되는 것이 바람직하다.

상기 레버 암은 상기 베이스와 상기 액츄에이터와 연결되며 일방향으로 회동 하는 제1레버암과, 상기 플랫폼과 연결되며 상기 제1레버암에 의해 상승되는 제2레버암으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 레버암에는 상기 제1레버암의 하측과 상기 액츄에이터를 연결하는 피봇연결부와, 상기 제1레버암과 상기 베이스를 연결하는 제1탄성힌지부와, 상기 제1레버암과 상기 제2레버암을 연결하는 제2탄성힌지부 및 상기 제2레버암과 상기 베이스를 연결하는 제3탄성힌지부가 설치되는 것이 바람직하다.

상기 제1탄성힌지부는 상기 피봇연결부를 중심으로 상기 베이스의 내측에 설치되고, 상기 제3탄성힌지부는 상기 제2탄성힌지부를 중심으로 상기 베이스의 외측에 설치되는 것이 바람직하다.

상기 제2레버암과 상기 플랫폼은 제4탄성힌지부에 의해 연결되는 것이 바람직하다.

상기 제1탄성힌지부와, 제2탄성힌지부와, 제3탄성힌지부 그리고, 제4탄성힌지부는 탄성재질로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 스캐너 장치에는 상기 플랫폼의 병진운동과 회전운동을 측정하기 위해 적어도 네 개의 변위센서가 설치되는 것이 바람직하다.

상기 변위센서는 상기 액츄에이터를 피드백 제어할 수 있도록 상기 플랫폼의 변위값을 상기 제어부로 전송하는 것이 바람직하다.

상기 변위센서는 정전용량형 센서인 것이 바람직하다.

상기 액츄에이터는 피에조 소자인 것이 바람직하다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 스캐너 장치를 상세하게 설명한 다.

도면들에 있어서 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소를 나타낸다.

도 4은 본 발명에 따른 스캐너 장치를 도시한 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 스캐너 장치의 상면을 도시한 상면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 스캐너 장치의 단면을 도시한 단면도이고, 도 7는 본 발명에 따른 스캐너 장치의 병진작동을 도시한 도면이며, 도 8과 도 9는 본 발명에 따른 스캐너 장치의 회전작동을 도시한 도면이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 피에조 스캐너 장치(100)는 작업면에 엑츄에이터(120)가 설치되는 엑츄에이터 설치부(111)가 형성된 베이스(110)가 마련된다.

베이스(110)의 상측에는 물건을 안착시킬 수 있도록 안착부가 형성된 플랫폼(140)이 배치된다. 플랫폼(140)의 상부에는 레이저 가공장치 등에서 발사되는 레이저 빔을 반사하기 위한 반사미러(미도시)가 장착될 수도 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 스캐너 장치(100)는 레이저 빔을 반사하는 실시예에 대하여 설명하고 있으나, 본 발명에서 그 용도를 한정하는 것은 아니다. 일 예로 본 발명의 스캐너 장치(100)의 플랫폼(140)에는 레이저 빔을 발사하는 레이저 가공장치가 장착되거나, 플랫폼(140)에 대상물을 안착시키고 별도로 설치된 레이저 가공장치에 의해 플랫폼(140)에 안착된 대상물을 가공하는 것도 가능하다.

베이스(110)의 엑츄에이터 설치부(111)에는 제어부(160)에 의해 작동되는 두 쌍의 액츄에이터(120)가 설치된다. 액츄에이터(120)는 각각 사방에 대칭으로 배치되며, 제어부(160)에 의해 길이가 신장되거나 수축되어 플랫폼(140)을 회전 또는 병진운동 하도록 작동된다. 베이스(110)에는 후술될 레버암(130)과 연결되도록 내측으로 함몰되게 단차부(113)가 형성된다.

본 발명의 실시예에서 베이스(110)는 사각박스형으로 형성되어 직교하는 중심선에 대칭되게 네 개의 영역(a,b,c,d)으로 나누어지며, 각각의 영역에 액츄에이터(120)가 각각 설치된다. 액츄에이터(120)는 출력이 다른 복수의 액츄에이터(120)를 설치하거나, 동일한 출력의 액츄에이터(120)가 적어도 하나 이상의 쌍을 이루도록 설치하는 것도 가능함은 물론이다. 본 발명의 실시예에서는 각각의 영역(a,b,c,d)에 각각 설치되는 액츄에이터(120)를 갖는 스캐너 장치(100)를 설명한다.

또한, 액츄에이터(120)는 피에조 소자로 이루어진다. 피에조 소자는 입력되는 전압에 의해 길이가 변하는 동적 소자로서, 제어부로부터 지속적으로 입력되는 전압에 의해 일정한 높이가 유지되도록 제어된다.

본 발명에서는 피에조 소자로 이루어진 액츄에이터(120)에 대해 설명하고 있으나, 액츄에니터(120)는 피에조 소자는 물론이고, 유체 또는 공기의 압력을 이용한 실린더, 또는 리니어 모터 및 그에 연결된 회전축 등의 변위를 갖는 다양한 장치가 이용될 수도 있다.

이러한 액츄에이터(120)에는 병진이동 가능하게 레버암(130)이 각각 설치된다. 레버암(130)은 2단으로 적층되게 배치될 수 있으며, 액츄에이터(120)와 연결되는 제1레버암(131)과, 플랫폼(140)과 연결되는 제2레버암(133)으로 이루어진다. 또 한, 레버암(130)은 필요에 따라 그 개수를 늘일 수 있다.

제1레버암(131)은 베이스(110)의 단차부(113)에 배치되어 하측에 액츄에이터(120)와 연결되는 피봇연결부(121)와, 베이스(110)와 연결되는 제1탄성힌지부(123)가 마련된다. 제1탄성힌지부(123)는 피봇연결부(121)를 중심으로 베이스(110)의 내측에 설치된다.

제1레버암(131)의 상측에는 제2레버암(133)과 연결되는 제2탄성힌지부(125)가 마련된다. 제2레버암(133)의 하측에는 베이스(110)와 연결되는 제3탄성힌지부(127)가 마련된다. 제3탄성힌지부(127)는 제2탄성힌지부(125)를 중심으로 베이스(110)의 외측에 설치된다.

또한, 제2레버암(133)은 상측이 제4탄성힌지부(141)에 의해 플랫폼(140)과 연결된다.

이에, 액츄에이터(120)가 구동되면, 피봇연결부(121)에 의해 액츄에이터(120)와 연결된 제1레버암(131)이 상승되면서 상측에 제2탄성힌지부(125)로 연결된 제2레버암(133) 또한 연동되어 상승되므로 제2레버암(133)과 연결된 플랫폼(140)이 상승가능하다. 이때, 베이스(110)와 연결된 제1탄성힌지부(123)와 제3탄성힌지부(127)는 상승되는 제1레버암(131)과 제2레버암(133)을 지지한다.

여기서, 제1탄성힌지부(123), 제2탄성힌지부(125), 제3탄성힌지부(127) 그리고 제4탄성힌지부(141)는 탄성재질로 형성되어 제1레버암(131)과 제2레버암(133)이 회전하고, 상승될 수 있도록 한다.

한편, 베이스(110)에는 변위센서(150)가 설치되어 플랫폼(140)의 이동변위 를 측정한다. 변위센서(150)는 적어도 네 개 설치되고, 각각의 변위센서(150)는 각 영역의 액츄에이터(120) 구동에 따른 플랫폼(140)의 이송거리를 감지한다.

즉, 각각의 변위센서(150)는 플랫폼(140)의 병진이송거리를 감지하며, 각각의 변위센서(150)에서 측정한 병진이송거리의 변화량을 토대로 회전방향 및 회전각을 측정한다.

여기서, 플랫폼(140)은 두 쌍의 액츄에이터(120)가 같은 전압으로 구동되거나 각각 다른 전압으로 구동되어 조절되는 레버암(130)의 승강거리에 따라 병진이송거리가 달라진다.

다시 설명하면, 플랫폼(140)은 베이스(110)의 a역역과 d영역이 X축을 이루고, b영역과 c영역이 Y축을 이루도록 액츄에이터(120)가 각각 다른 전압으로 구동되어 회전운동할 수 있으며, 두 쌍의 액츄에이터(120)가 동시에 같은 전압으로 구동되어 Z축으로 병진운동할 수 있다.

상기와 같이 작동하는 플랫폼(140)은 변위센서(150)에서 측정된 변위값이 플랫폼(140)의 위치를 피드백할 수 있도록 제어부(160)로 전송된다. 따라서, 제어부(160)는 피드백된 플랫폼(140)의 위치에 따라 액츄에이터(120)를 작동시킬 수 있으므로 플랫폼(140)의 이동을 정밀하게 제어할 수 있다. 여기서, 변위센서는 정전용량형 센서를 이용하는 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 제1레버암(131), 제2레버암(133), 제1탄성힌지부(123), 제2탄성힌지부(125), 제3탄성힌지부(127) 그리고, 제4탄성힌지부(141)는 도 4 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 전술한 베이스(110)의 각 영역(a,b,c,d)에 각각 설치된다.

이하에서는 본 발명에 따른 피에조 스캐너 장치의 작동을 상세하게 설명한다.

먼저, 스캐너 장치(100)의 액츄에이터(120)는 제어부(160)로부터 작동신호를 전송받아 작동된다.

액츄에이터(120)가 구동되면, 제1레버암(131)은 제2탄성힌지부(125)에 의해 베이스(110)와 연결된 측이 고정되므로 액츄에이터(120)와 연결된 제1탄성힌지부(123)를 중심으로 베이스(110)와 고정되지 않은 측이 상승된다. 또한, 제1레버암(131)이 상승하면, 제1레버암(131)과 연결된 제2레버암(133)은 제1레버암(131)과 연동되어 상승된다. 이때, 제2레버암(133)은 제3탄성힌지부(127)에 의해 베이스(110)의 외측과 연결되므로 제1레버암(131)과 반대방향으로 상승한다.

제2레버암(133)이 상승하면, 제4탄성힌지부(141)에 의해 제2레버암(133)과 연결된 플랫폼(140)도 상승한다.

이때, 제어부(160)는 변위센서로부터 플랫폼(140)의 위치를 전송받아 액츄에이터(120)의 작동출력을 조절할 수 있다. 따라서, 베이스(110)의 각 영역(a,b,c,d)에 설치된 제1레버암(131)과 제2레버암(133)은 액츄에이터(120)의 출력에 따라 플랫폼(140)의 위치를 조절할 수 있다.

즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 액츄에이터(120)가 동일한 전압으로 구동되면, 베이스(110)의 a영역과 d영역과 그리고, b영역과 c영역의 제1,2레버암(131,133)이 동시에 상승하므로 플랫폼(140)은 Z축으로 상승하여 병진운동하게 된다.

도 8 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 두 쌍의 액츄에이터(120)가 다른 전압으로 구동되면, a영역과 d영역 또는 b영역과 c영역의 레버암(130)과 연결된 측만 상승하므로 제4탄성힌지부(141)로 연결된 플랫폼(140)은 회전운동하게 된다.

예를 들면, 플랫폼(140)을 X축 방향으로 회전하려면, 최초에 각각의 액츄에이터(120)를 동일한 전압으로 구동시켜 플랫폼(140)을 일정거리 Z축으로 병진이송 한 상태에서 각각 다른 전압으로 이송거리가 달라지게 a영역과 d영역의 액츄에이터(120)를 구동시킨다. 따라서, 플랫폼(140)은 병진이송거리가 달라지므로 회전가능하게 된다.

플랫폼(140)을 Y축 방향으로 회전할 경우에는 상기와 같이 플랫폼(140)을 Z축으로 일정거리 병진이송한 상태에서 각각 다른 전압으로 이송거리가 달라지게 b영역과 c영역의 액츄에이터(120)를 구동시킨다.

본 발명에 따르면, 스캐너 장치는 2단으로 설치된 레버암이 3축으로 구동하므로 플랫폼의 회전각이 커지는 이점이 있다.

또한, 스캐너 장치는 레버암이 2단으로 설치됨에 따라 레버암의 길이만큼 상승거리가 길어지는 이점이 있다.

그리고, 스캐너 장치는 변위센서가 구비됨에 따라, 스캐너 장치의 작동 상태를 피드백 받을 수 있으므로 정밀하게 제어할 수 있는 이점이 있다.

Claims (11)

1. 베이스;

   상기 베이스의 상측에 배치되는 플랫폼;

   상기 베이스에 설치되어 각각 구동가능하도록 상기 플랫폼의 하측에 설치된 두 쌍의 액츄에이터;

   상기 액츄에이터와 각각 연결되며 병진운동과 회전운동 가능하도록 연동되게 결합되는 다수의 레버 암; 및

   상기 액츄에이터의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 스캐너 장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 액츄에이터는 상기 베이스의 중심에서 사방에 대칭으로 배치된 것을 특징으로 하는 스캐너 장치.
3. 청구항 1 내지 청구항 2 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 레버 암은 상기 베이스와 상기 액츄에이터와 연결되며 일방향으로 회동하는 제1레버암과,

   상기 플랫폼과 연결되며 상기 제1레버암에 의해 상승되는 제2레버암으로 이루어진 것을 특징으로 하는 스캐너 장치.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 레버암에는 상기 제1레버암의 하측과 상기 액츄에이터를 연결하는 피봇연결부;

   상기 제1레버암과 상기 베이스를 연결하는 제1탄성힌지부;

   상기 제1레버암과 상기 제2레버암을 연결하는 제2탄성힌지부; 및

   상기 제2레버암과 상기 베이스를 연결하는 제3탄성힌지부가 설치된 것을 특징으로 하는 스캐너 장치.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 제1탄성힌지부는 상기 피봇연결부를 중심으로 상기 베이스의 내측에 설치되고,

   상기 제3탄성힌지부는 상기 제2탄성힌지부를 중심으로 상기 베이스의 외측에 설치된 것을 특징으로 하는 장치.
6. 청구항 4에 있어서,

   상기 제2레버암과 상기 플랫폼은 제4탄성힌지부에 의해 연결된 것을 특징으로 하는 스캐너 장치.
7. 청구항 6에 있어서,

   상기 제1탄성힌지부와, 제2탄성힌지부와, 제3탄성힌지부 그리고, 제4탄성힌 지부는 탄성재질로 형성된 것을 특징으로 하는 스캐너 장치.
8. 청구항 1에 있어서,

   상기 스캐너 장치에는 상기 플랫폼의 병진운동과 회전운동을 측정하기 위해 적어도 네 개의 변위센서가 설치된 것을 특징으로 하는 스캐너 장치.
9. 청구항 8에 있어서,

   상기 변위센서는 상기 액츄에이터를 피드백 제어할 수 있도록 상기 플랫폼의 변위값을 상기 제어부로 전송하는 것을 특징으로 하는 스캐너 장치.
10. 청구항 8에 있어서,

    상기 변위센서는 정전용량형 센서인 것을 특징으로 하는 스캐너 장치.
11. 청구항 1에 있어서,

    상기 액츄에이터는 피에조 소자인 것을 특징으로 하는 스캐너 장치.

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