KR20100056789A - 반력 상쇄 장치, 그것의 질량체 설정 방법, 그것을 이용한 반력 상쇄 방법 및 그것을 구비한 디스펜서 - Google Patents

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류도현
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Abstract

본 발명은, 반력 상쇄 장치, 그것의 질량체 설정 방법, 그것을 이용한 반력 상쇄 방법 및 그것을 구비한 디스펜서에 관한 것으로서, 소프트웨어적 진동제어부와 기구적 반력상쇄부를 함께 이용하여 이동체의 X축 구동시에 발생되는 반력에 의한 진동을 보다 완벽하게 감쇠시킬 수 있고, 이에 따라 고정밀도의 이송장치 실현이 가능해지는 효과를 제공한다.
X축, 반력, 진동감지센서, 리니어 모터, 질량체

Description

반력 상쇄 장치, 그것의 질량체 설정 방법, 그것을 이용한 반력 상쇄 방법 및 그것을 구비한 디스펜서{Device for offsetting repulsive force, method for setting up its mass, method for offsetting repulsive force using it, and Dispenser having it}
본 발명은 운반용 로봇, 정밀 작업기구 등의 이송 시스템의 움직임에 따라 발생되는 반력을 상쇄시켜 진동 발생을 저감시키기 위한 반력 상쇄 장치, 그것의 질량체 설정 방법, 그것을 이용한 반력 상쇄 방법 및 그것을 구비한 디스펜서에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 제조 장비, LCD 제조 장비 등을 포함한 정밀 작업용 로봇, 그리고 운반 기계를 비롯한 정밀 기계 기구 등에는 리니어 시스템이 구비되어 작업 헤드 등(이하 '이동체'라 함)을 X축 방향 또는 Y축 방향 등으로 정밀하게 이동시키면서 작업을 실행하게 된다.
예를 들면, LCD 제조 장비 중 디스펜서와 같은 장비는, 헤드 유닛에 구비된 노즐과 스테이지에 올려진 기판을 상대 이동시키면서 실 패턴을 형성하거나 액정을 적하할 수 있도록 구성된다. 이러한 디스펜서 역시 노즐 또는 스테이지를 X, Y, Z 축 방향으로 이동시키기 위해 통상적으로 LM 가이드라 칭하는 리니어 시스템들이 구비된다.
리니어 시스템 즉, 직선 운동기구는 이동체(가동자)가 지지체(고정자)를 따라 직선 이동하면서 작업 기구(tool)를 이동시키거나 운송하도록 작동되는데, 이동체가 지지체를 따라 가속 이동하거나 감속 이동할 때, 뉴우톤의 제3법칙(작용-반작용의 법칙)에 따라 지지체에는 필연적으로 반력이 생성된다. 이러한 반력 발생은 지지체가 설치된 장비 전체에 전달됨으로써 일정한 진동을 발생시키게 되어, 작업 기구를 보다 정밀하게 제어 구동하는데 장애 요인으로 작용한다.
따라서, 상기와 같은 리니어 시스템을 채용하는 각종 정밀 작업용 로봇 및 기계 기구들에는 시스템 가동시에 발생하는 반력에 의한 진동을 감쇠시키기 위한 다양한 연구들이 진행되고 있다.
진동 상쇄 방법으로는, 크게 기구적 반력 시스템과 S/W(software) 진동제어 시스템을 이용하고 있는데, 기구적 반력 시스템은 이동체 질량의 5배 이상의 질량을 갖는 질량체를 이용하여 반력을 상쇄시켜 진동을 줄이는 시스템이다. 그리고 S/W(software) 진동제어 시스템은 리니어 기구의 기존 입력에 임의의 입력을 추가하여 변형된 최종입력을 만들어 이동체의 이동을 제어함으로써 이동체의 구동시에 발생되는 진동을 저감시키는 방법이다. 즉, S/W(software) 진동제어 시스템은 이동체를 제어 구동할 때 고유 진동 주파수만큼 새로운 역상 진동 주파수를 추가로 입력하는 것과 같은 제어 방식으로 진동 발생을 최소화시키는 방법을 이용하고 있다.
그러나, 종래에는 리니어 시스템을 구비한 각종 장비 등에 상기한 기구적 반력 시스템 또는 S/W 진동제어 시스템 중 어느 한 가지 시스템만으로 진동을 감쇠시키고 있으나, 한 가지 시스템의 적용만으로는 보다 완벽한 진동 감쇠 효과를 얻기 어려운 문제가 발생되고 있다.
특히, 기구적 반력 시스템의 경우에 이동체 질량의 5배 이상이 되는 질량을 갖는 질량체를 이용하여 진동을 줄이기 때문에 질량체 구성에 많은 비용이 소요될 뿐만 아니라 설치 공간을 많이 차지하게 되는 등 전체 장비의 구성을 복잡하게 하고, 경쟁력을 저하시키는 요인으로 작용하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, S/W 진동 제어 방식과 함께 기구적 반력상쇄 방식을 함께 사용하여 가속 시스템에서 발생되는 진동을 보다 완벽하게 감쇠시킬 수 있는 반력 상쇄 장치, 그것의 질량체 설정 방법, 그것을 이용한 반력 상쇄 방법 및 그것을 구비한 디스펜서를 제공하는 데 목적이 있다.
또한 본 발명은, S/W 진동제어부의 진동 감쇠력을 파악하여, 기구적 반력상쇄부를 구성하는 질량체의 질량을 최소화시켜 전체적인 로봇 및 기계기구의 구조를 간단히 하면서도 진동 감쇠 효과는 극대화시킬 수 있는 반력 상쇄 장치, 그것의 설정 방법, 그것을 이용한 반력 상쇄 방법 및 그것을 구비한 디스펜서를 제공하는 데 목적이 있다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 반력 상쇄 장치는, 이동체 지지대 상에 X축 방향으로 상대 운동이 가능하도록 설치되는 지지체와; 상기 지지체를 따라 X축 방향으로 직선 이동하는 이동체와; 상기 이동체 구동을 위해 설정되는 기준 명령을 인풋 쉐이핑(input shaping) 방식으로 보정하고, 이 보정된 보정 명령을 출력하여 이동체의 구동을 제어함으로써 이동체 구동시에 발생할 수 있는 진동을 저감시키는 소프트웨어적 진동제어부와; 상기 지지체에 연결되어 상기 이동체가 지지체를 따라 가감속 이동할 때 상기 지지체에 가해지는 반력을 질량체를 이용하여 상쇄시키는 기구적 반력상쇄부를 포함한 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 이동체 구동시에 발생하는 이동체의 진동을 감지하는 진동감지부가 포함되고, 상기 소프트웨어적 진동제어부는, 상기 진동감지부에서 감지한 이동체 구동시에 발생되는 실제 진동감지 결과를 입력받아 상기 보정 명령을 보정하여 출력할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
또한 상기 기구적 반력상쇄부는 상기 지지체와 조인트 기구로 연결되는 질량체로 구성되는 것이 바람직하다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 반력 상쇄 장치의 질량체 설정방법은, 상기 소프트웨어적 진동제어부의 인풋쉐이핑 제어 방식으로 진동 발생이 저감된 상태에서 이동체의 가속도 값을 측정하는 제1단계와; 상기 기구적 반력상쇄부의 질량체의 목표 가속도를 설정하고, 상기 제1단계에서 측정된 이동체의 가속도 값에 근거하여, 상기 기구적 반력상쇄부의 질량체의 질량을 결정하는 제2단계를 포함한 것을 특징으로 한다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 반력 상쇄 방법은, 상기 소프트웨어적 진동제어부를 이용하여 이동체 구동시에 발생할 수 있는 진동을 최소화함과 아울러, 기구적 반력상쇄부를 이용하여 상기 이동체가 X축 방향으로 가감속 이동할 때 발생되는 반력에 의한 진동을 감쇠시키는 제1단계와; 상기 제1단계를 진행하면서 상기 진동감지부에서 감지한 이동체의 진동량을 측정하여, 상기 소프트웨어적 진동제어부로 피드백하는 제2단계와; 상기 제2단계에서 피드백된 정보를 이용하 여 소프트웨어적 진동제어부에서 상기 보정 명령을 보정하여 이동체 구동시에 발생할 수 있는 진동을 최소화할 수 있도록 제어하는 제3단계를 포함한 것을 특징으로 한다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 디스펜서는, 기판이 탑재되는 스테이지를 지지하는 프레임과; 상기 프레임의 상부에 Y축 방향으로 이동 가능하게 설치된 헤드 지지대와; 상기 헤드 지지대에 X축 방향으로 상대 운동 가능하게 설치된 지지체와; 상기 지지체에 X축 방향으로 이동 가능하게 지지되고, 노즐이 구비되어 상기 스테이지에 탑재된 기판에 실런트 또는 액정을 도포하는 헤드유닛과; 상기 헤드 유닛을 상기 지지체를 따라 X축 방향으로 이동시키는 X축 구동유닛과; 상기 헤드유닛 구동을 위해 설정되는 기준 명령을 인풋 쉐이핑(input shaping) 방식으로 보정하고, 이 보정된 보정 명령을 출력하여 헤드유닛의 구동을 제어함으로써 헤드유닛 구동시에 발생할 수 있는 진동을 저감시키는 소프트웨어적 진동제어부와; 상기 헤드 지지대가 Y축 방향으로 이동되어 상기 지지체 및 헤드유닛의 Y축 변위가 변화된 상태에서도, 상기 헤드유닛이 X축 방향으로 이동할 때 상기 지지체에 가해지는 반력을 상기 지지체에 연결된 질량체를 이용하여 상쇄시키는 기구적 반력상쇄부를 포함한 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 헤드유닛 구동시에 헤드유닛에서 발생하는 진동을 감지하는 진동감지부가 포함되고, 상기 소프트웨어적 진동제어부는, 상기 진동감지부에서 감지한 헤드유닛 구동시에 발생되는 실제 진동감지 결과를 입력받아 상기 보정 명령을 다시 보정하여 출력할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
상기 기구적 반력상쇄부는, 상기 프레임과 이격된 위치에 설치되는 질량체와, 이 질량체와 지지체 사이에 연결되어 지지체에 가해지는 반력을 질량체에 전달하는 조인트 기구를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 반력 상쇄 장치, 그것의 질량체 설정 방법, 그것을 이용한 반력 상쇄 방법 및 그것을 구비한 디스펜서는, 소프트웨어적 진동제어부와 기구적 반력상쇄부를 함께 이용하여 이동체의 X축 구동시에 발생되는 반력에 의한 진동을 보다 완벽하게 감쇠시킬 수 있고, 이에 따라 보다 우수한 정밀 작업성을 구현할 수 있는 효과를 제공한다.
또한 본 발명은, 소프트웨어적 진동제어부의 진동 감쇠력에 의거하여, 기구적 반력상쇄부를 구성하는 질량체의 질량을 설정하여 구성하기 때문에 질량체를 최소화시켜 전체적인 로봇 및 기계기구의 구조를 간단히 하면서도 진동 감쇠 효과는 극대화시킬 수 있는 효과를 제공하게 된다.
본 발명의 실시예를 설명하기에 앞서, 본 발명에 따른 반력 상쇄 장치는 반도체 제조 장비, LCD 제조 장비 등을 포함한 정밀 작업용 로봇, 그리고 운반 기계를 비롯한 정밀 기계 등에 다양하게 적용될 수 있다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같 다.
도 1은 본 발명에 따른 일 실시예의 반력 상쇄 장치의 기본 구성이 도시된 개략도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 반력 상쇄 장치는 스테이지(1), 프레임(2), 이동체 지지대(3), 이동체(5)로 이루어진 기계 장비에 구성된다.
여기서 스테이지(1)는 통상 작업대 역할을 할 수 있도록 구성되고, 프레임(2)은 상기 스테이지(1)를 지지하도록 구성되거나 분리되어 구성될 수 있다. 그리고 상기 이동체 지지대(3)는 상기 프레임(2) 상에 지지되게 설치되고, 상기 이동체(5)는 작업대에 올려진 대상물 등에 작업을 실제 실행하는 툴(tool) 등이 장착되는 구성체로서 상기 이동체 지지대(3) 상에서 X축 방향으로 직선 운동할 수 있게 구성된다.
이러한 기계 장비의 기본적인 구성은 널리 공지되어 있으므로, 구체적인 설명은 생략한다.
상기 이동체(5)는 상기 이동체 지지대(3) 상에서 직선 이동하게 되는데, 이동체(5)의 직선 이동은 통상적으로 리니어 모터에 의해 이루어진다. 이때 이동체(5)에는 리니어 모터의 가동자가 설치되고, 이동체 지지대(3) 쪽에는 고정자가 설치된다.
여기서 본 발명의 반력 상쇄 장치를 구성하기 위해, 상기 고정자는 상기 이동체 지지대(3)에 상대 이동이 가능하도록 설치되어 상기 이동체(5)가 X축 방향으로 가감속 이동할 때 발생되는 반력이 이동체 지지대(3)를 포함하여 프레임(2) 쪽 에 전달되지 않도록 구성된다.
이러한 고정자는 상기 이동체 지지대(3)에 직접 상대 이동 가능하게 설치되거나 추가 구조물을 통해 이동체 지지대(3)에 상대 이동 가능하게 설치될 수 있는바, 이하에서는 상기 고정자 또는 이를 지지하는 추가 구조물을 통칭하여 지지체(4)로 통일하여 설명한다.
상기 리니어 모터는 X축 구동 제어부의 제어 신호에 의해 구동되면서 상기 이동체(5)를 지지체(4)를 따라 X축 방향으로 이동시키게 된다.
이동체(5)가 X축 방향으로 이동하게 되면, 이동체(5)가 이동하는 반대 방향으로 지지체(4)에 반력이 작용하고, 이 반력에 의해 진동이 발생하게 되는바, 이렇게 발생된 진동을 감쇠시키기 위해 반력 상쇄 장치가 설치된다.
본 발명에 따른 반력 상쇄 장치는 기본적으로 소프트웨어적 진동제어부(6)와 기구적 반력상쇄부(9)가 함께 이용되어, 보다 완벽한 진동 저감 효과를 달성할 수 있도록 구성된다.
구체적으로 설명하면, 본 발명의 반력 상쇄 장치는, 상기 이동체(5) 구동을 위해 설정되는 기준 명령을 인풋 쉐이핑(input shaping) 방식으로 보정하고, 이 보정된 보정 명령을 출력하여 이동체(5)의 구동을 제어함으로써 이동체(5) 구동시에 발생할 수 있는 진동을 저감시키는 소프트웨어적 진동제어부(6)와, 상기 지지체(4)에 연결되어 상기 이동체(5)가 지지체(4)를 따라 가감속 이동할 때 상기 지지체(4)에 가해지는 반력을 질량체(7)를 이용하여 상쇄시키는 기구적 반력상쇄부(9)로 구 성된다.
또한 상기 이동체(5)에는 이동체(5) 구동시에 발생하는 진동을 감지하여 피드백 제어가 가능하도록 진동감지부(5a)가 더 구비되는 것이 바람직하다.
이와 같은 본 발명의 반력 상쇄 장치의 각각의 구성에 대하여 설명한다.
먼저, 소프트웨어적 진동제어부(6)는 이동체 구동시에 발생되는 이동체의 자체 진동(잔류 진동)을 감쇠시키는 동시에 이동체 이동에 따른 반력 발생을 줄임으로써 시스템의 진동을 최소화시키기 위한 것이다.
이러한 소프트웨어적 진동제어부(6)는 도 2를 참고하면, 이동체(5)를 구동하기 위한 보정 명령을 출력하기 위해, 입력 성형기(input shaper)를 이용한 인풋쉐이핑 방식으로 제어신호를 산출하여 출력하게 되는데, 인풋쉐이핑 방식은 입력 성형기에서 기준 명령에 추가적으로 입력 성형기 임펄스(impulse)를 콘벌루션(convolution) 하여, 기준 명령을 변경한 새로운 보정 명령을 출력하여 이동체(5)를 구동할 수 있도록 구성된다.
이때 입력 성형기의 임펄스는, 이동체(5)의 고유진동수와 감쇠비 정보 등에 의해 결정되는 임펄스의 크기(Amplitudes of impulses), 임펄스의 입력 시간(Time locations of impulses) 등에 의해 결정될 수 있다. 이밖에 이동체(5)의 이동 속도, 가감속 구간수 등의 다른 변수도 추가하여 임펄스를 결정할 수 있다.
이와 같이 소프트웨어적 진동제어부(6)를 이용하여 이동체(5)의 구동을 제어함으로써 이동체가 구동되면서 발생될 수 있는 진동 발생 요인을 최소화시킨 상태에서 이동체가 구동되므로, 위에서 설명한 바와 같이 이동체(5)의 자체 진동을 줄 이는 동시에 지지체(4) 쪽에 가해지는 반력을 줄일 수 있게 된다.
이와 함께 상기 진동감지부(5a)를 이용하여 이동체 구동시에 발생되는 이동체의 자체 진동을 감지하여 피드백 함으로써 상기 보정 명령을 다시 보정하여 새로운 보정 명령을 출력하게 되면, 이동체 구동시에 발생되는 진동을 더욱 저감시킬 수 있게 된다.
이러한 진동감지부(5a)는 입력 성형기에 의해 산출된 보정 명령에 의해 이동체(5)가 구동되는 상태에서 이동체의 실제 진동량을 측정하여, 이 진동량이 일정 이상 즉, 기준 진동량 이상이 되면 입력 성형기에 피드백하여, 입력 성형기의 임펄스를 변경하여 다시 새로운 보정 명령을 출력하여 이동체(5)의 진동량을 줄이기 위해 구성된다.
이러한 진동감지부(5a)는, 진동감지센서로 구성될 수 있는데, 진동 감지센서는 이동체 또는 이동체의 진동을 감지할 수 있는 위치에 설치된다. 또한 진동감지부(5a)는 이동체 구동에 따른 작업 기구(Tool)의 위치 변화 상태에 의해서도 가능하다. 즉, 이동체의 실제 움직인 상태를 나타내는 시스템의 정보를 이용하여 간접적인 방식으로 이동체의 진동량을 산출하는 방식을 이용할 수도 있다.
다음, 기구적 반력상쇄부(9)는 상기 소프트웨어적 진동제어부(6)를 통해 이동체(5)의 자체 진동 발생을 최소화한 상태에서, 질량체(7)를 이용하여 이동체(5)가 이동할 때 발생되는 반력을 보다 확실하게 감쇠시키기 위해 설치된다.
이러한 기구적 반력상쇄부(9)는 지지체(4)의 한쪽 끝단에서 조인트 기구(8)를 통해 질량체(7)에 연결된다.
이때 질량체(7)의 바람직한 크기(질량) 설정은 아래에서 설명될 반력 상쇄 장치의 질량체 설정 방법을 설명할 때 자세히 설명한다.
상기한 바와 같이 이동체(5)가 구동될 때 발생되는 자체 진동 요인을 소프트웨어적 진동제어부(6)를 이용하여 저감시키고, 이와 동시에 이동체(5)가 X축 방향으로 가감속 이동할 때 발생되는 반력을 기구적 반력상쇄부(9)를 이용하여 감쇠시킴으로써 시스템에 가해지는 진동 발생을 최소화하여 보다 완벽한 진동 제어가 가능해진다.
또한 진동감지부(5a)를 이용하여 실제 이동체(5)의 진동량을 감지한 결과를 이용한, 피드백 제어를 통해 입력 성형기에 의해 산출된 보정 명령을 다시 보정하여 제어함으로써 진동 감쇠 능력을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
이제, 본 발명에 따른 반력 상쇄 장치의 질량체 설정 방법, 그리고 이를 이용한 반력 상쇄 방법에 대하여, 도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 반력 상쇄 장치의 질량체 설정 방법이 도시된 순서도이고, 도 4는 본 발명에 따른 반력 상쇄 방법이 도시된 순서도이다.
먼저, 반력 상쇄 장치의 질량체 설정 방법에 대하여 도 3을 참고하여 설명한다.
기구적 반력상쇄부(9)를 설치하지 않은 상태에서, 상기한 소프트웨어적 진동제어부(6)의 인풋쉐이핑 제어 방식으로 이동체(5)를 구동하고, 이때 이동체의 진동 발생이 저감된 상태에서 이동체(5)의 가속도 값을 측정한다.
이후, 상기 소프트웨어적 진동제어부(6)에 의한 저감된 이동체의 가속도 값에 근거하여, 목표로 하는 질량체의 목표 가속도 값에 따라 기구적 반력상쇄부(9)의 질량체(7) 크기를 결정하고, 이렇게 결정된 질량체(7)를 조인트 기구(8)를 통해 지지체(4)에 연결하여 설치한다.
여기서 상기와 같은 본 발명의 반력 상쇄 장치의 질량체 설정 방법을 구체적인 예시를 통해 설명한다.
이동체(5)가 구동될 때 1G 의 가속도(a0)가 발생한다고 가정하면, 상기한 소프트웨어적 진동제어부(6)의 제어 방식을 통해 이동체(5)의 가속도를 1G에서 0.4G 정도로 감쇠시킬 수 있다. 물론, 이는 대략의 수치이며 절대적인 가속도 감쇠량은 아니다.
이와 같이 소프트웨어적 진동제어부(6)를 통해 저감된 0.4G의 이동체(5) 가속도량에 기초하여 기구적 반력상쇄부(9)의 질량체(7) 크기를 결정한다.
이때, 질량체의 크기는, 지지체 및 이와 연결된 질량체의 가속도 설정치(이하 '목표 가속도'라 함)에 따라 달라지는데, 이 목표 가속도를 0.2G 로 설정한 경우를 예로 들어 설명한다.
참고로 0.2G는 시스템 운전 경험상 가장 안정된 운영이 가능한 지지체 및 질량체를 포함한 최고 허용 가속도 값이다. 만약 0.2G 이상의 가속도로 질량체와 연결된 지지체(고정자)(4)가 이동하게 된다면, 이동체(가동자)(5)와 지지체(4) 사이의 상대 이동 범위가 과도하게 커지면서 심한 진동이 발생하게 되므로 전체 시스템 의 운전이 불안정해지는 결과를 가져온다. 따라서 목표 가속도를 0.2G 로 설정하여 설명한다.
질량체(7)의 크기를 결정하는 질량과 가속도의 관계식은 아래의 수식과 같다.
[수식]
F = m1a1 = m2a2
여기서, F는 이동체 이동시에 발생되는 반력, m1은 이동체의 질량, a1은 이동체의 가속도(소프트웨어적 진동제어부에 의해 저감된 가속도), m2는 질량체의 질량, a2는 목표 가속도(질량체의 가속도)이다.
위와 같은 [수식]을 통해, 질량체(7)를 크기를 결정하여 보면, 소프트웨어적 진동제어부(6)에 의해 저감된 이동체(5)의 가속도(a1)가 0.4G라 하고, 목표 가속도(a2)를 0.2G 로 설계 한다면, 이동체(5)의 질량(m1)을 1로 가정했을 때, 상기 수식에 대입하여 보면,
1 × 0.4 = m2 × 0.2 이고, 이때 질량체(7)의 질량(m2)은 2 이다.
따라서, 질량체(7)의 질량(m2)은 이동체(5)의 질량(m1)의 2배 정도인 최소의 질량체로서 이동체(5) 이동시에 발생되는 반력을 충분히 상쇄시켜 안정된 시스템의 운전이 가능해진다.
물론, 소프트웨어적 진동제어부(6)에서 이동체(5)의 가속도(a1)를 더욱 저감시킨다면, 질량체(7)의 질량(m2) 또한 더욱 작게 설계할 수 있다.
하지만, 본 발명에서와 같이 소프트웨어적 진동제어부(6)를 이용하지 않고, 질량체(7)만 설치할 경우에, 상기에서 설명한 바와 같이 안정된 시스템 운전이 가능한 0.2G의 가속도를 얻기 위한 질량체의 설계 과정을 살펴본다.
이동체의 가속도(A)가 1G 만큼 발생한다면, 상기와 동일한 조건에서 상기 [수식]에 대입하여 보면,
1 × 1 = m2' × 0.2 이다. 이때의 질량체의 질량(m2')은 5 가 된다.
따라서, 질량체를 이용한 기구적 반력상쇄부(9)만을 이용하여 반력을 감쇠시키고자 한다면, 지지체를 포함한 질량체(7)의 가속도를 0.2G 정도로 저감시킬 때, 이동체(5) 질량의 5배 정도인 질량을 갖는 질량체(7)를 구성하여야 한다. 이는 소프트웨어적 진동제어부(6)를 함께 이용하여 반력을 저감시킬 때보다 수배 이상의 질량체 크기가 필요하게 됨을 알 수 있다.
상기한 바와 같이 소프트웨어적 진동제어부(6)에 의해 저감된 이동체의 가속도를 측정하고, 이에 근거하여 기구적 반력상쇄부(9)의 질량체(7)의 크기를 결정하여, 반력 상쇄 장치를 구성하게 되면, 질량체(7)의 크기를 최소화한 상태에서 이동체(5)가 X축 방향으로 가감속될 때 반력에 의해 발생되는 질량체의 가속도(a2)를 0.2G 또는 그 이하로 거의 상쇄시킬 수 있게 되므로 보다 완벽한 진동 제어가 가능하여 안정되고 정밀한 시스템의 운영이 가능해지게 된다.
이는, 도 1에서 점선으로 나타낸 질량체(7A)의 크기를 실선으로 나타낸 질량체(7)의 크기로 줄일 수 있게 됨으로써 전체 시스템의 기구적 구성이 간단해지면서, 안정적이고 정밀한 시스템 운전이 가능해지게 된다.
상기한 바와 같이 소프트웨어적 진동제어부(6)와 이에 근거하여 설정된 기구적 반력상쇄부(9)를 이용한 본 발명의 반력 상쇄 방법에 대하여 도 4를 참고하여 설명한다.
소프트웨어적 진동제어부(6)에 의해 보정된 보정 명령을 X축 구동제어부에서 출력하여 이동체(5)를 X축 방향으로 구동제어하게 되면, 인풋쉐이핑 방식으로 보정된 보정 명령에 의해 이동체(5)가 구동되면서 발생할 수 있는 진동(자체 떨림)이 최소화된 상태에서 이동체(5)가 X축 방향으로 이동하게 된다. 이와 동시에 기구적 반력상쇄부(9)가 이동체의 가감속 이동에 따라 발생되는 반력을 상쇄시키게 된다.
이와 같이 소프트웨어적 진동제어부(6)와 기구적 반력상쇄부(9)를 이용하여 이동체 구동시에 발생되는 자체 진동은 물론 반력에 의해 발생되는 진동까지 상쇄하게 되므로 전체 시스템의 진동 감쇠 효과를 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
이와 함께, 이동체(5)에 장착된 툴(tool)의 변경, 주변 환경의 변화 등에 의해 이동체의 고유 진동주파수가 달라질 수 있다.
이때, 이동체 구동시의 실제 진동량을 감지하는 진동감지부(5a)를 이용하여 이동체의 진동량을 정확하게 측정하고, 이렇게 측정된 진동량이 기준 진동량 범위를 벗어난 경우에, 실제 진동량에 근거하여 새로운 보정 명령을 산출하고, 이 새로 운 보정 명령으로 이동체의 X축 구동을 제어한다.
이와 같이 실제 이동체의 진동량을 측정하여 피드백 제어함으로써 이동체 구동시에 발생할 수 있는 진동을 지속적으로 보다 완벽하게 감쇠시킬 수 있게 된다.
이제, 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 반력 상쇄 장치를 적용한 디스펜서에 대하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 반력 상쇄 장치를 이용한 디스펜서가 도시된 사시도이다.
본 발명에 따른 디스펜서는 상기한 바와 같은 반력 상쇄 장치가 구비된 디스펜서이다.
도 5를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 디스펜서는, LCD를 구성하는 기판(S)에 실 패턴 또는 액정층을 형성할 수 있도록 구성된 것으로서, 기판(S)이 탑재되는 스테이지(15), 이 스테이지(15)를 지지하는 프레임(10), 이 프레임(10)의 상부에 Y축 방향으로 이동 가능하게 설치된 헤드 지지대(20), 이 헤드 지지대(20)에 X축 방향으로 이동 가능하게 지지되고 노즐이 구비되어 상기 스테이지(15)에 탑재된 기판(S)에 실런트 또는 액정을 도포하는 헤드유닛(30)이 구성된다.
상기 헤드 지지대(20)는 상기 스테이지(15)의 상부를 가로지르는 구조로 배치되고, 그 양측 부분이 상기 프레임(10)의 상부에 지지되는데, 프레임(10)에 지지되는 양측 부분에 리니어 모터와 같은 Y축 구동유닛(25)에 의해 Y축 방향으로 직선 이동할 수 있도록 설치된다. Y축 구동유닛(25)은 리니어 모터로 구성된 경우에 프 레임(10) 쪽에 설치된 고정자(26)와 헤드 지지대(20) 쪽에 설치된 가동자(27)로 구성될 수 있다.
이러한 헤드 지지대(20)에는 다수의 헤드유닛(30)이 설치되는데, 각 헤드유닛(30)들은 상기 스테이지(15)에 탑재된 기판에 실런트를 도포하거나 액정을 적하할 수 있도록 노즐이 각각 구비된다.
헤드유닛(30)들은 헤드 지지대(20)의 길이 방향, 즉 X축 방향으로 이동할 수 있도록 구성된다. 헤드유닛(30)들의 X축 방향의 이동은 리니어 모터 등으로 구성되는 X축 구동유닛(35)에 의해 X축 방향으로 이동하게 된다. 이때 X축 구동유닛(35)도 리니어 모터로 구성되는 것이 바람직한바, 이 경우에 상기 헤드 지지대(20) 쪽에 X축 방향으로 길게 설치된 고정자(36)와 상기 각각의 헤드유닛(30)에 설치되는 가동자(37)로 구성된다.
여기서 상기 고정자(36)는 가동자(37)를 포함한 헤드유닛(30)이 이동할 때 발생되는 반력이 헤드 지지대(20) 쪽에 전달되지 않도록 헤드 지지대(20)에 대하여 X축 방향으로 상대 운동이 가능하도록 설치된다.
이와 같이 구성되는 디스펜서는 헤드유닛(30)들이 헤드 지지대(20)를 따라 X축 방향으로 이동하고, 또한 헤드 지지대(20)가 프레임(10) 상에서 Y축 방향으로 이동함에 따라, 노즐이 기판에 대하여 X축과 Y축 방향으로 상대 이동하면서 실런트 또는 액정 도포 작업을 구현하도록 구성된다.
상기와 같은 디스펜서에는 헤드유닛(30)이 X축 방향으로 이동할 때 진동 발생을 최소화할 수 있도록 소프트웨어적 진동제어부(6')와 기구적 반력상쇄부(50)가 구비된다.
여기서 소프트웨어적 진동제어부(6')는 상기 헤드유닛(30)에서 발생된 진동을 감지하는 진동감지부(5a')에서 입력된 신호를 이용하여 피드백 제어가 가능하도록 구성할 수 있다.
이러한 소프트웨어적 진동제어부(6')와 진동감지부(5a')는 도 1을 참조하여 설명한 반력 상쇄 장치와 동일하게 구성되고, 동일하게 동작되는 것이 바람직하므로, 반복 설명은 생략한다.
하지만, 도 1의 기계 장비에서의 기구적 반력상쇄부(9)는 지지체(4)가 Y축 방향으로 움직이지 않고, 이동체(5)만 X축 방향으로 이동하는 1축 이송 시스템에서, 이동체 이동시에 발생되는 반력을 저감시키도록 구성된 반면, 본 실시예에서 적용되는 디스펜서는 헤드 지지대(20)가 Y축 방향으로 이동함에 따라 고정자(36) 및 헤드유닛(30)도 Y축 방향으로 이동하게 된다.
따라서 본 발명의 디스펜서에 적용되는 기구적 반력상쇄부(50)는 헤드유닛(30)의 Y축 방향 변위가 달라지더라도 헤드유닛(30) 이동시에 발생되는 X축 방향의 반력을 지속적으로 감쇠시킬 수 있도록 구성된다.
이와 같이 구성되는 기구적 반력상쇄부(50)도 위에서 자세히 설명한 바와 같이 소프트웨어적 진동제어부(6')의 제어에 의해 헤드유닛의 자체 진동이 최소화된 상태에서, 질량체(51)의 크기가 설정되어 헤드유닛(30) 구동시 발생하는 X축 방향의 반력을 감쇠시킬 수 있도록 구성된다.
이제 디스펜서에 적용되는 기구적 반력상쇄부(50)에 대하여 구체적으로 설명 한다.
기구적 반력상쇄부(50)는 상기 프레임(10)과 이격된 위치에 설치되는 질량체(51)와, 이 질량체(51)와 고정자(36) 사이에 연결되어 지지체에 가해지는 반력을 질량체(51)에 전달하는 조인트 기구(55)로 구성된다.
먼저, 상기 질량체(51)는 프레임(10)과 이격된 위치에 설치되는 것이 바람직하다.
이러한 질량체(51)의 크기 및 설치 개수는 상기한 본 발명의 질량체 설정 방법을 통해 적정하게 산정하여 설치할 수 있다.
다음, 상기 조인트 기구(55)는, 헤드유닛(30)의 Y축 변위가 달라진 상태에서도 상기 질량체(51)를 이용하여 헤드유닛(30)의 X축 방향 이동에 따른 반력을 상쇄시킬 수 있도록 설치된다.
즉, 본 발명의 디스펜서는, 헤드유닛(30)이 고정자(36)를 따라 X축 방향으로 이동하는 동시에 헤드 지지대(20)가 Y축 방향으로 이동하게 되므로, 헤드 지지대(20)가 Y축 방향으로 이동하여 실제 헤드유닛(30)의 Y축 변위가 달라진 상태에서, 헤드유닛(30)이 X축 방향으로 이동할 때 상기 조인트 기구(55) 및 상기 질량체(51)를 이용하여 반력을 상쇄시킬 수 있도록 구성되는 것이다.
이러한 조인트 기구(55)는, 고정자(36)에서 X축 방향으로 돌출되게 설치되는 연결체(70)와, 상기 질량체(51)에 지지되어 상기 연결체(70)가 Y축 방향으로 상대 이동 가능하도록 접속되는 접속 가이드(60)로 구성된다.
상기 연결체(70)는 고정자(36)의 한쪽 측면에서 X축 방향으로 길게 돌출된 구조로 설치되며, 헤드유닛(30)이 이동하면서 발생되는 반력을 질량체(51) 쪽에 충분히 전달할 수 있는 강성을 갖는 구조물로 설치된다. 도면에서는 헤드유닛(30)이 헤드 지지대(20)의 양쪽에 액정 적하용 헤드유닛과 실런트 도포용 헤드유닛으로 나누어 각각 설치되므로 헤드 지지대(20)의 양쪽에 구비된 각각의 고정자(36)에서 연결체(70)가 각각 연결되어 있는 구조를 예시하였다.
상기 접속 가이드(60)는 상기 프레임(10) 옆에서 Y축 방향으로 길게 배치되고, 높이는 상기 연결체(70)가 결합될 수 있을 정도의 높이로 설치된다.
이와 같은 연결체(70)와 접속 가이드(60)는 암수 결합 방식으로 상호 결합되게 구성되는 것이 바람직하다. 이때 연결체(70)가 접속 가이드(60)에 대하여 X축 방향으로는 구속되고, Y축 방향으로 상대 이동 가능하도록 결합된다.
그리고 상기 접속 가이드(60)는 질량체(51)에 지지되게 설치되는데, 이때 질량체(51)는 접속 가이드(60)가 Y축 방향으로 길게 설치되므로, 이를 안정적으로 지지하기 위해 복수개로 나누어서 설치되는 것이 바람직하다. 도면에서는 두 개의 질량체(51)가 설치된 구성을 예시하였고, 두 질량체(51)의 상단부 쪽에 접속 가이드(60)가 지지되는 구성을 예시하였다.
한편, 상기 연결체(70)와 접속 가이드(60)의 접속부에는 Y축 방향으로 상대 운동이 원활하게 이루어질 수 있도록 베어링 구조물이 설치되는 것이 바람직하다. 베어링 구조물은 연결체(70)가 상기 접속 가이드(60)의 접속 가이드 홈(62)내에서 접촉하는 면, 예를 들면 연결체(70)의 끝단면, 상면, 밑면 등에 구성될 수 있다. 이때 설치되는 베어링 구조물은 상대 운동체 상호 간에 마찰 저항을 최소화하면서 연결체(70)의 이동이 원활하게 보조하는 베어링이면, 공지의 베어링 구조물을 적절하게 선택하여 구성할 수 있다.
상기한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따른 디스펜서는, 연결체(70)의 끝단부가 상기 접속 가이드(60)의 접속 가이드 홈(62)에 삽입되어 있는 상태에서 헤드 지지대(20)가 Y축 방향으로 이동할 때, 고정자(36)에 연결된 연결체(70)의 끝단부가 접속 가이드 홈(62)을 따라 함께 이동하게 된다. 이와 같은 상태에서 헤드유닛(30)이 X축 방향으로 이동하면서 고정자(36)에 반력이 가해질 경우에, 연결체(70)에 전달된 반력은 그 끝단이 접속되어 있는 접속 가이드(60)를 통해 질량체(51)에 전달됨으로써 질량체(51)의 운동 에너지에 의해 반력을 상쇄시킬 수 있도록 구성되는 것이다.
이와 같이, 본 발명에 따른 디스펜서는 소프트웨어적 진동제어부(6'), 조인트 기구(55) 및 질량체(51)로 이루어진 기구적 반력상쇄부(50)에 의해, 헤드유닛(30)이 Y축 방향으로 이동하더라도 X축 방향의 반력에 의해 발생되는 진동을 지속적으로 감쇠시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 일 실시예의 반력 상쇄 장치의 기본 구성이 도시된 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 인풋쉐이핑 보정을 위한 소프트웨어적 진동제어부가 도시된 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 반력 상쇄 장치의 질량체 설정 방법이 도시된 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른 반력 상쇄 방법이 도시된 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 반력 상쇄 장치를 이용한 디스펜서가 도시된 사시도이다.

Claims (8)

  1. 이동체 지지대 상에 X축 방향으로 상대 운동이 가능하도록 설치되는 지지체와;
    상기 지지체를 따라 X축 방향으로 직선 이동하는 이동체와;
    상기 이동체 구동을 위해 설정되는 기준 명령을 인풋 쉐이핑(input shaping) 방식으로 보정하고, 이 보정된 보정 명령을 출력하여 이동체의 구동을 제어함으로써 이동체 구동시에 발생할 수 있는 진동을 저감시키는 소프트웨어적 진동제어부와;
    상기 지지체에 연결되어 상기 이동체가 지지체를 따라 가감속 이동할 때 상기 지지체에 가해지는 반력을 질량체를 이용하여 상쇄시키는 기구적 반력상쇄부를 포함한 것을 특징으로 하는 반력 상쇄 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 이동체 구동시에 발생하는 이동체의 진동을 감지하는 진동감지부가 포함되고,
    상기 소프트웨어적 진동제어부는, 상기 진동감지부에서 감지한 이동체 구동시에 발생되는 실제 진동감지 결과를 입력받아 상기 보정 명령을 보정하여 출력할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 반력 상쇄 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 기구적 반력상쇄부는 상기 지지체와 조인트 기구로 연결되는 질량체로 구성된 것을 특징으로 하는 반력 상쇄 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 반력 상쇄 장치의 질량체 설정 방법으로서,
    상기 소프트웨어적 진동제어부의 인풋쉐이핑 제어 방식으로 진동 발생이 저감된 상태에서 이동체의 가속도 값을 측정하는 제1단계와;
    상기 기구적 반력상쇄부의 질량체의 목표 가속도를 설정하고, 상기 제1단계에서 측정된 이동체의 가속도 값에 근거하여, 상기 기구적 반력상쇄부의 질량체의 질량을 결정하는 제2단계를 포함한 것을 특징으로 하는 반력 상쇄 장치의 질량체 설정 방법.
  5. 청구항 2에 기재된 반력 상쇄 장치를 이용한 반력 상쇄 방법으로서,
    상기 소프트웨어적 진동제어부를 이용하여 이동체 구동시에 발생할 수 있는 진동을 최소화함과 아울러, 기구적 반력상쇄부를 이용하여 상기 이동체가 X축 방향 으로 가감속 이동할 때 발생되는 반력에 의한 진동을 감쇠시키는 제1단계와;
    상기 제1단계를 진행하면서 상기 진동감지부에서 감지한 이동체의 진동량을 측정하여, 상기 소프트웨어적 진동제어부로 피드백하는 제2단계와;
    상기 제2단계에서 피드백된 정보를 이용하여 소프트웨어적 진동제어부에서 상기 보정 명령을 보정하여 이동체 구동시에 발생할 수 있는 진동을 최소화할 수 있도록 제어하는 제3단계를 포함한 것을 특징으로 하는 반력 상쇄 방법.
  6. 기판이 탑재되는 스테이지를 지지하는 프레임과;
    상기 프레임의 상부에 Y축 방향으로 이동 가능하게 설치된 헤드 지지대와;
    상기 헤드 지지대에 X축 방향으로 상대 운동 가능하게 설치된 지지체와;
    상기 지지체에 X축 방향으로 이동 가능하게 지지되고, 노즐이 구비되어 상기 스테이지에 탑재된 기판에 실런트 또는 액정을 도포하는 헤드유닛과;
    상기 헤드 유닛을 상기 지지체를 따라 X축 방향으로 이동시키는 X축 구동유닛과;
    상기 헤드유닛 구동을 위해 설정되는 기준 명령을 인풋 쉐이핑(input shaping) 방식으로 보정하고, 이 보정된 보정 명령을 출력하여 헤드유닛의 구동을 제어함으로써 헤드유닛 구동시에 발생할 수 있는 진동을 저감시키는 소프트웨어적 진동제어부와;
    상기 헤드 지지대가 Y축 방향으로 이동되어 상기 지지체 및 헤드유닛의 Y축 변위가 변화된 상태에서도, 상기 헤드유닛이 X축 방향으로 이동할 때 상기 지지체에 가해지는 반력을 상기 지지체에 연결된 질량체를 이용하여 상쇄시키는 기구적 반력상쇄부를 포함한 것을 특징으로 하는 디스펜서.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 헤드유닛 구동시에 헤드유닛에서 발생하는 진동을 감지하는 진동감지부가 포함되고,
    상기 소프트웨어적 진동제어부는, 상기 진동감지부에서 감지한 헤드유닛 구동시에 발생되는 실제 진동감지 결과를 입력받아 상기 보정 명령을 다시 보정하여 출력할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 디스펜서.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 기구적 반력상쇄부는, 상기 프레임과 이격된 위치에 설치되는 질량체와, 이 질량체와 지지체 사이에 연결되어 지지체에 가해지는 반력을 질량체에 전달하는 조인트 기구를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 디스펜서.
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