KR20110028895A

KR20110028895A - 갠트리 구조형 스테이지의 직각도 오차 측정 방법 및 오차 보상 원점복귀 방법

Info

Publication number: KR20110028895A
Application number: KR1020090086527A
Authority: KR
Inventors: 고병관
Original assignee: 순환엔지니어링 주식회사
Priority date: 2009-09-14
Filing date: 2009-09-14
Publication date: 2011-03-22
Also published as: EP2299237A2; TW201129774A; CN102023021A; KR101144958B1; US20110061441A1; JP2011059119A; EP2299237A3

Abstract

본 발명은 갠트리 구조형 스테이지의 직각도 오차 측정 방법 및 오차 보상 원점복귀 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체나 FPD 장비나 정밀가공장비 등에 사용되는 갠트리 구조형 스테이지의 원점복귀 시 원점복귀 반복 정도 향상 및 직각도 오차를 최소화 할 수 있는 갠트리 구조형 스테이지의 직각도 오차 측정 방법 및 오차 보상 원점복귀 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 갠트리 구조형 스테이지의 직각도 오차 측정 방법 및 오차 보상 원점복귀 방법은 기구적으로 직각도를 맞춘 갠트리 구조형 스테이지에서 현재 위치의 엔코더 값을 판독해서 저장하는 단계와; 상기 갠트리 구조형 스테이지를 저속 구동하면서 갠트리 구조형 스테이지의 마스터 축과 슬레이브 축에 각각 설치되어있는 원점복귀 센서 또는 엔코더 인덱스 신호를 감시하는 단계 및; 상기 인덱스 신호가 감지되었을 경우, 감지된 위치의 마스터 축 또는 슬레이브 축의 리니어 엔코더 값을 판독하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 갠트리 구조형 스테이지의 직각도 오차 측정 방법 및 오차 보상 원점복귀 방법은 스테이지에 설치되어 있는 엔코더 및 원점복귀 센서를 이용함으로써 제작 비용을 절감할 수 있다.

갠트리 구조, 직각도, 오차 측정, 오차 보상, 원점복귀

Description

갠트리 구조형 스테이지의 직각도 오차 측정 방법 및 오차 보상 원점복귀 방법{GANTRY STAGE ORTHOGONALITY ERROR MEASUREMENT AND COMPENSATION METHOD ON HOMING PROCESSING}

본 발명은 갠트리 구조형 스테이지의 직각도 오차 측정 방법 및 오차 보상 원점복귀 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체나 FPD 장비나 정밀 가공 장비 등에 사용되는 갠트리 구조형 스테이지의 원점복귀 시 원점복귀 반복 정도 향상 및 직각도 오차를 최소화할 수 있는 갠트리 구조형 스테이지의 직각도 오차 측정 방법 및 오차 보상 원점복귀 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체나 FPD 장비나 정밀 가공 장비 등에 사용되는 갠트리 구조형 스테이지는 도 1과 같이 동일한 이송축 방향으로 평행하게 배치되어 구동되는 2개의 리니어 모터와 각각의 모터 위치를 검출하기 위한 2개의 리니어 엔코더와 2개의 모터를 각각 지지하고 이동을 돕는 LM 가이드, 그리고 2개의 리니어 모터를 기계적으로 체결하여 연결하는 크로스 빔으로 구성된다. 이러한 갠트리 구조형 스 테이지를 구동하여 제품 생산이나 작업을 수행하려면 모터의 기준 또는 원점 위치(이하, "원점복귀" 라 통칭함)를 우선적으로 설정한 후 설정된 위치를 기준 좌표로 하여 작업 공정에 필요한 이송 명령을 내리게 된다. 따라서 원점복귀 위치 정밀도 및 원점복귀 반복 정밀도는 스테이지의 작업 성능 및 제품 품질에 큰 영향을 미치게 된다.

갠트리 구조형 스테이지에서 2개의 개별 리니어 모터는 각각 LM 가이드 면을 따라 이동하게 된다. 이 경우 두 개의 LM 가이드가 완벽하게 수평을 유지하도록 설치하는 것은 설계 공차, 가공 공차, 조립 공차를 감안했을 때 현실적으로 불가능한 일이며, LM 가이드의 조립 상태에 따라 리니어 모터1(이하, "마스터 축" 이라 통칭함)과 리니어 모터2(이하, "슬레이브 축" 이라 통칭함)의 위치는 도 3과 같이 갠트리 스테이지 구동 방향에 대하여 직각 방향으로 a 또는 b만큼 틀어진 위치로 놓이게 되며, 이러한 오차 값은 스테이지의 크기가 커질수록 더욱 더 증가하게 된다. 마스터 축과 슬레이브 축의 위치가 LM 가이드의 어느 위치에 있느냐에 따라서 직각도 오차는 불규칙하게 발생을 하게 되며, 이러한 직각도 오차는 스테이지의 원점복귀 반복정도를 저하시키고, 기구적인 측면에서 볼 때 직각도 오차가 심할 경우 장기간 구동 시 스테이지의 변형을 초래하며, 유지 보수 측면에서 스테이지 각 부품의 피로도를 가중시켜 수명을 단축시킴으로써 유지 보수 비용을 증가시키며, 제품 생산성 측면에서 볼 때 제품의 불량률 가중에 따른 생산성 감소를 초래하게 된다. 따라서 원점복귀 시 직각도 오차를 최소화시키기 위한 적절한 보상 방법이 필요하다.

직각도 오차를 보상하기 위해서는 직각도 오차의 크기를 측정하는 것이 우선적으로 이루어져야 한다.

일반적으로 정밀한 위치를 측정할 경우 레이저 인터페로미터가 사용되며, 직각도 오차를 측정하기 위한 방법으로는 두 개의 레이저 인터페로미터로 대각선 길이를 측정한 후 두 값의 차이를 계산함으로써 측정할 수 있다. 하지만 이 방법을 사용할 경우 많은 비용과 시간이 필요하며, 작업자에 따른 레이저 인터페로미터의 설치 오차 및 측정 오차가 발생된다.

직각도 오차를 측정하기 위한 다른 방법으로는 도 2와 같이 마스터 축과 슬레이브 축에 각각 설치되어 있는 리니어 엔코더와 원점복귀용 센서 또는 리니어 엔코더의 인덱스 신호를 이용하는 것으로, 마스터 축과 슬레이브 축의 모터를 각각 스테이지의 음의 방향 한계 센서로부터 양의 방향으로 첫 번째 리니어 엔코더의 인덱스 위치 또는 원점 복귀용 센서의 위치까지 이동을 시킨 후 리니어 엔코더를 이용하여 위치를 측정하고, 측정된 값의 차이 값을 계산함으로써 직각도 오차를 측정한다.

갠트리 구조형 스테이지의 직각도 오차 보정 방법은 원점 복귀 후 앞서 설명한 방법으로 측정된 직각도 오차 값만큼을 모터 한 축을 고정시킨 상태에서 반대편 모터를 이동시키거나 또는 두 모터를 모두 오차 값의 절반만큼을 구동시킴으로써 보정을 하게 된다.

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 갠트리 구조형 스테이지의 직각도 오차 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 갠트리 구조형 스테이지의 마스터 축과 슬레이브 축에 각각 설치되어 있는 2개의 리니어 엔코더와 2개의 원점 복귀용 센서 또는 리니어 엔코더의 인덱스 위치를 이용하여 기구적으로 틀어져 있는 두 모터의 구동 방향에 대한 직각도 위치 오차를 측정하고, 이 오차를 보정하는 갠트리 구조형 스테이지의 직각도 오차 측정 방법 및 오차 보상 원점복귀 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명에 따른 갠트리 구조형 스테이지의 원점복귀 센서 또는 엔코더 인덱스의 직각도 위치 오프셋 측정 방법은 기구적으로 직각도를 맞춘 갠트리 구조형 스테이지의 마스터 축과 슬레이브 축의 모터의 현재 위치를 각각 저장하는 단계 와; 상기 마스터 축과 슬레이브 축의 모터를 동시에 음의 방향(또는 양의 방향)으로 저속 구동하여 음의 방향(또는 양의 방향) 한계센서 위치를 찾는 단계와; 상기 음의 방향(또는 양의 방향) 한계센서 위치에 모터가 도달하게 되면, 모터를 정지시킨 후, 다시 양의 방향(또는 음의 방향)으로 모터를 동시에 저속 구동시키면서, 상기 마스터 축과 슬레이브 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫 번째 인덱스 신호를 각각 감시하는 단계와; 상기 마스터 축과 슬레이브 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫 번째 인덱스 신호가 검출되면, 상기 마스터 축과 슬레이브 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫 번째 인덱스 신호의 절대위치를 검출한 모터의 위치 값을 저장하는 단계 및; 상기 저장된 모터의 위치 값을 이용하여 모터가 움직이기 시작한 시점으로부터 센서 위치가 검출된 위치까지의 거리를 계산하고, 계산된 두 거리 값의 차이를 다시 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다,

또한, 상기 갠트리 구조형 스테이지의 구동 방향에 대하여 상기 마스터 축 원점복귀 센서의 설치 위치 또는 엔코더 인덱스의 위치 지점에서 수직방향을 기준으로 하여 슬레이브 축 원점복귀 센서의 설치 위치 또는 엔코더 인덱스의 절대 위치를 측정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 슬레이브 축의 서보엠프를 프리런 상태로 유지한 후 마스터 축의 모터만을 이용하여 음의 방향(또는 양의 방향)으로 저속 구동하여 음의 방향(또는 양의 방향) 한계센서 위치를 찾는 단계와; 음의 방향(또는 양의 방향) 한계센서 위치에 모터가 도달하게 되면, 모터를 정지시킨 후, 다시 양의 방향(또는 음의 방향)으로 모터를 저속 구동시키면서 마스터 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫 번째 인덱 스 신호를 감시하는 단계와; 상기 마스터 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫 번째 인덱스 신호가 검출되었을 때 마스터 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫 번째 인덱스 신호를 측정하여 저장하는 단계와; 상기 마스터 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫 번째 인덱스 신호의 위치로 모터를 이동시킨 후 이 위치에 원점 설정하는 단계와; 마스터 축의 서보엠프를 프리런 상태로 유지한 후 슬레이브 축 모터만을 이용하여 음의 방향(또는 양의 방향)으로 저속 구동하여 음의 방향(또는 양의 방향) 한계센서 위치를 찾는 단계와; 음의 방향(또는 양의 방향) 한계센서 위치에 모터가 도달하게 되면 모터를 정지시킨 후, 다시 양의 방향(또는 음의 방향)으로 모터를 저속 구동시키면서 슬레이브 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫번째 인덱스 신호를 감시하게 단계와; 상기 슬레이브 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫번째 인덱스 신호가 검출되었을 때 상기 슬레이브 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫번째 인덱스 신호의 위치를 측정하여 저장하는 단계와; 상기 슬레이브 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫번째 인덱스 신호의 위치로 모터를 이동시킨 후 이 위치에 원점 설정하는 단계와; 상기 마스터 축과 슬레이브 축을 각각 원점위치로 보내는 단계 및; 청구항 2에서 측정된 절대 위치 만큼 상기 슬레이브 축을 오프셋 구동한 후 원점 설정하거나 또는 절대위치 만큼 마스터 축을 오프셋 구동한 후 두 축 모두를 동시에 원점위치로 보내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 슬레이브 축의 서보엠프를 프리런 상태로 유지한 후 마스터 축의 모터만을 이용하여 음의 방향(또는 양의 방향)으로 저속 구동하여 음의 방향(또는 양의 방향) 한계센서 위치를 찾는 단계와; 음의 방향(또는 양의 방향) 한계센서 위치에 모터가 도달하게 되면, 모터를 정지시킨 후, 다시 양의 방향(또는 음의 방향)으로 모터를 저속 구동시키면서 마스터 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫 번째 인덱스 신호를 감시하는 단계와; 상기 마스터 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫 번째 인덱스 신호가 검출되었을 때 마스터 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫 번째 인덱스 신호를 측정하여 저장하는 단계와; 상기 마스터 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫 번째 인덱스 신호의 위치로 모터를 이동시킨 후 이 위치에 원점 설정하는 단계와; 마스터 축의 서보엠프를 프리런 상태로 유지한 후 슬레이브 축 모터만을 이용하여 음의 방향(또는 양의 방향)으로 저속 구동하여 음의 방향(또는 양의 방향) 한계센서 위치를 찾는 단계와; 음의 방향(또는 양의 방향) 한계센서 위치에 모터가 도달하게 되면 모터를 정지시킨 후, 다시 양의 방향(또는 음의 방향)으로 모터를 저속 구동시키면서 슬레이브 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫번째 인덱스 신호를 감시하게 단계와; 상기 슬레이브 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫번째 인덱스 신호가 검출되었을 때 상기 슬레이브 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫번째 인덱스 신호의 위치를 측정하여 저장하는 단계와; 상기 슬레이브 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫번째 인덱스 신호의 위치로 모터를 이동시킨 후 이 위치에 원점 설정하는 단계와; 청구항 2에서 측정된 절대 위치 만큼 떨어진 지점에 상기 마스터 또는 슬레이브 축의 원점을 설정한 후, 상기 원점으로 상기 마스터 또는 슬레이브 축을 보내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 마스터 축과 슬레이브 축 모터의 현재 위치를 각각 저장부에 기록을 한 후, 구동부를 통해 마스터 축과 슬레이브 축의 모터를 동시에 음의 방향(또는 양의 방향)으로 저속 구동하여 음의 방향(또는 양의 방향) 한계센서 위치를 찾는 단계와; 음의 방향(또는 양의 방향) 한계센서 위치에 모터가 도달하게 되면 모터를 정지시킨 후, 다시 양의 방향(또는 음의 방향)으로 모터를 저속 구동시키면서 상기 마스터 축과 슬레이브 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫 번째 인덱스 신호를 각각 감시하는 단계와; 상기 마스터 축과 슬레이브 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫 번째 인덱스 신호가 검출되었을 때, 상기 마스터 축과 슬레이브 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫 번째 인덱스 신호의 절대위치를 엔코더 신호 값으로 측정하여 저장하는 단계와; 상기 마스터 축 원점복귀 센서 또는 인덱스 신호 검출 위치로 갠트리 구조형 스테이지를 구동시키는 단계와; 상기 슬레이브 축 모터의 위치를 읽은 후 현재의 위치로부터 상기 슬레이브 축 원점복귀 센서 또는 인덱스 신호 검출 위치까지의 거리를 계산하는 단계와; 청구항 2항에서 측정된 절대위치와 비교하여 차이 값 만큼 상기 마스터 축 또는 슬레이브 축을 오프셋 구동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, MEI 사의 모션 제어기를 이용하면, 상기 측정된 절대위치와 비교하여 차이 값 만큼 상기 슬레이브 축을 오프셋 구동시키는 단계에서, 상기 슬레이브 축을 보상해야할 직각도 오차값의 1/2 만큼만 이동시킨 후, 상기 마스터 축을 원점복귀 센서 또는 엔코더 인덱스 위치로 보내어 직각도 오차를 보상하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 갠트리 구조형 스테이지의 직각도 오차 측정 방법 및 오차 보상 원점복귀 방법은 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 갠트리 구조형 스테이지의 직각도 오차를 측정하기 위해서는 레이저 인터페로미터나 절대위치 엔코더나 레이저 변위센서와 같은 고가의 장비를 이용해야 하지만 본 발명에서와 같이 스테이지에 설치되어 있는 엔코더 및 원점복귀 센서를 이용함으로써 제작 비용을 절감할 수 있다는 이점이 있다.

둘째, 갠트리 구조형 스테이지의 직각도 오차는 갠트리 축이 놓여지는 위치에 따라 또는 서보엠프의 온/오프 시에 불규칙하게 변하며, 이로 인해 원점복귀 반복정도도 변하게 된다. 원점복귀 반복정도는 갠트리 구조형 스테이지의 성능 수준을 나타내는 중요한 요소가 되며 본 발명을 통해 이러한 원점복귀 반복정도를 개선할 수 있다는 이점이 있다.

셋째, 직각도 오차가 존재하는 상태에서 갠트리 구조형 스테이지를 구동할 경우 마스터 축과 슬레이브 축의 두 LM 가이드 조립 평행도 상태에 따라 위치 별로 속도 리플, 정착 시간, 위치 정밀도와 같은 모터 구동 특성이 변하게 되며 본 발명을 통해 이러한 변화 특성을 최소화할 수 있다는 이점이 있다.

넷째, 직각도 오차가 존재하는 상태에서 갠트리 구조형 스테이지를 구동할 경우 마스터 축과 슬레이브 축의 두 LM 가이드 조립 평행도 상태에 따라 마찰력이 증가하며, 이로 인해 장비의 피로도가 누적되고 심한 경우 장비의 변형을 초래하며, 각 요소 부품의 수명을 단축시키게 된다. 따라서 본 발명을 적용할 경우 유지보수 비용을 절감할 수 있다는 이점이 있다.

다섯째, 갠트리 구조형 스테이지를 이용하여 제품을 생산하는 경우 직각도 오차를 최소화시키면 제품의 품질이 향상되고 불량률을 감소시킴으로써 높은 생산성의 달성이 가능하다는 이점이 있다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 갠트리 구조형 스테이지의 직각도 오차 측정 방법 및 오차 보상 원점복귀 방법을 보다 상세히 기술하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략될 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 클라이언트나 운용자, 사용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도면 전체에 걸쳐 같은 참조번호는 같은 구성 요소를 가리킨다.

도 4는 본 발명에 따른 갠트리 구조형 스테이지의 직각도 오차 측정 및 오차 보상 원점복귀를 위한 제어 장치 블럭도이며, 도 5a, 도 5b, 도 5c 및 도 5d는 본 발명에 따른 갠트리 구조형 스테이지의 센서의 절대위치 측정 순서를 도시한 실시 예 도시도이며, 도 6은 본 발명에 따른 갠트리 구조형 스테이지의 직각도 위치 오프셋의 부호 도시도이며, 도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 갠트리 구조형 스테이지의 직각도 보상 원점복귀 방법 순서를 도시한 실시 예 도시도이며, 도 8은 EMI 사(社)의 모션 제어기에서 제공되는 갠트리 제어 알고리즘 도시도이며, 도 9는 본 발명에 따른 갠트리 구조형 스테이지의 직각도 보상 원점복귀 방법 순서도이다.

도 4 내지 도 9를 참조하면, 갠트리 구조형 스테이지의 직각도 오차는 마스터 축과 슬레이브 축에 각각 설치되어 있는 1 쌍(2개)의 리니어 엔코더와 원점복귀용 센서 또는 리니어 엔코더의 인덱스 신호를 이용하여 측정하게 된다.

원점복귀 센서 또는 리니어 엔코더의 인덱스 신호를 이용하여 직각도 오차를 측정하기 위해서는 마스터 축과 슬레이브 축에 각각 설치되어 있는 이들 센서의 설치위치 좌표가 사전에 측정되어 있어야 한다.

직각도 오차 측정용 센서의 절대위치 측정방법 실시 예;

측정 방법은 우선 갠트리 구조형 스테이지의 직각도를 맞춘 상태에서 마스터 축과 슬레이브 축의 모터(44)의 현재 위치를 각각 저장부(42)에 기록을 한 후 구동부(도시되지 않음)를 통해 마스터 축과 슬레이브 축의 모터(44)를 도 5a와 같이 동시에 음의 방향(또는 양의 방향)으로 저속 구동하여 도 2 에 표시된 음의 방향(또는 양의 방향) 한계센서 위치를 찾는다. 이 음의 방향 한계센서와 양의 방향 한계센서는 스테이지가 구동할 수 있는 최대 범위를 나타낸다.

음의 방향 한계센서 위치에 모터(44)가 도달하게 되면 도 5b와 같이 모터(44)를 정지시킨 후, 다시 양의 방향(또는 음의 방향)으로 도 5c와 같이 모터(44)를 동시에 저속 구동시킨다. 이때 감시부(47)에서 도 2에 표시된 바와 같은 마스터 축과 슬레이브 축의 원점복귀센서 또는 엔코더(46)의 첫 번째 인덱스 신호 를 각각 감시하게 되며, 감시부(47)에서 신호가 검출되었을 때 센서부(48)의 센서의 위치를 측정부(45)에서 측정하여. 이를 저장부(42)에 저장한다.

계산부(41)에서는 이렇게 각각 저장된 모터(44)의 위치 값을 이용하여 모터(44)가 움직이기 시작한 시점으로부터 센서의 위치가 검출된 위치까지의 거리를 계산하고, 계산된 두 거리 값의 차이를 다시 계산한다.

이렇게 계산된 값은 갠트리 구조형 스테이지의 갠트리 구동방향에 대하여 마스터 축 원점복귀 센서 또는 인덱스 위치로부터 수직방향 선상을 기준으로 슬레이브 축 원점복귀 센서 또는 인덱스 위치가 얼마만큼 떨어져 있는지를 나타낸다(이하, "직각도 위치 오프셋" 이라 통칭함). 또한, 이렇게 계산된 값이 출력부(43)를 통해 모터(44)에 전달되어 직각도 오차 에러를 보상하게 된다.

이러한 본 발명에 따른 갠트리 구조형 스테이지의 직각도 보상 원점복귀 방법의 순서는 도 9에 도시된 바와 같다.

이상과 같은 방법을 수식으로 표현하면 다음과 같다.

마스터 축 모터가 움직이기 시작한 최초 위치로부터 원점복귀 센서 또는 인덱스 위치까지의 거리 YR 은 다음과 같다.

[수식 1]

YR = YR_S - YR_E

여기서 YR_S: 마스터 축 모터가 움직이기 시작한 모터 위치의 엔코더 값

YR_E: 마스터 축 원점복귀 센서 위치의 엔코더 값

동일한 방법으로, 슬레이브 축 모터가 움직이기 시작한 최초 위치로부터 원점복귀 센서 또는 인덱스 위치까지의 거리 YL 은 다음과 같다.

[수식 2]

YL = YL_S - YL_E

여기서 YL_S: 슬레이브 축 모터가 움직이기 시작한 모터 위치의 엔코더 값

YL_E: 슬레이브 축 원점복귀 센서 위치의 엔코더 값

이들 값을 통해 도 5d에 표시된 직각도 위치 오프셋 YO 을 계산하면 다음과 같다.

[수식 3]

YO = YR - YL

직각도 위치 오프셋의 부호는 도 6의 왼쪽 경우와 같이 마스터 축의 원점복귀 센서 또는 엔코더 인덱스 위치가 슬레이브 축 원점복귀 센서 또는 엔코더 인덱스 위치보다 갠트리 축 구동 방향에 대하여 음의 방향 위치에 설치되어 있을 경우에는 음(-)의 부호가 붙고, 도 6의 오른쪽 경우와 같이 마스터 축의 원점복귀 센서 또는 엔코더 인덱스 위치가 슬레이브 축 원점복귀 센서 또는 엔코더 인덱스 위치보다 갠트리 축 구동 방향에 대하여 양의 방향 위치에 설치되어 있을 경우에는 양(+)의 부호가 붙는다.

직각도 위치 오프셋 값은 제작된 갠트리 구조형 스테이지 고유의 값이 되며, 저장부에 기록을 하였다가 직각도 오차 측정 시에, 기준 직각도 좌표 값으로 참조되게 된다.

직각도 오차보상 원점복귀 실시 예;

갠트리 구조형 스테이지의 마스터 축과 슬레이브 축 모터의 위치는 설계 공차와 가공 및 조립 오차에 의하여 갠트리 구동방향의 임의의 위치에서 도 7a와 같이 직각도가 틀어져있는 상태로 놓여있게 된다.

원점 복귀 시 이러한 직각도 오차를 보정하기 위해서 본 발명에서는 아래와 같은 두 가지 방법을 제안한다.

첫째, 마스터 축과 슬레이브 축을 각각 개별로 원점복귀를 수행하는 방법(동기제어 또는 command following 방법을 이용할 경우에 해당함).

둘째, 마스터 축과 슬레이브 축을 동시에 원점복귀 하는 방법(Cross couple gantry control algorithm 을 이용할 경우에 해당함 ).

첫 번째 방법을 이용할 경우, 슬레이브 축의 서보엠프를 프리런 상태로 유지한 후 마스터 축의 모터만을 이용하여 음의 방향(또는 양의 방향)으로 저속 구동하여 음의 방향(또는 양의 방향) 한계센서 위치를 찾는다.

음의 방향 한계센서 위치에 모터가 도달하게 되면 모터를 정지시킨 후, 다시 양의 방향(또는 음의 방향)으로 모터를 저속 구동시킨다. 이때 감시부에서 마스터 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫 번째 인덱스 신호를 감시하게 되며 감시부에서 신호가 검출되었을 때 센서부에서 센서의 위치를 측정하여 저장부에 저장한다.

구동부에서는 이렇게 저장된 센서의 위치로 도 7b와 같이 모터를 이동시킨 후 이 위치에 원점 설정을 한다.

이상과 같이 마스터 축의 원점복귀를 수행한 후 동일한 방법으로 슬레이브 축의 원점복귀를 수행한다.

즉, 마스터 축의 서보엠프를 프리런 상태로 유지한 후 슬레이브 축 모터만을 이용하여 음의 방향(또는 양의 방향)으로 저속 구동하여 음의 방향(또는 양의 방향) 한계센서 위치를 찾는다.

음의 방향 한계센서 위치에 모터가 도달하게 되면 모터를 정지시킨 후, 다시 양의 방향(또는 음의 방향)으로 모터를 저속 구동시킨다. 이때 감시부에서 슬레이브 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫번째 인덱스 신호를 감시하게 되며 감시부에서 신호가 검출되었을 때 센서부에서 센서의 위치를 측정하여 저장부에 저장한다.

구동부에서는 이렇게 저장된 센서의 위치에 앞서 측정된 직각도 위치 오프셋 값을 더한 위치를 슬레이브 축의 원점으로 설정한 후, 마스터 축과 슬레이브 축을 각각 원점위치로 보냄으로써 최종적으로 직각도 오차를 보상하게 된다. 한편, 슬레이브 축의 원점 위치 YL_Home 는 다음과 같이 계산된다.

[수식 4]

YL_Home = YL_E +YO

여기서 YL_E: 슬레이브 축 원점복귀 센서 위치의 엔코더 값

YO: 마스터/슬레이브 축 원점복귀 센서의 직각도 위치 오프셋 값

갠트리 구조형 스테이지의 직각도 오차보상 원점복귀 방법 중 두 번째 방법인, 마스터 축과 슬레이브 축을 동시에 구동하여 원점복귀 하는 방법은 다음과 같다. 직각도 보상에 앞서 틀어진 정도는 앞서 설명한 직각도 위치 오프셋 측정법과 동일한 방법으로 측정한다. 즉, 도 7a와 같은 상태에서 마스터 축과 슬레이브 축 모터의 현재 위치를 각각 저장부에 기록을 한 후, 구동부를 통해 마스터 축과 슬레이브 축의 모터를 동시에 음의 방향(또는 양의 방향)으로 저속 구동하여 음의 방향(또는 양의 방향) 한계센서 위치를 찾는다.

음의 방향 한계센서 위치에 모터가 도달하게 되면 모터를 정지시킨 후, 다시 양의 방향(또는 음의 방향)으로 모터를 저속 구동시킨다. 이때 감시부에서 마스터 축과 슬레이브 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫 번째 인덱스 신호를 각각 감시하게 되며 감시부에서 신호가 검출되었을 때 센서부에서 센서의 위치를 엔코더 신호 값으로 측정하여 저장부에 저장한다.

구동부에서는 마스터 축 원점복귀 센서 또는 인덱스 신호 검출 위치로 갠트리를 구동시키면 도 7b와 같은 상태가 된다.

계산부에서는 슬레이브 축 모터의 위치를 읽은 후 현재의 위치로부터 슬레이브 축 원점복귀 센서 또는 인덱스 신호 검출 위치까지의 거리 YL_D 를 계산한다.

[수식 5]

YL_D = YL_C - YL_E

여기서 YL_E: 슬레이브 축 원점복귀 센서 위치의 엔코더 값

YL_C: 슬레이브 축 현재 위치의 엔코더 값

최종적으로 직각도 오차 YE 는 직각도 위치 오브셋 값 YO 를 기준으로 앞서 [수식 5]에서 계산된 YL_D 와 YO 의 차이 값을 이용하여 다음과 같이 계산된다.

[수식 6]

YE = YO - YL_D

이상과 같이 계산된 직각도 오차 YE 거리만큼을 구동부를 통해서 슬레이브 축 모터로 보정 신호를 내보낸 후, 마스터 축과 슬레이브 축을 각각 현재 위치에 원점 설정하는 방법을 사용하거나 또는 오차 거리만큼을 보정한 위치에 원점을 설정한 후 마스터 축과 슬레이브 축을 원점 위치로 보냄으로써 직각도 오차보상 원점복귀가 완료된다.

이 과정에서 특수하게 MEI 사의 모션제어기를 이용하여 갠트리 구조형 스테이지를 제어하는 경우, 앞서 설명한 직각도 오차 보상 방법을 수정해야 한다. MEI 사에서 제공하는 실시간 비틀림 오차 보상 갠트리 제어 알고리즘은 도 8에 도시된 바와 같다. 이 알고리즘이 사용되는 갠트리 구조형 스테이지의 원점복귀를 수행하는 경우 직각도 오차 보상을 위해 슬레이브 축을 YE 만큼 움직이게 되면 내부 갠트리 제어 알고리즘에 의해 마스터 축도 -YE 만큼 움직이게 된다. 따라서 이 경우에는 보상하려는 직각도 오차 값을 앞서 [수식 6]에서 계산된 값의 절반만큼을 보상하면, 마스터 축이 나머지 절반을 보상하므로 직각도 오차 보상 값은 다음과 같이 계산되어야 한다.

[수식 7]

YE = (YO - YL_D) / 2

이 계산 값만큼을 구동부를 통해서 슬레이브 축 모터로 보정 신호를 내보내면, 마스터 축이 원점복귀 센서 또는 엔코더 인덱스 신호 위치에서 -YE 만큼 이동을 하였으므로, 다시 마스터 축을 YE 만큼 구동시켜 마스터 축 원점복귀 센서 또는 엔코더 인덱스 신호 위치로 이동시킨 후 마스터 축과 슬레이브 축을 각각 현재 위치에 원점 설정을 함으로써 직각도 오차보상 원점복귀가 완료된다.

이상과 같이 본 발명은 양호한 실시 예에 근거하여 설명하였지만, 이러한 실시 예는 본 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이므로, 본 발명이 속하는 기술분야의 숙련자라면 본 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시 예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능할 것이다. 그러므로, 본 발명의 보호 범위는 본 발명의 기술적 사상의 요지에 속하는 변화 예나 변경 예 또는 조절 예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 종래의 갠트리 구조형 스테이지의 구조도.

도 2는 도 1에서의 센서 설치 위치 및 축 구성 도시도.

도 3은 종래의 갠트리 구조형 스테이지에서 직각도 오차가 발생 경우의 예 도시도.

도 4는 본 발명에 따른 갠트리 구조형 스테이지의 직각도 오차 측정 및 오차 보상 원점복귀를 위한 제어 장치 블럭도.

도 5a, 도 5b, 도 5c 및 도 5d는 본 발명에 따른 갠트리 구조형 스테이지의 센서의 절대위치 측정 순서를 도시한 실시 예 도시도.

도 6은 본 발명에 따른 갠트리 구조형 스테이지의 직각도 위치 오프셋의 부호 도시도.

도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 갠트리 구조형 스테이지의 직각도 보상 원점복귀 방법 순서를 도시한 실시 예 도시도.

도 8은 MEI 사의 모션 제어기에서 제공되는 갠트리 제어 알고리즘 도시도.

도 9는 본 발명에 따른 갠트리 구조형 스테이지의 직각도 보상 원점복귀 방법 순서도.

* 도면 주요부분에 대한 부호의 설명 *

41: 계산부 42: 저장부

43: 출력부 44: 모터

45: 측정부 46: 엔코더

47: 감시부 48: 센서부

Claims

기구적으로 직각도를 맞춘 갠트리 구조형 스테이지의 에서 현재 위치의 엔코더 값을 판독해서 저장하는 단계와;

상기 갠트리 구조형 스테이지를 저속 구동하면서 갠트리 구조형 스테이지의 마스터 축과 슬레이브 축에 각각 설치되어있는 원점복귀 센서 또는 엔코더 인덱스 신호를 감시하는 단계 및;

상기 인덱스 신호가 감지되었을 경우, 감지된 위치의 마스터 축 또는 슬레이브 축의 리니어 엔코더 값을 판독하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 갠트리 구조형 스테이지의 직각도 오차 측정 방법.
기구적으로 직각도를 맞춘 갠트리 구조형 스테이지의 마스터 축과 슬레이브 축의 모터의 현재 위치를 각각 저장하는 단계와;

상기 마스터 축과 슬레이브 축의 모터를 동시에 음의 방향(또는 양의 방향)으로 저속 구동하여 음의 방향(또는 양의 방향) 한계센서 위치를 찾는 단계와;

상기 음의 방향(또는 양의 방향) 한계센서 위치에 모터가 도달하게 되면, 모터를 정지시킨 후, 다시 양의 방향(또는 음의 방향)으로 모터를 동시에 저속 구동시키면서, 상기 마스터 축과 슬레이브 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫 번째 인덱스 신호를 각각 감시하는 단계와;

상기 마스터 축과 슬레이브 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫 번째 인덱스 신호가 검출되면, 상기 마스터 축과 슬레이브 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫 번째 인덱스 신호의 절대위치를 검출한 모터의 위치 값을 저장하는 단계 및;

상기 저장된 모터의 위치 값을 이용하여 모터가 움직이기 시작한 시점으로부터 센서 위치가 검출된 위치까지의 거리를 계산하고, 계산된 두 거리 값의 차이를 다시 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 갠트리 구조형 스테이지의 원점복귀 센서 또는 엔코더 인덱스의 직각도 위치 오프셋 측정 방법.
제 1항에 있어서, 상기 갠트리 구조형 스테이지의 구동 방향에 대하여 상기 마스터 축 원점복귀 센서의 설치 위치 또는 엔코더 인덱스의 위치 지점에서 수직방향을 기준으로 하여 슬레이브 축 원점복귀 센서의 설치 위치 또는 엔코더 인덱스의 절대 위치를 측정하는 것을 특징으로 하는 갠트리 구조형 스테이지의 직각도 오차 측정 방법.
슬레이브 축의 서보엠프를 프리런 상태로 유지한 후 마스터 축의 모터만을 이용하여 음의 방향(또는 양의 방향)으로 저속 구동하여 음의 방향(또는 양의 방향) 한계센서 위치를 찾는 단계와;

음의 방향(또는 양의 방향) 한계센서 위치에 모터가 도달하게 되면, 모터를 정지시킨 후, 다시 양의 방향(또는 음의 방향)으로 모터를 저속 구동시키면서 마스터 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫 번째 인덱스 신호를 감시하는 단계와;

상기 마스터 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫 번째 인덱스 신호가 검출되었을 때 마스터 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫 번째 인덱스 신호를 측정하여 저장하는 단계와;

상기 마스터 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫 번째 인덱스 신호의 위치로 모터를 이동시킨 후 이 위치에 원점 설정하는 단계와;

마스터 축의 서보엠프를 프리런 상태로 유지한 후 슬레이브 축 모터만을 이용하여 음의 방향(또는 양의 방향)으로 저속 구동하여 음의 방향(또는 양의 방향) 한계센서 위치를 찾는 단계와;

음의 방향(또는 양의 방향) 한계센서 위치에 모터가 도달하게 되면 모터를 정지시킨 후, 다시 양의 방향(또는 음의 방향)으로 모터를 저속 구동시키면서 슬레이브 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫번째 인덱스 신호를 감시하게 단계와;

상기 슬레이브 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫번째 인덱스 신호가 검출되었을 때 상기 슬레이브 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫번째 인덱스 신호의 위치를 측정하여 저장하는 단계와;

상기 슬레이브 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫번째 인덱스 신호의 위치로 모터를 이동시킨 후 이 위치에 원점 설정하는 단계와;

상기 마스터 축과 슬레이브 축을 각각 원점위치로 보내는 단계 및;

청구항 2에서 측정된 절대 위치 만큼 상기 슬레이브 축을 오프셋 구동한 후 원점 설정하거나 또는 절대위치 만큼 마스터 축을 오프셋 구동한 후 두 축 모두를 동시에 원점위치로 보내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 갠트리 구조형 스테이지의 직각도 오차 보상 원점복귀 방법.
슬레이브 축의 서보엠프를 프리런 상태로 유지한 후 마스터 축의 모터만을 이용하여 음의 방향(또는 양의 방향)으로 저속 구동하여 음의 방향(또는 양의 방향) 한계센서 위치를 찾는 단계와;

음의 방향(또는 양의 방향) 한계센서 위치에 모터가 도달하게 되면, 모터를 정지시킨 후, 다시 양의 방향(또는 음의 방향)으로 모터를 저속 구동시키면서 마스터 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫 번째 인덱스 신호를 감시하는 단계와;

상기 마스터 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫 번째 인덱스 신호가 검출되었을 때 마스터 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫 번째 인덱스 신호를 측정하여 저장하는 단계와;

상기 마스터 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫 번째 인덱스 신호의 위치로 모터를 이동시킨 후 이 위치에 원점 설정하는 단계와;

마스터 축의 서보엠프를 프리런 상태로 유지한 후 슬레이브 축 모터만을 이용하여 음의 방향(또는 양의 방향)으로 저속 구동하여 음의 방향(또는 양의 방향) 한계센서 위치를 찾는 단계와;

음의 방향(또는 양의 방향) 한계센서 위치에 모터가 도달하게 되면 모터를 정지시킨 후, 다시 양의 방향(또는 음의 방향)으로 모터를 저속 구동시키면서 슬레이브 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫번째 인덱스 신호를 감시하게 단계와;

상기 슬레이브 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫번째 인덱스 신호가 검출되었을 때 상기 슬레이브 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫번째 인덱스 신호의 위치를 측정하여 저장하는 단계와;

상기 슬레이브 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫번째 인덱스 신호의 위치로 모터를 이동시킨 후 이 위치에 원점 설정하는 단계와;

청구항 2에서 측정된 절대 위치 만큼 떨어진 지점에 상기 마스터 또는 슬레이브 축의 원점을 설정한 후, 상기 원점으로 상기 마스터 또는 슬레이브 축을 보내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 갠트리 구조형 스테이지의 직각도 오차 보상 원점복귀 방법.
마스터 축과 슬레이브 축 모터의 현재 위치를 각각 저장부에 기록을 한 후, 구동부를 통해 마스터 축과 슬레이브 축의 모터를 동시에 음의 방향(또는 양의 방향)으로 저속 구동하여 음의 방향(또는 양의 방향) 한계센서 위치를 찾는 단계와;

음의 방향(또는 양의 방향) 한계센서 위치에 모터가 도달하게 되면 모터를 정지시킨 후, 다시 양의 방향(또는 음의 방향)으로 모터를 저속 구동시키면서 상기 마스터 축과 슬레이브 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫 번째 인덱스 신호를 각각 감시하는 단계와;

상기 마스터 축과 슬레이브 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫 번째 인덱스 신호가 검출되었을 때, 상기 마스터 축과 슬레이브 축의 원점복귀센서 또는 엔코더의 첫 번째 인덱스 신호의 절대위치를 엔코더 신호 값으로 측정하여 저장하는 단계와;

상기 마스터 축 원점복귀 센서 또는 인덱스 신호 검출 위치로 갠트리 구조형 스테이지를 구동시키는 단계와;

상기 슬레이브 축 모터의 위치를 읽은 후 현재의 위치로부터 상기 슬레이브 축 원점복귀 센서 또는 인덱스 신호 검출 위치까지의 거리를 계산하는 단계와;

청구항 2항에서 측정된 절대위치와 비교하여 차이 값 만큼 상기 마스터 축 또는 슬레이브 축을 오프셋 구동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 갠트리 구조형 스테이지의 직각도 오차 보상 원점복귀 방법.
제 6항에 있어서, MEI 사의 모션 제어기를 이용하면, 상기 측정된 절대위치와 비교하여 차이 값 만큼 상기 슬레이브 축을 오프셋 구동시키는 단계에서, 상기 슬레이브 축을 보상해야할 직각도 오차값의 1/2 만큼만 이동시킨 후, 상기 마스터 축을 원점복귀 센서 또는 엔코더 인덱스 위치로 보내어 직각도 오차를 보상하는 것을 특징으로 하는 갠트리 구조형 스테이지의 직각도 오차 보상 원점복귀 방법.