KR20140057758A - 리니어 스테이지 - Google Patents

Abstract

본 발명의 리니어 스테이지는, 베이스; 상기 베이스의 상부에 설치되는 이송 테이블; 상기 이송 테이블과 베이스의 양측에 설치되어 상기 이송 테이블을 베이스의 상면에 대해 왕복 이동시키는 한 쌍의 구동부; 상기 베이스에 설치되는 가이드 레일; 상기 가이드 레일에 대응되도록 상기 이송 테이블에 설치되는 가이드 블록; 및 상기 이송 테이블과 가이드 블록 사이에 설치되며 상기 이송 테이블의 틀어짐에 대응하여 탄성 변형이 발생하는 플렉시블 조인트;가 포함되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 이송 테이블과 가이드 블록 사이를 플렉시블 조인트(Flexible Joint)를 통해 연결하여 한 쌍의 리니어 모터의 이동이 일치하지 않거나 동기오차가 발생하여도 이송 테이블이 베이스에 대해 원활하게 이동하는 효과가 있다.

Description

리니어 스테이지{Linear stage}

본 발명은 리니어 스테이지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 한 쌍의 리니어 모터의 이동 및 동기제어가 일부 일치하지 않을 때에도 이송테이블이 원활하게 이동하도록 구성된 리니어 스테이지 관한 것이다.

최근에 산업의 발전과 함께 제품 및 부품들이 고기능화, 초소형화되는 추세이고, IT, BT, NT 분야의 발전과 함께 나노 수준의 정밀도를 갖는 생산 기술이 요구되는 상황에 이르렀다.

이러한 현실에 맞춘 생산 시스템 중, 직선운동을 하는 갠트리 타입(gantry type) 리니어 스테이지의 정밀도를 향상시킨 초정밀 리니어 스테이지가 개발되어 지속적으로 발전하고 있다.

더욱이, 추력의 보완 및 높은 위치 정밀도를 얻기 위하여 두 대의 리니어 모터를 이용한 리니어 스테이지가 개시되었다.

이와 같은 리니어 스테이지에 관한 대표적인 예가 하기 문헌 1(이하, '종래기술'이라 한다)에 개시되어 있으며, 이하 도 1을 참조하여 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이 종래기술에 따른 리니어 스테이지(1)는, 베이스(2)와, X축 방향의 이동을 위한 구동장치로서 상기 베이스(2) 상면에 장착되며 고정자와 이동자로 구성된 한 쌍의 리니어 모터(X1, X2) 및 X축 방향으로 이동하도록 양단이 상기 리니어 모터(X1,X2)에 각각 결합되어 있는 이송 테이블(Y1)로 구성된다.

또한, 상기 베이스(2)에는 가이드 레일(3)이 구비되고, 상기 이송 테이블(Y1)의 양단에는 상기 가이드 레일(3)에 대응되는 가이드 블록(4)이 구비되어 상기 베이스(1)에 대한 이송 테이블(Y1)의 이동을 가이드 하게 된다.

이에 따라, 상기 이송 테이블(Y1)은 상기 리니어 모터(X1, X2)에 의하여 X축 방향으로 왕복 이동하게 되며, 상위제어기로부터 인가되는 지령에 대한 빠른 응답성을 확보할 수 있으며, 각 축의 위치 오차 값에 대한 직관적인 보정이 가능하므로, 보다 높은 위치 정밀도를 얻을 수 있게 된다.

그러나, 종래기술의 리니어 스테이지(1)는 한 쌍의 리니어 모터(X1, X2)의 제어 게인(Gain)을 정확히 튜닝 하더라도, 기계적 오차와 역학적 불균형 등에 의해 리니어모터에 가해지는 부하가 변동될 수 있으며, 상위제어기에서 서보 앰프로 인가되는 지령이 정확한 동기화(Synchronization)가 쉽지 않으므로 한 쌍의 리니어 모터(X1, X2)의 동기오차가 증가하거나, 모터의 부하율이 증가하는 문제점이 있었다.

즉, 한 쌍의 리니어 모터(X1, X2)는 동기제어에 의해 X축으로 동일방향, 동일거리가 이송되도록 제어되지만 한 쌍의 리니어 모터(X1, X2)의 움직임이 정확하게 일치하지 않는 경우가 발생하게 된다.

이에 따라, 한 쌍의 리니어 모터(X1, X2)가 병진운동이 이루어지지 않으면서 상기 이송 테이블(Y1)은 베이스(2)에 대해 틀어지게 되어 상기 이송 테이블(Y1) 양측에 위치한 한 쌍의 가이드 블록(4)은 가이드 레일(3)을 따라 슬라이딩이 이루어지지 않게 된다. 이는, 상기 가이드 블록(4)이 가이드 레일(3)에 접속된 상태에서 틀어짐이 발생함에 따라 허용치 이상의 마찰력이 발생하기 때문이다.

특히, 상기 이송 테이블(Y1)은 정밀도를 이유로 강성체로 이루어져 있어 이송 테이블(Y1)의 틀어짐이 가이드 블록(4)으로 고스란히 전달된다.

따라서, 전술한 문제점이 개선된 형태의 리니어 스테이지의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

[문헌 1] 한국공개특허 제2012-0106014호(2012.09.26. 공개)

본 발명은 전술한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 한 쌍의 리니어 모터의 이동이 일치하지 않거나 동기오차가 발생하여도 이송테이블이 원활하게 이동하는 리니어 스테이지를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 리니어 스테이지는, 베이스; 상기 베이스의 상부에 설치되는 이송 테이블; 상기 이송 테이블과 베이스의 양측에 설치되어 상기 이송 테이블을 베이스의 상면에 대해 왕복 이동시키는 한 쌍의 구동부; 상기 베이스에 설치되는 가이드 레일; 상기 가이드 레일에 대응되도록 상기 이송 테이블에 설치되는 가이드 블록; 및 상기 이송 테이블과 가이드 블록 사이에 설치되며 상기 이송 테이블의 틀어짐에 대응하여 탄성 변형이 발생하는 플렉시블 조인트;가 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 플렉시블 조인트는, 탄성변형부와, 상기 탄성변형부에서 연장형성되어 상기 이송 테이블에 고정설치되는 제1연결구 및 상기 탄성변형부에서 연장형성되어 상기 가이드 블록에 고정설치되는 제2연결구로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1연결구는 탄성변형부의 중심을 대각선으로 가로지르는 선상에 2개 배치되며, 상기 제2연결구는 상기 제1연결구와 크로스 배열되며 탄성변형부의 중심을 대각선으로 가로지르는 선상에 2개 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1연결구는 탄성변형부의 중심을 기준으로 일측 또는 타측 중 한 곳에 2개가 편향 배치되며, 상기 제2연결구는 탄성변형부의 중심을 기준으로 일측 또는 타측 중 제1연결구가 배치되는 않은 다른 한 곳에 2개가 편향 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1연결구는 제2연결구와 탄성변형부보다 높게 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 탄성변형부는 중심변형단 및 상기 중심변형단의 양측 끝단에 연장형성된 자유변형단으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1연결구와 자유변형단에는 이격부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이송 테이블에는 플렉시블 조인트에 대응되는 안착홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 구동부는 상기 이송 테이블과 베이스의 양측에 이송자와 고정자가 각각 설치되어 상기 이송 테이블을 베이스의 상면에 대해 왕복 이동시키는 한 쌍의 리니어 모터로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 리니어 스테이지에 따르면, 이송 테이블과 가이드 블록 사이를 플렉시블 조인트(Flexible Joint)를 통해 연결하여 한 쌍의 리니어 모터의 이동이 일치하지 않거나 동기오차가 발생하여도 이송 테이블이 베이스에 대해 원활하게 이동하는 효과가 있다.

즉, 한 쌍의 리니어 모터에서 동기 오차가 발생하여 이송 테이블이 베이스에 대해 틀어짐(도 2 Z축 기준 회전)이 발생하면, 플렉시블 조인트가 변형하며 이송 테이블의 틀어짐을 흡수하여 이송 테이블의 틀어짐이 가이드 블록으로 전달되는 것을 억제하게 된다.

결국, 가이드 블록과 가이드의 틀어짐이 억제됨에 따라 불필요한 마찰력 발생을 방지하여 원활한 이동이 가능하게 된다.

이와 같은 플렉시블 조인트를 사용할 경우 구조가 단순하며, 기구적으로 제한된 곳에서도 적용할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래기술에 따른 리니어 스테이지를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 리니어 스테이를 분해 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 결합상태를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 2의 플렉시블 조인트를 도시한 사시도이다.
도 5는 플렉시블 조인트의 변형 예를 도시한 평면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 리니어 스테이를 분해 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 결합상태를 도시한 사시도이며, 도 4는 도 2의 플렉시블 조인트를 도시한 사시도이고, 도 5는 플렉시블 조인트의 변형 예를 도시한 평면도이다.

도 2 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 리니어 스테이지(S)는, 베이스(100)와, 상기 베이스(100)의 상부에 설치되는 이송 테이블(200)과, 상기 이송 테이블(200)과 베이스(100)의 양측에 설치되어 상기 이송 테이블(200)을 베이스의 상면에 대해 왕복 이동시키는 한 쌍의 구동부(300)와, 상기 베이스(100)에 설치되는 가이드 레일(400)과, 상기 가이드 레일(400)에 대응되도록 상기 이송 테이블(200)에 설치되는 가이드 블록(500) 및 상기 이송 테이블(200)과 가이드 블록(500) 사이에 설치되며 상기 이송 테이블(200)의 틀어짐에 대응하여 탄성 변형이 발생하는 플렉시블 조인트(600)로 구성된다.

먼저, 상기 베이스(100)는 그라나이트 또는 금속재로 형성되며, 상기 이송 테이블은 경량소재의 알루미늄이 적용되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 구동부(300)는 상기 이송 테이블(200)과 베이스(100)의 양측에 이송자(311)와 고정자(312)가 각각 설치되어 상기 이송 테이블(200)을 베이스(100)의 상면에 대해 왕복 이동시키는 한 쌍의 리니어 모터(310)로 구성된다.

이외에도, 상기 구동부(300)는 다양한 형식의 서보 모터가 적용가능하다.

그리고, 상기 가이드 레일(400)과 가이드 블록(500)은 공지된 "LM가이드"로 구성되어 상세한 설명은 생략한다.

한편, 상기 플렉시블 조인트(600)는 탄성변형부(610)와, 상기 탄성변형부에서 연장형성되어 상기 이송 테이블(200)에 고정설치되는 제1연결구(620) 및 상기 탄성변형부(610)에서 연장형성되어 상기 가이드 블록(500)에 고정설치되는 제2연결구(630)로 구성된다.

또한, 도 4 내지 도 5의 (A)에 도시한 바와 같이, 상기 제1연결구(620)는 탄성변형부(610)의 중심을 대각선으로 가로지르는 선상에 2개 배치되며, 상기 제2연결구(630)는 상기 제1연결구(620)와 크로스 배열되며 탄성변형부(610)의 중심을 대각선으로 가로지르는 선상에 2개 배치된다.

이 경우, 대각선으로 배치된 제1연결구(620)는 이송 테이블(200)과 결합하여 한 쌍의 구동부(300)의 이동이 일치하지 않거나 동기오차가 발생할 경우 발생하는 이송 테이블(200)의 틀어짐이 제1연결구(620)와 탄성변형부(610)로 전달되어 탄성 변형이 발생하게 된다.

이에 따라, 이송 테이블(200)과 가이드 블록(500) 사이를 플렉시블 조인트(600)를 통해 연결함에 따라 한 쌍의 리니어 모터(310)의 이동이 일치하지 않거나 동기오차가 발생하여도 이송 테이블(200)이 베이스(100)에 대해 원활하게 이동하게 된다.

즉, 한 쌍의 리니어 모터(310)에서 동기 오차가 발생하여 이송 테이블(200)이 베이스(100)에 대해 틀어짐(도 2 Z축 기준 회전)이 발생하면, 플렉시블 조인트(600)가 탄성 변형하며 이송 테이블(200)의 틀어짐을 흡수하여 이송 테이블(200)의 틀어짐이 가이드 블록(500)으로 전달되는 것을 억제하게 된다.

결국, 가이드 블록(500)과 가이드 레일(600)의 틀어짐이 억제됨에 따라 불필요한 마찰력 발생을 방지하여 이송 테이블(200)의 원활한 이동이 가능하게 된다.

이외에도, 도 5의 (B)와 같이, 상기 제1연결구(620)는 탄성변형부(610)의 중심을 기준으로 일측 또는 타측 중 한 곳에 2개가 편향 배치되며, 상기 제2연결구(630)는 탄성변형부(610)의 중심을 기준으로 일측 또는 타측 중 제1연결구(620)가 배치되는 않은 다른 한 곳에 2개가 편향 배치된다.

그리고, 상기 제1연결구(620)는 제2연결구(630)와 탄성변형부(610)보다 높게 단차지게 형성되어 상기 이송 테이블(200)의 하단과 제1연결구(620)만 접촉하여 탄성 변형에 대한 외부 영향을 줄여주게 된다. 즉, 상기 이송 테이블(200)과 제2연결구(630)와 탄성변형부(610)의 접촉을 억제하게 되는 것이다.

한편, 상기 탄성변형부(610)는 중심변형단(611) 및 상기 중심변형단(611)의 양측 끝단에 연장형성된 자유변형단(612)으로 구성된다. 상기 탄성변형부(610)는 평면에서 바라볼 때에 전체적인 형상이 'I'자로 형성된다.

또한, 상기 제1연결구(620)와 자유변형단(612)에는 이격부(601)가 형성되어 제1연결구(6200와 자유변형단(612)의 탄성 변형시에 가이드 블록(500)과의 마찰이 발생하는 것을 억제하게 된다.

그리고, 상기 이송 테이블(200)에는 플렉시블 조인트(600)에 대응되는 안착홈(210)이 형성되어 플레시블 조인트(600)를 추가함에 따라 이송 테이블(200)의 높이가 높아지는 것을 방지하게 된다. 이때, 상기 안착홈(210)의 단면적은 플렉시블 조인트(600)의 단면적보다 크게 형성되는 것이 바람직하다.

마지막으로, 상기 플렉시블 조인트(600)는 상기 가이드 블록(500) 상면에 얹혀지도록 구성되어 수직방향 외력에 의한 변형이 억제된다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 전술한 실시 예에 한정되지 않고 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 이때, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 고려해야 할 것이다.

S - 리니어 스테이지 100 - 베이스
200 - 이송 테이블 300 - 구동부
310 - 리니어 모터 400 - 가이드 레일
500 - 가이드 블록 600 - 플렉시블 조인트
610 - 탄성변형부 610 - 제1연결구
620 - 제2연결구 601 - 이격부

Claims (9)

1. 베이스;
   상기 베이스의 상부에 설치되는 이송 테이블;
   상기 이송 테이블과 베이스의 양측에 설치되어 상기 이송 테이블을 베이스의 상면에 대해 왕복 이동시키는 한 쌍의 구동부;
   상기 베이스에 설치되는 가이드 레일;
   상기 가이드 레일에 대응되도록 상기 이송 테이블에 설치되는 가이드 블록; 및
   상기 이송 테이블과 가이드 블록 사이에 설치되며 상기 이송 테이블의 틀어짐에 대응하여 탄성 변형이 발생하는 플렉시블 조인트;가 포함되는 것을 특징으로 하는 리니어 스테이지.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 플렉시블 조인트는,
   탄성변형부와, 상기 탄성변형부에서 연장형성되어 상기 이송 테이블에 고정설치되는 제1연결구 및 상기 탄성변형부에서 연장형성되어 상기 가이드 블록에 고정설치되는 제2연결구로 구성되는 것을 특징으로 하는 리니어 스테이지.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 제1연결구는 탄성변형부의 중심을 대각선으로 가로지르는 선상에 2개 배치되며, 상기 제2연결구는 상기 제1연결구와 크로스 배열되며 탄성변형부의 중심을 대각선으로 가로지르는 선상에 2개 배치되는 것을 특징으로 하는 리니어 스테이지.
   
4. 제 2항에 있어서,
   상기 제1연결구는 탄성변형부의 중심을 기준으로 일측 또는 타측 중 한 곳에 2개가 편향 배치되며, 상기 제2연결구는 탄성변형부의 중심을 기준으로 일측 또는 타측 중 제1연결구가 배치되는 않은 다른 한 곳에 2개가 편향 배치되는 것을 특징으로 하는 리니어 스테이지.
   
5. 제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1연결구는 제2연결구와 탄성변형부보다 높게 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 스테이지.
   
6. 제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 탄성변형부는 중심변형단 및 상기 중심변형단의 양측 끝단에 연장형성된 자유변형단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 리니어 스테이지.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 제1연결구와 자유변형단에는 이격부가 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 스테이지.
   
8. 제 1항에 있어서,
   상기 이송 테이블에는 플렉시블 조인트에 대응되는 안착홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 스테이지.
   
9. 제 1항에 있어서,
   상기 구동부는 상기 이송 테이블과 베이스의 양측에 이송자와 고정자가 각각 설치되어 상기 이송 테이블을 베이스의 상면에 대해 왕복 이동시키는 한 쌍의 리니어 모터로 구성되는 것을 특징으로 하는 리니어 스테이지.
   

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