KR20150065690A

KR20150065690A - 평면 구동 장치 및 평면 구동 장치의 교정 방법

Info

Publication number: KR20150065690A
Application number: KR1020157008070A
Authority: KR
Inventors: 예르크 케겔러
Original assignee: 섀플러 테크놀로지스 게엠베하 운트 코. 카게
Priority date: 2012-10-02
Filing date: 2013-09-20
Publication date: 2015-06-15
Also published as: CN104995828A; WO2014053131A2; WO2014053131A3; EP2904695A2; DE102012218039A1; EP2904695B1

Abstract

본 발명은 고정자 및 이 고정자에 대하여 x-방향으로 그리고 y-방향으로 이동할 수 있는 회전자를 포함하는 평면 구동 장치를 교정하기 위한 방법에 관한 것이다. 평면 구동 장치는 또한 회전자 상에 배치된 제1 및 제2 y-구동 장치 및 하나 이상의 제1 x-구동 장치 그리고 하나 이상의 x-센서 및 y-센서를 포함한다. y-제어 유닛은 y-센서에 전기식으로 접속되어 있고, 제1 y-구동 장치 및 제2 y-구동 장치를 제어하기 위해 이용된다. 이 방법은 우선, 회전자를 고정하기 위해, 제1 y-구동 장치를 제어하는 단계를 포함한다. 제2 y-구동 장치는, 회전자가 제1 경로에 걸쳐서 y-방향으로 이동되도록 y-제어 유닛을 통해서 제어되며, 이 경우 고정 기능을 하는 제1 y-구동 장치로 인해 회전자가 운동 평면에 대해 수직으로 배치된 회전축 내에서 회전하게 된다. 회전자의 회전은 제1 x-센서를 사용해서 측정된다. y-제어 유닛은 제1 x-센서에 의해 기록된 신호와 y-센서의 신호를 평가함으로써 교정된다. 또한, 본 발명은 평면 구동 장치에 관한 것이기도 하다.

Description

평면 구동 장치 및 평면 구동 장치의 교정 방법{PLANAR DRIVE AND METHOD FOR THE CALIBRATION THEREOF}

본 발명은 평면 구동 장치를 교정하기 위한, 예를 들어 평면 모터를 교정하기 위한 또는 포털 구동 장치(portal drive)를 교정하기 위한 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 본 발명에 따른 교정을 위해서 구성되어 있는 평면 구동 장치에 관한 것이기도 하다.

독일 공개 특허 출원 DE 103 29 931 A1호는 위치 측정 시스템을 구비한 평면 다이렉트 구동 장치를 보여준다. 이 평면 다이렉트 구동 장치는 수동 유닛, 능동 유닛, 베어링 유닛 및 위치 측정 시스템을 포함한다. 위치 측정 시스템은 측정의 물리적 실체를 스캐닝하고 위치 신호를 전달하는 측정 센서를 포함한다. 위치 측정 시스템은 동적 소자 및 준-정적(quasi-stationary) 소자로 이루어지며, 이들 소자 중에 하나는 측정의 물리적 실체에 의해, 다른 하나는 측정 센서에 의해 형성되어 있다. 상기 두 소자는 지지 간극 밖에 그리고 활주면에 대해 간격을 두고 배치되어 있다.

독일 공개 특허 출원 DE 10 2006 024 150 A1호는 위치 결정이 개선된 평면 다이렉트 구동 장치를 보여준다. 평면 다이렉트 구동 장치는 자화 가능한 톱니를 구비하는 평면 수동 유닛을 포함하며, 이 경우에는 자화 가능한 톱니의 바닥면뿐만 아니라 이들의 톱니 홈도 적어도 제1 방향(y)으로 일정한 길이(l)를 갖는다. 또한, 다이렉트 구동 장치는 가변적인 자속을 발생하기 위한 코일 및 능동 유닛의 위치를 결정하기 위한 센서 유닛을 구비한 능동 유닛을 포함한다. 센서 유닛은 하나 이상의 자기장원을 구비하며, 이 자기장원의 자기장은 수동 유닛의 자화 가능한 톱니를 적어도 부분적으로 통과한다. 2개의 센서는, 자기장원에 의해서 제공되는 자기장의 위치에 따른 변동을 검출하기 위해서 이용된다.

WO 2011/064317 A2호에는, 각도 측정 장치를 위한 교정 방법이 공지되어 있으며, 이 방법에서는 각도 위치 값이 복수의 판독 헤드에 의해서 검출되고, 이들 판독 헤드는 하나의 코드 캐리어에 대하여 상이한 각도 설정을 취할 수 있다. 판독 헤드의 각도 위치 값들의 편차가 판독 헤드의 공지된 각도 위치와 서로 비교됨으로써, 각도 에러가 결정된다. 이는 변동되는 각도 설정을 위해서 반복된다. 검출된 각도 에러로부터, 각도 측정 장치를 교정하기 위한 파라미터가 결정되며, 이를 위해서는 기준이 필요치 않다.

이러한 종래 기술로부터 출발하는 본 발명의 과제는, 구동 장치 또는 센서를 변경할 필요 없이, 평면 구동 장치에 의해서 달성될 수 있는 정확도를 현저하게 향상시키는 것이다.

상기 과제는, 첨부된 청구항 1에 따른 평면 구동 장치의 교정 방법에 의해서 그리고 첨부된 독립 청구항 10에 따른 평면 구동 장치에 의해서 해결된다.

본 발명에 따른 방법은 평면 구동 장치를 교정하기 위해서 이용되며, 이 방법에 따라 시동은 사전에 결정된 위치로부터 향상된 정확도로 이루어질 수 있다. 본 발명에 따른 방법은 특히, 바람직하게 평평한 고정자 및 이 고정자에 대하여 x-방향으로 그리고 y-방향으로 이동할 수 있는 회전자를 포함하는 평면 구동 장치를 교정하기 위해서 이용된다. x-방향 및 y-방향은 바람직하게 서로 수직으로 정렬되고, 예를 들어 각각 수평 방향 또는 수직 방향을 지시할 수 있다. x-방향 및 y-방향은, 바람직하게 고정자에 대하여 평행하게 배치되어 있는 회전자의 운동 평면을 설정한다. 회전자는 이 운동 평면 내에서 이동될 수 있고, 그곳에서 다양한 위치를 취할 수 있으며, 이들 다양한 위치는 x-방향으로 그리고/또는 y-방향으로 서로 상이하다. 평면 구동 장치는 예를 들어 평면 모터에 의해서 또는 x-y-포털에 의해서 형성될 수 있다.

평면 구동 장치는, 회전자를 x-방향으로 구동시키기 위해 회전자 상에 배치된 하나 이상의 제1 x-구동 장치를 포함한다. 바람직하게, 평면 구동 장치의 x-제어 유닛은 제1 x-구동 장치를 구동시키기 위해 이용된다. 제1 x-제어 유닛은 폐회로 제어부로서 또는 개회로 제어부로서 형성될 수 있다.

또한, 평면 구동 장치는, 회전자를 y-방향으로 구동시키기 위해 회전자 상에 배치된 제1 y-구동 장치와, 회전자를 y-방향으로 구동시키기 위해 회전자 상에 배치된 제2 y-구동 장치를 포함한다. 제2 y-구동 장치는 x-방향으로 제1 y-구동 장치에 대하여 간격을 두고 배치되어 있다.

제1 y-구동 장치, 제2 y-구동 장치 및 하나 이상의 x-구동 장치는 바람직하게 각각 전자석에 의해서 형성되어 있으며, 전자석은 고정자의 자화 가능한 힘 전달 요소와 상호 작용한다.

평면 구동 장치는 y-방향으로 고정자에 대한 회전자의 위치를 결정하기 위해 y-센서를 더 포함한다. 이러한 y-센서에 의해, 고정자에 대한 회전자 위치의 y-성분들이 측정될 수 있다. y-센서는 회전자 상에서 제1 y-구동 장치에 대하여 간격을 두고 배치되어 있다. y-센서는 바람직하게 x-방향으로 제1 y-구동 장치에 대하여 간격을 두고 배치되어 있다. y-센서는 x-방향으로 바람직하게 제2 y-구동 장치에 대해서도 간격을 두고 배치되어 있다. 이때, y-센서는 바람직하게 y-방향으로도 각각 제1 y-구동 장치에 대하여 그리고 제2 y-구동 장치에 대하여 간격을 두고 배치되어 있다.

또한, 평면 구동 장치는 y-구동 장치를 구동시키기 위한 y-제어 유닛을 포함한다. 이러한 y-제어 유닛은 폐회로 제어부로서 또는 개회로 제어부로서 형성될 수 있다. y-센서는 y-제어 유닛에 전기식으로 접속되어 있고, y-제어 유닛의 일 부분을 형성할 수 있다.

평면 구동 장치는, x-방향으로 고정자에 대한 회전자의 위치를 결정하기 위해 회전자 상에 배치된 하나 이상의 제1 x-센서를 포함한다. 제1 x-센서는 바람직하게 회전자 상에서 x-방향으로 그리고/또는 y-방향으로 제1 y-구동 장치에 대하여 간격을 두고 배치되어 있다.

하나 이상의 x-센서 및 y-센서로서는 바람직하게 증분식으로(incremental) 작동하는 센서들이 사용된다.

본 발명에 따른 방법은 우선, 제1 y-구동 장치의 장소에 회전자를 y-방향으로 고정하기 위해, 제1 y-구동 장치를 y-제어 유닛을 통해서 제어하는 단계를 포함한다. 따라서, 제1 y-구동 장치의 장소에서는 회전자의 y-방향으로의 운동이 저지된다. 그럼으로써, x-방향으로 회전자의 운동 또는 회전자의 회전은 아직까지 저지되지 않는다. 고정은 예를 들어, 전자석에 의해 형성된 제1 y-구동 장치에 일정한 전류가 공급되어, 결과적으로 고정자의 자화 가능한 힘 전달 요소들 중에서 일 요소에 인장력이 작용하고 제1 y-구동 장치가 그곳에 계속 유지됨으로써 이루어질 수 있다.

제1 y-구동 장치의 장소에 제1 y-구동 장치가 회전자를 고정하는 동안, 회전자를 y-방향으로 이동시키기 위해, 제2 y-구동 장치를 y-제어 유닛을 통해서 제어하는 본 발명에 따른 방법의 추가의 일 단계가 이루어진다. 이 단계에서는, 제1 y-구동 장치를 제1 경로에 걸쳐서 이동시키는 과정이 y-제어 유닛을 통해 제어되며, 이 경우에는 y-제어 유닛의 교정이 아직까지 이루어지지 않았기 때문에, 실제로 제2 y-구동 장치가 통과한 경로에 있어서 편차가 나타날 수 있다. 제1 y-구동 장치가 자신의 장소에 회전자를 고정시키기 때문에, 회전자는 병진 운동에 의해서는 제2 y-구동 장치를 따를 수 없다. 그 대신에, 회전자는 운동 평면에 대하여 수직으로 배치된 회전축 내에서 회전된다. 이때 회전축은 제1 y-구동 장치 가까이에 또는 그 내부에 위치하며, 이 경우 회전축은 고정자에 대해서도 특히 x-방향으로 이동할 수 있다. 제2 y-구동 장치는 고정 기능을 하는 y-구동 장치로 인해 방향 전환 레버로서 작용한다. 회전축을 중심으로 이루어지는 회전은 바람직하게 10° 미만이다. 그럼으로써, 제1 경로의 길이도 결정된다. 회전축을 중심으로 이루어지는 회전은 또한 경사 동작(tilting movement)으로서도 간주 될 수 있다.

회전자가 제2 y-구동 장치에 의해서 회전되는 동안, 회전의 측정이 이루어지며, 이를 위해서는 적어도 제1 x-센서가 이용된다. 센서와 구동 장치가 회전자 상에서 간격을 두고 배치되어 있기 때문에, 제1 x-센서에서 측정할 수 있는 경로는 회전에 의존하는데, 바람직하게는 선형이다. 회전을 측정하기 위해, 제1 x-센서의 신호가 y-제어 유닛에 의해 제어된 제2 y-구동 장치의 제1 경로에 따라 기록된다. 그 결과, 아직까지 교정되지 않은 y-제어 유닛에 의해 야기될 회전들에 대하여 회전을 위한 측정값을 할당하는 과정이 발생하게 된다. 그럼으로써, y-제어 유닛을 교정하기 위해 제1 x-센서를 사용하는 것이 가능하다. 이로써, 이 x-센서의 정확도가 y-제어에, 다시 말해 특히 y-센서에 맵핑될 수 있다. 그렇기 때문에, y-제어 유닛의 교정은 x-센서의 기록된 신호와 y-센서의 신호를 평가함으로써 이루어진다.

바람직하게는, 제1 x-센서 이외에 제2 x-센서 또는 x-구동 장치들 중에 일 구동 장치도 회전을 측정하기 위해 사용된다. x-구동 장치들 중에 일 구동 장치가 회전을 측정하기 위해 사용되는 경우에는, 회전이 명백하게 오로지 제1 x-센서에 의해서만 측정될 수 있도록 하기 위해 이 x-구동 장치가 측정 동안 회전자에 작용을 하도록 사용된다.

본 발명에 따른 방법의 한 가지 특별한 장점은, 기존의 구동 장치 및 센서에 의해서 달성될 수 있는 정확도가 예를 들어 서브마이크로미터(submicrometer) 범위 안에 있는 크기만큼 증가할 수 있다는 것이다. 본 발명에 따른 방법은 기준 측정 시스템 없이 실시될 수 있다. 이 방법은 단 하나의 y-센서만을 필요로 한다. 또한, 평면 구동 장치의 구조적인 변경도 필요치 않다.

본 발명에 따른 방법의 바람직한 제1 실시예에 따라, x-구동 장치들 중에 일 구동 장치는 이 x-구동 장치의 장소에 회전자를 x-방향으로 고정하기 위해 제어되는 한편, 제2 y-구동 장치는 제1 경로에 걸쳐서 이동된다. 그럼으로써, 회전자는 또한 x-방향으로도 병진 운동을 할 수 없게 되며, 이와 같은 사실은 오로지 제1 x-센서의 신호만이 회전자의 회전을 나타내는 상황을 유도한다. 그렇기 때문에, 평면 구동 장치는 바람직하게 회전자를 x-방향으로 구동시키기 위한 제2 x-구동 장치를 포함하며, 이 제2 x-구동 장치는 회전자 상에서 y-방향으로 제1 x-구동 장치에 대하여 간격을 두고 배치되어 있다. 제2 x-구동 장치는 바람직하게 이 제2 x-구동 장치의 장소에 회전자를 x-방향으로 고정하기 위해 제어되는 한편, 제1 y-구동 장치는 고정을 목적으로 제어되고, 제2 y-구동 장치는 제1 경로에 걸쳐서 이동된다. 평면 구동 장치는 바람직하게 또한 x-방향으로 고정자에 대한 회전자의 위치를 결정하기 위해 제2 x-센서를 포함하며, 이 경우 제2 x-센서는 y-방향으로 제1 x-센서에 대하여 간격을 두고 배치되어 있다. 이때, 제2 x-구동 장치의 고정은 바람직하게 제2 x-센서를 이용해서 조절된 제어에 의하여 이루어진다.

바람직한 대안적인 일 실시예에서, 평면 구동 장치는 마찬가지로 또한 x-방향으로 고정자에 대한 회전자의 위치를 결정하기 위해 제2 x-센서를 포함한다. 제2 x-센서는 y-방향으로 제1 x-센서에 대하여 간격을 두고 배치되어 있다. 본 실시예에서, 회전자 회전의 측정은 또한 제2 x-센서를 사용해서도 이루어진다. 이를 위해서는 제2 x-센서의 신호도, 제2 y-구동 장치가 y-제어 유닛에 의해 제어된 제2 y-구동 장치의 제1 경로에 따라 이동되는 동안에 기록된다. 제2 y-구동 장치가 이동하는 동안에는 바람직하게 x-구동 장치의 제어가 중지되는데, 다시 말하자면 하나 또는 복수의 x-구동 장치에 전류가 공급되지 않는다. 제1 x-센서 및 제2 x-센서의 기록된 신호들이 공동으로 회전을 나타낸다. 특히 회전은, 제1 x-센서 및 제2 x-센서의 신호들의 편차에 의해서 나타난다.

그렇기 때문에 y-제어 유닛의 교정은, 제1 x-센서 및 제2 x-센서의 기록된 신호들과 y-센서의 신호를 평가함으로써 이루어진다. 바람직하게는, 제1 x-센서 및 제2 x-센서의 신호들의 편차가 결정됨으로써, 제1 x-센서 및 제2 x-센서의 기록된 신호들로부터 회전자의 회전을 나타내는 값이 결정된다. 이 회전을 나타내는 값으로부터 y-제어 유닛을 교정하기 위한, 특히 y-센서의 신호를 평가하기 위한 보정값이 결정된다.

전술된 대안적인 실시예에서, 제2 y-구동 장치는 바람직하게 제1 경로에 걸쳐서 단계적으로 이동된다. 이로써, 값 쌍의 열들이 결정된다.

회전자의 회전에 한계가 설정되어 있기 때문에, 제1 경로는 때때로, 교정을 위한 측정값들을 원하는 정확도로 만족스럽게 기록하기에는 충분치 않다. 그렇기 때문에, 제2 y-구동 장치가 제1 경로에 걸쳐서 이동한 후에는 바람직하게, 연이어 제2 y-구동 장치를 사용하여 추가의 경로에 걸쳐서 회전자를 새로이 이동시키기 위하여 그리고 그럼으로써 회전시키기 위하여, 제1 y-구동 장치가 변위된다. 이를 위해서는 바람직하게, 전술된 바와 같이 y-구동 장치를 고정하기 위해 제1 y-구동 장치를 제어한 후에, 제1 경로에 걸쳐서 이동시키기 위해 제2 y-구동 장치를 제어한 후에, 그리고 제1 x-센서의 신호를 기록한 후에 그리고 필요에 따라 실시되는 제2 x-센서의 기록 후에 실시될 수 있는 후속 단계들이 이루어진다. 가장 먼저, 오프셋 경로에 걸쳐서 회전자를 y-방향으로 이동시키기 위해 제1 y-구동 장치가 y-제어 유닛을 통해 제어된다. 그 다음에, 제1 y-구동 장치의 도달 장소에 회전자를 고정하기 위해, 제1 y-구동 장치가 y-제어 유닛을 통해서 새로이 제어된다. 제1 y-구동 장치가 고정된 후에, 제2 y-구동 장치는 회전자를 추가의 경로에 걸쳐서 y-방향으로 이동시키기 위해 y-제어 유닛을 통해서 제어된다. 이때에는, 고정 기능을 하는 제1 y-구동 장치로 인해 회전자가 운동 평면에 대해 수직으로 배치된 회전축 내에서 새로이 회전하게 된다. 새로이 회전하는 동안에는, 제1 x-센서를 사용해서 회전자 회전의 측정이 속행된다. 이를 위해 제1 x-센서의 신호가 y-제어 유닛에 의해 제어된 제2 y-구동 장치의 추가 경로에 따라 계속해서 기록된다. 이 경우에는 제1 경로에 걸쳐서 이동하는 동안의 회전을 측정하기 위해 필요에 따라 사용된 제2 x-센서 또는 필요에 따라 사용된 x-구동 장치가 동일한 방식으로 재차 사용된다. y-제어 유닛의 교정은, 제1 x-센서의 기록된 추가 신호와 y-센서의 신호를 평가함으로써 속행된다.

원하는 정확도를 얻기 위해서는, 제2 y-구동 장치가 경로에 걸쳐서 여러 번 이동될 수 있도록, 제1 y-구동 장치를 여러 번 변위시키는 것이 반드시 필요할 수 있다. 그렇기 때문에, 오프셋 경로에 걸쳐서 회전자를 y-방향으로 이동시키기 위해 y-제어 유닛을 통해 제1 y-구동 장치를 제어하는 과정이 여러 번 반복된다. 회전자가 오프셋 경로에 걸쳐서 매번 이동한 후에는, 제1 y-구동 장치의 각각의 도달 장소에 회전자를 고정하기 위해, 제1 y-구동 장치가 y-제어 유닛을 통해서 새로이 제어될 수 있다. 이와 마찬가지로, 제1 y-구동 장치가 고정 기능을 하는 동안에는, 추가의 경로에 걸쳐서 회전자를 y-방향으로 이동시키기 위해 제2 y-구동 장치가 y-제어 유닛을 통해서 제어될 수 있다. 각각 고정 기능을 하는 제1 y-구동 장치로 인해, 회전자는 운동 평면에 대해 수직으로 배치된 회전축 내에서 반복적으로 회전하게 된다. 회전자의 회전이 각각 제1 x-센서를 사용해서 재차 측정될 수 있으며, 이를 위해 제1 x-센서의 신호가 계속해서 기록될 수 있다. 그럼으로써, y-제어 유닛의 교정이 속행될 수 있다.

제1 경로 및 추가의 경로는 바람직하게 각각 동일한 길이를 갖는다. 이와 마찬가지로, 오프셋 경로들도 바람직하게 동일한 길이를 갖는다.

제1 y-구동 장치 및 제2 y-구동 장치는 바람직하게 각각 y-방향으로 간격을 두고 배치된 2개 이상의 힘 전달 요소를 구비한다. 이들 힘 전달 요소는 바람직하게 자성의 또는 자화 가능한 극에 의해서 형성되어 있다.

y-방향으로 힘 전달 요소들의 간격에 의해서 2개 y-구동 장치의 주기가 결정된다.

바람직하게, y-방향의 주기는 y-구동 장치의 일 모터 주기 및/또는 y-센서의 일 센서 주기와 같다.

제1 경로 및 필요에 따라 이동된 추가 경로는 바람직하게 각각 주기의 1배 또는 정확하게 전체 분획(fraction)에 달한다. 이 경우에는 제1 경로와 필요에 따라 이동된 추가 경로의 총합이 바람직하게 주기와 같음으로써, 결과적으로 교정에 의해서는 y-센서의 주기적인 에러가 보정될 수 있다. 더욱 바람직하게는 제1 경로와 필요에 따라 이동된 추가 경로의 총합이 주기의 수배에 달한다. 이때에는 제1 x-센서 및 필요에 따라 제2 x-센서의 기록된 신호들이 y-제어 유닛에 의해 제어된 제2 y-구동 장치의 경로를 기준으로 바람직하게는 주기적으로 평가된다. 이 과정은 바람직하게 제1 x-센서 및 필요에 따라 제2 x-센서의 단계적으로 기록된 신호들을 위해서 이루어지며, 이 경우 단계들은 제2 y-구동 장치에 의해 이동된 주기를 기준으로 항상 동일한 위상 위치를 갖는데, 예컨대 항상 주기의 0, π/10, 2π/10, 3π/10, 4π/10, 5π/10 등에서 동일한 위상 위치를 갖는다. 주기를 기준으로 동일한 위상 위치를 갖는, 제1 x-센서 및 필요에 따라 제2 x-센서의 기록된 신호들의 측정값들이 가산된다. 이와 같은 주기 형태의 평가는, 모든 에러의 합산이 상수 형태의 오프셋 에러를 발생시키는 상황을 야기한다. 복수의 주기를 통해 평균이 이루어지면, 각각의 y-위치에 대해서 동일한 오프셋 에러가 나타난다.

바람직하게, 평면 구동 장치는 회전자를 x-방향으로 구동시키기 위해 제2 x-구동 장치를 더 구비하며, 이 경우 제2 x-구동 장치는 회전자 상에서 y-방향으로 제1 x-구동 장치에 대하여 간격을 두고 배치되어 있다. 평면 구동 장치는 바람직하게 제1 x-구동 장치 및 제2 x-구동 장치를 구동시키기 위해 x-제어 유닛을 구비한다.

이때 제1 x-센서는 바람직하게 제1 x-구동 장치를 조절된 상태로 제어하기 위해서 이용되는 한편, 제2 x-센서는 바람직하게 제2 x-구동 장치를 조절된 상태로 제어하기 위해서 이용된다. 이를 위해 제1 x-센서 및 제2 x-센서는 x-제어 유닛에 전기식으로 접속되어 있고, 바람직하게는 x-제어 유닛의 소자들을 형성한다.

2개의 x-구동 장치를 구비하는 평면 구동 장치의 전술된 실시예들에서, 본 발명에 따른 방법은 바람직하게 x-제어 유닛을 교정하기 위한 단계들을 더 포함한다. 이와 같은 교정은 본 발명에 따른 y-제어 유닛의 교정과 유사하게 이루어진다. 가장 먼저, 제1 x-구동 장치의 장소에 회전자를 x-방향으로 고정하기 위해, 제1 x-구동 장치가 x-제어 유닛을 통해서 제어될 수 있다. 반면에, x-방향으로 제1 x-경로에 걸쳐서 회전자를 이동시키기 위해 제2 x-구동 장치가 x-제어 유닛을 통해 제어될 수 있다. 이 경우에는 고정 기능을 하는 제1 x-구동 장치로 인해 회전자가 운동 평면에 대해 수직으로 배치된 회전축 내에서 상응하게 재차 회전하게 된다. 회전자의 회전은 y-센서를 사용해서 측정될 수 있으며, 이를 위해 y-센서의 신호가 x-제어 유닛에 의해 제어된 제2 x-구동 장치의 제1 x-경로에 따라 기록될 수 있다. x-제어 유닛의 교정은 y-센서의 기록된 신호와 제1 x-센서 및/또는 제2 x-센서의 신호를 평가함으로써 이루어진다.

특별한 실시예들에서는 평면 구동 장치가 2개의 y-센서를 포함함으로써, 결과적으로 전술된 y-센서는 제1 y-센서를 형성하게 되고, 평면 구동 장치는 제2 y-센서를 더 포함하게 된다.

제1 x-구동 장치 및 제2 x-구동 장치 그리고 제1 y-센서 및 제2 y-센서는 기술된 단계들에서 대안적으로 사용될 수 있다.

y-제어 유닛을 교정하는 경우에 상응하게, 바람직하게는 제1 y-센서 이외에 제2 y-센서 또는 y-구동 장치들 중에 일 y-구동 장치가 회전을 측정하기 위해 사용된다.

바람직하게, y-구동 장치들 중에 일 y-구동 장치는 이 y-구동 장치의 장소에 회전자를 y-방향으로 고정하기 위해 제어되는 한편, 제2 x-구동 장치는 제1 x-경로에 걸쳐서 이동된다. 그럼으로써, 회전자는 또한 y-방향으로도 병진 운동을 할 수 없게 되며, 이와 같은 사실은 오로지 제1 y-센서의 신호만이 회전자의 회전을 나타내는 상황을 유도한다. 바람직하게, 제2 y-구동 장치는 이 제2 y-구동 장치의 장소에 회전자를 y-방향으로 고정하기 위해 제어된다.

대안적으로는, 바람직하게 제2 y-센서의 신호도, 제2 x-구동 장치가 x-제어 유닛에 의해 제어된 제2 x-구동 장치의 제1 x-경로에 따라 이동하는 동안에 기록된다. 제1 y-센서 및 제2 y-센서의 기록된 신호들이 공동으로 회전을 나타낸다. 그렇기 때문에 x-제어 유닛의 교정은, 제1 y-센서 및 제2 y-센서의 기록된 신호들과 제1 x-센서 및/또는 제2 x-센서의 신호를 평가함으로써 이루어진다. 바람직하게는, 제1 y-센서 및 제2 y-센서의 신호들의 편차가 결정됨으로써, 제1 y-센서 및 제2 y-센서의 기록된 신호들로부터 회전자의 회전을 나타내는 값이 결정된다. 이 회전을 나타내는 값으로부터 x-제어 유닛을 교정하기 위한, 특히 제1 x-센서 및/또는 제2 x-센서의 신호를 평가하기 위한 보정값이 결정된다.

제1 x-센서 및 필요에 따라 제2 x-센서의 기록된 신호와 y-센서의 신호를 본 발명에 따라 평가하는 과정이 특별한 실시예들에서는 주파수 공간 내에서 이루어지며, 이를 위해 신호들은 y-방향으로 형성된 y-구동 장치의 공간 주파수를 기준으로 주파수 분석되는데, 다시 말하자면 주파수 공간으로 변환되고, 공간 주파수의 선택된 제1 고조파의 위상각 및 계수가 각각 결정된다. 또한, 추가의 평가 단계들을 위해 추가의 고조파들이 결정될 수도 있다. 상이한 레벨의 고조파들이 선택될 수 있다. 공간 주파수는 바람직하게 힘 전달 요소들의 이격 배치에 의해서 결정된다. 공간 주파수는 바람직하게 모터 주기 및/또는 센서 주기의 역값(reciprocal value)과 같다.

제1 x-구동 장치, 필요에 따라 존재하는 제2 x-구동 장치, 제1 y-구동 장치 및 제2 y구동 장치는 바람직하게 각각 전자기성 구동 장치로서, 특히 전자기성 선형 구동 장치로서 형성되어 있다. 이를 위해 제1 x-구동 장치 및 필요에 따라 존재하는 제2 x-구동 장치는 바람직하게 각각 x-방향으로 간격을 두고 배치된 2개 이상의 힘 전달 요소를 구비하며, 이들 요소의 x-방향으로의 간격이 2개 x-구동 장치의 주기를 결정한다. 상응하게, 2개의 y-구동 장치도 바람직하게 각각 y-방향으로 간격을 두고 배치된 2개 이상의 힘 전달 요소를 구비하며, 이들 요소의 y-방향으로의 간격이 2개 y-구동 장치의 주기를 결정한다. 이들 x-구동 장치 및 y-구동 장치의 힘 전달 요소는 바람직하게 전자석의 극에 의해서 형성되어 있다.

고정자는 바람직하게 각각 x-방향으로 그리고 y-방향으로 주기적으로 배치된 힘 전달 요소를 구비하며, 이들 요소의 간격이 대안적으로 또는 보완적으로 x-구동 장치 또는 y-구동 장치의 주기를 결정한다. 고정자의 힘 전달 요소가 바람직하게는 강자성 재료로 이루어진 톱니에 의해 형성되어 있음으로써, 결과적으로 힘 전달 요소는 고정자 상에서 x-방향으로 또는 y-방향으로 톱니 피치(tooth pitch)를 형성하게 된다.

바람직하게, x-방향으로의 주기는 x-구동 장치들 중에 일 x-구동 장치의 모터 주기 및/또는 x-센서의 센서 주기와 같다.

x-구동 장치 및 y-구동 장치의 힘 전달 요소들의 간격과 고정자의 힘 전달 요소들의 간격은 바람직하게 같다. 그러나 x-구동 장치 및 y-구동 장치의 힘 전달 요소들의 간격과 고정자의 힘 전달 요소들의 간격은, 예를 들어 x-구동 장치 및 y-구동 장치가 선형 스텝 모터로서 형성되어 있는 경우에는 상이할 수도 있다. 어느 경우든, x-구동 장치 및 y-구동 장치의 힘 전달 요소들의 간격과 고정자의 힘 전달 요소들의 간격 중에 어느 하나가 x-구동 장치 및 y-구동 장치의 주기를 결정하거나, x-구동 장치 및 y-구동 장치의 힘 전달 요소들의 간격뿐 아니라 고정자의 힘 전달 요소들의 간격이 x-구동 장치 및 y-구동 장치의 주기를 결정한다.

본 발명에 따른 방법에 의해서 교정될 평면 구동 장치의 고정자는 바람직하게 x-방향으로 주기적인 자석 톱니 피치 및 y-방향으로 주기적인 자석 톱니 피치를 갖는다. x-방향으로 주기적인 자석 톱니 피치 및 y-방향으로 주기적인 자석 톱니 피치는 바람직하게 동일한 주기 길이를 갖는다.

제1 x-구동 장치 및 필요에 따라 제공된 제2 x-구동 장치는 바람직하게 각각 하나 이상의 전자석을 구비하고, 이들 전자석의 극은 서로에 대하여 간격을 가지며, 이 간격은 x-방향으로 고정자의 자석 톱니 피치의 주기 길이와 같다.

제1 y-구동 장치 및 제2 y-구동 장치는 바람직하게 각각 하나 이상의 전자석을 구비하고, 이들 전자석의 극은 서로에 대하여 간격을 가지며, 이 간격은 y-방향으로 고정자의 자석 톱니 피치의 주기 길이와 같다.

회전자는 바람직하게 직사각형의 바닥면을 가지며, 이 바닥면은 평평한 고정자에 대하여 평행하게 정렬되어 있다.

y-센서는 바람직하게 직사각형 바닥면의 중앙에 배치되어 있다. 이 경우 y-센서는 바람직하게 제1 x-구동 장치와 제2 x-구동 장치 사이의 중앙에 배치되어 있다.

또한, 제2 y-센서가 회전자 상에 배치되어 있을 수도 있음으로써, 결과적으로 전술된 y-센서는 제1 y-센서를 형성하게 된다. 제2 y-센서는 바람직하게 x-방향으로 제1 y-센서에 대하여 간격을 두고 배치되어 있다.

제1 x-구동 장치 및 제2 x-구동 장치는 바람직하게 회전자 상에서 x-방향으로도 서로에 대하여 변위된 상태로 배치되어 있다.

제1 x-센서 및 제2 x-센서는 바람직하게 회전자 상에서 y-센서에 대하여 y-방향으로 변위된 상태로 배치되어 있다.

제1 x-센서, 제2 x-센서 및 y-센서는 바람직하게 회전자 상에서 x-방향으로 동일한 위치를 갖는다.

y-센서는 바람직하게 제1 x-센서와 제2 x-센서 사이의 중앙에 배치되어 있다.

본 발명에 따른 평면 구동 장치는 예를 들어 평면 모터에 의해서 또는 x-y-포털에 의해서 형성될 수 있다. 이 평면 구동 장치는 우선 바람직하게 평평한 고정자 및 이 고정자에 대하여 x-방향으로 그리고 y-방향으로 이동할 수 있는 회전자를 포함한다. x-방향 및 y-방향은 회전자의 운동 평면을 설정한다. 평면 구동 장치는, 회전자를 x-방향으로 구동시키기 위해 회전자 상에 배치된 하나 이상의 제1 x-구동 장치를 포함한다. 바람직하게, 평면 구동 장치의 x-제어 유닛은 제1 x-구동 장치를 구동시키기 위해 이용된다. 제1 x-제어 유닛은 폐회로 제어부로서 또는 개회로 제어부로서 형성될 수 있다.

또한, 평면 구동 장치는, 회전자를 y-방향으로 구동시키기 위해 회전자 상에 배치된 제1 y-구동 장치 및 회전자를 y-방향으로 구동시키기 위해 회전자 상에 배치된 제2 y-구동 장치를 포함한다. 제2 y-구동 장치는 x-방향으로 제1 y-구동 장치에 대하여 간격을 두고 배치되어 있다.

제1 y-구동 장치, 제2 y-구동 장치 및 하나 이상의 x-구동 장치는 바람직하게 각각 전자석에 의해서 형성되어 있으며, 이 전자석은 고정자의 자화 가능한 힘 전달 요소와 상호 작용한다.

평면 구동 장치는 y-방향으로 고정자에 대한 회전자의 위치를 결정하기 위해 y-센서를 더 포함한다. 이 y-센서에 의해서는, 고정자에 대한 회전자 위치의 y-성분들이 측정될 수 있다. y-센서는 회전자 상에서 제1 y-구동 장치에 대하여 간격을 두고 배치되어 있다. y-센서는 바람직하게 회전자 상에서 x-방향으로 제1 y-구동 장치에 대하여 간격을 두고 배치되어 있다. y-센서는 x-방향으로 바람직하게 또한 제2 y-구동 장치에 대해서도 간격을 두고 배치되어 있다. 이때, y-센서는 바람직하게 또한 y-방향으로도 각각 제1 y-구동 장치에 대하여 그리고 제2 y-구동 장치에 대하여 간격을 두고 배치되어 있다.

또한, 평면 구동 장치는 y-구동 장치를 구동시키기 위한 y-제어 유닛을 포함한다. 이 y-제어 유닛은 폐회로 제어부로서 또는 개회로 제어부로서 형성될 수 있다. y-센서는 y-제어 유닛에 전기식으로 접속되어 있고, y-제어 유닛의 일 부분을 형성할 수 있다.

하나 이상의 x-센서 및 y-센서로서는 바람직하게 증분 방식으로 동작을 하는 센서들이 사용된다.

y-제어 유닛은 본 발명에 따른 방법을 실시하도록 구성되어 있다. 바람직하게, y-제어 유닛은 본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예들을 실시하도록 구성되어 있다. 또한, 본 발명에 따른 평면 구동 장치는 바람직하게, 본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예들을 위해, 교정될 평면 구동 장치의 바람직한 특징들로서 제시된 특징들도 구비한다.

본 발명에 따른 평면 구동 장치의 추가의 세부 사항은, 도면을 참조해서 이루어지는 바람직한 일 실시예에 대한 아래의 상세한 설명으로부터 드러난다.

도 1은 본 발명에 따른 평면 구동 장치의 바람직한 일 실시예의 회전자의 개략적인 원리도이다.

평면 구동 장치의 회전자는 고정자(도시되지 않음)를 통해 x-방향으로뿐만 아니라 y-방향으로도 이동되도록 형성되어 있다. 회전자는 직사각형의 바닥면을 가지며, 이 바닥면 상에는 제1 x-구동 장치(MX1), 제2 x-구동 장치(MX2), 제1 y-구동 장치(MY1) 및 제2 y-구동 장치(MY2)가 배치되어 있다. 또한, 회전자의 직사각형 바닥면 상에는 제1 x-센서(SX1), 제2 x-센서(SX2) 및 y-센서(SY)가 배치되어 있다. y-센서(SY)는 회전자의 직사각형 바닥면의 중앙에 그리고 제1 x-구동 장치(MX1)와 제2 x-구동 장치(MX2) 사이의 중앙에, 그리고 또한 제1 y-구동 장치(MY1)와 제2 y-구동 장치(MY2) 사이의 중앙에 그리고 제1 x-센서(SX1)와 제2 x-센서(SX2) 사이의 중앙에 있다. 제1 y-구동 장치(MY1)는 y-센서(SY)에 대하여 간격을 두고 배치되어 있으며, 이 경우에는 x-방향으로뿐만 아니라 y-방향으로도 오프셋이 제공된다. 제1 x-구동 장치(MX1)는 y-방향으로 제2 x-구동 장치(MX2)에 대하여 간격을 두고 배치되어 있다. 또한, 제1 x-구동 장치(MX1)는 x-방향으로도 제2 x-구동 장치(MX2)에 대하여 간격을 두고 배치되어 있다. 제1 x-구동 장치(MX1) 및 제2 x-구동 장치(MX2)는 각각 y-구동 장치(MY1)에 대하여 간격을 두고 배치되어 있다.

Claims

고정자 및 상기 고정자에 대하여 x-방향으로 그리고 y-방향으로 이동할 수 있는 회전자를 포함하는 평면 구동 장치를 교정하기 위한 방법으로서, x-방향 및 상기 y-방향이 회전자의 운동 평면을 설정하고, 상기 평면 구동 장치는 다음의 추가 소자들, 즉
- 회전자를 x-방향으로 구동시키기 위해 회전자 상에 배치된 하나 이상의 제1 x-구동 장치;
- 회전자를 y-방향으로 구동시키기 위해 회전자 상에 배치된 제1 y-구동 장치;
- 회전자를 y-방향으로 구동시키기 위해 회전자 상에 배치된 제2 y-구동 장치로서, 이때 제2 y-구동 장치는 x-방향으로 제1 y-구동 장치에 대하여 간격을 두고 배치되어 있는, 제2 y-구동 장치;
- y-방향으로 고정자에 대한 회전자의 위치를 결정하기 위해 y-센서로서, 이때 y-센서는 제1 y-구동 장치에 대하여 간격을 두고 배치되어 있는, y-센서;
- 제1 y-구동 장치 및 제2 y-구동 장치를 구동시키기 위해 y-센서에 전기식으로 접속된 y-제어 유닛; 및
- x-방향으로 고정자에 대한 회전자의 위치를 결정하기 위해 하나 이상의 제1 x-센서;
를 포함하며, 평면 장치의 고정 방법은 다음의 단계, 즉
- 제1 y-구동 장치의 장소에 회전자를 y-방향으로 고정하기 위해, 제1 y-구동 장치를 y-제어 유닛을 통해서 제어하는 단계;
- 회전자를 제1 경로에 걸쳐서 y-방향으로 이동시키기 위해, 제2 y-구동 장치를 y-제어 유닛을 통해서 제어하는 단계로서, 이때 고정 기능을 하는 제1 y-구동 장치로 인해 회전자가 운동 평면에 대해 수직으로 배치된 회전축 내에서 회전하게 되는 단계;
- 제1 x-센서를 사용해서 회전자의 회전을 측정하는 단계로서, 이때 제1 x-센서의 신호는 y-제어 유닛에 의해 제어된 제2 y-구동 장치의 제1 경로에 따라 기록되는 단계; 및
- 제1 x-센서의 기록된 신호와 y-센서의 신호를 평가함으로써 y-제어 유닛을 교정하는 단계를 포함하는, 평면 구동 장치의 교정 방법.
제1항에 있어서, 평면 구동 장치는 회전자를 x-방향으로 구동시키기 위해 제2 x-구동 장치를 더 포함하며, 이때 제2 x-구동 장치는 회전자 상에서 y-방향으로 제1 x-구동 장치에 대하여 간격을 두고 배치되어 있으며, 제2 x-구동 장치는 제2 x-구동 장치의 장소에 회전자를 x-방향으로 고정하기 위해 제어되는 한편, 제2 y-구동 장치는 제1 경로에 걸쳐서 이동되는 것을 특징으로 하는, 평면 구동 장치의 교정 방법.
제1항에 있어서, 평면 구동 장치는 x-방향으로 고정자에 대한 회전자의 위치를 결정하기 위해 제2 x-센서를 더 포함하며, 이때 제2 x-센서는 y-방향으로 제1 x-센서에 대하여 간격을 두고 배치되어 있으며, 회전자 회전의 측정도 제2 x-센서를 사용하여 이루어지며, 이를 위해 제2 x-센서의 신호는 y-제어 유닛에 의해 제어된 제2 y-구동 장치의 제1 경로에 따라 기록되며, y-제어 유닛의 교정은 제1 x-센서 및 제2 x-센서의 기록된 신호들과 y-센서의 신호를 평가함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는, 평면 구동 장치의 교정 방법.
제3항에 있어서, 제2 y-구동 장치가 제1 경로에 걸쳐서 이동되는 동안에는 제1 x-구동 장치의 제어가 중지되는 것을 특징으로 하는, 평면 구동 장치의 교정 방법.
제3항 또는 제4항에 있어서, 제1 x-센서 및 제2 x-센서의 신호들의 편차를 결정함으로써, 제1 x-센서 및 제2 x-센서의 기록된 신호들로부터 회전자의 회전을 나타내는 값을 결정하며, 이때 상기 회전을 나타내는 값으로부터 y-제어 유닛을 교정하기 위한 보정값이 결정되는 것을 특징으로 하는, 평면 구동 장치의 교정 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 y-구동 장치를 제어한 후에, 제2 y-구동 장치를 제어한 후에, 그리고 제1 x-센서의 신호를 기록한 후에 실행되는, 다음의 추가 단계들, 즉
- 오프셋 경로에 걸쳐서 회전자를 y-방향으로 이동시키기 위해 제1 y-구동 장치를 y-제어 유닛을 통해서 제어한 다음에 이어서 제1 y-구동 장치의 도달 장소에 회전자를 고정하기 위해 제1 y-구동 장치를 y-제어 유닛을 통해서 제어하는 단계;
- 회전자를 추가의 경로에 걸쳐서 y-방향으로 이동시키기 위해 제2 y-구동 장치를 y-제어 유닛을 통해서 제어하는 단계로서, 이때 고정 기능을 하는 제1 y-구동 장치로 인해 회전자가 운동 평면에 대해 수직으로 배치된 회전축 내에서 회전하게 되는 단계;
- 제1 x-센서를 사용해서 회전자 회전의 측정을 속행하는 단계로서, 이때 제1 x-센서의 신호는 y-제어 유닛에 의해 제어된 제2 y-구동 장치의 추가 경로에 따라 계속해서 기록되는 단계; 및
- 제1 x-센서의 기록된 추가 신호와 y-센서의 신호를 평가함으로써, y-제어 유닛의 교정을 속행하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 평면 구동 장치의 교정 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 y-구동 장치 및 제2 y-구동 장치가 y-방향으로 간격을 두고 배치된 각각 2개 이상의 힘 전달 요소를 구비하고, 상기 힘 전달 요소들의 y-방향으로의 간격은 상기 두 y-구동 장치의 주기를 결정하며, 이때 제1 경로 및 필요에 따라 이동된 추가의 경로는 각각 상기 주기의 1배 또는 정확하게 전체 분획에 달하는 것을 특징으로 하는, 평면 구동 장치의 교정 방법.
제7항에 있어서, 제1 경로와 필요에 따라 이동된 추가 경로의 총합이 주기와 같은 것을 특징으로 하는, 평면 구동 장치의 교정 방법.
제7항에 있어서, 제1 경로와 필요에 따라 이동된 추가 경로의 총합이 주기의 수배에 달하는 것을 특징으로 하는, 평면 구동 장치의 교정 방법.
- 고정자;
- 상기 고정자에 대하여 x-방향으로 그리고 y-방향으로 이동할 수 있는 회전자로서, 이때 x-방향 및 y-방향은 회전자의 운동 평면을 설정하는, 회전자;
- 회전자를 x-방향으로 구동시키기 위해 회전자 상에 배치된 하나 이상의 제1 x-구동 장치;
- 회전자를 y-방향으로 구동시키기 위해 회전자 상에 배치된 제1 y-구동 장치;
- 회전자를 y-방향으로 구동시키기 위해 회전자 상에 배치된 제2 y-구동 장치로서, 이때 제2 y-구동 장치는 x-방향으로 제1 y-구동 장치에 대하여 간격을 두고 배치되어 있는, 제2 y-구동 장치;
- y-방향으로 고정자에 대한 회전자의 위치를 결정하기 위한 y-센서로서, 이때 y-센서는 제1 y-구동 장치에 대하여 간격을 두고 배치되어 있는, y-센서;
- 제1 y-구동 장치 및 제2 y-구동 장치를 구동시키기 위해 y-센서에 전기식으로 접속된 y-제어 유닛; 및
- x-방향으로 고정자에 대한 회전자의 위치를 결정하기 위한 하나 이상의 제1 x-센서;
를 포함하는, 평면 구동 장치에 있어서,
상기 y-제어 유닛이 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실시하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 평면 구동 장치.