KR20160083221A - Linear positioning apparatus and method for compensating error thereof - Google Patents

Linear positioning apparatus and method for compensating error thereof Download PDF

Info

Publication number
KR20160083221A
KR20160083221A KR1020140193277A KR20140193277A KR20160083221A KR 20160083221 A KR20160083221 A KR 20160083221A KR 1020140193277 A KR1020140193277 A KR 1020140193277A KR 20140193277 A KR20140193277 A KR 20140193277A KR 20160083221 A KR20160083221 A KR 20160083221A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
laser interferometer
linear
moving body
error
linear encoder
Prior art date
Application number
KR1020140193277A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101679339B1 (en
Inventor
고병관
Original Assignee
순환엔지니어링 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 순환엔지니어링 주식회사 filed Critical 순환엔지니어링 주식회사
Priority to KR1020140193277A priority Critical patent/KR101679339B1/en
Publication of KR20160083221A publication Critical patent/KR20160083221A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101679339B1 publication Critical patent/KR101679339B1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/404—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for compensation, e.g. for backlash, overshoot, tool offset, tool wear, temperature, machine construction errors, load, inertia
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02092—Self-mixing interferometers, i.e. feedback of light from object into laser cavity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/19—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/402—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for positioning, e.g. centring a tool relative to a hole in the workpiece, additional detection means to correct position

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

A linear positioning apparatus according to an embodiment of the present invention may include: a linear positioning unit having a laser interferometer for measuring a position of a moving body and a linear encoder for moving the moving body; and a control unit for controlling movement of the moving body by compensating for an order position according to an environment error of the laser interferometer. A method for compensating for an error of the linear positioning apparatus according to the embodiment of the present invention may include the steps of: measuring an environment error of the laser interferometer according to a difference between a difference between a position value obtained by measuring, by the laser interferometer, an initially set position of the moving body and a position value of the moving body that is moved to the initially set position by the linear encoder and a difference between a position value obtained by measuring a current position of the moving body by the laser interferometer and a position value of the moving body that is moved to the current position by the linear encoder; compensating a position value measured by the laser interferometer according to the environment error measured by the control unit; and controlling movement of the moving body by compensating for the order position according to the position value compensated by the control unit. The present invention can measure and compensate for an environment error of the laser interferometer using a scale of the linear encoder formed of a material which is not affected by a surrounding environment.

Description

선형 위치 결정 장치 및 이의 오차 보상 방법{LINEAR POSITIONING APPARATUS AND METHOD FOR COMPENSATING ERROR THEREOF}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a linear position determining apparatus and a method of compensating the error,

본 발명은 레이저 간섭계의 환경 오차를 측정하고 오차를 보상하는 선형 위치 결정 장치 및 이의 오차 보상 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a linear positioning apparatus for measuring an environmental error of a laser interferometer and compensating for an error, and an error compensation method therefor.

선형 위치결정장치의 경우 정밀한 위치 제어를 위해서는 정밀한 위치 측정 또는 피드백용 위치 검출 센서 장치가 필요하다. In the case of a linear positioning apparatus, a precise position control or a position detection sensor device for feedback is required for precise position control.

일반적으로 피드백용 위치 검출 센서로는 리니어 엔코더가 사용되지만, 이 경우 리니어 엔코더가 설치되어 있는 위치와 실제 위치 결정이 필요한 즉 작업이 이루어지는 위치는 차이가 발생되며 특히 롤링(Rolling), 피칭(Pitching), 요잉(Yawing) 오차가 발생될 경우 아베(Abbe) 오프셋 오차에 의해 리니어 엔코더에서 출력되는 위치와 작업이 이루어지는 위치가 일치하지 않게 되어 오차를 발생시킬 수 있다.In general, the linear encoder is used as the feedback position sensor, but in this case, there is a difference between the position where the linear encoder is installed and the position where the actual positioning is required, that is, , When a yawing error is generated, the position output from the linear encoder and the position at which the operation is performed do not coincide with each other due to the Abbe offset error, thereby generating an error.

따라서 선형 위치결정장치의 정밀 위치 제어를 위해서는 일반적으로 레이저 간섭계를 이용하여 작업이 이루어지는 위치의 거리를 직접 측정하고, 이렇게 측정된 신호를 이용하여 위치 제어를 수행할 수 있다.Therefore, in order to precisely control the position of the linear positioning apparatus, it is generally possible to directly measure the distance of the position where the work is performed using the laser interferometer, and to perform position control using the measured signal.

하지만 레이저 간섭계는 하기의 선행 기술 문헌에 기재된 바와 같이, 레이저 파장이 온도, 압력, 기류와 같은 환경 요인에 따라 변하게 되며, 이러한 환경 요인에 의해 오차를 최소화하기 위해 추가적인 온도, 압력 센서를 이용하여 주변 환경 상태를 모니터링 한 후 변화되는 환경 요인에 의한 오차만큼을 간접적으로 계산하여 보정한 후 사용해야 하는 문제점이 있다.
However, as described in the following prior art documents, the laser interferometer varies depending on environmental factors such as temperature, pressure, and airflow, and it is possible to use an additional temperature and pressure sensor There is a problem that it is necessary to indirectly calculate and correct the error due to the environmental factors changed after monitoring the environmental condition.

대한민국 공개특허공보 제 10-2013-0107818호Korean Patent Publication No. 10-2013-0107818

본 발명의 일 실시예에 따르면, 주변 환경의 영향을 받지 않는(열팽창 계수가 0인) 재료의 리니어 엔코더 스케일을 이용하여 레이저 간섭계의 환경 오차를 측정하고 보정하는 선형 위치 결정 장치 및 이의 오차 보상 방법이 제공된다.
According to an embodiment of the present invention, there is provided a linear positioning apparatus for measuring and correcting an environmental error of a laser interferometer using a linear encoder scale of a material (having a thermal expansion coefficient of zero) / RTI >

상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 위치 결정 장치는 이동체의 위치를 측정하는 레이저 간섭계와, 이동체를 이동시키는 리니어 엔코더를 갖는 선형 위치 결정부; 및 상기 레이저 간섭계의 환경 오차에 따라 지령 위치를 보상하여 상기 이동체의 이동을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
According to an aspect of the present invention, there is provided a linear positioning apparatus including: a linear positioning unit having a laser interferometer for measuring a position of a moving object; a linear encoder for moving the moving object; And a controller for controlling the movement of the moving object by compensating an instruction position according to an environmental error of the laser interferometer.

본 발명의 일 실시예에 따른 선형 위치 결정 장치의 오차 보상 방법은 제어부에서 레이저 간섭계가 초기 설정된 이동체의 위치를 측정한 위치값과 리니어 엔코더가 초기 설정된 위치로 이동시킨 이동체의 위치값의 차와, 상기 레이저 간섭계가 현재 이동체의 위치를 측정한 위치값과 상기 리니어 엔코더가 현재 위치로 이동시킨 이동체의 위치값의 차 간의 차에 따라 상기 레이저 간섭계의 환경 오차를 측정하는 단계; 상기 제어부에서 측정된 환경 오차에 따라 상기 레이저 간섭계가 측정한 위치값을 보상하는 단계; 및 상기 제어부에서 보상 위치값에 따라 지령 위치를 보정하여 상기 이동체의 이동을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
The method of compensating an error of a linear positioner according to an exemplary embodiment of the present invention is a method of compensating an error of a linear positioner according to an embodiment of the present invention in which a difference between a position value at which a laser interferometer initially measures a position of a moving object, Measuring an environmental error of the laser interferometer according to a difference between a position value at which the laser interferometer measures the position of the current moving object and a difference between the position value of the moving object moved to the current position by the linear encoder; Compensating a position value measured by the laser interferometer according to an environmental error measured by the controller; And controlling the movement of the moving object by correcting the commanded position according to the compensation position value in the control unit.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 환경 오차에 의해 발생된 최종적인 오차를 실제 물리적인 거리 값으로 직접 측정하고 보상함으로써, 보다 정확한 오차 측정 및 보상이 가능하고, 센서의 노이즈에 의해 선형 위치결정장치의 제어 시 추가적인 진동(지터)를 발생시켜 성능을 저하를 가져올 문제를 해결할 수 있으며, 레이저 간섭계의 오차 측정 및 보정값 적용을 사용자가 임의의 시점에서 자유롭게 적용시킬 수 있기 때문에 작업 성능에 영향을 미치지 않는 효과가 있다.
According to an embodiment of the present invention, more accurate error measurement and compensation can be performed by directly measuring and compensating for the final error generated by the environmental error as the actual physical distance value, and by the noise of the sensor, It is possible to solve the problem of deteriorating the performance by generating additional vibration (jitter) in the control of the laser interferometer, and it is possible to freely apply the error measurement of the laser interferometer and the correction value application at an arbitrary point of time, There is no effect.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 위치 결정 장치의 상면도 및 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 위치 결정 장치의 레이저 간섭계의 환경 오차 측정 및 보정값 계산을 나타내는 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 위치 결정 장치의 개략적인 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 위치 결정 장치의 오차 보정 방법을 나타내는 동작 흐름도이다.1 is a top view and a side view of a linear positioning apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view illustrating the calculation of the environmental error of the laser interferometer of the linear positioner according to an exemplary embodiment of the present invention and the correction value calculation.
3 is a schematic block diagram of a linear positioning apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating an error correction method of the linear positioning apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in order that those skilled in the art can easily carry out the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 위치 결정 장치를 나타내며, 도 1의 (a)는 선형 위치 결정 장치의 상면도이고, 도 1의 (b)는 선형 위치 결정 장치의 측면도이다.Fig. 1 shows a linear positioning apparatus according to an embodiment of the present invention. Fig. 1 (a) is a top view of a linear positioning apparatus, and Fig. 1 (b) is a side view of a linear positioning apparatus.

도 1의 (a) 및 (b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 위치 결정 장치(1)는 선형 위치 결정부(100) 및 제어부(200)를 포함할 수 있다.
1 (a) and 1 (b), the linear positioning apparatus 1 according to an embodiment of the present invention may include a linear positioning unit 100 and a control unit 200.

선형 위치 결정부(100)는 선형 위치 결정 장치를 안정적으로 지지해 주는 베이스(10)와 작업이 이루어지는 이동체(60)와 이동체의 이동 안내를 위한 리니어 가이드 부(20)와 이동체에 힘을 공급하는 구동부(30)와 이동체의 위치를 검출하는 리니어 엔코더 헤드(41) 및 리니어 엔코더 스케일(42)로 구성되어 있으며, 정밀한 위치 결정을 위해 작업이 이루어지는 곳의 위치를 직접 측정할 수 있는 추가적인 위치 검출 장치인 레이저 간섭계(51)와 레이저 간섭계(51)의 발광부에서 발생된 레이저를 반사시켜 다시 레이저 간섭계의 수광부로 들어갈 수 있도록 이동체(60) 위에 설치되는 미러(52)가 구비된다.The linear positioning unit 100 includes a base 10 for stably supporting the linear positioning device, a moving body 60 for performing work, a linear guide unit 20 for guiding movement of the moving body, A linear encoder head 41 and a linear encoder scale 42 for detecting the position of a moving body and a driving unit 30 and an additional position detecting device 40 for directly measuring a position where a work is performed for precise positioning And a mirror 52 mounted on the moving body 60 to reflect the laser generated in the light emitting portion of the laser interferometer 51 and enter the light receiving portion of the laser interferometer.

도 1의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 선형 위치결정 장치(1)는 이동체(60)의 위치를 제어하기 위해 리니어 엔코더(41, 42)를 이용할 수 있으며, 리니어 엔코더(41. 42)가 설치되어있는 위치와 실제 작업이 이루어지는 이동체(60) 상면과는 구조적으로 일정 거리가 발생될 수 있다. 1 (a) and 1 (b), the linear positioning apparatus 1 can use linear encoders 41 and 42 to control the position of the moving body 60, and the linear encoder 41 And 42 may be structurally spaced apart from the upper surface of the moving body 60 where the actual operation is performed.

또한, 리니어 가이드부(20)를 따라 이동체(60)가 이동시 가공 및 조립 정도에 의해 발생되는 각도 오차(Roll, Pitch, Yaw), 그리고 리니어 가이드부(20)와 리니어 엔코더 스케일(42)의 평행도 오차에 의해 리니어 엔코더 헤드(41)에서 검출된 이동체(60)의 거리와 실제 작업이 이루어지는 이동체(60) 상면의 위치는 정확하게 일치하지 않고 오차를 발생시키게 된다. 이러한 오차를 극복하고 보다 더 정밀한 위치 제어를 하기 위해서, 레이저 간섭계(51)와 미러(52)가 위치 검출용 센서 또는 선형 위치결정 장치의 피드백 센서로 사용된다.The angular error (Roll, Pitch, Yaw) generated by the degree of machining and assembly when the moving body 60 moves along the linear guide portion 20 and the degree of parallelism between the linear guide portion 20 and the linear encoder scale 42 The distance of the moving object 60 detected by the linear encoder head 41 due to the error does not exactly coincide with the position of the upper surface of the moving object 60 where the actual operation is performed, and an error is generated. In order to overcome this error and achieve more precise position control, the laser interferometer 51 and the mirror 52 are used as a position detecting sensor or a feedback sensor of a linear positioning apparatus.

하지만 레이저 간섭계(51)는 온도, 압력, 기류 등과 같은 환경 요인에 의해 파장이 변화되며, 결국 정밀한 위치 측정 시 오차를 발생시킨다. 따라서 레이저 간섭계를 이용하여 정밀한 위치 측정 또는 정밀한 위치 제어용 피드백 센서로 사용할 경우 환경의 영향이 없는 진공환경에서 사용을 하거나 또는 일반 대기 환경에서 사용을 해야 할 경우에는 반드시 환경 영향에 의한 오차를 실시간으로 측정하여 보정을 해 주어야 한다.
However, the wavelength of the laser interferometer 51 changes due to environmental factors such as temperature, pressure, air current, etc., resulting in errors in accurate position measurement. Therefore, when used as a feedback sensor for precise position measurement or precise position control by using a laser interferometer, it must be used in a vacuum environment free from the influence of the environment or must be used in a normal atmospheric environment, To be corrected.

이러한, 레이저 간섭계를 이용한 선형 위치 결정 장치의 정밀한 위치 제어를 수행하게 되는 경우, 다음과 같은 문제점을 가질 수 있다.When the precise position control of the linear positioning apparatus using the laser interferometer is performed, the following problems may occur.

1. 센서의 정밀도 문제 및 노이즈 문제가 발생되며, 1. Precision problem of sensor and noise problem occur,

2. 이러한 센서의 신호를 통해 실시간으로 오차값을 계산하고 보정 할 경우 계산에 따른 시간 지연이 발생되고, 2. When calculating and correcting the error value in real time through the signals of these sensors, time delay occurs due to calculation,

3. 실시간으로 보정값을 적용할 경우 선형위치결정장치의 제어시 원하지 않는 지터(떨림)가 수반되어지며, 3. When applying the correction value in real time, undesirable jitter (tremor) is accompanied by the control of the linear positioning device,

4. 실시간이 아닌 일정 시간 간격을 두고 오차를 보정할 경우 선형 위치결정장치를 이용하여 작업이 진행되는 도중에 오차 보정이 이루어질 경우 순간적인 보정값에 의해 위치 변화가 발생되고, 이로 인해 작업의 품질을 저하시킬 우려가 있다. 4. If the error is corrected at a fixed time interval instead of the real time, if the error is corrected during the operation using the linear positioning device, the position change occurs due to the instantaneous correction value, There is a possibility of deterioration.

5. 레이저 간섭계의 환경에 의한 오차를 측정하고 보정하기 위해서는 센서류 및 제어기와 같은 별도의 장치를 수반하게 될 수 있다.
5. In order to measure and correct the environmental error of the laser interferometer, a separate device such as a sensor and a controller may be involved.

본 발명에서는 레이저 간섭계의 환경에 의한 오차 측정 및 보정 방법을 종래의 레이저 간섭계 공급사에서 제공하는 별도의 환경보상 장치를 사용하지 않고, 선형 위치결정 장치에 구비되어 있는 리니어 엔코더(41, 42)를 이용하여 환경에 의한 레이저 간섭계의 오차 측정 및 보정 방법을 제안한다.In the present invention, the environmental error measurement and correction method of the laser interferometer is performed by using the linear encoders 41 and 42 provided in the linear positioning apparatus without using a separate environmental compensation device provided by the conventional laser interferometer supplier In this paper, we propose an error measurement and correction method for the laser interferometer.

리니어 엔코더 스케일(42)은 다양한 재료를 이용하여 제작될 수 있으며, 예를 들어, 유리 세라믹 재질과 같이 열팽창 계수가 0에 가까운 제로듀어(Zerodur) 재질을 사용할 경우 환경의 변화에도 높은 위치 결정 반복 성능을 기대할 수 있다. 한편, 리니어 엔코더 스케일(42)을 베이스(10)에 설치할 경우 한쪽 끝단을 고정(43)하고 반대쪽 끝단을 비고정시켜서 베이스(10)의 열적 변형에 대해 영향을 받지 않을 수 있다.
The linear encoder scale 42 can be manufactured using various materials. For example, when a Zerodur material having a thermal expansion coefficient close to 0, such as a glass ceramic material, is used, Can be expected. On the other hand, when the linear encoder scale 42 is installed on the base 10, one end of the linear encoder scale 42 is fixed (43) and the opposite end is not fixed, so that the linear encoder scale 42 is not affected by thermal deformation of the base 10.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 위치 결정 장치의 레이저 간섭계의 환경 오차 측정 및 보정값 계산을 나타내는 측면도이다.FIG. 2 is a side view illustrating the calculation of the environmental error of the laser interferometer of the linear positioner according to an exemplary embodiment of the present invention and the correction value calculation.

도 1과 함께 도 2를 참조하면, 도 2에 도시된 바와 같이 리니어 엔코더 스케일(42)의 한쪽 끝단 고정점(43)을 기준으로 하여 임의의 사전에 정의된 위치(xref)로 이동체(60)를 이동시킨 후, 이 위치에서의 레이저 간섭계(51, 52)와 리니어 엔코더(41, 42)로부터 각각 검출 된 거리값의 차이를 하기의 수식1과 같이 계산함으로써 레이저 간섭계의 환경에 의한 오차를 계산할 수 있다.Referring to FIG. 2 together with FIG. 1, the moving body 60 (see FIG. 2) is moved to any predefined position (x ref ) with reference to one end fixed point 43 of the linear encoder scale 42, And then calculates the difference between the distances detected from the laser interferometers 51 and 52 and the linear encoders 41 and 42 at this position as shown in the following equation 1 to obtain an error caused by the environment of the laser interferometer Can be calculated.

(수식1)(Equation 1)

Figure pat00001
Figure pat00001

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서 Perr_now는 현재 측정 된 두 위치 검출 센서(레이저 간섭계 및 리니어 엔코더)의 위치 검출 차이 값이며, Perr_ref는 초기 설정된 기준 환경에서 선형위치결정 장치의 셋업시 측정된 두 위치 검출 센서(레이저 간섭계 및 리니어 엔코더)의 위치 검출 차이 값으로, 이 차이값(Perr_ref)은 레이저 간섭계의 환경에 의한 오차 검출시 기준 값으로 사용될 수 있다. Where P err _ now is a position detecting difference of the two position detecting sensor current measured (laser interferometers and linear encoders), P err _ ref is the two position detecting sensor measurement set-up of a linear positioning device in the initial set based on the environment a position detection value of the difference (laser interferometers and linear encoders), the difference value (P err _ ref) can be used as reference values when an error is detected by the laser interferometer environment.

이렇게 사전에 정의된 특정 위치(xref)에서 측정된 레이저 간섭계의 환경에 의한 오차를 이용하여 선형 위치결정 장치의 전체 이동 구간에 대한 레이저 간섭계의 환경 오차(Laser_error) 보상을 위한 데이터(Laser_comp(x))는 하기의 수식2와 같이 선형 보간을 통해 계산할 수 있다.Using the errors caused by the environment of the laser interferometer measured at the predefined specific position (x ref ), data (Laser_comp (x) for compensating the laser error of the laser interferometer with respect to the entire moving section of the linear positioning apparatus )) Can be calculated by linear interpolation as shown in Equation (2) below.

(수식2)(Equation 2)

Figure pat00003

Figure pat00003

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 위치 결정 장치의 개략적인 블럭도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 위치 결정 장치의 오차 보정 방법을 나타내는 동작 흐름도이다.FIG. 3 is a schematic block diagram of a linear positioning apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a flowchart illustrating an error correction method of a linear positioning apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3 및 도 4를 참조하면, 제어부(200)는 오차 보정부(210), 제1 연산부(220), 제2 연산부(230) 및 제어기(240)를 포함할 수 있다. 3 and 4, the controller 200 may include an error corrector 210, a first calculator 220, a second calculator 230, and a controller 240.

제어부(200)는 맵핑 방법을 이용하여 오차 보정값을 적용시킬 수 있다. 즉, 이동 지령 위치(u)에 대해 레이저 간섭계로부터 검출된 이동체(60)의 위치(x)를 직접 피드백하는 것이 아닌 해당 위치에서 레이저 간섭계 환경오차 보정 데이터 값(Laser_comp(x)) 만큼을 뺀 보상된 값(xcomp)으로 피드백을 함으로써 정밀한 위치 제어 구현이 가능하다.
The controller 200 can apply the error correction value using the mapping method. That is, the position (x) of the moving object 60 detected from the laser interferometer is not directly fed back to the movement command position u but the compensation obtained by subtracting the laser interferometer environment error correction data value Laser_comp (x) (X comp ), it is possible to implement precise position control.

예를 들어, 오차 보정부(210)는 상술한 수식1 및 수식2에 따라 레이저 간섭계(51)에서 측정한 이동체의 위치의 환경 오차를 보정할 수 있다.For example, the error corrector 210 can correct the environmental error of the position of the moving object measured by the laser interferometer 51 according to the above-described Equations (1) and (2).

즉, 오차 보정부(210)는 레이저 간섭계(51)가 초기 설정된 이동체의 위치를 측정한 위치값과 리니어 엔코더(41,42)가 초기 설정된 위치로 이동시킨 이동체의 위치값의 차와, 레이저 간섭계(51)가 현재 이동체의 위치를 측정한 위치값과 리니어 엔코더(41,42)가 현재 위치로 이동시킨 이동체의 위치값의 차 간의 차에 따라 레이저 간섭계(51)의 환경 오차를 보정할 수 있다(S110). 상술한 오차 보정은 이동체가 이동 가능한 전 영역에 대하여 선형 보간하여 오차를 보정할 수 있다.That is, the error corrector 210 corrects the difference between the position value at which the laser interferometer 51 has initially measured the position of the moving body and the position value of the moving body moved to the initial position by the linear encoders 41 and 42, It is possible to correct the environmental error of the laser interferometer 51 according to the difference between the position value of the current position of the mobile unit 51 and the position value of the moving object moved to the current position by the linear encoders 41 and 42 (S110). The above-described error correction can correct the error by linearly interpolating the entire movable range of the moving object.

다음으로, 제1 연산부(220)는 레이저 간섭계(51)의 현재 이동체의 위치를 측정한 위치값에 오차 보정부(210)로부터의 오차 보정값을 마이너스 연산할 수 있다(S120).Next, the first calculation unit 220 can minus the error correction value from the error correction unit 210 to the position value at which the position of the current moving body of the laser interferometer 51 is measured (S120).

이후, 제2 연산부(230)는 지령 위치값에 상기 제1 연산부로부터의 연산값을 마이너스 연산할 수 있고, 제어기(240)는 제2 연산부(230)로부터의 연산 결과에 따라 선형 위치 결정부(100)의 이동체의 이동을 제어할 수 있다.
Then, the controller 240 can calculate the command position value by subtracting the calculated value from the first calculating unit from the second position calculating unit 230, 100 can be controlled.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 환경 오차에 의해 발생된 최종적인 오차를 실제 물리적인 거리 값으로 직접 측정하고 보상함으로써, 보다 정확한 오차 측정 및 보상이 가능하고, 센서의 노이즈에 의해 선형 위치결정장치의 제어 시 추가적인 진동(지터)를 발생시켜 성능을 저하를 가져올 문제를 해결할 수 있으며, 레이저 간섭계의 오차 측정 및 보정값 적용을 사용자가 임의의 시점에서 자유롭게 적용시킬 수 있기 때문에 작업 성능에 영향을 미치지 않는다.
As described above, according to the present invention, more accurate error measurement and compensation can be performed by directly measuring and compensating the final error caused by the environmental error as the actual physical distance value, and the linear position determination It is possible to solve the problem of deteriorating the performance by generating additional vibration (jitter) when controlling the apparatus, and it is possible to freely apply the error measurement and correction value application of the laser interferometer to the user at any time, It does not go crazy.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not intended to limit the invention to the particular forms disclosed. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

1: 선형 위치 결정 장치
10: 베이스
20: 리니어 가이드부
30: 구동부
41: 리니어 엔코더 헤드
42: 리니어 엔코더 스케일
43: 고정점
51: 레이저 간섭계
52: 미러
60: 이동체
100: 선형 위치 결정부
200: 제어부
210: 오차 보정부
220: 제1 연산부
230: 제2 연산부
240: 제어기1: Linear positioning device
10: Base
20: linear guide portion
30:
41: Linear encoder head
42: Linear Encoder Scale
43: Fixed point
51: Laser interferometer
52: mirror
60: mobile body
100: linear positioning unit
200:
210: error correction unit
220: first operation section
230: second operation section
240:

Claims (7)

이동체의 위치를 측정하는 레이저 간섭계와, 이동체를 이동시키는 리니어 엔코더를 갖는 선형 위치 결정부; 및
상기 레이저 간섭계의 환경 오차에 따라 지령 위치를 보상하여 상기 이동체의 이동을 제어하는 제어부
를 포함하는 선형 위치 결정 장치.
A linear positioning unit having a laser interferometer for measuring the position of the moving body and a linear encoder for moving the moving body; And
A controller for compensating an instruction position according to an environmental error of the laser interferometer to control movement of the moving body;
Of the linear positioning device.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 레이저 간섭계에 측정한 이동체의 위치값과, 상기 리니어 엔코더에서 이동시킨 이동체의 위치값의 차에 따라 상기 지령 위치를 보상하는 선형 위치 결정 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the controller compensates the command position according to a difference between a position value of the moving object measured by the laser interferometer and a position value of the moving object moved by the linear encoder.
제2항에 있어서,
상기 제어부는 상기 레이저 간섭계가 초기 설정된 이동체의 위치를 측정한 위치값과 상기 리니어 엔코더가 초기 설정된 위치로 이동시킨 이동체의 위치값의 차와, 상기 레이저 간섭계가 현재 이동체의 위치를 측정한 위치값과 상기 리니어 엔코더가 현재 위치로 이동시킨 이동체의 위치값의 차 간의 차에 따라 상기 지령 위치를 보상하는 선형 위치 결정 장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the control unit calculates a difference between a position value at which the laser interferometer initially measured the position of the moving object and a position value of the moving object moved to an initial set position of the linear encoder and a position value at which the laser interferometer measures the position of the current moving object And the linear encoder compensates the command position according to a difference between positions of moving objects moved to a current position.
제1항에 있어서,
상기 제어부는
상기 레이저 간섭계가 초기 설정된 이동체의 위치를 측정한 위치값과 상기 리니어 엔코더가 초기 설정된 위치로 이동시킨 이동체의 위치값의 차와, 상기 레이저 간섭계가 현재 이동체의 위치를 측정한 위치값과 상기 리니어 엔코더가 현재 위치로 이동시킨 이동체의 위치값의 차 간의 차에 따라 상기 레이저 간섭계의 환경 오차를 보정하는 오차 보정부;
상기 레이저 간섭계의 현재 이동체의 위치를 측정한 위치값에 상기 오차 보정부로부터의 오차 보정값을 마이너스 연산하는 제1 연산부;
지령 위치값에 상기 제1 연산부로부터의 연산값을 마이너스 연산하는 제2 연산부; 및
상기 제2 연산부로부터의 연산 결과에 따라 상기 선형 위치 결정부의 이동체 이동을 제어하는 제어기
를 포함하는 선형 위치 결정 장치.
The method according to claim 1,
The control unit
A difference between a position value obtained by measuring the position of the moving object initially set by the laser interferometer and a position value of the moving object moved to an initial set position of the linear encoder, a position value obtained by measuring the position of the current moving object by the laser interferometer, An error corrector for correcting an environmental error of the laser interferometer according to a difference between position values of a moving body moved to a current position;
A first calculating unit for minus-calculating an error correction value from the error correcting unit to a position value obtained by measuring a position of a current moving body of the laser interferometer;
A second arithmetic unit for subtracting the arithmetic value from the first arithmetic unit from the command position value; And
And a controller for controlling movement of the moving body of the linear positioning unit in accordance with the calculation result from the second calculating unit
Of the linear positioning device.
제1항에 있어서,
상기 리니어 엔코더는
베이스상에서 이동체의 이동을 안내하는 리니어 가이드부;
상기 이동체를 이동시키는 구동부;
상기 이동체가 이동된 위치를 검출하는 리니어 엔코더 헤드와 리니어 엔코더 스케일
를 포함하고,
상기 리니어 엔코더 스케일은 열적 변형이 적은 재질로 구성되는 선형 위치 결정 장치.
The method according to claim 1,
The linear encoder
A linear guide portion for guiding movement of the moving body on the base;
A driving unit for moving the moving body;
A linear encoder head for detecting a position where the moving body is moved and a linear encoder scale
Lt; / RTI >
Wherein the linear encoder scale is made of a material having little thermal deformation.
제5항에 있어서,
상기 리니어 엔코더 스케일은 상기 베이스에 설치되어, 일단은 고정되고, 타단은 비고정되는 선형 위치 결정 장치.
6. The method of claim 5,
Wherein the linear encoder scale is installed on the base, one end is fixed and the other end is non-fixed.
제어부에서 레이저 간섭계가 초기 설정된 이동체의 위치를 측정한 위치값과 리니어 엔코더가 초기 설정된 위치로 이동시킨 이동체의 위치값의 차와, 상기 레이저 간섭계가 현재 이동체의 위치를 측정한 위치값과 상기 리니어 엔코더가 현재 위치로 이동시킨 이동체의 위치값의 차 간의 차에 따라 상기 레이저 간섭계의 환경 오차를 측정하는 단계;
상기 제어부에서 측정된 환경 오차에 따라 상기 레이저 간섭계가 측정한 위치값을 보상하는 단계; 및
상기 제어부에서 보상 위치값에 따라 지령 위치를 보정하여 상기 이동체의 이동을 제어하는 단계
를 포함하는 선형 위치 결정 장치의 오차 보상 방법.

And a controller for controlling the position of the moving object based on the difference between a position value at which the laser interferometer initially measured the position of the moving object and a position value of the moving object moved to the initial position by the linear encoder, Measuring an environmental error of the laser interferometer according to a difference between position values of a moving body moved to a current position;
Compensating a position value measured by the laser interferometer according to an environmental error measured by the controller; And
And controlling the movement of the moving object by correcting the commanded position according to the compensation position value in the control unit
Wherein the linear position determining device includes:

KR1020140193277A 2014-12-30 2014-12-30 Linear positioning apparatus and method for compensating error thereof KR101679339B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140193277A KR101679339B1 (en) 2014-12-30 2014-12-30 Linear positioning apparatus and method for compensating error thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140193277A KR101679339B1 (en) 2014-12-30 2014-12-30 Linear positioning apparatus and method for compensating error thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160083221A true KR20160083221A (en) 2016-07-12
KR101679339B1 KR101679339B1 (en) 2016-11-25

Family

ID=56504793

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140193277A KR101679339B1 (en) 2014-12-30 2014-12-30 Linear positioning apparatus and method for compensating error thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101679339B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180138477A (en) * 2017-06-21 2018-12-31 현대오트론 주식회사 Apparatus and method for detecting object in vehicle
CN109120096A (en) * 2018-09-11 2019-01-01 江苏鑫辉智能科技有限公司 A kind of linear mould group of the twinax high-speed with error compensation

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130107818A (en) 2012-03-23 2013-10-02 삼성전자주식회사 Laser interferometer, and displacement measuring system using laser interferometer

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3890233B2 (en) 2002-01-07 2007-03-07 キヤノン株式会社 Positioning stage apparatus, exposure apparatus, and semiconductor device manufacturing method
JP4751032B2 (en) 2004-04-22 2011-08-17 株式会社森精機製作所 Displacement detector

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130107818A (en) 2012-03-23 2013-10-02 삼성전자주식회사 Laser interferometer, and displacement measuring system using laser interferometer

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180138477A (en) * 2017-06-21 2018-12-31 현대오트론 주식회사 Apparatus and method for detecting object in vehicle
CN109120096A (en) * 2018-09-11 2019-01-01 江苏鑫辉智能科技有限公司 A kind of linear mould group of the twinax high-speed with error compensation

Also Published As

Publication number Publication date
KR101679339B1 (en) 2016-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10234274B2 (en) Method for thickness measurement on measurement objects and device for applying the method
JP4776473B2 (en) Optical axis deflection laser interferometer, its calibration method, correction method, and measurement method
JP5816475B2 (en) Industrial machinery
JP6030339B2 (en) Shape measuring device
EP1239263B1 (en) Position measuring apparatus and working apparatus using the same
US20110125442A1 (en) Method for calibrating a thickness gauge
JP2016534364A (en) Measuring method
JP2011503628A (en) Method for calibrating a coordinate measuring machine
JP6488073B2 (en) Stage apparatus and charged particle beam apparatus using the same
Köning et al. A method for the in situ determination of Abbe errors and their correction
KR102561103B1 (en) Robot calibration system and calibration method thereof
US8924176B2 (en) Industrial machine
JP2008064577A (en) Caliper
JP5833831B2 (en) Thickness measuring device and thickness measuring method
JP6412735B2 (en) Thickness measuring device using optical distance detector
US8845247B2 (en) Thermal compensation system for a milling machine
JP2010014427A (en) Measuring device
US20170090455A1 (en) Method for controlling shape measuring apparatus
KR101679339B1 (en) Linear positioning apparatus and method for compensating error thereof
KR20090070194A (en) Sensing device and its method for compensating tool position processing oil-groove inside of engine cylinder
KR101266394B1 (en) Calibration method to minimize the effect of incidence angle in measuring distance
TWI600492B (en) Compensation screw lead error method
Jakubkovič et al. Displacement Measurement in the Vertical Axis of the Measuring Microscope using Laser Triangulation Sensor
JPH02179409A (en) Linear displacement detector
US20100182611A1 (en) Displacement measuring apparatus and displacement measuring method

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant