KR20180127726A - 정밀위치결정장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저가의 구동기를 이용하면서도 물체의 병진운동을 나노미터의 분해능으로 구현할 수 있는 정밀위치결정장치를 제공함에 있다. 이를 구현하기 위한 본 발명의 정밀위치결정장치는 구동력을 발생시키는 구동부(200;200a,200b); 이동대상 물체가 안착되는 시편대(110)가 고정되는 시편대고정부(111), 상기 구동부(200;200a,200b)에서 발생된 구동력을 상기 시편대(110)에 전달하기 위해 상기 시편대(110)의 이동방향에 수직인 면에 적어도 하나의 구멍(121,122)이 형성되어 상기 시편대(110)의 이동방향으로 상기 수직인 면이 변위가 발생하는 적어도 하나의 탄성힌지(120; 120a,120b), 상기 구동부(200;200a,200b)가 장착되는 구동부장착부(130;130a,130b)를 포함하는 이동안내부(100); 상기 이동안내부(100)를 고정지지하는 고정부(400)를 포함한다.

Description

정밀위치결정장치{Precision positioning device}
본 발명은 정밀위치결정장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 3D 프린터와 저가의 구동기를 이용하여 저렴한 가격으로 빠른시간 내에 제작이 가능하고, 나노미터 분해능으로 운동할 수 있는 정밀위치결정장치에 관한 것이다.
나노 위치결정기술은 주사탐침현미경, 노광장치, 정밀 정렬장치 등의 계측 및 구동 등의 다양한 나노 기술에 꼭 필요한 요소로 사용되고 있다. 특히, 탄성 힌지(flexure hinge)를 사용한 정밀스테이지의 경우, 기존의 메커니즘과 달리 백래쉬 및 마찰이 없고, 윤활 등의 필요성이 없기 때문에 정밀스테이지의 기본 형태로 자리를 잡았다.
반면, 정밀한 위치 결정을 위한 탄성 힌지를 제작하기 위해서는 정밀기계가공이나 WEDM(wire electric discharge machining)과 같은 특수한 가공법의 적용이 필요하여, 비용적인 측면이나 장비적인 측면에서 일반 연구자가 직접 제작하기 어렵다. 그리고 시중에 판매하는 나노 위치결정기구의 경우에도 높은 가격으로 인해 나노 기술의 대중화 및 확산에 있어 어려움이 있다. 따라서 어느 장소에서나 아주 저렴하면서도 높은 정밀도를 가지는 위치결정기구가 제시되어야 한다.
위치결정 기구를 저렴한 가격으로 제작할 수 있는 그 방법으로는 3D 프린팅 기술이 있는데, 3D 프린팅 기술은 기존의 재료를 제거하는 방식이 아니라, 재료를 적층하는 방식으로 다양한 형상을 가공할 수 있는 장점이 있다. 3D 프린팅 기술은 extrusion을 기반으로 하거나, 광경화방식, powder bed를 기반으로 한 방식들이 존재하며, 재료로는 주로 합성수지가 사용되고, 금속재료도 사용되고 있다. 재료의 특성 측면에서는 금속재료를 사용하는 것이 유리하나, 금속재료를 사용한 3D 프린터는 높은 가격이며, 제품제작에도 높은 비용을 요구한다.
합성수지 기반의 3D 프린터를 이용한 원자현미경의 제작과 나노 스테이지의 제작이 이전에도 보고되었지만, 전자의 경우, 단순한 형상의 금속부품을 3D 프린터로 제작된 부품으로 대체한 수준이며, 후자의 경우는 기존의 금속 탄성 힌지 기구를 단순히 3D 프린터로 제작한 것으로 높은 가공정밀도를 위해서, 고가의 3D 프린팅 기술과 고가의 구동기를 적용하였다.
따라서, 저비용으로 정밀위치결정기구를 제작하기 위해서는 저가의 3D 프린팅기술과 저가의 구동기를 활용한 정밀위치결정기구의 제작 방법이 제시되어야 한다. 현재, 가장 저렴한 가격으로 사용할 수 있는 3D 프린팅 기술은 합성수지 형태의 필라멘트를 용융하여, 층층이 쌓는 방식의 FDM(Fused Deposition modeling)방식이 있으나, 합성수지재료가 금속재료보다 낮은 기계적 특성을 나타내고, 또한 다른 방식의 3D 프린팅 기술에 비해 가공 분해능과 정밀도가 떨어지기 때문에 정밀위치결정기구의 제작에는 한계가 있다. 따라서, 기존의 탄성힌지 기반의 설계법을 적용하기에는 한계가 있고, 저가의 3D 프린팅 기술이 가지는 재료와 가공정밀도의 한계를 극복할 수 있는 방법이 제시되어야 한다.
나노미터 수준의 운동을 하기 위해서는 아주 정밀한 구동기가 필요한데, 보통 압전소자를 적층한 구동기가 높은 힘과 큰 강성을 지니면서도 미세한 변위를 발생시킬 수 있어 사용되고 있다. 그러나, 적층형 압전소자의 가격이 비싸기 때문에 이를 이용할 경우, 위치결정기구의 가격이 높아지는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 압전소자를 이용하여 만든 원판형 부저로 주사터널링현미경과 원자현미경을 제작하는 방법이 제시되었다. 하지만, 피에조 부저는 무부하 상태에서는 큰 변위를 나타내나, 탄성힌지의 구조와 같이 높은 강성을 가지는 구조물에 대해서는 부족한 힘과 이에 따른 부족한 변위로 적용하는데에 한계가 있다. 따라서, 구동기의 작용력의 한계를 극복할 수 있는 방법이 제시되어야 한다.
압전소자를 이용한 정밀위치결정기구에 대한 종래기술로서 대한민국 공개특허 제10-2010-0093158호가 공개되어 있다.
본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 저가의 구동기를 이용하면서도 물체의 병진운동을 나노미터의 분해능으로 구현할 수 있는 정밀위치결정장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 3D 프린터를 이용하여 3D 프린터의 재료 및 가공성의 한계와 구동기의 한계를 극복할 수 있는 정밀위치결정장치를 제공함에 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 정밀위치결정장치는, 구동력을 발생시키는 구동부(200;200a,200b); 이동대상 물체가 안착되는 시편대(110)가 고정되는 시편대고정부(111), 상기 구동부(200;200a,200b)에서 발생된 구동력을 상기 시편대(110)에 전달하기 위해 상기 시편대(110)의 이동방향에 수직인 면에 적어도 하나의 구멍(121,122)이 형성되어 상기 시편대(110)의 이동방향으로 상기 수직인 면이 변위가 발생하는 적어도 하나의 탄성힌지(120; 120a,120b), 상기 구동부(200;200a,200b)가 장착되는 구동부장착부(130;130a,130b)를 포함하는 이동안내부(100); 상기 이동안내부(100)를 고정지지하는 고정부(400)를 포함한다.
상기 탄성힌지(120; 120a,120b)는 상기 이동대상 물체의 이동방향을 따라 일정 간격으로 복수 개가 구비될 수 있다.
상기 탄성힌지(120)는 상기 시편대고정부(111)를 기준으로 상기 이동대상 물체의 이동방향에 대하여 수직인 좌우 양측에 대칭으로 형성되고, 상기 좌우 양측의 탄성힌지(120a,120b) 각각에 상기 구멍(121,122;121a,121b,121c,121d,122a,122b,122c,122d)이 각각 대칭으로 형성될 수 있다.
상기 구멍(121c,121d; 122c,122d)은, 상기 탄성힌지(120)의 중심으로부터 가까운 부분의 높이가 높고, 상기 탄성힌지(120)의 중심으로부터 먼 부분의 높이가 더 낮게 형성된 것일 수 있다.
상기 구멍(121c,122c)은, 상기 탄성힌지(120)의 중심에 대하여 좌우 양측에 한 쌍이 서로 대칭되도록 옆으로 누운 등변사다리꼴로 각각 형성되되, 상기 등변사다리꼴의 폭이 넓은 아랫변이 상기 탄성힌지(120)의 중심으로부터 가깝고 상기 등변사다리꼴의 폭이 좁은 윗변이 상기 탄성힌지(120)의 중심으로부터 멀게 형성된 것일 수 있다.
상기 구멍(121d, 122d)은, 상기 탄성힌지(120)의 중심에 대하여 좌우 양측에 한 쌍이 서로 대칭되도록 옆으로 누운 병 모양으로 형성되되, 상기 병 모양의 병 몸통부(Li)는 상기 탄성힌지(120)의 중심으로부터 가까운 위치에 일정한 높이로 소정의 길이로 형성되고, 상기 병 모양의 병 목부(Lo)는 상기 탄성힌지(120)의 중심으로부터 먼 위치에 상기 병 몸통부(Li)보다 낮은 높이로 소정의 길이로 형성되며, 상기 병 몸통부(Li)와 병 목부(Lo) 사이에는 높이가 변하는 천이부가 형성된 것일 수 있다.
상기 구동부(200;200a,200b)는 상기 이동대상 물체의 이동방향에 대하여 수직방향인 좌우 양측에 각각 구비되어 전원의 인가에 따라 변위를 발생시키는 제1압전소자부(200a)와 제2압전소자부(200b)로 이루어지고; 상기 제1압전소자부(200a)와 제2압전소자부(200b)는 상기 이동대상 물체의 이동방향에 대하여 수직방향인 좌우 양측 방향으로 서로 대향되도록 변위를 발생시키고; 상기 제1압전소자부(200a)와 제2압전소자부(200b)의 변위를 전달받아 상기 이동대상 물체의 이동방향인 전후 방향의 변위를 상기 탄성힌지(120)에 전달하는 변위전달부(140,150)가 구비될 수 있다.
상기 변위전달부(140,150)는, 상기 제1압전소자부(200a)와 제2압전소자부00b)에 양측 단부가 각각 연결되는 제1변위전달부(140)와, 상기 제1변위전달부(140)의 중앙부에 일측 단부가 연결되고 상기 탄성힌지(120)의 중앙부에 타측 단부가 연결되는 제2변위전달부(150)로 이루어진 것일 수 있다.
상기 구동부장착부(130)는 상기 제1압전소자부(200a)가 장착되는 제1구동부장착부(130a)와, 상기 제2압전소자부(200b)가 장착되는 제2구동부장착부(130b)로 이루어지고; 상기 제1구동부장착부(130a)와 제2구동부장착부(130b)는, 상기 제1압전소자부(200a)와 제2압전소자부(200b)가 각각 삽입되는 공간인 제1,제2압전소자삽입부(135a,135b), 상기 제1압전소자삽입부(135a)와 제2압전소자삽입부(135b)를 각각 둘러싸도록 제1지지편(131a,131b)과 제2지지편(132a,132b)과 제3지지편(133a,133b) 및 제4지지편(134a,134b)을 각각 포함하고; 상기 제1구동부장착부(130a)의 제1지지편(131a)과 제2지지편(132a) 사이에는 이격된 공간인 개방부(136a)가 형성되고, 상기 제2구동부장착부(130b)의 제1지지편(131b)과 제2지지편(132b) 사이에는 이격된 공간인 개방부(136b)가 형성되며, 상기 한 쌍의 개방부(136a,136b)는 서로 마주보도록 형성되며; 상기 제1구동부장착부(130a)의 제2지지편(132a)과 상기 제2구동부장착부(130b)의 제2지지편(132b)은 상기 제1변위전달부(140)의 양단에 각각 연결된 것일 수 있다.
본 발명의 다른 정밀위치결정장치는, 제1이동방향으로 구동력을 발생시키기 위해 서로 대향하도록 구비된 제1구동부(2000a)와 제2구동부(2000b), 상기 제1이동방향에 대해 직교하는 제2이동방향으로 구동력을 발생시키는 제3구동부(2000c); 이동대상 물체가 안착되는 시편대(1100)가 고정되는 시편대고정부(1110), 상기 제1구동부(2000a)와 제2구동부(2000b)에서 발생된 구동력을 상기 시편대(1100)에 전달하기 위해 상기 이동대상 물체의 이동방향인 상기 제1이동방향에 수직인 면에 적어도 하나의 구멍(1210a,1220a,1210b,1220b)이 형성되어 상기 제1이동방향에 수직인 면이 변위가 발생하는 제1탄성힌지(1200a)와 제2탄성힌지(1200b), 상기 제3구동부(2000c)에서 발생된 구동력을 상기 시편대(1100)에 전달하기 위해 상기 이동대상 물체의 이동방향인 상기 제2이동방향에 수직인 면에 적어도 하나의 구멍(1210c,1220c)이 형성되어 상기 이동대상 물체의 이동방향인 상기 제2이동방향으로 상기 수직인 면이 변위가 발생하는 제3탄성힌지(1200c), 상기 제1 내지 제3구동부(2000a,2000b,2000c)가 각각 장착되는 제1 내지 제3구동부장착부(1300a,1300b,1300c)를 포함하는 이동안내부(1000); 상기 이동안내부(1000)를 고정지지하는 고정부(4000)를 포함한다.
본 발명에 의하면, 구동부에 의해 이동안내부의 탄성힌지에 굽힘을 발생시킴으로써 이동대상 물체를 나노미터 수준의 분해능으로 병진운동을 가능하게 한다.
또한, 이동안내부를 합성수지 재질로 3D 프린터에 의해 제조하게 되면, 탄성힌지에서 이동대상 물체의 이동방향에 수직인 면에 구멍을 형성시키는 것이 가능하다. 따라서 탄성힌지를 갖는 이동안내부를 저렴한 비용으로 제조가 용이하다.
또한, 이동안내부를 합성수지 재질로 하고, 탄성힌지에 형성된 구멍으로 인해 저가의 구동부를 사용하면서도 원하는 방향의 병진운동을 제외한 나머지 방향으로의 병진운동과 회전운동을 일으키지 않아 원하는 자유도 운동만을 구현할 수 있다.
또한, 저가의 3D 프린터와 구동부로도 나노미터 수준의 다자유도 병진운동을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 1자유도 병진운동 위치결정장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 1자유도 병진운동 위치결정장치에서 탄성힌지의 여러 실시예를 비교하여 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 1자유도 병진운동 위치결정장치의 증가하는 인가전압에 대한 탄성힌지의 구멍 모양에 따른 시편대의 운동과 회전정도를 비교하여 나타내는 그림으로서, (a)는 모델 I, (b)는 모델 IV에 대한 것이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 1자유도 병진운동 위치결정장치의 탄성힌지의 구멍 모양에 따른 폐루프 제어에 의한 왕복 운동시 시편대의 오차와 회전정도를 비교하여 나타내는 그림으로서, (a)는 x축 변위, (b)는 y축 회전에 대한 것이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 1자유도 병진운동 위치결정장치의 탄성힌지의 구멍 모양에 따른 폐루프 제어에 의한 계단 운동시 시편대의 오차와 회전정도를 비교하여 나타내는 그림으로서, (a)는 x축 변위, (b)는 y축 회전에 대한 것이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 1자유도 병진운동 위치결정장치의 이동안내부를 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 위치결정장치에서 복수의 압전소자가 겹쳐진 상태를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2자유도 병진운동 위치결정장치의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2자유도 병진운동 위치 결정장치의 (a) 이동안내부를 나타내는 사시도, (b) 각 방향 탄성힌지의 구멍 모양을 나타내는 단면도이다.
이하 본 발명의 정밀위치결정장치에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1과 도 6과 도 7을 참조하면, 본 발명의 정밀위치결정장치는, x축 방향의 1자유도 병진운동이 이루어지는 실시예로서, 구동력을 발생시키는 구동부(200;200a,200b), 이동대상 물체가 안착되는 시편대(110)가 고정되는 시편대고정부(111)와 상기 구동부(200;200a,200b)로부터 전달된 구동력에 의해 탄성 변위를 발생시키는 탄성힌지(120)와 상기 구동부(200;200a,200b)가 장착되는 구동부장착부(130)를 포함하는 이동안내부(100), 상기 이동안내부(100)의 시편대(110)의 움직인 거리를 측정하는 측정부(300), 상기 이동안내부(100)를 고정지지하는 고정부(400)를 포함한다.
이하에서 방향을 지칭함에 있어 x축 방향에서 측정부(300)가 위치한 측을 전방으로 하고, 제1변위전달부(140)가 위치한 측을 후방으로 정의한다. 또한, y축 방향에서 제1압전소자부(200a)가 위치한 측을 좌측으로 하고, 제2압전소자부(200b)가 위치한 측을 우측으로 정의한다.
상기 시편대(110)의 위에는 이동대상 물체인 시편이 안착되고, 상기 이동대상 물체는 상기 구동부(200;200a,200b)의 구동에 의해 상기 시편대(110)와 일체로 x축의 전후 방향으로 병진운동하게 된다.
상기 시편대(110)는 상기 이동안내부(100)의 x축 방향 전방 단부 중앙에 위치한 시편대고정부(111) 상에 결합되어 있다.
상기 구동부(200;200a,200b)는 시편대(110) 위에 안착된 이동대상 물체의 병진운동을 위한 구동력을 제공하기 위한 것으로서, 상기 시편대(110)의 이동방향인 x축에 대하여 평면상에서 수직방향인 y축 방향의 좌우 양측에 대향되도록 각각 구비되어 전원의 인가에 따라 변위를 발생시키는 제1압전소자부(200a)와 제2압전소자부(200b)로 이루어진다.
상기 제1압전소자부(200a)와 제2압전소자부(200b) 각각은, 원형판에 압전소자가 부착된 형태로 압전소자에 공급되는 전원에 따라 원형판의 굽힘이 발생하고, 이 굽힘에 의해 이동안내부(100)의 기구적인 힘의 전달을 통해 상기 탄성힌지(120)의 굽힘이 발생하게 된다. 상기 압전소자에 공급되는 전원의 극성을 변화시킴으로써 시편대(110)는 전진과 후진이 가능하다.
또한, 상기 제1압전소자부(200a)와 제2압전소자부(200b) 각각은 탄성힌지(120)의 강성보다 큰 힘과 변위를 제공해야 하므로, 제1압전소자부(200a)와 제2압전소자부(200b) 각각은 도 7에 나타난 바와 같이 복수 개의 압전소자가 y축 방향으로 겹쳐진 것으로 이루어질 수 있다.
즉, 제1 원형판(201) 상에 피에조(piezo)(202) 재료가 부착되어 있고, 인접하는 제2 원형판(203) 상에 피에조(204) 재료가 부착되어 있으며, 상기 피에조(202,204) 부분에 전원을 인가하면 상기 원형판(201,203)의 중앙부가 볼록하게 y축 방향의 변형이 발생한다. 이러한 구성으로 이루어진 압전소자를 '부저형 압전소자'라 칭한다. 상기 원형판(201,203)들 사이에는 가압부재(205)가 개재되어 있다. 이와 같이 결합된 상태에서 전원이 인가되면 제1 원형판(201)의 중앙부가 볼록하게 변형이 발생하고, 이웃하는 제2 원형판(203)의 중앙부도 전원 인가에 의해 볼록하게 변형이 발생하는데, 상기 제1 원형판(201)이 가압부재(205)를 제2 원형판(203) 방향으로 밀게 되므로, 시편대(110)에 큰 구동력을 전달할 수 있어 원하는 변위를 구현할 수 있다.
이와 같이 구동부(200;200a,200b)를 가격이 싼 부저형 압전소자를 이용하고, 복수의 압전소자를 겹쳐 큰 구동력을 발생시킴으로써 저가의 구동부를 이용하여 나노미터 수준의 병진운동을 구현할 수 있다.
상기 구동부(200;200a,200b)는 이동안내부(100)에 일체로 형성된 구동부장착부(130;130a,130b)에 장착된다.
상기 구동부장착부(130)는 상기 제1압전소자부(200a)가 장착되는 제1구동부장착부(130a)와, 상기 제2압전소자부(200b)가 장착되도록 y축 방향에 대하여 상기 제1구동부장착부(130a)에 대향하도록 구비된 제2구동부장착부(130b)로 이루어진다. 상기 이동안내부(100)에는 이동안내부몸체(101)가 x축을 기준으로 양측에 구비되고, 상기 제1구동부장착부(130a)와 제2구동부장착부(130b)는 상기 이동안내부몸체(101)로부터 후방으로 연장되어 각각 일체로 형성된다.
상기 제1구동부장착부(130a)는, 상기 제1압전소자부(200a)가 삽입되는 공간인 제1압전소자삽입부(135a), 상기 제1압전소자삽입부(135a)를 둘러싸도록 구비된 제1지지편(131a)과 제2지지편(132a)과 제3지지편(133a) 및 제4지지편(134a)을 포함한다.
상기 제1지지편(131a)과 제2지지편(132a)은 x축 방향의 길이를 갖되, 상기 제1압전소자삽입부(135a)를 사이에 두고 상기 제3지지편(133a)과 대향하도록 배치되고, 개방부(136a)에 의해 서로 이격되어 있다. 상기 제4지지편(134a)은 제1지지편(131a)과 제3지지편(133a)의 후방 측 단부 사이를 연결하도록 구비된다.
상기 제2구동부장착부(130b)는 이동안내부(100)의 x축 방향 중심선에 대하여 상기 제1구동부장착부(130a)에 대향하도록 배치되되, 상기 제1지지편(131a)과 제2지지편(132a)과 제3지지편(133a)과 제4지지편(134a)와 개방부(136a) 및 제1압전소자부(200a)에 각각 대칭되도록 제1지지편(131b)과 제2지지편(132b)과 제3지지편(133b)과 제4지지편(134b)와 개방부(136b) 및 제2압전소자부(200b)가 마주보도록 구비된다.
상기 제1구동부장착부(130a)의 제2지지편(132a)과 상기 제2구동부장착부(130b)의 제2지지편(132b)은 제1변위전달부(140)의 양단에 각각 연결된다.
상기 구동부(200;200a,200b)의 구동력에 의해 발생된 변위는 변위전달부(140,150)를 통해 탄성힌지(120)에 전달된다. 상기 측정부(300)는 상기 시편대(110)의 이동방향으로의 이동 변위를 기록하거나, 위치 정보를 제어기(미도시)로 전송한다.
상기 변위전달부(140,150)는, 상기 제1압전소자부(200a)와 제2압전소자부(200b)에 양측 단부가 각각 연결되는 제1변위전달부(140)와, 상기 제1변위전달부(140)의 중앙부에 일측 단부가 연결되고 상기 탄성힌지(120)의 중앙부에 타측 단부가 연결되는 제2변위전달부(150)로 이루어진다.
상기 제1변위전달부(140)는 y축 방향의 길이를 갖고 x축 방향으로의 두께가 얇은 판 형상으로서 x축에 수직인 면이 형성되도록 세워진 형상으로 이루어져 있다. 상기 제1변위전달부(140)의 y축 방향의 일측 단부는 제2지지편(132a)을 통해 제1압전소자부(200a)에 연결되고, 타측 단부가 제2지지편(132b)을 통해 제2압전소자부(200b)에 연결된다. 상기 제1변위전달부(140)의 몸체에는 그 길이방향을 따라 이격된 복수 개의 구멍(141)이 형성되어 있다.
상기 제2변위전달부(150)는 x축 방향의 길이를 갖고 y축 방향으로의 두께가 얇은 판 형상으로서 y축에 수직인 면이 형성되도록 세워진 형상으로 이루어져 있다. 상기 제2변위전달부(150)의 x축 방향의 일측 단부는 제1변위전달부(140)의 중앙에 연결되고, 타측 단부는 시편대고정부(111)에 연결된다.
상기 탄성힌지(120; 120a,120b)는 이동안내부몸체(101)의 전방에 일체로 형성되되, 시편대고정부(111)의 중심을 지나는 xz면을 기준으로 좌우 양측에 각각 구비되어 있다. 상기 탄성힌지(120)에서 상기 xz면의 좌측에 형성된 부분을 제1탄성힌지(120a)라 하고, 우측에 형성된 부분을 제2탄성힌지(120b)라 한다.
상기 제1탄성힌지(120a)와 제2탄성힌지(120b)는 이동대상 물체의 이동방향인 x축을 따라 일정 간격 이격되어 복수 개가 각각 구비되어 있고, 상기 제1탄성힌지(120a)와 제2탄성힌지(120b)는 상기 xz면에 대하여 좌우 양측에 대칭으로 형성되어 있다.
상기 각각의 탄성힌지(120a,120b)는 y축 방향의 길이를 갖고, x축 방향으로의 두께가 얇은 판 형상이고, z축 방향으로는 이동안내부몸체(111)와 동일한 높이를 가지며, x축에 수직인 면(yz면에 평행한 면)이 형성되도록 세워진 형상으로 이루어져 있다. 상기 제1탄성힌지(120a)의 일측(우측) 단부는 시편대고정부(111)의 일측면에 연결되고 타측(좌측) 단부는 이동안내부몸체(111)에 연결된다. 상기 제2탄성힌지(120b)의 일측(우측) 단부는 이동안내부몸체(111)에 연결되고 타측(좌측) 단부는 시편대고정부(111)의 타측면에 연결된다.
상기 탄성힌지(120;120a,120b) 각각에는 이동대상 물체의 이동방향에 수직인 면(즉, x축에 수직인 면)에 한 쌍의 구멍(121,122)이 형성되어 있다. 이와 같이 이동대상 물체의 이동방향에 수직인 면에 구멍(121,122)이 형성된 탄성힌지는 기존의 WEDM, 사출성형 등의 가공방법으로는 가공이 매우 어렵거나 금형 구조가 매우 복잡해져 현실적으로 적용하기가 어려우나, 3D 프린팅의 적층 기술을 이용하면 쉽게 제작할 수 있다.
상기 한 쌍의 구멍(121,122)은 제1탄성힌지(120a)에 형성된 구멍(121)과 제2탄성힌지(120b)에 형성된 구멍(122)으로 이루어져 있다.
상기 제1탄성힌지(120a)에 형성된 구멍(121a,121b,121c,121d)과 제2탄성힌지(120b)에 형성된 구멍(122a,122b,122c,122d)은 중심에 대하여 서로 대칭으로 형성되어 있다.
도 2에는 상기 구멍(121,122)에 대한 다양한 모델이 나타나 있다.
상기 구멍(121,122)에 대한 첫 번째 모델 Ⅰ의 경우 한 쌍의 구멍(121a,122a)이 가로 방향의 길이를 갖는 직사각형 형상으로 이루어져 있다.
상기 구멍(121,122)에 대한 두 번째 모델 Ⅱ의 경우 한 쌍의 구멍(121b,122b)이 탄성힌지(120)의 중심에 대하여 좌우 양측에 한 쌍이 서로 대칭되도록 옆으로 누운 등변사다리꼴로 이루어져 있다. 이 경우 상기 등변사다리꼴의 폭이 넓은 아랫변(등변사다리꼴이 누워 있는 형상이므로 높이가 높은 아랫변)이 상기 탄성힌지(120)의 중심으로부터 가깝고 상기 등변사다리꼴의 폭이 좁은 윗변(높이가 낮은 윗변)이 상기 탄성힌지(120)의 중심으로부터 멀게 형성되어 있다.
상기 구멍(121,122)에 대한 세 번째 모델 의 경우 모델 의 경우와 대비하여 한 쌍의 구멍(121c,122c)이 등변사다리꼴로 이루어진 점에서는 공통되나, 옆으로 누운 방향이 두 번째 모델 와 비교하여 180도 회전되어 있다는 점에서 차이가 있다. 이 경우 상기 구멍(121c, 122c)은, 상기 탄성힌지(120)의 중심으로부터 가까운 부분의 높이가 높고, 상기 탄성힌지(120)의 중심으로부터 먼 부분의 높이가 더 낮게 형성되어 있다.
상기 구멍(121,122)에 대한 네 번째 모델 의 경우 구멍(121d,122d)이 옆으로 누운 병 모양으로서 탄성힌지(120)의 중심에 대하여 좌우 양측에 대칭되도록 한 쌍이 형성되어 있다. 상기 병 모양의 구멍(121d,122d)에서 병 몸통부(Li)는 상기 탄성힌지(120)의 중심으로부터 가까운 위치에 일정한 높이로 소정의 길이로 형성되고, 상기 병 모양의 병 목부(Lo)는 상기 탄성힌지(120)의 중심으로부터 먼 위치에 상기 병 몸통부(Li)보다 낮은 높이로 소정의 길이로 형성되며, 상기 병 몸통부(Li)와 병 목부(Lo) 사이에는 높이가 변하는 천이부가 형성되어 있다.
한편, 모델 부터 모델 에 대한 x방향 변위와 z방향 변위 및 구멍의 치수가 아래 표 1에 나타나 있다.
Figure pat00001
위 표 1에 나타난 바와 같이, 모델 Ⅰ에 대한 x방향 변위를 100으로 했을 때 나머지 모델의 x방향 변위는 그보다 낮게 나타나 있다. 모델 Ⅰ의 경우 원하는 이동방향인 x방향의 변위는 가장 크게 발생하나, 원하지 않는 이동방향인 z 방향 변위도 가장 크게 발생한다. 이에 반해 모델 Ⅲ과 Ⅳ는 x방향의 변위는 모델 Ⅰ에 비해 다소 작으나, z 방향의 변위가 가장 작게 발생하므로, 모델 Ⅰ에 비해 더 적합한 모델로 평가할 수 있으며, 그 중에서도 모델 Ⅳ가 가장 바람직한 모델로 평가된다.
상기 구멍(121,122)으로 인해 상기 탄성힌지(120;120a,120b)는 양측 단부가 고정된 상태에서 x축 방향으로 상기 수직인 면이 변위가 발생하게 된다.
상기 제1압전소자부(200a)와 제2압전소자부(200b)에서 발생된 변위는 제1변위전달부(140), 제2변위전달부(150)를 거쳐 탄성힌지(120)에 전달되고, 상기 탄성힌지(120)는 양측단부를 중심으로 전후방향 병진 운동함으로써 이동대상 물체의 변위를 발생시킨다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 1자유도 병진운동 위치결정장치에서 증가하는 인가전압에 대한 탄성힌지의 구멍 모양에 따른 시편대의 운동과 회전정도를 비교하여 나타내는 그림으로서, (a)는 도 2의 모델 I, (b)는 도 2의 모델 IV에 대한 것이다.
먼저, 위에서 첫 번째 그래프에 나타난 바와 같이 인가되는 전압에 따른 x방향의 변위를 살펴보면, 모델 I과 모델 IV는 전압에 비례하여 x방향의 변위가 증가한다.
두 번째 그래프에는 인가되는 전압이 증가했을 때 시편대(110)에서 요잉(Yawing) 회전(즉, z축을 회전축으로 하는 회전)이 얼마나 변화하는지 나타나 있다. 모델 I의 경우 전압이 증가함에 따라 요잉 회전도 점점 커지는데 반해, 모델 IV의 경우 전압이 증가하더라도 요잉 회전의 변화가 없음을 알 수 있다. 이는 이동대상물체를 x축 방향으로 변위를 발생시켰을 때 z축에 대한 회전 변위가 모델 I의 경우 크게 일어나므로 x축 방향으로의 병진운동 외에도 원하지 않는 z축을 회전축으로 하는 회전운동이 발생하는데 반해, 모델 IV의 경우 원하는 방향인 x축 방향으로의 병진운동만 일어나고 나머지 원하지 않는 방향으로의 회전운동이 발생하지 않음을 알 수 있다.
세 번째 그래프에는 인가되는 전압이 증가했을 때 시편대(110)에서 피칭(Pitching) 회전(즉, y축을 회전축으로 하는 회전)이 얼마나 변화하는지 나타나 있다. 모델 I의 경우 전압을 30V까지 증가시켰을 때 -5정도까지 요잉 회전의 변화가 있으므로 x축 방향으로의 병진운동 외에도 원하지 않는 방향인 y축을 회전축으로 하는 회전운동이 크게 발생하는데 반해, 모델 IV의 경우 전압이 30V까지 증가하더라도 1 이하의 요잉 회전의 변화가 발생하므로 원하는 방향인 x축 방향으로의 병진운동을 제외하고 나머지 원하지 않는 방향으로의 회전운동은 약간 일어나는 정도임을 알 수 있다.
따라서 도 3에 나타난 실험결과로부터 이동대상물체를 x축 방향으로 병진운동을 시킴에 있어서 모델 I에 비해 모델 IV가 더 우수한 성능을 발휘함을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 1자유도 병진운동 위치결정장치의 탄성힌지의 구멍 모양에 따른 폐루프 제어에 의한 왕복 운동시 시편대의 오차와 회전정도를 비교하여 나타내는 그림으로서, (a)는 x축 변위, (b)는 y축 회전에 대한 것이다.
도 4(a)를 살펴보면, 가로축은 시간, 좌측 세로축은 x 방향 변위, 우측 세로축은 '에러'정도를 나타낸다. 상기에서 우측 세로축인 '에러'정도는 특정 시점에서 제어명령과 실제 위치의 차이를 나타낸다. 도 4(a)에 나타난 바와 같이 모델 I과 모델 IV가 x방향으로 거의 동일한 x방향의 변위를 나타내고 있음을 알 수 있다. 이에 반해 도 4(b)에 나타난 바와 같이 피칭 회전(y축을 회전축으로 하는 회전)의 경우 모델 I은 모델 IV에 비해 피칭회전이 더 크게 나타나고 있다. 따라서 모델 IV는 원하는 방향인 x축 방향으로의 병진운동을 제외하고 나머지 원하지 않는 방향으로의 회전운동은 약간만 일어나는데 반해, 모델 I은 원하는 방향인 x축 방향으로의 병진운동을 제외한 나머지 원하지 않는 방향으로의 회전운동도 크게 일어남을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 1자유도 병진운동 위치결정장치의 탄성힌지의 구멍 모양에 따른 폐루프 제어에 의한 계단 운동시 시편대의 오차와 회전정도를 비교하여 나타내는 그림으로서, (a)는 x축 변위, (b)는 y축 회전에 대한 것이다. 도 5(a)에 나타난 바와 같이 모델 I과 모델 IV가 x축 방향으로 거의 동일한 x방향의 변위를 나타내고 있음을 알 수 있다. 이에 반해 도 5(b)에 나타난 바와 같이 피칭 회전(y축 회전)의 경우 모델 I은 모델 IV에 비해 피칭회전이 더 크게 나타나고 있다. 따라서 모델 IV는 원하는 방향인 x축 방향으로의 병진운동을 제외하고 나머지 원하지 않는 방향으로의 회전운동은 약간만 일어나는데 반해, 모델 I은 원하는 방향인 x축 방향으로의 병진운동을 제외한 나머지 원하지 않는 방향으로의 회전운동도 크게 일어남을 알 수 있다.
도 8과 도 9를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 의한 정밀위치결정장치에 대해 설명한다.
도 8에 나타난 실시예는 x방향과 y방향에 대한 2-자유도 병진운동이 구현되는 정밀위치결정장치에 관한 것이다.
본 실시예의 정밀위치결정장치는, 제1구동부(2000a)와 제2구동부(2000b)와 제3구동부(2000c)로 이루어진 구동부, 이동안내부(1000), 상기 이동안내부(1000)의 시편대(1100)의 움직인 거리를 측정하는 측정부(3000), 상기 이동안내부(100)를 고정지지하는 고정부(4000)로 이루어져 있다.
상기 제1구동부(제1압전소자부; 2000a)와 제2구동부(제2압전소자부; 2000b)는 제1이동방향(y축 방향)으로 구동력을 발생시키기 위해 서로 대향하도록 구비되고, 상기 제3구동부(제3압전소자부; 2000c)는 제1이동방향에 대해 직교하는 제2이동방향(x축 방향)으로 구동력을 발생시키도록 구비된다.
상기 제1구동부(2000a)와 제2구동부(2000b)는, 상기 제1이동방향의 일측과 타측에 각각 구비되어 서로 반대되는 극성의 전원의 인가에 따라 시편대(1100)를 양단에서 서로 밀고 당기는 형태로 작동함으로써 상기 제1이동방향으로의 변위를 발생시키는 압전소자로 각각 이루어진다. 또한, 상기 제3구동부(2000c)는 상기 제2이동방향의 일측에 구비되어 전원의 인가에 따라 상기 제2이동방향으로의 변위를 발생시키는 압전소자로 이루어진다.
상기 제1, 제2구동부(2000a,2000b)는 각각 복수 개의 압전소자를 겹쳐 y축 방향으로 겹쳐진 것으로 이루어질 수 있고, 상기 제3구동부(2000c)도 복수 개의 압전소자를 x축 방향으로 겹져진 것으로 이루어질 수 있다.
상기 이동안내부(1000)는, 시편대고정부(1110)와 제1 내지 제3탄성힌지(1200; 1200a,1200b,1200c)와 제1 내지 제3구동부장착부(1300a,1300b,1300c)로 이루어진다. 상기 이동안내부(1000)를 고정지지하는 고정부(4000)가 구비된다.
상기 시편대고정부(1110)에는 이동대상 물체가 안착되는 시편대(1100)가 상부에 고정된다.
상기 제1 탄성힌지(1200a)는 상기 제1구동부(2000a)에서 발생된 구동력을, 상기 제2탄성힌지(1200b)는 상기 제2구동부(2000b)에서 발생된 구동력을 상기 시편대(1100)에 전달하기 위해 상기 이동대상 물체의 이동방향인 y축 방향에 수직인 면에 적어도 하나의 구멍(1210a, 1220a; 1210b, 1220b)이 형성되어 y축 방향에 상기 수직인 면이 y축 방향으로 변위가 발생하도록 구비된다.
상기 제1탄성힌지(1200a)와 제2탄성힌지(1200b)는 x축 방향의 길이를 갖고 y축 방향으로의 두께가 얇은 판 형상으로서, y축에 수직인 면(xz면에 평행한 면)이 형성되도록 세워진 형상이며, 상기 시편대(1110)의 중심을 지나는 xz면의 양측에 서로 대향하도록 구비된다.
도 9(b)를 참조하면, 상기 제1탄성힌지(1200a)에 형성된 한 쌍의 구멍(1210a,1220a)은 제1탄성힌지(1200a)의 중심을 지나가는 yz면을 기준으로 수평 방향으로 대칭되도록 형성되고, 상기 제2탄성힌지(1200b)에 형성된 한 쌍의 구멍(1210b,1220b)은 상기 제1탄성힌지(1200a)의 구멍(1210a,1220a)과 동일한 형상으로 형성되어 있다.
상기 제1탄성힌지(1200a)는 이동대상 물체의 제1이동방향인 y축을 따라 일정 간격 이격되어 복수 개가 구비되어 있고, 상기 제2탄성힌지(1200b)도 제1이동방향인 y축을 따라 일정 간격 이격되어 복수 개가 구비되어 있다.
상기 제1구동부장착부(1300a)는, 상기 제1압전소자부(2000a)가 삽입되는 공간인 제1압전소자삽입부(1350a), 상기 제1탄성힌지(1200a)와의 사이에 상기 제1압전소자삽입부(1350a)를 둘러싸도록 구비된 제1구동지지부(1310a)를 포함한다.
상기 제2구동부장착부(1300b)는, 상기 제2압전소자부(2000b)가 삽입되는 공간인 제2압전소자삽입부(1350b), 상기 제2탄성힌지(1200b)와의 사이에 상기 제2압전소자삽입부(1350b)를 둘러싸도록 구비된 제2구동지지부(1310b)를 포함한다.
상기 제1탄성힌지(1200a)의 양측 단부는 제1구동지지부(1310a)에 연결되어 있고, 상기 제2탄성힌지(1200b)의 양측 단부는 제2구동지지부(1310b)에 연결되어 있다.
상기 제1압전소자삽입부(1350a)는 상기 제1구동지지부(1310a)와 제1탄성힌지(1200a) 사이에 형성되어 평단면이 x축 방향의 길이를 갖는 직사각형으로 이루어져 상기 제1압전소자부(2000a)가 삽입되어 고정된다. 상기 제2압전소자삽입부(1350b)는 상기 제2구동지지부(1310b)와 제2탄성힌지(1200b) 사이에 형성되어 평단면이 x축 방향의 길이를 갖는 직사각형으로 이루어져 상기 제2압전소자부(2000b)가 삽입되어 고정된다.
상기 제3탄성힌지(1200c)는 상기 제3구동부(2000c)에서 발생된 구동력을 상기 시편대(1100)에 전달하기 위해 상기 이동대상 물체의 제2이동방향인 x축 방향에 수직인 면에 적어도 하나의 구멍(1210c,1220c)이 형성되어 x축 방향으로 상기 수직인 면이 변위가 발생하도록 구비된다.
상기 제3탄성힌지(1200c)는 상기 제1탄성힌지(1200a)와 제2탄성힌지(1200b)의 일측 단부 사이에 구비되되, 상기 제1이동방향인 y축 방향의 길이를 갖고 x축 방향으로의 두께가 얇은 판 형상으로서, x축에 수직인 면(yz면에 평행한 면)이 형성되도록 세워진 형상이며, 상기 시편대(1110)의 중심을 지나는 xz면을 중심으로 그 양측이 대칭되도록 구비된다.
상기 제3탄성힌지(1200c)에 형성된 한 쌍의 구멍(1210c,1220c)은 제3탄성힌지(1200c)의 중심인 xz면을 기준으로 대칭되도록 형성되어 있다.
상기 제3구동부장착부(1300c)는, 상기 제3압전소자부(2000c)가 삽입되는 공간인 제3압전소자삽입부(1350c), 상기 제3탄성힌지(1200c)와의 사이에 상기 제3압전소자삽입부(1350c)를 둘러싸도록 구비된 제3구동지지부(1310c)를 포함한다
상기 제3탄성힌지(1200c)의 양측 단부는 제3구동지지부(1310c)에 연결되어 있고, 상기 제3압전소자삽입부(1350c)는 상기 제3구동지지부(1310c)와 제3탄성힌지(1200c) 사이에 형성되어 평단면이 y축 방향의 길이를 갖는 직사각형으로 이루어져 상기 제3압전소자부(2000c)가 삽입되어 고정된다.
상기 제3탄성힌지(1200c)로부터 x축 방향으로 이격되고, 상기 제3탄성힌지(1200c)와 나란하게 동일한 길이로 제4탄성힌지(1200d)가 구비되어 있다. 상기 제4탄성힌지(1200d)는 상기 제1탄성힌지(1200a)와 제2탄성힌지(1200b)의 중심 사이를 연결한다. 상기 제4탄성힌지(1200d)의 중심부에 상기 시편대고정부(1110)가 일체로 형성되어 있다. 상기 제3탄성힌지(1200c)와 제4탄성힌지(1200d) 사이는 변위전달부(1400)에 의해 연결된다.
상기 제1압전소자부(2000a)에서 발생된 y축 방향의 변위는 제1탄성힌지(1200a)를 거쳐 시편대고정부(1110)에 y축 방향의 일측면에 전달되고, 상기 제2압전소자부(2000b)에서 발생된 y축 방향의 변위는 제2탄성힌지(1200b)를 거쳐 시편대고정부(1110)의 y축 방향의 타측면에 전달되고, 상기 제3압전소자부(2000c)에서 발생된 x축 방향의 변위는 제3탄성힌지(1200c)와 변위전달부(1400)를 거쳐 시편대고정부(1110)의 x축 방향의 일측면에 전달되어, 상기 시편대고정부(1110)의 상부에 결합된 이동대상 물체는 x축 방향과 y축 방향으로의 변위가 각각 발생하여 x축 또는 y축의 직선 방향의 병진 운동을 하거나, x축 방향과 y축 방향으로의 변위가 동시에 발생하여 x축과 y축에 대하여 각도를 갖는 방향으로 병진 운동을 하게 된다.
도 9(b)에 나타난 바와 같이, 상기 제1탄성힌지(1200a)의 구멍(1210a.1220a)과, 상기 제2탄성힌지(1200b)의 구멍(1210a,1220a)과, 상기 제3탄성힌지(1200c)의 구멍(1210c,1220c)은, 수직방향의 폭(높이)에 비해 수평방향의 길이가 더 길게 형성된 것으로서, 상기 제1 내지 제3탄성힌지(1200; 1200a,1200b,1200c) 각각의 중심으로부터 가까운 부분의 폭이 넓고, 상기 제1 내지 제3탄성힌지(1200; 1200a,1200b,1200c) 각각의 중심으로부터 먼 부분의 폭이 더 좁게 형성되어 있어 도 2의 모델 IV와 동일한 형상으로 형성되어 있다.
즉, 상기 구멍(1210,1220)은, 상기 제1 내지 제3탄성힌지(1200; 1200a,1200b,1200c) 각각의 중심에 대하여 양측에 한 쌍이 서로 대칭되도록 병 모양으로 형성되되, 상기 병 모양의 병 몸통부는 상기 제1 내지 제3탄성힌지(1200; 1200a,1200b,1200c) 각각의 중심으로부터 가까운 위치에 일정한 폭으로 소정의 길이로 형성되고, 상기 병 모양의 병 목부는 상기 제1 내지 제3탄성힌지(1200; 1200a,1200b,1200c) 각각의 중심으로부터 먼 위치에 상기 병 몸통부보다 좁은 폭으로 소정의 길이로 형성되며, 상기 병 몸통부와 병 목부 사이에는 폭이 변하는 천이부가 형성된 것으로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 이동안내부(100,1000)는 합성수지를 이용하여 3D 프린터에 의해 제조될 수 있다. 종래에는 이동대상 물체의 이동방향인 x축에 대해 수직인 면에 구멍(121,122)을 형성하기 어려웠으나, 합성수지를 이용하여 3D 프린터로 적층방식으로 제조하게 되면 다양한 형상의 구멍(121,122)을 손쉽게 제조 가능하다.
상기한 바와 같이 이동안내부(100,1000)의 재료를 합성수지로 하게 되면, 재료 자체의 강성의 한계로 인해 이동방향인 x방향 이외에도 원하지 않는 방향으로의 회전운동 등이 발생할 수 있으나, 본 발명에서는 이동방향에 수직인 면에 다양한 형상의 구멍을 형성함으로써 원하지 않는 방향으로의 회전운동 발생을 방지하고, 원하는 이동방향으로의 병진운동을 구현할 수 있다.
또한, 부저형 압전소자를 이용하게 되면 구동력이 부족해져 충분한 변위를 발생시키기 어려운 점이 있으나, 본 발명에서는 3D 프린터를 이용함으로써 기계가공의 한계로 인해 구현하기 힘들었던 탄성힌지의 두께 최소화로 인한 문제를 해결할 수 있으며, 탄성힌지에 다양한 형상의 구멍을 형성함으로써 작은 구동력을 발생시키는 부저형 압전소자를 이용할 수 있어 저렴한 가격으로 정밀위치결정장치를 제작할 수 있다.
100,1000 : 이동안내부 110,1100 : 시편대
111,1110 : 시편대고정부 120,1200 : 탄성힌지
121,122 : 구멍 130,1300 : 구동부장착부
200,2000 : 구동부 300,3000 : 측정부
400,4000 : 고정부

Claims (18)

  1. 구동력을 발생시키는 구동부(200;200a,200b);
    이동대상 물체가 안착되는 시편대(110)가 고정되는 시편대고정부(111), 상기 구동부(200;200a,200b)에서 발생된 구동력을 상기 시편대(110)에 전달하기 위해 상기 시편대(110)의 이동방향에 수직인 면에 적어도 하나의 구멍(121,122)이 형성되어 상기 시편대(110)의 이동방향으로 상기 수직인 면이 변위가 발생하는 적어도 하나의 탄성힌지(120; 120a,120b), 상기 구동부(200;200a,200b)가 장착되는 구동부장착부(130;130a,130b)를 포함하는 이동안내부(100);
    상기 이동안내부(100)를 고정지지하는 고정부(400);
    를 포함하는 정밀위치결정장치
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄성힌지(120; 120a,120b)는 상기 이동대상 물체의 이동방향을 따라 일정 간격으로 복수 개가 구비된 것을 특징으로 하는 정밀위치결정장치
  3. 제1항에 있어서,
    상기 탄성힌지(120)는 상기 시편대고정부(111)를 기준으로 상기 이동대상 물체의 이동방향에 대하여 수직인 좌우 양측에 대칭으로 형성되고, 상기 좌우 양측의 탄성힌지(120a,120b) 각각에 상기 구멍(121,122;121a,121b,121c,121d,122a,122b,122c,122d)이 각각 대칭으로 형성된 것을 특징으로 하는 정밀위치결정장치
  4. 제3항에 있어서,
    상기 구멍(121c,121d; 122c,122d)은, 상기 탄성힌지(120)의 중심으로부터 가까운 부분의 높이가 높고, 상기 탄성힌지(120)의 중심으로부터 먼 부분의 높이가 더 낮게 형성된 것을 특징으로 하는 정밀위치결정장치
  5. 제4항에 있어서,
    상기 구멍(121c,122c)은, 상기 탄성힌지(120)의 중심에 대하여 좌우 양측에 한 쌍이 서로 대칭되도록 옆으로 누운 등변사다리꼴로 각각 형성되되, 상기 등변사다리꼴의 폭이 넓은 아랫변이 상기 탄성힌지(120)의 중심으로부터 가깝고 상기 등변사다리꼴의 폭이 좁은 윗변이 상기 탄성힌지(120)의 중심으로부터 멀게 형성된 것을 특징으로 하는 정밀위치결정장치
  6. 제4항에 있어서,
    상기 구멍(121d, 122d)은, 상기 탄성힌지(120)의 중심에 대하여 좌우 양측에 한 쌍이 서로 대칭되도록 옆으로 누운 병 모양으로 형성되되, 상기 병 모양의 병 몸통부(Li)는 상기 탄성힌지(120)의 중심으로부터 가까운 위치에 일정한 높이로 소정의 길이로 형성되고, 상기 병 모양의 병 목부(Lo)는 상기 탄성힌지(120)의 중심으로부터 먼 위치에 상기 병 몸통부(Li)보다 낮은 높이로 소정의 길이로 형성되며, 상기 병 몸통부(Li)와 병 목부(Lo) 사이에는 높이가 변하는 천이부가 형성된 것을 특징으로 하는 정밀위치결정장치
  7. 제1항에 있어서,
    상기 구동부(200;200a,200b)는 상기 이동대상 물체의 이동방향에 대하여 수직방향인 좌우 양측에 각각 구비되어 전원의 인가에 따라 변위를 발생시키는 제1압전소자부(200a)와 제2압전소자부(200b)로 이루어지고;
    상기 제1압전소자부(200a)와 제2압전소자부(200b)는 상기 이동대상 물체의 이동방향에 대하여 수직방향인 좌우 양측 방향으로 서로 대향되도록 변위를 발생시키고;
    상기 제1압전소자부(200a)와 제2압전소자부(200b)의 변위를 전달받아 상기 이동대상 물체의 이동방향인 전후 방향의 변위를 상기 탄성힌지(120)에 전달하는 변위전달부(140,150)가 구비된 것을 특징으로 하는 정밀위치결정장치
  8. 제7항에 있어서,
    상기 변위전달부(140,150)는, 상기 제1압전소자부(200a)와 제2압전소자부00b)에 양측 단부가 각각 연결되는 제1변위전달부(140)와, 상기 제1변위전달부(140)의 중앙부에 일측 단부가 연결되고 상기 탄성힌지(120)의 중앙부에 타측 단부가 연결되는 제2변위전달부(150)로 이루어진 것을 특징으로 하는 정밀위치결정장치
  9. 제8항에 있어서,
    상기 구동부장착부(130)는 상기 제1압전소자부(200a)가 장착되는 제1구동부장착부(130a)와, 상기 제2압전소자부(200b)가 장착되는 제2구동부장착부(130b)로 이루어지고;
    상기 제1구동부장착부(130a)와 제2구동부장착부(130b)는, 상기 제1압전소자부(200a)와 제2압전소자부(200b)가 각각 삽입되는 공간인 제1,제2압전소자삽입부(135a,135b), 상기 제1압전소자삽입부(135a)와 제2압전소자삽입부(135b)를 각각 둘러싸도록 제1지지편(131a,131b)과 제2지지편(132a,132b)과 제3지지편(133a,133b) 및 제4지지편(134a,134b)을 각각 포함하고;
    상기 제1구동부장착부(130a)의 제1지지편(131a)과 제2지지편(132a) 사이에는 이격된 공간인 개방부(136a)가 형성되고, 상기 제2구동부장착부(130b)의 제1지지편(131b)과 제2지지편(132b) 사이에는 이격된 공간인 개방부(136b)가 형성되며, 상기 한 쌍의 개방부(136a,136b)는 서로 마주보도록 형성되며;
    상기 제1구동부장착부(130a)의 제2지지편(132a)과 상기 제2구동부장착부(130b)의 제2지지편(132b)은 상기 제1변위전달부(140)의 양단에 각각 연결된 것을 특징으로 하는 정밀위치결정장치
  10. 제1이동방향으로 구동력을 발생시키기 위해 서로 대향하도록 구비된 제1구동부(2000a)와 제2구동부(2000b), 상기 제1이동방향에 대해 직교하는 제2이동방향으로 구동력을 발생시키는 제3구동부(2000c);
    이동대상 물체가 안착되는 시편대(1100)가 고정되는 시편대고정부(1110), 상기 제1구동부(2000a)와 제2구동부(2000b)에서 발생된 구동력을 상기 시편대(1100)에 전달하기 위해 상기 이동대상 물체의 이동방향인 상기 제1이동방향에 수직인 면에 적어도 하나의 구멍(1210a,1220a,1210b,1220b)이 형성되어 상기 제1이동방향에 수직인 면이 변위가 발생하는 제1탄성힌지(1200a)와 제2탄성힌지(1200b), 상기 제3구동부(2000c)에서 발생된 구동력을 상기 시편대(1100)에 전달하기 위해 상기 이동대상 물체의 이동방향인 상기 제2이동방향에 수직인 면에 적어도 하나의 구멍(1210c,1220c)이 형성되어 상기 이동대상 물체의 이동방향인 상기 제2이동방향으로 상기 수직인 면이 변위가 발생하는 제3탄성힌지(1200c), 상기 제1 내지 제3구동부(2000a,2000b,2000c)가 각각 장착되는 제1 내지 제3구동부장착부(1300a,1300b,1300c)를 포함하는 이동안내부(1000);
    상기 이동안내부(1000)를 고정지지하는 고정부(4000);
    를 포함하는 정밀위치결정장치
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1, 제2탄성힌지(1200a,1200b)는 상기 제1이동방향을 따라 일정 간격으로 각각 복수 개가 구비된 것을 특징으로 하는 정밀위치결정장치
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1탄성힌지(1200a)와 제2탄성힌지(1200b)는 상기 시편대(1100)를 기준으로 상기 제2이동방향을 기준으로 상기 시편대(1100)의 양측에 대칭으로 형성되고,
    상기 제1탄성힌지(1200a)에는 그 중심을 기준으로 한 쌍의 구멍(1210a,1220a)이 대칭으로 형성되고,
    상기 제2탄성힌지(1200b)에는 그 중심을 기준으로 한 쌍의 구멍(1210b,1220b)이 대칭으로 형성되고,
    상기 제3탄성힌지(1200c)는 상기 제1탄성힌지(1200a)와 제2탄성힌지(1200b)의 일측 단부 사이에 상기 제1이동방향과 나란하게 구비되되, 그 중심을 기준으로 한 쌍의 구멍(1210c,1220c)이 대칭으로 형성된 것을 특징으로 하는 정밀위치결정장치
  13. 제12항에 있어서,
    상기 구멍(1210,1220;1210a,1210b,1210c,1210d,1220a,1220b,1220c,1220d)은, 수직방향의 높이보다 수평방향의 길이가 더 길게 형성되되, 상기 제1 내지 제3탄성힌지(1200; 1200a,1200b,1200c) 각각의 중심으로부터 가까운 부분의 폭이 넓고, 상기 제1 내지 제3탄성힌지(1200; 1200a,1200b,1200c) 각각의 중심으로부터 먼 부분의 폭이 더 좁게 형성된 것을 특징으로 하는 정밀위치결정장치
  14. 제13항에 있어서,
    상기 구멍(1210,1220)은, 상기 제1 내지 제3탄성힌지(1200; 1200a,1200b,1200c) 각각의 중심에 대하여 좌우 양측에 한 쌍이 서로 대칭되도록 병 모양으로 형성되되, 상기 병 모양의 병 몸통부는 상기 제1 내지 제3탄성힌지(1200; 1200a,1200b,1200c) 각각의 중심으로부터 가까운 위치에 일정한 폭으로 소정의 길이로 형성되고, 상기 병 모양의 병 목부는 상기 제1 내지 제3탄성힌지(1200; 1200a,1200b,1200c) 각각의 중심으로부터 먼 위치에 상기 병 몸통부보다 좁은 폭으로 소정의 길이로 형성되며, 상기 병 몸통부와 병 목부 사이에는 폭이 변하는 천이부가 형성된 것을 특징으로 하는 정밀위치결정장치
  15. 제10항에 있어서,
    상기 제1구동부(2000a)와 제2구동부(2000b)는, 상기 제1이동방향의 일측과 타측에 각각 구비되어 전원의 인가에 따라 상기 제1이동방향으로의 변위를 발생시키는 압전소자로 각각 이루어지고;
    상기 제3구동부(2000c)는 상기 제2이동방향의 일측에 구비되어 전원의 인가에 따라 상기 제2이동방향으로의 변위를 발생시키는 압전소자로 이루어진 것을 특징으로 하는 정밀위치결정장치
  16. 제10항에 있어서,
    상기 제1탄성힌지(1200a)와 제2탄성힌지(1200b)는 상기 제2이동방향으로의 길이를, 상기 제3탄성힌지(1200c)는 상기 제1이동방향으로의 길이를 각각 갖도록 형성되고;
    상기 제1탄성힌지(1200a)와 제2탄성힌지(1200b)의 중심 사이를 연결하되 상기 제3탄성힌지(1200c)와 나란하게 동일한 길이를 갖는 제4탄성힌지(1200d)가 구비되고;
    상기 제4탄성힌지(1200d)의 중심과 상기 제3탄성힌지(1200c)의 중심 사이를 연결하되 상기 제2이동방향으로의 길이를 갖는 변위전달부(1400)가 구비된 것을 특징으로 하는 정밀위치결정장치
  17. 제1항 또는 제10항에 있어서,
    상기 이동안내부(100,1000)는 합성수지를 이용하여 3D 프린터에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 정밀위치결정장치
  18. 제7항에 있어서,
    상기 압전소자부(200a,200b,2000a,2000b,2000c) 각각은 복수 개의 압전소자가 겹쳐진 것으로 이루어지되, 전원 인가시 하나의 압전소자에서 발생된 변위에 의해 다른 압전소자를 밀도록 구비된 것을 특징으로 하는 정밀위치결정장치
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