KR20210026742A - 자력을 이용한 정밀 스테이지의 진동감쇠장치 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 정밀 스테이지의 진동을 감쇠하는 장치로서, 상기 정밀 스테이지의 일부분에 설치되어 진동을 감지하는 제 1감지부재; 상기 정밀 스테이지와 별도로 상기 정밀 스테이지가 놓여지는 바닥의 외부에 설치되어 바닥면에 가해지는 진동을 감지하는 제 2감지부재; 상기 정밀 스테이지와 바닥의 사이에 설치되며 자력을 이용하여 상기 정밀 스테이지에 가해지는 진동을 댐핑시키는 댐핑부재; 및 상기 제 1감지부재, 상기 제 2감지부재 및 상기 댐핑부재에 각각 연결되어 상기 제 1감지부재, 상기 제 2감지부재 및 상기 댐핑부재의 작동을 제어하는 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 정밀 스테이지의 진동감쇠장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자력을 이용하여 정밀 스테이지에 발생하거나 가해지는 진동을 댐핑하는 자력을 이용한 정밀 스테이지의 진동감쇠장치 및 그 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 장비, 정밀 검사 장비 등은 아주 정숙한 진동 환경에서 운용되는데, 이들 장비의 주변에 설치된 모터, 팬, 펌프 등의 진동유발 기계에서 발생한 진동, 심지어 주변에 사람이 보행할 때 발생하는 진동 등 미세한 진동도, 장비가 설치된 건물의 바닥 구조체를 통하여 장비에 전달되어 이들 정밀 장비의 운용에 악영향을 미칠 수 있다.
특히, 최근에는 LCD 및 반도체의 제조와 검사 공정에서 마이크로급에 이어 나노급의 초정밀장비들이 사용되는데, 이러한 초정밀장비들은 진동에 아주 민감하여 정밀한 진동제어가 필요하다. 따라서 이러한 정밀 장비들은 주변의 진동 환경으로부터 완벽하게 분리해 주는 방진 장치를 이용하여 설치되는 것이 일반적이다.
통상적인 기계의 방진은 기계를 고무마운트, 금속스프링마운트, 에어마운트 등의 탄성체로 지지하여 기계가 작동할 때 발생하는 가진력이 주변 구조체로 전달되는 것을 차단하거나, 또는 그 역으로 주변 진동이 보호대상인 기계로 전달되는 것을 차단하는 방법을 적용하고 있다.
초정밀장비들은 진동에 대하여 아주 민감하므로 높은 수준으로 진동을 차단할 수 있는 방진마운트를 이용하여 건물의 바닥에 설치되는데, 방진마운트 중에서 에어마운트는 고유진동수가 아주 낮은 방진시스템을 구성할 수가 있어서 방진효율을 아주 높게 할 수 있으므로 많이 사용된다.
그런데, 에어마운트는 진동의 차단에는 아주 효과적이나, 시스템의 안정성이 나빠지게 되어, 아주 저주파수의 외부 진동이나 비정상적인 외력에 의하여 큰 변위의 운동이 발생하고, 또한 과도응답(Transient Response) 시간이 길어 진동이 오랫동안 지속 되는 문제점이 있다. 정밀 장비의 경우 어떤 원인에 의하여 발생한 진동 운동이 일정 수준 이하로 낮아져서 장비가 안정되어야 다시 작업을 할 수 있는데, 과도응답시간이 길 경우 작업 재개에 많은 시간이 소요되어 운용에 큰 지장을 초래한다.
따라서, 진동에 민감한 초정밀장비의 진동을 제어하기 위한 방진장치는 에어마운트와 함께 댐퍼(Damper)를 사용하여 구성하는데, 댐퍼는 진동하는 물체의 운동에너지를 흡수하여 진동을 억제하는 요소로서 비정상적으로 큰 진동을 억제하고, 진동의 과도응답시간을 줄여 주는 등의 기능을 한다.(댐퍼는 방진장치 이외에도 물체의 급격한 운동을 방지할 목적으로 단독으로 사용되기도 한다.)
통상적인 댐퍼는 운동부인 피스톤과 고정부인 실린더(고정부와 운동부는 서로 상대적인 개념이므로, 이들이 서로 바뀌어도 동일하다.)로 구성하고 실린더 내부에 점도가 높은 점성유체를 충진하여, 피스톤과 실린더가 상대적인 운동을 할 때 점성유체가 피스톤과 실린더의 좁은 틈새로 통과할 때 점성유체의 점성에 의하여 운동에 저항하는 힘(이하 이를 "댐핑력(Damping Force)"이라고 한다.)이 발생하고, 또한 진동체의 운동에너지를 열로 변환하여 주변으로 소산시킴으로서 진동을 멈추게 하는 방식으로 작동한다. 이와 같이 점성유체를 사용하는 댐퍼를 유체댐퍼라고 한다.
점성유체를 사용한 통상의 유체댐퍼는 그 댐핑력이 고정부와 운동부의 상대적인 운동속도에 비례하는데, 그 비례상수를 "댐핑계수"라고 하고, 댐퍼의 성능을 나타내는 인자로 취급한다. 즉, 댐핑계수가 큰 댐퍼는 댐핑계수가 작은 댐퍼에 비하여 동일조건에서 더 큰 댐핑력을 발생한다.
상기한 통상의 유체댐퍼에서, 댐핑계수를 크게 하려면 점도가 아주 높은 점성유체를 사용함과 동시에 피스톤과 실린더 사이의 틈새를 아주 작게 하여야 하는데, 이와 같이 피스톤과 실린더 사이의 틈새를 작게 하면 피스톤과 실린더가 서로 접촉하여 이 접촉부를 통하여 진동이 차단되지 않고 전달된다.
또한, 통상의 유체댐퍼에서는 로드가 구비된 피스톤이 실린더 내부로 진입하면 진입되는 로드의 부피만큼의 점성유체가 실린더에서 넘쳐 나오게 되는데, 이와 같이 넘쳐 나오는 점성유체를 수용하기 위하여 실린더의 내부 또는 외부에 공간을 확보하고 점성유체가 외부로 유출되지 않도록 밀봉하여야 한다. 이와 같은 점성유체의 밀봉부위로도 피스톤의 로드가 통과해야 하므로 로드와 밀봉부위의 접촉 부위로도 진동이 차단되지 않고 전달된다.
방진장치를 구성할 때 통상의 유체댐퍼를 사용하면, 상기와 같이 댐퍼의 고정부와 운동부에서 필연적으로 서로 접촉하는 접촉부 부위가 생기고, 이 접촉부위를 통하여 진동이 전달된다. 이와 같이 댐퍼를 통하여 진동이 차단되지 않고 직접 전달되면 방진장치를 설계할 때 예상했던 만큼의 방진효과가 나타나지 않는 문제점이 있다.
최근에는 점성유체로 자기가변 점성유체(Magneto-Rheological Damping Fluid, 이하 "MR유체"라 칭함)를 사용하여 유체의 점도를 임의로 조절함으로써 댐핑계수를 조절할 수 있는 것이 개발되어 MR댐퍼라는 명칭으로 시판되고 있다. MR유체는 주변 자기장의 세기에 따라 점도가 변하는 유체인데, MR댐퍼는 통상의 유체댐퍼와 유사하게 실린더와 피스톤으로 구성되고, 피스톤 또는 실린더에 전기가 흐를 때 자기장를 형성하는 코일이 감겨있고, 실린더 내부에는 MR유체가 충진 된다.
MR댐퍼는 코일에 전기가 흘러 자기장이 형성되면 MR유체의 점도가 증가하여, MR유체가 피스톤과 실린더 사이의 틈새를 통과할 때 큰 댐핑력을 유발하여 댐핑계수가 큰 댐퍼가 되고, 전기가 흐르지 않으면 MR유체의 점성이 낮아 댐핑계수가 작은 댐퍼가 된다. 즉 MR댐퍼는 코일에 흐르는 전류의 세기에 따라 댐핑계수를 조절할 수 있는 가변댐퍼인데, 그 댐핑계수를 임의로 조절할 수 있어서 정밀장치의 방진 또는 운동제어용으로 사용되고 있다.
그러나, 상기와 같은 MR댐퍼도 유체댐퍼의 일종으로서, 유체댐퍼의 문제점을 여전히 가지고 있고, 특히 MR유체의 밀봉부위에서 실린더와 피스톤의 로드가 접촉하는 것을 피할 수 없다.
한편, 정밀 스테이지는 디스플레이 및 반도체 분야 제조 공정과 각종 검사 공정에서 대상물의 정밀한 위치 결정을 목적으로 사용된다. 그렇기 때문에 진동 발생을 억제할 수 있는 댐퍼의 역할이 중요하다. 기존에는 에어스프링 및 MR유체(Magneto-Rheological Fluid)를 Damper를 이용하여 진동을 감쇠시켰었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 정밀 스테이지와 정밀 스테이지 외부에 가해지는 충격이나 진동을 감지하는 기능이 구비된 자력을 이용한 정밀 스테이지의 진동감쇠장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 정밀 스테이지 내외부의 진동량을 대비하여 산출하고 댐핑량을 결정하는 기능이 구비된 자력을 이용한 정밀 스테이지의 진동감쇠장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
다만, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로, 정밀 스테이지의 진동을 감쇠하는 장치로서, 상기 정밀 스테이지의 일부분에 설치되어 진동을 감지하는 제 1감지부재; 상기 정밀 스테이지와 별도로 상기 정밀 스테이지가 놓여지는 바닥의 외부에 설치되어 바닥면에 가해지는 진동을 감지하는 제 2감지부재; 상기 정밀 스테이지와 바닥의 사이에 설치되며 자력을 이용하여 상기 정밀 스테이지에 가해지는 진동을 댐핑시키는 댐핑부재; 및 상기 제 1감지부재, 상기 제 2감지부재 및 상기 댐핑부재에 각각 연결되어 상기 제 1감지부재, 상기 제 2감지부재 및 상기 댐핑부재의 작동을 제어하는 컨트롤러;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 댐핑부재는, 상기 정밀 스테이지의 하부에 설치되어 자력에 의해 제어되면서 유동하여 상기 정밀 스테이지에서 발생하거나 가해지는 진동을 감쇠시키기 위해서 댐핑하는 MR Elastomer; 및 상기 MR Elastomer에 연결되며 상기 컨트롤러의 제어에 의해 전원인 인가되어 상기 MR Elastomer에 자력을 제공하는 전자석;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1감지부재는 상기 정밀 스테이지의 상부를 가로지르면서 설치되어 상기 정밀 스테이지에서 발생하거나 가해지는 진동을 감지하는 레일 센서;일 수 있다.
또한, 상기 제 2감지부재는 상기 컨트롤러에 연결되고 바닥에 설치되어 바닥에 생기는 진동을 감지하는 베이스 센서;일 수 있다.
또한, 상기 컨트롤러는 상기 제 1감지부재와 상기 제 2감지부재를 통해서 감지된 진동에 따라서 상기 정밀 스테이지의 진동을 감쇠시키기 위한 댐핑량을 결정하여 상기 댐핑부재를 작동시킬 수 있다.
전술한 정밀 스테이지의 진동을 감쇠하는 장치를 이용하여 상기 정밀 스테이지의 진동을 감쇠하는 방법으로서, 상기 정밀 스테이지의 일부분에 설치되며 컨트롤러의 제어에 의해 제 1감지부재로 정밀 스테이지의 진동을 감지하는 정밀 스테이지 진동 감지단계; 상기 컨트롤러에 연결되며 바닥에 설치되는 제 2감지부재를 이용하여 바닥의 진동을 감지하는 바닥 진동 감지단계; 상기 제 2감지부재와 상기 제 1감지부재의 진동을 감지한 상기 컨트롤러가 상기 제 2감지부재 대비 상기 제 1감지부재의 진동량을 산출하는 진동량 산출단계; 상기 진동량 산출단계를 통해서 산출된 상기 제 1감지부재가 구비된 상기 정밀 스테이지의 진동을 감쇠시키기 위한 댐핑량을 결정하는 댐핑량 결정단계; 및 상기 진동량 산출단계를 통해서 산출된 진동량에 따라 상기 컨트롤러의 제어에 의해 댐핑부재를 작동시켜서 진동을 감쇠하는 진동 감쇠단계;를 포함하여 이루어지고, 상기 진동 감쇠단계는, 상기 컨트롤러가 전자석의 자력을 제어하여 MR Elastomer의 작동시킬 수 있다.
또한, 상기 진동 감쇠단계는, 상기 진동량 산출단계를 통해서 진동량의 차이가 발생하는 경우에는 상기 컨트롤러에 의해 전자석의 전류량을 제어하여, 상기 MR Elastomer(310)를 유동시키면서 상기 댐핑부재를 작동시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 정밀 스테이지에 가해지는 소변위 제어시 우수한 MRE(Magneto-Rheological Elastomer)로 변경하여, 진동이 감지되면 댐핑부재 내부의 core부에서 발생하는 자기장 효과를 전자석을 통한 제어로 MRE의 특성이 변화하여 감쇠력이 증대하게 되므로, 이러한 특성을 이용하여 정밀 가공시 중요한 정밀 스테이지의 성능을 향상시킬 수 있을 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 컨트롤러에 연결된 레일센서인 제 1감지부재가 정밀 스테이지에 작용하는 진동이나 충격을 감지하고, 또한, 컨트롤러에 연결된 베이스 센서인 제 2감지부재가 정밀 스테이지 외부의 진동이나 충격을 감지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 컨트롤러는 제 1감지부재와 제 2감지부재가 감지한 진동이나 충격량을 서로 대비하여 이를 감쇠시키는 댐핑량을 결정할 수 있다.
다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래 발명의 스펀지를 이용한 마찰댐퍼의 실시예를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자력을 이용한 정밀 스테이지의 진동감쇠장치의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자력을 이용한 정밀 스테이지의 진동감쇠방법의 순서도이다.
도 1은 종래 발명의 스펀지를 이용한 마찰댐퍼의 실시예를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자력을 이용한 정밀 스테이지의 진동감쇠장치의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자력을 이용한 정밀 스테이지의 진동감쇠방법의 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자력을 이용한 정밀 스테이지의 진동감쇠장치의 개념도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 정밀 스테이지의 진동을 감쇠하는 장치로서, 제 1감지부재(100), 제 2감지부재(200), 댐핑부재(300) 및 컨트롤러(400)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 정밀 스테이지(30)는 초정밀 스테이지라고도 하는데, 디스플레이 및 반도체 분야 제조 공정과 각종 검사 공정에서 대상물의 정밀한 위치 결정을 목적으로 사용된다. 본 발명에 적용되는 정밀 스테이지(30)는 반도체 노광장비용 정밀 스테이지, 디스플레이 패널 노광장비용 대면적 정밀스테이지, 나노미터 가공기용 대면적 정밀 스테이지, 반도체 및 디스플레이 전자빔(beam)라이터용 대면적 정밀 스테이지 중 어느 하나일 수 있다.
제 1감지부재(100)는 정밀 스테이지(30)의 일부분에 설치되어 진동을 감지할 수 있다. 제 1감지부재(100)는 정밀 스테이지(30)의 상부를 가로지르면서 설치되어 정밀 스테이지(30)에서 발생하거나 가해지는 진동을 감지하는 레일센서일 수 있다. 구체적으로, 제 1감지부재(100)인 레일센서는 충격이나 진동을 감지하는 센서로서 컨트롤러(400)에 연결되면서 정밀 스테이지(30)의 상부를 횡단한 상태로 설치되어 정밀 스테이지(30)의 움직임을 감지할 수 있다.
제 2감지부재(200)는 정밀 스테이지(30)와 별도로 정밀 스테이지(30)가 놓여지는 바닥의 외부에 설치되어 바닥면에 가해지는 진동을 감지할 수 있다. 제 2감지부재(200)는 컨트롤러(400)에 연결되고 바닥에 설치되어 바닥에 생기는 진동을 감지하는 베이스 센서일 수 있다. 구체적으로, 제 2감지부재(200)인 베이스 센서는 일종의 충격이나 진동을 감지하는 센서로서 컨트롤러(400)에 연결되면서 정밀 스테이지(30)와는 별도로 정밀 스테이지(30)가 놓여지는 바닥에 설치되어 바닥에 가해지거나 발생하는 움직임을 감지할 수 있다.
따라서, 상기와 같이 제 1감지부재(100)와 제 2감지부재(200)를 통해서 감지된 정밀 스테이지(30)와 정밀 스테이지(30)가 놓여지는 바닥에 대한 진동량이나 충격량에 대한 정보를 취득한 컨트롤러(400)가 상기의 정보에 근거하여 진동감쇠장치(10)에 작용하는 진동이나 충격의 보정이나 감쇠를 위한 댐핑량을 산출할 수 있다.
댐핑부재(300)는 정밀 스테이지(30)와 바닥의 사이에 설치되며 자력을 이용하여 정밀 스테이지(30)에 가해지는 진동을 댐핑시킬 수 있다. 댐핑부재(300)는 MR Elastomer(310) 및 전자석(320)을 포함할 수 있다.
MR Elastomer(310)는 정밀 스테이지(30)의 하부에 설치되어 자력에 의해 제어되면서 유동하여 정밀 스테이지(30)에서 발생하거나 가해지는 진동을 댐핑할 수 있다.
본 발명의 MR Elastomer(MRE, Magneto-Rheological Elastomer)(310)는 자성유체와 탄성중합체가 혼합된 재료로 볼 수 있으며, 여기서, 자성유체(magnetic fluid)란, 오일 등의 용매에 자성입자가 분산되어 있는 일종의 서스펜션 액체로, 외부 자기장이 없으면 액체의 역할을 하고, 외부 자기장이 가해지면 자성입자가 일렬로 배열해서 고체의 성질을 가지는 물질이다. 점도의 관점에서 보면 자기장이 강해짐에 따라 점도가 증가하는 경향을 보이고, 항복강도의 관점에서 보면 외부 자기장이 없을 때에는 0에 불과하던 항복강도가 외부 자기장이 가해짐에 따라 항복강도가 발생한다.
탄성중합체(elastomer)는 외력(外力)을 가해서 잡아당기면 몇 배나 늘어나고, 외력을 제거하면 원래의 길이로 돌아가는 성질을 가지는 고분자 화합물이다. 대표적인 예로는 탄성고무라고 하는 가황(加黃)고무가 있다. 이외에도 화학적 결합이 없는 탄성중합체인 탄성섬유(스판덱스)가 있다. 탄성중합체의 대표적인 것에 탄성고무라고 하는 가황(加黃)고무가 있다. 이 경우 힘을 가하면 늘어나는 것은, 긴 선상(線狀) 고분자 사이가 미끄러져서 전체적으로 길어지기 때문이다. 그러나 거기에는 다리(가황고무에서는 예를 들면 -S-S-라는 황이다)가 걸쳐져 있기 때문에, 가하던 힘을 멈추면 변형되었던 다리의 관계가 분자운동에 의해서 원래의 안정된 상태로 돌아오게 된다.
전자석(320)은 MR Elastomer(310)에 연결되며 컨트롤러(400)의 제어에 의해 전원이 인가되어 MR Elastomer(310)에 자력을 제공할 수 있다. 구체적으로, 전자석(electromagnet)(320)은 전류가 흐르면 자기화되고, 전류를 끊으면 자기화되지 않은 원래의 상태로 되돌아가는 자석으로서, 전류의 공급과 상관없이 항상 자기를 유지하는 영구자석과 구분된다. 도선에 전류가 흐르면 도선 주위에 동심원 모양의 자기장이 형성된다. 이러한 원리를 이용하여 영구자석으로는 얻을 수 없는 매우 강력한 자기장을 얻을 수 있다. 전자석(320)의 철심은 어느 정도 자기화가 진행되면 전류를 더 높여도 더 이상 자기화가 진행되지 않는다. 이를 자기포화 상태라고 한다.
전자석(320)은 전류를 인위적으로 조정하여 비교적 쉽게 자기장의 세기를 바꿀 수 있다. 그래서 통신기의 계전기부터 1t(톤) 이상의 무거운 재료를 끌어올리는 전자기식 기중기까지 널리 이용된다.
컨트롤러(400)는 제 1감지부재(100), 제 2감지부재(200) 및 댐핑부재(300)에 각각 연결되어 제 1감지부재(100), 제 2감지부재(200) 및 댐핑부재(300)의 작동을 제어할 수 있다.
컨트롤러(400)는 제 1감지부재(100)와 제 2감지부재(200)를 통해서 감지된 진동에 따라서 정밀 스테이지(30)의 진동을 감쇠시키기 위한 댐핑량을 결정하여 댐핑부재(300)를 작동시킬 수 있다. 구체적으로, 컨트롤러(400)의 제어에 의해 전자석(320)의 자력의 크기나 방향을 제어하면서 제 1감지부재(100)와 제 2감지부재(200)를 통해서 얻어진 진동이나 충격의 정보에 대응하여 MR Elastomer(310)의 작동을 제어하면서 산출된 진동이나 충격량에 대응하도록 모양을 형성하여 댐핑량을 제어하고 정밀 스테이지(30)에 가해지는 충격량이나 진동량에 대한 적절한 감쇠가 가능하다.
본 발명의 진동감쇠장치(10)는 모바일 단말기 등과 와이파이 통신모듈, 블루트스 통신모듈 및 지그비 통신모듈 중에서 어느 하나로 연동된 컨트롤러(400)를 통해서 작동이 가능하다.
즉, 작업자는 진동감쇠장치(10)를 블루투스 통신모듈, 와이파이 통신모듈 및 지그비 통신모듈 중에서 어느 하나인 방식을 채택하여 사용이 가능하나 상기의 방식에만 국한하지 않고 최선의 방식을 선택하여 사용이 가능하다.
또한, 본 발명의 진동감쇠장치(10)는 컨트롤러에 연결된 디스플레이어를 구비하여 제 1감지부재(100)와 제 2감지부재(200)가 감지한 진동이나 충격량을 수치화하여 외부에 보여주고, 컨트롤러(400)가 연산하는 댐핑량 등도 수치로서 직접적으로 보여주거나 무선통신모듈을 통해서 외부의 모바일 단말기 등을 통해서 보여줄 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자력을 이용한 정밀 스테이지의 진동감쇠방법의 순서도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 전술한 정밀 스테이지의 진동을 감쇠하는 장치를 이용하여 상기 정밀 스테이지의 진동을 감쇠하는 방법으로서, 본 발명은 정밀 스테이지 진동 감지단계(S100), 바닥 진동 감지단계(S200), 진동량 산출단계(S300), 댐핑량 결정단계(S400) 및 진동 감쇠단계(S500)를 포함하여 이루어질 수 있다.
정밀 스테이지 진동 감지단계(S100)는 정밀 스테이지(30)의 일부분에 설치되며 컨트롤러(400)의 제어에 의해 제 1감지부재(100)로 정밀 스테이지(30)의 진동을 감지하는 단계이다. 구체적으로, 제 1감지부재(100)인 레일센서는 충격이나 진동을 감지하는 센서로서 컨트롤러(400)에 연결되면서 정밀 스테이지(30)의 상부를 횡단한 상태로 설치되어 정밀 스테이지(30)의 움직임을 감지할 수 있다.
바닥 진동 감지단계(S200)는 컨트롤러(400)에 연결되며 바닥에 설치되는 제 2감지부재(200)를 이용하여 바닥의 진동을 감지하는 단계이다. 구체적으로, 제 2감지부재(200)인 베이스 센서는 일종의 충격이나 진동을 감지하는 센서로서 컨트롤러(400)에 연결되면서 정밀 스테이지(30)와는 별도로 정밀 스테이지(30)가 놓여지는 바닥에 설치되어 바닥에 가해지거나 발생하는 움직임을 감지할 수 있다.
진동량 산출단계(S300)는 제 2감지부재(200)와 제 1감지부재(100)의 진동을 감지한 컨트롤러(400)가 제 2감지부재(200) 대비 제 1감지부재(100)의 진동량을 산출하는 단계이다.
구체적으로, 상기와 같이 제 1감지부재(100)와 제 2감지부재(200)를 통해서 감지된 정밀 스테이지(30)와 정밀 스테이지(30)가 놓여지는 바닥에 대한 진동량이나 충격량에 대한 정보를 취득한 컨트롤러(400)가 상기의 정보에 근거하여 진동감쇠장치(10)에 작용하는 진동이나 충격의 보정이나 감쇠를 위한 댐핑량을 산출할 수 있다.
댐핑량 결정단계(S400)는 진동량 산출단계(S300)를 통해서 산출된 제 1감지부재(100)가 구비된 정밀 스테이지(30)의 진동을 감쇠시키기 위한 댐핑량을 결정하는 단계이다.
진동 감쇠단계(S500)는 진동량 산출단계(S300)를 통해서 산출된 진동량에 따라 컨트롤러(400)의 제어에 의해 댐핑부재(300)를 작동시켜서 진동을 감쇠하는 단계이다.
진동 감쇠단계(S500)는 컨트롤러(400)가 전자석(320)의 자력을 제어하여 MR Elastomer(310)를 작동시킬 수 있다.
진동 감쇠단계(S500)는 진동량 산출단계(S300)를 통해서 진동량의 차이가 발생하는 경우에는 컨트롤러(400)에 의해 전자석(320)의 전류량을 제어하여, MR Elastomer(310)를 유동시키면서 댐핑부재(300)를 작동시킬 수 있다(S510).
구체적으로, 진동 감쇠단계(S500, S510))는컨트롤러(400)의 제어에 의해 전자석(320)의 자력의 크기나 방향을 제어하면서 제 1감지부재(100)와 제 2감지부재(200)를 통해서 얻어진 진동이나 충격의 정보에 대응하여 MR Elastomer(310)의 작동을 제어하면서 산출된 진동이나 충격량에 대응하도록 모양을 형성하여 댐핑량을 제어하고 정밀 스테이지(30)에 가해지는 충격량이나 진동량에 대한 적절한 감쇠가 가능하다.
이하. 각각의 구성요소들에 대한 설명은 진동감쇠장치(10)에서 전술한 바와 같으므로 생략한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 정밀 스테이지(30)에 가해지는 소변위 제어시 우수한 MRE(Magneto-Rheological Elastomer)(310)로 변경하여, 진동이 감지되면 댐핑부재(300) 내부의 core부에서 발생하는 자기장 효과를 전자석(320)을 통한 제어로 MRE(310)의 특성이 변화하여 감쇠력이 증대하게 되므로, 이러한 특성을 이용하여 정밀 가공시 중요한 정밀 스테이지(30)의 성능을 향상시킬 수 있을 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 컨트롤러(400)에 연결된 레일센서인 제 1감지부재(100)가 정밀 스테이지(30)에 작용하는 진동이나 충격을 감지하고, 또한, 컨트롤러(400)에 연결된 베이스 센서인 제 2감지부재(200)가 정밀 스테이지(30) 외부의 진동이나 충격을 감지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 컨트롤러(400)는 제 1감지부재(100)와 제 2감지부재(200)가 감지한 진동이나 충격량을 서로 대비하여 이를 감쇠시키는 댐핑량을 결정할 수 있다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시 예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시 예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.
10 : 진동감쇠장치
30 : 정밀 스테이지
100 : 제 1감지부재
200 : 제 2감지부재
300 : 댐핑부재
310 : MR Elastomer
320 : 전자석
400 : 컨트롤러
30 : 정밀 스테이지
100 : 제 1감지부재
200 : 제 2감지부재
300 : 댐핑부재
310 : MR Elastomer
320 : 전자석
400 : 컨트롤러
Claims (7)
- 정밀 스테이지의 진동을 감쇠하는 장치로서,
상기 정밀 스테이지의 일부분에 설치되어 진동을 감지하는 제 1감지부재;
상기 정밀 스테이지와 별도로 상기 정밀 스테이지가 놓여지는 바닥의 외부에 설치되어 바닥면에 가해지는 진동을 감지하는 제 2감지부재;
상기 정밀 스테이지와 바닥의 사이에 설치되며 자력을 이용하여 상기 정밀 스테이지에 가해지는 진동을 댐핑시키는 댐핑부재; 및
상기 제 1감지부재, 상기 제 2감지부재 및 상기 댐핑부재에 각각 연결되어 상기 제 1감지부재, 상기 제 2감지부재 및 상기 댐핑부재의 작동을 제어하는 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자력을 이용한 정밀 스테이지의 진동감쇠장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 댐핑부재는,
상기 정밀 스테이지의 하부에 설치되어 자력에 의해 제어되면서 유동하여 상기 정밀 스테이지에서 발생하거나 가해지는 진동을 감쇠시키기 위해서 댐핑하는 MR Elastomer; 및
상기 MR Elastomer에 연결되며 상기 컨트롤러의 제어에 의해 전원인 인가되어 상기 MR Elastomer에 자력을 제공하는 전자석;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자력을 이용한 정밀 스테이지의 진동감쇠장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제 1감지부재는 상기 정밀 스테이지의 상부를 가로지르면서 설치되어 상기 정밀 스테이지에서 발생하거나 가해지는 진동을 감지하는 레일 센서;인 것을 특징으로 하는 자력을 이용한 정밀 스테이지의 진동감쇠장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제 2감지부재는 상기 컨트롤러에 연결되고 바닥에 설치되어 바닥에 생기는 진동을 감지하는 베이스 센서;인 것을 특징으로 하는 자력을 이용한 정밀 스테이지의 진동감쇠장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 컨트롤러는 상기 제 1감지부재와 상기 제 2감지부재를 통해서 감지된 진동에 따라서 상기 정밀 스테이지의 진동을 감쇠시키기 위한 댐핑량을 결정하여 상기 댐핑부재를 작동시키는 것을 특징으로 하는 자력을 이용한 정밀 스테이지의 진동감쇠장치.
- 청구항 1 내지 5항의 어느 한 항에 있어서,
정밀 스테이지의 진동을 감쇠하는 장치를 이용하여 상기 정밀 스테이지의 진동을 감쇠하는 방법으로서,
상기 정밀 스테이지의 일부분에 설치되며 컨트롤러의 제어에 의해 제 1감지부재로 정밀 스테이지의 진동을 감지하는 정밀 스테이지 진동 감지단계;
상기 컨트롤러에 연결되며 바닥에 설치되는 제 2감지부재를 이용하여 바닥의 진동을 감지하는 바닥 진동 감지단계;
상기 제 2감지부재와 상기 제 1감지부재의 진동을 감지한 상기 컨트롤러가 상기 제 2감지부재 대비 상기 제 1감지부재의 진동량을 산출하는 진동량 산출단계;
상기 진동량 산출단계를 통해서 산출된 상기 제 1감지부재가 구비된 상기 정밀 스테이지의 진동을 감쇠시키기 위한 댐핑량을 결정하는 댐핑량 결정단계; 및
상기 진동량 산출단계를 통해서 산출된 진동량에 따라 상기 컨트롤러의 제어에 의해 댐핑부재를 작동시켜서 진동을 감쇠하는 진동 감쇠단계;를 포함하여 이루어지고,
상기 진동 감쇠단계는,
상기 컨트롤러가 전자석의 자력을 제어하여 MR Elastomer의 작동시키는 것을 특징으로 하는 자력을 이용한 정밀 스테이지의 진동감쇠방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 진동 감쇠단계는,
상기 진동량 산출단계를 통해서 진동량의 차이가 발생하는 경우에는 상기 컨트롤러에 의해 전자석의 전류량을 제어하여, 상기 MR Elastomer를 유동시키면서 상기 댐핑부재를 작동시키는 것을 특징으로 하는 자력을 이용한 정밀 스테이지의 진동감쇠방법.
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| KR1020190107973A KR102226692B1 (ko) | 2019-09-02 | 2019-09-02 | 자력을 이용한 정밀 스테이지의 진동감쇠장치 및 그 방법 |
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