KR20220102106A - 반송 시스템, 가공 시스템 및 물품의 제조방법 - Google Patents

반송 시스템, 가공 시스템 및 물품의 제조방법 Download PDF

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KR20220102106A
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노부아키 후지이
타케시 야마모토
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캐논 가부시끼가이샤
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Abstract

반송 시스템은, 가동자, 고정자 및 제어부를 구비한다. 가동자는 제1 방향으로 이동한다. 고정자는 제1 방향으로 배치된 복수의 코일을 갖고, 전류가 인가된 복수의 코일을 사용하여, 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 가동자를 부상시키면서 제1 방향으로 가동자를 반송하는 힘을 인가한다. 제어부는 복수의 코일에 인가하는 전류를 제어해서 가동자의 동작을 제어한다. 제어부는, 가동자의 기기 차이 정보를 사용하여 복수의 코일에 인가된 전류를 제어함으로써, 가동자가 부상하고 있는 동안 가동자의 자세를 제어한다.

Description

반송 시스템, 가공 시스템 및 물품의 제조방법{TRANSPORT SYSTEM, PROCESSING SYSTEM, AND ARTICLE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은, 반송 시스템, 가공 시스템 및 물품의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 공업제품을 조립하기 위한 생산 라인, 반도체 노광장치 등에서는 반송 시스템이 사용되고 있다. 특히, 생산 라인에 있어서의 반송 시스템은, 팩토리 오토메이션화된 생산 라인 내 또는 팩토리 오토메이션화된 생산 라인 사이의 복수의 스테이션의 사이에서 복수의 가동자가 부품 등의 워크피스를 반송한다. 또한, 이와 같은 반송 시스템은 프로세스 장치 내의 반송장치로서 사용될 수도 있다. 반송 시스템으로서는, 리니어 모터를 사용한 반송 시스템과 자기 부상형의 반송 시스템이 이미 제안되어 있다.
이들 반송 시스템에서는, 복수의 가동자가 부품 등의 워크피스를 반송하고, 센서의 판독면의 가공 오차나 조립 오차에 의해, 각 가동자는 이동시에 위치 오차인 이동 기기 차이를 갖는다.
따라서, 일본국 5753060호 공보에는, 리니어 모터를 사용하는 반송 시스템에 있어서, 공통의 측정 지그를 사용해서 미리 측정된 각 반송 대차의 이동 기기 차이에 근거하여 정해지는 각 반송 대차의 위치 보정용 데이터를 사용하여, 목표 정지 위치에서 반송 대차를 정지시키기 위해, 전자석의 통전 제어를 행하는 방법이 기재되어 있다.
본 발명의 일면에 따르면, 반송 시스템은, 제1 방향으로 이동가능하도록 구성된 가동자와, 상기 제1 방향으로 배치된 복수의 코일을 갖고, 전류가 인가되는 상기 복수의 코일을 사용하여, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 상기 가동자를 부상시키면서 상기 제1 방향으로 상기 가동자를 반송하는 힘을 인가하도록 구성된 고정자와, 상기 복수의 코일에 인가된 전류를 제어하여 상기 가동자의 동작을 제어하도록 구성된 제어부를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 가동자의 기기 차이 정보를 사용하여 상기 복수의 코일에 인가된 전류를 제어함으로써, 상기 가동자가 부상하고 있는 동안 상기 가동자의 자세를 제어하도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 특징은 첨부도면을 참조하는 이하의 실시형태의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도1은 본 발명의 제1실시형태에 따른 반송 시스템의 구성을 도시한 개략도다.
도2는 본 발명의 제1실시형태에 따른 반송 시스템의 구성을 도시한 개략도다.
도3은 본 발명의 제1실시형태에 따른 반송 시스템에 있어서의 코일 및 코일에 관련되는 구성을 도시한 개략도다.
도4는 본 발명의 제1실시형태에 따른 반송 시스템을 제어하는 제어 시스템을 도시한 개략도다.
도5a는 본 발명의 제1실시형태에 따른 반송 시스템에 있어서 가동자의 이동 기기 차이를 보정하기 위한 보정값의 취득방법을 도시한 개략도다.
도5b는 본 발명의 제1실시형태에 따른 반송 시스템에 있어서 이동 기기 차이를 보정하기 위한 보정값의 취득방법을 도시한 개략도다.
도6은 본 발명의 제1실시형태의 반송 시스템에 있어서 가동자의 이동 기기 차이를 보정하기 위한 보정값의 취득방법에 있어서 취득되는 데이터의 예를 도시한 개략도다.
도7은 본 발명의 제1실시형태에 따른 반송 시스템에 있어서의 가동자의 자세 제어방법을 도시한 개략도다.
도8은 본 발명의 제1실시형태에 따른 반송 시스템에 있어서 가동자의 위치 및 자세를 제어하기 위해 사용된 제어 블록의 일례를 도시한 개략도다.
도9a는 본 발명의 제1실시형태에 따른 반송 시스템에 있어서의 가동자 위치 산출 함수에 의한 처리를 설명하는 개략도다.
도9b는 본 발명의 제1실시형태에 따른 반송 시스템에 있어서의 가동자 위치 산출 함수에 의한 처리를 설명하는 개략도다.
도10은 본 발명의 제1실시형태에 따른 반송 시스템에 있어서의 가동자 자세 산출 함수에 의한 처리를 설명하는 개략도다.
도11a는 본 발명의 제1실시형태에 따른 반송 시스템에 있어서의 가동자 자세 산출 함수에 의한 처리를 설명하는 개략도다.
도11b는 본 발명의 제1실시형태에 따른 반송 시스템에 있어서의 가동자 자세 산출 함수에 의한 처리를 설명하는 개략도다.
도12는 본 발명의 제1실시형태에 따른 반송 시스템에 있어서 가동자에 부착된 요크판에 작용하는 힘과 가동자에 작용하는 힘 성분 및 토크 성분 사이의 관계를 도시한 개략도다.
도13은 본 발명의 제1실시형태에 따른 반송 시스템에 있어서의 Z방향의 추력
상수 프로파일을 모식적으로 나타낸 그래프다.
도14a는 본 발명의 제1실시형태에 따른 반송 시스템에 있어서의 고정자 코일을 도시한 개략도다.
도14b는 본 발명의 제1실시형태에 따른 반송 시스템에 있어서 고정자 코일을 도시한 개략도다.
도15는 본 발명의 제1실시형태에 따른 반송 시스템에 있어서, 코일에 인가된 전류량과, 코일과 요크판 사이에 작용하는 흡인력의 크기 사이의 관계를 모식적으로 나타낸 그래프다.
도16은 본 발명의 제1실시형태에 따른 반송 시스템에 있어서의 가동자를 Z방향을 따라 위에서 아래로 본 개략도다.
도17은 본 발명의 제1실시형태에 따른 반송 시스템에 있어서 Y방향의 흡인력 프로파일을 모식적으로 나타낸 그래프다.
도18a는 본 발명의 제2실시형태에 따른 반송 시스템에 있어서 가동자의 X방향의 위치의 기기 차이를 전체 리니어 스케일에 걸쳐 취득하는 방법을 도시한 개략도다.
도18b는 본 발명의 제2실시형태에 따른 반송 시스템에 있어서 가동자의 X방향의 위치의 기기 차이를 전체 리니어 스케일에 걸쳐 취득하는 방법을 도시한 개략도다.
도19는 본 발명의 제2실시형태에 따른 반송 시스템에 있어서 복수의 Z축용 롤러 위에서 가동자를 접동시켜 X방향으로 이동할 때의 레이저 간섭계의 측정값과 리니어 인코더의 측정값의 차이를 나타낸 그래프다.
도20은 본 발명의 제3실시형태에 따른 반송 시스템에 있어서 가동자의 위치 및 자세를 제어하기 위한 제어 블록의 일례를 도시한 개략도다.
도21a는 본 발명의 제4실시형태에 따른 반송 시스템에 있어서 가동자의 중량을 측정하는 방법을 도시한 개략도다.
도21b는 본 발명의 제4실시형태에 따른 반송 시스템에 있어서 가동자의 중량을 측정하는 방법을 도시한 개략도다.
제1실시형태
이하, 본 발명의 제1실시형태에 대해 도1 내지 도17을 참조하여 설명한다.
우선, 본 실시형태에 따른 반송 시스템(1)의 구성에 대해 도1 내지 도3을 참조하여 설명한다. 도1 및 도2는, 본 실시형태에 따른 가동자(101) 및 고정자(201)를 포함하는 반송 시스템(1)의 구성을 도시한 개략도다. 이때, 도1 및 도2는, 각 가동자(101) 및 각 고정자(201)의 주요 부분을 뽑아낸 도면이다. 또한, 도1은 가동자(101)를 대각선 방향으로 위쪽에서 본 도면이고, 도2는 가동자(101) 및 고정자(201)를 후술하는 X방향에서 본 도면이다. 도3은, 반송 시스템(1)에 있어서 코일 202, 207, 208 및 코일 202, 207, 208에 관련되는 구성을 도시한 개략도다.
도1 및 도2에 나타낸 것과 같이, 본 실시형태에 따른 반송 시스템(1)은, 캐리어, 대차 또는 슬라이더를 구성하는 가동자(101)와, 반송로를 구성하는 고정자(201)를 갖고 있다. 또한, 반송 시스템(1)은, 통합 콘트롤러(301)와, 코일 콘트롤러(302)와, 코일 유닛 콘트롤러(303)와, 센서 콘트롤러(304)를 갖고 있다. 이때, 도1에는, 가동자(101)로서 3개의 가동자(101a, 101b, 101c)와, 고정자(201)로서 2개의 고정자(201a, 201b)를 나타내고 있다. 이하의 설명에서, 가동자(101) 및 고정자(201) 등의 복수의 구성요소로서 존재할 수 있는 구성요소에 대해 특별히 구별할 필요가 없는 경우에는 공통의 숫자만을 포함하는 부호를 사용하고, 필요에 따라 각각을 구별하기 위해 숫자의 부호에 소문자의 알파벳을 붙인다. 또한, 가동자(101)의 R측의 구성요소와 가동자(101)의 L측의 구성요소를 구별하는 경우에는, 소문자의 알파벳에 R측을 나타내는 "R" 또는 L측을 나타내는 "L"을 붙인다.
본 실시형태에 따른 반송 시스템(1)은, 고정자(201)의 코일 207과 가동자(101)의 도전판(107) 사이에서 전자력을 발생시켜 X방향의 추력을 가동자(101)에 인가하는 유도형 리니어 모터를 사용한 반송 시스템이다. 또한, 본 실시형태에 따른 반송 시스템(1)은, 가동자(101)를 부상시켜 비접촉으로 가동자(101)를 반송하는 자기 부상형의 반송 시스템이다. 본 실시형태에 따른 반송 시스템(1)은, 가동자(101)에 의해 반송된 워크피스(102)에 대해 가공을 실행하는 공정장치를 함께 갖는 가공 시스템의 일부를 구성하고 있다.
반송 시스템(1)은, 예를 들면, 고정자(201)에 의해 가동자(101)를 반송함으로써, 가동자(101)에 의해 유지된 워크피스(102)를, 워크피스(102)에 대해 가공 작업을 실행하는 공정장치에 반송한다. 공정장치는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 워크피스(102)인 글래스 기판 위에 성막을 행하는 증착장치, 스퍼터 장치 등의 성막장치다. 이때, 도1에는, 2대의 고정자(201)에 대해 3대의 가동자(101)를 나타내고 있지만, 수치는 이것들에 한정되는 것은 아니다. 반송 시스템(1)에 있어서는, 1대 또는 복수대의 가동자(101)가 1대 또는 복수대의 고정자(201) 위를 반송될 수도 있다.
여기에서, 이하의 설명에 있어서 사용하는 좌표축, 방향 등을 정의한다. 우선, 가동자(101)의 반송 방향인 수평방향을 따라 X축을 취하고, 가동자(101)의 반송 방향을 X방향으로 정의한다. 또한, X방향과 직교하는 방향인 연직 방향을 따라 Z축을 취하고, 연직 방향을 Z방향으로 정의한다. 연직 방향은, 중력의 방향(mg 방향)에 해당한다. 또한, X방향 및 Z방향에 직교하는 방향을 따라 Y축을 취하고, X방향 및 Z방향에 직교하는 방향을 Y방향으로 정의한다. 더구나, X축 주위의 회전 방향을 Wx 방향으로 정의하고, Y축 주위의 회전 방향을 Wy 방향으로 정의하고, Z축 주위의 회전 방향을 Wz 방향으로 정의한다. 또한, 승산의 기호로서 "*"을 사용한다. 또한, 가동자(101)의 중심을 원점 Oc로 정의하고, Y+측을 R측으로 표기하고, Y-측을 L측으로 표기한다. 이때, 가동자(101)의 반송 방향은 반드시 수평방향일 필요는 없지만, 이와 같은 경우에도 반송 방향을 X방향으로 정의하여 마찬가지로 Y방향 및 Z방향을 정의할 수 있다. 이때, X방향, Y방향 및 X방향은, 반드시 서로 직교하는 방향에 한정되는 것은 아니고, 서로 교차하는 방향으로 정의할 수 있다. 또한, 반송 방향의 변위를 위치로 정의하고, 그 이외의 방향의 변위를 자세로 정의하고, 위치와 자세를 합쳐서 상태로 정의한다.
또한, 이하의 설명에 있어서 사용하는 기호는 다음과 같다. 이때, 각 기호는 코일 202, 207, 208의 각 경우에 대해 중복해서 사용된다.
Oc: 가동자(101)의 원점
Os: 리니어 스케일(104)의 원점
Oe: 고정자(201)의 원점
j: 코일을 특정하기 위한 지표
(단, j는, N이 2 이상의 정수일 때 1≤j≤N을 만족하는 정수이다.)
N: 코일의 설치 수
Ij: j번째의 코일에 인가되는 전류량
P: 가동자(101)의 위치 및 자세를 포함하는 상태(X, Y, Z, Wx, Wy, Wz)
X(j, P): 상태 P의 가동자(101)의 중심에서 본 j번째의 코일의 X좌표
Y(j, P): 상태 P의 가동자(101)의 중심에서 본 j번째의 코일의 Y좌표
Z(j, P): 상태 P의 가동자(101)의 중심에서 본 j번째의 코일의 Z좌표
T: 가동자(101)에 인가하는 힘
Tx: 힘 T의 X방향의 힘 성분
Ty: 힘 T의 Y방향의 힘 성분
Tz: 힘 T의 Z방향의 힘 성분
Twx: 힘 T의 Wx 방향의 토크 성분
Twy: 힘 T의 Wy 방향의 토크 성분
Twz: 힘 T의 Wz 방향의 토크 성분
Ex(j, P): j번째의 코일에 단위전류를 인가했을 때에 상태 P의 가동자(101)에 대해 작용하는 X방향의 힘
Ey(j, P): j번째의 코일에 단위전류를 인가했을 때에 상태 P의 가동자(101)에 대해 작용하는 Y방향의 힘
Ez(j, P): j번째의 코일에 단위전류를 인가했을 때에 상태 P의 가동자(101)에 대해 작용하는 Z방향의 힘
Σ: 지표 j를 1로부터 N까지 변화시킨 경우의 합계
*: 행렬 또는 벡터의 곱
M: 토크 기여 행렬
K: 의사 전류 벡터(열 벡터)
Tq: 토크 벡터(열 벡터)
Is: 코일 전류 벡터(열 벡터)
Fs: 코일 힘 벡터(열 벡터)
M(a, b): 행렬 M의 a행 b열의 요소
Inv(): 역행열
Tr(): 전치 행렬
Tr(요소1, 요소2, …): 요소 1, 요소 2, …을 요소로 하는 열 벡터
도1에 화살표로 나타낸 것과 같이, 가동자(101)는 반송 방향인 X방향으로 이동 가능하게 구성되어 있다. 가동자(101)는, 요크판(103)과 도전판(107)을 갖고 있다. 또한, 가동자(101)는, 리니어 스케일(104)과, Y 타겟(105)과, Z 타겟(106)을 갖고 있다. 가동자(101)는, 각각의 가동자(101)를 식별하기 위한 식별 정보가 등록된 정보 매체인 RFID(Radio Frequency Identification) 태그(512)를 더 갖고 있다.
복수의 요크판(103)이 가동자(101)의 복수 개소에 부착되어 설치되어 있다. 구체적으로는, 요크판(103)은, 가동자(101)의 상면에 있어서 R측 및 L측 각각의 단부에 X방향을 따라 부착되어 설치되어 있다. 또한, 요크판(103)은, 가동자(101)의 R측 및 L측 각각의 측면에 X방향을 따라 부착되어 설치되어 있다. 각 요크판(103)은, 투자율이 큰 물질, 예를 들면, 철로 구성된 철판이다.
도전판(107)은, 가동자(101)의 상면에 있어서 중앙부에 X방향을 따라 부착되고 설치되어 있다. 도전판(107)은, 도전성 금속판과 같이 도전성을 가지면 특별히 한정되는 것은 아니며, 전기 저항이 작은 알루미늄 판 등이 바람직하다.
이때, 요크판(103) 및 도전판(107)의 설치 장소 및 설치 수는 상기한 경우에 한정되는 것은 아니고, 적절히 변경할 수 있다.
리니어 스케일(104), Y 타겟(105) 및 Z 타겟(106)은, 가동자(101)에 있어서, 각각 고정자(201)에 설치된 리니어 인코더(204), Y 센서(205) 및 Z 센서(206)에 의해 판독 가능한 위치에 부착되어 설치되어 있다.
RFID 태그(512)는, 가동자(101)에 있어서, RFID 리더(513)에 의해 판독 가능한 위치에 설치되도록 가동자(101)에 부착되어 설치되어 있다. RFID 리더(513)는, 반송 시스템(1)에 있어서의 가동자(101)의 반송로의 특정한 위치에 설치되어 있다. RFID 태그(512)에는, 해당 RFID 태그(512)가 부착된 가동자(101)를 식별할 수 있도록 식별 정보인 개별 ID(Identification)이 등록되어 있다. RAID 태그(512) 대신에, 가동자(101)에는, 가동자(101)의 개별 ID를 나타내는 QR 코드(등록상표) 등의 정보 매체가 설치되어 있어도 된다. 이 경우, RFID 리더(513) 대신에, 정보 매체에 따라 해당 정보 매체로부터 개별 ID를 판독하는 스캐너 등의 리더를 사용할 수 있다.
고정자(201)는, 코일 202, 207, 208과, 리니어 인코더(204)와, Y 센서(205)와, Z 센서(206)를 갖고 있다.
복수의 코일 202가, 가동자(101)의 상면에 설치된 요크판(103)에 Z방향을 따라 대향 가능하게 고정자(201)에 X방향을 따라 부착되어 설치되어 있다. 구체적으로는, 복수의 코일 202는, 가동자(101)의 상면에 있어서 R측 및 L측 각각의 단부에 설치된 2개의 요크판(103)에 Z방향으로 윗쪽에서 대향 가능하게 X방향에 평행한 2열로 배치되어 설치되어 있다.
복수의 코일 208은, 가동자(101)의 측면에 설치된 요크판(103)에 Y방향을 따라 대향 가능하게 고정자(201)에 X방향을 따라 부착되어 설치되어 있다. 구체적으로는, 복수의 코일 208은, 가동자(101)의 R측 및 L측 각각의 측면에 설치된 2개의 요크판(103)에 Y방향으로 측방향으로부터 대향 가능하게 X방향에 평행한 2열로 배치되어 설치되어 있다.
복수의 코일 207은, 가동자(101)의 상면에 설치된 도전판(107)에 Z방향을 따라 대향 가능하게 고정자(201)에 X방향을 따라 부착되어 설치되어 있다. 구체적으로는, 복수의 코일 207은, 가동자(101)의 상면에 있어서 중앙부에 설치된 도전판(107)에 Z방향으로 윗쪽에서 대향 가능하게 X방향에 평평한 1열로 배치되어 설치되어 있다.
고정자(201)는, 전류가 인가되는 각 코일 202, 207, 208에 의해, 반송 방향으로 이동가능한 가동자(101)에 힘을 인가한다. 이에 따라, 가동자(101)는 위치 및 자세가 제어되면서 반송 방향으로 반송된다.
이때, 코일 202, 207, 208의 설치 장소는 상기한 예에 한정되는 것은 아니고, 적절히 변경할 수 있다. 또한, 코일 202, 207, 208의 설치 수는 적절히 변경할 수 있다.
리니어 인코더(204), Y 센서(205) 및 Z 센서(206)는, 반송 방향으로 이동하는 가동자(101)의 위치 및 자세를 검출하는 검출부로서 기능한다.
리니어 인코더(204)는, 가동자(101)에 설치된 리니어 스케일(104)을 판독 가능하게 고정자(201)에 부착되어 설치되어 있다. 리니어 인코더(204)는, 리니어 스케일(104)을 판독함으로써 가동자(101)의 리니어 인코더(204)에 대한 상대적인 위치를 검출한다.
Y 센서(205)는, 가동자(101)에 설치된 Y 타겟(105)에 대한 Y방향의 거리를 검출 가능하게 고정자(201)에 부착되어 설치되어 있다. Z 센서(206)는, 가동자(101)에 설치된 Z 타겟(106)에 대한 Z방향의 거리를 검출 가능하게 고정자(201)에 부착되어 설치되어 있다.
가동자(101)는, 예를 들면, 가동자(101)의 위 또는 아래에 워크피스(102)가 부착 또는 유지되어 반송되도록 구성되어 있다. 이때, 도2에는, 워크피스(102)가 가동자(101)의 아래에 부착된 상태를 나타내고 있다. 이때, 워크피스(102)를 가동자(101)에 부착 또는 유지하기 위해 사용된 기구는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 기계적인 후크, 정전 척 등의 일반적인 부착 기구, 일반적인 유지 기구 등을 사용해도 된다.
이때, 도2에는, 워크피스(102)에 대해 가공 작업을 실행하는 공정장치의 예인 증착장치(701)의 챔버 내에 가동자(101) 및 고정자(201)가 끼워넣어지는 경우를 나타내고 있다. 증착장치(701)는, 가동자(101)에 부착된 워크피스(102)에 대해 증착을 행하는 증착원(702)을 갖고 있다. 증착원(702)은, 가동자(101)의 하부에 부착된 워크피스(102)에 증착원(702)이 대향 가능하게 증착장치(701)의 챔버 내의 하부에 설치되어 있다. 증착원(702)의 설치 장소에 반송된 가동자(101)의 하부에 부착된 워크피스(102)인 기판에는, 증착원(702)을 사용한 증착에 의해, 금속, 산화물 등의 박막이 막형성된다. 이와 같이, 가동자(101)와 함께 워크피스(102)가 반송되고, 반송된 워크피스(102)에 대해 공정장치에 의해 가공이 실행되어 물품이 제조된다.
또한, 도1은, 고정자 201a와 고정자 201b 사이에, 예를 들면, 게이트밸브 등의 구조물(100)이 존재하고 있는 장소를 포함하는 영역을 나타내고 있다. 구조물(100)이 존재하는 장소는, 생산 라인 내 또는 생산 라인 사이의 복수의 스테이션의 사이에 놓이는, 전자석이나 코일의 연속적인 배치가 가능하지 않은 장소에 존재한다.
반송 시스템(1)에는, 반송 시스템(1)을 제어하는 제어 시스템(3)이 설치되어 있다. 이때, 제어 시스템(3)은, 반송 시스템(1)의 일부를 구성할 수 있다. 제어 시스템(3)은, 통합 콘트롤러(301)와, 코일 콘트롤러(302)와, 코일 유닛 콘트롤러(303)와, 센서 콘트롤러(304)를 갖고 있다. 통합 콘트롤러(301)에는, 코일 콘트롤러(302) 및 센서 콘트롤러(304)가 통신 가능하게 접속되어 있다. 코일 콘트롤러(302)에는, 복수의 코일 유닛 콘트롤러(303)가 통신 가능하게 접속되어 있다. 센서 콘트롤러(304)에는, 복수의 리니어 인코더(204), 복수의 Y 센서(205), 복수의 Z 센서(206)가 통신 가능하게 접속되어 있다. 각 코일 유닛 콘트롤러(303)에는, 코일 202, 207, 208이 접속되어 있다(도3 참조).
통합 콘트롤러(301)는, 센서 콘트롤러(304)로부터 송신되는 리니어 인코더(204), Y 센서(205) 및 Z 센서(206)로부터의 출력에 근거하여, 복수의 코일 202, 207, 208에 인가할 전류 지령값을 결정한다. 통합 콘트롤러(301)는, 결정한 전류 지령값을 코일 콘트롤러(302)에 송신한다. 코일 콘트롤러(302)는, 통합 콘트롤러(301)로부터 수신한 전류 지령값을 각 코일 유닛 콘트롤러(303)에 송신한다. 코일 유닛 콘트롤러(303)는, 코일 콘트롤러(302)로부터 수신한 전류 지령값에 근거하여, 접속된 코일 202, 207, 208의 전류량을 제어한다.
통합 콘트롤러(301)에는, RFID 리더(513)가 통신 가능하게 접속되어 있다. RFID 리더(513)는, 가동자(101)의 RFID 태그(512)를 판독함으로써 해당 가동자(101)의 개별 ID를 취득한다. RFID 리더(513)는, 취득한 개별 ID를 통합 콘트롤러(301)에 송신한다. 통합 콘트롤러(301)는, RFID 리더(513)로부터 송신되는 가동자(101)의 개별 ID를 수신 및 인식하여, 가동자(101)를 식별할 수 있다. RFID 리더(513)는, 고정자(201)에 의해 구성되는 반송로에 있어서 1 또는 복수의 위치에 설치되어 있다.
도3에 나타낸 것과 같이, 각각의 코일 유닛 콘트롤러(303)에는, 1개 또는 복수개의 코일 202, 207, 208이 접속되어 있다. 코일 202, 207, 208 각각에는, 전류 센서(312) 및 전류 콘트롤러(313)가 접속되어 있다. 전류 센서(312)는, 접속된 코일 202, 207, 208에 흐르는 전류값을 검출한다. 전류 콘트롤러(313)는, 접속된 코일 202, 207, 208에 흐르는 전류량을 제어한다.
코일 유닛 콘트롤러(303)는, 코일 콘트롤러(302)로부터 수신한 전류 지령값에 근거하여, 전류 콘트롤러(313)에게 원하는 전류량 및 전류를 흘리는 타이밍을 지령한다. 전류 콘트롤러(313)는, 전류 센서(312)에 의해 검출된 전류값을 검출해서 각각의 코일 202, 207, 208에 대해 원하는 전류량의 전류가 흐르도록 전류량을 제어한다.
다음에, 본 실시형태에 따른 반송 시스템(1)을 제어하는 제어 시스템에 대해 도4를 참조하여 더 설명한다. 도4는, 본 실시형태에 따른 반송 시스템(1)을 제어하는 제어 시스템(3)을 도시한 개략도다.
도4에 나타낸 것과 같이, 제어 시스템(3)은, 통합 콘트롤러(301)와, 코일 콘트롤러(302)와, 코일 유닛 콘트롤러(303)와, 센서 콘트롤러(304)를 갖고 있다. 제어 시스템(3)은, 가동자(101)와 고정자(201)를 포함하는 반송 시스템(1)을 제어하는 제어부로서 기능한다. 통합 콘트롤러(301)에는, 코일 콘트롤러(302), 센서 콘트롤러(304) 및 RFID 리더(513)가 통신 가능하게 접속되어 있다.
코일콘트롤러(302)에는 복수의 코일 유닛 콘트롤러(303)가 통신 가능하게 접속되어 있다. 코일 콘트롤러(302) 및 이것에 접속된 복수의 코일 유닛 콘트롤러(303)는, 코일 202, 207, 208의 각각의 열에 관련되어 설치되어 있다. 각 코일 유닛 콘트롤러(303)에는 코일 202, 207, 208이 접속되어 있다. 코일 유닛 콘트롤러(303)는, 접속된 코일 202, 207, 208의 전류의 크기를 제어할 수 있다.
코일 콘트롤러(302)는, 접속된 각각의 코일 유닛 콘트롤러(303)에 대해 목표가 되는 전류값을 지령한다. 코일 유닛 콘트롤러(303)는, 접속된 코일 202, 207, 208의 전류량을 제어한다.
센서 콘트롤러(304)에는, 복수의 리니어 인코더(204), 복수의 Y 센서(205) 및 복수의 Z 센서(206)가 통신 가능하게 접속되어 있다.
복수의 리니어 인코더(204)는, 가동자(101)의 반송중에도 리니어 인코더(204)들 중의 1개가 1대의 가동자(101)의 위치를 측정할 수 있도록 하는 간격으로 고정자(201)에 부착되어 있다. 또한, 복수의 Y 센서(205)는, Y 센서(205)들 중의 2개가 1대의 가동자(101)의 Y 타겟(105)을 측정할 수 있도록 하는 간격으로 고정자(201)에 부착되어 있다. 또한, 복수의 Z 센서(206)는, 2열의 Z 센서(206)들 중 3개가 항상 1대의 가동자(101)의 Z 타겟(106)을 측정할 수 있도록 하는 간격으로 또한 면을 이루도록 고정자(201)에 부착되어 있다.
통합 콘트롤러(301)는, 리니어 인코더(204), Y 센서(205) 및 Z 센서(206)로부터의 출력에 근거하여, 복수의 코일 202에 인가할 전류 지령값을 결정하고, 전류 지령값을 코일 콘트롤러(302)에 송신한다. 코일 콘트롤러(302)는, 통합 콘트롤러(301)로부터의 전류 지령값에 근거하여, 전술한 것과 같이 코일 유닛 콘트롤러(303)에 대해 전류값 및 전류를 흘리는 타이밍을 지령한다. 이에 따라, 통합 콘트롤러(301)는, 제어부로서 기능하여, 고정자(201)를 따라 가동자(101)를 비접촉으로 반송하는 동시에, 반송된 가동자(101)의 자세를 6축에서 제어한다.
통합 콘트롤러(301)는, 가동자(101)에 부착되어 있는 RFID 태그(512)를 판독한 RFID 리더(513)로부터 수신한 가동자(101)의 개별 ID에 의해 가동자(101)를 식별할 수 있다. 이에 따라, 통합 콘트롤러(301)는, 각각의 가동자(101)에 대해 개별의 파라미터를 적용해서 가동자(101)의 동작을 제어할 수 있다.
다음에, 본 실시형태에 따른 가동자(101)의 이동 기기 차이를 보정하기 위한 보정값의 취득방법에 대해 도5a 및 도5b를 참조하여 설명한다. 도5a 및 도5b는, 본 실시형태에 따른 반송 시스템(1)에 있어서 이동 기기 차이를 보정하기 위한 보정값의 취득방법을 도시한 개략도로서, 보정값의 취득에 있어서 복수의 가동자(101)에 공통으로 사용되는 공통의 측정 지그(500)를 나타내고 있다. 도5a는, -X방향에서 본 공통의 측정 지그(500)를 나타내고 있다. 도5b는, -Z방향에서 본 공통의 측정 지그(500)를 나타내고 있다.
공통의 측정 지그(500)는, 고정자(201)와 유사한 리니어 인코더(204)와, 거리 측정수단으로서의 레이저 변위계(502)를 갖고 있다. 리니어 인코더(204)는, 공통의 측정 지그(500)에 설치된 가동자(101)의 리니어 스케일(104)을 판독 가능하게 공통의 측정 지그(500)에 장착되어 있다. 레이저 변위계(502)는, 공통의 측정 지그(500)에 설치된 가동자(101)의 X방향의 위치를 검출 가능하게 공통의 측정 지그(500)에 설치되어 있다. 공통의 측정 지그(500)는, 복수의 가동자(101)의 각각에 대해, 가동자(101)의 이동 기기 차이에 관한 정보인 기기 차이 정보를 취득하기 위해서 사용된다. 기기 차이 정보를 취득하는 가동자(101)의 기기 차이는, X, Y 및 Z 방향의 각 방향에 관한 기기 차이를 포함한다.
공통의 측정 지그(500)에 있어서는, 리니어 인코더(204)에 의해 가동자(101)의 리니어 스케일(104)을 판독함으로써, 공통의 측정 지그(500)에 설치된 가동자(101)의 X방향의 위치가 검출 가능하다. 레이저 변위계(502)를 사용한 측정에 의해, 마찬가지로 공통의 측정 지그(500)에 설치된 가동자(101)의 X방향의 위치가 검출 가능하다.
RFID 리더(513)를 사용하여, 공통의 측정 지그(500)에 설치된 가동자(101)의 RFID 태그(512)를 판독함으로써, 해당 가동자(101)를 식별할 수 있다.
공통의 측정 지그(500)에는, 가동자(101)의 부상 상태를 모의하도록 가동자(101)가 설치된다. 이 경우, 가동자(101)는 베셀 점(Bessel Point)(501)에 지지되거나, 또는 접합점(abutment)(미도시)을 기준으로 사용해도 된다. 공통의 측정 지그(500)에 있어서, 복수의 가동자(101)에 대해 재현이 좋은 공통의 설치를 행하는 것이 중요하다.
여기에서, 가동자(101)의 Z 타겟(106) 중에서, 진행 방향인 +X방향을 향해 우측인 +Y방향측에 배치되는 Z 타겟(106)을 Z 타겟 106R로 정의한다. 가동자(101)의 Z 타겟(106) 중에서, 진행 방향인 +X방향을 향해 좌측인 -Y방향측에 배치되는 Z 타겟(106)을 Z 타겟 106L로 정의한다.
이동 기기 차이를 보정하기 위한 보정값을 취득할 때에, 공통의 측정 지그(500)에 설치된 가동자(101)를, 3차원 측정기(503) 및 레이저 변위계(502)에 의해 측정한다. 구체적으로는, 3차원 측정기(503)가, Y 타겟(105)의 Y방향의 위치, Z 타겟 106R의 Z방향의 위치 및 Z 타겟 106L의 Z방향의 위치를, X방향을 따라 측정한다. 측정시에는, 보정 데이터량을 줄이기 위해, X방향으로 예를 들면 1mm의 증분으로 측정을 행해도 된다. 레이저 변위계(502)에 의해 가동자(101)의 X방향의 위치를 측정한다.
마찬가지로, 복수의 가동자(101)에 대해, 3차원 측정기(503)에 의해, Y 타겟(105)의 Y방향의 위치, Z 타겟 106R의 Z방향의 위치 및 Z 타겟 106L의 Z방향의 위치를 X방향을 따라 측정한다. 마찬가지로, 레이저 변위계(502)에 의해 복수의 가동자(101)의 X방향의 위치를 측정한다.
도6은, 가동자(101)의 Y 타겟(105), Z 타겟 106R 및 Z 타겟 106L에 대해 전술한 것과 같이 측정한 데이터의 예를 나타내고 있다.
도6에서, 상단 부분은 측정 대상의 Y 타겟(105), Z 타겟 106R 및 Z 타겟 106L을 나타내고, 하단 부분은 측정한 데이터의 그래프를 나타낸다. 하단 부분에 나타낸 그래프에 있어서, 횡축은 측정 개소의 X축의 위치를 나타내고 있다. 종축은, 공통의 측정 지그(500)에 가동자(101)를 설치했을 때의 설계값으로부터 측정한 값을 빼서 얻어진 값을 오차 Err로서 나타내고 있다. 그래프에서, Err105는 Y 타겟(105)에 대한 오차 Err를 나타내고, Err106R은 Z 타겟 106R에 대한 오차 Err를 나타내고, Err106L은 Z 타겟 106L에 대한 오차 Err를 나타내고 있다.
오차 Err는, 각 타겟의 센서에 의해 판독되는 타겟면의 설계값으로부터의 어긋남이다. 즉, Err105는, Y 센서(205)가 Y 타겟(105)을 판독할 때, 각 가동자(101)에 고유한 판독 오차가 된다. Err106R는, Z 센서(206)가 Z 타겟 106R을 판독할 때, 각 가동자(101)에 고유한 판독 오차가 된다. Err106L은, Z 센서(206)가 Z 타겟 106L을 판독할 때, 각 가동자(101)에 고유한 판독 오차가 된다.
이들 Y 센서(205)의 판독 오차 및 Z 센서(206)의 판독 오차는 각 가동자(101)의 부상시의 자세의 이동 기기 차이가 된다. 이후, Y 센서(205)의 판독 오차를 Cy로 표기하고, Z 센서(206)의 판독 오차를 Cz로 표기한다. 판독 오차 Cy는, 가동자(101)의 Y방향에 관한 이동 기기 차이이다. 판독 오차 Cz는, 가동자(101)의 Z방향에 관한 이동 기기 차이이다. 판독 오차 Cy 및 Cz는, 가동자(101)의 반송 제어에 있어서, 가동자(101)의 이동 기기 차이를 보정하기 위한 보정값으로서 사용된다.
이때, 측정한 데이터를 보정값으로서 사용할 때에는, 복수의 측정점으로부터, 라그랑지에 보간 등의 방법을 이용해서 측정점 사이의 데이터를 보간할 수 있다.
이들 판독 오차 Cy, Cz는, 통합 콘트롤러(301)에 의해 RFID 태그(512)에 등록되어 있는 가동자(101)의 개별 ID와 관련되고, 센서의 기기 차이 정보(521)(도7 참조)로서 반도체 기억장치, 자기 기억장치 등의 기억부에 기억된다. 이때, 판독 오차 Cy, Cz는, 통합 콘트롤러(301)에 의해 참조가능한 외부의 기억장치에 기억되어도 된다.
한편, 가동자(101)의 X방향의 위치의 기기 차이 Cx는, 레이저 변위계(502)에 의한 측정 결과에 근거하여, 다음 식 (X1)에 의해 계산할 수 있다.
Cx=(Ref_Lx-Lx)-(Ref_Ex-Ex) …식 (X1)
여기에서, Ex, Lx, Ref_Lx, Ref_Ex는, 각각 이하를 나타내고 있다.
Ex: 공통의 측정 지그(500)에 장착된 리니어 인코더(204)의 측정값
Lx: 레이저 변위계(502)의 측정값
Ref_Lx: 레이저 변위계(502)로부터 가동자(101)까지의 X방향의 위치의 설계값
Ref_Ex: 리니어 인코더(204)의 부착 위치의 설계값
이와 같이 해서, 가동자(101)의 X방향에 관한 이동 기기 차이인 기기 차이 Cx가 취득된다. 이 X방향의 위치의 기기 차이 Cx는, 통합 콘트롤러(301)에 의해 RFID 태그(512)에 등록되어 있는 가동자(101)의 개별 ID와 관련되고, X방향의 차이 정보(520)(도7 참조)로서 반도체 기억장치, 자기 기억장치 등의 기억부에 기억된다. 이때, 기기 차이 Cx는 통합 콘트롤러(301)가 참조가능한 외부의 기억장치에 기억되어도 된다.
이하, 통합 콘트롤러(301)에 의해 실행되는 가동자(101)의 자세 제어방법에 대해 도7을 참조하여 설명한다. 도7은, 본 실시형태에 따른 반송 시스템(1)에 있어서의 가동자(101)의 자세 제어방법을 도시한 개략도다. 도7은, 가동자(101)의 자세 제어방법의 개략에 대해 주로 그 데이터의 흐름에 주목해서 나타낸 것이다. 통합 콘트롤러(301)는, 이하에서 설명한 것과 같이, 가동자 위치 산출 함수(401), 가동자 자세 산출 함수(402), 가동자 자세 제어 함수(403) 및 코일 전류 산출 함수(404)를 사용한 처리를 실행한다. 이에 따라, 통합 콘트롤러(301)는, 가동자(101)의 자세를 6축에서 제어하면서, 가동자(101)의 반송을 제어한다. 이때, 통합 콘트롤러(301) 대신에, 코일 콘트롤러(302)가 통합 콘트롤러(301)와 동일한 처리를 실행할 수 있다.
우선, 가동자 위치 산출 함수(401)는, 복수의 리니어 인코더(204)로부터의 측정값, 그것의 부착 위치의 정보, 및 가동자(101)의 X방향의 기기 차이 정보(520)로부터, 반송로를 구성하는 고정자(201) 위에 있는 가동자(101)의 대수 및 위치를 계산한다. 이때, 가동자 위치 산출 함수(401)는, 가동자(101)의 RFID 태그(512)에 등록되어 있는 개별 ID와 관련되어 기억된 X방향의 기기 차이 정보(520)를 사용함으로써, 가동자(101) 각각의 이동 기기 차이를 보정할 수 있다.
상기한 계산에 따라, 가동자 위치 산출 함수(401)는, 가동자(101)에 관한 정보인 가동자 정보(406)의 가동자 위치 정보(X) 및 대수 정보를 갱신한다. 가동자 위치 정보(X)는, 고정자(201) 위의 가동자(101)의 반송 방향인 X방향에 있어서의 가동자(101)의 위치를 나타내고 있다. 가동자 정보(406)는, 예를 들면, 도7 중에 POS-1, POS-2, …으로 나타낸 것과 같이 고정자(201) 위의 가동자(101)마다 준비된다.
다음에, 가동자 자세 산출 함수(402)는, 가동자 위치 산출 함수(401)에 의해 갱신된 가동자 정보(406)의 가동자 위치 정보(X)로부터, 각각의 가동자(101)를 측정가능한 Y 센서(205) 및 Z 센서(206)를 특정한다.
다음에, 가동자 자세 산출 함수(402)는, 각각의 가동자(101)의 자세에 관한 정보인 자세 정보(Y, Z, Wx, Wy, Wz)를 산출해서 가동자 정보(406)를 갱신한다. 가동자 자세 산출 함수(402)는, 특정된 Y 센서(205) 및 Z 센서(206)로부터 출력되는 값과 Y 타겟(105), Z 타겟 106R 및 Z 타겟 106L의 센서의 기기 차이 정보(521)에 근거하여, 자세(Y, Z, Wx, Wy, Wz)를 산출한다. 이때, 가동자 자세 산출 함수(402)는, 가동자(101)의 RFID 태그(512)에 등록되어 있는 개별 ID와 관련되어 기억된 센서의 기기 차이 정보(521)를 사용함으로써, 가동자(101) 개별의 기기 차이를 보정할 수 있다. 가동자 자세 산출 함수(402)에 의해 갱신된 가동자 정보(406)는, 가동자 위치 정보(X) 및 자세 정보(Y, Z, Wx, Wy, Wz)를 포함하고 있다.
다음에, 가동자 자세 제어 함수(403)는, 가동자 위치 정보(X) 및 자세 정보(Y, Z, Wx, Wy, Wz)를 포함하는 현재의 가동자 정보(406) 및 자세 목표값으로부터, 각각의 가동자(101)에 대한 인가력 정보(408)를 산출한다. 인가력 정보(408)는, 각각의 가동자(101)에 인가해야 할 힘의 크기에 관한 정보이다. 인가력 정보(408)는, 인가해야 할 힘 T의 힘의 3축 성분(Tx, Ty, Tz) 및 힘 T의 토크의 3축 성분(Twx, Twy, Twz)에 대한 정보를 포함하고 있다. 인가력 정보(408)는, 예를 들면, 도7에 TRQ-1, TRQ-2, …로 나타낸 한 것과 같이 고정자(201) 위의 가동자(101)마다 준비된다.
여기에서, 힘의 3축 성분인 Tx, Ty, Tz는, 각각 힘의 X방향 성분, Y방향 성분 및 Z방향 성분이다. 또한, 토크의 3축 성분인 Twx, Twy, Twz는, 각각 토크의 X축 주위 성분, Y축 주위 성분 및 Z축 주위 성분이다. 본 실시형태에 따른 반송 시스템(1)은, 이들 힘 T의 6축 성분(Tx, Ty, Tz, Twx, Twy, Twz)을 제어함으로써, 가동자(101)의 자세를 6축에서 제어하면서, 가동자(101)의 반송을 제어한다.
다음에, 코일 전류 산출 함수(404)는, 인가력 정보(408) 및 가동자 정보(406)에 근거하여, 각 코일 202, 207, 208에 인가된 전류 지령값(409)을 결정한다.
이와 같이 해서, 통합 콘트롤러(301)는, 가동자 위치 산출 함수(401), 가동자 자세 산출 함수(402), 가동자 자세 제어 함수(403) 및 코일 전류 산출 함수(404)를 사용한 처리를 실행함으로써, 전류 지령값(409)을 결정한다. 통합 콘트롤러(301)는, 결정한 전류 지령값(409)을 코일 콘트롤러(302)에 송신한다.
가동자(101)의 위치 및 자세의 제어에 대해 도8을 참조하여 더 상세하게 설명한다. 도8은 가동자(101)의 위치 및 자세를 제어하기 위해 사용된 제어 블록의 일례를 도시한 개략도다.
도8에 있어서, 부호 P는, 가동자(101)의 위치 및 자세(위치 자세 또는 상태라고도 한다)를 나타내며, (X, Y, Z, Wx, Wy, Wz) 성분을 갖는다. 부호 ref는, (X, Y, Z, Wx, Wy, Wz)의 목표값을 나타낸다. 부호 err는, 목표값 ref와 위치 및 자세 P 사이의 편차를 나타낸다.
가동자 자세 제어 함수(403)는, 편차 err의 크기, 편차 err의 변화, 편차 err의 적산값 등에 근거하여, 목표값 ref를 실현하기 위해서 가동자(101)에 인가해야 할 힘 T를 산출한다.
코일 전류 산출 함수(404)는, 인가해야 할 힘 T 및 위치 및 자세 P에 근거하여, 가동자(101)에 힘 T를 인가하기 위해 코일 202, 207, 208에 인가해야 할 코일 전류 I를 산출한다. 이와 같이 해서 산출된 코일 전류 I가 코일 202, 207, 208에 인가됨으로써, 힘 T가 가동자(101)에 작용해서, 위치 및 자세 P가 목표값 ref로 변화한다.
이와 같이 제어 블록을 구성함으로써, 가동자(101)의 위치 및 자세 P를 원하는 목표값 ref로 제어하는 것이 가능하게 된다.
이하, 가동자 위치 산출 함수(401)에 따른 처리에 대해 도9a 및 도9b를 참조하여 설명한다. 도9a 및 도9b는, 가동자 위치 산출 함수에 따른 처리를 설명하는 개략도다.
도9a에 있어서, 기준점 Oe는, 리니어 인코더(204)가 부착되어 있는 고정자(201)의 위치 기준에 해당한다. 또한, 기준점 Os는, 가동자(101)에 부착되어 있는 리니어 스케일(104)의 위치 기준에 해당한다. 도9a는, 가동자(101)로서 2대의 가동자 101a, 101b가 반송되고 리니어 인코더(204)로서 3개의 리니어 인코더 204a, 204b, 204c가 배치되어 있는 경우를 나타내고 있다. 이때, 리니어 스케일(104)은, 각 가동자 101a, 101b의 동일한 위치에 X방향을 따라 부착되어 있다.
예를 들면, 도9a에 나타낸 가동자 101b의 리니어 스케일(104)에는 1개의 리니어 인코더 204c가 대향하고 있다. 리니어 인코더 204c는, 가동자 101b의 리니어 스케일(104)을 판독해서 거리 Pc을 출력한다. 또한, 리니어 인코더 204c의 기준점 Oe를 원점으로 하는 X축 상의 위치는 Sc이다. 따라서, 가동자 101b의 위치Pos(101b)는 다음 식 (1)에 의해 산출할 수 있다.
Pos(101b)=Sc-Pc …식 (1)
예를 들면, 도9a에 나타낸 가동자 101a의 리니어 스케일(104)에는, 2개의 리니어 인코더 204a, 204b가 대향하고 있다. 리니어 인코더 204a는, 가동자 101a의 리니어 스케일(104)을 판독해서 거리 Pa를 출력한다. 또한, 리니어 인코더 204a의 기준점 Oe를 원점으로 하는 X축 상의 위치는 Sa이다. 따라서, 리니어 인코더 204a의 출력에 근거한 가동자 101a의 X축 상의 위치 Pos(101a)는 다음 식 (2)으로 산출할 수 있다.
Pos(101a)=Sa-Pa …식 (2)
또한, 리니어 인코더 204b는, 가동자 101a의 리니어 스케일(104)을 판독해서 거리 Pb을 출력한다. 또한, 리니어 인코더 204b의 기준점 Oe를 원점으로 하는 X축 상의 위치는 Sb이다. 따라서, 리니어 인코더 204b의 출력에 근거한 가동자 101a의 X축 상의 위치 Pos(101a)'은, 다음 식 (3)에 의해 산출할 수 있다.
Pos(101a)'=Sb-Pb …식 (3)
여기에서, 각각의 리니어 인코더 204a, 204b의 위치는 미리 정확하게 측정되었기 때문에, 2개의 값 Pos(101a), Pos(101a)'의 차이가 충분히 작다. 이와 같이 2개의 리니어 인코더(204)의 출력에 근거한 가동자(101)의 X축 상의 위치의 차이가 충분히 작은 경우에는, 이들 2개의 리니어 인코더(204)는 동일한 가동자(101)의 리니어 스케일(104)을 관측하고 있다고 판정할 수 있다.
이때, 복수의 리니어 인코더(204)가 동일한 가동자(101)와 대향하는 경우에는, 복수의 리니어 인코더(204)의 출력에 근거한 위치의 평균값을 산출하는 것 등을 하여, 관측된 가동자(101)의 위치를 고유하게 결정할 수 있다.
또한, 가동자(101)는 Z축 주위로 회전량 Wz만큼 회전할 수 있다. 이 회전량 Wz의 변위를 사용한 가동자(101)의 위치의 보정이 필요한 경우에 대해 도9b를 참조하여 설명한다. 도9b는, 가동자 101b의 Y방향의 측면들 중에서 한쪽의 측면에 리니어 스케일(104)이 부착되어 있는 경우를 나타낸다. 위치 Os는 리니어 스케일(104)의 원점이고, 위치 Oc는 가동자 101b의 원점이다. 가동자 101b의 중심 Oc으로부터 리니어 스케일(104)까지의 거리가 D일 때, 가동자 101b의 위치 Pos(101b)는 다음 식 (1b)을 사용해서 계산함으로써, 보다 정확한 가동자 101b의 위치를 얻을 수 있다.
Pos(101b)=Sc-Pc-Wz*D …식 (1b)
또한, 가동자 101b의 X방향의 위치의 이동 기기 차이인 기기 차이 Cx(101b)을 고려하면, 가동자 101b의 위치 Pos(101b)는, 다음 식 (1c)을 사용해서 계산함으로써, 보다 정확한 가동자 101b의 위치를 얻을 수 있다.
Pos(101b)=Sc-Pc-Wz*D+Cx(101b) …식 (1c)
가동자 위치 산출 함수(401)는, 전술한 것과 같이 해서 리니어 인코더(204)의 출력에 근거하여, 가동자 위치 정보로서 가동자(101)의 X방향에 있어서의 위치 X를 산출해서 결정한다. 위치 X를 산출할 때, 가동자 위치 산출 함수(401)는, 가동자(101)의 X방향의 위치의 기기 차이 Cx를 고려함으로써, 가동자(101) 개별의 이동 기기 차이를 보정할 수 있다.
다음에, 가동자 자세 산출 함수(402)를 사용한 처리에 대해 도10, 도11a 및 도11b를 참조하여 설명한다.
도10은, 가동자(101)로서 가동자 101c가 반송되고, Y 센서(205)로서 Y 센서 205a, 205b가 배치되어 있는 경우를 나타내고 있다. 도10에 나타낸 가동자 101c의 Y 타겟(105)에는 2개의 Y 센서 205a, 205b가 대향하고 있다. 2개의 Y 센서 205a, 205b가 출력하는 상대 거리의 값이 각각 Ya, Yb이고 Y 센서 205a, 205b 사이의 간격이 Ly인 경우, 가동자 101c의 Z축 주위의 회전량 Wz는 다음 식 (4)에 의해 산출된다.
Wz=(Ya-Yb)/Ly …식 (4)
여기에서, Y 센서 205a, 205b의 판독 오차 Cy를 각각 판독 오차 Cy(205a, 101c), Cy(205b, 101c)로 표시한다. 그러면, Y 센서 205a, 205b의 출력의 값 Ya, Yb은, 각각 판독 오차 Cy(205a, 101c), Cy(205b, 101c)을 고려해서 보정할 수 있다. 각각 판독 오차 Cy(205a, 101c), Cy(205b, 101c)을 고려한 보정후의 Y 센서 205a, 205b의 출력 값 Ya', Yb'은, 각각 다음 식 (4a) 및 (4b)으로 표시된다.
Ya'=Ya+Cy(205a, 101c) …식 (4a)
Yb'=Yb+Cy(205b, 101c) …식 (4b)
Y 센서 205a, 205b의 판독 오차 Cy(205a, 101c), Cy(205b, 101c)을 고려한 보정후의 가동자 101c의 Z축 주위의 회전량 Wz'은 다음 식 (4c)에 의해 산출된다.
Wz'=(Ya'-Yb')/Ly …식 (4c)
이때, 가동자(101)의 위치에 따라서는. 3개 이상의 Y 센서(205)가 가동자(101)의 Y 타겟과 대향할 수도 있다. 이 경우, 최소 제곱법 등을 사용해서 Y 타겟(105)의 기울기, 즉 Z축 주위의 회전량 Wz'을 산출할 수 있다.
도11a 및 도11b는, 가동자(101)로서 가동자 101d가 반송되고, Z 센서(206)로서 Z 센서 206a, 206b, 206c가 배치되어 있는 경우를 나타내고 있다. 도11a 및 도11b에 나타낸 가동자 101d의 Z 타겟(106)에는 3개의 Z 센서 206a, 206b, 206c가 대향하고 있다. 여기에서, 3개의 Z 센서 206a, 206b, 206c가 출력하는 상대 거리의 값을 각각 Za, Zb, Zc로 한다. 또한, X방향의 센서간 거리, 즉 Z 센서 206a, 206b 사이의 거리를 Lz1으로 한다. 또한, Y방향의 센서간 거리, 즉 Z 센서 206a, 206c 사이의 거리를 Lz2로 한다. 그러면, Y축 주위의 회전량 Wy 및 X축 주위의 회전량 Wx는 각각 다음 식 (5a) 및 (5b)에 의해 산출할 수 있다.
Wy=(Zb-Za)/Lz1 …식 (5a)
Wx=(Zc-Za)/Lz2 …식 (5b)
Z 센서 206a, 206b, 206c의 판독 오차 Cz를 각각 Cz(206a, 101d), Cz(206b, 101d), Cz(206c, 101d)로 표시한다. 그러면, Z 센서 206a, 206b, 206c의 출력의 값 Za, Zb, Zc은, 각각 판독 오차 Cz(206a, 101d), Cz(206b, 101d), Cz(206c, 101d)을 고려해서 보정할 수 있다. 판독 오차 Cz(206a, 101d), Cz(206b, 101d), Cz(206c, 101d)을 고려한 보정후의 Z 센서 206a, 206b, 206c의 출력의 값 Za', Zb', Zc'은, 각각 다음 식 (5c), (5d) 및 (5e)로 표시된다.
Za'=Za+Cz(206a, 101d) …식 (5c)
Zb'=Zb+Cz(206b, 101d) …식 (5d)
Zc'=Zc+Cz(206c, 101d) …식 (5e)
Z 센서 206a, 206b의 판독 오차 Cz(206a, 101d), Cz(206b, 101d)을 고려한 보정후의 가동자 101d의 Y축 주위의 회전량 Wy'은 다음 식 (5f)에 의해 산출할 수 있다.
Wy'=(Zb'-Za')/Lz1 …식 (5f)
Z 센서 206a, 206c의 판독 오차 Cz(206a, 101d), Cz(206c, 101d)을 고려한 보정후의 가동자 101d의 X축 주위의 회전량 Wx'은 다음 식 (5g)에 의해 산출할 수 있다.
Wx'=(Zc'-Za')/Lz2 …식 (5g)
가동자 자세 산출 함수(402)는, 전술한 것과 같이 Y 센서(205)의 판독 오차 Cy 및 Z 센서(206)의 판독 오차 Cz를 고려한 보정을 행함으로써, 가동자(101)의 자세 정보로서 각 축 주위의 회전량 Wx', Wy', Wz'을 산출할 수 있다.
또한, 가동자 자세 산출 함수(402)를 사용하여, 다음과 같이 해서 가동자(101)의 자세 정보로서 가동자(101)의 Y방향의 위치 Y 및 Z방향의 위치 Z를 산출할 수 있다.
우선, 가동자(101)의 Y방향의 위치 Y의 산출에 대해 도10을 참조하여 설명한다. 도10에 있어서, 가동자 101c가 대항하는 2개의 Y 센서(205)를 각각 Y 센서 205a, 205b로 한다. 또한, Y 센서 205a, 205b의 측정값을 각각 Ya, Yb로 한다. 또한, Y 센서 205a의 위치와 Y 센서(205)b의 위치의 중점을 Oe'로 표기한다. 더구나, 식 (1) 내지 (3)에서 얻어진 가동자 101c의 위치를 Os'로 표기하고, Oe'으로부터 Os'까지의 거리를 dX'로 표기한다. 이때, 가동자 101c의 Y방향의 위치 Y는 다음 식을 사용한 근사 계산에 의해 산출할 수 있다.
Y=(Ya+Yb)/2-Wz*dX' …식 (6)
가동자 101c의 Y방향의 위치 Y는, Y 센서 205a, 205b의 판독 오차 Cy(205a, 101c), Cy(205b, 101c)을 고려해서 보정할 수 있다. 판독 오차 Cy(205a, 101c), Cy(205b, 101c)을 고려해서 보정한 가동자 101c의 Y방향의 위치 Y'은 다음 식 (6a)에 의해 근사적으로 산출할 수 있다.
Y'=(Ya'+Yb')/2-Wz'*dX' …식 (6a)
다음에, 가동자(101)의 Z방향의 위치 Z의 산출에 대해 도11a 및 도11b를 참조하여 설명한다. 가동자 101d가 대향하는 3개의 Z 센서(206)를 각각 Z 센서 206a, 206b, 206c로 한다. 또한, Z 센서 206a, 206b, 206c의 측정값을 각각 Za, Zb, Zc로 한다. 또한, Z 센서 206a의 X좌표와 Z 센서 206c의 X좌표는 동일하다. 또한, 리니어 인코더(204)는, Z 센서 206a와 Z 센서 206c의 중간의 위치에 배치되어 있다. 또한, Z 센서 206a 및 Z 센서 206c의 위치 X를 Oe"로 표기한다. 더구나, Oe"로부터 가동자 101d의 중심 Os"까지의 거리를 dX"로 표기한다. 이때, 가동자 101d의 Z방향의 위치 Z는 다음 식에 의해 근사적으로 산출할 수 있다.
Z=(Za+Zb)/2+Wy*dX" …식 (7)
가동자 101d의 Z방향의 위치 Z는, Z 센서 206a, 206b, 206c의 판독 오차 Cz(206a, 101d), Cz(206b, 101d), Cz(206c, 101d)을 고려해서 보정할 수 있다. 판독 오차 Cz(206a, 101d), Cz(206b, 101d), Cz(206c, 101d)을 고려해서 보정한 가동자 101d의 Z방향의 위치 Z'은 다음 식 (7a)에 의해 근사적으로 산출할 수 있다.
Z'=(Za'+Zb')/2+Wy'*dX"… 식 (7a)
이때, 위치 Y 및 위치 Z에 대해 Wz, Wy의 회전량 모두가 큰 경우에는, 더 높은 근사 정밀도에서 계산이 행해질 수 있다.
이와 같이, 통합 콘트롤러(301)는, 가동자 위치 산출 함수(401) 및 가동자 자세 산출 함수(402)를 사용한 처리를 실행함으로써, 가동자(101)의 위치 및 자세를 취득하는 취득부로서 기능한다. 가동자(101)의 위치 및 자세를 취득할 때, 통합 콘트롤러(301)는, 가동자(101)의 X방향의 위치의 기기 차이 Cx, Y 센서(205)의 판독 오차 Cy, 및 Z 센서(206)의 판독 오차 Cz를 고려해서 가동자(101)의 위치 및 자세를 보정할 수 있다.
다음에, 가동자(101)에 원하는 힘 T를 인가하기 위해 사용된 코일 202, 207, 208에 인가하는 전류값의 결정방법에 대해 설명한다. 가동자(101)에 인가하는 힘 T는, 전술한 것과 같이, 힘의 3축 성분인 Tx, Ty, Tz 및 토크의 3축 성분인 Twx, Twy, Twz를 포함한다. 코일 전류 산출 함수(404)를 사용하여 처리를 실행하는 통합 콘트롤러(301)는, 이하에서 설명하는 전류값의 결정방법에 따라 코일 202, 207, 208에 인가할 전류값을 결정할 수 있다.
이때, 코일 202, 207, 208에 의해 인가된 힘 성분 및 토크 성분 중에서, 1개의 힘 성분 또는 토크 성분이 다른 힘 성분 또는 토크 성분에 미치는 영향을 충분히 무시할 수 있는 경우가 있다. 구체적으로는, 코일 202, 207, 208에 의해 인가된 힘 및 토크는, 코일 207에 의해 인가된 X방향의 힘, 코일 208에 의해 인가된 Y방향의 힘 및 Wz 방향의 토크, 및 코일 202에 의해 인가된 Z방향의 힘, Wx 방향의 토크 및 Wy 방향의 토크로 이루어진다. 코일 208에 의해 인가된 Y방향의 힘 및 Wz 방향의 토크는 수평방향으로 작용한다. 코일 202에 의해 인가된 Z방향의 힘, Wx 방향의 토크 및 Wy 방향의 토크는 부상 방향으로 작용한다. 영향을 충분히 무시할 수 있는 경우, 코일 207에 대해서는 X방향의 힘 만을, 코일 208에 대해서는 Y방향의 힘 및 Wz 방향의 토크 만을, 코일 202에 대해서는 Z방향의 힘, Wx 방향의 토크 및 Wy 방향의 토크 만을 고려해서 전류값을 계산할 수 있다. 이하 영향을 충분히 무시할 수 있는 경우에 대해 설명한다.
우선, Z방향의 힘 성분 Tz, Wx 방향의 토크 성분 Twx 및 Wy 방향의 토크 성분 Twy를 가동자(101)에 인가하기 위해 각 코일 202에 인가하는 전류에 대해 도12 내지 도14b를 참조하여 설명한다.
도12는, 가동자(101)에 부착된 요크판(103)에 작용하는 힘과 가동자(101)에 작용하는 힘 성분 Tz 및 토크 성분 Twx, Twy 사이의 관계를 도시한 개략도다.
도12에 있어서, Fzj는 j번째의 코일이 요크판(103)에 인가하는 힘을 나타낸다. 단, 코일 202의 설치 수 N이 2 이상의 정수일 때, j는 1≤j≤N을 만족하는 정수다. 각 힘 Fzj가 인가하는 토크는 토크 성분 Twx, Twy에 기여한다. 각 힘 Fzj가 인가하는 토크는, 그 힘 Fzj 및 작용점과 가동자(101)의 중심 Oc 사이의 거리에 따라 결정된다.
도13은, Z방향의 추력 상수 프로파일(601)을 모식적으로 나타낸 그래프다. 추력 상수 프로파일(601)은, 요크판(103)에 대향하는 부상용의 코일 202에 단위전류를 인가했을 때에 요크판(103)에 작용하는 흡인력을 모식적으로 나타내고 있다. 이 흡인력의 크기는 X방향의 이동에 대해 연속적으로 변화한다.
코일 202의 구성의 예에 대해 도14a 및 도14b를 참조하여 설명한다. 도14a 및 도14b는 코일 202를 도시한 개략도다. 도14a는 코일 202를 Z방향에서 본 도면, 도14b는 코일 202를 X방향에서 본 도면이다.
도14a 및 도14b에 나타낸 것과 같이, 코일 202는 권선(210)과 코어(211)를 갖고 있다. 권선(210)에는 전류 콘트롤러(313)에 의해 전류가 인가된다. 권선(210)에 전류가 인가되면, 자속의 경로인 자로(212)가 형성된다. 이와 같이 해서 형성된 자로(212) 중의 자속에 의해, 코일 202와 요크판(103) 사이에 흡인력이 작용한다.
코일 202에 인가된 전류와 코일 202와 요크판(103) 사이에 작용하는 흡인력의 크기의 관계에 대해 도14a 내지 도 15를 참조해서 더욱 상세히 설명한다. 도15는, 코일 202에 인가된 전류와, 코일 202와 요크판(103) 사이에 작용하는 흡인력의 크기의 관계를 모식적으로 나타낸 그래프다. 도15에 나타낸 그래프에 있어서, 횡축은 코일 202에 인가된 전류랑 I를 나타내고, 종축은 코일 202와 요크판(103) 사이에 작용하는 흡인력의 크기 Fz를 나타내고 있다. 도15에 나타낸 그래프는, 전류량 I에 대한 흡인력의 크기 Fz를 나타낸 흡인력 프로파일(604)을 표시하고 있다.
코일 202와 요크판(103) 사이의 Z방향의 간격이 일정한 경우, 흡인력 Fz는 전류량 I의 제곱에 대략 비례한다. 여기에서, 도15에 나타낸 그래프에서, F0은 가동자(101)에 작용하는 중력 mg을 보상하기 위해 필요한 각 코일에 작용하는 힘의 평균 크기를 나타낸 것이다.
여기에서, 다음과 같이 수치 및 기호를 설정한다.
1개의 코일 202의 코어(211)의 바닥 면적: S=0.01[m2]
1개의 코일 202가 보상하는 가동자(101)의 질량의 일부: F0=100[N](약 10[kg])
진공의 투자율: μ0=4π×10-7
공기 갭: gap[m]
코일의 권선(210)의 감긴 수: n[회]
코일 전류: I[A]
코어(211)와 요크판(103) 사이의 자속밀도: B[T]
코어(211) 및 요크판(103)의 투자율이 진공의 투자율에 대해 충분히 큰 경우, Fz 및 B는 각각 다음 식 (8a) 및 (8b)에 의해 근사적으로 계산할 수 있다.
Fz=S*B2/(2*μ0) …식 (8a)
B=N*I*μ0/(2*gap) …식 (8b)
여기에서, 감긴 수가 500[회], 코일 전류 I0이 1.0[A]일 때, 공기 갭 "gap"은 식 (8a) 및 (8b)에 의해 0.006266[m]으로 계산할 수 있다.
여기에서, 흡인력 프로파일(604)에 있어서, Fz=F0이 되는 I=I0인 점을 Q로 한다. 이 점 Q 주위의 부분에 대해 설명한다.
"gap"이 0.006266[m]으로부터 0.25mm만큼 확대 방향으로 변화한 경우, 확대하는 "gap"을 보상하기 위해, 코일 202에는 보다 큰 기자력을 발생시킬 필요가 있다. "gap"이 0.006516[m]이고 식 (8a) 및 (8b)을 동일한 Fz를 발생하도록 계산하면, 코일 전류 I는 1.0399[A]로 계산된다. 이 정도의 전류값이기 때문에, 가동자(101)의 반송중의 코일 전류의 전류값의 변동은 기준이 되는 코일 전류 I0에 비해 충분히 작다.
따라서, 점 Q의 주위에서는, 전류 I0에 대해 추가로 인가되는 전류 dI와, 전류 dI의 인가에 의해 Z축 방향으로 추가적으로 발생된 힘의 크기 dF 사이에는, 다음 식 (8c)로 표시되는 관계가 성립한다. 이때, 원점 O의 주위에서는 식 (8c)로 표시되는 관계는 성립하지 않는다.
dF∝dI …식 (8c)
여기에서, dF와 dI의 비를 다음 식 (8d)로 정의한다.
dF/dI=Ez …식 (8d)
도13에 나타낸 추력 상수 프로파일(601)에 있어서, Ez(j, P)이 표시되어 있다. Ez(j, P)은 식 (8d)에 나타낸 비를 갖는다. 즉, Ez(j, P)은, 가동자(101)가 위치 자세 P에 있을 때 j번째의 코일 202에 평균적으로 인가하고 있는 전류 I0에 대해 추가로 전류 dI를 인가했을 때, 전류 dI에 대한 Z축 방향으로 추가적으로 발생된 힘의 크기 dF의 비를 나타낸다.
j가 코일 202를 특정하는 지표일 때, 상기한 표기방법에 따라 도12를 참조해서 설명한다. 이하, 간략을 위해, Z방향의 추가적인 힘 dFzj를 간단히 Fzj로 표기하고, 추가적인 전류 dIj를 Ij로 표기한다.
j번째의 코일 202가 발생하는 Z방향의 추가의 힘 Fzj는, Ij를 j번째의 코일 202에 인가하는 추가의 전류로 표시하면, 다음 식 (9a)에 의해 표시된다.
Fzj=Ez(j, P)*Ij …식 (9a)
더구나 X(j, P)를 j번째의 코일 202의 가동자(101)의 원점 Oc에서 본 X방향의 상대 위치로 정의하고, Y(j, P)를 j번째의 코일 202의 가동자(101)의 원점 Oc에서 본 Y방향의 상대 위치로 정의한다. 그러면, Z방향의 힘 성분 Tz, Wx 방향의 토크 성분 Twx 및 Wy 방향의 토크 성분 Twy는, 각각 다음 식 (9b), (9c) 및 (9d)에 의해 표시된다.
Tz=Σ(Ez(j, P)*Ij) …식 (9b)
Twx=Σ(-Ez(j, P)*Y(j, P)*Ij) …식 (9c)
Twy=Σ(Ez(j, P)*X(j, P)*Ij) …식 (9d)
상기 식 (9b), (9c) 및 (9d)을 만족하는 전류 Ij를 각 코일 202에 인가하면, 원하는 힘 성분 및 토크 성분(Tz, Twx, Twy)을 얻을 수 있다.
여기에서 토크 기여 행렬 M을 정의한다. 토크 기여 행렬 M은, 가동자(101)이 위치 자세 P에 있는 경우에 1 내지 j번째의 코일 202의 각각에 대해 단위전류를 인가한 경우의 각 힘 성분 및 토크 성분(Tz, Twx, Twy)에의 기여의 크기를 나타내는 행렬이다. 이와 같이, 토크 기여 행렬 M을 사용하여, 각 코일 202에 인가되는 단위전류에 의해 발생된 힘 성분 및 토크 성분(Tz, Twx, Twy)의 각 성분에 대한 기여에 관한 정보를 사용하여, 각 코일 202에 인가되는 전류값을 결정한다.
토크 기여 행렬 M에서는, 첫째 행이 Z방향과 관련되고, 2째 행이 Wx 방향과 관련되고, 3째 행이 Wy 방향과 관련된다. 그러면, 토크 기여 행렬 M의 1행 j열, 2행 j열 및 3행 j열의 각 요소 M(1,j), M(2,j) 및 M(3,j)은, 각각 다음 식 (10a), (10b) 및 (10c)에 의해 표시된다. 토크 기여 행렬 M은, 3행 N열의 행렬이다. 이때, 토크 기여 행렬 M의 각 행은 서로 선형독립적이다.
M(1,j)=Ez(j, P) …식 (10a)
M(2,j)=-Ez(j, P)*Y(j, P) …식 (10b)
M(3,j)=Ez(j, P)*X(j, P) …식 (10c)
한편, 코일 전류 벡터 Is를 사용하여, 1 내지 N번째의 코일 202에 인가할 전류량 I1 내지 IN을 요소로 하는 열 벡터를 도입한다. 코일 전류 벡터 Is는, 다음 식 (10d)에 의해 표시되는 N행 1열의 열 벡터다.
Is=Tr(I1,I2,…, Ij, …, IN) …식 (10d)
여기에서 토크 벡터 Tq를 다음 식 (11)에 의해 정의한다.
Tq=Tr(Tz, Twx, Twy) …식 (11)
그러면, 식 (9b) 내지 (9d), (10a) 내지 (10d) 및 (11)로부터 다음 식 (12)가 얻어진다.
Tq=M*Is …식 (12)
여기에서, 의사 전류 벡터 K을 도입한다. 의사 전류 벡터 K는, 3행 1열의 열 벡터이며, Tr(M)이 토크 기여 행렬 M의 전치 행렬일 때, 다음 식 (13)을 만족하는 벡터다.
Tr(M)*K=Is …식 (13)
코일 전류 벡터 Is를 식 (13)에 의해 표시되는 벡터로 정의함으로써, Tz, Twx, Twy에의 기여가 큰 코일 202에 보다 많은 전류값을 인가할 수 있기 때문에, 효율적으로 전류를 인가할 수 있다.
식 (12)은 식 (13)을 사용해서 다음 식 (14)로 변형할 수 있다.
Tq=M*Tr(M)*K …식 (14)
식 (14)에 있어서, M*Tr(M)은, 3행 N열의 행렬과 N행 3열의 행렬의 곱이기 때문에, 3행 3열의 정방 행렬이다. 또한, 토크 기여 행렬 M의 각 행은 서로 선형독립적이다. 따라서, M*Tr(M)로부터 역행열을 항상 얻을 수 있다. 그 때문에, 식 (14)은 다음 식 (15)로 변형할 수 있다.
K=Inv(M*Tr(M))*Tq …식 (15)
식 (13) 및 (15)로부터, 최종적으로는 다음 식 (16)로 표시되는 코일 전류 벡터 Is를 얻는다. 이와 같이 해서, 코일 전류 벡터 Is를 고유하게 구할 수 있다.
Tr(M)*Inv(M*Tr(M))*Tq=Is …식 (16)
이상과 같이 해서 코일 전류 벡터 Is를 계산함으로써, 각 코일 202에 인가하는 전류를 결정할 수 있다. 이에 따라, 가동자(101)에 대해 Z방향의 힘 성분 Tz, Wx 방향의 토크 성분 Twx 및 Wy 방향의 토크 성분 Twy를 독립적으로 인가할 수 있으므로, Z방향, Wx 방향 및 Wy 방향에 있어서 가동자(101)의 자세를 안정시킬 수 있다.
다음에, Y방향의 힘 성분 Ty 및 Wz 방향의 토크 성분 Twz를 가동자(101)에 인가하기 위해 코일 208에 인가하는 전류에 대해 도16 및 도17을 참조하여 설명한다. 힘 성분 Ty 및 토크 성분 Twz는, 각각 수평방향으로 작용한다. 도16은 가동자(101)를 Z방향으로 위에서 아래로 본 개략도다. 도17은, Y방향의 흡인력 프로파일(605)을 모식적으로 나타낸 그래프다. 도17에 나타낸 그래프에 있어서, 횡축은 코일 208에 인가하는 전류를 나타내고, 종축은 가동자(101)에 작용하는 힘을 나타내고 있다.
이때, 간략을 위해, 도16에는, 고정자(201)에 설치된 코일 208로서, 4개의 코일 208aR, 208bR, 208aL, 208bL이 가동자(101)에 대향하고 있는 경우를 나타내고 있다. 또한, 코일 208aL과 코일 208aR은 한쌍이 되어 1개의 코일 208a로서 동작한다. 또한, 코일 208bL과 코일 208bR는 한쌍이 되어 1개의 코일 208b로서 동작한다. 이와 같이, j번째의 한 쌍의 코일 208jR와 코일 208jL은 한쌍이 되어 1개의 코일 208j로서 동작한다.
도17에 나타낸 흡인력 프로파일(605)은, j번째의 1쌍의 코일 208j에 인가하는 전류의 크기 IL 및 IR와 가동자(101)에 작용하는 힘 Fy의 크기의 관계를 나타내고 있다. 코일 208과 요크판(103) 사이에는 반발력은 작용하지 않고 흡인력만 작용한다. 이 때문에, 가동자(101)에 대해 Y+방향으로 힘을 인가하는 경우에는, 흡인력 프로파일(605)의 범위 605a에 있어서, R측의 코일 208jR에 전류를 인가한다. 또한, 가동자(101)에 대해 Y-방향으로 힘을 인가하는 경우에는, 흡인력 프로파일(605)의 범위 605b에 있어서, L측의 코일 208jL에 전류를 인가한다.
예를 들면, Y+방향의 힘 Fa를 인가하는 경우에는, R측의 코일 208jR에 전류 Ia를 인가할 수 있다. 또한, 예를 들면, Y-방향의 힘 Fb을 인가하는 경우에는, L측의 코일 208jL에 전류 Ib을 인가할 수 있다.
지표 j는 한쌍의 코일 208을 특정하는 지표로 정의된다. 또한, X(j, P)을 j번째의 한쌍의 코일 208의 가동자(101)의 원점 Oc에서 본 X방향의 상대 위치로 정의한다. 또한, j번째의 한쌍의 코일 208이 인가하는 Y방향의 힘을 Fyj로 표시한다. 그러면, 수평방향에 해당하는 Y방향의 힘 성분 Ty 및 Wz 방향의 토크 성분 Twz는, 각각 다음 식 (17a) 및 (17b)에 의해 표시된다.
Ty=ΣFyj …식 (17a)
Twz=Σ(-Fyj*X(j, P)) …식 (17b)
여기에서, 1 내지 N번째의 코일 208이 인가하는 Y방향의 힘 Fy1, Fy2, …, FyN의 요소를 갖는 Y방향 힘 벡터 Fys를 다음 식 (17c)에 의해 정의한다.
Fys=Tr(Fy 1,Fy 2,…, Fyj, …, FyN) …식 (17c)
더구나, 토크 벡터 Tq를 다음 식 (17d)에 의해 정의한다.
Tq=Tr(Ty, Twz) …식 (17d)
토크 기여 행렬 M에서는, 첫째 행이 Y방향과 관련되고, 2째 행이 Wz 방향과 관련된다. 그러면, 토크 기여 행렬 M의 1행 j열 및 2행 j열의 각 요소 M(1,j) 및 M(2,j)은 각각 다음 식 (17e) 및 (17f)에 의해 표시된다.
M(1,j)=1 …식 (17e)
M(2,j)=X(j, P) …식 (17f)
코일 208에 인가하는 전류를 산출하기 위해, 우선, 다음 식 (17g)을 만족하는 Y방향 힘 벡터 Fys를 결정한다.
Tq=M*Fys …식 (17g)
Tq는 2행 1열의 벡터이고, M은 2행 N열의 행렬이기 때문에, 식 (17g)을 만족하는 Y방향의 힘 벡터 Fys의 요소들의 조합은 무수히 있지만, 이하의 방법에 따라 조합을 고유하게 계산할 수 있다.
여기에서, 2행 1열의 의사 전류 벡터 K를 도입한다. 의사 전류 벡터 K는, Tr(M)이 토크 기여 행렬 M의 전치 행렬일 때, 다음 식 (17h)을 만족하는 벡터다.
Tr(M)*K=Fys …식 (17h)
식 (17g)은, 식 (17h)을 사용해서 다음 식 (17i)로 변형할 수 있다.
Tq=M*Tr(M)*K …식 (17i)
항목 M*Tr(M)은 2행 N열의 행렬과 N행 2열의 행렬의 곱이기 때문에 2행 2열의 정방행렬이다. 또한, 토크 기여 행렬 M의 각 행은 서로 선형독립적이다. 따라서, M*Tr(M)로부터 역행열을 항상 얻을 수 있다. 그 때문에, 식 (17i)은 다음 식 (17j)로 변형할 수 있다.
K=Inv(M*Tr(M))*Tq …식 (17j)
식 (17h) 및 (17j)로부터, 최종적으로 다음 식 (17k)로 표시되는 Y방향 힘 벡터 Fys를 얻는다. 이에 따라, Y방향 힘 벡터 Fys를 고유하게 계산할 수 있다.
Tr(M)*Inv(M*Tr(M))*Tq=Fys …식 (17k)
Y방향 힘 벡터 Fys가 얻어진 후에는, 미리 계산 또는 측정되어 있는 흡인력 프로파일(605)로부터 역산해서 각 코일 208에 인가할 전류를 산출할 수 있다.
이상과 같이 하여, 각 코일 208에 인가하는 전류를 결정할 수 있다. 이에 따라, 가동자(101)에 대해 Y방향의 힘 성분 Ty 및 Wz 방향의 토크 성분 Twz를 독립적으로 인가할 수 있으므로, Y방향 및 Wz 방향에 있어서 가동자(101)의 자세를 안정시킬 수 있다. 예를 들면, 코일 208에 대해서는, Wz 방향의 토크가 항상 0이 되도록 전류를 인가할 수 있다.
이와 같이, 본 실시형태에서는, 가동자(101)의 Z방향의 이동 기기 차이 및 가동자(101)의 Y방향의 가동자(101)의 이동 기기 차이를 보정하여, 복수의 코일 202, 208에 인가할 전류를 제어한다. 이에 따라, 목표의 자세(Y, Z, Wx, Wy, Wz)가 되도록 가동자(101)의 이동을 제어한다. 따라서, 복수의 가동자(101)의 각각의 자세를 보다 더 높은 정밀도로 제어할 수 있다. 예를 들면, 가동자(101)의 Z방향으로의 이동 기기 차이를 보정하고, 복수의 코일 202에 인가하는 전류값을 제어함으로써, Z방향에 있어서 목표의 위치가 되도록 가동자(101)의 동작을 제어한다. 이에 따라, 가동자(101)의 부상중의 자세를 제어한다. 따라서, 복수의 가동자(101)의 각각의 부상시의 위치를 보다 높은 정밀도로 제어할 수 있다.
다음에, 반송 방향인 X 방향의 추력을 가동자(101)에 인가하는 코일 207의 제어방법에 대해 설명한다. 본 실시형태에 따른 반송 시스템(1)은 유도형 리니어 모터에 의한 반송 시스템이다. 코일 207은, 코일 207과 가동자(101)의 도전판(107) 사이에서 전자력을 발생시켜 X방향의 추력, 즉 X방향의 힘 성분 Tx를 가동자(101)에 인가한다. 도전판(107)은 특별히 한정되는 것은 아니며, 전기 저항이 비교적 작은 판, 예를 들면, 알루미늄제의 판이 사용되고 있다.
전류가 인가될 때, 각 코일 207은 반송 방향인 X방향으로 이동 자계를 발생시켜, 코일 207과 도전판(107) 사이에 전자력을 발생시킨다. 이에 따라, 각 코일 207은, 가동자(101)에게 반송 방향인 X방향의 추력으로서 힘 성분 Tx를 발생시킨다. 가동자(101)의 속도가 불충분한 경우에는, 각 코일 207에 인가하는 전류를 증가시키거나, 또는 이동 자계가 이동하는 속도가 커지도록 각 코일 207에 인가하는 전류의 타이밍을 변경할 수 있다.
본 실시형태에서는, 가동자(101)의 X방향에 관한 이동 기기 차이를 보정하여, 복수의 코일 207에 인가하는 전류값 및/또는 전류의 타이밍을 제어함으로써, 목표의 반송 속도를 달성하도록 가동자(101)의 이동이 제어된다. 따라서, 복수의 가동자(101)의 각각의 반송 속도를 보다 높은 정밀도로 제어할 수 있다.
전술한 것과 같이 하여, 통합 콘트롤러(301)는, 각 코일 202, 207, 208에 인가하는 전류의 전류 지령값을 결정해서 제어한다. 이에 따라, 통합 콘트롤러(301)는, 고정자(201)에 의해 반송되는 가동자(101)의 자세를 6축에서 제어하면서, 가동자(101)의 비접촉에서의 고정자(201) 위의 반송을 제어한다. 이때, 제어장치로서의 통합 콘트롤러(301)의 기능의 전부 또는 일부는, 코일 콘트롤러(302)와 기타 제어장치에 의해 대체될 수 있다.
이때, 본 실시형태에서는, 코일 207의 전류가 코일 202 및 코일 208의 전류와 동일하게 제어되는 경우에 대해 설명했지만, 본 실시형태가 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 보다 간단한 구성에서는, 유도 모터 콘트롤러를 통합 콘트롤러(301)에 접속하고, 유도 모터 콘트롤러에 의해 일정한 이동 자계가 발생하도록 각 코일 207의 전류를 제어하여도 된다.
이상에서 설명한 것과 같이, 본 실시형태에 따르면, 가동자(101)에 대해 6축의 힘 성분 및 토크 성분(Tx, Ty, Tz, Twx, Twy, Twz)을 독립적으로 인가할 수 있다. 이 때문에, 본 실시형태에 따르면, Y방향, Z방향, Wx 방향, Wy 방향 및 Wz 방향에 있어서 가동자(101)의 자세를 안정시키면서 X방향으로 안정적으로 가동자(101)를 비접촉 상태에서 반송할 수 있다.
더구나, 본 실시형태에 따르면, 가동자(101)의 X방향의 위치의 기기 차이 Cx와, Y 센서(205)의 판독 오차 Cy 및 Z 센서(206)의 판독 오차 Cz를 고려해서 가동자(101)의 위치 및 자세를 제어할 수 있다. 이에 따라, 복수의 가동자(101)마다 존재할 수 있는 기기 차이의 영향을 저감 또는 회피할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에 따르면, 자기 부상형의 반송 시스템(1)에 있어서, 복수의 가동자(101)를 보다 높은 정밀도로 반송할 수 있다.
이때, 상기에서는 가동자(101)의 X방향의 이동 기기 차이, Y방향의 이동 기기 차이 및 Z방향의 이동 기기 차이를 보정하는 경우에 대해 설명했지만, 이들 중 어느 한 개 또는 2개를 보정하여도 된다.
제2실시형태
본 발명의 제2실시형태에 대해 도18a 내지 도19를 참조하여 설명한다. 이때, 상기 제1실시형태와 같은 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략 또는 간략하게 한다. 이때, 본 실시형태에 의한 이동 기기 차이의 보정은, 제1실시형태에 의한 이동 기기 차이의 보정과 조합해서 실행할 수 있다.
본 실시형태에서는, 가동자(101)의 이동 기기 차이를 보정하기 위한 보정값을 취득할 때, 가동자(101)의 X방향의 위치의 기기 차이를 리니어 스케일(104)의 전체 영역에서 취득한다. 이하, 가동자(101)의 X방향의 위치의 기기 차이를 리니어 스케일(104) 전체 영역에서 취득하는 방법에 대해 도18a 및 도18b를 참조하여 설명한다. 도18a 및 도18b는, 가동자(101)의 X방향의 위치의 기기 차이를 리니어 스케일(104) 전체 영역에서 취득하는 방법을 도시한 개략도이며, 보정값을 취득할 때 복수의 가동자(101)에 공통하여 사용하는 공통의 측정 지그(510)를 나타내고 있다. 도18a는, -X방향에서 본 공통의 측정 지그(510)를 나타내고 있다. 도18b는, -Z방향에서 본 공통의 측정 지그(510)를 나타내고 있다.
공통의 측정 지그(510)는, 고정자(201)와 유사한 리니어 인코더(204)와, 거리 측정수단으로서의 레이저 간섭계(504)를 갖고 있다. 리니어 인코더(204)는, 공통의 측정 지그(510)에 있어서 X방향으로 접동되는 가동자(101)의 리니어 스케일(104)을 판독하도록 공통의 측정 지그(510)에 부착되어 설치되어 있다. 레이저 간섭계(504)는, 공통의 측정 지그(510)에 있어서 X방향으로 접동되는 가동자(101)의 X방향의 위치를 검출하도록 공통의 측정 지그(500)에 부착되어 설치되어 있다.
공통의 측정 지그(510)는, 복수의 Z축용 롤러(505)를 갖고 있다. 복수의 Z축용 롤러(505)는 X방향을 따라 2열 이상의 열로 배치되어 있다. Z축용 롤러(505)는, 예를 들면, 볼 롤러이다. 복수 열의 Z축용 롤러(505) 위에는 가동자(101)가 놓인다. Z축용 롤러(505)는, 놓인 가동자(101)를 X방향으로 접동시킬 수 있다. 공통의 측정 지그(510)에는, 가동자(101)를 X방향으로 접동시킬 때, 가동자(101)를 Y방향으로 규제하기 위한 Y축용 롤러(미도시)가 설치되어 있어도 된다.
공통의 측정 지그(510)에 있어서는, 리니어 인코더(204)에 의해 가동자(101)의 리니어 스케일(104)을 판독함으로써, 공통의 측정 지그(510)에 있어서 X방향으로 접동하는 가동자(101)의 X방향의 위치가 검출 가능하다. 또한, 레이저 간섭계(504)에 의한 측정에 의해, 공통의 측정 지그(500)에 있어서 X방향으로 접동하는 가동자(101)의 X방향의 위치가 검출 가능하다.
도19는, 복수의 Z축용 롤러(505) 위에 있어서 가동자(101)를 접동시켜 X방향으로 이동시킬 때 레이저 간섭계(504)의 측정값과 리니어 인코더(204)의 측정값의 차이를 Err로서 나타낸 그래프다. 이때, 레이저 간섭계(504)에 의해 측정할 때에는, 보정 데이터량을 줄이기 위해, 예를 들면, X방향으로 1mm의 증분으로 측정을 행해도 된다. 측정한 데이터를 보정값으로서 사용할 때에는, 복수의 측정점으로부터, 라그랑지에 보간 등의 방법을 이용해서 측정점들 사이의 데이터를 보간할 수 있다.
가동자(101)의 X방향의 위치의 기기 차이 Cx'은 다음 식 (X1)'에 의해 계산할 수 있다.
Cx'=(Ref_Lx'-Lx')-(Ref_Ex'-Ex') …식 (X1)'
여기에서, Ex', Lx', Ref_Lx', Ref_Ex'은, 각각 이하를 나타내고 있다.
Ex': 공통의 측정 지그(510)에 부착된 리니어 인코더(204)의 측정값
Lx': 레이저 간섭계(504)의 측정값
Ref_Lx': 레이저 간섭계(504)로부터 가동자(101)까지의 X방향의 위치의 설계값
Ref_Ex': 리니어 인코더(204)의 부착 위치의 설계값
기기 차이 Cx'은, Z축용 롤러(505)에 의해 가동자(101)를 접동시켜 X방향으로 움직였을 때의 측정 결과에 근거하여 리니어 스케일(104)의 전체 영역에서 취득할 수 있다. 이때, 기기 차이 Cx'은, 반드시 리니어 스케일(104) 전체 영역에서 취득할 필요는 없고, 리니어 스케일(104)의 일부분에서 취득해도 된다.
X방향의 기기 차이 Cx'은, 통합 콘트롤러(301)에 의해, RFID 태그(512)에 등록되어 있는 가동자(101)의 개별 ID와 관련되어, X방향의 기기 차이 정보(520)로서 기억된다. 가동자(101)의 X방향에 있어서의 위치 X의 산출에 있어서, 해당 가동자(101)의 개별 ID에 관련된 기기 차이 Cx'이 고려된다.
가동자 위치 산출 함수(401)에 있어서, 가동자 101b의 X방향의 위치의 기기 차이 Cx'인 기기 차이 Cx(101b)'를 고려하면, 식 (1c) 대신에 다음 식 (1c)'에 의해 가동자 101b의 위치 Pos(101b)'를 계산할 수 있다. 기기 차이 Ax(101b)'은 리니어 스케일(104) 전체 영역에서 취득된 값 중, 리니어 인코더 204c에 의해 판독된 리니어 스케일(104)의 위치에 대응하는 값일 수 있다.
Pos(101b)'=Sc-Pc-Wz*D+Cx(101b)' …식 (1c)'
기기 차이 Cx'을 고려한 식 (1c)'을 사용해서 계산함으로써, 보다 정확한 가동자 101b의 위치를 얻을 수 있다.
이와 같이, 본 실시형태에서는, 가동자 위치 산출 함수(401)에 있어서 가동자(101)의 X방향에 있어서의 위치 X를 산출할 때에, 리니어 스케일(104) 전체 영역에서 취득된 가동자(101)의 X방향의 위치의 기기 차이 Cx'을 고려한다. 기기 차이 Cx'은, 가동자(101)의 RFID 태그(512)에 등록되어 있는 개별 ID와 관련되어 있다. 이에 따라, 가동자(101) 개별의 기기 차이를 보정할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 가동자(101)의 위치에 무관하게 보다 정확한 현재 위치를 취득할 수 있다.
통합 콘트롤러(301)는, 전술한 것과 같이 해서 취득되는 가동자(101)의 위치에 근거하여, 정속 유지, 감속 또는 가속을 행해서, 가동자(101)의 반송 속도를 제어할 수 있다.
본 실시형태에서는, 가동자(101)의 위치에 무관하게 보다 정확한 현재 위치를 취득할 수 있으므로, 가동자(101)를 목표 반송 속도로 반송시키는 경우에, 가동자(101)를 더욱 정확하게 목표 반송 속도에 추종시킬 수 있다. 그 때문에, 가동자(101)의 목표 반송 속도에 대한 속도 불균일인 속도 리플을 작게 억제할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에 따르면, 자기 부상형의 반송 시스템(1)에 있어서, 복수의 가동자(101)를 보다 높은 정밀도로 반송할 수 있다.
제3실시형태
본 발명의 제3실시형태에 대해 도5a, 도5b 및 도20을 참조하여 설명한다. 이때, 상기 제1 및 제2실시형태와 같은 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략 또는 간략하게 한다.
본 실시형태에서는, 가동자(101)의 고유 진동수의 기기 차이 정보를 사용해서 가동자(101)의 위치 및 자세를 제어하는 방법에 대해 설명한다. 이때, 본 실시형태에 의한 이동 기기 차이의 보정은, 제1 또는 제2실시형태에 의한 이동 기기 차이의 보정과 조합해서 실행할 수 있다.
우선, 각 가동자(101)의 고유 진동수를 측정한다. 고유 진동수의 측정에서는, 도5a 및 도5b에 나타낸 것과 같이, 고유 진동수를 측정하기 위한 가동자(101)를 베셀 점(501)에서 지지한다. 이와 같이 가동자(101)를 지지한 상태에서, 가동자(101)에 가속도 센서(미도시)를 부착해서, 예를 들면 햄머링을 사용한 임펙트 가진을 행하고, 그 때의 가속도 센서의 측정 결과로부터 가동자(101)의 고유 진동수를 측정한다.
다음에, 측정된 가동자(101)의 고유 진동수로부터, 고유 진동수를 제거하는 필터의 계수를 결정한다. 고유 진동수 제거 필터로서는, 예를 들면, 노치 필터 등의 저지 대역이 좁은 밴드 스톱 필터를 사용할 수 있다.
이 고유 진동수의 기기 차이는, 통합 콘트롤러(301)에 의해, RFID 태그(512)에 등록되어 있는 가동자(101)의 개별 ID와 관련되어, 고유 진동수의 기기 차이 정보(522)(도20 참조)로서 기억장치에 기억된다. 고유 진동수의 기기 차이는, 통합 콘트롤러(301)가 참조가능한 외부의 기억장치에 기억되어도 된다.
전술한 것과 같이 해서 측정된 고유 진동수의 기기 차이 정보를 사용한 동작 보정을 도20을 참조하여 상세하게 설명한다. 도20은, 고유 진동수의 기기 차이 정보를 사용해서 동작 보정하는 경우의 가동자(101)의 위치 및 자세를 제어하기 위한 제어 블록의 일례를 도시한 개략도다.
도20에 있어서, 부호 P는 (X, Y, Z, Wx, Wy, Wz)을 성분으로 갖는 가동자(101)의 위치 및 자세를 나타내고, 부호 ref는 (X, Y, Z, Wx, Wy, Wz)의 목표값을 나타내고, 부호 err는 목표값 ref와 위치 및 자세 P 사이의 편차를 나타낸다.
가동자 자세 제어 함수(403)는, 도8에 나타낸 경우와 마찬가지로, 편차 err의 크기, 편차 err의 변화, 편차 err의 적산값 등에 근거하여, 목표값 ref를 실현하기 위해 가동자(101)에 인가해야 하는 힘 T를 산출한다. 본 실시형태에 있어서, 통합 콘트롤러(301)는 필터 함수(514)를 사용한 처리를 실행한다. 필터 함수(514)는, 힘 T에 고유 진동수 제거 필터를 걸어, 필터후의 힘 T'을 산출한다. 고유 진동수 제거 필터를 걸 때, 통합 콘트롤러(301)는, 가동자(101)의 RFID 태그(512)에 등록된 개별 ID와 관련되어 기억된 고유 진동수의 기기 차이 정보(522)로부터, 필터 함수(514)에 의한 고유 진동수 제거 필터의 필터 계수를 결정한다.
코일 전류 산출 함수(404)는, 필터후의 힘 T'와 위치 및 자세 P에 근거하여, 가동자(101)에 필터후의 힘 T'를 인가하기 위해 코일 202, 207, 208에 인가해야 하는 코일 전류 I를 산출한다. 이와 같이 해서 산출된 코일 전류 I가 코일 202, 207, 208에 인가됨으로써, 필터후의 힘 T'가 가동자(101)에 작용해서 위치 및 자세 P가 목표값 ref로 변화한다.
이와 같이 제어 블록을 구성함으로써, 가동자(101)의 고유 진동수의 기기 차이 정보를 사용하여, 가동자(101)의 위치 및 자세 P를 원하는 목표값 ref로 제어하는 것이 가능해진다.
이와 같이, 본 실시형태에서는, 필터 함수(514)에 있어서, 가동자(101)에 인가해야 하는 힘 T에 고유 진동수 제거 필터를 걸어서 필터후의 힘 T'을 산출한다. 고유 진동수 제거 필터의 필터 계수는, 가동자(101)의 RFID 태그(512)에 등록되어 있는 개별 ID와 관련되어 기억된 고유 진동수의 기기 차이 정보로부터 결정된다. 이에 따라, 가동자(101) 개별의 위치 및 자세를 제어할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에 따르면, 복수의 가동자(101)를 높은 정밀도로 반송할 수 있다.
제4실시형태
본 발명의 제4실시형태에 대해 도21a 및 도21b를 참조하여 설명한다. 이때, 상기 제1 내지 제3실시형태와 같은 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략 또는 간략하게 한다.
본 실시형태에서는, 가동자(101)의 중량을 측정하는 경우에 대해 도21a 및 도21b를 참조하여 설명한다. 도21a 및 도21b는, 가동자(101)의 중량을 측정하는 방법을 도시한 개략도다. 도21a는, -X방향에서 본 공통의 측정 지그(500)를 나타내고 있다. 도21b는, -Z방향에서 본 공통의 측정 지그(500)를 나타내고 있다.
가동자(101)의 중량을 측정하는 경우, 제1실시형태와 마찬가지로, 공통의 측정 지그(500)에 있어서 가동자(101)의 베셀 점(501)에 의해 가동자(101)를 지지한다. 본 실시형태에서는, 공통의 측정 지그(500)의 가동자(101)를 지지하는 지지부에, 가동자(101)의 중량을 측정하는 중량 센서(511)가 설치되어 있다.
복수의 가동자(101)의 각각에 대해, 공통의 측정 지그(500)에 가동자(101)를 설치하고, 중량 센서(511)에 의해 중량을 측정할 수 있다. 중량 센서(511)는, 가동자(101)의 중량을 측정할 수 있는 것이면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 로드셀 등을 이용할 수 있다.
복수의 가동자(101)를 제작할 때, 부품의 제작 오차나 조립 오차에 의해, 복수의 가동자(101)의 중량의 격차가 발생할 수 있다. 복수의 가동자(101)를 높은 정밀도로 반송한다는 관점에서는, 복수의 가동자(101)가 중량의 격차가 작거나 또는 없는 것이 바람직하다.
가동자(101)의 중량의 격차를 보정하기 위해서는, 우선, 전술한 것과 같이 해서 중량 센서(511)에 의해 복수의 가동자(101)의 각각의 중량을 측정한다. 다음에, 중량의 측정 결과에 근거하여, 예를 들면, 복수의 가동자(101)의 일부 또는 전부에 추를 설치하는 방법, 구성부품을 변경하는 방법 등에 의해, 복수의 가동자(101)의 중량이 같아지도록 복수의 가동자(101)의 중량을 조정한다. 이에 따라, 복수의 가동자(101)의 중량의 격차를 작게 하거나 또는 없앨 수 있다. 이와 같이 해서 중량의 격차를 보정함으로써, 복수의 가동자(101)를 높은 정밀도로 반송할 수 있다.
복수의 가동자(101)의 중량에 격차가 있는 경우에도, 전술한 제1 내지 제3실시형태와 같이 가동자(101)의 기기 차이를 보정함으로써, 복수의 가동자(101)를 높은 정밀도로 반송할 수 있다.
변형 실시형태
본 발명은, 상기 실시형태에 한정되지 않고, 다양한 변형이 가능하다.
예를 들면, 상기 실시형태에서는, X방향, Y방향, Z방향, Wx 방향, Wy 방향 및 Wz 방향에 있어서 가동자(101)의 위치 및 자세를 제어하는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 실시형태가 이것에 한정되는 것은 아니다. X방향, Y방향, Z방향, Wx 방향, Wy 방향 및 Wz 방향의 적어도 어느 한쪽의 방향에 있어서 변위를 취득해서 위치 및 자세를 제어해도 된다.
또한, 상기 실시형태에서는, 가동자(101)를 부상시켜 가동자(101)를 비접촉으로 반송시키는 자기 부상형 반송 시스템에 대해 설명하였지만, 실시형태가 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 가동자(101)의 질량 또는 가동자(101) 위에 놓이는 워크피스(102)의 질량이 크고 연직 방향으로 인가해야 할 부상력이 큰 경우에는, 별도로, 공기 등의 유체에 의한 정압을 부상용으로 사용해서 부상력을 보조해도 된다. 또한, 반송 시스템(1)은, 부상력으로서 전자력 대신에 유체에 의한 정압 등을 이용해서 가동자(101)를 부상시키는 부상형의 반송 시스템으로서 구성할 수도 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 복수의 코일 202, 207 또는 208이 소정의 열 수로 배치되어 있는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 실시형태가 이것에 한정되는 것은 아니다. 가동자(101)에 배치된 요크판(103), 도전판(107)에 따라, 각 코일을 소정의 열 수로 배치할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는 가동자(101)에 요크판(103) 및 도전판(107)이 설치되는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 실시형태가 이것에 한정되는 것은 아니다. 가동자(101)는, 요크판(103) 및 도전판(107) 대신에, 복수의 영구자석을 포함하는 자석군을 갖고 있어도 된다. 자석군은, 예를 들면, X방향으로 배치된 복수의 영구자석을 포함해도 된다.
또한, 본 발명에 따른 반송 시스템은, 전자기기 등의 물품을 제조하는 제조 시스템에 있어서, 물품인 워크피스에 대해 각 작업 공정을 실시하는 공작기계 등의 각 공정장치의 작업 영역에 워크피스를 가동자와 함께 반송하는 반송 시스템으로서 이용할 수 있다. 작업 공정을 실시하는 공정장치는, 워크피스에 대해 부품의 조립을 실시하는 장치, 도장을 실시하는 장치 등, 모든 장치이어도 된다. 또한, 제조되는 물품도 특정한 것에 한정되는 것은 아니고, 모든 부품이어도 된다.
전술한 것과 같이, 본 발명에 따른 반송 시스템을 사용해서 워크피스를 작업 영역으로 반송하고, 작업 영역으로 반송된 워크피스에 대해 작업 공정을 실시해서 물품을 제조할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 반송 시스템에 의해 반송되는 반송 대상은, 워크피스 이외의 것이어도 된다. 예를 들면, 워크피스 이외의 물품, 사람 또는 동물 등의 생체가 반송 대상이어도 된다.
본 발명에 따르면, 부상형의 반송 시스템에 있어서 복수의 가동자를 보다 높은 정밀도로 반송할 수 있다.
기타 실시형태
본 발명의 실시형태는, 본 발명의 전술한 실시형태(들)의 1개 이상의 기능을 수행하기 위해 기억매체('비일시적인 컴퓨터 판독가능한 기억매체'로서 더 상세히 언급해도 된다)에 기록된 컴퓨터 실행가능한 명령(예를 들어, 1개 이상의 프로그램)을 판독하여 실행하거나 및/또는 전술한 실시예(들)의 1개 이상의 기능을 수행하는 1개 이상의 회로(예를 들어, 주문형 반도체 회로(ASIC)를 포함하는 시스템 또는 장치의 컴퓨터나, 예를 들면, 전술한 실시형태(들)의 1개 이상의 기능을 수행하기 위해 기억매체로부터 컴퓨터 실행가능한 명령을 판독하여 실행함으로써, 시스템 또는 장치의 컴퓨터에 의해 수행되는 방법에 의해 구현될 수도 있다. 컴퓨터는, 1개 이상의 중앙처리장치(CPU), 마이크로 처리장치(MPU) 또는 기타 회로를 구비하고, 별개의 컴퓨터들의 네트워크 또는 별개의 컴퓨터 프로세서들을 구비해도 된다. 컴퓨터 실행가능한 명령은, 예를 들어, 기억매체의 네트워크로부터 컴퓨터로 주어져도 된다. 기록매체는, 예를 들면, 1개 이상의 하드디스크, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 분산 컴퓨팅 시스템의 스토리지, 광 디스크(콤팩트 디스크(CD), 디지털 다기능 디스크(DVD), 또는 블루레이 디스크(BD)TM 등), 플래시 메모리소자, 메모리 카드 등을 구비해도 된다.
본 발명은, 상기한 실시형태의 1개 이상의 기능을 실현하는 프로그램을, 네트워크 또는 기억매체를 개입하여 시스템 혹은 장치에 공급하고, 그 시스템 혹은 장치의 컴퓨터에 있어서 1개 이상의 프로세서가 프로그램을 읽어 실행하는 처리에서도 실행가능하다. 또한, 1개 이상의 기능을 실현하는 회로(예를 들어, ASIC)에 의해서도 실행가능하다.
예시적인 실시형태들을 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 이러한 실시형태에 한정되지 않는다는 것은 자명하다. 이하의 청구범위의 보호범위는 가장 넓게 해석되어 모든 변형, 동등물 구조 및 기능을 포괄하여야 한다.

Claims (12)

  1. 제1 방향으로 이동가능하도록 구성된 가동자와,
    상기 제1 방향으로 배치된 복수의 코일을 갖고, 전류가 인가되는 상기 복수의 코일을 사용하여, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 상기 가동자를 부상시키면서 상기 제1 방향으로 상기 가동자를 반송하는 힘을 인가하도록 구성된 고정자와,
    상기 복수의 코일에 인가된 전류를 제어하여 상기 가동자의 동작을 제어하도록 구성된 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 가동자의 기기 차이 정보를 사용하여 상기 복수의 코일에 인가된 전류를 제어함으로써, 상기 가동자가 부상하고 있는 동안 상기 가동자의 자세를 제어하도록 구성된 반송 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기기 차이 정보는, 상기 가동자의 상기 제1 방향의 제1 기기 차이, 상기 가동자의 상기 제2 방향의 제2 기기 차이, 상기 가동자의 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 교차하는 제3 방향의 제3 기기 차이, 상기 가동자의 고유 진동수의 제4 기기 차이 및 상기 가동자의 중량의 제5 기기 차이의 적어도 1개를 포함하는 반송 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 기기 차이 정보는, 상기 제1 기기 차이, 상기 제2 기기 차이, 상기 제3 기기 차이, 상기 제4 기기 차이 및 상기 제5 기기 차이의 적어도 2개를 포함하는 반송 시스템.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제1 기기 차이를 사용해서 상기 복수의 코일에 인가된 전류를 제어함으로써, 목표의 반송 속도를 달성하도록 상기 가동자를 제어하는 반송 시스템.
  5. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제2 기기 차이 및 상기 제3 기기 차이를 사용해서 상기 복수의 코일에 인가된 전류를 제어함으로써, 소정의 목표의 상기 가동자의 상기 자세를 달성하도록 상기 가동자를 제어하는 반송 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제2 기기 차이를 사용해서 상기 복수의 코일에 인가된 전류를 제어함으로써, 상기 제2 방향으로의 목표의 위치를 달성하도록 상기 가동자를 제어하는 반송 시스템.
  7. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가동자마다의 상기 기기 차이 정보를 기억하도록 구성된 기억부를 더 구비한 반송 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 가동자는 식별 정보가 등록된 정보 매체를 갖고,
    상기 기기 차이 정보는, 상기 가동자를 식별하는 상기 식별 정보와 관련되고,
    상기 제어부는, 상기 정보 매체로부터 판독된 상기 기기 차이 정보를 사용해서 상기 복수의 코일에 인가된 전류를 제어하도록 구성된 반송 시스템.
  9. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 방향은 연직 방향인 반송 시스템.
  10. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기기 차이 정보는 복수의 상기 가동자에 대해 공통의 측정 지그를 사용해서 측정된 반송 시스템.
  11. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 반송 시스템과,
    상기 반송 시스템의 상기 가동자에 의해 반송된 워크피스에 대해 가공을 실행하도록 구성된 공정장치를 구비한 가공 시스템.
  12. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 반송 시스템과 가공을 실행하는 공정장치를 갖는 가공 시스템을 사용해서 물품을 제조하는 방법으로서,
    상기 반송 시스템의 가동자를 사용하여 워크피스를 반송하는 단계와,
    상기 가동자에 의해 반송된 상기 워크피스에 대해, 상기 공정장치를 사용하여, 가공을 실행하는 단계를 포함하는 물품의 제조방법.
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