KR20230057691A - 리니어 스테이지 및 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

에어 베어링을 이용하는 리니어 스테이지 및 그 제어 방법이 개시된다. 본 리니어 스테이지는 베이스와, 베이스의 상면에 서로 나란하게 제1 방향을 따라 배치되고 일정한 간격으로 이격되는 제1 가이드 레일과 제2 가이드 레일과, 제1 가이드 레일 및 제2 가이드 레일에 각각 슬라이딩 가능하게 결합되는 제1 슬라이더 및 제2 슬라이더와, 양측부가 제1 슬라이더와 제2 슬라이더에 각각 지지된 갠트리부와, 제1 가이드 레일과 제2 가이드 레일에 각각 에어를 공급하는 다수의 펌프 장치를 포함하며, 다수의 펌프 장치는 상기 제1 가이드 레일의 각 부분으로 개별적으로 에어를 공급하고 제2 가이드 레일의 각 부분으로 개별적으로 에어를 공급할 수 있다.

Description

리니어 스테이지 및 그 제어 방법{LINEAR STAGE AND CONTROL METHOD AS THE SAME}

본 발명은 에어 베어링을 적용하여 갠트리부의 정밀한 제어가 가능한 리니어 스테이지 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

일반적인 리니어 스테이지는 리니어 모터의 구동에 의해 베이스 상에 장착된 장비를 이송하는 장치를 말한다. 리니어 스테이지는 최근 자동차, 반도체, 디스플레이 공장의 미세 공정 라인에서의 각종 부품을 라인에 공급하거나, 가공과 조립 라인 상의 워크를 적재한 파레트의 고속 이동시에 빈번하게 사용되고 있다. 특히, 청정도가 요구되는 반도체 제조 공장 내에서 웨이퍼 반송에 적절한 이송수단으로 인식되고 있다.

리니어 스테이지는 베어링, 리니어 모터, 리니어 엔코더 및 서보 제어기 등으로 구성되어 있다. 베어링은 슬라이더를 지지하며 안내하는 역할을 하는 부품으로서, 주행 중인 검사장비의 정밀도에 직접적으로 영향을 미치는 핵심적인 요소부품이다. 일반적인 직선 운동 시스템의 베어링으로는 볼 베어링이나 롤러 베어링이 많이 사용되었으나, 볼과 롤러의 탄성 변형과 볼 또는 롤러 표면의 불균일 등에 기인한 상하 좌우 방향의 흔들림에 의하여 고정밀 위치 정밀도 구현에 한계가 있었다. 뿐 아니라, 볼 또는 롤러 베어링은 기계적인 접촉에 의한 마찰력으로 인하여 이송 시에 발생하는 진동 및 발열 등에 의해 시스템 성능이 현저하게 저하되는 문제점을 내포하고 있었다.

이와 같이, 일반적인 직선 운동 시스템의 지지 베어링으로는 볼 베어링이나 롤러 베어링이 많이 사용되었으나, 볼과 롤러의 탄성 변형 및 볼 또는 롤러 표면의 불균일등에 기인한 상하방향 흔들림에 의해 고정밀 위치 구현에 한계가 있다. 따라서 대상체의 고속 이동을 가능하게 하고 높은 정밀도의 평면운동을 얻기 위해, 슬라이더와 가이드 레일 사이에 공기 등의 윤활 유체를 주입하여 슬라이더를 지지하는 유체 베어링, 그 중에서도 에어 베어링이 개발되었다.

본 발명은 에어 베어링이 적용된 리니어 스테이지의 정밀한 제어가 가능한 리니어 스테이지 및 그 제어 방법을 제공한다.

본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 베이스; 상기 베이스의 상면에 서로 나란하게 제1 방향을 따라 배치되고, 일정한 간격으로 이격되는 제1 가이드 레일과 제2 가이드 레일; 상기 제1 가이드 레일 및 상기 제2 가이드 레일에 각각 슬라이딩 가능하게 결합되는 제1 슬라이더 및 제2 슬라이더; 양측부가 상기 제1 슬라이더와 상기 제2 슬라이더에 각각 지지된 갠트리부; 및 상기 제1 가이드 레일과 상기 제2 가이드 레일에 각각 에어를 공급하는 다수의 펌프 장치를 포함하며, 상기 다수의 펌프 장치는, 상기 제1 가이드 레일의 각 부분으로 개별적으로 에어를 공급하고, 상기 제2 가이드 레일의 각 부분으로 개별적으로 에어를 공급하는 에어 베어링을 이용한 리니어 스테이지를 제공할 수 있다.

상기 제1 슬라이더는 상기 제1 가이드 레일의 상면, 양 측면 및 저면을 둘러싸도록 배치되고, 상기 제2 슬라이더는 상기 제2 가이드 레일의 상면, 양 측면 및 저면을 둘러싸도록 배치되며, 상기 제1 슬라이더와 상기 제1 가이드 레일 사이 및 상기 제2 슬라이더와 상기 제2 가이드 레일 사이에 각각 에어 베어링이 형성될 수 있다.

상기 제1 슬라이더와 상기 제2 슬라이더는 각각, 상부 블록; 한 쌍의 측부 블록; 및 한 쌍의 하부 블록을 포함하며, 상기 상부 블록, 상기 한 쌍의 측부 블록, 및 상기 한 쌍의 하부 블록은 에어 공급관을 통해 각각 상기 다수의 펌프 장치와 개별적으로 연결될 수 있다.

상기 제1 슬라이더는 제1 서보 모터의 구동에 의해 상기 제1 가이드 레일을 따라 이동하고, 상기 제2 슬라이더는 제2 서보 모터의 구동에 의해 상기 제1 가이드 레일을 따라 이동할 수 있다.

또한, 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 갠트리부의 양단을 지지하는 제1 슬라이더와 제2 슬라이더에 각각 에어를 공급하는 단계; 상기 제1 슬라이더와 상기 제1 슬라이더가 슬라이딩 가능하게 결합된 제1 가이드 레일 사이에 제1 에어 베어링을 형성하고, 상기 제2 슬라이더와 상기 제2 슬라이더가 슬라이딩 가능하게 결합된 제2 가이드 레일 사이에 제2 에어 베어링을 형성하는 단계; 제1 서보 모터 및 제2 서보 모터를 구동하여 상기 갠트리부를 미리 설정한 위치로 이동시키는 단계; 상기 갠트리부를 미리 설정한 위치에 정지시키는 단계; 상기 제1 서보 모터의 게인 값과 상기 제2 서보 모터의 게인 값을 변경하는 단계; 상기 제1 에어 베어링의 일부를 오프 시켜 상기 제1 슬라이더를 상기 제1 가이드 레일 상에 안착시키고, 상기 제2 에어 베어링의 일부를 오프 시켜 상기 제2 슬라이더를 상기 제2 가이드 레일 상에 안착시키는 단계; 및 상기 제1 서보 모터 및 상기 제2 서보 모터를 오프 시키고, 상기 제1 에어 베어링 및 상기 제2 에어 베어링을 완전히 오프 시키는 단계를 포함하는 리니어 스테이지 제어 방법을 제공할 수 있다.

상기 제1 에어 베어링은, 상기 제1 가이드 레일의 상면과 상기 제1 슬라이더 사이에 형성되는 상부 에어 베어링과, 상기 제1 가이드 레일의 양 측면과 상기 제1 슬라이더의 사이에 형성되는 측부 에어 베어링과, 상기 제1 가이드 레일의 저면과 상기 제1 슬라이더의 사이에 형성되는 하부 에어 베어링을 포함하고, 상기 제2 에어 베어링은, 상기 제2 가이드 레일의 상면과 상기 제2 슬라이더 사이에 형성되는 상부 에어 베어링과, 상기 제2 가이드 레일의 양 측면와 상기 제2 슬라이더의 사이에 형성되는 측부 에어 베어링과, 상기 제2 가이드 레일의 저면과 상기 제2 슬라이더의 사이에 형성되는 하부 에어 베어링을 포함할 수 있다.

상기 제1 슬라이더와 상기 제2 슬라이더가 각각 상기 제1 가이드 레일의 상면과 상기 제2 가이드 레일의 상면에 안착되는 단계에서, 상기 제1 에어 베어링 및 상기 제2 에어 베어링은 각각, 상기 상부 에어 베어링과 상기 하부 에어 베어링이 오프 될 수 있다.

상기 제1 서보 모터 및 상기 제2 서보 모터를 오프 시키는 단계에서, 상기 제1 에어 베어링 및 상기 제2 에어 베어링은 각각, 상기 측부 에어 베어링이 상기 제1 서보 모터와 상기 제2 서보 모터의 오프와 동시에 오프 될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 스테이지의 사시도이다.
도 2는 도 1에 표시된 Ⅱ 부분을 나타낸 확대도이다.
도 3은 에어 베어링과 서보 모터의 제어 관계를 나타낸 표이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 스테이지의 제어 과정을 나타낸 흐름도이다.

이하에서 설명되는 실시 예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예들과 다르게, 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 이하에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 개시의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.

본 명세서 및 청구범위에서 사용되는 용어는 본 발명의 기능을 고려하여 일반적인 용어들을 선택하였다. 하지만, 이러한 용어들은 당 분야에 종사하는 기술자의 의도나 법률적 또는 기술적 해석 및 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 일부 용어는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있다. 이러한 용어에 대해서는 본 명세서에서 정의된 의미로 해석될 수 있으며, 구체적인 용어 정의가 없으면 본 명세서의 전반적인 내용 및 당해 기술 분야의 통상적인 기술 상식을 토대로 해석될 수도 있다.

본 명세서에서, "가진다," "가질 수 있다," "포함한다," 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.

그리고, 본 명세서에서는 본 발명의 각 실시 예의 설명에 필요한 구성요소를 설명한 것이므로, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 일부 구성요소는 변경 또는 생략될 수도 있으며, 다른 구성요소가 추가될 수도 있다. 또한, 서로 다른 독립적인 장치에 분산되어 배치될 수도 있다.

나아가, 이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 더욱 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 스테이지의 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 스테이지(1)는 베이스(11), 제1 및 제2 지지 블록(13a, 13b), 제1 및 제2 가이드 레일(15a, 15b), 다수의 공기 압축기(21, 22, 23), 갠트리부(gantry unit)(30), 및 제어부를 포함할 수 있다.

베이스(11)는 상면(11a)이 수평으로 배치된 평면으로 이루어질 있다. 베이스(11)는 석재(예를 들면, 화강암) 또는 세라믹의 재질로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

베이스(11)의 하부에는 다수의 지지대(12)가 배치되어 있다. 다수의 지지대(12)는 베이스(11)의 좌우 대칭으로 배치될 수 있다. 다수의 지지대(12)는 베이스(11)의 상면(11a)이 수평을 이룰 수 있도록 높이 조절이 가능한 구조를 포함할 수 있다.

제1 지지 블록(13a)과 제2 지지 블록(13b)은 베이스(11)의 상면(11a)에 서로 나란하게 동일한 방향(Y축 방향)을 따라 배치될 수 있다. 제1 및 제2 지지 블록(13a, 13b)은 소정 간격으로 이격될 수 있고, 베이스(11)의 상면(11a)으로부터 소정 높이로 배치될 수 있다. 여기서, 소정 간격은 제1 및 제2 지지 블록(13a, 13b) 사이에 작업 대상물을 지지하기 위한 홀더(13)가 배치될 수 있는 간격일 수 있다. 또한, 소정 높이는 갠트리부(30)의 제3 가이드 레일(30a), 제3 슬라이더(30b), 및 제4 슬라이더(30c)가 홀더(13)에 간섭 되지 않을 정도의 높이일 수 있다.

홀더(13)는 다수의 에어 홀이 형성된 플레이트를 포함할 수 있다. 이 경우, 홀더(13)는 다수의 에어 홀로 공기를 빨아들여 작업 대상물(예를 들면, 인쇄회로기판 등)을 플레이트 상에 흡착하여 고정할 수 있다. 홀더(13)는 플레이트의 높이 및 경사 각도를 조절할 수 있는 조절장치를 포함할 수 있다.

제1 가이드 레일(15a)은 제1 지지 블록(13a)의 상단을 따라 배치될 수 있다. 제1 가이드 레일(15a)은 제1 지지 블록(13a)과 실질적으로 동일한 방향(Y축 방향)으로 배치될 수 있다.

제2 가이드 레일(15b)은 제2 지지 블록(13b)의 상단을 따라 배치될 수 있다. 제2 가이드 레일(15b)은 제2 지지 블록(13b)과 실질적으로 동일한 방향(Y축 방향)으로 배치될 수 있다.

제1 가이드 레일(15a)과 제2 가이드 레일(15b)은 서로 평행하게 배치될 수 있다. 이 경우, 갠트리부(30)는 제1 가이드 레일(15a)과 제2 가이드 레일(15b)에 의해 Y축 방향을 따라 전진 또는 후진 가능하도록 가이드 될 수 있다.

제1 가이드 레일(15a)에는 제1 슬라이더(100)가 제1 가이드 레일(15a)을 따라 전진 또는 후진 가능하도록 결합될 수 있다. 제2 가이드 레일(15b)에는 제2 슬라이더(200)가 제2 가이드 레일(15b)을 따라 전진 또는 후진 가능하게 결합될 수 있다.

제1 슬라이더(100) 및 제2 슬라이더(200)는 갠트리부(30)의 양측을 각각 지지하며, 에어 베어링 기능을 구현할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 스테이지(1)는 볼 베어링 또는 롤러 베어링을 사용하는 종래의 리니어 스테이지에 비해 더욱 정밀하게 갠트리부(30)의 이동을 제어할 수 있다.

제1 슬라이더(100)의 구조는 하기에서 도 3을 참조하여 상세히 설명하며, 제2 슬라이더(200)의 구조는 제1 슬라이더(100)의 구조와 실질적으로 동일하므로 제2 슬라이더(200)에 대해서는 설명을 생략한다.

갠트리부(30)는 제3 가이드 레일(30a), 제3 슬라이더(30b), 제4 슬라이더(30c), 제1 연결 블록(31), 제2 연결 블록(32)을 포함할 수 있다.

제3 가이드 레일(30a)은 제1 및 제2 가이드 레일(15a, 15b)에 대하여 직각 방향(X축 방향)으로 배치될 수 있다.

제3 슬라이더(30b) 및 제4 슬라이더(30c)는 제3 가이드 레일(30a)을 따라 X축 방향으로 전진 또는 후진 가능하게 결합될 수 있다. 본 발명에서는 제3 및 제4 슬라이더(30b, 30c)가 함께 제3 가이드 레일(30a)에 결합되어 있으나, 이에 제한되지 않고 제3 및 제4 슬라이더(30b, 30c) 중 하나가 결합되고 나머지는 생략될 수 있다.

제3 슬라이더(30b) 및 제4 슬라이더(30c)에는 요구되는 작업을 수행하기 위한 소정의 장치가 결합될 수 있다. 소정의 장치는 제3 슬라이더(30b) 및 제4 슬라이더(30c)에 의해 X축 방향을 따라 이동될 수 있다.

제1 연결 블록(31)은 제3 가이드 레일(30a)의 일측을 지지하고, 제1 슬라이더(100)의 상부에 배치된다. 이 경우, 제1 연결 블록(31)은 제3 가이드 레일(30a)의 일측과 제1 슬라이더(100)를 상호 연결할 수 있다.

제2 연결 블록(32)은 제3 가이드 레일(30a)의 타측을 지지하고, 제2 슬라이더(200)의 상부에 배치된다. 이 경우, 제2 연결 블록(32)은 제3 가이드 레일(30a)의 타측과 제2 슬라이더(200)를 상호 연결할 수 있다.

이에 따라, 제3 가이드 레일(30a)의 일측과 타측은 제1 및 제2 가이드 레일(15a, 15b)을 따라 Y축 방향으로 전진 또는 후진할 수 있다.

제어부는 제1 슬라이더(100), 제2 슬라이더(200), 제3 슬라이더(30b), 및 제4 슬라이더(30c)를 이동시키기 위한 다수의 서보 모터를 제어할 수 있다. 또한, 제어부는 제1 슬라이더(100), 제2 슬라이더(200), 제3 슬라이더(30b), 및 제4 슬라이더(30c)로 압축 공기를 공급하는 다수의 펌프 장치를 제어할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 제1 슬라이더(100)의 구조를 설명한다. 도 2는 도 1의 표시된 Ⅱ 부분에 위치한 제1 슬라이더(100)를 나타낸 확대도이다.

도 2를 참조하면, 제1 슬라이더(100)는 제1 가이드 레일(15a)의 상면, 측면 및 하면의 일부를 각각 감싸는 상부 블록(110), 한 쌍의 측부 블록(121, 122), 한 쌍의 하부 블록(131, 132)을 포함할 수 있다.

상부 블록(110)은 제1 에어 공급관(23)을 통해 제1 펌프 장치(21)와 연결될 수 있다. 상부 블록(110)은 외측면에 제1 에어 공급관(24)의 일단이 연결될 수 있다. 상부 블록(110)은 제1 펌프 장치(21)로부터 소정 압력으로 압축된 에어를 제1 에어 공급관(24)을 통해 공급받을 수 있다.

상부 블록(110)은 내부에 압축 공기가 흐를 수 있는 다수의 유로가 형성되고, 각 유로를 통해 이송된 에어가 제1 가이드 레일(15a)의 상면을 향해 분사할 수 있는 다수의 노즐 구멍이 형성될 수 있다.

상부 블록(110)에 구비된 다수의 노즐 구멍을 통해 분사된 에어에 의해 상부 블록(110)의 내측면과 이에 마주하는 제1 가이드 레일(15a)의 상면 사이에 소정 두께의 공기층이 형성될 수 있다. 이러한 공기층은 제1 슬라이더(100)가 제1 가이드 레일(15a)에 대하여 마찰없이 이동할 수 있도록 하는 상부 에어 베어링으로 기능할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 공기층과 에어 베어링이 동일한 의미를 가길 수 있다.

한 쌍의 측부 블록(121, 122)과 제1 가이드 레일(15a) 사이 그리고 한 쌍의 하부 블록(131, 132)과 제1 가이드 레일(15a) 사이에도 각각 에어 베어링이 형성될 수 있다.

구체적으로, 한 쌍의 측부 블록(121, 122)은 제2 에어 공급관(25)을 통해 제2 펌프 장치(22)와 연결될 수 있다. 한 쌍의 측부 블록(121, 122)은 각각 외측면에 제2 에어 공급관(25)의 일단이 연결될 수 있다. 한 쌍의 측부 블록(121, 122)은 제2 펌프 장치(22)로부터 소정 압력으로 압축된 에어를 제2 에어 공급관(25)을 통해 공급받을 수 있다.

한 쌍의 측부 블록(121, 122)은 각각 내부에 압축 공기가 흐를 수 있는 다수의 유로가 형성되고, 각 유로를 통해 이송된 에어가 제1 가이드 레일(15a)의 양 측면을 향해 분사할 수 있는 다수의 노즐 구멍이 형성될 수 있다.

한 쌍의 측부 블록(121, 122)에 구비된 다수의 노즐 구멍을 통해 분사된 에어에 의해 한 쌍의 측부 블록(121, 122)의 각 내측면과 이에 마주하는 제1 가이드 레일(15a)의 양 측면 사이에 소정 두께의 공기층이 형성될 수 있다. 이러한 공기층은 제1 슬라이더(100)가 제1 가이드 레일(15a)에 대하여 마찰없이 이동할 수 있도록 하는 측부 에어 베어링으로 기능할 수 있다.

또한, 한 쌍의 하부 블록(131, 132)은 제3 에어 공급관(26)을 통해 제3 펌프 장치(23)와 연결될 수 있다. 한 쌍의 하부 블록(131, 132)은 각각 외측면에 제3 에어 공급관(26)의 일단이 연결될 수 있다. 한 쌍의 하부 블록(131, 132)은 제3 펌프 장치(23)로부터 소정 압력으로 압축된 에어를 제3 에어 공급관(26)을 통해 공급받을 수 있다.

한 쌍의 하부 블록(131, 132)은 각각 내부에 압축 공기가 흐를 수 있는 다수의 유로가 형성되고, 각 유로를 통해 이송된 에어가 제1 가이드 레일(15a)의 저면을 향해 분사할 수 있는 다수의 노즐 구멍이 형성될 수 있다.

한 쌍의 하부 블록(131, 132)에 구비된 다수의 노즐 구멍을 통해 분사된 에어에 의해 한 쌍의 하부 블록(131, 132)의 각 내측면과 이에 마주하는 제1 가이드 레일(15a)의 저면 사이에 소정 두께의 공기층이 형성될 수 있다. 이러한 공기층은 제1 슬라이더(100)가 제1 가이드 레일(15a)에 대하여 마찰없이 이동할 수 있도록 하는 하부 에어 베어링으로 기능할 수 있다.

따라서, 제1 내지 제3 펌프 장치(21, 22, 23)로부터 제2 슬라이더(200)로 에어가 공급되면, 제1 슬라이더(100)와 제1 가이드 레일(15a) 사이에 에어 베어링이 형성될 수 있다. 이에 제1 슬라이더(100)가 제1 가이드 레일(15a)을 따라 전진 또는 후진 시 제1 가이드 레일(15a)과 마찰이 없으므로, 제1 슬라이더(100)의 이동은 볼 베어링이나 롤러 베어링에 의해 이동하는 종래의 슬라이더보다 더 정밀하게 제어될 수 있다.

제1 내지 제3 펌프 장치(21, 22, 23)는 컴프레서 및 레귤레이터를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

제1 내지 제3 에어 공급관(24, 25, 26)은 제1 슬라이더(100)가 제1 가이드 레일(15a)을 따라 전진 또는 후진할 때 제1 슬라이더(100)의 이동을 간섭하지 않도록 유연한 재질로 형성될 수 있다.

제2 슬라이더(200)는 제1 슬라이더(100)와 실질적으로 동일한 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 제2 슬라이더(200)로 별도의 펌프 장치에 의해 생성되는 압축된 에어가 제2 슬라이더(200)로 공급되면, 제2 슬라이더(200)와 제2 가이드 레일(15b) 사이에 에어 베어링이 형성될 수 있다. 따라서, 제2 슬라이더(200)가 제2 가이드 레일(15b)을 따라 전진 또는 후진 시 제2 가이드 레일(15b)과 마찰이 없으므로, 제2 슬라이더(200)의 이동은 볼 베어링이나 롤러 베어링에 의해 이동하는 종래의 슬라이더보다 더 정밀하게 제어될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에서는, 제1 슬라이더(100)의 상부 블록(110), 한 쌍의 측부 블록(121, 122), 및 한 쌍의 하부 블록(131, 132)이 각각 제1 내지 제3 펌프 장치(21, 22, 23)에 개별적으로 에어를 공급받을 수 있다. 또한, 제1 슬라이더(100)의 상부 블록(110), 한 쌍의 측부 블록(121, 122), 및 한 쌍의 하부 블록(132, 133)으로 각각 공급되는 에어는 개별적으로 차단될 수 있다. 제2 슬라이더(200) 역시 각 부분 별로 에어를 공급 및 차단될 수 있다.

이와 같이, 제1 및 제2 슬라이더(100, 200)의 각 부분에 개별적으로 에어를 공 및 차단하는 구조를 이용하여 갠트리부(30)를 원하는 위치에 정확하게 정지시킬 수 있다. 이하에서는, 본 발명의 리니어 스테이지의 제어 방법에 대해 설명한다.

도 3은 에어 베어링과 서보 모터의 제어 관계를 나타낸 표이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 스테이지의 제어 과정을 나타낸 흐름도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 홀더(13)에 대상 작업물을 고정시킨 후 리니어 스테이지에 전원을 인가한다(41).

에어 베어링이 온 되기 전에는, 갠트리부(30)의 자중에 의해 제1 및 제2 슬라이더(100, 200)가 각각 제1 및 제2 가이드 레일(15a, 15b)의 상면에 안착된다.

제어부는 제1 내지 제3 펌프 장치(21, 22, 23)를 작동시켜 제1 슬라이더(100)의 상부 블록(110), 한 쌍의 측부 블록(121, 122), 및 한 쌍의 하부 블록(131, 132)으로 각각 에어를 공급한다. 이와 동시에 제어부는 별도의 펌프 장치들을 작동시켜 제2 슬라이더(200)의 각 부분에 에어를 공급한다.

이에 따라, 제1 슬라이더(100)와 제1 가이드 레일(15a) 사이 및 제2 슬라이더(200)와 제2 가이드 레일(15b) 사이에 각각 에어 베어링이 온(on) 된다(42).

즉, 상부 에어 베어링, 측부 에어 베어링, 하부 에어 베어링이 모두 온 되면 제1 및 제2 가이드 레일(15a, 15b)의 상면에 각각 안착된 제1 및 제2 슬라이더(100, 200)는 소정 높이로 부양될 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 슬라이더(100, 200)의 내측면은 각각 제1 및 제2 가이드 레일(15a, 15b)의 소정 간격을 두고 이격될 수 있다.

제어부는 다수의 서보 모터 중 일부를 작동시켜 갠트리부(30)를 미리 설정된 위치로 이동시킨다(43). 이 경우, 제1 및 제2 슬라이더(100, 200)는 각각 제1 및 제2 가이드 레일(15a, 15b)을 따라 이동한다.

제어부는 미리 설정된 목표 지점에서 갠트리부(30)를 정지 시킨다(44). 이때, 제어부는 제1 내지 제3 펌프 장치(21, 22, 23)를 지속적으로 작동시킴에 따라, 상부, 측부, 및 하부 에어 베어링을 계속 온 상태로 제어한다.

제어부는 서보 모터들을 계속 작동시킨 상태에서 서보 모터들의 게인 값(gain value)을 변경한다(45). 예를 들면, 점진적으로 게인 값을 낮추되, 엔코더 값에 따라 비례게인과 미분게인을 변경할 수 있다.

이어서, 제어부는 제1 펌프 장치(21)와 제3 펌프 장치(23)의 작동을 오프 시킨다. 이에 따라 상부 에어 베어링과 하부 에어 베어링은 오프(off) 된다(46). 제1 및 제2 슬라이더(100, 200)는 갠트리부(30)의 자중에 의해 제1 및 제2 가이드 레일(15a, 15b)의 상면에 각각 안착된다.

이와 같이 갠트리부(30)와 안정적으로 정지된 상태에서, 제어부는 서보 모터들의 작동을 오프 시키고(47) 제2 펌프 장치(22)의 작동을 오프 시킨다(48). 이 경우, 제어부는 서보 모터들과 제2 펌프 장치(22)를 거의 동시에 오프 시킬 수 있다.

이에 따라, 갠트리부(30)는 상기와 같은 제어 방법에 의해 목표 지점(오차 범위 ±2㎛ 이내)에 정확하게 정지할 수 있다.

본 발명에 따르면 에어 베어링을 적용한 리니어 스테이지에 있어서, 제1 및 제2 슬라이더(100, 200)의 각 부분의 에어 베어링을 제어함으로써 갠트리부(30)를 원하는 위치에 정밀하게 정지시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 리니어 스테이지를 이용하여 초정밀 작업을 진행하는데 적합한 작업 환경을 제공할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해서 도시하고, 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

1: 리니어 스테이지
11: 베이스
15a: 제1 가이드 레일
15b: 제2 가이드 레일
21, 22, 23: 제1 내지 제3 펌프 장치
30: 갠트리부
100: 제1 슬라이더
110: 상부 블록
121, 122: 측부 블록
131, 132: 하부 블록
200: 제2 슬라이더

Claims (8)

1. 에어 베어링을 이용하는 리니어 스테이지에 있어서,
   베이스;
   상기 베이스의 상면에 서로 나란하게 제1 방향을 따라 배치되고, 일정한 간격으로 이격되는 제1 가이드 레일과 제2 가이드 레일;
   상기 제1 가이드 레일 및 상기 제2 가이드 레일에 각각 슬라이딩 가능하게 결합되는 제1 슬라이더 및 제2 슬라이더;
   양측부가 상기 제1 슬라이더와 상기 제2 슬라이더에 각각 지지된 갠트리부; 및
   상기 제1 가이드 레일과 상기 제2 가이드 레일에 각각 에어를 공급하는 다수의 펌프 장치;를 포함하며,
   상기 다수의 펌프 장치는,
   상기 제1 가이드 레일의 각 부분으로 개별적으로 에어를 공급하고,
   상기 제2 가이드 레일의 각 부분으로 개별적으로 에어를 공급하는 리니어 스테이지.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 슬라이더는 상기 제1 가이드 레일의 상면, 양 측면 및 저면을 둘러싸도록 배치되고,
   상기 제2 슬라이더는 상기 제2 가이드 레일의 상면, 양 측면 및 저면을 둘러싸도록 배치되며,
   상기 제1 슬라이더와 상기 제1 가이드 레일 사이 및 상기 제2 슬라이더와 상기 제2 가이드 레일 사이에 각각 에어 베어링이 형성되는 리니어 스테이지.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 슬라이더와 상기 제2 슬라이더는 각각,
   상부 블록;
   한 쌍의 측부 블록; 및
   한 쌍의 하부 블록;을 포함하며,
   상기 상부 블록, 상기 한 쌍의 측부 블록, 및 상기 한 쌍의 하부 블록은 에어 공급관을 통해 각각 상기 다수의 펌프 장치와 개별적으로 연결된 리니어 스테이지.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 슬라이더는 제1 서보 모터의 구동에 의해 상기 제1 가이드 레일을 따라 이동하고,
   상기 제2 슬라이더는 제2 서보 모터의 구동에 의해 상기 제1 가이드 레일을 따라 이동하는 리니어 스테이지.
5. 갠트리부의 양단을 지지하는 제1 슬라이더와 제2 슬라이더에 각각 에어를 공급하는 단계;
   상기 제1 슬라이더와 상기 제1 슬라이더가 슬라이딩 가능하게 결합된 제1 가이드 레일 사이에 제1 에어 베어링을 형성하고, 상기 제2 슬라이더와 상기 제2 슬라이더가 슬라이딩 가능하게 결합된 제2 가이드 레일 사이에 제2 에어 베어링을 형성하는 단계;
   제1 서보 모터 및 제2 서보 모터를 구동하여 상기 갠트리부를 미리 설정한 위치로 이동시키는 단계;
   상기 갠트리부를 미리 설정한 위치에 정지시키는 단계;
   상기 제1 서보 모터의 게인 값과 상기 제2 서보 모터의 게인 값을 변경하는 단계;
   상기 제1 에어 베어링의 일부를 오프 시켜 상기 제1 슬라이더를 상기 제1 가이드 레일 상에 안착시키고, 상기 제2 에어 베어링의 일부를 오프 시켜 상기 제2 슬라이더를 상기 제2 가이드 레일 상에 안착시키는 단계; 및
   상기 제1 서보 모터 및 상기 제2 서보 모터를 오프 시키고, 상기 제1 에어 베어링 및 상기 제2 에어 베어링을 완전히 오프시키는 단계;를 포함하는 리니어 스테이지 제어 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1 에어 베어링은,
   상기 제1 가이드 레일의 상면과 상기 제1 슬라이더 사이에 형성되는 상부 에어 베어링과, 상기 제1 가이드 레일의 양 측면와 상기 제1 슬라이더의 사이에 형성되는 측부 에어 베어링과, 상기 제1 가이드 레일의 저면과 상기 제1 슬라이더의 사이에 형성되는 하부 에어 베어링을 포함하고,
   상기 제2 에어 베어링은, 상기 제2 가이드 레일의 상면과 상기 제2 슬라이더 사이에 형성되는 상부 에어 베어링과, 상기 제2 가이드 레일의 양 측면와 상기 제2 슬라이더의 사이에 형성되는 측부 에어 베어링과, 상기 제2 가이드 레일의 저면과 상기 제2 슬라이더의 사이에 형성되는 하부 에어 베어링을 포함하는 리니어 스테이지 제어 방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1 슬라이더와 상기 제2 슬라이더가 각각 상기 제1 가이드 레일의 상면과 상기 제2 가이드 레일의 상면에 안착되는 단계에서,
   상기 제1 에어 베어링 및 상기 제2 에어 베어링은 각각,
   상기 상부 에어 베어링과 상기 하부 에어 베어링이 오프 되는 리니어 스테이지 제어 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제1 서보 모터 및 상기 제2 서보 모터를 오프 시키는 단계에서,
   상기 제1 에어 베어링 및 상기 제2 에어 베어링은 각각,
   상기 측부 에어 베어링이 상기 제1 서보 모터와 상기 제2 서보 모터의 오프와 동시에 오프 되는 리니어 스테이지 제어 방법.

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