KR20240083489A - 마그넷 이동방식 선형이송장치의 캐리어 원점 복귀 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마그넷 이동 방식 선형이송장치의 캐리어 원점 복귀 제어방법에 관한 기술로서, 이동자로서 마그넷이 부착된 캐리어와, 고정자로서 코일과 상기 캐리어의 정방향 진입 시 위치값을 인식하는 좌측 위치센서와, 상기 캐리어의 역방향 진입 시 위치값을 인식하는 우측 위치센서가 탑재된 코일유닛을 포함하는 마그넷 이동 방식 선형이송장치의 캐리어 원점 복귀 제어방법에 있어서, 상위 제어기에서 상기 캐리어가 점유하고 있는 코일유닛 중 어느 하나의 코일 유닛을 절대위치값을 갖는 기준 코일유닛으로 설정하고, 상기 좌측 위치센서와 우측 위치센서 중 하나를 기준 위치센서로 설정하여 해당 위치센서로 원점 복귀 개시 지령을 전송하는 단계, 상위 제어기에서 상기 캐리어가 점유하고 있는 코일 유닛들을 이용하여 상기 캐리어를 상기 기준 위치센서 방향으로 이동시키는 단계, 상기 기준 위치센서를 통해 상기 캐리어가 감지되면 상기 기준 코일유닛이 사전에 입력된 마그넷의 길이를 이용하여 자신의 절대위치값을 결정하고, 이를 상위 제어기로 전송하는 단계, 상위 제어기가 상기 캐리어를 정지시키고, 상기 기준 코일유닛의 절대 위치값을 이용하여 상기 캐리어가 점유하고 있는 다른 코일유닛의 절대위치값을 산출하는 단계 및 상위 제어기가 산출된 절대위치값들을 해당 코일유닛으로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 의하면, 캐리어의 신속한 원점 복귀가 가능하도록 하여 제조 지연시간을 최소화하여 제조 수율을 향상시킬 수 있고, 슬레이브 원점 복귀 방식에서 마그넷이 두 코일에 걸쳐 있을 경우 어떤 모터를 이용해서 원점 복귀를 할지 결정하는 별도의 디지털 홀 센서가 요구되지 않아 구조가 간단하고 제작비용이 절감되는 장점이 있다.

Description

마그넷 이동방식 선형이송장치의 캐리어 원점 복귀 제어 방법{Carrier Homing Control Method For Moving Magnet Linear Conveyor Module}

본 발명은 마그넷 이동식 선형이송장치의 캐리어 원점 복귀 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 마스터 원점 복귀 방식과 슬레이브 원점 복귀 방식을 혼합하여 대용량 이송체의 이송시에도 이송체를 운반하는 마그넷 캐리어의 신속한 원점 복귀가 가능한 기술에 관한 것이다.

반도체, 디스플레이, 식품 등의 제조 과정에서 처리 대상물을 이송하기 위한 이송장치가 사용되는데, 대표적인 이송장치는 볼 스크류 이송장치이다. 그러나 볼 스크류 이송장치는 표면 스크래치나 파티클 발생 등에 따른 품질 저하 및 이송 시 발생하는 진동에 의해 이송 대상물의 정렬상태가 틀어지는 문제가 발생한다.

이에 리니어 모터를 이용한 메커니즘이 개발되었는데, 리니어 모터(linear motor; LM) 방식의 선형이송장치는, 안내레일을 따라 왕복 이동 가능하게 장착되어 있는 캐리어를 리니어 모터 원리로 구동함으로써, 캐리어에 탑재된 이송 대상물을 임의의 위치에서 목표 위치로 손상이나 정렬상태의 틀어짐 없이 이동시킬 수 있는 장점이 있다. 선형이송장치는 마그넷이 레일에 고정되고 레일 상의 코일이 가동자로서 이동하면서 이송 대상물을 이송시키는 일반적인 코일 이동 방식과 마그넷이 가동자로서 이동하는 마그넷 이동 방식이 있으며, 마그넷 이동 방식은 캐리어( Carrier)에 케이블이 없고, 트랙 내에서 다수의 캐리어가 이동 가능한 장점이 있어 최근에 많이 도입되고 있다. 본 발명은 마그넷 이동 방식의 선형이송장치에 관한 것이다.

마그넷 이동방식의 선형이송장치에서는 마그넷을 포함하는 캐리어의 이동 위치의 검출이 불가결하다. 이러한 이동 위치를 검출하는 수단으로서 리니어 인코더, 로터리 인코더 홀센서 등이 이용되고 있으며, 단가 측면에서 저렴한 홀센서가 사용되는 경우가 많다.

인코더나 홀센서는 캐리어의 이동량, 즉 증가량은 검출할 수 있지만, 절대 위치(임의의 좌표 원점에 대한 위치)를 검출할 수는 없다.

선형 이송 시스템에서, 대상물 이송시 갑작스러운 전원 오프 등 패일(fail) 발생에 의해 시스템을 정지시켜야 할 상황이 발생할 수 있다. 이 경우 제어 시스템은 캐리어의 절대 위치를 검출할 수 없으며, 따라서 시스템을 재가동하고 공정을 재시작하기 위해서는 이송 시스템의 이송 라인 상에 존재하는 모든 캐리어의 위치를 초기화하여야 한다.

보다 상술하면, 시스템이 재가동된 시점에서 캐리어가 어느 코일 모듈 상에 위치한 경우 코일 모듈은 캐리어가 자신의 상부에 위치하는 것은 감지할 수 있으나, 다수의 피치로 구성된 캐리어의 몇 개 피치가 자신의 위에 덮여있는지는 알 수가 없다.

이러한 마그넷 이동방식의 선형이송장치에서 모든 캐리어 위치의 초기화 즉, 원점 복귀는 레일 상의 각 코일 모듈에 설치된 홀 센서를 이용하여 검출된 캐리어의 위치 결정 엔코더 값이 절대 위치 값을 가지도록 하는 행위를 의미한다.

본 출원인은 한국특허출원 제10-2021-0004023호를 통해 홀센서를 이용하여 캐리어의 원점 복귀 동작 및 캐리어 중첩 시의 캐리어 분리 처리를 신속하게 자동처리할 수 있는 캐리어 위치 제어 기술을 출원한 바 있다.

한국특허출원 제10-2021-0004023호에서 제시한 캐리어의 원점 복귀 방식은 크게 마스터 원점 복귀 방식과 슬레이브 원점 복귀 방식으로 구분된다.

마스터 원점 복귀 방식은 상위 제어기에서 조그(Jog) 지령을 통해 이루어지는 원점 복귀 방식으로서, 드라이브 전원 최초 투입 시 코일 모듈 내 좌측 또는 우측 센서보드에 마그넷이 감지되면 센서보드는 마그넷 캐리어의 피치 이동 수를 알 수 없어 캐리어의 정확한 위치를 알 수 없으므로 도 1과 같은 동작을 통해 원점 복귀를 수행한다. 도 1과 같은 과정에서 코일 구동을 위한 전류 지령이 모두 마스터에 의해 구동되므로 이를 마스터 원점 복귀로 지칭하는 것이다.

도 1의 사례는 코일 유닛(20) 상에 하나의 캐리어(30)만이 위치하는 경우로서, 도 1과 같이 캐리어(30)가 위치한 상태에서 전원 OFF, Fail 등에 의해 원점 복귀 즉 캐리어의 절대 위치를 알아내야 하는 경우이다. 이 때는 다른 코일 유닛(20a, 20c, 20d) 상에는 캐리어(30)가 없기 때문에 원점 복귀가 필요하지 않다. 즉 원점 복귀가 되어 있는 상태로 볼 수 있다. 이 경우 제어기는 캐리어(30)가 점유하고 있는 코일 유닛(20b)을 구동하여 캐리어(30)를 인접한 코일 유닛(20)으로 이동시킨다. 이 때, 캐리어(30)가 진입중인 코일 유닛(20)은 좌,우측 위치센서(23,24)를 통해 캐리어(30)의 진입에 따른 싱글 턴(single turn) 검출 후 멀티 턴(multi turn)이 감지되므로 캐리어(30)의 절대위치를 알 수 있으며, 캐리어(30)가 진출하는 코일 유닛(20)은 캐리어(30)가 코일 유닛(20)을 완전히 벗어나는 시점에서 원점 복귀가 완료된다.

각 코일 유닛(20)에는 센서보드(22)가 탑재되어 있으며, 센서보드(22)에는 좌,우측 위치센서(23,24) 외에 캐리어(30)가 코일(21)을 점유하고 있는(덮고 있는) 비율을 검출하고, 검출된 값에 기초하여 캐리어(30)의 이동방향을 결정하기 위한 이동방향 결정센서가 설치되어 있다.

그에 따라, 1개의 캐리어(30)가 2개의 코일 유닛(20)을 동시에 점유하고 있는 경우 이동방향 결정센서의 검출신호에 기초하여 캐리어(30)가 점유하고 있는 비율이 높은 코일(21)쪽으로 캐리어(30)를 이동시켜 원점 복귀를 수행한다.

슬레이브 원점 복귀 방식은 각 코일유닛을 구동하는 드라이버에서 지원하는 원점 복귀 방식으로서, 원점 복귀 번호에 따라 좌,우측 위치센서(23,24) 중 어느 하나를 기준으로 하여 원점 복귀를 진행하며, 인덱스의 위치는 싱글 턴 데이터가 0인 위치이다. 이 방식에서도 2개 코일 유닛에 캐리어가 겹쳐있는 경우 캐리어(30)가 점유하고 있는 비율이 높은 코일(21)쪽으로 캐리어(30)를 이동시켜 원점 복귀를 수행한다.

협소한 공간이나 대용량 이송체를 운반할 경우 제한된 모터 추력으로 인해 1개의 캐리어를 동시에 3개 이상의 코일 유닛으로 제어해야하는 경우가 발생할 수 있는데, 이러한 경우 기존 2가지 원점 복귀 방식으로는 원점 복귀가 불가능하다. 예를 들어 1개의 코일을 통해서는 추력 부족으로 인해 캐리어를 움직일 수 없는 경우에는 슬레이브 원점 복귀 방식은 사용할 수 없다.

그리고, 진공 챔버와 같이 협소한 공간에서 캐리어의 원점 복귀를 해야하는 경우와 캐리어들이 특정 구간에 밀집되어 있는 경우에는 원점 복귀에 많은 시간이 소요된다.

일본공개특허 제1996-322276호 "리니어 모터의 원점 확립 방법" 유럽등록특허 제1547230호 "Controlled motion system"

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 협소한 공간 또는 대용량 이송체를 운반하는 경우에 있어서도 신속하고 간단하게 원점복귀 동작을 수행할 수 있는 마그넷 이동방식 선형이송장치를 구현하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 이동자로서 마그넷이 부착된 캐리어와, 고정자로서 코일과 상기 캐리어의 정방향 진입 시 위치값을 인식하는 좌측 위치센서와, 상기 캐리어의 역방향 진입 시 위치값을 인식하는 우측 위치센서가 탑재된 코일유닛을 포함하는 마그넷 이동 방식 선형이송장치의 캐리어 원점 복귀 제어방법에 있어서, 상위 제어기에서 상기 캐리어가 점유하고 있는 코일유닛 중 어느 하나의 코일 유닛을 절대위치값을 갖는 기준 코일유닛으로 설정하고, 상기 좌측 위치센서와 우측 위치센서 중 하나를 기준 위치센서로 설정하여 해당 위치센서로 원점 복귀 개시 지령을 전송하는 단계, 상위 제어기에서 상기 캐리어가 점유하고 있는 코일 유닛들을 이용하여 상기 캐리어를 상기 기준 위치센서 방향으로 이동시키는 단계, 상기 기준 위치센서를 통해 상기 캐리어가 감지되면 상기 기준 코일유닛이 사전에 입력된 마그넷의 길이를 이용하여 자신의 절대위치값을 결정하고, 이를 상위 제어기로 전송하는 단계, 상위 제어기가 상기 캐리어를 정지시키고, 상기 기준 코일유닛의 절대 위치값을 이용하여 상기 캐리어가 점유하고 있는 다른 코일유닛의 절대위치값을 산출하는 단계 및 상위 제어기가 산출된 절대위치값들을 해당 코일유닛으로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그넷 이동 방식 선형이송장치의 캐리어 원점 복귀 제어방법이 제공된다.

여기서, 상기 상위 제어기는 상기 기준 코일유닛의 절대 위치값과, 각 코일유닛간의 거리, 마그넷의 길이를 이용하여 상기 캐리어가 점유하고 있는 다른 코일유닛의 절대위치값을 산출할 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 의하면, 캐리어의 신속한 원점 복귀가 가능하도록 하여 제조 지연시간을 최소화하여 제조 수율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 슬레이브 원점 복귀 방식에서 마그넷이 두 코일에 걸쳐 있을 경우 어떤 모터를 이용해서 원점 복귀를 할지 결정하는 별도의 디지털 홀 센서가 요구되지 않아 구조가 간단하고 제작비용이 절감되는 장점이 있다.

도 1은 마스터 원점 복귀 방식을 설명하기 위한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그넷 이동방식 선형이송장치의 캐리어 원점 복귀 제어 방법이 수행되는 과정을 도시한 것이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그넷 이동방식 선형이송장치의 캐리어 원점 복귀 제어 방법이 수행되는 과정을 도시한 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 선형이송장치는 통상적인 마그넷 이동 형태의 선형이송장치와 동일한 구조로서, 도 2에는 선형이송장치의 구성이 매우 간략하게 표현되어 있다. 마그넷 이동 형태의 선형이송장치는 이송 트랙을 구성하는 베이스(10)의 상면에 다수의 코일 유닛이(20a ~ 20c)이 이송방향을 따라 설치되고, 다수의 코일 유닛이(20)에 의해 발생되는 전자기력에 의해 코일 유닛(20) 상부에 위치하는 캐리어(30)가 이송 트랙을 따라 이동한다. 캐리어(30)는 평판 형태로 형성되는 캐리어 몸체(31)의 저면에 자극이 교대로 연속적으로 배치되는 마그넷이 부착되어 있다.

도 2에는 코일 유닛(20)에 전력을 인가하여 캐리어(30)의 이송을 제어하는 제어부의 구성이 생략되어 있으며, 여기서 제어부는 상위 제어기와 개별 코일유닛(20)을 구동하는 드라이버를 포함한다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 코일 유닛(20)은 코일(21)과 PCB 형태로 구현되는 센서보드(22)를 구비하고, 센서보드(22)에는 캐리어(30)의 정방향 진입 시 위치값을 인식하는 좌측 위치센서(23)와, 캐리어의 역방향 진입 시 위치값을 인식하는 우측 위치센서와(24)를 포함한다.

좌측 위치센서(23)와 우측 위치센서(24)는 캐리어(30)의 이동방향으로 볼 때 코일(21)의 전방과 후방에 각각 배치되고, 각각 복수 개의 홀센서를 포함할 수 있다.

도 2를 참조하여 원점 복귀 동작을 설명한다.

도 2의 (a)를 참조하면, 상위 제어기에서 캐리어(30)가 점유하고 있는 코일유닛(20) 중 어느 하나의 코일 유닛을 절대위치값을 갖는 기준 코일유닛으로 설정하고, 좌측 위치센서(23)와 우측 위치센서(24) 중 하나를 기준 위치센서로 설정하여 해당 위치센서로 원점 복귀 개시 지령을 전송한다. 도 2에서는 좌측의 코일유닛(20a)이 기준 코일유닛으로 설정되고, 이 코일유닛(20a)의 좌측 위치센서(23)가 기준 위치센서로 설정된 것을 나타낸다.

상위 제어기는 드라이버들을 구동하여 캐리어(30)를 코일유닛(20a)의 기준 위치센서(23) 방향으로 이동시킨다.

도 2의 (b)를 참조하면, 기준 위치센서(23)를 통해 캐리어(30)가 감지되면 기준 코일유닛(20a)이 사전에 입력된 마그넷의 길이를 이용하여 자신의 절대위치값을 결정하고, 이를 상위 제어기로 전송한다.

기준 코일유닛(20a)의 절대위치값이 결정되면, 상위 제어기는 캐리어(30)를 정지시키고, 기준 코일유닛(20a)의 절대 위치값을 이용하여 캐리어(30)가 점유하고 있는 코일유닛(20b, 20c)들의 절대위치값을 산출한다. 코일유닛(20b, 20c)들의 절대위치값은 기준 코일유닛(20a)의 절대 위치값과, 각 코일유닛간의 거리, 마그넷의 길이를 이용하여 산출된다.

도 2의 (c)를 참조하면, 상위 제어기는 산출된 절대위치값들을 코일유닛(20b, 20c)으로 전송하고, 코일유닛(20b, 20c)은 전달된 값을 현재 위치값으로 반영하여 모든 코일유닛들의 원점복귀가 완료된다.

이때 싱글 턴(Single Turn)의 값은 오차를 가질 수 있으나, 멀티 턴(Multi turn)의 오차만큼 발생하지 않기 때문에, 상위 제어기로부터 전달 받은 값을 통해 코일유닛(20b, 20c)은 자신의 절대 위치값을 가질 수 있게 된다.

비록 본 발명이 상기 바람직한 실시 예들과 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서, 첨부된 특허 청구범위는 본 발명의 요지에 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

10 : 베이스 20 : 코일 유닛
21 : 코일 22 : 센서 보드
23 : 좌측 위치센서 24 : 우측 위치센서
30 : 캐리어

Claims (2)

1. 이동자로서 마그넷이 부착된 캐리어와, 고정자로서 코일과 상기 캐리어의 정방향 진입 시 위치값을 인식하는 좌측 위치센서와, 상기 캐리어의 역방향 진입 시 위치값을 인식하는 우측 위치센서가 탑재된 코일유닛을 포함하는 마그넷 이동 방식 선형이송장치의 캐리어 원점 복귀 제어방법에 있어서,
   상위 제어기에서 상기 캐리어가 점유하고 있는 코일유닛 중 어느 하나의 코일 유닛을 절대위치값을 갖는 기준 코일유닛으로 설정하고, 상기 좌측 위치센서와 우측 위치센서 중 하나를 기준 위치센서로 설정하여 해당 위치센서로 원점 복귀 개시 지령을 전송하는 단계;
   상위 제어기에서 상기 캐리어가 점유하고 있는 코일 유닛들을 이용하여 상기 캐리어를 상기 기준 위치센서 방향으로 이동시키는 단계;
   상기 기준 위치센서를 통해 상기 캐리어가 감지되면 상기 기준 코일유닛이 사전에 입력된 마그넷의 길이를 이용하여 자신의 절대위치값을 결정하고, 이를 상위 제어기로 전송하는 단계;
   상위 제어기가 상기 캐리어를 정지시키고, 상기 기준 코일유닛의 절대 위치값을 이용하여 상기 캐리어가 점유하고 있는 다른 코일유닛의 절대위치값을 산출하는 단계; 및
   상위 제어기가 산출된 절대위치값들을 해당 코일유닛으로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그넷 이동 방식 선형이송장치의 캐리어 원점 복귀 제어방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 상위 제어기는 상기 기준 코일유닛의 절대 위치값과, 각 코일유닛간의 거리, 마그넷의 길이를 이용하여 상기 캐리어가 점유하고 있는 다른 코일유닛의 절대위치값을 산출하는 것을 특징으로 하는 마그넷 이동 방식 선형이송장치의 캐리어 원점 복귀 제어방법.