WO2011093553A1 - 평면 3자유도 스테이지 - Google Patents

평면 3자유도 스테이지 Download PDF

Info

Publication number
WO2011093553A1
WO2011093553A1 PCT/KR2010/001951 KR2010001951W WO2011093553A1 WO 2011093553 A1 WO2011093553 A1 WO 2011093553A1 KR 2010001951 W KR2010001951 W KR 2010001951W WO 2011093553 A1 WO2011093553 A1 WO 2011093553A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
link
symbol
driving
fixing
disposed
Prior art date
Application number
PCT/KR2010/001951
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
황동현
이문구
유용환
정재화
Original Assignee
아주대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 아주대학교산학협력단 filed Critical 아주대학교산학협력단
Priority to EP10844777.2A priority Critical patent/EP2529882A4/en
Priority to JP2012510734A priority patent/JP5190154B2/ja
Priority to US13/320,486 priority patent/US9069109B2/en
Publication of WO2011093553A1 publication Critical patent/WO2011093553A1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/003—Alignment of optical elements
    • G02B7/005—Motorised alignment
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/0095—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing combined linear and rotary motion, e.g. multi-direction positioners
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/028—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors along multiple or arbitrary translation directions, e.g. XYZ stages
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/04—Constructional details
    • H02N2/043—Mechanical transmission means, e.g. for stroke amplification
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/04—Constructional details
    • H02N2/043—Mechanical transmission means, e.g. for stroke amplification
    • H02N2/046—Mechanical transmission means, e.g. for stroke amplification for conversion into rotary motion
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/24—Base structure
    • G02B21/26—Stages; Adjusting means therefor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/20—Control lever and linkage systems
    • Y10T74/20207—Multiple controlling elements for single controlled element
    • Y10T74/20341—Power elements as controlling elements
    • Y10T74/20348—Planar surface with orthogonal movement and rotation

Definitions

  • planar three degree of freedom stage since the translational and rotational movements are made independently, not only the movement error can be reduced, but also the control and design can be facilitated.
  • FIG. 6 is a view showing a state in which the translational motion of the planar three degree of freedom stage according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing a state in which the translational motion of the planar three degree of freedom stage according to an embodiment of the present invention
  • Figure 7 is a state in which the rotational movement of the planar three degree of freedom stage according to an embodiment of the present invention The figure shown.
  • the fixed part 310 is surrounded by the symbol mechanism part 110 and maintains a fixed state without the translational movement during the operation of the translational mechanism part 100.
  • the fixed part 310 is rotated in a clockwise or counterclockwise direction during the operation of the rotary motion mechanism 200, but the remaining portion is maintained without being rotated. That is, the outer portion 310a of the fixing portion 310 is rotated by the Scott-Lussell link portion 210 which will be described later when the rotary motion mechanism 200 is operated, but the inner portion 310b of the fixing portion 310 will be described later.
  • the leaf spring 220 is not rotated to maintain a fixed state.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Details Of Measuring And Other Instruments (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)

Abstract

본 발명은 평면 3자유도 스테이지에 관한 것으로서, 병진 2자유도를 갖는 병진운동기구부와, 병진운동기구부와 독립적으로 운동하는 회전 1자유도를 갖는 회전운동기구부와, 병진운동기구부와 회전운동기구부가 설치되고 내측의 고정부와 외측의 구동부를 구비하는 스테이지 베이스를 포함하는 것을 특징으로 하고, 이에 따르면 병진운동과 회전운동이 독립적으로 이루어지므로 운동 오차를 줄일 수 있고 제어 및 설계를 용이하게 할 수 있다.

Description

평면 3자유도 스테이지
본 발명은 초정밀 스테이지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 병진운동기구부와 독립적으로 운동하는 회전운동기구부를 구비하는 평면 3자유도 스테이지에 관한 것이다.
일반적으로 압전구동기와 유연힌지로 구현되는 초정밀 스테이지는 주사탐침현미경, 석판인쇄기, 마이크로 정렬기, 정밀가공기, 마이크로 조립기, 나노측정기, 분광기, 평판디스플레이 및 반도체 검사장비 등 다양한 분야에서 활용되고 있다.
특히 압전구동기와 유연힌지로 구성된 위치결정기구의 경우 이송정밀성, 설계 및 가공의 용이성으로 인해 많은 개발이 선행되고 있으며, 병진 2자유도와 회전 1자유도의 운동을 하는 위치결정기구는 그 중 하나로 로보틱스 분야의 발전과 함께 많은 연구가 이루어지고 있는 실정이다.
상기한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래기술을 의미하는 것은 아니다.
종래 병진 2자유도와 회전 1자유도의 운동을 하는 스테이지는 병렬 구조로 이루어진다. 따라서 종래 스테이지에 의하면 병진운동의 구동기와 회전운동의 구동기가 서로 연결되어 있고, 상기 운동을 안내하는 안내기구 등도 서로 연결되어 있으므로, 병진운동 또는 회전운동 중 어느 하나의 운동만을 의도하는 경우에도 의도하지 않은 다른 운동까지 동시에 일어나게 됨에 따라 운동 오차가 발생하게 된다. 이러한 운동 오차를 제어하기 위해서는 추가적인 제어 메커니즘이 필요하게 되는데, 이 경우 구조가 더욱 복잡해지고 정밀도는 더욱 떨어지게 되는 문제점이 있다.
따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 구조를 단순화하면서 정밀도를 향상시킬 수 있는 평면 3자유도 스테이지를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 평면 3자유도 스테이지는: 병진 2자유도를 갖는 병진운동기구부; 상기 병진운동기구부와 독립적으로 운동하는 회전 1자유도를 갖는 회전운동기구부; 및 상기 병진운동기구부와 상기 회전운동기구부가 설치되고, 내측의 고정부와 외측의 구동부를 구비하는 스테이지 베이스를 포함한다.
바람직하게는, 상기 병진운동기구부는 상기 고정부와 상기 구동부 사이에 배치되어 일측은 상기 고정부와 연결되고, 타측은 상기 구동부와 연결되는 심벌기구부를 포함하고, 상기 회전운동기구부는 상기 고정부에 배치되는 스캇-루셀링크부를 포함한다.
더 바람직하게는, 상기 심벌기구부는 상기 스테이지 베이스 상에 좌우 대칭되게 복수 개가 설치된다.
더 바람직하게는, 상기 심벌기구부는, 상기 스테이지 베이스의 상부와 하부에 배치되는 한 쌍의 제1심벌기구조; 및 상기 스테이지 베이스의 양측부에 배치되는 한 쌍의 제2심벌기구조를 포함한다.
더 바람직하게는, 상기 제1심벌기구조와 상기 제2심벌기구조는 서로 직교하도록 배치되며, 상기 제1심벌기구조에 변위가 발생하는 경우 상기 제2심벌기구조는 상기 제1심벌기구조에 의한 구동부의 병진운동을 안내한다.
더 바람직하게는, 상기 심벌기구부는, 상기 고정부와 연결되는 내측단부; 상기 내측단부의 맞은편에 배치되고, 상기 구동부와 연결되는 외측단부; 상기 구동부와 고정부 사이에 배치되는 일측단부; 상기 일측단부의 맞은편에 배치되는 타측단부; 상기 일측단부와 상기 외측단부를 연결하는 제1유연힌지링크; 상기 외측단부와 상기 타측단부를 연결하는 제2유연힌지링크; 상기 타측단부와 상기 내측단부를 연결하는 제3유연힌지링크; 및 상기 내측단부와 상기 일측단부를 연결하는 제4유연힌지링크를 포함하고, 상기 일측단부와 상기 타측단부 사이에 제1구동부가 개재된다.
더 바람직하게는, 상기 스캇-루셀링크부는, 일측이 상기 고정부에 결합되는 제2구동부의 타측과 결합되는 제1링크; 일측이 상기 제1링크와 연결되고 타측이 상기 고정부와 연결되며, 상기 제1링크의 이동에 의해 회전되어 상기 고정부를 회전시키는 제2링크; 및 일측이 상기 제2링크와 연결되고 타측이 상기 고정부와 연결되는 제3링크를 포함한다.
더 바람직하게는, 상기 회전운동기구부는 상기 스캇-루셀링크부의 외측에 배치되어 상기 고정부의 회전을 가이드하는 판스프링을 더 포함한다.
더 바람직하게는, 상기 판스프링은 상기 고정부의 중심을 기준으로 동일한 회전 간격으로 복수 개가 배열된다.
바람직하게는, 상기 병진운동기구부와 상기 회전운동기구부는 상기 스테이지 베이스의 동일 평면 상에 설치된다.
본 발명에 따른 평면 3자유도 스테이지에 의하면, 병진운동과 회전운동이 독립적으로 이루어지므로, 운동 오차를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 제어 및 설계를 용이하게 할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 평면 3자유도 스테이지에 의하면, 병진운동기구부와 회전운동기구부가 동일 평면 상에 배열되므로, 구조를 단순화시킬 수 있을 뿐만 아니라 운동 중심을 낮출 수 있어 관성 모멘트 대응력을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 3자유도 스테이지의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 3자유도 스테이지의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 3자유도 스테이지의 병진운동기구부를 나타낸 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 3자유도 스테이지의 회전운동기구부를 나타낸 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 3자유도 스테이지의 심벌기구부를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 3자유도 스테이지의 병진운동이 이루어지는 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 3자유도 스테이지의 회전운동이 이루어지는 상태를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 평면 3자유도 스테이지의 일 실시예를 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 3자유도 스테이지의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 3자유도 스테이지의 평면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 3자유도 스테이지의 병진운동기구부를 나타낸 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 3자유도 스테이지의 회전운동기구부를 나타낸 평면도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 3자유도 스테이지의 심벌기구부를 나타낸 도면이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 3자유도 스테이지의 병진운동이 이루어지는 상태를 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 3자유도 스테이지의 회전운동이 이루어지는 상태를 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 3자유도 스테이지(1)는 병진운동기구부(100), 회전운동기구부(200), 스테이지 베이스(300)를 포함하여 이루어진다.
스테이지 베이스(300)는 고정부(310)와 구동부(320)를 구비한다. 고정부(310)에는 회전운동기구부(200)가 설치되고, 고정부(310)와 구동부(320) 사이에는 병진운동기구부(100)가 배치된다.
고정부(310)는 스테이지 베이스(300)의 내측에 형성되고, 구동부(320)는 스테이지 베이스(300)의 외측에 형성된다. 고정부(310)와 구동부(320) 사이에는 심벌기구부(110)가 개재되어 고정부(310)와 구동부(320)를 구획한다.
고정부(310)는 심벌기구부(110)에 의해 둘러싸여 있으며, 병진운동기구부(100)의 작동시 병진운동을 이루지 않고 고정된 상태를 유지한다. 또한 고정부(310)는 회전운동기구부(200)의 작동시 일부분은 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전운동하나, 나머지 부분은 회전되지 않고 고정된 상태를 유지한다. 즉, 고정부(310)의 외곽부(310a)는 회전운동기구부(200)의 작동시 후술할 스캇-루셀링크부(210)에 의해 회전되나, 고정부(310)의 내측부(310b)는 후술할 판스프링(220)에 의해 회전되지 않고 고정된 상태를 유지하게 된다.
구동부(320)는 심벌기구부(110)의 외측에 배치되며, 병진운동기구부(100)의 작동시 일축 또는 상기 일축과 직교하는 타축으로 병진운동된다. 또한 구동부(320)는 회전운동기구부(200)의 작동시 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전운동된다.
병진운동기구부(100)는 병진 2자유도를 갖는다. 즉, 병진운동기구부(100)는 일축과 이에 직교하는 타축의 2방향으로 병진운동을 행한다. 이러한 병진운동기구부(100)는 회전운동기구부(200)와 기구학적으로 분리되어 있어 병진운동기구부(100)의 작동이 회전운동기구부(200)의 작동에 영향을 미치지 않게 된다.
마찬가지로, 회전운동기구부(200)의 작동 역시 병진운동기구부(100)의 작동에 영향을 미치지 않음은 물론이다. 이렇게 병진운동기구부(100)와 회전운동기구부(200)가 서로의 운동에 영향을 미치지 않으며 독립적으로 운동하므로 의도치 않은 운동의 실행에 따른 오차를 미연에 차단할 수 있게 된다.
병진운동기구부(100)는 심벌기구부(110)를 포함하여 이루어진다.
심벌기구부(110)는 고정부(310)와 구동부(320) 사이에 배치된다. 심벌기구부(110)의 일측은 고정부(310)와 유연힌지(flexure hinge)에 의해 연결되고 타측은 구동부(320)와 유연힌지에 의해 연결된다. 한편, 유연힌지의 구조는 당업자들 사이에서 자명한 사항이라 할 것이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
심벌기구부(110)는 스테이지 베이스(300) 상에 좌우 대칭되게 복수 개가 설치된다. 본 실시예에서, 심벌기구부(110)는 도 2를 기준으로 상부, 하부, 좌측부 및 우측부에 총 4개가 좌우 대칭되도록 설치되어 있으나 이에 한정될 것은 아니라 할 것이므로, 4개가 아닌 좌우 대칭되는 그 이상의 또는 그 이하의 개수로 설치되어도 됨은 물론이다.
이하에서는, 스테이지 베이스(300)의 중심에 90도 회전간격으로 4개가 배치되는 심벌기구부(110)를 예로 들어 설명한다.
심벌기구부(110)는 스테이지 베이스(300)의 상부와 하부에 배치되는 한 쌍의 제1심벌기구조(120)와, 스테이지 베이스(300)의 좌측부와 우측부에 배치되는 한 쌍의 제2심벌기구조(130)를 포함한다.
이러한 제1심벌기구조(120)와 제2심벌기구조(130)는 서로 직교하도록 배치된다. 따라서 제1심벌기구조(120) 중 어느 하나에서 변위가 발생하는 경우 제1심벌기구조(120)에 의한 구동부(320)의 이동 방향에 수평하게 배치되는 제2심벌기구조(130)는 구동부(320)의 이동이 흔들림 없이 행해지도록 구동부(320)의 병진운동을 안내한다.
즉, 제1심벌기구조(120) 중 상부에 배치되는 제1심벌기구(111)의 작동에 의해 구동부(320)가 하방으로 이동되는 경우 좌측부와 우측부에 배치되는 제2심벌기구조(130)는 구동부(320)가 하방으로 흔들림 없이 이동되도록 구동부(320)를 안내한다.
마찬가지로, 제2심벌기구조(130) 중 어느 하나에서 변위가 발생하는 경우 제2심벌기구조(130)에 의한 구동부(320)의 이동 방향에 수평하게 배치되는 제1심벌기구조(120)는 구동부(320)의 좌우 이동이 흔들림 없이 행해지도록 구동부(320)의 좌우 병진운동을 안내한다.
이로써, 본 발명에 따르면 심벌기구부(110)는 변위의 증폭을 이룰 수 있을 뿐만 아니라, 구동부(320)의 병진운동 시 이를 안내하는 역할까지 수행할 수 있게 된다.
한편, 앞서 서술한 바와 같이 병진운동기구부(100)의 운동 시 병진운동기구부(100)와 기구학적으로 분리되어 있는 회전운동기구부(200)는 구동부(320)의 회전을 발생시키지 않는다.
심벌기구부(110)를 이루는 하나의 심벌기구(111)는 내측단부(141), 외측단부(142), 일측단부(143), 타측단부(144), 제1유연힌지링크(151), 제2유연힌지링크(152), 제3유연힌지링크(153) 및 제4유연힌지링크(154)를 포함하여 이루어진다.
내측단부(141)는 고정부(310)와 유연힌지에 의해 연결되도록 내측에 배치되며, 외측단부(142)는 내측단부(141)의 맞은편에 배치되고 구동부(320)와 유연힌지에 의해 연결된다.
심벌기구부(110)의 작동에 의한 구동부(320)의 병진운동은 내측단부(141)가 고정부(310)에 의해 고정된 상태에서 외측단부(142)가 발생된 변위에 의해 이동되면서 일어나게 된다.
일측단부(143)는 고정부(310)와 구동부(320) 사이에 배치되며, 제1구동부(410)의 일단부가 결합된다. 여기서, 제1구동부(410)는 압전구동기가 적용된다. 이러한 압전구동기는 압전구동기의 양측에 압력을 가하면 압력에 비례하는 양음의 전하가 나타나는 압전현상을 역으로 이용한 것이다. 구체적으로, 압전구동기의 양단에 전압을 가하면 압전구동기는 변형되는데, 이때 일방향으로는 신장되고 그 방향에 수직한 방향으로는 수축이 일어나게 된다. 이를 이용하여 초정밀 운동을 생성하는 스테이지에 압전구동기를 구동원으로 사용한다.
타측단부(144)는 고정부(310)와 구동부(320) 사이에 배치되며, 제1구동부(410)의 타단부가 결합된다. 이러한 타측단부(144)는 일측단부(143)의 맞은편에 위치한다.
일측단부(143)와 타측단부(144) 사이에는 제1구동부(410)가 개재된다. 제1구동부(410)는 억지끼움결합 등 여러 결합방법으로 일측단부(143)와 타측단부(144) 사이에 개재될 수 있다.
상술한 내측단부(141), 외측단부(142), 일측단부(143) 및 타측단부(144)는 유연힌지링크에 의해 인접한 구성이 서로 연결된다. 구체적으로, 제1유연힌지링크(151)는 일측단부(143)와 외측단부(142)를 연결하고, 제2유연힌지링크(152)는 외측단부(142)와 타측단부(144)를 연결하고, 제3유연힌지링크(153)는 타측단부(144)와 내측단부(141)를 연결하며, 제4유연힌지링크(154)는 내측단부(141)와 일측단부(143)를 연결한다.
이와 같이 내측단부(141), 외측단부(142), 일측단부(143), 타측단부(144)와 이를 서로 연결하는 유연힌지링크로 이루어지는 심벌기구(111)는, 제1구동부(410)의 작동에 의해 일측단부(143)와 타측단부(144) 사이의 거리가 멀어지게 되면, 반대로 내측단부(141)와 외측단부(142) 사이의 거리는 가까워지게 된다.
이때, 내측단부(141)가 고정부(310)에 연결되어 고정되어 있으므로, 내측단부(141)와 외측단부(142)의 상호 근접은 외측단부(142)의 이동에 의해 주도적으로 이루어지게 된다.
이와 같이, 외측단부(142)가 이동하게 되면 외측단부(142)와 유연힌지로 연결되어 있는 구동부(320) 또한 이동하게 되므로, 결국 제1구동부(410)가 작동되면 구동부(320)는 외측단부(142)가 내측단부(141)로 향하는 방향으로 병진운동을 하게 된다.
회전운동기구부(200)는 병진운동기구부(100)와 독립적으로 운동을 행하며 회전 1자유도를 갖는다. 이러한 회전운동기구부(200)는 스캇-루셀링크부(210)를 포함하여 이루어진다.
스캇-루셀링크부(210)는 제1링크(211), 제2링크(212) 및 제3링크(213)를 구비하며, 고정부(310)의 내측부(310b)에 설치된다. 이러한 스캇-루셀링크부(210)는 각 구성의 작동에 의해 스캇-루셀 기구(Scott-Russell Mechanism)를 이룬다.
제1링크(211)는 일단이 고정부(310)에 결합되는 제2구동부(420)의 타단과 결합된다. 여기서, 제2구동부(420)는 제1구동부(410)와 마찬가지로 압전구동기가 적용된다.
제2링크(212)는 일측이 제1링크(211)와 유연힌지로 연결되고, 타측이 고정부(310)의 외곽부(310a)와 유연힌지로 연결된다. 이에 따라, 제2구동부(420)의 작동에 의해 제1링크(211)가 제2링크(212) 측으로 이동하는 경우 제2링크(212)는 제2링크(212)와 제3링크(213)의 연결부위를 기준으로 시계 방향으로 회전하게 된다.
제2링크(212)가 시계 방향으로 회전하게 되면, 제2링크(212)와 유연힌지에 의해 연결되어 있는 고정부(310)의 외곽부(310a) 또한 시계 방향으로 회전하게 된다.
제3링크(213)는 일측이 제2링크(212)와 유연힌지로 연결되고, 타측이 고정부(310)의 내측부(310b)와 유연힌지로 연결된다. 따라서 제2링크(212)의 시계 방향 회전시 제3링크(213)는 제2링크(212)와 제3링크(213)의 연결부위를 기준으로 상대적으로 반시계 방향으로 회전하게 된다.
회전운동기구부(200)는 판스프링(220)을 더 포함한다. 판스프링(220)은 스캇-루셀링크부(210)의 외측에 배치되도록 고정부(310) 상에 설치되어 제2구동부(420)의 작동에 의한 고정부(310)의 회전을 가이드한다.
구체적으로, 판스프링(220)은 고정부(310)의 중심을 기준으로 동일한 회전 간격으로 복수 개가 배열되어 고정부(310)의 외곽부(310a)의 회전시 고정부(310)의 내측부(310b)가 회전되지 않고 고정된 상태를 유지하게 한다. 이에 의해 고정부(310)의 내측부(310b)는 고정부(310)의 외곽부(310a) 및 구동부(320)의 회전을 가이드하게 된다.
한편, 본 실시예에서 판스프링(220)은 고정부(310)의 중심을 기준으로 90도 회전 간격으로 4개가 설치되어 있으나 이에 한정될 것은 아니라 할 것이므로, 180도 회전 간격으로 2개, 120도 회전 간격으로 3개 등으로 설치될 수 있음은 물론이다.
앞서 살펴본 바와 같이, 병진운동기구부(100)와 회전운동기구부(200)는 스테이지 베이스(300)의 동일 평면 상에 설치되므로, 운동 중심을 낮출 수 있어 관선 모멘트에 대한 대항력을 향상시킬 수 있게 된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 3자유도 스테이지의 작동원리를 설명하기로 한다.
먼저, 평면 3자유도 스테이지(1)의 병진운동에 대해 살펴본다.
제1심벌기구조(120)의 상부 심벌기구(111)에 설치되는 제1구동부(410)에 전압이 가해지면 제1구동부(410)는 양측 방향으로 신장되어 제1구동부(410)와 결합되어 있는 일측단부(143)와 타측단부(144)를 가압하게 되고, 이에 의해 일측단부(143)는 좌측으로 이동되고 타측단부(144)는 우측으로 이동되면서 일측단부(143)와 타측단부(144) 사이의 거리는 멀어지게 된다.
이에 따라 일측단부(143) 및 타측단부(144)와 유연힌지링크로 연결되어 있는 내측단부(141)와 외측단부(142) 사이의 거리는 가까워지게 되는데, 내측단부(141)가 고정부(310)에 고정되어 있으므로 내측단부(141)와 외측단부(142)의 상호 근접은 외측단부(142)의 이동에 의해 주도적으로 이루어지게 된다.
외측단부(142)가 이동됨에 따라 외측단부(142)와 유연힌지로 연결되어 있는 구동부(320)는 외측단부(142)가 내측단부(141)를 향해 이동하는 거리만큼 이동하게 된다. 이러한 구동부(320)의 이동은 구동부(320)의 이동 방향과 수평하게 배치되는 제2심벌기구조(130)에 의해 안내되므로, 구동부(320)의 병진운동은 흔들림 없이 이루어지게 된다.
다음으로, 평면 3자유도 스테이지(1)의 회전운동에 대해 살펴본다.
회전운동기구부(200)에 설치되는 제2구동부(420)에 전압이 가해지면 제2구동부(420)는 양측 방향으로 신장된다. 이때 제2구동부(420)의 일단이 고정부(310)에 고정 결합되어 있으므로 제2구동부(420)는 타단 방향으로만 신장이 일어나게 된다. 이러한 제2구동부(420)의 신장에 의해 제1링크(211)는 제2링크(212) 방향으로 이동하면서 제2링크(212)를 가압하게 된다.
이에 따라, 제2링크(212)는 제2링크(212)와 제3링크(213)의 연결부위를 기준으로 시계 방향으로 회전하게 되고, 제2링크(212)와 유연힌지에 의해 연결되어 있는 고정부(310)의 외곽부(310a) 또한 시계 방향으로 회전하게 된다. 이때, 스캇-루셀링크부(210)의 외측에 외곽부(310a)의 회전을 가이드하는 판스프링(220)이 배열되어 있으므로, 고정부(310)의 내측부(310b)는 외곽부(310a)의 회전을 가이드하면서 고정된 상태를 유지하게 된다.
이와 같이, 스캇-루셀링크부(210) 및 판스프링(220)에 의해 내측부(310b)는 고정된 상태를 유지하고, 외곽부(310a)는 시계 방향으로 회전하게 되므로, 궁극적으로 외곽부(310a)와 연결되어 있는 구동부(320)가 시계 방향으로 회전운동을 이룰 수 있게 된다.
본 발명은 도면에 도시되는 일 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 병진 2자유도를 갖는 병진운동기구부;
    상기 병진운동기구부와 독립적으로 운동하는 회전 1자유도를 갖는 회전운동기구부; 및
    상기 병진운동기구부와 상기 회전운동기구부가 설치되고, 내측의 고정부와 외측의 구동부를 구비하는 스테이지 베이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 3자유도 스테이지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 병진운동기구부는 상기 고정부와 상기 구동부 사이에 배치되어 일측은 상기 고정부와 연결되고, 타측은 상기 구동부와 연결되는 심벌기구부를 포함하고,
    상기 회전운동기구부는 상기 고정부에 배치되는 스캇-루셀링크부를 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 3자유도 스테이지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 심벌기구부는 상기 스테이지 베이스 상에 좌우 대칭되게 복수 개가 설치되는 것을 특징으로 하는 평면 3자유도 스테이지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 심벌기구부는, 상기 스테이지 베이스의 상부와 하부에 배치되는 한 쌍의 제1심벌기구조; 및
    상기 스테이지 베이스의 양측부에 배치되는 한 쌍의 제2심벌기구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 3자유도 스테이지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1심벌기구조와 상기 제2심벌기구조는 서로 직교하도록 배치되며,
    상기 제1심벌기구조에 변위가 발생하는 경우 상기 제2심벌기구조는 상기 제1심벌기구조에 의한 구동부의 병진운동을 안내하는 것을 특징으로 하는 평면 3자유도 스테이지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 심벌기구부는,
    상기 고정부와 연결되는 내측단부;
    상기 내측단부의 맞은편에 배치되고, 상기 구동부와 연결되는 외측단부;
    상기 구동부와 고정부 사이에 배치되는 일측단부;
    상기 일측단부의 맞은편에 배치되는 타측단부;
    상기 일측단부와 상기 외측단부를 연결하는 제1유연힌지링크;
    상기 외측단부와 상기 타측단부를 연결하는 제2유연힌지링크;
    상기 타측단부와 상기 내측단부를 연결하는 제3유연힌지링크; 및
    상기 내측단부와 상기 일측단부를 연결하는 제4유연힌지링크를 포함하고,
    상기 일측단부와 상기 타측단부 사이에 제1구동부가 개재되는 것을 특징으로 하는 평면 3자유도 스테이지.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 스캇-루셀링크부는, 일측이 상기 고정부에 결합되는 제2구동부의 타측과 결합되는 제1링크;
    일측이 상기 제1링크와 연결되고 타측이 상기 고정부와 연결되며, 상기 제1링크의 이동에 의해 회전되어 상기 고정부를 회전시키는 제2링크; 및
    일측이 상기 제2링크와 연결되고 타측이 상기 고정부와 연결되는 제3링크를 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 3자유도 스테이지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 회전운동기구부는 상기 스캇-루셀링크부의 외측에 배치되어 상기 고정부의 회전을 가이드하는 판스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 3자유도 스테이지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 판스프링은 상기 고정부의 중심을 기준으로 동일한 회전 간격으로 복수 개가 배열되는 것을 특징으로 하는 평면 3자유도 스테이지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 병진운동기구부와 상기 회전운동기구부는 상기 스테이지 베이스의 동일 평면 상에 설치되는 것을 특징으로 하는 평면 3자유도 스테이지.
PCT/KR2010/001951 2010-01-29 2010-03-30 평면 3자유도 스테이지 WO2011093553A1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP10844777.2A EP2529882A4 (en) 2010-01-29 2010-03-30 PLANARE STAGE WITH 3 FREQUENCY RANGES
JP2012510734A JP5190154B2 (ja) 2010-01-29 2010-03-30 平面３自由度ステージ
US13/320,486 US9069109B2 (en) 2010-01-29 2010-03-30 Planar 3-DOF stage

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100008718A KR100979539B1 (ko) 2010-01-29 2010-01-29 평면 3자유도 스테이지
KR10-2010-0008718 2010-01-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011093553A1 true WO2011093553A1 (ko) 2011-08-04

Family

ID=43009614

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2010/001951 WO2011093553A1 (ko) 2010-01-29 2010-03-30 평면 3자유도 스테이지

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9069109B2 (ko)
EP (1) EP2529882A4 (ko)
JP (1) JP5190154B2 (ko)
KR (1) KR100979539B1 (ko)
WO (1) WO2011093553A1 (ko)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9273761B2 (en) * 2012-05-03 2016-03-01 Mau-Hsiang Wu XYθ precision alignment platform
CN104016297B (zh) * 2014-06-20 2016-04-27 上海工程技术大学 一种3-dof硅基纳米级定位平台及其制作方法
KR101677989B1 (ko) * 2015-10-06 2016-11-21 국방과학연구소 정밀 스테이지
CN106026763B (zh) * 2016-05-17 2017-05-17 西安交通大学 一种压电陶瓷驱动的三自由度角度调节装置及调节方法
US10184607B2 (en) * 2016-05-18 2019-01-22 Aerotech, Inc. Open frame, parallel, two axis flexure stage with yaw compensation
CN106195541B (zh) * 2016-07-04 2018-04-27 山东大学 一种三自由度压电驱动微纳定位平台
CN107833594B (zh) * 2017-09-13 2020-02-21 南京航空航天大学 一种用于高精度定位和测量的二维三自由度微动平台结构
CN110136771B (zh) * 2019-04-01 2021-09-21 华南理工大学 一种高带宽两自由度并联柔顺精密定位平台
CN112217417B (zh) * 2019-07-09 2024-07-02 重庆邮电大学 一种三足平面三自由度压电谐振自致动机构及其激励方法
CN110421532B (zh) * 2019-08-15 2022-10-11 山东大学深圳研究院 一种压电陶瓷驱动的微纳伺服平台
CN111152201B (zh) * 2020-01-17 2022-05-13 南京理工大学 用于自动装配的可变刚度且有六维力感知的被动柔顺装置
US11837973B2 (en) * 2021-01-11 2023-12-05 Xi'an Jiaotong University Differential compliant displacement reducer
CN113917642B (zh) * 2021-09-23 2022-07-19 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种串并联耦合的多自由度光学元件精密调节平台
CN116343901B (zh) * 2023-02-20 2024-07-12 山东大学 一种三自由度微动平台及工作方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01246036A (ja) * 1988-03-25 1989-10-02 Omron Tateisi Electron Co 微動ステージ装置
JPH054138A (ja) * 1991-06-28 1993-01-14 Canon Inc 位置決め装置
JPH064209B2 (ja) * 1987-10-06 1994-01-19 日本電気株式会社 位置決め機構
JPH09230251A (ja) * 1996-02-26 1997-09-05 Nikon Corp 顕微鏡
KR100223624B1 (ko) * 1995-02-24 1999-10-15 미따라이 하지메 위치결정장치와 디바이스 제조장치 및 방법
KR100497729B1 (ko) * 2003-02-21 2005-06-28 한국과학기술원 유연기구 메커니즘을 이용한 3축 직선운동 스테이지

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4559717A (en) * 1984-02-21 1985-12-24 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce Flexure hinge
JPS61177177A (ja) * 1985-01-29 1986-08-08 Tokyo Juki Ind Co Ltd 圧電素子を用いたアクチユエ−タ
JP2601834B2 (ja) * 1987-08-26 1997-04-16 株式会社東芝 テーブル装置
US5153494A (en) * 1990-04-06 1992-10-06 International Business Machines Corp. Ultrafast electro-dynamic x, y and theta positioning stage
JPH064209A (ja) 1992-06-22 1994-01-14 Nec Corp ポインティングデバイス
JPH08118175A (ja) 1994-10-21 1996-05-14 Imao Corp:Kk 取付用ベース部材及びそのベース部材に取り付けられる取付具
DE19940124C2 (de) * 1998-08-31 2003-04-10 Olympus Optical Co Plattform mit einem Verschiebungsverstärkungsmechanismus
US6593677B2 (en) * 2000-03-24 2003-07-15 Onix Microsystems, Inc. Biased rotatable combdrive devices and methods
DE10017332C2 (de) * 2000-04-07 2002-04-18 Daimler Chrysler Ag Piezoelektrische Betätigungseinrichtung zur Klappensteuerung am Rotorblatt eines Hubschraubers
DE50007505D1 (de) * 2000-12-21 2004-09-23 Liechti Engineering Ag Langnau Positioniervorrichtung
US6806991B1 (en) * 2001-08-16 2004-10-19 Zyvex Corporation Fully released MEMs XYZ flexure stage with integrated capacitive feedback
JP3792675B2 (ja) * 2003-06-05 2006-07-05 ファナック株式会社 微細位置決め装置及び工具補正方法
JP2005150616A (ja) * 2003-11-19 2005-06-09 Canon Inc 微動ステージ
KR100568206B1 (ko) * 2004-02-13 2006-04-05 삼성전자주식회사 스테이지장치
JP2005268608A (ja) * 2004-03-19 2005-09-29 Sumitomo Heavy Ind Ltd ステージ装置
US7348709B2 (en) * 2004-04-16 2008-03-25 Npoint, Inc. Heavy-load nanopositioner with dual-parallel flexure design
KR100586885B1 (ko) 2004-08-06 2006-06-08 삼성전자주식회사 초정밀 위치제어 시스템
US7557470B2 (en) * 2005-01-18 2009-07-07 Massachusetts Institute Of Technology 6-axis electromagnetically-actuated meso-scale nanopositioner
KR20080051914A (ko) * 2006-12-07 2008-06-11 오세중 드릴링 머신
DE102007005293A1 (de) * 2007-01-29 2008-08-07 Technische Universität Ilmenau Vorrichtung und Verfahren zum mikromechanischen Positionieren und Manipulieren eines Objektes
JP4987662B2 (ja) 2007-10-19 2012-07-25 住友重機械工業株式会社 ステージ装置
US9048759B2 (en) * 2010-11-17 2015-06-02 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Multistage force amplification of piezoelectric stacks

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH064209B2 (ja) * 1987-10-06 1994-01-19 日本電気株式会社 位置決め機構
JPH01246036A (ja) * 1988-03-25 1989-10-02 Omron Tateisi Electron Co 微動ステージ装置
JPH054138A (ja) * 1991-06-28 1993-01-14 Canon Inc 位置決め装置
KR100223624B1 (ko) * 1995-02-24 1999-10-15 미따라이 하지메 위치결정장치와 디바이스 제조장치 및 방법
JPH09230251A (ja) * 1996-02-26 1997-09-05 Nikon Corp 顕微鏡
KR100497729B1 (ko) * 2003-02-21 2005-06-28 한국과학기술원 유연기구 메커니즘을 이용한 3축 직선운동 스테이지

Also Published As

Publication number Publication date
EP2529882A4 (en) 2014-08-27
EP2529882A1 (en) 2012-12-05
JP2012527033A (ja) 2012-11-01
KR100979539B1 (ko) 2010-09-02
US20120279344A1 (en) 2012-11-08
JP5190154B2 (ja) 2013-04-24
US9069109B2 (en) 2015-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2011093553A1 (ko) 평면 3자유도 스테이지
WO2013162268A1 (ko) 병렬형 5자유도 마이크로 로봇
WO2021206451A2 (ko) 휴대단말기용 접혀지는 힌지 모듈
WO2013009118A2 (en) Apparatus and method for inspecting pipelines
WO2020149508A1 (ko) 모듈형 태양광 패널 청소장치
WO2011099653A1 (ko) 업라이트형 진공 청소기
WO2020032390A1 (ko) 다관절 로봇의 케이블 가이드 장치
WO2018093056A1 (ko) 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치, 이를 포함하는 내시경 로봇 장치 및 의료용 로봇 장치
WO2012169748A2 (ko) 병렬형 머니퓰레이터
WO2014189336A1 (ko) 카운터 밸런스부를 구비한 스탠드
WO2019102446A1 (ko) 병렬형 집적 구동장치
WO2016182303A1 (ko) 2자유도 감지 모드를 갖는 멤스 자이로스코프
WO2017183919A1 (ko) 탄성 구동 장치
WO2022255726A1 (ko) 곡면 거치대 및 이를 포함하는 직선운동장치
WO2015186864A1 (ko) 삼차원 프린터의 베드 수평정렬 장치
WO2017022968A1 (ko) 양방향 게이트밸브
WO2011072597A1 (zh) 光刻机双硅片台交换方法及系统
WO2020230988A1 (ko) 플렉시블 소재의 360도 양방향 폴딩 내구성 평가 장치
WO2023243926A1 (ko) 다기능 반송로봇을 이용한 반도체 웨이퍼 세정장비
WO2015115764A1 (ko) 카메라 모듈
WO2015099370A1 (ko) 곡면 패널 디스플레이 결함 리페어 장치
WO2021015508A1 (ko) 임프린트용 레벨링 유닛 및 이를 포함하는 임프린트 장치
KR100675331B1 (ko) 4자유도 나노 차원 구동조작기
WO2023214837A1 (ko) 로봇용 관절 장치
WO2020085611A1 (ko) 레이어 재밍 구동장치

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10844777

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2012510734

Country of ref document: JP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13320486

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2010844777

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE