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KR100258887B1 - 미세위치 조정장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전자제품 등의 생산라인에서 소형부품의 실장장치 등에 적용하여 그 위치를 정밀하게 제어하여야 하는 경우에 이송동작을 정확하게 수행하기 위한 미세위치 조정장치에 관한 것으로서; 고정 스테이지, 이송 스테이지, 탄성 힌지, 압전 액츄에이터, 전원공급부를 포함하되, 상기 전원공급부는 외부에서 입력된 위치지령 신호와 이송 스테이지의 위치 데이터를 입력받아 이송 방향 및 이송 거리를 계산하는 제1 혼합기와, 상기 제1 혼합기의 출력신호를 입력받아 비례미분적분을 수행하는 비례미분적분(PID) 제어기와, 이송 스테이지의 위치 데이터를 입력받아 미분을 수행하고 소정의 이득(gain)을 곱하여 출력하는 미분회로와, 상기 비례미분적분 제어기 및 미분회로의 출력신호를 입력받아 제동값(damping)을 보상시키는 제2 혼합기와, 상기 제2 혼합기의 출력신호를 아날로그 신호로 변환시켜 기준 전압을 출력하는 디지털/아날로그(D/A) 변환기와, 상기 디지털/아날로그 변환기에서 출력되는 기준 전압을 증폭하여 압전 액츄에이터로 공급하여 이송 스테이지를 이동시키는 고전압 증폭기로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

미세위치 조정장치
본 발명은 미세위치 조정장치에 관한 것으로서 특히, 전자제품 등의 생산라인에서 소형부품의 실장장치 등에 적용하여 그 위치를 정밀하게 제어하여야 하는 경우에 이송동작을 정확하게 수행하기 위하여 이송 스테이지를 고정 스테이지로 지지하도록 하고 압전 액츄에이터로 이송 스테이지의 이동량을 제어하도록 하는 미세위치 조정장치에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 미세위치 조정장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면 미세위치 조정장치는, 생산 시스템의 소정 위치에 고정지지되고 사각으로 중공된 판형의 고정 스테이지(110)와, 상기 고정 스테이지(110)의 중공부에 소정 방향으로 이동이 가능하도록 지지되는 판형의 이송 스테이지(120)와, 상기 이송 스테이지(120)의 각 모서리에서 연장되어 상기 고정 스테이지(110)에 연결되는 탄성 힌지(elastic flexure)(130)와, 일측이 상기 고정 스테이지(110)에 의해 고정지지되고 타측은 상기 이송 스테이지(120)의 측면부에 접촉되는 압전 액츄에이터(PZT)(140)와, 상기 이송 스테이지(120)의 위치에 따라 상기 압전 액츄에이터(140)에 소정의 전압을 공급하는 전원공급부(미도시)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 이송 스테이지(120)는 단일 방향으로만 변위가 발생되며, 그 상면에 이송 대상물을 장착시킬 수 있도록 설계되어 있다.
또한, 상기 탄성 힌지(130)는 고정 스테이지(110) 및 이송 스테이지(120)와 일체형으로 형성되는데, 상기 고정 스테이지(110) 및 이송 스테이지(120)와의 연결부에는 오목홈의 형태로 일부가 제거되어 폭이 작아진 형태를 취함으로써 기계적 재료의 탄성을 이용한다.
또한, 상기 압전 액츄에이터(140)는 입력 전압에 비례한 변위를 발생하는 특성을 가지고 있다.
상기와 같이 구성된 미세위치 조정장치는 상기 이송 스테이지(120) 상에 이송하고자 하는 대상물이 장착되면 그 위치를 소정의 위치감지 수단에 의해 판단하고 이송량을 결정한다. 그후, 그 결과에 따라 상기 전원공급부(미도시)에서 상기 압전 액츄에이터(140)로 인가되는 전압의 크기를 결정한다.
상기 압전 액츄에이터(140)는 인가되는 전압의 크기에 따라 길이가 변경되어 상기 이송 스테이지(120)를 밀어서 상기 이송 스테이지(120)의 위치가 미세 조정되도록 한다.
도 2는 종래 기술에 의한 미세위치 조정장치에 사용되는 전원공급부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 종래의 전원공급부는 외부에서 입력된 위치지령 신호와 이송 스테이지의 위치 데이터를 입력받아 이송 방향 및 이송 거리를 계산하는 혼합기(210)와, 상기 혼합기(210)의 출력신호를 입력받아 비례미분적분을 수행하는 비례미분적분(PID) 제어기(220)와, 상기 비례미분적분 제어기(220)의 출력신호를 아날로그 신호로 변환시켜 기준 전압을 출력하는 디지털/아날로그(D/A) 변환기(230)와, 상기 디지털/아날로그 변환기(230)에서 출력되는 기준 전압을 증폭하여 압전 액츄에이터로 공급하여 이송 스테이지를 이동시키는 고전압 증폭기(240)로 구성된다.
이때, 외부에서 입력된 위치지령 신호와 이송 스테이지의 위치 데이터에 따라 비례미분적분(PID) 제어기(220)에서 비례미분적분을 수행하고, 디지털/아날로그(D/A) 변환기(230)에서 기준 전압을 출력하면, 상기 고전압 증폭기(240)에서는 기준 전압을 증폭하여 압전 액츄에이터(도 1의 140)로 공급하여 이송 스테이지(도 1의 120)를 이동시킨다.
그러나, 상기와 같은 종래 기술의 전원공급부를 사용하는 미세위치 조정장치는 이송 스테이지(120)의 중량이 증가하는 경우에 상기 탄성 힌지(130)의 재료특성에 의하여 이송 동작시 오버슈트(over shoot)가 발생하여 이송 스테이지(120)의 정확한 위치 제어를 어렵게 하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 이송 스테이지의 위치 데이터를 미분하여 고전압 증폭기로 피드백(feedback)시키는 미분회로를 구비함으로써 탄성 힌지의 제동값을 보상하여 안정된 위치 제어를 수행할 수 있도록 하는 미세위치 조정장치를 제공하는데 있다.
도 1은 일반적인 미세위치 조정장치의 구성을 나타내는 평면도,
도 2는 종래 기술에 의한 전원 공급부의 구성을 나타내는 블록도,
도 3은 본 발명에 의한 전원 공급부의 구성을 나타내는 블록도.
〈 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 〉
110 : 고정 스테이지 120 : 이송 스테이지
130 : 탄성 힌지 140 : 압전 액츄에이터
310 : 제1 혼합기 320 : 비례미분적분(PID) 제어기
330 : 미분회로 340 : 제2 혼합기
350 : 디지털/아날로그 변환기 330 : 고전압 증폭기
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 시스템에 고정지지되고 사각으로 중공된 판형의 고정 스테이지와, 상기 고정 스테이지의 중공부에 소정 방향으로 이동이 가능하도록 지지되는 판형의 이송 스테이지와, 상기 이송 스테이지의 각 모서리에서 연장되어 상기 고정 스테이지에 연결되는 탄성 힌지와, 일측이 상기 고정 스테이지에 의해 고정지지되고 타측은 상기 이송 스테이지의 측면부에 접촉되는 압전 액츄에이터와, 상기 압전 액츄에이터에 위치조정을 위한 전원을 공급하는 전원공급부를 포함하여 구성된 미세위치 조정장치에 있어서,
상기 전원공급부는 외부에서 입력된 위치지령 신호와 이송 스테이지의 위치 데이터를 입력받아 이송 방향 및 이송 거리를 계산하는 제1 혼합기와, 상기 제1 혼합기의 출력신호를 입력받아 비례미분적분을 수행하는 비례미분적분(PID) 제어기와, 이송 스테이지의 위치 데이터를 입력받아 미분을 수행하고 소정의 이득(gain)을 곱하여 출력하는 미분회로와, 상기 비례미분적분 제어기 및 미분회로의 출력신호를 입력받아 제동값(damping)을 보상시키는 제2 혼합기와, 상기 제2 혼합기의 출력신호를 아날로그 신호로 변환시켜 기준 전압을 출력하는 디지털/아날로그(D/A) 변환기와, 상기 디지털/아날로그 변환기에서 출력되는 기준 전압을 증폭하여 압전 액츄에이터로 공급하여 이송 스테이지를 이동시키는 고전압 증폭기로 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 의한 미세위치 조정장치의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 사용되는 전원공급부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 미세위치 조정장치에 사용되는 전원공급부는 외부에서 입력된 위치지령 신호와 이송 스테이지(도 1의 120)의 위치 데이터를 입력받아 이송 방향 및 이송 거리를 계산하는 제1 혼합기(310)와, 상기 제1 혼합기(310)의 출력신호를 입력받아 비례미분적분을 수행하는 비례미분적분(PID) 제어기(320)와, 이송 스테이지(도 1의 120)의 위치 데이터를 입력받아 미분을 수행하고 소정의 이득(gain)을 곱하여 출력하는 미분회로(330)와, 상기 비례미분적분 제어기(320) 및 미분회로(330)의 출력신호를 입력받아 제동값(damping)을 보상시키는 제2 혼합기(340)와, 상기 제2 혼합기(340)의 출력신호를 아날로그 신호로 변환시켜 기준 전압을 출력하는 디지털/아날로그(D/A) 변환기(350)와, 상기 디지털/아날로그 변환기(350)에서 출력되는 기준 전압을 증폭하여 압전 액츄에이터(도 1의 140)로 공급하여 이송 스테이지(도 1의 120)를 이동시키는 고전압 증폭기(360)로 구성된다.
상기와 같이 구성된 전원공급부를 적용한 본 발명의 미세위치 조정장치는 상기 미분회로(330)에서 이송 스테이지(120)의 위치 데이터를 미분하고 소정의 이득값을 곱해서 제2 혼합기(340)로 출력시키면, 상기 제2 혼합기(340)에서는 제동값(damping)이 보상된 신호가 출력된다.
결국, 상기 디지털/아날로그(D/A) 변환기(350) 및 고전압 증폭기(360)에서는 제동값이 보상된 전압을 압전 액츄에이터(140)로 공급하여 위치제어를 수행한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 미세위치 조정장치는 전원공급부에 이송 스테이지의 제동값(damping)을 보상할 수 있는 미분회로가 구비되기 때문에 이송 동작시 과도한 오버슈트(over shoot)가 방지되어 안정된 위치제어를 수행할 수 있게 되는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 시스템에 고정지지되고 사각으로 중공된 고정 스테이지와, 상기 고정 스테이지의 중공부에 소정 방향으로 이동이 가능하도록 지지되는 이송 스테이지와, 상기 이송 스테이지의 각 모서리에서 연장되어 고정 스테이지에 연결되는 탄성 힌지와, 일측이 상기 고정 스테이지에 의해 고정지지되고 타측은 상기 이송 스테이지의 측면부에 접촉되는 압전 액츄에이터와, 상기 압전 액츄에이터에 위치조정을 위한 전압을 공급하는 전원공급부를 포함하여 구성된 미세위치 조정장치에 있어서,
    상기 전원공급부는 외부에서 입력된 위치지령 신호와 이송 스테이지의 위치 데이터를 입력받아 이송 방향 및 이송 거리를 계산하는 제1 혼합기와, 상기 제1 혼합기의 출력신호를 입력받아 비례미분적분을 수행하는 비례미분적분(PID) 제어기와, 이송 스테이지의 위치 데이터를 입력받아 미분을 수행하고 소정의 이득(gain)을 곱하여 출력하는 미분회로와, 상기 비례미분적분 제어기 및 미분회로의 출력신호를 입력받아 제동값(damping)을 보상시키는 제2 혼합기와, 상기 제2 혼합기의 출력신호를 아날로그 신호로 변환시켜 기준 전압을 출력하는 디지털/아날로그(D/A) 변환기와, 상기 디지털/아날로그 변환기에서 출력되는 기준 전압을 증폭하여 압전 액츄에이터로 공급하여 이송 스테이지를 이동시키는 고전압 증폭기로 구성된 것을 특징으로 하는 미세위치 조정장치.
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