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자기 부상 방식 구동원리를 이용한 다자유도 정밀 위치 시스템의 최적 설계, 모델링 및 제어에 관한 연구
A Study on the Optimal Design, Modeling and Control of the Multi d.o.f Precision Positioning System Using Magnetic Levitation Actuating Principle 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.25 no.5 = no.188, 2001년, pp.779 - 787  

정광석 (연세대학교 대학원 기계공학과) ,  백윤수

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The multi degree of freedom system using magnetic levitation has been implemented successfully. Differently from another noncontact systems, the developed system was focused on the maximization of the system stiffness under the constraint of a limited input. The variation of a relative adopting poin...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • Halbach 자기 배열을 이용한 포토 리소그래피 공정의 웨이퍼 스테퍼 스테 이지 개발(3)이나 로렌쯔 구동기를 이용한 로봇 메 커니즘의 정밀 운동기기,(8) 그리고 직류 전자석을 이용한 집적 회로의 접촉식 검사 장비⑺ 등 다양한 사례들이 보고되고 있다. 본 연구에서 저자는 새로운 방식의 다자유도 정밀 위치 시스템을 제안 한다. 기존의 기구와는 달리 개발된 시스템은 최소한의 위치 되먹임만으로도, 즉 6축 변위 정보 중 어느 한 축의 위치 되먹임 만으로도 가동부의 자체 안정성을 확보하는 것이 가능하며 또한 최소 한의 입력으로 가동부 강성을 극대화할 수 있도록 시스템의 모든 스펙을 최적화 하였다.
  • 구동 원리에 대한 정량적 모델링 작업을 통해 전체 시스템에 대한 제반 특성의 이론적 모델 링 작업을 수행하였고 추종 성능과 반복 정밀도를 비롯한 구축된 시스템의 다양한 성능 시험에 대한 결과를 제시하였다. 아울러 이러한 비접촉식 구동 기에 수반되는 문제들에 대한 논의 제기와 추후 시스템 운동 정밀도 증가를 위해 수행해야 할 연구 과제를 논의하였다.
  • 2 장에서 언급한 것처럼 시스템 구현에 앞서 이 론 모델링을 검증하고 수치 해석 결과를 실제 경우와 비교하기 위해 다양한 보정 실험을 수행하였다. 여기에서는 앞서 구축된 모델링 데이터를 기 초로 구축된 시스템의 다양한 성능 시험과 제어 시험에 대한 결과와 시스템 제어에 관련된 주요 논제들을 논의한다. 그러나 주어진 결과는 시스템의 물리적 범주 안에서 이해해야 한다.
  • 따라서 z 축 방향으로의 상대적으로 큰 변위( 700㎛) 운동 에 대해 나머지 축들의 과도 응답이 영향을 받는 다. 이러한 효과는 앞먹임 제어 루프에서 보상되 어야 할 항들이며 앞으로 연구될 주요 논제이다. 그러나 최종 안정 상태 오차는 광 센서의 분해능 만큼 적다는 것을 알 수 있다.

가설 설정

  • 본 연구에서 고려되는 시스템의 작동 영역이 4mm 이내로 매우 적기 때문에 위와 같은 식을 작 동 영역 안에서 임의의 ), 에 대해 적용할 수 있다고 가정한다. 실제로 Fig.
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참고문헌 (10)

  1. 1985, 'An Electromagnetic Microscopic Positioning Device for the Scanning Tunneling Microscope,' J. of Apply Physics, Vol. 58, No. 11, pp. 3947-3953 

  2. Smith, D. P.and Elrod, S. A,, 1985, 'Magnetically Driven Micropositioners,' Rev. Sci. Instrum, Vol. 56, No. 10, pp. 1970-1971 

  3. Jeong, M. C. and busch-Vishiniac, I. J., 1991, 'A Submicron Accuracy Magnetic Levitation Micromachine with Endpoint Friction,' Sensors and Actuators, Vol. 29, pp. 225-234 

  4. Bleuler, H. and Visher, D., 1994, 'New Concept for Cost-Effective Magnetic Bearing Control,' Automatica, Vol. 30, No. 5, pp. 871-876 

  5. Tsukamoto, O. and Chen, J. Z., 1988, 'A New Magnetic Levitation System with AC Magnets,' IEEE Tranc. on Magnetics, Vol. 24, No. 2, pp. 1497-1500 

  6. Kim, W. J. and Trunper, D. L., 1998, 'High Precision Magnetic Levitation Stage for Photolithography,' Precision Engineering, vol. 24, No. 2, pp. 66-77 

  7. Steve Chen, S. J. and Busch-Vishiniac, I. J., 1995, 'A Magnetically Levitated, Automated, Contact Analytical Probe Tool,' IEEE Trans. on Semicondutor Manufacturing, Vol. 8, No. 1, pp. 72-78 

  8. Hoolis, R. L. and Saclcudean, S. E., 1993, 'Lorentz Levitation Technology: A New Approach Fine Motion Robotics, teleoperation, Haptic interface, and Vibration Isolation,' 5th Inter. Symp. on Robotics Research, Pennsylvania, The U.S.A., Oct 

  9. 정광석, 백윤수, 2000, '자기 부상 방식 미세 운동 기구의 동적 모델링,' 대한기계학회논문집, 제 24 권, 제 5 호, pp. 1166-1174 

  10. Vernon, D. Barger, 1987, Classical Electricity and Magnetism, Massachusetts : Allyn and Bacon 

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