[논문]리니어모터를 이용한 고속 저중심 스테이지의 개발과 정밀도 향상

송창규; 김정식; 김경호; 박천홍

리니어모터를 이용한 고속 저중심 스테이지의 개발과 정밀도 향상
Development for Scanning Type Stage Driven by Linear Motors 원문보기

송창규 (한국기계연구원 공작기계그룹) , 김정식 (충남대 대학원 기계공학) , 김경호 (한국과학기술원 기계공학) , 박천홍 (한국기계연구원 공작기계그룹)

Linear motor is very rapidly substituted for rotary motor and ball screw for precision positioning applications because of its characteristics such as high speed, no backlash and simplicities. A precision positioning system which is composed of linear motion(LM) guide and linear motor is widely used since it has easy controllable property but this system has low accuracy problem caused by friction of the LM guide. In this study, a scanning type XY stage is manufactured and some experiments is performed to improve the accuracy of the stage.

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문제 정의

하지만 LM 가이드를 사용하면 필연적으로 마찰의 문제 때문에 정밀도의 저하가 발생한다. 본 연구에서는 이러한 LM 가이드와 리니어모터로 고속 이송계를 구성하고 정밀도를 향상하는 방법에 대해 논의한다. 이를 위해 국산 리니어모터로 저중심형의 이송 계를 제작하였으며 위치결정 정도와 운동정밀도 및 2축 동기제어 실험을 통하여 정밀도 향상에 대하여 논한다.

제안 방법

각 축의 운동정밀도를 레이저 간섭계(HP 5529A)로 측정하였다. 먼저 X축의 직선 운동 오차를 Fig.
동기제어되는 두축(Yl, Y2축)에 대해 동기제어 효과를 측정하기 위하여 주동축인 Y1과 종동축인 Y2축에 각각 레이저 간섭겨KHP5529A)를 설치하여 속도를 측정하고 속도 차를 비교하였다. Fig.
scanning type XY stage는 고속성을 가지면서도 서브 미크론의 정밀도를 가지는 것이 중요하다. 따라서 성능시험은 고속성과 정밀도에 주안을 두고 실험하였다.
리니어모터의 고속성을 사용하고 LM 가이드의 고강성 및 용이한 제작성을 이용한 scanning type 저중심 XY 스테이지를 설계/제작하였으며 정밀도 향상 실험을 수행한 결과 아래와 같은 결론을 얻었다.
리니어모터의 또다른 장점인 슬림성을 이용하여 저 중심의 LM 베어링 XY 스테이지를 설계/제작하였다. 제작된 스테이지는 XY 테이블이 한 평면상에서 구동되도록 H자 형태로 설계되었으며 이러한 설계 구조는 반도체 제조 장비로 사용되는 노광장치의 최근 추세인 scan&repeat 방식에 적합하다.
5에 X축의 수평진직도와 수직진직도를 각각 보였다. 수직 진 직도는 3.75nm로서 일반적인 공작기계 운동정밀도에 근사하지만 수평 진직도는 10pm 가까운 값을 보이므로 수정가공 알고리즘들에 의해 수정 조립을 수행하였다.
운동정밀도는 각축의 진직도를 측정하였다. Fig.
본 연구에서는 이러한 LM 가이드와 리니어모터로 고속 이송계를 구성하고 정밀도를 향상하는 방법에 대해 논의한다. 이를 위해 국산 리니어모터로 저중심형의 이송 계를 제작하였으며 위치결정 정도와 운동정밀도 및 2축 동기제어 실험을 통하여 정밀도 향상에 대하여 논한다.
제작된 스테이지는 XY 테이블이 한 평면상에서 구동되도록 H자 형태로 설계되었으며 이러한 설계 구조는 반도체 제조 장비로 사용되는 노광장치의 최근 추세인 scan&repeat 방식에 적합하다. 제작된 고속 저중심 XY 스테이지를 Fig.
1 urn 분해능으로 구동하도록 되어 있다. 한편, 양 축 오차의 보정, 고속 구동등을 위해서는 2축 동시보정 library 및 고속구동기능을 갖는 controller/]- 필요하게 되며, 본 연구에서는 PMAC controller를 주 구동 controller로 선정하여 실험하였다.

대상 데이터

구동용 리니어모터는 X축 1개, Y축 2개 등 총 3개가 사용되며, 국산인 삼익LMS의 모델을 선정하였다. 각 축의 이동거리는 X축은 350mm, Y축은 300mm로 설계하였으며 Y축의 경우 Y1 축이 주동축, Y2축이 종동축이 되어 동기 제어되고 Y축방향의 yawing오차를 보정하게 된다.
먼저 스케일 자체가 고속에서도 안정적으로 펄스를 내보내 주어야 하며 또한 이를 읽어 들이는 제어기의 카운터도 고속이 가능하여야 한다. 이러한 점을 감안하여 제어기는 Delta tau사의 turbo PMAC₂를 선정하였고 스케일은 Renishaw 사의 RGB 를 채택하였다. turbo PMAC₂의 카운터는 본 연구의 목표인 700mm/sec의 속도 이상으로 O.

성능/효과

(1) 위치정밀도와 반복능은 보정 결과와 를얻어서 서브 미크론의 성능을 보이지 않았다. 이것은 LM 가이드의 마찰에 기인한 것으로 마찰에 의한 영향을 최소화하는 연구가 추가적으로 필요하다.
(2) 운동정밀도는 10um의 직진도를 보였다. scanning type 스테이지에서는 위치정밀도보다 운동정밀도가 더 중요하므로 운동정밀도의 향상방안인 수정 가공 알고리즘을 적용하여 4pm의 직진도로 향상시킬 수 있었다.
(3) 고속성은 리니어스케일과 컨트롤러의 한계속도에 근접하는 600mm/sec 고속을 얻을 수 있었다.
(4) 동기제어되는 Y축의 두 축의 속도차는 동기 제어되는 경우에 비교적 작았으며 특히 두축간 속도차에 의한 요동을 줄일 수 있었다.
2에 보였다. X 축의 측정결과를 보면 반복정밀도는 로서 상당히 좋은 편이나 위치정밀도는 15pm나 되는 큰 값을 보였다. 위치 정밀도는 systematic 오차이므로 피치오차보정기 법에 의해 보정이 가능하다.
scanning type 스테이지에서는 위치정밀도보다 운동정밀도가 더 중요하므로 운동정밀도의 향상방안인 수정 가공 알고리즘을 적용하여 4pm의 직진도로 향상시킬 수 있었다.
또한 Renishaw의 스케일은 700mm/sec가 한계라고 카탈로그에서 밝히고 있다. 하지만 실험을 수행한 결과 스케일이 700mm/sec의 속도에서는 안정적으로 엔코더 시그널을 출력하지 못하여 620mm/sec가 한계임을 알 수 있었다. Fig.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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