KR102180087B1 - Smart automated sample stage - Google Patents
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Abstract
본 발명은 원자현미경을 이용한 샘플 표면의 스캔 시 샘플을 안정적으로 배치할 때 사용하는 스마트 자동화 샘플 스테이지에 관한 것이다.
본 발명은 실험 진행 시 샘플의 표면이 평평하지 않으면 관측부위를 이동할 때마다 미세하게 초점을 당시 맞춰야 하는 단점을 해결하기 위하여, X-Y 좌표 제어 기능과 회전 기능을 탑재하고 있는 동시에 360°전방위 경사도 제어 기능을 추가한 새로운 샘플 스테이지를 구현함으로써, 표면이 한쪽 방향으로 기울어져 있는 샘플의 경우 경사도 제어 기능을 이용하여 표면을 평평하게 조정한 뒤, 미세한 초점 조정없이 원활하게 관측할 수 있도록 하는 등 보다 효율적이고 정확한 실험이 가능하도록 하는 한편, X-Y 좌표 제어 기능과 회전 기능, 그리고 360°전방위 경사도 제어 기능은 물론 자동 좌표 추적 기능을 갖춘 새로운 샘플 스테이지를 구현함으로써, 샘플의 회전 후 렌즈의 시야에 들어오는 부분이 달라지는 경우, 기존의 관측부위를 찾아 샘플의 위치를 수동으로 조정할 필요없이 회전 후에 기존의 관측부위를 찾아 샘플의 위치가 자동으로 조정되도록 할 수 있는 등 실험의 효율성을 한층 높일 수 있는 스마트 자동화 샘플 스테이지를 제공한다. The present invention relates to a smart automated sample stage used to stably place a sample when scanning a sample surface using an atomic force microscope.
The present invention is equipped with an XY coordinate control function and a rotation function and a 360° omnidirectional inclination control function in order to solve the disadvantage of having to finely focus at the time whenever the observation area is moved if the surface of the sample is not flat during the experiment. By implementing a new sample stage with the addition of, in the case of samples whose surface is inclined in one direction, the surface is flattened using the tilt control function, and then the surface can be smoothly observed without fine focus adjustment. While enabling accurate experimentation, by implementing a new sample stage with XY coordinate control function, rotation function, and 360° omnidirectional tilt control function as well as automatic coordinate tracking function, the part that enters the field of view of the lens after rotation of the sample is changed. In this case, a smart automated sample stage that can further increase the efficiency of the experiment, such as finding the existing observation site and allowing the position of the sample to be automatically adjusted after rotation, without the need to manually adjust the position of the sample. to provide.
Description
본 발명은 스마트 자동화 샘플 스테이지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원자현미경을 이용한 샘플 표면의 스캔 시 샘플을 안정적으로 배치할 때 사용하는 스테이지에 관한 것이다.The present invention relates to a smart automated sample stage, and more particularly, to a stage used to stably arrange a sample when scanning a sample surface using an atomic force microscope.
일반적으로 원자현미경(Atomic Force Microscopy;AFM)은 미세한 탐침을 샘플 표면 가까이 가져갈 때 생기는 원자간의 상호 작용력을 측정하여 샘플 표면의 형상을 알아내는 장치이다. In general, Atomic Force Microscopy (AFM) is a device that determines the shape of a sample surface by measuring the interaction force between atoms generated when a fine probe is brought close to the sample surface.
보통 전자현미경이 진공상태에서만 작동되는 데 비해 원자현미경은 대기 중에서도 사용할 수 있고, 시료표면의 형상뿐만 아니라 시료의 전자기적, 물리적 특성도 알아낼 수 있어 잠재수요가 점차적으로 증가하고 있는 추세이다. While electron microscopes are usually operated only in a vacuum state, an atomic force microscope can be used in the atmosphere, and potential demand is gradually increasing as it can find not only the shape of the sample surface but also the electromagnetic and physical properties of the sample.
이러한 원자현미경으로 샘플의 표면을 스캔할 때 스테이지는 샘플의 배치에 중요한 역할을 하며, 특히 마이크로미터나 나노미터 단위의 형상을 측정할 수 있는 원자현미경에 적용되는 스테이지는 샘플의 장착이 간편해야 하고, 샘플 스캔 시에 안정적인 스캔이 가능하도록 해야 하며, 직선이나 회전 등 여러 방향으로 운동할 수 있어야 하는 등의 다양한 기능이 요구된다.When scanning the surface of a sample with such an atomic force microscope, the stage plays an important role in the placement of the sample. In particular, the stage applied to an atomic force microscope that can measure the shape in micrometers or nanometers should be easy to mount the sample. , It is required to enable a stable scan when scanning a sample, and various functions such as being able to move in various directions such as a straight line or rotation are required.
기존 원자현미경용 샘플 스테이지의 경우, 모터를 활용하여 직선운동과 회전운동을 자동으로 조절할 수 있는 제품들이 제시되어 있지만, 이 두 운동을 복합적으로 수행하는 것에 필요한 메커니즘을 갖추고 있지 않아 현재 대두되고 있는 강유전체 연구 등 샘플의 전 방향 관측이 필요한 연구에서는 비효율적인 면이 있다.In the case of the existing AFM sample stage, products that can automatically adjust linear and rotational motions using a motor have been suggested, but ferroelectrics that are currently emerging as they do not have the mechanism necessary to perform these two motions in combination. In research that requires omnidirectional observation of samples such as research, there is an inefficiency.
대부분 원자현미경의 관측 가능 면적은 마이크로미터 스케일이지만 회전으로 인해 발생되는 샘플의 변위는 상대적으로 상당히 크기 때문에 직선운동과 회전운동이 복합적으로 작용하지 않으면 회전 이후 달라지는 샘플의 좌표를 추적하는 것이 불가능하다. Most of the observable areas of atomic force microscopes are on the micrometer scale, but the displacement of the sample caused by rotation is relatively large, so it is impossible to track the coordinates of the sample that change after rotation unless linear and rotational motions work in combination.
이와 같은 이유로 인해 다시 수동적으로 많은 시간을 들여 샘플의 위치를 찾는 불필요한 과정이 발생한다. For this reason, an unnecessary process of manually locating the sample again takes a lot of time.
또한, 일정한 기울기 변화를 가진 샘플을 관측 또는 공작할 시에 원자현미경의 광학현미경의 초점을 매번 맞춰야 하는 불필요함이 발생하고, 이를 해결하기 위해 샘플 아래에 기울기를 보완할 수 있는 물체를 받쳐놓는 것 또한 부정확한 결과값을 초래한다. In addition, when observing or manipulating a sample with a constant gradient change, it is unnecessary to focus the optical microscope of the atomic force microscope every time, and to solve this problem, an object that can compensate for the gradient is supported under the sample. It also leads to inaccurate results.
시중에 나와있는 원자현미경용 기울기 조절 샘플 스테이지의 경우, 관측 샘플의 회전을 동반하지 않고 360°전방위 기울기 조절이 불가능하며, 다른 측정장비의 전방위 기울임 조절 샘플 스테이지의 경우에서는 유압장치를 사용하는 등 샘플 스테이지의 크기나 높이가 매우 놓아 원자현미경용 샘플 스테이지의 용도로 쓰기에는 부적합하다. In the case of the commercially available AFM tilt-adjusted sample stage, 360° tilt adjustment is not possible without rotation of the observed sample, and in the case of the omnidirectional tilt adjustment of other measuring equipment, a hydraulic device is used. The size and height of the stage are very high, making it unsuitable for use as a sample stage for an atomic force microscope.
이와 같은 기존 샘플 스테이지의 단점들을 정리하면 다음과 같다. The shortcomings of the existing sample stage are summarized as follows.
1) X-Y 축 방향으로 샘플 이동 시에 수동으로 샘플을 이동시켜야 한다. 1) When moving the sample in the X-Y axis direction, the sample must be moved manually.
2) 회전을 주기 위해 종이 등에 원을 그리고 샘플을 그 위에 얹은 후 수작업으로 회전시켜야 한다. 2) To give rotation, draw a circle on a piece of paper, place a sample on it, and rotate it manually.
3) 회전 후 원자현미경 관찰 및 공작 범위에서 벚어난 샘플을 찾아내 수작업으로 다시 이동시켜야 한다. 3) After rotation, observe the atomic force microscope and find the sample that has fallen out of the working range and move it back manually.
4) 경사진 샘플을 관찰 및 공작할 경우 경사도에 따라 원자현미경의 초점을 일일이 맞춰야 한다. 4) When observing and working on an inclined sample, the focus of the atomic force microscope must be adjusted according to the inclination.
따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 실험 진행 시 샘플의 표면이 평평하지 않으면 관측부위를 이동할 때마다 미세하게 초점을 당시 맞춰야 하는 단점을 해결하기 위하여, X-Y 좌표 제어 기능과 회전 기능을 탑재하고 있는 동시에 360°전방위 경사도 제어 기능을 추가한 새로운 샘플 스테이지를 구현함으로써, 표면이 한쪽 방향으로 기울어져 있는 샘플의 경우 경사도 제어 기능을 이용하여 표면을 평평하게 조정한 뒤, 미세한 초점 조정없이 원활하게 관측할 수 있도록 하는 등 보다 효율적이고 정확한 실험이 가능하도록 한 스마트 자동화 샘플 스테이지를 제공하는데 그 목적이 있다. Therefore, the present invention was conceived in consideration of such points, and in order to solve the disadvantage of having to finely focus at the time whenever the observation area is moved if the surface of the sample is not flat during the experiment, the XY coordinate control function and rotation By implementing a new sample stage that is equipped with a function and added a 360° omnidirectional tilt control function, in the case of a sample whose surface is inclined in one direction, use the tilt control function to flatten the surface and then finely adjust the focus. Its purpose is to provide a smart automated sample stage that enables more efficient and accurate experiments, such as allowing smooth observation without the need.
또한, 본 발명의 다른 목적은 X-Y 좌표 제어 기능과 회전 기능, 그리고 360°전방위 경사도 제어 기능은 물론 자동 좌표 추적 기능을 갖춘 새로운 샘플 스테이지를 구현함으로써, 샘플의 회전 후 렌즈의 시야에 들어오는 부분이 달라지는 경우, 기존의 관측부위를 찾아 샘플의 위치를 수동으로 조정할 필요없이 회전 후에 기존의 관측부위를 찾아 샘플의 위치가 자동으로 조정되도록 할 수 있는 등 실험의 효율성을 한층 높일 수 있는 스마트 자동화 샘플 스테이지를 제공하는데 있다. In addition, another object of the present invention is to implement a new sample stage with an XY coordinate control function, a rotation function, and an automatic coordinate tracking function as well as a 360° omnidirectional inclination control function, so that the part that enters the field of view of the lens after rotation of the sample is changed. In this case, a smart automated sample stage that can further increase the efficiency of the experiment, such as finding the existing observation site and allowing the position of the sample to be automatically adjusted after rotation, without the need to manually adjust the position of the sample. It is in providing.
즉, 원자현미경의 특성 상 관측 방향에 따라서 결과가 달라지기 때문에 샘플 스테이지의 회전 기능은 꼭 필요하지만, 문제는 회전 후 렌즈의 시야에 들어오는 부분이 달라지기 때문에 다시 기존의 관측부위를 찾아 샘플의 위치를 조정할 필요가 있다. In other words, due to the characteristics of the atomic force microscope, the rotation function of the sample stage is essential because the result varies depending on the direction of observation, but the problem is that the part that enters the field of view of the lens after rotation is different. Need to adjust.
하지만, 기존의 기술로는 한계가 있기 때문에 기존에는 수동으로 샘플의 위치를 조정하여 기존의 관측부위를 찾았다. However, because the existing technology has limitations, the existing observation site was found by manually adjusting the position of the sample.
이에 본 발명에서는 기존의 위치를 저장해놓은 다음, 회전 후에 기존의 관측부위로 자동으로 위치 조정을 해주는 기능을 추가함으로써, 실험을 보다 효율적으로 진행할 수 있다. Accordingly, in the present invention, by storing an existing position and then adding a function that automatically adjusts the position to an existing observation site after rotation, the experiment can be conducted more efficiently.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 스마트 자동화 샘플 스테이지는 다음과 같은 특징이 있다.In order to achieve the above object, the smart automation sample stage provided by the present invention has the following features.
상기 스마트 자동화 샘플 스테이지는 베이스 스테이지 상에 지지되면서 X축으로 이동가능한 X 컨트롤 모듈 및 X 컨트롤 모듈의 이동을 위한 동력을 제공하는 X 액추에이터와, 상기 X 컨트롤 모듈 상에 지지되면서 Y축으로 이동가능한 Y 컨트롤 모듈 및 Y 컨트롤 모듈의 이동을 위한 동력을 제공하는 Y 액추에이터와, 상기 Y 컨트롤 모듈 상에 지지되며 제1랙을 가지면서 회전가능한 틸트 회전 모듈 및 제1랙과 치합 전동가능한 제1스퍼 기어를 가지면서 틸트 회전 모듈의 회전을 위한 동력을 제공하는 틸트 회전 액추에이터와, 상기 틸트 회전 모듈 상에 지지되며 제2랙을 가지면서 틸팅가능한 틸트 모듈 및 제2랙과 치합 전동가능한 웜 스크류를 가지면서 틸트 모듈의 틸팅을 위한 동력을 제공하는 틸트 액추에이터를 포함하는 구조로 이루어진다. The smart automation sample stage includes an X actuator that is supported on the base stage and provides power for the movement of the X control module and the X control module, and a Y that is supported on the X control module and is movable along the Y axis. A Y actuator that provides power for movement of the control module and the Y control module, a tilt rotation module that is supported on the Y control module and rotatable while having a first rack, and a first spur gear capable of meshing with the first rack. Tilt while having a tilt rotation actuator that provides power for rotation of the tilt rotation module while having, a tilt module supported on the tilt rotation module and capable of tilting while having a second rack, and a worm screw capable of interlocking with the second rack It consists of a structure including a tilt actuator that provides power for tilting the module.
따라서, 상기 스마트 자동화 샘플 스테이지는 X-Y 좌표 제어 기능과 회전 기능, 그리고 360°전방위 경사도 제어 기능 등을 갖춤으로써, 샘플 관찰 및 공작을 쉽고 빠르게 또 정밀하게 수행할 수 있는 등 연구 및 공정의 효율성과 정확성을 높일 수 있도록 해주는 특징이 있다. Therefore, the smart automated sample stage has an XY coordinate control function, a rotation function, and a 360° omnidirectional inclination control function, so that the sample observation and operation can be performed easily, quickly and precisely, and the efficiency and accuracy of research and processes. There is a feature that allows you to increase the value.
이러한 스마트 자동화 샘플 스테이지는 틸트 회전 모듈 상에 지지되며 제3랙을 가지면서 회전가능한 회전 스테이지 및 제3랙과 치합 전동가능한 제2스퍼 기어를 가지면서 회전 스테이지의 회전을 위한 동력을 제공하는 회전 액추에이터를 더 포함할 수 있다. This smart automation sample stage is supported on the tilt rotation module and has a rotation stage that is rotatable while having a third rack and a second spur gear that can be engaged with the third rack, and a rotation actuator that provides power for rotation of the rotation stage. It may further include.
특히, 상기 스마트 자동화 샘플 스테이지는 틸트 모듈측과 틸트 회전 모듈측 사이에 탄력 지지되는 구조로 설치되어 틸트 모듈의 틸팅 시 백래쉬를 완화시켜주는 토션 스프링은 물론, Y 컨트롤 모듈과 틸트 회전 모듈 사이 및 틸트 모듈과 회전 스테이지 사이에 각각 배치되면서 틸트 회전 모듈과 회전 스테이지의 회전을 안내하는 한쌍의 크로스롤러 링을 더 포함할 수 있다. In particular, the smart automation sample stage is installed in a structure that is elastically supported between the tilt module side and the tilt rotation module side, as well as a torsion spring that relieves backlash when tilting the tilt module, as well as between the Y control module and the tilt rotation module and tilt. It may further include a pair of cross roller rings which are disposed between the module and the rotation stage and guide the rotation of the tilt rotation module and the rotation stage.
이와 같은 스마트 자동화 샘플 스테이지에서 X 액추에이터와 Y 액추에이터는 스테퍼 모터와 볼 스크류의 조합을 적용할 수 있다.In such a smart automation sample stage, the X actuator and Y actuator can apply a combination of a stepper motor and a ball screw.
그리고, 상기 스마트 자동화 샘플 스테이지는 베이스 스테이지 상에 설치되면서 X 컨트롤 모듈의 이동을 안내하는 한쌍의 X 크로스롤러 가이드와, X 컨트롤 모듈 상에 설치되면서 Y 컨트롤 모듈의 이동을 안내하는 한쌍의 Y 크로스롤러 가이드를 더 포함할 수 있다. In addition, the smart automation sample stage includes a pair of X cross roller guides that guide the movement of the X control module while being installed on the base stage, and a pair of Y cross roller guides that guide the movement of the Y control module while being installed on the X control module. It may further include a guide.
여기서, 상기 틸트 회전 모듈, 틸트 모듈 및 회전 스테이지는 Y 컨트롤 모듈의 중심부 내측으로 배치하여 샘플 스테이지의 전체적인 높이를 낮출 수 있도록 하는 것이 바람직하다. Here, it is preferable that the tilt and rotation module, the tilt module, and the rotation stage are disposed inside the center of the Y control module so as to lower the overall height of the sample stage.
바람직한 실시예로서, 상기 틸트 모듈의 제2랙은 틸트 모듈의 틸팅 중심과 동축 구조를 이루면서 아래쪽으로 볼록한 호(弧) 형상의 기어 치면(齒面)을 갖도록 하는 것이 좋다. In a preferred embodiment, it is preferable that the second rack of the tilt module has an arc-shaped gear tooth surface that is convex downward while forming a coaxial structure with the tilting center of the tilt module.
본 발명에서 제공하는 스마트 자동화 샘플 스테이지를 적용하면 근래에 대두되고 있는 원자현미경을 활용한 연구 및 공작분야에서 발생되고 있는 비효율적인 과정들을 완전히 배제할 수 있으며, 따라서 아래와 같이 연구과정 및 공작시간의 효율성과 정확성을 확보할 수 있다. By applying the smart automated sample stage provided by the present invention, it is possible to completely eliminate the inefficient processes occurring in the field of research and work using an atomic microscope that has emerged in recent years, and thus the efficiency of the research process and work time as follows. And accuracy can be ensured.
1) 연구의 효율성 증대1) Increase research efficiency
샘플을 관찰 및 공작할 경우, 회전과 기울기를 수동으로 조절하면 시간이 비효율적으로 많이 소요된다. When observing and manipulating a sample, manually adjusting the rotation and tilt takes a lot of time inefficiently.
이때, 스마트 자동화 샘플 스테이지를 이용하여 자동으로 원하는 위치로 이동을 하고 사용 중인 원자현미경에서의 관심위치나 다른 현미경에서의 관심위치를 입력하여 원할 때마다 클릭 한번으로 이동할 수 있다. At this time, the smart automated sample stage can be used to automatically move to a desired location, and a location of interest in an atomic force microscope in use or a location of interest in another microscope can be entered and moved with one click whenever desired.
또한, 회전 및 기울기 조정을 할 때 자동으로 원하는 각도를 지정하여 쉽게 조정을 할 수 있다. In addition, when rotating and tilting, you can easily adjust by automatically specifying the desired angle.
그리고, 회전을 한 경우 회전이 되면서 이동된 관심위치를 바로 불러올 수 있으며, 기울기를 조정하고 관찰을 할 경우 기울기가 일정한 면에서는 초점을 맞추는 별도의 작업없이 효율적으로 관찰을 진행할 수 있다. In addition, when rotating, the position of interest moved while rotating can be immediately called, and when the inclination is adjusted and observed, observation can be performed efficiently without a separate task of focusing on a plane with a constant inclination.
이와 같은 방법으로 관찰 및 공작을 더 쉽고 빠르게 할 수 있다. Observation and maneuvering can be made easier and faster in this way.
2) 연구의 정확성 향상2) Improvement of research accuracy
원자현미경을 이용하는 여러 연구들은 마이크로미터 단위 이내의 정확성을 요구한다. Several studies using atomic force microscopy require accuracy within micrometers.
수동으로 샘플을 조절할 경우 마이크로미터 단위의 세밀한 조정이 불가능하다. If the sample is manually adjusted, fine adjustment in micrometer units is impossible.
또한, 압전소자와 같이 세밀하고 샘플의 방향과 기울기에 따라 연구결과가 달라지는 미세하고 정밀한 연구 시 회전과 기울기 조절을 수동으로 하면 정확한 결과를 불러오기 힘들다. In addition, it is difficult to bring up accurate results if the rotation and tilt are manually adjusted in fine and precise studies such as piezoelectric devices and where the study results vary according to the direction and inclination of the sample.
스마트 자동화 샘플 스테이지를 이용하여 회전과 기울기 조정을 자동으로 조정함으로써 오차를 마이크로미터 단위 이내로 줄일 수 있다. The error can be reduced to within micrometers by automatically adjusting the rotation and tilt adjustments using a smart automated sample stage.
또한, 회전 및 기울기 조정을 하고 난 후 위치가 이동된 경우 이전에 입력했던 관심위치를 정확하게 이동할 수 있다. In addition, if the position is moved after rotation and tilt adjustment, the previously entered position of interest can be accurately moved.
이러한 스마트 자동화 샘플 스테이지를 이용할 경우 연구의 오류를 줄여주고 보다 정밀하게 연구 및 공작을 할 수 있다. When using such a smart automated sample stage, errors in research can be reduced and research and work can be carried out more precisely.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 자동화 샘플 스테이지를 나타내는 사시도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 자동화 샘플 스테이지에서 X-Y 좌표 이동 제어방법을 보여주는 사시도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 자동화 샘플 스테이지에서 회전 제어방법을 보여주는 사시도
도 6과 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 자동화 샘플 스테이지에서 틸팅(기울기) 제어방법을 보여주는 사시도
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 자동화 샘플 스테이지에서 자동 추적시스템의 순서를 보여주는 개략도1 to 3 are perspective views showing a smart automated sample stage according to an embodiment of the present invention
4 is a perspective view showing a method of controlling XY coordinate movement in a smart automation sample stage according to an embodiment of the present invention
5 is a perspective view showing a rotation control method in a smart automated sample stage according to an embodiment of the present invention
6 and 7 are perspective views showing a method of controlling tilting (tilting) in a smart automated sample stage according to an embodiment of the present invention;
8 is a schematic diagram showing a sequence of an automatic tracking system in a smart automation sample stage according to an embodiment of the present invention
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 자동화 샘플 스테이지를 나타내는 사시도이다. 1 to 3 are perspective views illustrating a smart automated sample stage according to an embodiment of the present invention.
도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 스마트 자동화 샘플 스테이지는 샘플의 X축 방향 이동을 위한 수단으로 X 컨트롤 모듈(11)과 X 액추에이터(12)를 포함한다. 1 to 3, the smart automated sample stage includes an
상기 X 컨트롤 모듈(11)은 사각 플레이트 형태로서, 베이스 스테이지(10) 상에 지지되면서 X축 방향을 따라 이동가능한 구조로 설치된다.The
이를 위하여, 상기 베이스 스테이지(10)의 상면 양편에는 X축 방향을 따라 나란하게 배치되는 한쌍의 X 크로스롤러 가이드(29)가 설치되고, 이렇게 설치되는 X 크로스롤러 가이드(29)에 X 컨트롤 모듈(11)이 놓여져 지지되는 구조로 설치된다. To this end, a pair of X cross roller guides 29 arranged side by side along the X-axis direction are installed on both sides of the upper surface of the
이에 따라, 상기 X 컨트롤 모듈(11)은 X축 방향으로 이동 시 X 크로스롤러 가이드(29)의 안내를 받으면서 정확하게 직선으로 이동될 수 있게 되고, 이러한 X 크로스롤러 가이드(30)에 의해 직선운동 시 발생되는 롤(Roll), 피치(Pitch), 요(Yaw) 현상이 방지될 수 있게 된다. Accordingly, when the
그리고, 상기 X 컨트롤 모듈(11)의 한쪽 측단부에는 장공이 형성되어 있는 X 볼 스레드(31)가 나란하게 형성되며, 이때의 X 볼 스레드(31)의 장공에는 X 액추에이터(12)의 볼 스크류(12b)가 관통 삽입될 수 있게 된다. In addition, the
이에 따라, 상기 볼 스크류(12b)는 X 컨트롤 모듈(11)의 X 볼 스레드(31) 내에 지지되면서 자체 축선을 중심으로 하여 자유롭게 지지될 수 있게 된다. Accordingly, while the
상기 X 액추에이터(12)는 X 컨트롤 모듈(11)의 X축 방향 이동을 위한 동력을 제공하는 액추에이터로서, 스테퍼 모터(12a)와 볼 스크류(12b)의 조합 형태로 이루어지게 된다. The
여기서, 상기 스테퍼 모터(12a)는 베이스 플레이트(10)에 형성되어 있는 모터 지지판(32a) 상에 설치되고, 상기 볼 스크류(12b)는 스크류 부분(12b-1)과 너트 부분(12b-2)으로 구성되면서 이때의 스크류 부분(12b-1)은 X 컨트롤 모듈(11)에 있는 X 볼 스레드(31)의 장공 내에 삽입 위치됨과 더불어 너트 부분(12b-2)은 X 볼 스레드(31)의 후단부에 체결되며, 이러한 스테퍼 모터(12a)의 축과 볼 스크류(12b)의 후단부는 커플링(33)을 매개로 하여 연결된다. Here, the
이에 따라, 상기 X 액추에이터(11)의 작동에 의해, 즉 스테퍼 모터(12a)의 구동과 볼 스크류(12b)의 볼 스크류 전동에 의해 후술하는 Y 컨트롤 모듈(13), 틸트 회전 모듈(16) 등을 포함하는 X 컨트롤 모듈(11) 전체가 X축 방향을 따라 전후로 직선 이동될 수 있게 된다. Accordingly, by the operation of the
또한, 상기 스마트 자동화 샘플 스테이지는 샘플의 Y축 방향 이동을 위한 수단으로 Y 컨트롤 모듈(13)과 Y 액추에이터(14)를 포함한다. In addition, the smart automation sample stage includes a
상기 Y 컨트롤 모듈(13)은 사각 블록 형태로서, X 컨트롤 모듈(11) 상에 지지되면서 Y축 방향을 따라 이동가능한 구조로 설치된다.The
이를 위하여, 상기 X 컨트롤 모듈(11)의 상면 양편에는 Y축 방향을 따라 나란하게 배치되는 한쌍의 Y 크로스롤러 가이드(30)가 설치되고, 이렇게 설치되는 Y 크로스롤러 가이드(30)에 Y 컨트롤 모듈(13)이 놓여져 지지되는 구조로 설치된다. To this end, a pair of Y cross roller guides 30 arranged side by side along the Y-axis direction are installed on both sides of the upper surface of the
이에 따라, 상기 Y 컨트롤 모듈(13)은 Y축 방향으로 이동 시 Y 크로스롤러 가이드(30)의 안내를 받으면서 정확하게 직선으로 이동될 수 있게 되고, 이러한 Y 크로스롤러 가이드(30)에 의해 직선운동 시 발생되는 롤(Roll), 피치(Pitch), 요(Yaw) 현상이 방지될 수 있게 된다. Accordingly, when the
그리고, 상기 Y 컨트롤 모듈(13)의 한쪽 측단부에는 장공이 형성되어 있는 Y 볼 스레드(34)가 나란하게 형성되며, 이때의 Y 볼 스레드(34)의 장공에는 Y 액추에이터(14)의 볼 스크류(14b)가 관통 삽입될 수 있게 된다. In addition, a
이에 따라, 상기 볼 스크류(14b)는 Y 컨트롤 모듈(13)의 Y 볼 스레드(34) 내에 지지되면서 자체 축선을 중심으로 하여 자유롭게 지지될 수 있게 된다. Accordingly, while the
상기 Y 액추에이터(14)는 Y 컨트롤 모듈(13)의 Y축 방향 이동을 위한 동력을 제공하는 액추에이터로서, 스테퍼 모터(14a)와 볼 스크류(14b)의 조합 형태로 이루어지게 된다. The
여기서, 상기 스테퍼 모터(14a)는 X 컨트롤 모듈(11)에 형성되어 있는 모터 지지판(32b) 상에 설치되고, 상기 볼 스크류(14b)는 스크류 부분(14b-1)과 너트 부분(14b-2)으로 구성되면서 이때의 스크류 부분(14b-1)은 Y 컨트롤 모듈(13)에 있는 Y 볼 스레드(34)의 장공 내에 삽입 위치됨과 더불어 너트 부분(14b-2)은 Y 볼 스레드(34)의 후단부에 체결되며, 이러한 스테퍼 모터(14a)의 축과 볼 스크류(14b)의 후단부는 커플링(33)을 매개로 하여 연결된다. Here, the
이에 따라, 상기 Y 액추에이터(14)의 작동에 의해, 즉 스테퍼 모터(14a)의 구동과 볼 스크류(14b)의 볼 스크류 전동에 의해 후술하는 회전 틸트 모듈(16) 등을 포함하는 Y 컨트롤 모듈(13) 전체가 Y축 방향을 따라 전후로 직선 이동될 수 있게 된다. Accordingly, by the operation of the
특히, 상기 Y 컨트롤 모듈(13)에는 블록 중심영역을 수직으로 관통하는 원형의 홀 구조로 이루어지는 공간부(35)가 형성되며, 이렇게 형성되는 공간부(35) 내에 후술하는 틸트 회전 모듈(16), 회전 스테이지(24) 등이 삽입 배치될 수 있게 된다. In particular, in the
여기서, 상기 공간부(35)의 내주면에는 단차부(36)가 형성되며, 이때의 단차부(36)에는 크로스롤러 링(28)이 설치되고, 이렇게 설치되는 크로스롤러 링(28) 위에 틸트 회전 모듈(16)이 얹혀져 지지될 수 있게 된다. Here, a stepped
예를 들면, 상기 Y 컨트롤 모듈(13)의 단차부(36)에 크로스롤러 링(28)의 아우터 링이 고정되고, 이러한 크로스롤러 링(28)의 이너 링에 틸트 회전 모듈(16)의 가장자리 날개 부분이 얹혀져 지지될 수 있게 된다. For example, the outer ring of the
이에 따라, 상기 틸트 회전 모듈(16)은 크로스롤러 링(28)에 의해 지지되면서 회전운동 시 안내를 받을 수 있게 되고, 이와 더불어 회전운동 시에 발생될 수 있는 워블(Wobble) 현상 등이 방지되어 회전운동의 정밀성이 높아질 수 있게 된다. Accordingly, the
그리고, 상기 Y 컨트롤 모듈(13)의 저면부에는 공간부(35)의 한쪽 옆에 홈부(37)가 형성되고, 이렇게 형성되는 홈부(37) 내에는 후술하는 틸트 회전 액추에이터(22)가 설치될 수 있게 된다. In addition, a
또한, 상기 스마트 자동화 샘플 스테이지는 틸팅된 자세의 샘플을 회전시켜주기 위한 수단으로 틸트 회전 모듈(16) 및 틸트 회전 액추에이터(18)를 포함한다.In addition, the smart automation sample stage includes a
상기 틸트 회전 모듈(16)은 틸트 모듈(20)과 회전 스테이지(24)를 지지함과 더불어 이들을 회전시켜주는 역할을 하게 된다. The
이를 위하여, 상기 틸트 회전 모듈(16)은 수평자세를 취하는 원형의 플레이트 형태로서, Y 컨트롤 모듈(13)에 형성되어 있는 공간부(35)의 내부에 동심원 상으로 삽입 배치됨과 더불어 공간부(35)에 있는 단차부(36) 상에 놓여져 지지되면서 회전 가능한 구조로 설치된다. To this end, the tilt and
이러한 틸트 회전 모듈(16)의 저면에는 가장자리 둘레를 따라가면서 원형의 제1랙(15)이 형성되며, 이때의 제1랙(15)은 틸트 회전 액추에이터(18)의 제1스퍼 기어(17)와 치합될 수 있게 된다.A circular
그리고, 상기 틸트 회전 모듈(16)의 저면 일측에는 상부가 개방되어 있는 사각박스형의 액추에이터 하우징(38)이 형성되며, 이렇게 형성되는 액추에이터 하우징(38)의 내부에는 후술하는 틸트 액추에이터(22)가 삽입 설치될 수 있게 된다.In addition, a square box-shaped
이와 더불어, 상기 틸트 회전 모듈(16)의 상면에는 액추에이터 하우징(38)의 개방부위를 사이에 두고 그 양편으로 한쌍의 축 브라켓(39)가 수직 형성되며, 이러한 양편의 축 브라켓(39)의 사이에는 틸트 모듈(20)의 제2랙(19)이 위치됨과 더불어 이렇게 위치되는 제2랙(19)은 축 브라켓(39)과 함께 틸트 축(40)에 의해 체결될 수 있게 된다. In addition, on the upper surface of the
상기 틸트 회전 액추에이터(18)는 틸트 회전 모듈(16)의 회전을 위한 동력을 제공하는 수단이며, 이때의 틸트 회전 액추에이터(18)로는 스테퍼 모터 등을 적용할 수 있게 된다. The
이러한 틸트 회전 액추에이터(18)는 Y 컨트롤 모듈(13)에 형성되어 있는 홈부(37) 내에 지지되는 구조로 설치되며, 이렇게 설치되는 틸트 회전 액추에이터(18)의 축에는 제1스퍼 기어(17)가 장착됨과 더불어 이때의 제1스퍼 기어(17)는 틸트 회전 모듈(16)에 있는 제1랙(15)에 맞물릴 수 있게 된다. This
따라서, 상기 틸트 회전 액추에이터(18)의 작동 시 제1스퍼 기어(17)와 제1랙(15) 간의 치합 전동에 의해 틸트 모듈(20), 회전 스테이지(24) 등을 포함하는 틸트 회전 모듈(16) 전체가 자체 축선을 중심으로 하여 회전될 수 있게 된다. Accordingly, when the
또한, 상기 스마트 자동화 샘플 스테이지는 샘플의 틸팅을 위한 수단으로 틸트 모듈(20)과 틸트 액추에이터(22)를 포함한다.In addition, the smart automated sample stage includes a
상기 틸트 모듈(20)은 회전 스테이지(24)를 지지하면서 회전 스테이지(24)는 물론 그 위에 놓여지는 샘플을 틸팅시켜주는 역할을 하게 된다. The
이를 위하여, 상기 틸트 모듈(20)은 중심부에 상부로 돌출 형성된 원형의 랙 하우징(41)을 갖는 원형의 플레이트 형태로 이루어지게 되고, 이때의 랙 하우징(41)의 내부에는 치(齒)가 형성되어 있는 외주면이 틸팅 방향을 따라 나란하게 배치되는 반원형 단면의 제2랙(19)이 형성되며, 이렇게 형성되는 제2랙(19)은 틸트 액추에이터(22)의 웜 스크류(21)와 맞물릴 수 있게 된다. To this end, the
여기서, 상기 틸트 모듈(20)의 제2랙(19)은 틸트 모듈(20)의 틸팅 중심(틸트 축이 결합되는 부위)과 동축 구조를 이루면서 아래쪽으로 볼록한 호(弧) 형상의 기어 치면(齒面)을 포함할 수 있으며, 이에 따라 틸트 모듈(20)의 틸팅 시 제2랙(19)은 항상 웜 스크류(21)와 치합관계를 유지하면서 전동 작용을 수행할 수 있게 된다. Here, the
이러한 틸트 모듈(20)은 Y 컨트롤 모듈(13)에 형성되어 있는 공간부(35)의 내부에 동심원 상으로 삽입 배치됨과 더불어 틸트 회전 모듈(16)의 상부에 나란하게 배치되면서 위아래로 틸팅 가능한 구조로 설치된다. The
예를 들면, 상기 틸트 회전 모듈(16)의 상부에 틸트 모듈(20)이 나란하게 수평 배치됨과 더불어 이때의 틸트 모듈(20)에 있는 제2랙(19)이 틸트 회전 모듈(16)에 있는 양편의 축 브라켓(39) 사이에 위치되고, 이 상태에서 랙 하우징(41)과 제2랙(19), 그리고 축 브라켓(39)에 틸트 축(40)이 수평으로 체결되므로서, 틸트 모듈(20)은 축 브라켓(39)에 지지되면서 틸트 축(40)을 회전 중심축으로 하여 위아래로 틸팅될 수 있게 된다. For example, the
상기 틸트 액추에이터(22)는 틸트 모듈(20)의 틸팅을 위한 동력을 제공하는 수단이며, 이때의 틸트 액추에이터(22)로는 스테퍼 모터 등을 적용할 수 있게 된다. The
이러한 틸트 액추에이터(22)는 틸트 회전 모듈(16)에 형성되어 있는 액추에이터 하우징(38) 내에 지지되는 구조로 설치되며, 이렇게 설치되는 틸트 액추에이터(22)의 축에는 수평 자세의 웜 스크류(21)가 장착됨과 더불어 이때의 웜 스크류(21)는 틸트 모듈(20)에 있는 제2랙(19)에 맞물릴 수 있게 된다. The
따라서, 상기 틸트 액추에이터(22)의 작동 시 웜 스크류(21)와 제2랙(19) 간의 치합 전동에 의해 회전 스테이지(24) 등을 포함하는 틸트 모듈(20) 전체가 틸트 축(40)을 중심으로 하여 틸팅(회전)될 수 있게 된다. Therefore, when the
또한, 상기 스마트 자동화 샘플 스테이지는 틸트 회전 모듈(16)과 회전 스테이지(24)의 안정적인 회전 운동을 보조하는 수단을 한쌍의 크로스롤러 링(28)을 포함한다. In addition, the smart automation sample stage includes a pair of cross roller rings 28 as means for assisting the stable rotational movement of the
이러한 크로스롤러 링(28)은 Y 컨트롤 모듈(13)과 회전 틸트 모듈(16) 사이 및 틸트 모듈(20)과 회전 스테이지(24) 사이에 각각 배치되면서 틸트 회전 모듈(16)과 회전 스테이지(24)의 회전을 안내하는 역할을 하게 된다.These cross roller rings 28 are disposed between the
이를 위하여, 2개의 크로스롤러 링(28) 중에서 1개의 크로스롤러 링(28)은 Y 컨트롤 모듈(13)과 회전 틸트 모듈(16) 사이에 설치되고, 이렇게 설치되는 크로스롤러 링(28)의 아우터 링은 Y 컨트롤 모듈(13)의 공간부(35)에 형성되어 있는 단차부(36)에 놓여져 고정됨과 더불어 이너 링에는 회전 틸트 모듈(16)이 놓여지게 된다. To this end, one of the two cross roller rings 28 is installed between the
그리고, 나머지 1개의 크로스롤러 링(28)은 틸트 모듈(16)과 회전 스테이지(24) 사이에 설치되고, 이렇게 설치되는 크로스롤러 링(28)의 아우터 링은 틸트 모듈(16)측에 놓여져 고정됨과 더불어 이너 링에는 회전 스테이지(16)가 놓여지게 된다. In addition, the remaining one
이에 따라, 상기 틸트 회전 모듈(16)과 회전 스테이지(24)의 회전 시, 이와 접하는 각각의 이너 링의 회전 안내를 받으면서 틸트 회전 모듈(16)과 회전 스테이지(24)가 안정적으로 회전될 수 있게 되고, 또 회전운동 시에 발생될 수 있는 워블(Wobble) 현상 등을 방지하여 회전운동의 정밀성을 높일 수 있게 된다.Accordingly, when the
또한, 상기 스마트 자동화 샘플 스테이지는 틸트 모듈(20)의 틸팅 시 백래쉬를 완화시켜주는 수단으로 토션 스프링(27)을 포함한다. In addition, the smart automation sample stage includes a
이러한 토션 스프링(27)은 틸트 모듈(20)측과 틸트 회전 모듈(16)측 사이에 탄력 지지되는 구조로 설치되면서 틸트 모듈(20)의 틸팅 시 백래쉬를 완화시켜주는 역할을 하게 된다. The
예를 들면, 상기 토션 스프링(27)은 틸트 모듈(20)의 틸팅 시 중심축 역할을 하는 틸트 축(40)의 둘레에 배치되고, 이렇게 배치되는 토션 스프링(27)의 한쪽 끝 부분은 틸트 모듈(20)의 저면에, 다른 한쪽 끝 부분은 틸트 회전 모듈(16)의 상면에 각각 지지된다. For example, the
이렇게 틸트 모듈(20)과 틸트 회전 모듈(16) 사이에 설치되는 토션 스프링(27)이 발휘하는 탄성력이 틸트 모듈(20)측과 틸트 회전 모듈(16)측에 작용하게 되므로서, 틸트 모듈(20)의 틸팅 시에 백래쉬를 줄일 수 있게 된다. In this way, since the elastic force exerted by the
또한, 상기 스마트 자동화 샘플 스테이지는 샘플의 거치와 회전을 위한 수단으로 회전 스테이지(24) 및 회전 액추에이터(26)를 포함한다. In addition, the smart automated sample stage includes a
상기 회전 스테이지(24)는 수평 자세를 취하는 원형의 캡 형태로서, 내측에는 가장자리 둘레를 따라 배치되는 원형의 제3랙(23)이 형성되는 동시에 이때의 제3랙(23)은 회전 액추에이터(26)의 제2스퍼 기어(25)에 맞물릴 수 있게 된다. The
이러한 회전 스테이지(24)는 Y 컨트롤 모듈(13)에 형성되어 있는 공간부(35)의 내부 가장 윗쪽에 동심원 상으로 삽입 배치됨과 더불어 틸트 모듈(20)의 윗쪽에 배치되어 있는 크로스롤러 링(28)에 놓여져 지지되면서 회전 가능한 구조로 설치된다. This
즉, 상기 크로스롤러 링(28)의 아우터 링은 틸트 모듈(20)에 고정 설치되고, 이때의 이너 링 위에 회전 스테이지(24)가 놓여져 지지되며, 이에 따라 회전 스테이지(24)는 크로스롤러 링(28)의 이너 링에 의해 지지되면서 회전운동 시 안내를 받을 수 있게 되고, 이와 더불어 회전운동 시에 발생될 수 있는 워블(Wobble) 현상 등이 방지되어 회전운동의 정밀성이 높아질 수 있게 된다That is, the outer ring of the
이렇게 설치되는 회전 스테이지(24)의 상면은 외부로 노출되고, 이때의 노출되는 상면에 샘플을 거치할 수 있게 된다. The upper surface of the
상기 회전 액추에이터(26)는 회전 스테이지(24)의 회전을 위한 동력을 제공하는 수단으로서, 이때의 회전 액추에이터(26)로는 스테퍼 모터 등을 적용할 수 있게 된다. The
이러한 회전 액추에이터(26)는 틸트 모듈(20)의 상면에 지지되는 구조로 설치되며, 이렇게 설치되는 회전 액추에이터(26)의 축에는 제2스퍼 기어(25)가 장착됨과 더불어 이때의 제2스퍼 기어(25)는 회전 스테이지(24)에 있는 제2랙(23)에 맞물릴 수 있게 된다. This rotation actuator 26 is installed in a structure supported on the upper surface of the
따라서, 상기 회전 액추에이터(26)의 작동 시 제2스퍼 기어(25)와 제2랙(23) 간의 치합 전동에 의해 회전 스테이지(24)는 물론 그 위에 놓여져 있는 샘플은 자체 자체 축선을 중심으로 하여 회전될 수 있게 된다. Therefore, when the
특히, 상기 스마트 자동화 샘플 스테이지에 속하는 틸트 회전 모듈(16), 틸트 모듈(20) 및 회전 스테이지(24)는 Y 컨트롤 모듈(13)의 중심부 내측, 즉 Y 컨트롤 모듈(13)의 중심부에 형성되어 있는 공간부(35) 내에 배치될 수 있으며, 이에 따라 샘플 스테이지의 전체적인 높이를 낮출 수 있는 동시에 사이즈를 축소할 수 있게 되고, 결국 공간 점유율은 물론 취급하는 측면에서 유리한 점을 얻을 수 있게 된다. In particular, the
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 자동화 샘플 스테이지에서 X-Y 좌표 이동 제어방법을 보여주는 사시도이다. 4 is a perspective view showing a method for controlling movement of X-Y coordinates in a smart automation sample stage according to an embodiment of the present invention.
도 4에 도시한 바와 같이, X-Y 좌표 제어를 위하여 X 액추에이터(12)와 Y 액추에이터(14)의 스테퍼 모터(12a,14a)를 작동시키면 커플링(33)에 의해 연결되어 있는 볼 스크류(12b,14b)에 동력이 전달되면서 X 컨트롤 모듈(12)과 Y 컨트롤 모듈(13)이 X축 방향 및 Y축 방향으로 각각 이동된다. As shown in FIG. 4, when the
이때, 볼 스크류(12b,14b)를 통해 세세한 조작이 가능해지고 정밀도가 높아진다. At this time, detailed operation is possible through the ball screw (12b, 14b) and the precision is increased.
상기 X 컨트롤 모듈(12)과 Y 컨트롤 모듈(13)이 볼 스크류(12b,14b)를 따라 이동할 때, 양측의 X 크로스롤러 가이드(29)와 Y 크로스롤러 가이드(30)에 의해 완벽한 직진 운동이 가능해지고 보다 정밀한 움직임을 갖는다. When the
이러한 메커니즘 2개를 각 층에 장치하여 각각 X축, Y축에서의 움직임을 제어할 수 있다. Two of these mechanisms can be installed on each floor to control movement in the X and Y axes, respectively.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 자동화 샘플 스테이지에서 회전 제어방법을 보여주는 사시도이다. 5 is a perspective view showing a rotation control method in a smart automated sample stage according to an embodiment of the present invention.
도 5에 도시한 바와 같이, 여기서는 회전 스테이지(24)를 회전시켜주는 상태를 보여준다. As shown in Fig. 5, here is a state in which the
즉, 회전 액추에이터(26)의 작동 시 액추에이터측 제2스퍼 기어(25)와 제3랙(23)이 맞물려 돌아가게 되면서 회전 스테이지(24)가 회전될 수 있게 되고, 결국 회전 스테이지(24)에 놓여져 있는 샘플의 회전을 제어할 수 있게 된다. That is, when the
도 6과 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 자동화 샘플 스테이지에서 틸팅(기울기) 제어방법을 보여주는 사시도이다. 6 and 7 are perspective views illustrating a method of controlling tilting (tilting) in a smart automated sample stage according to an embodiment of the present invention.
도 6과 도 7에 도시한 바와 같이, 틸트 액추에이터(22)의 축에 있는 웜 스크류(21)를 회전시키면 이때의 동력은 웜 스크류(21)에 맞물려 있는 제2랙(19)으로 전달되고, 따라서 틸트 모듈(20) 및 그 위에 있는 회전 스테이지(24)가 기울어지게 된다. As shown in FIGS. 6 and 7, when the
이 상태에서, 토션 스프링(27)을 이용하여 백래쉬를 막고, 틸트 회전 액추에이터(18)를 작동시킴과 더불어 제1스퍼 기어(17)와 제1랙(15) 간의 전동을 통해 기울어져 있는 회전 스테이지(16) 및 틸트 모듈(20)를 포함하는 틸트 회전 모듈(16)을 회전시켜서 360°전방위 기울임을 얻는다. In this state, a rotation stage inclined through transmission between the
이때, 회전 액추에이터(26)의 작동과 제2스퍼 기어(25) 및 제3랙(23) 간의 전동을 통해 회전 스테이지(24)를 틸트 회전 모듈(16)과 반대 방향으로 회전시켜서 기울임 회전 간 샘플의 회전을 방지한다. At this time, by rotating the
일 예로서, 이러한 틸트 메커니즘에서는 틸팅 명령 시 "틸트 10°이내의 각도만큼 이동"에 의해 회전 스테이지(24)를 틸팅시킬 수 있고, 360°모든 방향으로 조절이 가능하다.As an example, in this tilt mechanism, the rotating
이와 같은 기울기 조절 메커니즘을 X-Y 위치 조절 메커니즘의 가운데에 배치하여 높이를 낮추었고, 기울기 조절 메커니즘 위아래로 원형의 크로스롤러 링(28)을 두어 전방위 360°기울기 조정이 가능하도록 하였다. This tilt adjustment mechanism was placed in the center of the X-Y position adjustment mechanism to lower the height, and circular cross roller rings 28 were placed above and below the tilt adjustment mechanism to enable 360° tilt adjustment in all directions.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 자동화 샘플 스테이지에서 자동 추적시스템의 순서를 보여주는 개략도이다.8 is a schematic diagram showing a sequence of an automatic tracking system in a smart automation sample stage according to an embodiment of the present invention.
도 8에 도시한 바와 같이, 자동 좌표 조정 시스템은 X-Y 좌표 제어와 회전 및 틸트 제어를 위한 프로그램을 포함한다.As shown in Fig. 8, the automatic coordinate adjustment system includes a program for X-Y coordinate control and rotation and tilt control.
원하는 지점, 예를 들면 "X:400, Y:340" 좌표로 이동한 후 좌표를 등록한다. After moving to the desired point, eg "X:400, Y:340" coordinates, register the coordinates.
최대 100개까지 등록 가능하며 원할 때 불러올 수 있다. Up to 100 can be registered and can be recalled when desired.
다른 각도에서의 관측을 위한 회전 운동을 명령하면, 등록 좌표들의 위치가 바뀌는데, 이때 등록된 좌표를 계산하여 명령을 통해 쉽게 이동할 수 있다. When a rotational motion for observation from a different angle is commanded, the positions of the registered coordinates are changed. At this time, the registered coordinates can be calculated and moved easily through the command.
좌표 등록 히스토리를 기반으로 좌표 추적을 한다. Coordinate tracking is performed based on the coordinate registration history.
이러한 프로그램으로 변화된 방향에서 샘플을 연구할 수 있다. With this program, you can study the samples in changed directions.
자동 좌표 조정 시스템의 일 예로서, "이전 위치로 이동" 명령이 입력되면, 입력 기록을 사용하여 위치를 추적하고(회전각과 상대 좌표를 이용), 기록된 위치로 자동으로 이동하며, 이전 위치에서 다른 각도로 관찰이 가능하다. As an example of an automatic coordinate adjustment system, when a "move to previous position" command is entered, the position is tracked using the input record (using rotation angle and relative coordinates), and automatically moves to the recorded position, from the previous position. It can be observed from different angles.
절대 좌표와 상대 좌표 지정의 예로서, "X:, Y: 로 이동(절대좌표)"명령→관측 중인 지점을 상대 좌표로 저장[P1:( , ), P2:( , ), ---, P100:( , )]→다른 각도에서의 관찰을 위한 회전→원하는 각도로 회전→회전한 각도와 저장된 상대 좌표로 좌표 추적→관측 중이었던 지점으로 이동→ 같은 지점을 다른 각도에서의 관측(새로운 상대 좌표에서 "P1으로 이동"을 명령하면 새로운 상대 좌표에서 P1으로 이동)하는 과정을 거쳐 샘플을 원하는 X-Y 좌표로 위치시킬 수 있고 전방위 360°기우린 상태에서 관찰을 할 수 있다. As an example of specifying absolute and relative coordinates, the command "Move to X:, Y: (absolute coordinates)" → save the point being observed as relative coordinates [P1:(, ), P2:(, ), ---, P100:(, )]→Rotate for observation from different angles→Rotate to desired angle→Track coordinates with the rotated angle and stored relative coordinates→Move to the point that was being observed→ Observe the same point from a different angle (new opponent If you command "Move to P1" from the coordinates, you can place the sample at the desired XY coordinates through the process of moving from the new relative coordinates to P1), and you can observe it while tilting 360° in all directions.
이와 같이, 본 발명의 스마트 자동화 샘플 스테이지는 보다 정밀한 스테퍼 모터와 기어, 볼 스크류를 통하여 보다 작은 스케일의 움직임까지 조절이 가능하며, 보다 작은 스테퍼 모터와 기어, 볼 스크류, 그리고 크로스 롤러 베어링 등을 통하여 보다 작고 낮은 샘플 스테이지로 규모적인 개선이 가능하다. As described above, the smart automation sample stage of the present invention can be adjusted to a smaller scale movement through more precise stepper motors, gears, and ball screws, and through smaller stepper motors, gears, ball screws, and cross roller bearings. Smaller and lower sample stages allow for scale improvement.
이와 더불어, 본 발명의 스마트 자동화 샘플 스테이지는 완전 자동화된 샘플 스테이지로써 샘플 스테이지에 추가적으로 커뮤니케이션 디바이스(블루투스 또는 Wi-Fi 인터넷 연결 등)를 연결하여 향후 ICT 산업과의 융합을 토대로 연구의 질적 향상 뿐만 아니라, 샘플 스테이지의 원격 조정 등 연구의 환경적 개선까지 도모할 수 있다. In addition, the smart automation sample stage of the present invention is a fully automated sample stage. By connecting a communication device (Bluetooth or Wi-Fi Internet connection, etc.) to the sample stage in addition to improving the quality of research based on future convergence with the ICT industry, Also, it is possible to improve the environment of research such as remote control of the sample stage.
10 : 베이스 스테이지
11 : X 컨트롤 모듈
12 : X 액추에이터
13 : Y 컨트롤 모듈
14 : Y 액추에이터
15 : 제1랙
16 : 틸트 회전 모듈
17 : 제1스퍼 기어
18 : 틸트 회전 액추에이터
19 : 제2랙
20 : 틸트 모듈
21 : 웜 스크류
22 : 틸트 액추에이터
23 : 제3랙
24 : 회전 스테이지
25 : 제2스퍼 기어
26 : 회전 액추에이터
27 : 토션 스프링
28 : 크로스롤러 링
29 : X 크로스롤러 가이드
30 : Y 크로스롤러 가이드
31 : X 볼 스레드
32a,32b : 모터 지지판
33 : 커플링
34 : Y 볼 스레드
35 : 공간부
36 : 단차부
37 : 홈부
38 : 액추에이터 하우징
39 : 축 브라켓
40 : 틸트 축
41 : 랙 하우징10: base stage
11: X control module
12: X actuator
13: Y control module
14: Y actuator
15: first rack
16: tilt rotation module
17: first spur gear
18: tilt rotation actuator
19: second rack
20: tilt module
21: worm screw
22: tilt actuator
23: third rack
24: rotating stage
25: second spur gear
26: rotary actuator
27: torsion spring
28: cross roller ring
29: X cross roller guide
30: Y cross roller guide
31: X ball thread
32a,32b: Motor support plate
33: coupling
34: Y ball thread
35: space part
36: step portion
37: groove
38: actuator housing
39: shaft bracket
40: tilt axis
41: rack housing
Claims (10)
상기 X 컨트롤 모듈(11) 상에 지지되면서 Y축으로 이동가능한 Y 컨트롤 모듈(13) 및 Y 컨트롤 모듈(13)의 이동을 위한 동력을 제공하는 Y 액추에이터(14);
상기 Y 컨트롤 모듈(13) 상에 지지되며 제1랙(15)을 가지면서 회전가능한 틸트 회전 모듈(16) 및 제1랙(15)과 치합 전동가능한 제1스퍼 기어(17)를 가지면서 틸트 회전 모듈(16)의 회전을 위한 동력을 제공하는 틸트 회전 액추에이터(18);
상기 틸트 회전 모듈(16) 상에 지지되며 제2랙(19)을 가지면서 틸팅가능한 틸트 모듈(20) 및 제2랙(19)과 치합 전동가능한 웜 스크류(21)를 가지면서 틸트 모듈(20)의 틸팅을 위한 동력을 제공하는 틸트 액추에이터(22);
상기 틸트 회전 모듈(16) 상에 지지되며 제3랙(23)을 가지면서 회전가능한 회전 스테이지(24) 및 제3랙(23)과 치합 전동가능한 제2스퍼 기어(25)를 가지면서 회전 스테이지(24)의 회전을 위한 동력을 제공하는 회전 액추에이터(26);
상기 Y 컨트롤 모듈(13)과 틸트 회전 모듈(16) 사이 및 틸트 모듈(20)과 회전 스테이지(24) 사이에 각각 배치되면서 틸트 회전 모듈(16)과 회전 스테이지(24)의 회전을 안내하는 한 쌍의 크로스롤러 링(28);을 포함하되,
상기 틸트 회전 모듈(16)의 상면에는 한 쌍의 축 브라켓(39)이 수직 형성됨과 아울러, 상기 틸트 모듈(20)의 중심부에는 상부로 돌출된 원형의 랙 하우징(41)이 구비되고, 상기 축 브라켓(39) 사이에는 틸트 모듈(20)의 틸팅 중심과 동축 구조를 이루면서 아래쪽으로 볼록한 호(弧) 형상의 기어 치면(齒面)을 포함하는 반원형 단면의 제2랙(19)이 틸팅 방향을 따라 상기 랙 하우징(41)의 내부에 나란하게 배치되며, 상기 랙 하우징(41)과 제2랙(19) 및 축 브라켓(39)은 틸트 축(40)에 의해 수평으로 체결되어,
상기 틸트 모듈(20)은 축 브라켓(39)에 지지되면서 상기 틸트 축(40)을 회전 중심축으로 하여 위아래로 틸팅되는 것을 특징으로 하는 스마트 자동화 샘플 스테이지.
An X actuator 12 that provides power for moving the X control module 11 and the X control module 11 while being supported on the base stage 10 and movable along the X axis;
A Y control module 13 supported on the X control module 11 and movable along the Y axis and a Y actuator 14 providing power for movement of the Y control module 13;
A tilt rotation module 16 supported on the Y control module 13 and rotatable while having a first rack 15 and a first spur gear 17 capable of meshing with the first rack 15 A tilt rotation actuator 18 providing power for rotation of the rotation module 16;
The tilt module 20 is supported on the tilt rotation module 16 and has a tilt module 20 capable of tilting while having a second rack 19 and a worm screw 21 capable of meshing with the second rack 19. ) A tilt actuator 22 providing power for tilting;
A rotating stage having a rotating stage 24 supported on the tilt rotating module 16 and rotatable while having a third rack 23 and a second spur gear 25 capable of meshing with the third rack 23 A rotation actuator 26 providing power for rotation of 24;
As long as they are disposed between the Y control module 13 and the tilt rotation module 16 and between the tilt module 20 and the rotation stage 24, respectively, to guide the rotation of the tilt rotation module 16 and the rotation stage 24 Including; a pair of cross roller rings 28;
A pair of shaft brackets 39 are vertically formed on the upper surface of the tilt and rotation module 16, and a circular rack housing 41 protruding upward is provided in the center of the tilt module 20, and the shaft Between the brackets 39, a second rack 19 having a semicircular cross section that forms a coaxial structure with the tilting center of the tilt module 20 and includes an arc-shaped gear tooth surface that is convex downwards is arranged in the tilting direction. Accordingly, the rack housing 41 is arranged side by side inside the rack housing 41, and the rack housing 41, the second rack 19, and the shaft bracket 39 are horizontally fastened by the tilt shaft 40,
The tilt module 20 is a smart automated sample stage, characterized in that the tilt module 20 is supported by the shaft bracket 39 and tilts up and down using the tilt shaft 40 as a rotational center axis.
상기 틸트 모듈(20)측과 틸트 회전 모듈(16)측 사이에 탄력 지지되는 구조로 설치되어 틸트 모듈(20)의 틸팅 시 백래쉬를 완화시켜주는 토션 스프링(27)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 자동화 샘플 스테이지.
The method according to claim 1,
It characterized in that it further comprises a torsion spring 27 that is installed in a structure that is elastically supported between the tilt module 20 side and the tilt rotation module 16 side to alleviate backlash when tilting the tilt module 20 Smart automation sample stage.
상기 X 액추에이터(12)는 스테퍼 모터(12a)와 볼 스크류(12b)로 구성되는 것을 특징으로 하는 스마트 자동화 샘플 스테이지.
The method according to claim 1,
The X actuator 12 is a smart automation sample stage, characterized in that consisting of a stepper motor (12a) and a ball screw (12b).
상기 Y 액추에이터(14)는 스테퍼 모터(14a)와 볼 스크류(14b)로 구성되는 것을 특징으로 하는 스마트 자동화 샘플 스테이지.
The method according to claim 1,
The Y actuator 14 is a smart automation sample stage, characterized in that consisting of a stepper motor (14a) and a ball screw (14b).
상기 베이스 스테이지(10) 상에 설치되면서 X 컨트롤 모듈(11)의 이동을 안내하는 한쌍의 X 크로스롤러 가이드(29)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 자동화 샘플 스테이지.
The method according to claim 1,
Smart automation sample stage, characterized in that it further comprises a pair of X cross roller guides (29) installed on the base stage (10) and guiding the movement of the X control module (11).
상기 X 컨트롤 모듈(11) 상에 설치되면서 Y 컨트롤 모듈(13)의 이동을 안내하는 한쌍의 Y 크로스롤러 가이드(30)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 자동화 샘플 스테이지.
The method according to claim 1,
Smart automated sample stage, characterized in that it further comprises a pair of Y cross roller guides (30) installed on the X control module (11) and guiding the movement of the Y control module (13).
상기 틸트 회전 모듈(16), 틸트 모듈(20) 및 회전 스테이지(24)는 Y 컨트롤 모듈(13)의 중심부 내측으로 배치되어 높이가 낮춰질 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 스마트 자동화 샘플 스테이지.The method according to claim 1,
The tilt and rotation module (16), the tilt module (20) and the rotation stage (24) are arranged inside the center of the Y control module (13) to lower the height of the smart automated sample stage.
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