KR20160000962A

KR20160000962A - Precision Tansfer Stage

Info

Publication number: KR20160000962A
Application number: KR1020140078234A
Authority: KR
Inventors: 장만석
Original assignee: (주)에스제이엔
Priority date: 2014-06-25
Filing date: 2014-06-25
Publication date: 2016-01-06

Abstract

The present invention relates to a high-precision transfer stage. The high-precision transfer stage comprises: a base plate which has a magnetic free rod and a protruding guide on the top thereof; a stage which has a bearing guide coupled to the base plate without friction using magnetic force; and a drive part which has a ball screw located in the center of the base plate, a piezo serially connected to the ball screw, and a direct driven motor located on the end of the piezo, and is coupled to the stage through a stage joint. Therefore, the present invention enables the high-precise determination and retention of a position during precise position controlling and processing works and maximizes position precision by minimizing an influence on the friction when the stage is moved by an air bearing guide.

Description

Precision Tansfer Stage

본 발명은 고정밀도 절삭기 또는 측정기에 적용되는 이송 스테이지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에어가이드와 볼스크류를 구비하여 정밀한 위치 제어를 수행할 수 있는 고정밀 이송 스테이지에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a transfer stage applied to a high-accuracy cutting machine or measuring instrument, and more particularly to a high-precision transfer stage having an air guide and a ball screw to perform precise position control.

일반적으로, 이송스테이지는 리니어 모터에 의하여 다축으로 구동되어 절삭기 또는 드릴링 머신 등이 정확한 위치에 가공을 수행할 수 있도록 워크를 이송시킨다. 그러나, 정밀한 가공을 필요로 하는 제품의 경우 리니어 모터의 낮은 위치 유지력 및 레일의 마찰력 등에 의하여 정밀도 및 가공 시 위치 결정 유지력이 저하되는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위하여 대한민국 등록특허공보 제10-0663939호(2006.12.26)에 개시되어 있는 바와 같이 가공 또는 측정 대상물이 고정되는 플랫폼을 다축 방향으로 이동시키되, 플랫폼과 연결되는 피에조 엑츄에이터가 구동모터에 의해 회전하는 축 볼스크류 상에 구비된 슬라이더에 설치된 것으로 구성되어 볼스크류와 피에조 엑츄에이터의 직렬 연결구조에 의해 볼스크류에 의한 플랫폼의 대변위 이동과 피에조 엑츄에이터에 의한 플랫폼의 미세변위 이동이 볼스크류의 축선을 따라 이루어지게 하는 구동부로 구성된다. 이는 리니어 모터에 의한 스테이지 이송보다 정밀도가 우수하지만 축 이동 시 레일에서 발생하는 마찰력에 의하여 정밀도가 저하되는 문제점이 있다.In general, the transfer stage is driven by multiple motors by a linear motor to transfer a work so that a cutting machine, a drilling machine, or the like can perform machining at an accurate position. However, in the case of a product requiring precise machining, there is a problem that accuracy and positioning holding force during machining are lowered due to the low position holding force of the linear motor and the frictional force of the rail. To solve this problem, as disclosed in Korean Patent Registration No. 10-0663939 (Dec. 26, 2006), a platform on which a workpiece or an object to be measured is fixed is moved in a multi-axis direction, and a piezoactuator connected to the platform is driven by a drive motor And a slider provided on a rotating shaft of the ball screw. Due to the series connection structure of the ball screw and the piezo actuator, the large displacement of the platform by the ball screw and the micro displacement of the platform by the piezo actuator, As shown in FIG. This is more accurate than the stage conveying by the linear motor, but there is a problem that the precision is lowered due to the frictional force generated in the rail when the shaft is moved.

대한민국 등록특허공보 제10-0663939호(2006.12.26)Korean Registered Patent No. 10-0663939 (December 26, 2006)

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 축 이동을 위한 가이드로 에어 베어링을 구비하고 볼스크류와 피에조를 구비하여 정밀한 위치 제어와 가공 시 위치결정 유지력이 높은 고정밀 이송 스테이지를 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above-mentioned problems, it is an object of the present invention to provide a high-precision transfer stage having an air bearing as a guide for moving a shaft and having a ball screw and a piezo, .

본 발명의 목적을 달성하기 위한 구성으로 상부에 마그네틱 프리 로드와 돌출 가이드가 구비되는 베이스 플레이트와 상기의 베이스 플레이트에 자력에 의하여 마찰되지 않고 결합되는 에어 베어링 가이드가 구비되는 스테이지와 상기의 베이스 플레이트 중앙부에 위치하는 볼스크류와 상기의 볼스크류와 직렬 연결되는 피에조 및 상기 피에조 말단에 위치하는 직접구동형 모터가 구비되며 스테이지 결합부에 의하여 상기의 스테이지에 결합되는 구동부가 있다.A stage having a base plate having a magnetic preload and a protrusion guide at an upper portion thereof and an air bearing guide coupled to the base plate without friction by a magnetic force, A piezoelectric actuator connected in series with the ball screw, and a direct drive motor located at the end of the piezo actuator, and a driving unit coupled to the stage by the stage coupling unit.

본 발명의 다른 특징으로 상기의 베이스 플레이트 측면에 구비되며 볼스크류에 의한 스테이지의 이송거리 비율을 조절할 수 있는 스케일이 구비되며, 상기의 피에조와 스테이지 사이에 위치하며 피에조의 변형을 방지하는 프리로더가 구비된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a scale provided on a side surface of the base plate and capable of adjusting a transfer distance ratio of a stage by a ball screw, and a preloader positioned between the piezo and the stage and preventing deformation of the piezo Respectively.

본 발명의 또 다른 특징으로 상기의 고정밀 이송 스테이지를 각각 X, Y, Z축으로 결합하여 스테이지가 X, Y, Z축으로 이송된다.In another aspect of the present invention, the stage is transferred in the X, Y, and Z axes by combining the high-precision transfer stages in the X, Y, and Z axes, respectively.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 고정밀 이송 스테이지는 볼스크류 및 피에조를 직렬로 배치하여 정밀한 위치 조정 및 가공 시 높은 위치 결정 유지력이 가능하며 에어 베어링 가이드에 의하여 스테이지 이동 시 마찰의 영향을 최소화하여 위치 정밀도를 극대화하는 효과가 있다.As described above, in the high-precision transfer stage according to the present invention, the ball screw and the piezo are arranged in series to enable accurate position adjustment and high positioning holding force during machining. The air bearing guide minimizes the influence of friction when moving the stage, There is an effect of maximizing the precision.

도 1은 기존의 나노 스테이지의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 고정밀 이송 스테이지의 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 고정밀 이송 스테이지의 상면도.1 is a perspective view of a conventional nano stage.
2 is a perspective view of a high precision transfer stage according to the present invention;
3 is a top view of a high precision transfer stage according to the present invention;

도 2와 3은 각각 본 발명에 따른 고정밀 이송 스테이지의 사시도와 상면도로서 이를 참고하여 본원발명의 구성요소를 설명하면 다음과 같다. 고정밀도 절삭기 또는 측정기에 적용되는 고정밀 이송 스테이지에 있어서, 상부에 마그네틱 프리 로드(11)와 돌출 가이드(12)가 구비되는 베이스 플레이트(10)와 상기의 베이스 플레이트(10)에 자력에 의하여 마찰되지 않고 결합되는 에어 베어링 가이드(21)가 구비되는 스테이지(20)와 상기의 베이스 플레이트(10) 중앙부에 위치하는 볼스크류(31)와 상기의 볼스크류(31)와 직렬 연결되는 피에조(32) 및 상기 피에조(32) 말단에 위치하는 직접구동형 모터(33)가 구비되며 스테이지 결합부(34)에 의하여 상기의 스테이지(20)에 결합되는 구동부(30)로 구성되는 것을 특징으로 하는 고정밀 이송 스테이지이다. 그리고, 상기의 베이스 플레이트(10) 측면에 구비되며 볼스크류(31)에 의한 스테이지(20)의 이송거리 비율을 조절할 수 있는 스케일(13)이 구비되며, 상기의 피에조(32)와 스테이지(20) 사이에 위치하며 피에조(20)의 변형을 방지하는 프리로더(35)가 구비되는 것을 특징으로 한다. 이는 단순히 볼스크류와 피에조 엑츄에이터의 직렬 조합으로 구현되는 고정밀 스테이지 이송에서 발생하는 베이스 플레이트와 이송스테이지 간의 마찰을 에어 베어링 가이드(21)에 의하여 마찰을 최소화할 수 있다. 또한, 돌출 가이드(12)와 평행되는 위치에 복수 개의 보조 가이드를 구비하여 스테이지(20)가 축 방향 기준 좌우로 유동 되는 것을 방지할 수 있다. 이를 위하여 마그네틱 프리 로드(11)와 에어 베어링 가이드(21)에는 자석이 내장되거나 표면에 결합한다. 그리고 상기의 고정밀 이송 스테이지를 각각 X, Y, Z축으로 결합하여 스테이지(20)가 X, Y, Z축으로 이송되는 것을 특징으로 한다. 도 2에서 도시한 바와 같은 고정밀 이송 스테이지를 각각 X, Y, Z축으로 결합할 수도 있으나 스테이지(20) 상부를 베이스 플레이트(10)의 동일한 구성요소를 교차하게 구성하면 X, Y축으로 정밀 조절이 가능한 이송 스테이지 구현이 가능하다. Z축 역시 위와 마찬가지로 도 2에서 도시한 바와 같은 고정밀 이송 스테이지를 수직으로 세워 상술한 X, Y축으로 정밀 조절이 가능한 이송 스테이지에 결합하면 Z축으로 정밀 조절이 가능한 이송 스테이지 구현이 가능하다. 상술한 바와 같은 구성요소와 각 구성요소의 결합에 의하여 리니어 모터를 이용한 이송 스테이지나 단순히 베어링에 의해 가이딩되는 스테이지와 비교하여 현저하게 고정밀 이송이 가능하다.2 and 3 are a perspective view and a top view, respectively, of a high-precision transfer stage according to the present invention, and components of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention relates to a high precision feed stage applied to a high precision cutting machine or a measuring machine, in which a base plate 10 provided with a magnetic preload 11 and a protrusion guide 12 on an upper portion thereof, A ball screw 31 located at the center of the base plate 10 and a piezo 32 connected in series with the ball screw 31, And a drive unit (30) having a direct drive type motor (33) located at the end of the piezo (32) and coupled to the stage (20) by a stage coupling unit (34) to be. A scale 13 is provided on the side surface of the base plate 10 and is capable of adjusting the distance of the stage 20 conveyed by the ball screw 31. The piezo 32 and the stage 20 And a preloader 35 for preventing deformation of the piezo 20 is provided. This makes it possible to minimize the friction between the base plate and the transfer stage caused by the high precision stage transfer realized by the series combination of the ball screw and the piezo actuator by the air bearing guide 21. In addition, a plurality of auxiliary guides may be provided at positions parallel to the protruding guide 12 to prevent the stage 20 from moving left and right in the axial direction. To this end, the magnetic preload (11) and the air bearing guide (21) are magnetized or bonded to the surface. And the stage 20 is transferred in the X, Y, and Z axes by coupling the high-precision transfer stage in X, Y, and Z axes, respectively. 2 may be coupled to the X, Y, and Z axes, respectively. However, when the upper portion of the stage 20 is configured to cross the same components of the base plate 10, A possible transport stage implementation is possible. Similarly to the above case, the Z-axis can be precisely adjusted to the Z axis by combining the high-precision transfer stage as shown in FIG. 2 and the transfer stage capable of precisely controlling the X and Y axes. By the combination of the above-described components and the respective components, it is possible to carry out remarkably high-precision conveyance compared to a conveyance stage using a linear motor or a stage that is simply guided by a bearing.

본 발명은 특정의 실시 예 및 적용 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부된 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능 하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.Although the present invention has been shown and described with respect to specific embodiments and applications thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Anyone with knowledge will know easily.

10. 베이스 플레이트 11. 마그네틱 프리 로드
12. 돌출 가이드 13. 스케일
20. 스테이지 21. 에어 베어링 가이드
30. 구동부 31. 볼스크류
32. 피에조 33. 직접구동형 모터
34. 스테이지 결합부 35. 프리로더10. Base plate 11. Magnetic preload
12. Extrusion Guide 13. Scale
20. Stage 21. Air Bearing Guide
30. Drive 31. Ball Screw
32. Piezo 33. Direct drive motor
34. Stage coupling section 35. Pre-

Claims

In a high precision feed stage applied to a high precision cutter or measuring machine,
A base plate 10 having a magnetic preload 11 and a protrusion guide 12 on an upper portion thereof;
A stage 20 having an air bearing guide 21 coupled to the base plate 10 without friction by a magnetic force;
A ball screw 31 located at the center of the base plate 10 and a piezo 32 connected in series with the ball screw 31 and a direct drive type motor 33 positioned at the end of the piezo 32, And a driving unit (30) provided on the stage (20) and coupled to the stage (20) by a stage coupling unit (34).

The method according to claim 1,
Wherein a scale (13) provided on a side surface of the base plate (10) and capable of adjusting a transport distance ratio of the stage (20) by a ball screw (31) is provided.

The method according to claim 1,
Characterized in that a preloader (35) is provided between the piezo (32) and the stage (20) to prevent deformation of the piezo (20).

4. The method according to any one of claims 1 to 3,
And the stage 20 is transferred in the X, Y, and Z axes by combining the high-precision transfer stages in X, Y, and Z axes, respectively.