KR19980077260A

KR19980077260A - 직선이송장치

Info

Publication number: KR19980077260A
Application number: KR1019970014295A
Authority: KR
Inventors: 황창범
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1997-04-18
Filing date: 1997-04-18
Publication date: 1998-11-16

Abstract

리니어모터를 이용한 직선이송장치로서, 고속 및 고정도 제어가 가능한 가장 안정된 구조가 개시되어 있다. 개시된 직선이송장치는 리니어모터의 고정자(21)와 이동자(22)를 포함하며, 리니어모터 고정자가 고정지지되어 있는 베드프레임(23), 리니어모터 이동자가 연결되어 있는 테이블(24), 테이블을 베드프레임에 미끄럼 지지하는 한쌍의 가이드레일(25,25')과 가이드블록(26,26'), 그리고 테이블 이송위치감지를 위한 리니어스케일(27)과 스케일리더(28)로 구성되고, 고정자와 가이드레일의 평행도 규제를 위해 베드프레임에 형성된 베드각 설치면상의 턱(29a,30a,30a')을 가진다. 이것은 산업용 로봇 등 평면상에서 적어도 2축방향으로 움직이는 X-Y좌표계를 가지는 각종 기계기구의 고속 및 고정도제어에 효과적이다.

Description

직선이송장치

본 발명은 산업용 로봇(robot) 등 제한된 평면 또는 공간상에서 왕복직선운동을 필요로 하는 각종 기계기구에 이용될 수 있는 직선이송장치에 관한 것으로서, 특히 고속 및 고정도의 위치제어가 가능하도록 가장 안정된 구조로 최적화된 리니어모터(linear motor)를 이용한 직선이송장치에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이 산업용 로봇은 마치 사람과 같이 물체를 잡고서 평면 또는 공간을 움직일 수 있는 핸드(hand)를 가지고 있어서, 단순반복작업을 무인자동화하여 인력낭비를 줄이고 생산성을 높이데 유용함은 물론, 사람이 하기 힘든 초정밀 작업까지도 가능하게 하여 각종 산업현장에서 폭넓에 활용되고 있다. 2차원 평면상의 X-Y 좌표계를 가지는 산업용 로봇을 예를 들면 직교좌계 로봇과 원통좌표계 로봇이 있는데, 여기에는 그 로봇 핸드를 평면상에서 이동시키기 위한 적어도 2개의 직선이송장치가 설치된다. 이러한 로봇 핸드를 움직이는 직선이송장치에서는 고속 및 고정도 위치제어가 요구된다.

이러한 로봇 핸드를 움직이기 위한 직선이송장치에 있어서, 종래에는 구동원으로서 회전동력을 발생하는 로터리모터(rotary motor)를 이용하는 것과 직선동력을 직접발생하는 리니어모터(linear motor)를 이용하는 것 두가지 형식이 잘 알려져 있다.

로터리모터를 이용하는 것에 있어서는 도 1과 같이 로터리모터(1)의 축에 커플링(coupling; 2)을 통해 리드스크류(lead screw; 3)가 연결되고, 이 이드스크류(3)에 나사결합된 볼너트(ball nut; 4)가 테이블(5)과 연결된다. 테이블(5)은 예컨대 직교좌표계 로봇 등에서 핸드를 직교방향으로 직접 이송시키기 위한 도시되지 않은 또하나의 직선이송장치가 탑재되는 곳이다. 즉, 로터리모터(1)에 의하여 리드스크류(3)가 회전되면, 볼너트(4)가 테이블(5)과 함께 그 리드스크류(3)의 축방향으로 이동하게 됨으로써 전술한 직교좌표계 로봇의 핸드가 그 또하나의 직선이송장치와 함께 이송되는 것이다. 테이블(5)의 정밀한 위치제어를 위한 폐루프서보시스템(closed loop servo system)은 도 1에 함께 도시된 바와 같이 테이블(5)의 위치정보를 가지는 리니어스케일(lineat scale; 6)과 그 위치정보를 읽는 스케일리더(scale reader; 7) 그리고 로터리모터(1)의 회전속도를 감지하는 회전속도감지기(8)를 포함하여, 스케일리더(7)로부터 감지된 테이블(5) 위치와 리니어모터(5)의 회전속도감지기(8)로부터 감지된 모터속도에 따라서 로터리모터(1)의 구동신호를 제어하는 논리제어기(9)와 연산기(10) 및 증폭기(11) 등으로 구성된다.

이와같이 로터리모터를 이용한 경우에는 그 로터리모터의 회전운동을 직선으로 바꾸는 리드스크류와 볼너트가 조립되어야 하고, 또 그 서보시스템을 위해 로터리모터의 회전속도 감지기가 갖추어져야 하므로 구조가 복잡해진다. 더욱이 리드스크류 회전에 대한 볼너트의 이송속도가 느리고, 각 부품의 연결부위가 많아서 그 연결부위의 누적공차 및 나사산의 백래쉬(backlash) 등 정밀도가 떨어진다. 따라서 로터리모터를 이용한 직선이송장치는 고속 및 고정도제어가 요구되는 곳에 불리한 단점을 가진다.

반면에, 리니어모터를 사용하는 경우에는 도 2와 같이 리니어모터의 고정자(12)상에서 이동되는 이동자(13)에 테이블(5)을 직접 연결하면 되므로 전술한 도 1의 리드스크류와 볼너트 등이 불필요하고, 또한 그 서보시스템에 있어서도 전자속도계(14)를 사용하여 똑같은 리니어스케일(6) 상의 스케일리더(7)로 읽어들인 테이블 위치정보로부터 리니어모터의 이송속도를 별도의 속도감지기 없이 직접 산출하는 것이 가능해 진다. 따라서 훨씬 간단하고 또 동력을 변환하지 않고 그대로 이용하므로 이송속도를 크게 향상된 직선이송장치를 구성할 수 있다. 그러나 이 경우에 있어서도 전술한 X-Y 좌표계 로봇을 위해 그 테이블(5) 상에 다른 직선이송장치를 탑재시켰을 때, 하측 직선이송장치의 자체하중 및 강성등을 고려한 휨 등의 변형에 대한 안정적 구조로 최적화되지 않는 한 고정도의 제어는 여전히 어렵게 된다.

따라서 본 발명의 목적은 리니어모터를 이용하여 고속이송을 실현하는 동시에 이송축의 처짐 등 그 변형이 최소화되도록 가장 안정된 구조로 최적화되어 고정도의 제어가 가능한 직선이송장치를 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 볼스크류를 이용한 직선이송장치와 그 폐루프서보시스템을 보인 도식도.

도 2는 리니어모터를 이용한 직선이송장치와 그 폐루프서보시스템을 설명하기 위해 나타낸 도식도.

도 3은 본 발명에 따른 직선이송장치의 부분절제 사시도.

도 4는 본 발명에 따른 직선이송장치를 축방향에서 본 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 직선이송장치를 적층하여된 2축 직선이송장치를 설명하기 위하여 나타낸 개요도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

21 : 리니어모터 고정자22 : 리니어모터 이동자

23 : 베드프레임24 : 테이블

25,25' : 가이들레일26,26' : 가이드블록

27 : 리니어스케일28 : 스케일리더

29,30,30',31 : 설치면29a,30a,30a' : 턱

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

직선이송장치를 구성함에 있어서, 구동원으로서 직선상의 고정자와 이 고정자 위에서 움직이도록 작동되는 이동자를 가지는 리니어모터를 사용하고, 베드프레임에 그 리니어모터의 고정자를, 그리고 테이블에 그 리니어모터의 이동자를 설치하며, 테이블을 베드프레임 상에서 미끄럼지지하는 지지수단, 그리고 테이블 위치를 감지하기 위한 감지수단으로 구성하는 것이다.

본 발명은 특히 상기한 베드프레임에 상기한 리니어트랙과 상기한 한쌍의 가이드레일들의 평행도를 규제하는 턱을 만들어서 조립성을 좋게 함을 그 특징으로 한다.

본 발명은 또한 X-Y좌표계를 가지는 로봇 등을 위한 직선이송장치로서 상기한 테이블 위에 직교방향으로 동력을 발생하도록 설치되는 다른 직선이송기구를 포함하며, 이 경우에 상기한 미끄럼 지지수단으로서 상기한 베드프레임에 나란히 설치되는 한쌍의 가이드레일, 그리고 상기한 테이블에 고정되고 각 직선이동 가이드레일에 미끄러지게 결합되는 가이드블록을 구비하고, 상기한 테이블상에 놓이는 다른 직선이송기구의 이송길이를 감안한 가장 안정된 조건으로서 상기한 가이드레일의 축 간격을 B라 하고, 그 다른 직선이송기구의 축 길이를 L이라 할 때,

[수학식]

의 조건이 만족되도록 구성하는 것이다.

참고로, 상기한 수학식은 예컨대 X-Y좌표계를 위한 2축 직선이송장치에 있어서, 균일한 단면과 균일한 재질로 가정한 오일러 빔(Euler beam)을 모델링(modeling)하고, 그 모델링으로부터 X축 직선이송기구 위에 탑재되는 Y축 직선이송기구의 자체하중과 강성 등을 고려한 휨 등의 변형이 최소화되는 조건으로서 그 해를 구하여, X축 간격 B와 Y축 길이 L의 관계를 정의한 것이다.

한편, 본 발명은 상기한 테이블의 이송거리를 감지하는 감지수단으로서, 통상과 같은 테이블 위치정보를 가지는 리니어스케일과 이 리니어스케일 상에서 이동하여 그 위치정보를 읽는 스케일리더를 구비하여, 그 리니어스케일을 상기한 베드프레임에 고정하고 스케일리더를 테이블과 함께 이동되도록 연결한다.

이러한 본 발명에 따르면, 기존의 로터리모터 대신 직선동력을 직접 제공하는 리니어모터를 이용하므로 구조가 간단한 동시에 고속제어가 가능하다. 또한 X-Y 직교좌표계를 위한 2축 직선이송장치에서의 위와같은 조건을 충족하여 구조적으로 가장 안정되고 또 조립성 향상과 아울러 높은 정밀도를 가짐으로써 고정도제어가 가능하게 되는 것이다. 이러한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 리니어모터를 이용한 직선이송장치는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 동력을 발생하는 리니어모터의 고정자(21)와 이동자(22)를 포함하여, 리니어모터의 고정자(21)를 고정지지하는 베드프레임(23), 리니어모터의 이동자(22)과 함께 움직이도록 연결된 테이블(24), 이 테이블(24)을 베드프레임(23) 상에서 미끄럼지지하는 가이드레일(25,25')과 가이드블록(26,26'), 그리고 테이블(24) 위치를 감지하기 위한 리니어스케일(27)과 스케일리더(28)로 구성된다.

여기서, 리니어모터의 고정자(21)와 가이드레일(24,24') 및 리니어스케일(26)은 베드프레임(23)의 설치면(29,30,30',31)에 각각 볼트나 접착제로 고정되고, 리니어모터의 이동자(22)는 테이블(24) 밑에 돌출된 지지부(32)에 역시 볼트나 접착제로 고정되고 고정자(21)와 가깝게 대치된다. 가이드블록(26,26')은 테이블(24) 밑면에 직접 체결되며 가이드레일(25,25')에 잘 미끄러지게 얹혀진다. 스케일리더(28)는 리니어스케일(27)에 대하여 이동되는 것으로 별도의 브라켓(33)을 통해 테이블(24)과 연결지지된다. 리니어모터 고정자(21)와 가이드레일(25,25')이 설치되는 베드프레임(23)의 설치면(29,30,30')에는 규제턱(29a,30a,30a')이 각각 형성되어 있는데, 이것은 상호 평행하도록 높은 정밀도로 가공된 부분이다. 즉, 고정자(21)와 가이드레일(25,25') 조립시 그 각각의 일측 모서리를 설치면(29,30,30')의 규제턱(29a,30a,30a')에 밀착시켜 고정하게 함으로써 별도의 조정작업 없이도 그들 상호간의 평해도가 정확하게 조정될 수 있게 배려된 것으로, 그 조립성이 좋아지는 것이다.

본 발명의 직선이송장치에 사용되는 리니어모터는 여러 가지로 구성될 수 있다. 그 구체적인 예를 들면 바람직하게는 상기한 고정자(21)로서 자속을 발생하는 자석을 배치하고, 이동자(22)로서는 무빙코일을 그 일측변이 자석의 일측 자극면을 가까이 하도록 배치한다. 그러면, 이동자(22) 코일의 일측변이 자석에 의한 자계에 놓이게 되는데, 그 이동자(22) 코일에 전류를 흘리면 여자된 코일이 자속과 쇄교하게 되어 고정자(21) 자석과 이동자(22) 코일 사이에 전자기력이 작용하게 된다. 이 전자기력에 의하여 이동자(22) 코일이 고정자(21) 자석에 대해 움직임으로써 그 이동자(22)와 연결된 테이블(24)이 함께 직선이송되는 것이다. 여기서 테이블(15)의 이송속도 및 방향은 코일을 흐르는 전류의 세기와 그 방향에 따라 결정되며, 도 2에 도시된 폐루프 서보시스템으로 그 제어가 가능함은 물론이다.

한편, 전술한 X-Y좌표계를 가지는 로봇 등을 위한 2축 직선이송장치는 상기와 같은 본 발명에 따른 직선이송장치 2개를 도 5와 같이 X축 직선이송기구(100)와 Y축 직선이송기구(200)로 위아래 적층시켜 구성한다. 여기서 B는 X축 직선이송기구의 축 간격, 즉 전술한 가이드레일(25,25')의 간격을 나타내며, L은 그 X축 직선이송기구(100) 위에 탑재되는 Y축 직선이송기구(200)의 축 길이를 나타내는데, 그 X축 간격 B와 Y축 간격 L의 관계에 있어서 전술한 수학식을 만족함으로써, X축상의 Y축 직선이송기구(200)에 대한 휨 등의 변형이 최소화된 가장 안정된 구조로 구성하는 것이다.

이상에 설명된 바와 같이 본 발명은 가장안정된 구조의 리니어모터를 이용한 직선이송장치를 제공하여, 산업용 로봇 등 평면상에서 적어도 2축방향으로 움직이는 X-Y좌표계를 가지는 각종 기계기구의 고속 및 고정도제어를 가능케 함으로써 각종 산업현장에서의 생산성을 높이는데 기여할 수 있는 것이다.

Claims

직선상의 고정자와 이 고정자 위에서 움직이도록 작동되는 이동자를 가지는 리니어모터를 이용한 직선이송장치에 있어서,

상기한 리니어모터의 고정자를 고정지지하는 베드프레임과,

상기한 리니어모터의 이동자와 연결되어 함께 이동되는 테이블과,

상기한 테이블을 상기한 베드프레임 상에서 미끄럼지지하는 지지수단, 그리고

상기한 테이블 위치를 감지하기 위한 감지수단이 구비된 것을 특징으로 하는 직선이송장치.
제1항에 있어서, 상기한 미끄럼 지지수단이 상기한 베드프레임에 나란히 설치되는 한쌍의 직선이동 가이드레일, 그리고 상기한 테이블에 고정되고 각 직선이동 가이드레일에 미끄러지게 결합되는 가이드블록을 구비하여 된 것을 특징으로 하는 직선이송장치.
제1항에 있어서, 상기한 테이블 위에 직교방향으로 동력을 발생하도록 설치되는 다른 직선이송기구를 포함하며, 상기한 미끄럼 지지수단이 상기한 베드프레임에 나란히 설치되는 한쌍의 직선이동 가이드레일, 그리고 상기한 테이블에 고정되고 각 직선이동 가이드레일에 미끄러지게 결합되는 가이드블록을 구비하여 되고, 상기한 테이블상에 놓이는 다른 직선이송기구의 이송길이를 길이를 L, 가이드레일의 간격을 B라 할 때,

의 조건이 만족되어 있는 것을 특징으로 하는 직선이송장치.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기한 베드프레임에 상기한 리니어모터의 고정자와 상기한 한쌍의 가이드레일들의 평행도를 규제하기 위한 턱이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 직선이송장치.
제1항에 있어서, 상기한 감지수단이 상기한 베드프레임에 고정설치되고 상기한 테이블의 위치정보를 가지는 리니어스케일, 그리고 상기한 테이블에 함께 이동되도록 연결되고 그 리니어스케일 상에서 이동하여 테이블 위치정보를 읽는 스케일리더를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 직선이송장치.