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Linear Stage Terms 작성자 : 인아텍 2013-06-04 조회수 : 9080
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3차원 공간에서 정확하게 위치를 잡는 리니어 스테이지의 성능에 영향을 주는 요소는 여러가지가 있습니다. 아베 에러, 직진성, 평탄도, 피치, 롤, 요, 히스리레시스, 백레쉬, 직교 배열, 엔코더 에러, 마운팅 표면, 그리고 외팔보 식 부하 등, 이 모두가 3차원 공간내의 위치 오차에 기여합니다.

검토를 목적으로, 이 다음부터 설명하는 부분은 X-Y 어셈블리로 조립되는 2개의 이동 스테이지 세트를 기준으로 것입니다. 어셈블리의 하부 스테이지는 3차원 공간에서 X축 방향으로 수평면을 이동하도록 정렬됩니다(X축). 상부 스테이지는 3차원 공간에서 Y축 방향으로 수평면을 이동하도록 첫번째 스테이지의 상부에 조립됩니다.(Y축)



아베 에러 - 베어링 방식의 각도 에러와 목표 지점과 구동 메커니즘 (볼 스크류) 또는 피드백 메커니즘 (리니어 엔코더)사이에서의 오프 셋 거리에 의해 발생하는 변위 오차입니다.

직진성 - 직진성은 수직의 이동 본선부터 수평면에서 이동 방향까지의 편차입니다.

상기 기술된 스테이지 어셈블리에 대해 X축 스테이지의 이동내의 직진성 편차가 Y 방향에서의 포지셔닝 에러를 발생시킵니다. Y-축 스테이지의 이동내의 직진성 편차는 X 방향에서의 포지셔닝 에러를 발생시킵니다

평탄도(일명, 수직 직진성) - 평탄도는 수직의 이동본선부터 수직면에서의 이동 방향까지의 편차입니다. 상기 기술된 스테이지 어셈블리에 대해서는, X축 또는 Y축 스테이지의 이동에서의 직진성 편차가 Z 방향에서의 위치결정 오차를 발생시킵니다.

피치 - 피치는 이동 방향에 대해 수직의 수평면에 있는 축 주위의 회전입니다. 만일 측정하는 목표지점이 회전의 중심에 위치하지 않을 경우에 피치 회전은 2차원에서의 아베 에러를 발생시킵니다.



X축에 대한 피치 회전은 X와 Z 두방향에서의 아베 에러를 발생시킵니다. Y축에 대한 피치 회전은 Y와 Z 두방향에서의 아베 에러를 발생시킵니다. 이러한 에러의 크기는 회전각의 사인과 1-코사인에 의한 오프 셋 거리의 길이를 곱하여 결정됩니다.

Example: X축

피치각도 (Φ) = 10 arc sec (.0027°)
오프셋 거리 (D) = 25 mm (1 in)
에러 x 방향 = D * (1 - cos (.0027°))
= 25 mm * (1-cos (.0027°)
= 0.00003 μm
z 방향 에러 = D * sin Φ
= 25 mm * sin (.0027°)
= 1.18 μm

- 롤은 이동방향에 대한 평행한 수평면에 있는 축 주위의 회전입니다. 만일 측정하는 목표지점이 회전의 중심에 위치하지 않을 경우에 롤 회전은 2차원에서 아베 에러를 발생시킵니다. X축에 대한, 롤 회전은 Y와 Z 두방향에서의 아베 에러를 발생시킵니다. Y축에 대한, 롤 회전은 X와 Z 두 방향에서의 아베 에러를 발생시킵니다. 이러한 에러의 크기는 회전각의 사인과 코사인에 의한 오프 셋 거리 길이를 곱하여 계산할 수 있습니다.

- 요는 이동방향에 대해 수직의 수직면에 있는 축주위의 회전입니다. 만일 측정하는 목표 지점이 회전의 중심에 위치하지 않을 경우에 요 회전은 2차원에서 아베 에러를 발생시킵니다. X 또는 Y 스테이지에 대한, 요 회전은 X와 Y 두 방향에서의 아베 에러를 발생시킵니다. 이러한 에러의 크기는 회전각의 사인과 코사인에 의한 오프 셋 거리의 길이를 곱하여 계산할 수 있습니다.


히스테리시스 에러 - 히스테리시스 에러는 모션시스템내의 탄성력에 의해 발생하는 목표 지점에서의 실제 위치와 명령되어진 지점간의 편차입니다. 또한, 양방향 반복 정도에 영향을 줍니다. 에어로텍의 리니어 위치결정 스테이지에 대해 히스테리시스에 의해 발생하는 정밀도와 반복정도 에러는 스테이지 사양 표 안에 포함되어 있습니다. 기계 기반에서의 탄성력, 부하, 부하 연결 하드웨어는 고려하지 않았고, 최적의 성능을 위해 반드시 검사하고, 최소화 되어야 합니다.

백래시 에러 - 백래시 에러는 이동방향의 반전에 의해 생기는 위치결정 오차입니다. 백래시는 이동방향 반전 시의 위치에서 바뀌지 않게 만드는 지령된 모션의 일부입니다. 백래시는 구동열내의 요소간 간극으로 인해 생깁니다. 간극이 커질수록, 모션을 생성시키기 위해 요구되는 입력량이 커집니다. 간극의 증가는 증대된 백래시 에러를 만들어 냅니다. 백레쉬는 또한, 양방향 반복성에 영향을 미칩니다.

에어로텍 리니어 위치결정 스테이지에 대한 백래시로 인해 생긴 정밀도와 반복정도 에러는 스테이지 사양표에 설명되어져 있습니다. 리니어 모터기반의 스테이지는 다이렉트-드라이브이기 때문에 백래시가 전혀 없습니다.

엔코더 에러 - 절대적인 눈금길이, 일치하지 않은 눈금간격분할과 같은 엔코더의 작동상의 결점, 광 탐지기 신호에서의 결점, 보간회로 에러, 히스테리시스, 마찰, 그리고 노이즈는 리니어 이동 스테이지의 위치결정 능력에 영향을 미칠 수 있습니다. 사양표 내의 정밀도와 반복정도 정보는 절대적인 눈금길이를 제외하고는 이러한 모든 에러를 감안하고 있습니다. 절대적인 눈금길이는 엔코더 눈금의 열적팽창에 영향을 받는다. 시스템 설계와 사양에는 반드시 온도의 고려사항을 감안하여야 합니다.

직교 배열 - X와 Y축을 따라 정밀하게 이동하는 2개의 스테이지에 대하여, Y축에 대한 이동선은 X축의 이동선에 대해 직각을 이뤄야 합니다. 만일, 2개의 이동선이 직각이 아닐 경우, Y축 이동은 X방향에서 위치오차를 만듭니다. 이 오차의 최대 값은 각도오차의 사인에 스테이지의 이동길이를 곱하여 산출할 수 있습니다.

Example:

직각 오차 = 5 arc sec (0.0014°)
이동 길이 (L) = 400 mm (16 in)
오차 = L * sin θ
= 400 mm * sin (0.0014°)
= 9.8 μm

기계기반 마운팅 표면 - 기계기반은 리니어 이동 스테이지의 성능에서 중요한 역할을 합니다. 통상 에어로텍 스테이지는 스테이지 사양을 보증하기 위해 기계표면이 5μm(0.0002 in) 이하의 국지적인 평탄도 편차를 갖기를 요구합니다. 사양 보다 더 큰 평탄도 편차를 가진 기계기반에 스테이지를 탑재하는 것은 스테이지를 굴절시킬 수 있습니다.

에어로텍 이동 스테이지의 변형은 피치, 롤, 요, 평탄도, 그리고 직진성 편차를 등록된 사양 보다 더 크게 만들 수 있습니다.

외팔보 식 부하 - 외팔보 식 부하가 이동 스테이지에 놓여질 때, 모멘트 부하가 만들어 집니다. 전단력과 만곡력이 스테이지의 구조적인 요소에 굴곡을 유도합니다. X-Y어셈블리에서, 외팔보 식 부하는, 하부 축에 작동하고, 부하가 상부 축의 최고까지 횡단함에 따라 증가합니다. Z 방향내의 위치오차는 Y축 휘어짐과 X축 롤의 결합으로 인해 발생하게 됩니다.



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