공기베어링 안내 위치 결정 시스템을 위한 와전류 감쇠기 설계

Abstract

현대 생산 기술의 발달 지표로는 반도체, display panel 등의 소형화/고집적화를 필요로 하는 전자부품들이 있다. 정밀한 전자부품의 성능향상을 위해서는 제조장비의 생산성 고정밀화에 대한 요구가 높아지고 있다. 전자부품 제조장비의 성능은 위치 결정 시스템의 성능에 따라 결정된다.

공기베어링(Air Bearing)을 이용한 안내시스템은 마찰이 적고 가이드 표면조도 불규칙성을 완화시키는 장점이 있어 정밀한 위치 제어에 이용된다. 고정자와 이동자로 구성되어 고정자 방향의 직선적인 구동력을 발생시켜 정밀한 구동이 가능한 선형모터는 장거리 정밀 구동이 가능하고 접촉이 없이 작동한다. 선형 모터와 공기베어링을 가이드로 사용하는 초정밀 시스템은 마찰이 최소화 되는 장점이 있지만, 감쇠력이 낮아 진동 및 외란에 취약하여 위치안정성이 낮은 단점이 있어 진동에 대한 절연이 필수적으로 필요하다.

본 논문에서는 공기베어링과 선형모터를 이용하여 위치 결정 시스템을 설계하고 낮은 시스템 강성을 보완하기 위해, 와전류 감쇠기를 제안한다. 설계 목표를 만족할 수 있는 위치 결정 시스템을 설계하고, 구동부에서 발생하는 진동과 외부로부터 유입되는 진동에 대해 절연할 수 있는 와전류 감쇠기를 설계한다. 와전류 감쇠기의 효과를 최대화하기 위해 도체 방향으로 자속이 집중된 할바흐 자석 배열(Halbach Magnet Array: HMA)을 사용한다. HMA의 FEM 해석으로 검증한 이론 모델을 통해 와전류 감쇠기의 최적 설계를 한다.

설계한 위치 결정 시스템을 제작하여 실험을 통해 이론 및 성능을 검증한다. 스텝 입력 응답, 위치 안정성과 분해능 실험을 통해 설계한 위치 결정 시스템에서 와전류 감쇠기의 효과 및 한계를 확인한다.