KR102192182B1

KR102192182B1 - 다축 스테이지 장치

Info

Publication number: KR102192182B1
Application number: KR1020200084774A
Authority: KR
Inventors: 이병대; 이기현; 김황환; 이상록; 이진영
Original assignee: (주)이즈미디어; (주)제일에프에이; 이진영
Priority date: 2020-07-09
Filing date: 2020-07-09
Publication date: 2020-12-17

Abstract

본 발명은 다축 스테이지 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 다축 스테이지 장치는 베이스; 상기 베이스의 상측에 배치되고 중앙에 수용홀이 관통 형성된 회전플레이트, 상기 수용홀 내에 배치되고 상기 회전플레이트를 상기 베이스의 상면과 직교하는 Z축을 중심으로 회전가능하게 지지하는 회전가이드를 포함하는 회전조절부; 상기 회전플레이트의 상측에 배치되는 틸팅플레이트, 상기 틸팅플레이트를 상기 베이스의 상면과 나란한 면 상에서 서로 직교하는 X축 및 Y축을 중심으로 회동 가능하게 지지하는 링형 틸팅가이드를 포함하는 틸팅위치결정부;를 포함하고, 상기 틸팅가이드의 중앙에는 수용공간이 마련되고, 상기 회전가이드는 상기 틸팅가이드의 수용공간 내에 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

다축 스테이지 장치{MULTI AXIS STAGE APPARATUS}

본 발명은 다축 스테이지 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 두께를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 초기 셋팅 위치가 임의로 변경되는 것을 방지하는 동시에 사용 후 초기 셋팅 위치로 용이하게 되돌릴 수 있는 다축 스테이지 장치에 관한 것이다.

일반적으로 다양한 광학제품, 전자제품 등과 같이 정밀도가 높은 제품들은 제조가 완료된 후 정상품인지를 확인하기 위해 별도의 검사 스테이지에서 검사를 수행하게 되는 경우가 많다.

그리고 상기 검사 스테이지는 제품을 정밀하게 검사하기 위해, 제품이 안착되는 스테이지의 X, Y, Z축 방향 위치와 X, Y축 방향 기울기 및 Z축 회전 각도를 조정할 수 있어야 한다.

하지만, 대한민국 등록특허 10-2059833와 같은 종래의 검사 스테이지는, 베이스, X축 선형이동유닛, Y축 선형이동유닛, Y축 틸팅유닛, X축 틸팅유닛 및 Z축 로테이딩유닛이 각각 Z축 방향으로 단순 적층되므로, Z축 방향 크기를 높이가 높은 문제가 있다.

이와 같이 검사 스테이지의 Z축 방향 높이가 높게 설정되는 경우에는, 검사 스테이지가 놓여지는 바닥 구조물과 스테이지 상에 안착된 제품의 검사를 위한 검사장비 사이의 간격을 스테이지의 높이만큼 추가로 확보해야 하므로 검사장비의 크기가 증가하게 될 뿐만 아니라, 협소한 공간 내에서는 위치정렬을 위한 스테이지의 적용이 곤란한 문제가 있다.

특허문헌 1. 대한민국 등록특허 10-2059833 (2019년12월27일)

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 두께를 최소화할 수 있는 다축 스테이지 장치를 제공함에 있다.

또한, 초기 셋팅 위치가 임의로 변경되는 것을 방지하는 동시에 사용 후 초기 셋팅 위치로 용이하게 되돌릴 수 있는 다축 스테이지 장치를 제공함에 있다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 베이스; 상기 베이스의 상측에 배치되고 중앙에 수용홀이 관통 형성된 회전플레이트, 상기 수용홀 내에 배치되고 상기 회전플레이트를 상기 베이스의 상면과 직교하는 Z축을 중심으로 회전가능하게 지지하는 회전가이드를 포함하는 회전조절부; 상기 회전플레이트의 상측에 배치되는 틸팅플레이트, 상기 틸팅플레이트를 상기 베이스의 상면과 나란한 면 상에서 서로 직교하는 X축 및 Y축을 중심으로 회동 가능하게 지지하는 링형 틸팅가이드를 포함하는 틸팅조절부;를 포함하고, 상기 틸팅가이드의 중앙에는 수용공간이 마련되고, 상기 회전가이드는 상기 틸팅가이드의 수용공간 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 다축 스테이지 장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 회전가이드는 상기 수용홀의 내벽면에 외륜이 지지되는 링형 베어링과, 상기 링형 베어링의 내륜에 지지되고 상기 베이스에 고정되는 중공 슬리브를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 회전플레이트의 상면에는 상기 틸팅가이드가 수용될 수 있는 링형 수용홈이 마련되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 틸팅가이드는 상기 수용홈 내에 수용되는 가이드링, 상기 수용홈 내에 수용된 상태에서 상기 회전플레이트에 고정되고 X축 방향으로 배치되는 제1틸팅축을 통해 상기 가이드링을 회동 가능하게 지지하는 제1연결블록, 상기 링형 수용홈 내에 수용된 상태에서 상기 틸팅플레이트에 고정되고 Y축 방향으로 배치되는 제2틸팅축을 통해 상기 가이드링을 회동 가능하게 지지하는 제2연결블록을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 베이스와 틸팅플레이트의 판면에는 정렬용 샤프트가 삽입될 수 있는 삽입공이 각각 마련되고, 상기 삽입공은 상기 베이스와 회전플레이트 및 틸팅플레이트의 초기 셋팅 위치에서 Z축 방향에 대하여 서로 정렬되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 삽입공은 상기 회전플레이트의 수용홀에 대응하는 위치에 마련되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 베이스와 회전플레이트 사이에 마련되고, 상기 X축, Y축 및 Z축 중 적어도 어느 하나의 방향으로 상기 베이스에 대한 회전플레이트의 상대 위치를 조절하는 위치조절부;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 위치조절부는 상기 베이스와 회전플레이트 사이에서 상기 회전플레이트의 Z축 방향 위치를 조절하는 상하조절부, 상기 회전플레이트의 X축 방향 위치를 조절하는 좌우조절부 및 상기 회전플레이트의 Y축 방향 위치를 조절하는 전후조절부 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 베이스와 위치조절부에는 정렬용 샤프트가 삽입될 수 있는 삽입공이 각각 마련되고, 상기 삽입공은 상기 베이스와 위치조절부의 초기 셋팅 위치에서 Z축 방향에 대하여 서로 정렬되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 상하조절부는 상기 베이스와 회전플레이트 사이에 배치되는 제1플레이트, 상기 베이스 상에서 X축 또는 Y축 방향으로 이동하는 제1-1이동블록, Z축 방향에 대하여 상기 제1-1이동블록과 중첩 배치되고 상기 제1플레이트에 고정되는 제1-2이동블록을 포함하고, 상기 제1-1이동블록과 제1-2이동블록의 서로 마주하는 면에는 상기 제1-1이동블록의 이동방향에 대하여 기울기를 갖는 경사면이 마련되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1-1이동블록과 제1-2이동블록에는 정렬용 샤프트가 삽입될 수 있는 삽입공이 각각 마련되고, 상기 삽입공은 상기 베이스와 상하조절부의 초기 셋팅 위치에서 Z축 방향에 대하여 서로 정렬되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 두께를 최소화할 수 있는 다축 스테이지 장치가 제공된다.

또한, 초기 셋팅 위치가 임의로 변경되는 것을 방지하는 동시에 사용 후 초기 셋팅 위치로 용이하게 되돌릴 수 있는 다축 스테이지 장치가 제공된다.

도 1은 본 발명 다축 스테이지 장치의 사시도,
도 2 및 도 3은 본 발명 다축 스테이지 장치의 분해사시도,
도 4는 도 3에 도시된 제1위치결정부의 분해사시도,
도 5는 도 3에 도시된 회전위치결정부의 발췌사시도,
도 6은 도 2에 도시된 틸팅가이드의 분해사시도,
도 7은 도 2에 도시된 틸팅위치결정부의 분해사시도,
도 8 및 도 9는 본 발명 다축 스테이지 장치의 측단면도,
도 10은 본 발명 다축 스테이지 장치의 상하조절부의 작용도,
도 11은 본 발명 다축 스테이지 장치의 전후조절부 및 좌우조절부의 작용도
도 12는 본 발명 다축 스테이지 장치의 회전조절부의 작용도,
도 13는 본 발명 다축 스테이지 장치의 틸팅조절부의 평면도,
도 14는 본 발명 다축 스테이지 장치의 틸팅조절부의 작용도,
도 15는 본 발명 다축 스테이지 장치의 틸팅조절부의 기울기 조절 방향을 설명하기 위한 개략도이고,
도 16은 본 발명 다축 스테이지 장치의 초기위치 고정부의 작용도이다.

설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 다축 스테이지 장치에 대하여 상세하게 설명한다.

첨부도면 중 도 1은 본 발명 다축 스테이지 장치의 사시도, 도 2 및 도 3은 본 발명 다축 스테이지 장치의 분해사시도, 도 4는 도 3에 도시된 제1위치결정부의 분해사시도, 도 5는 도 3에 도시된 회전위치결정부의 발췌사시도, 도 6은 도 2에 도시된 틸팅가이드의 분해사시도, 도 7은 도 2에 도시된 틸팅위치결정부의 분해사시도이다.

상기 도면에 도시된 바와 같은 본 발명의 제1실시예에 따른 다축 스테이지 장치는 베이스(110), 위치조절부, 회전조절부(150), 틸팅조절부(160) 및 초기위치 고정부(170)를 포함한다.

상기 베이스(110)는 전체 장치의 하부를 지지하는 역할을 하는 것으로서, 본 실시예의 도면에서는 사각 플레이트 형상을 이루는 것으로 예를 들어 도시하였으나 이에 제한하는 것은 아니다.

상기 위치조절부는 상기 베이스(110)와 회전조절부(150) 사이에 마련되고, 상기 베이스(110)에 대한 회전조절부(150)의 상대 위치를 X축, Y축 및 Z축 방향으로 조절하는 것으로서, 상기 베이스(110)의 상측에 배치되고 상기 회전조절부(150)의 Z축 방향 위치를 조절하는 상하조절부(120), 상기 상하조절부(120)의 상측에 배치되고 상기 회전조절부(150)의 Y축 방향 위치를 조절하는 전후조절부(130) 및 상기 전후조절부(130)의 상측에 배치되고 상기 회전조절부(150)의 X축 방향 위치를 조절하는 좌우조절부(140)를 포함한다. 한편, 본 실시예에서는 좌우 방향을 X축, 전후 방향을 Y축, 상하 방향을 Z축으로 예를 들어 설명하였으나 이에 제한하는 것은 아니다.

상기 상하조절부(120)는 상기 베이스(110)의 상측에서 베이스(110)와 나란하게 배치되는 제1플레이트(121), 상기 제1플레이트(121)를 상기 베이스(110)에 대하여 Z축 방향으로 이동 가능한 상태로 지지하는 제1가이드(122) 및 상기 제1플레이트(121)의 Z축 방향 위치를 조절하는 제1위치결정부(123)를 포함한다. 여기서, 상기 제1위치결정부(123)는 Y축 방향 길이를 조절할 수 있는 제1조절부(123a), 상기 제1조절부(123a)의 선단에 지지되고 상기 베이스(110) 상에 Y축 방향으로 이동 가능하게 배치되는 제1-1이동블록(123b), 상기 제1-1이동블록(123b)의 상측에 배치되고 상기 제1플레이트(121)의 저면에 고정되는 제1-2이동블록(123c)을 포함하며, 상기 제1-1이동블록(123b)과 제1-2이동블록(123c)은 서로 마주하는 면이 Y축 방향에 대하여 기울기를 갖는 경사면으로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 제1위치결정부(123)의 제1조절부(123a)를 Y축 방향으로 신장시키면, 제1-1이동블록(123b)이 Y축 방향으로 이동하게 되고, 이에 따라 제1플레이트(121)에 고정된 제1-2이동블록(123c)이 경사면을 따라 Z축 방향으로 이동하게 되므로, 상기 베이스(110)에 대한 제1플레이트(121)의 Z축 방향 상대 위치를 조절할 수 있다.

한편, 상기 상하조절부(120)는 제1플레이트(121)와 베이스(110) 사이에 배치되고, 상기 제1플레이트(121)를 베이스(110)에 근접하는 방향으로 탄성력을 제공할 수 있는 제1탄성부재(124)를 포함할 수 있으며, 상기 제1탄성부재(124)는 상기 제1플레이트(121)의 모서리에 대응하는 위치에 각각 배치되는 것이 바람직하다.

상기 전후조절부(130)는 상기 제1플레이트(121)의 상측에서 제1플레이트(121)와 나란하게 배치되는 제2플레이트(131), 상기 제2플레이트(131)를 상기 제1플레이트(121)에 대하여 Y축 방향(전후 방향)으로 이동 가능한 상태로 지지하는 제2가이드(132) 및 상기 제2플레이트(131)의 Y축 방향 위치를 조절하는 제2위치결정부(133)를 포함한다. 여기서, 상기 제2위치결정부(133)는 Y축 방향 길이를 조절할 수 있는 제2조절부(133a), 상기 플레이트(131)에 고정된 상태로 상기 제2조절부(133a)의 선단에 지지되는 제2이동블록(133b)을 포함한다. 즉, 상기 제2위치결정부(133)의 제2조절부(133a)를 Y축 방향으로 신장시키면, 제2이동블록(133b)이 Y축 방향으로 이동하게 되므로, 상기 제1플레이트(121)에 대한 제2플레이트(131)의 Y축 방향 상대 위치를 조절할 수 있다.

상기 좌우조절부(140)는 상기 제2플레이트(131)의 상측에서 제2플레이트(131)와 나란하게 배치되는 제3플레이트(141), 상기 제3플레이트(141)를 상기 제2플레이트(131)에 대하여 X축 방향(좌우 방향)으로 이동 가능한 상태로 지지하는 제3가이드(142) 및 상기 제3플레이트(141)의 X축 방향 위치를 조절하는 제3위치결정부(143)를 포함한다. 여기서, 상기 제3위치결정부(143)는 X축 방향 길이를 조절할 수 있는 제3조절부(143a), 상기 제3플레이트(141)에 고정된 상태로 상기 제3조절부(143a)의 선단에 지지되는 제3이동블록(143b)을 포함한다. 즉, 상기 제3위치결정부(143)의 제3조절부(143a)를 X축 방향으로 신장시키면, 제3이동블록(143b)이 X축 방향으로 이동하게 되므로, 상기 제2플레이트(131)에 대한 제3플레이트(141)의 X축 방향 상대 위치를 조절할 수 있다.

한편, 상기 상하조절부(120), 전후조절부(130) 및 좌우조절부(140)에 각각 마련되는 제1가이드(122), 제2가이드(132) 및 제3가이드(142)는 LM가이드로 이루어질 수 있고, 상기 제1조절부(123a), 제2조절부(133a) 및 제3조절부(143a)는 마이크로미터 헤드로 이루어질 수 있다.

상기 회전조절부(150)는 상기 제3플레이트(141)의 상측에서 제3플레이트(141)와 나란하게 배치되는 회전플레이트(151), 상기 회전플레이트(151)를 상기 제3플레이트(141)의 상면과 직교하는 Z축을 중심으로 회전가능하게 지지하는 회전가이드(152) 및 상기 회전플레이트(151)의 Z축 회전 각도를 조절하는 회전위치결정부(153)를 포함한다.

여기서, 상기 회전플레이트(151)는 상기 회전가이드(152)를 수용할 수 있는 원통형 수용홀(151a)이 중앙에 관통 형성되고, 상기 회전플레이트(151)의 상면에는 상기 원통형 수용홀(151a)과 동심을 이루며 상기 틸팅조절부(160)가 수용될 수 있는 링형 수용홈(151b)이 함몰 형성된다.

또한, 상기 회전가이드(152)는 상기 수용홀(151a)의 내벽면에 외륜이 지지되는 링형 베어링(152a)과, 상기 베어링(152a)의 내륜에 지지되고 상기 제3플레이트(141)에 고정되는 중공 슬리브(152b)를 포함한다. 즉, 상기 회전플레이트(151)는 상기 베어링(152a)의 중심을 Z축 방향으로 관통하는 회전축(R)을 중심으로 상기 제3플레이트(141)에 대하여 회전할 수 있도록 지지된다. 한편, 상기 수용홀(151a)의 하단 내주에는 상기 베어링(152a)의 외륜 하단을 지지하는 지지턱이 형성되고, 상기 슬리브(152b)의 상단 외주에는 상기 베어링(152a)의 내륜 상단을 지지하는 지지턱이 형성될 수 있다.

또한, 상기 회전위치결정부(153)는 상기 제3플레이트(141) 상에 배치되고 Y축 방향 길이를 조절할 수 있는 제4조절부(153a), 상기 회전플레이트(151)에 고정된 상태로 상기 제4조절부(153a)의 선단에 지지되는 제4이동블록(153b) 및 상기 제4이동블록(153b)을 사이에 두고 상기 제4조절부(153a)와 대향하도록 배치되고 상기 제4이동블록(153b)을 상기 제4조절부(153a)를 향해 탄성지지하는 탄성지지부(154)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 탄성지지부(154)는 선단부가 상기 제4이동블록(153b)에 접촉하는 지지바(154a)와, 상기 지지바(154a)의 후단부를 탄성지지하는 스프링(154b)과, 상기 지지바(154a)와 동일 축선 상에서 축방향으로 이동 가능하게 배치되고 이동 위치에 따라 상기 지지바(154a)의 후단에 선택적으로 접촉할 수 있는 고정바(154c)를 포함한다. 또한, 상기 제4이동블록(153b)은 상기 제4조절부(153a)와 지지바(154a) 사이에 개재되는 구형의 연결편을 포함할 수 있다.

즉, 상기 회전위치결정부(153)의 제4조절부(153a)를 Y축 방향으로 신장시키면 제4이동블록(153b)이 Y축 방향으로 이동하게 되므로, 제4이동블록(153b)과 연결된 회전플레이트(151)의 Z축 회전 각도를 조절할 수 있다.

한편, 상기 제3플레이트(141)와 회전플레이트(151) 사이에는, 상기 회전플레이트(151)의 Z축 회전 과정에서 회전플레이트(151)의 저면이 상기 제3플레이트(141)의 상면과 직접 접촉하는 것을 방지하는 동시에, 상기 제3플레이트(141)의 상측에서 회전하는 회전플레이트(151)를 안정적으로 지지할 수 있는 링형의 슬립 패드가 배치될 수 있다.

상기 틸팅조절부(160)는 상기 회전플레이트(151)의 상측에서 회전플레이트(151)와 나란하게 배치되는 것으로서 작업 대상물의 하부를 지지하는 틸팅플레이트(161), 상기 회전플레이트(151)의 상측에서 상기 틸팅플레이트(161)를 X축 및 Y축을 중심으로 각각 회동 가능하게 지지하는 링형 틸팅가이드(162), 상기 틸팅플레이트(161)의 일측 변의 양측 모서리에 대응하는 위치에 각각 배치되고 상기 틸팅플레이트(161)의 X축 회동 위치 및 Y축 회동 위치를 조절하는 틸팅위치결정부(163) 및 상기 틸팅플레이트(161)의 타측 변의 양측 모서리에 대응하는 위치에 각각 배치되고 상기 틸팅플레이트(161)를 회전플레이트(151)로부터 멀어지는 방향으로 탄성지지하는 제2탄성부재(164)를 포함한다.

상기 틸팅가이드(162)는 상기 회전플레이트(151)의 수용홈(151b) 내에 수용되고 상기 회전가이드(152)가 수용될 수 있는 수용공간이 중앙에 마련된 가이드링(162a), 상기 수용홈(151b) 내에 수용된 상태에서 상기 회전플레이트(151)에 고정되고 X축 방향으로 배치되는 제1틸팅축(TX)을 통해 상기 가이드링(162a)을 회동 가능하게 지지하는 제1연결블록(162b) 및 상기 링형 수용홈(151b) 내에 수용된 상태에서 상기 틸팅플레이트(161)에 고정되고 Y축 방향으로 배치되는 제2틸팅축(TY)을 통해 상기 가이드링(162a)을 회동 가능하게 지지하는 제2연결블록(162c)을 포함한다. 상기 제1틸팅축(TX)과 제2틸팅축(TY)의 중심축은 상기 회전가이드(152)의 회전축(R) 상에서 교차하도록 설정되는 것이 바람직하다.

상기 틸팅위치결정부(163)는 상기 회전플레이트(151)에 지지되고 X축 또는 Y축 방향 길이를 조절할 수 있는 제5조절부(163a), 상기 제5조절부(163a)의 선단에 지지되고 상기 회전플레이트(151)의 상면에 형성된 안착홈 내에 수평 방향으로 이동 가능하게 수용되고 이동방향에 대하여 기울기를 갖는 경사면이 상면에 형성된 제5이동블록(163b), 상기 안착홈 내에 형성된 안내홈을 따라 Z축 방향으로 이동 가능하게 배치되고 하단부는 상기 경사면에 지지되고 상단부는 상기 틸팅플레이트(161)의 저면에 밀착되는 제어구(163c) 및 상기 안착홈 내에서 상기 제5이동블록(163b)을 상기 제5조절부(163a)를 향해 탄성지지하는 스프링(163d)을 포함한다.

한편, 상기 제4조절부(153a) 및 제5조절부(163a)는 마이크로미터 헤드로 이루어질 수 있다.

상기 제2탄성부재(164)는 상기 틸팅플레이트(161)를 회전플레이트(151)로부터 멀어지는 방향으로 탄성지지하는 것으로서, 상기 회전플레이트(151) 상에 Z축 방향으로 배치되는 스프링(164b) 및 상기 스프링(164b)에 의해 틸팅플레이트(161)를 향해 탄성 가압되는 가압구(164a)를 포함한다.

한편, 상기 틸팅조절부(160)는, 상기 틸팅플레이트(161)의 경사각도가 임의로 변경되는 것을 방지하기 위해 상기 회전플레이트(151)의 일측 변과 마주하는 타측 변의 양측 모서리에 대응하는 위치에서 상기 틸팅플레이트(161)와 회전플레이트(151) 사이 간격을 고정하는 스토퍼(165)를 포함할 수 있다. 이러한 스토퍼(165)는 조절부(165a), 경사면을 갖는 이동블록(165b), 상기 이동블록(165b)의 경사면을 따라 Z축 방향으로 이동하는 제어구(165c) 및 스프링(165d)을 포함하는 등, 상기 틸팅위치결정부(163)와 유사한 구성을 가지며, 상기 조절부(165a)는 상기 회전플레이트(151) 상에 나사결합되어 회전방향에 따라 축방향 위치가 조절되는 스크류의 형태로 이루어질 수 있다.

상기 초기위치 고정부(170)는 상기 베이스(110), 상기 상하조절부(120)의 제1플레이트(121), 상기 제1위치결정부(123)의 제1-1이동블록(123b) 및 제1-2이동블록(123c), 상기 좌우조절부(140)의 제2플레이트(131), 상기 전후조절부(130)의 제3플레이트(141) 및 상기 틸팅조절부(160)의 틸팅플레이트(161)를 각각 Z축 방향으로 관통하는 다수의 삽입공(H)과, 상기 다수의 삽입공(H)이 Z축 방향으로 정렬된 상태에서 복수의 삽입공(H)을 따라 삽입될 수 있는 정렬용 샤프트(S)를 포함한다.

상기와 같은 다수의 삽입공(H)은 상기 베이스(110), 상하조절부(120), 전후조절부(130), 좌우조절부(140), 회전조절부(150) 및 틸팅조절부(160)의 초기 셋팅 위치에서 Z축 방향에 대하여 서로 정렬될 수 있는 위치에 마련된다.

여기서, 상기 초기 셋팅 위치는 상하조절부(120)의 제1위치결정부(123), 전후조절부(130)의 제2위치결정부(133), 좌우조절부(140)의 제3위치결정부(143), 회전조절부(150)의 회전위치결정부(153) 및 틸팅조절부(160)의 틸팅위치결정부(163)의 조절 위치가 각각 ±0인 상태를 의미한다.

지금부터는 본 발명 다축 스테이지 장치의 제1실시예의 작동에 대하여 설명한다.

첨부도면 중 도 8 및 도 9는 본 발명 다축 스테이지 장치의 측단면도, 도 10은 본 발명 다축 스테이지 장치의 상하조절부의 작용도, 도 11은 본 발명 다축 스테이지 장치의 전후조절부 및 좌우조절부의 작용도, 도 12는 본 발명 다축 스테이지 장치의 회전조절부의 작용도, 도 13는 본 발명 다축 스테이지 장치의 틸팅조절부의 평면도, 도 14는 본 발명 다축 스테이지 장치의 틸팅조절부의 작용도, 도 15는 본 발명 다축 스테이지 장치의 틸팅조절부의 기울기 조절 방향을 설명하기 위한 개략도이고, 도 16은 본 발명 다축 스테이지 장치의 초기위치 고정부의 작용도이다.

먼저, 도 8은 도 1의 A-A'선 단면을 나타낸 것이고, 도 9는 도 1의 B-B'선 단면을 나타낸 것으로서, 본 실시예의 다축 스테이지 장치는 베이스(110), 상하조절부(120), 전후조절부(130), 좌우조절부(140), 회전조절부(150) 및 틸팅조절부(160)가 Z축 방향으로 차례로 적층된 형태를 가지며, 최하단에 위치하는 베이스(110)는 하부 구조물에 지지되고, 최상단에 위치하는 틸팅조절부(160)의 틸팅플레이트(161)는 작업 대상물의 하부를 지지한다.

여기서, 작업 대상물이 지지되는 상기 틸팅플레이트(161)의 Z축, Y축 및 X축 방향 위치는 상하조절부(120), 전후조절부(130) 및 좌우조절부(140)에 의해 조절될 수 있고, Z축 회전 각도는 상기 회전조절부(150)에 의해 조절될 수 있으며, X축 회동에 대한 기울기 및 Y축 회동에 대한 기울기는 상기 틸팅조절부(160)에 의해 조절될 수 있다.

상기 상하조절부(120)의 제1플레이트(121)는 베이스(110)의 상측에서 제1가이드(122)에 의해 Z축 방향 이동이 안내된다. 이러한 상태에서 도 10에 도시된 바와 같이 제1위치결정부(123)의 제1조절부(123a)를 신장시키면, 제1-1이동블록(123b)이 Y축 방향으로 이동하는 동시에, 제1플레이트(121)에 고정된 제1-2이동블록(123c)이 경사면을 따라 Z축 방향으로 상승하므로, 상기 제1위치결정부(123)를 통해 제1플레이트(121)의 Z축 방향 위치를 조절할 수 있다.

상기 제1플레이트(121)와 베이스(110) 사이에 배치되는 제1탄성부재(124)는 제1위치결정부(123)에 의해 제1플레이트(121)가 Z축 방향으로 상승하는 과정에서 인장되고, 제1위치결정부(123)에 의해 제1플레이트(121)가 Z축 방향으로 하강하는 과정에서 수축한다. 이에 따라 상기 제1조절부(123a)와 제1-1이동블록(123b)의 연결부위가 밀착된 상태를 유지할 수 있으므로, 상기 제1위치결정부(123)의 조립공차나 백래쉬 등에 의한 오차의 발생을 방지할 수 있다.

상기 전후조절부(130)의 제2플레이트(131)는 제1플레이트(121)의 상측에서 제2가이드(132)에 의해 Y축 방향 이동이 안내된다. 즉, 도 11의 (a)와 같은 상태로부터 도 11의 (b)와 같이 제1플레이트(121)에 지지된 제2위치결정부(133)의 제2조절부(133a)를 Y축 방향으로 신장시키면, 제2조절부(133a)에 연결된 제2이동블록(133b)이 제2플레이트(131)와 함께 Y축 방향으로 이동함에 따라, 제2플레이트(131)의 Y축 방향 위치를 조절할 수 있다.

마찬가지로, 상기 좌우조절부(140)의 제3플레이트(141)는 제2플레이트(131)의 상측에서 제3가이드(142)에 의해 X축 방향 이동이 안내된다. 즉, 도 11의 (b)와 같은 상태로부터 도 11의 (c)와 같이 제2플레이트(131)에 지지된 제3위치결정부(143)의 제3조절부(143a)를 X축 방향으로 신장시키면, 제3조절부(143a)에 연결된 제3이동블록(143b)이 제3플레이트(141)와 함께 X축 방향으로 이동함에 따라, 제3플레이트(141)의 X축 방향 위치를 조절할 수 있다.

상기 회전조절부(150)의 회전플레이트(151)는 도 8 및 도 9와 같이 제3플레이트(141)의 상측에서 회전가이드(152)에 의해 Z축 회전이 안내된다. 즉, 도 12의 (a)와 같은 상태로부터 도 12의 (b)와 같이 회전위치결정부(153)의 제4조절부(153a)를 신장시키면, 회전플레이트(151)에 고정된 상태에서 상기 제4조절부(153a)에 접촉하고 있는 제4이동블록(153b)의 위치가 이동함에 따라, 상기 회전플레이트(151)가 회전가이드(152)의 회전축(R)을 기준으로 하여 일측 방향으로 회전하게 된다.

이때, 상기 제4이동블록(153b)의 반대쪽 측면은 탄성지지부(154)의 지지바(154a)가 접촉되고, 지지바(154a)는 스프링(154b)에 의해 탄성 가압되므로, 상기 제4이동블록(153b)은 제4조절부(153a)에 밀착된 상태가 유지될 수 있다. 이에 따라 제4조절부(153a)가 수축하는 경우, 제4이동블록(153b)이 제4조절부(153a)에 밀착하는 방향으로 이동하게 되므로, 상기 회전플레이트(151)가 회전가이드(152)의 회전축(R)을 기준으로 하여 반대 방향으로 회전하게 된다.

한편, 상기 제4이동블록(153b)은 탄성지지부(154)의 스프링(154b)에 의해 제4조절부(153a)에 밀착된 상태가 유지되므로, 상기 회전플레이트(151)는 상기 스프링(154b)을 탄성 압축하는 방향으로 작용하는 외력에 의해 임의로 회전할 수 있다.

이때, 도 12의 (c)와 같이 상기 탄성지지부(154)의 지지바(154a) 후방에 위치하는 고정바(154c)를 축방향으로 이동시켜 지지바(154a)의 후단부에 접촉시키면, 제4이동블록(153b)의 타측에 접촉하고 있는 지지바(154a)의 축방향 위치를 고정할 수 있으므로, 회전플레이트(151)가 외력에 의해 임의로 회전하는 것을 방지할 수 있다.

상기 틸팅조절부(160)의 틸팅플레이트(161)는 도 8 및 도 9와 같이 회전플레이트(151)의 상측에서 틸팅가이드(162)에 의해 X축 회동 및 Y축 회동이 안내된다.

상기 틸팅가이드(162)는 상기 회전플레이트(151)의 상면에 마련된 링형 수용홈(151b) 내에 수용되고, 상기 틸팅가이드(162)의 중앙 수용공간에는 상기 회전조절부(150)의 회전가이드(152)가 수용된다. 즉 회전가이드(152)와 틸팅가이드(162)가 Z축 방향으로 적층되지 않고 회전플레이트(151)와 틸팅플레이트(161) 사이의 동일 평면 상에 중첩 배치됨에 따라, 상기 회전조절부(150)와 틸팅조절부(160)의 Z축 방향 두께를 최소화할 수 있다.

상기 틸팅플레이트(161)는 상기 틸팅플레이트(161)와 회전플레이트(151) 사이에 배치된 가이드링(162a)에 X축 방향으로 회동 가능하게 연결된 제1연결블록(162b)의 제1틸팅축(TX)을 중심으로 회동할 수 있는 동시에, 가이드링(162a)에 Y축 방향으로 회동 가능하게 연결된 제2연결블록(162c)의 제2틸팅축(TY)을 중심으로 회동할 수 있다. 즉, 상기 틸팅플레이트(161)는 상기 틸팅가이드(162)에 의해 상기 회전플레이트(151)의 상측에서 상기 제1틸팅축(TX)과 제2틸팅축(TY)의 중심축의 교차점인 중심점(P)을 기준으로 X축 및 Y축 방향 기울기가 조절될 수 있다.

도 14는 도 13의 C-C'선 단면도로서, 상기 틸팅플레이트(161)는 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 일측 모서리 하부에 배치되는 틸팅위치결정부(163)에 의해 높이가 조절되고, 상기 기준점(P)을 중심으로 맞은편 모서리의 하부에 배치되는 제2탄성부재(164)에 의해 상측 방향으로 탄성지지된다. 즉, 상기 틸팅위치결정부(163)의 제5조절부(163a)를 축방향으로 신장시키면, 제5이동블록(163b)의 경사면에 안착된 제어구(163c)가 상측 방향으로 이동하면서 틸팅플레이트(161)의 모서리를 상측 방향으로 밀어올리고, 이에 따라 상기 틸팅플레이트(161)가 기준점(P)을 중심으로 회동하게 된다. 이때 반대쪽 모서리에 위치하는 제2탄성부재(164)의 가압구(164a)는 틸팅플레이트(161)의 회동에 의해 하강하게 되고, 상기 가압구(164a)를 지지하는 스프링(164b)은 탄성압축된다.

상기와 같은 틸팅위치결정부(163)는 상기 틸팅플레이트(161)의 일측 변의 양측 모서리에 대응하는 위치에 각각 배치되므로, 상기 틸팅플레이트(161)는 기준점(P)과 한 쌍의 틸팅위치결정부(163)에 의해 3점 지지되며, 상기 한 쌍의 틸팅위치결정부(163)에 의해 틸팅플레이트(161)의 기울기가 결정될 수 있다.

즉, 도 15의 (a)와 같이 일측 틸팅위치결정부(163)를 상승시키면 틸팅플레이트(161)가 기준점(P)과 타측 틸팅위치결정부(163')를 연결하는 라인을 중심으로 회동하고, 도 15의 (b)와 같이 타측 틸팅위치결정부(163')를 상승시키면 틸팅플레이트(161)가 기준점(P)과 일측 틸팅위치결정부(163)를 연결하는 라인을 중심으로 회동한다. 즉 양측 틸팅위치결정부(163,163') 중 어느 하나를 조절하는 경우에는 상기 틸팅플레이트(161)의 X축 방향 기울기와 Y축 방향 기울기를 동시에 조절할 수 있다. 또한, 도 15의 (c)와 같이 타측 틸팅위치결정부(163')를 하강시키고 일측 틸팅위치결정부(163)를 상승시키면 상기 틸팅플레이트(161)가 기준점(P)을 기준으로 X축 회동하므로 틸팅플레이트(161)의 Y축 방향에 대한 기울기를 조절할 수 있고, 도 15의 (d)와 같이 양측 틸팅위치결정부(163,163')를 모두 상승시키면 상기 틸팅플레이트(161)가 기준점(P)을 기준으로 Y축 회동하므로, 틸팅플레이트(161)의 X축 방향에 대한 기울기를 조절할 수 있다.

한편, 상기와 같이 틸팅위치결정부(163)에 의해 상기 틸팅플레이트(161)의 기울기가 조절된 상태에서, 상기 틸팅플레이트(161)의 타측 변은 제2탄성부재(164)에 의해 탄력적으로 지지되는 상태가 되므로, 틸팅플레이트(161)의 타측 변을 아래로 가압하는 외력에 의해 틸팅플레이트(161)의 기울기가 임의로 변경될 수 있다.

따라서, 틸팅플레이트(161)의 기울기를 조절한 후에는, 스토퍼(165)를 이용하여 틸팅플레이트(161)의 타측 하부를 지지하여 Z축 방향 위치를 고정하면, 외력에 의해 틸팅플레이트(161)의 기울기가 임의로 변경되는 것을 방지할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 베이스(110), 상하조절부(120), 전후조절부(130), 좌우조절부(140), 회전조절부(150) 및 틸팅조절부(160)의 초기 셋팅 위치가 초기위치 고정부(170)에 의해 고정될 수 있다.

도 16에 도시된 바와 같이, Z축 방향으로 적층 구성되는 베이스(110), 제1플레이트(121), 제1-1이동블록(123b) 및 제1-2이동블록(123c), 제2플레이트(131), 제3플레이트(141) 및 틸팅플레이트(161)에는 Z축 방향으로 관통하는 삽입공(H)이 각각 형성되고, 상기 다수의 삽입공(H)은 상기 베이스(110), 제1위치조절부, 제2위치조절부, 제3위치조절부, 회전조절부(150) 및 틸팅조절부(160)의 초기 셋팅 위치에서 Z축 방향에 대해 일렬로 정렬된다.

따라서, 상기와 같이 초기 셋팅 위치에서 Z축 방향으로 정렬된 삽입공(H)에 정렬용 샤프트(S)를 삽입하는 경우, 초기 셋팅 위치가 임의로 변경되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 사용 후 초기 셋팅 위치로 용이하게 되돌릴 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

한편, 삽입공(H) 및 정렬용 샤프트(S)는 회전조절부(150)의 회전중심으로부터 벗어난 위치에 배치되는 것이 바람직하며, 상기 삽입공(H) 및 정렬용 샤프트(S)는 복수 마련되고, 서로 나란하게 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

110:베이스, 120:상하조절부, 121:제1플레이트,
122:제1가이드, 123:제1위치결정부, 123a:제1조절부,
123b:제1-1이동블록, 123c:제1-2이동블록, 124:제1탄성부재,
130:전후조절부, 131:제2플레이트, 132:제2가이드,
133:제2위치결정부, 133a:제2조절부, 133b:제2이동블록,
140:좌우조절부, 141:제3플레이트, 142:제3가이드,
143:제3위치결정부, 143a:제3조절부, 143b:제3이동블록,
150:회전조절부, 151:회전플레이트, 151a:수용홀,
151b:수용홈, 152:회전가이드, 152a:베어링,
152b:슬리브, 153:회전위치결정부, 153a:제4조절부,
153b:제4이동블록, 154:탄성지지부, 154a:지지바,
154b:스프링, 154c:고정바, 160:틸팅조절부,
161:틸팅플레이트, 162:틸팅가이드, 162a:가이드링,
162b:제1연결블록, TX:제1틸팅축, 162c:제2연결블록,
TY:제2틸팅축, 163:틸팅위치결정부, 163a:제5조절부,
163b:제5이동블록, 163c:제어구, 163d:스프링,
164:제2탄성부재, 164a가압구, 164b:스프링,
165:스토퍼, 170:초기위치 고정부, S:정렬용 샤프트,
H:삽입공

Claims

베이스;
상기 베이스의 상측에 배치되고 중앙에 수용홀이 관통 형성된 회전플레이트, 상기 수용홀 내에 배치되고 상기 회전플레이트를 상기 베이스의 상면과 직교하는 Z축을 중심으로 회전가능하게 지지하는 회전가이드를 포함하는 회전조절부;
상기 회전플레이트의 상측에 배치되는 틸팅플레이트, 상기 틸팅플레이트를 상기 베이스의 상면과 나란한 면 상에서 서로 직교하는 X축 및 Y축을 중심으로 회동 가능하게 지지하는 링형 틸팅가이드를 포함하는 틸팅조절부;를 포함하고,
상기 틸팅가이드의 중앙에는 수용공간이 마련되고, 상기 회전가이드는 상기 틸팅가이드의 수용공간 내에 배치되고,
상기 회전플레이트의 상면에는 상기 틸팅가이드가 수용될 수 있는 링형 수용홈이 마련되는 것을 특징으로 하는 다축 스테이지 장치.
제 1항에 있어서,
상기 회전가이드는 상기 수용홀의 내벽면에 외륜이 지지되는 링형 베어링과, 상기 링형 베어링의 내륜에 지지되고 상기 베이스에 고정되는 중공 슬리브를 포함하는 것을 특징으로 하는 다축 스테이지 장치.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 틸팅가이드는
상기 수용홈 내에 수용되는 가이드링,
상기 수용홈 내에 수용된 상태에서 상기 회전플레이트에 고정되고 X축 방향으로 배치되는 제1틸팅축을 통해 상기 가이드링을 회동 가능하게 지지하는 제1연결블록,
상기 링형 수용홈 내에 수용된 상태에서 상기 틸팅플레이트에 고정되고 Y축 방향으로 배치되는 제2틸팅축을 통해 상기 가이드링을 회동 가능하게 지지하는 제2연결블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 다축 스테이지 장치.
제 1항에 있어서,
상기 베이스와 틸팅플레이트의 판면에는 정렬용 샤프트가 삽입될 수 있는 삽입공이 각각 마련되고,
상기 삽입공은 상기 베이스와 회전플레이트 및 틸팅플레이트의 초기 셋팅 위치에서 Z축 방향에 대하여 서로 정렬되는 것을 특징으로 하는 다축 스테이지 장치.
제 5항에 있어서,
상기 삽입공은 상기 회전플레이트의 수용홀에 대응하는 위치에 마련되는 것을 특징으로 하는 다축 스테이지 장치.
제 1항에 있어서,
상기 베이스와 회전플레이트 사이에 마련되고, 상기 X축, Y축 및 Z축 중 적어도 어느 하나의 방향으로 상기 베이스에 대한 회전플레이트의 상대 위치를 조절하는 위치조절부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다축 스테이지 장치.
제 7항에 있어서,
상기 위치조절부는 상기 베이스와 회전플레이트 사이에서 상기 회전플레이트의 Z축 방향 위치를 조절하는 상하조절부, 상기 회전플레이트의 X축 방향 위치를 조절하는 좌우조절부 및 상기 회전플레이트의 Y축 방향 위치를 조절하는 전후조절부 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 다축 스테이지 장치.
제 8항에 있어서,
상기 베이스와 위치조절부에는 정렬용 샤프트가 삽입될 수 있는 삽입공이 각각 마련되고,
상기 삽입공은 상기 베이스와 위치조절부의 초기 셋팅 위치에서 Z축 방향에 대하여 서로 정렬되는 것을 특징으로 하는 다축 스테이지 장치.
제 7항에 있어서,
상기 위치조절부는 상기 베이스와 회전플레이트 사이에서 상기 회전플레이트의 Z축 방향 위치를 조절하는 상하조절부를 포함하고,
상기 상하조절부는 상기 베이스와 회전플레이트 사이에 배치되는 제1플레이트, 상기 베이스 상에서 X축 또는 Y축 방향으로 이동하는 제1-1이동블록, Z축 방향에 대하여 상기 제1-1이동블록과 중첩 배치되고 상기 제1플레이트에 고정되는 제1-2이동블록을 포함하고, 상기 제1-1이동블록과 제1-2이동블록의 서로 마주하는 면에는 상기 제1-1이동블록의 이동방향에 대하여 기울기를 갖는 경사면이 마련되는 것을 특징으로 하는 다축 스테이지 장치.
제 10항에 있어서,
상기 제1-1이동블록과 제1-2이동블록에는 정렬용 샤프트가 삽입될 수 있는 삽입공이 각각 마련되고, 상기 삽입공은 상기 베이스와 상하조절부의 초기 셋팅 위치에서 Z축 방향에 대하여 서로 정렬되는 것을 특징으로 하는 다축 스테이지 장치.