X, Y 및/또는 Z 방향(직교 좌표계)으로 움직이는 선형 시스템을 구축하는 방법은 여러 가지가 있습니다. 이러한 시스템에 대한 산업 용어는 축의 조립 방식, 하중의 위치, 그리고 (어느 정도는) 시스템 설계 목적에 따라 달라집니다. 많은 산업 분야에서 직교 좌표계 로봇과 갠트리형 로봇이 널리 사용되지만, 정밀 가공 분야에서는 컴팩트하고 견고한 구조와 매우 높은 이동 및 위치 정밀도를 제공하는 XY 테이블이 더 나은 선택인 경우가 많습니다.

직교 좌표계는 XY, XZ 또는 XYZ와 같이 두 개 또는 세 개의 축으로 구성됩니다. 이러한 좌표계는 종종 하중이나 공작물의 방향을 조정하기 위한 회전 구성 요소를 갖춘 엔드 이펙터를 포함하지만, 항상 세 개의 직교 좌표 중 적어도 두 개에서 직선 운동을 제공합니다.

직교 좌표계는 두 축(X축과 Y축) 또는 세 축(X축, Y축, Z축)을 포함할 수 있습니다. 직교 좌표계를 사용할 때, 하중은 일반적으로 가장 바깥쪽 축(Y축 또는 Z축)에 캔틸레버 방식으로 지지됩니다. 예를 들어, XY 갠트리에서 하중은 Y축의 끝단 또는 축에서 일정 거리 떨어진 곳에 장착되는데, 이로 인해 Y축에 모멘트 암이 발생합니다. 이는 특히 가장 바깥쪽 축의 스트로크가 매우 길어 아래쪽 지지축에 큰 모멘트가 발생할 경우 하중 용량을 제한할 수 있습니다. 직교 좌표계는 각 축의 최대 스트로크가 일반적으로 1미터 이하인 다양한 응용 분야에 사용됩니다. 가장 일반적인 응용 분야로는 픽앤플레이스, 디스펜싱 및 조립 등이 있습니다.

외부 축이 내부 축에 모멘트 하중을 발생시키는 문제를 해결하기 위해 갠트리 시스템은 두 개의 X축을 사용하며, 경우에 따라 두 개의 Y축과 두 개의 Z축을 사용하기도 합니다. 갠트리는 거의 항상 X, Y, Z 세 축을 갖습니다. 갠트리 시스템에 작용하는 하중은 갠트리 설치 공간 내에 있으며, 갠트리는 작업 영역 위에 설치됩니다. 그러나 위에서 취급할 수 없는 부품의 경우, 갠트리를 아래에서 작업할 수 있도록 구성할 수도 있습니다.

갠트리 시스템은 1미터 이상의 긴 스트로크가 필요한 용도에 사용되며, 캔틸레버 구조로는 운반하기 어려운 매우 무거운 하중을 처리할 수 있습니다. 갠트리 시스템의 가장 일반적인 용도 중 하나는 조립 공정에서 대형 자동차 부품을 한 스테이션에서 다른 스테이션으로 이동시키는 것과 같은 오버헤드 운반입니다.

XY 테이블은 XY 직교 좌표계와 유사하게 두 개의 축(이름에서 알 수 있듯이 X축과 Y축)이 위아래로 배치되어 있으며, 일반적으로 이동 거리가 1미터 이하입니다. 하지만 XY 직교 좌표계와 XY 테이블의 핵심적인 차이점은 하중의 위치에 있습니다. 직교 좌표계에서처럼 하중이 캔틸레버 방식으로 지지되는 것과 달리, XY 테이블에서는 하중이 거의 항상 Y축 중심에 집중되어 Y축에 하중으로 인한 모멘트가 거의 발생하지 않습니다.

다축 시스템의 다양한 유형을 구분하는 데 있어 시스템 사용 원리가 중요한 역할을 합니다. XY 테이블은 일반적으로 자체 영역 내에서만 작동하므로 하중이 Y축을 벗어나지 않습니다. 따라서 하중을 수평면(XY)에 위치시켜야 하는 응용 분야에 가장 적합합니다. 대표적인 예로는 검사를 위해 반도체 웨이퍼를 위치시키거나 가공 작업을 위해 부품을 위치시키는 경우가 있습니다. 개방형 프레임 또는 개방형 조리개라고 불리는 설계는 테이블 중앙에 투명한 개구부가 있습니다. 이로 인해 백라이트 검사 응용 분야나 삽입 공정과 같이 빛이나 물체가 통과해야 하는 응용 분야에 사용할 수 있습니다.

XY 테이블은 주로 초정밀 가공에 사용되기 때문에, 가장 선호되는 가이드웨이는 매우 부드럽고 평탄한 이동을 제공하는 크로스 롤러 슬라이드입니다. 구동 메커니즘은 일반적으로 볼스크류 또는 선형 모터를 사용하지만, 매우 미세한 피치의 리드 스크류도 흔히 사용됩니다.

직교 좌표계 로봇의 기본(X) 축은 일반적으로 전체 길이에 걸쳐 지지되지만, Y 또는 Z 축은 캔틸레버 구조입니다. 갠트리 구조는 추가적인 하중 지지력과 강성을 위해 두 개의 Y축 및/또는 두 개의 Z축을 포함할 수 있지만, 갠트리 로봇의 핵심 특징은 두 개의 기본(X) 축입니다. 캔틸레버 하중이 상당한 직교 좌표계 시스템과 달리, XY 테이블은 각 축에 대한 캔틸레버 하중이 매우 적습니다.

단계의 특별한 경우

정밀 위치 결정 스테이지와 회전 테이블은 모션 애플리케이션에서 통합 설계로의 전환을 주도하고 있습니다. 광섬유, 테스트 및 측정, 반도체 조립 설비와 같은 애플리케이션에서 정밀 스테이지와 테이블을 사용하여 처리량과 품질을 향상시키는 방식을 생각해 보십시오. 특히 평면 패널 디스플레이 제조는 선형 모터 구동 및 공기 베어링 하중 지지 방식을 사용하는 점점 더 큰 모션 스테이지의 사용을 촉진해 왔습니다. 또한 벨트 구동 스테이지는 긴 스트로크에 대한 요구 사항을 충족하면서도 볼스크류 지지 방식의 문제점과 선형 모터의 높은 비용 부담을 피할 수 있습니다.

위치 제어 스테이지를 활용하는 또 다른 성장 산업은 적층 제조입니다. 이 분야에서는 끊임없이 발전하는 소재와 적층 기술로 인해 모든 성능 수준에서 새로운 스테이지가 요구됩니다. 많은 기본적인 메이커 수준의 장비는 동기식 벨트 구동 축을 사용하는 스테이지를 사용합니다. 연구 및 프로토타이핑, 의료, 소량 생산과 같은 더욱 까다로운 응용 분야에서는 일반적으로 모터 구동식 볼스크류를 사용하여 동작을 제어하는 ​​위치 제어 스테이지를 사용합니다. 마찬가지로 의료 및 생명 연구 분야에서는 10년 전에는 불가능했던 성능 동작 프로파일을 구현하는 초정밀 스테이지를 사용합니다. 이러한 분야에서는 피에조 모터, 소형 선형 지지대, 정밀/거친 제어 기능을 갖춘 탠덤 액추에이터가 점점 더 일반적인 옵션으로 사용되고 있습니다.

포장 산업에서는 사전 설계된 위치 결정 스테이지가 주를 이루는데, 이는 해당 산업의 특성상 시스템 통합업체가 다축 기능의 설계 및 설정을 자체적으로 수행할 수 없는 설계 일정을 맞춰야 하는 경우가 많기 때문입니다. 마찬가지로 공작기계 산업에서도 레이저 절단기 등의 기계에 맞춤형 위치 결정 스테이지를 점점 더 많이 사용하고 있습니다. 이러한 스테이지와 CNC 응용 분야용 스테이지는 특정 동작 작업에 맞게 점점 더 맞춤화되고 있습니다. 이를 통해 기존 설비를 재구성하거나 개조하는 번거로움 없이 더 낮은 비용으로 원하는 동적 매개변수를 구현할 수 있습니다. 이러한 새로운 접근 방식을 가능하게 하는 것은 OEM 및 최종 사용자가 실제 스테이지 구성 요소의 정확한 모델을 갖춘 가상 환경에서 초기 설계 반복 작업을 수행할 수 있도록 지원하는 소프트웨어 도구의 확산입니다.

조립 공정은 다릅니다. 이 공정에서는 반맞춤형 카르테시안 스테이지가 픽앤플레이스 및 머신 비전을 이용한 검사에 탁월한 성능을 발휘합니다. 이러한 구성에서는 일반적으로 회전 모터와 회전-선형 변환 장치(예: 볼스크류)가 결합되고, 시스템 동역학을 보정하여 수 마이크로미터 또는 그 이상의 정밀도를 달성하는 컨트롤러가 사용됩니다.

자동차 분야의 응용 분야는 매우 다양합니다. 예를 들어, 대규모 판금 가공 및 차체 조립 작업은 특수한 어려움을 야기하며, 어떤 경우에는 오버헤드 스테이지(또는 랙앤피니언 방식의 스테이지)만이 이러한 문제를 해결할 수 있습니다. 반대로, 나노미터 규모의 부품 형상을 감지하는 검사 장비를 탑재한 스테이지는 정밀 제어기를 통해 구동되고 환경 변화까지 보정하는 직접 구동축 어셈블리 형태를 취하는 경우가 많습니다.