[인더스트리뉴스 최종윤 기자] ‘Maglev’라고 불리는 자기장을 사용해 물체를 공중에 띄우고 나아가게 하는 마찰없는 모션 기술이 주목받고 있다. 최근 고속열차, 마그네틱 베어링 등 다양한 분야에서 사용되고 있으며, 정밀 모션 제어 및 나노 포지셔닝 기술에 큰 장점을 가지고 있다.

6자유도 자기 부상 나노포지셔닝 스테이지 [사진=PI]

자기 부상의 기본 원리는 같은 자극은 서로를 밀어낸다는 것이다. 가장 간단한 형태로 자기 부상을 달성하기 위해서는 두 개의 자석이 필요하다. 하나는 부상해야 하는 물체에 배치되고 다른 자석은 그 아래에 배치된다.

리니어 스테이지에서 이 원리를 정밀 모션 제어에 적용하려면 베이스의 자석이 전기적으로 제어 가능한 코일이어야 한다. 또한 측면 모션, 수직 모션 및 pitch, yaw, roll을 제어하는데 한쌍 이상이 필요하다.

실제로 이런 할바흐 배열(Halbach array)은 에너지 소비를 최소화하고 가반 하중을 증가시키며 열에너지 분산을 줄이기 위해 사용된다.

PIMag 6자유도 자기 부상 시스템 [사진=PI]

모션 컨트롤러에 피드백을 제공하려면 위치 감지 시스템도 필요하다. 기계식 베어링이 없다는 것은 리니어 스테이지 플랫폼의 움직임을 1 자유도로 제한하지 않는다는 뜻이므로, 다른 모든 자유도를 제어하기 위해서는 고대역폭 다축 컨트롤러가 필요하다.

또한 리니어 스테이지에 부피가 큰 세타 스테이지를 추가할 필요없이 작은 회전 모션을 수행하므로 샘플을 광학, 카메라, 칩과 완벽하게 정렬할 수 있다. 무엇보다 수직 모션을 프로그래밍할 수 있어 정확한 초점을 맞추는 데 매우 유용하다.

자석의 할바흐 배열(Halbach array) [자료=PI]

아울러 자기 부상 나노포지셔닝 시스템은 마그네틱 가이드와 전용 고정밀 드라이브 및 센서 기술이 결합돼 피코미터 범위까지 높은 역동성과 분해능을 제공하고, 최대 6자유도에서 가이딩 특성의 능동 제어 및 정의를 통해 작동 중 Z 포커싱 또는 팁/틸트 조절과 같은 추가 보정 작업을 수행할 수 있다.

또 롤링 요소, 윤활 및 공기 흐름이 없는 무마찰 가이딩 원리를 통해 전체 사용 수명에 걸쳐 최고의 정밀도를 보장하며, 진동이 없어 파티클을 생성하지 않으므로 초고진공이나 높은 수준의 클린룸과 같은 민감한 환경에서 사용이 가능하다.

[최종윤 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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