CN106556460A - 主动去振装置及该主动去振装置的振动传感器的设置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主动去振装置及该主动去振装置的振动传感器的设置方法。基于由基础侧加速度传感器(25、25)检测出的振动状态进行控制，以便将相位与从地板(F)传递的振动相反的控制振动施加于被隔离部件(2)支撑的被支撑体(H)，提高在地板(F)的振动状态不同的环境下的去振性能。测量地板(F)的在多个任意位置处的振动状态，对测得的振动状态进行比较来辨别所述地板(F)的具有彼此不同的振动状态的位置，并将基础侧加速度传感器(25、25)分别设置在已检测出的位置处。

Description

主动去振装置及该主动去振装置的振动传感器的设置方法

技术领域

本发明涉及一种主动去振装置及其振动传感器的设置方法。

背景技术

到目前为止已知有以下主动去振装置：在由弹性体将被支撑体支撑在基础(地板)上的构造中，利用一个振动传感器检测基础的振动，基于由振动传感器检测出的振动状态对执行元件进行控制，以便将相位与从基础传递的振动相反的控制振动施加于被支撑物。例如专利文献1中公开了其详细情况。

话说回来，近年来，主动去振装置不断大型化而存在着靠一个振动传感器无法有效地发挥去振性能的情况。于是，有人提出了在去振装置中使用多个专利文献2中所公开的传感器这样的技术。

专利文献1：日本公开专利公报2015-75909号公报

专利文献2：日本专利3282302号公报

发明内容

-发明要解决的技术问题-

但是，在现有的使用了多个传感器的去振装置中，传感器被固定在事先决定好的位置处，故在来自基础的振动状态不同的环境下尽管设置了多个传感器，有时候也是享受不到该好处的。

而且，即使在改变去振装置的布置场所时基础的振动状态不同了，也需要确保去振装置的性能。

去振装置并不限于总是设置在稳定的基础上，还有不得不安装在极其不稳定的场所的时候。例如，能够想到以下情况：去振装置的四个角中的三个角都能够稳定地设置在基础上，剩下的一个角却无法设置在基础上。在这样的情况下也需要确保去振装置的性能。

本发明正是为解决上述问题点而完成的。其目的在于：不管来自基础的振动状态如何，都能够让去振装置发挥出较高的去振性能。

-用于解决技术问题的技术方案-

为达成上述目的，在本发明中，先测量基础的在任意位置的振动状态，然后再将多个振动传感器设置在所述基础的具有彼此不同的振动状态的位置处，由此不管基础的振动状态如何，都能够让去振装置发挥出较高的去振性能。

具体而言，第一方面的发明是一种主动去振装置。其特征在于包括:弹性体，其将被支撑体弹性地支撑在基础上；多个振动传感器，其检测所述基础的振动状态；执行元件，其对所述被支撑体施加振动；以及前馈控制部件，其基于由所述振动传感器检测出的所述基础的振动状态对所述执行元件进行控制，以便将相位与从所述基础传递的振动相反的控制振动施加于所述被支撑体。所述多个振动传感器设置在所述基础的振动状态彼此不同的位置处。

第二方面的发明是一种主动去振装置的振动传感器的设置方法，所述主动去振装置基于由多个所述振动传感器检测出的基础的振动状态对执行元件进行控制，以便将相位与从所述基础传递的振动相反的控制振动施加于所述被支撑体。其特征在于：测量所述基础的在多个任意位置处的振动状态，对测得的所述振动状态进行比较来辨别所述基础的具有彼此不同的振动状态的位置，将所述振动传感器设置在辨别出的所述基础的具有彼此不同的振动状态的位置处。

通过使上述各方面的发明为上述构成方式，便能够获得以下去振装置。该去振装置能够更加准确地测量传递给被支撑体的、来自基础的振动，从而能够实现更高性能的去振。

-发明的效果-

如上所述，根据本发明，能够更准确地测量从基础传递给被支撑体的振动，从而能够进一步提高去振精度。

附图说明

图1是本发明的实施方式所涉及的去振装置的整体结构的示意图。

图2是实施方式所涉及的去振装置的立体图。

图3是实施方式所涉及的控制的方框图。

图4是表示实施方式所涉及的基础侧加速度传感器的配置情况的俯视示意图。

图5是实验例1下的振动传递率的测量结果的曲线图。

图6是实验例2下的振动传递率的测量结果的曲线图。

-符号说明-

1-承载台；2-隔离部件(弹性体、执行元件)；3-控制器(前馈控制部件)；20a、20b-空气弹簧；23a、23b-加速度传感器；24a、24b-位移传感器；25-基础侧加速度传感器(振动传感器)；A-主动去振装置；D-设备；F-地板(基础)；H-被支撑体。

具体实施方式

下面，参照附图详细地说明本发明的实施方式。此外，以下实施方式只不过是用于说明本发明的本质的示例而已，并没有限制本发明、其应用对象或者其用途的意图。

图1和图2示出将本发明的实施方式所涉及的主动去振装置具体化后的主动去振装置A的整体结构。该主动去振装置A的具体情况如下：例如将像与半导体相关的制造装置、电子显微镜等那样，容易受振动影响的精密设备D安装在承载台1上，为尽量地让它们与地板振动保持绝缘的状态而由多个隔离部件2、2、…弹性地支撑它们。也就是说，在该主动去振装置A中，承载台1和设备D构成被支撑体H。

如图2所示，作为一例，在该实施方式中，将四个隔离部件2、2、…布置在承载台1的四个角上，隔离部件只要在三个以上，多少个都可以。如图1示意所示，每个隔离部件2在布置在地板F(基础)上的内壳20的上部具有空气弹簧20a，该空气弹簧20a承受上下方向的载荷。经振动膜等将活塞气密性地插入内壳20上端的开口内，在该内壳20内划分出空气室而形成该空气弹簧20a。

在图1之例中，设置有从上方罩住内壳20的上半部且朝着下方开口的外壳21，外壳21的顶板载于空气弹簧20a的活塞上。另一方面，在外壳21的侧板和内壳20的侧板之间有规定的间隙。在该间隙里，构造与上述空气弹簧20a大致一样的一对空气弹簧20b、20b夹着内壳20彼此相对而设。这些空气弹簧20b、20b会产生水平方向的力。

也就是说，隔离部件2利用上下方向的空气弹簧20a承受被支撑体H的分载荷，且进行控制以增减该上下方向的空气弹簧20a、水平方向的空气弹簧20b、20b的内压，从而能够对被支撑体H施加减少该振动那样的控制力。这样一来，隔离部件2便构成将被支撑体H支撑在地板F上的弹性体和通过对空气弹簧20a、20b的内压进行控制而对被支撑体H施加振动的执行元件。

更详细而言，将被支撑体H即承载台1及其上的设备D看成是一体的刚体。如图2所示，如果设定通过该刚体的重心G的正交三轴x、y、z，该正交坐标系中的运动自由度就是x轴、y轴及z轴这三个直线方向以及绕上述各轴的三个旋转方向θ、ψ。因此，为了对合计为6的六自由度的各个方向分别施加控制力，而设置四个隔离部件2、2、…的上下和水平的空气弹簧20a、20b、…。

在该图2所示之例中，设置情况为：右前方和左后方(未图示)的两个隔离部件2、2各自让水平的一对空气弹簧20b、20b的内压彼此逆相增减，而产生x方向(以下,简单地称为左右方向)的控制力Fx；由左前方和右后方的两个隔离部件2、2各自产生y方向(以下,简单地称为前后方向)的控制力Fy。能够由这四个隔离部件2、2、…对被支撑体H施加绕z轴即ψ方向的控制力。

上下方向即z方向的控制力Fz，是由四个隔离部件2、2、…中各自的上下的空气弹簧20a分着产生的。只要根据与重心G的距离适当地设定对各个隔离部件所产生的力Fz的分配情况，就能够仅对被支撑体H施加上下方向的控制力。另一方面，能够根据四个隔离部件2、2、…中各自的上下的空气弹簧20a所产生的力Fz的分配情况，对被支撑体H施加绕x轴和y轴的旋转方向即θ方向的控制力。这样一来，四个隔离部件2、2、…各自具有的空气弹簧20a、20b就被设置成能够沿着六自由度的各自由度方向对被支撑体H施加控制力。

为产生所需要的控制力，在该实施方式中，如图1示意所示，各个隔离部件2的上下和水平的空气弹簧20a、20b、20b上分别连接有用于从未图示的空气压源供给压缩空气的管道。而且，由设置在这些管道上的伺服阀22a、22b调节对空气弹簧20a、20b、20b的供排气量(需要说明的是，在该图1中，仅对右侧的隔离部件2示出了该空气压的控制系统)。在该实施方式中，这些空气弹簧20a、20b构成让力作用于被支撑体H而施加振动的执行元件。

在各个隔离部件2上设置有加速度传感器23a、23b，该加速度传感器23a、23b对位于各个隔离部件的支撑位置附近的被支撑体H的上下和水平(即，设置有水平的空气弹簧20b)方向的加速度进行检测。来自这些加速度传感器23a、23b的信号被输入控制器3(前馈控制部件)。而且，由加速度传感器23a、23b检测出的被支撑体H的加速度由控制器3转换为被支撑体H的重心G的六自由度的振动x"、y"、z"、θ″、ψ″。

而且，与上述加速度传感器23a、23b一样，在各个隔离部件2上设置有检测该支撑位置附近的被支撑体H的在上下和水平方向上的位移的位移传感器24a、24b；还设置有用于检测内壳20下部的加速度即用于检测地板的振动的基础侧加速度传感器25。该基础侧加速度传感器25设置在四个隔离部件2、2、…中的三个隔离部件上，其中的两个基础侧加速度传感器25检测水平方向(即x方向和y方向)的地板的振动，剩下的两个基础侧加速度传感器25检测上下方向的地板的振动。来自这些位移传感器24a、24b和基础侧加速度传感器25的信号也被输入控制器3。由位移传感器24a、24b检测出的被支撑体H的位移由控制器3转换为被支撑体H的重心G的六自由度的位移x-x0、y-y0、z-z0、θ-θ0、ψ-ψ0。这里，x0、y0、z0、θ0、ψ0是各个自由度方向上的地板F的位移。

控制器3对伺服阀22a、22b的控制内容大致如图3的方框图所示。该控制内容基本上分为：用于抵消来自地板F的对被支撑体H的传递振动的去振控制和用于抵消设备D等所产生的振动的制振控制。即，针对伺服阀22a、22b的控制输入，如图3的右侧所示，基于来自加速度传感器23a、23b的信号由反馈振动控制部3a进行反馈控制，并且基于来自检测地板的振动的基础侧加速度传感器25的信号由前馈振动控制部3b进行前馈控制。

除了上述反馈控制和前馈控制，还如图3的左下侧所示，基于来自位移传感器24a、24b的输出由反馈位移控制部3c进行反馈控制。需要说明的是，该实施方式中的主动去振装置A的理想状态是，被支撑体H总是静止，目标值一定不变，这里定为零(0)。这样的反馈振动控制和前馈振动控制通过由控制器3的CPU执行规定的程序来实现，故备有软件。

六自由度的各方向的操作量作为上述各种补正结果决定下来，根据各空气弹簧20a、20b的位置将操作量分配给伺服阀22a、22b，进行从控制器3向伺服阀22a、22b的控制输出，空气弹簧20a、20b的空气压力通过接收了该输出信号的伺服阀22a、22b工作而得以调节，由此该空气弹簧20a、20b作为执行元件工作，将控制振动施加于被支撑物H。

下面，详细说明是如何设置基础侧的基础侧加速度传感器25的。需要说明的是，在以下说明中，以铅直方向上的基础侧加速度传感器25为例做说明，但是水平方向上的基础侧加速度传感器25的设置也是一样的。

如图4所示，在支撑被支撑体的承载台1的四个隔离部件2、2、…中的两个隔离部件2、2下方的地板F上分别设置有铅直方向上的基础侧加速度传感器25、25。在本实施方式中，两个(多个)铅直方向上的基础侧加速度传感器25、25设置在俯视时位于矩形地板F的对角上的隔离部件2、2的下方，各自的设置场所下的地板F的振动状态彼此不同。进行控制时，利用将来自两个基础侧加速度传感器25、25的信号平均后而得到的信号进行前馈控制。这样一来，因为利用两个基础侧加速度传感器25的平均信号进行前馈控制，所以当检测到彼此相同的动作的振动时，用放大的信号进行前馈控制；当检测到彼此不同的动作的振动时则以相抵消的信号进行前馈控制。与具有一个铅直方向上的基础侧加速度传感器25的情况相比，能够提高去振性能。

下面，说明基础侧加速度传感器25的设置方法。测量被支撑体H周围的地板F的在多个任意位置的振动状态。此时，理想情况是，尽量预测将振动带给隔离部件2的可能性较高的位置来测量振动状态。也就是说，理想情况是，测量例如隔离部件2的设置位置附近的振动状态。接下来，对已测得的多个位置的振动状态进行比较来辨别具有彼此不同的振动状态的两个(多个)位置。之后，只要将基础侧加速度传感器25、25设置在已辨别出的位置上即可。此时，理想情况是，将基础侧加速度传感器25、25设置在多个任意位置中振动状态之差最大的位置处。这样一来，就能够将来自设置在处于不同的振动状态的基础上的多个基础侧加速度传感器25、25的信号合成，进行更加准确的前馈控制。需要说明的是，可以以易于拆卸的方式安装振动传感器，例如利用双面胶来贴上振动传感器，或者将振动传感器装在盒子里并用螺钉拧在支架上等。

综上所述，在本实施方式中，将来自设置在处于不同的振动状态的地板F上的多个基础侧加速度传感器25、25的信号平均后而能够进行前馈控制，故能够提高主动去振装置A的性能。而且，在改变去振装置A的设置场所之际等，也能够通过测量并比较变更后的设置场所下的地板F的振动状态来决定多个基础侧加速度传感器25、25的设置场所，从而能够维持去振装置A的性能。

(其它实施方式)

在上述实施方式中，基础侧加速度传感器25为两个，基础侧的基础侧加速度传感器25在三个以上也能够收到同样的效果。在该情况下，理想状况是，将三个以上的基础侧加速度传感器25、25、…分别设置在地板F上的将成为彼此不同的振动状态的位置处。

在上述实施方式中，针对矩形被支撑体设置了多个基础侧加速度传感器25、25、…，但是针对非矩形(例如椭圆形)的被支撑体也可以设置多个基础侧加速度传感器25、25、…，本发明能够收到同样的效果。

在上述实施方式中，隔离部件2兼作弹性体和执行元件用。毋容置疑，本发明对于以下主动去振装置当然也适用。即，在该主动去振装置中，将被支撑体弹性地支撑在基础上的弹性体和对被支撑体施加振动的执行元件不同。

-实施例-

下面，说明本发明的具体实施例。

(实验例1)

使用主动去振装置A在其承载台1上放置5吨的重物，在静止状态下测量振动传递率。首先，测量只设置一个基础侧加速度传感器25的情况下的振动传递率。之后，利用本发明的设置方法再增加第二个基础侧加速度传感器25并测量了振动传递率。其结果示于图5。这里，纵轴表示振动传递率，单位是dB＝20×log10(a/a0)，a表示承载台1的加速度，a0表示地板的加速度。

如图5所示，结果是：当承载台静止时，在频率为10Hz～20Hz的低频率域(图5中虚线围起来的区域)，设置了两个基础侧加速度传感器25的情况下的振动传递率比设置了一个基础侧加速度传感器25的情况下低。

(实验例2)

让承载台振动并进行和实验例1一样的测量。其结果示于图6。

如图6所示，结果是：当承载台振动时，也是在频率为1Hz～10Hz的低频率域(图6中虚线包围的区域)，设置了两个基础侧加速度传感器25的情况下的振动传递率比设置了一个基础侧加速度传感器25的情况下低。

通过这样利用本发明新增加振动传感器，就能够实现性能更高的去振。

-产业实用性-

综上所述，本发明对于主动去振装置极其有用。

Claims (2)

1.一种主动去振装置,包括:

弹性体，其将被支撑体弹性地支撑在基础上，

多个振动传感器，其检测所述基础的振动状态，

执行元件，其对所述被支撑体施加振动，以及，

前馈控制部件，其基于由所述振动传感器检测出的所述基础的振动状态对所述执行元件进行控制，以便将相位与从所述基础传递的振动相反的控制振动施加于所述被支撑体，其特征在于：

所述多个振动传感器设置在所述基础的振动状态彼此不同的位置处。

2.一种主动去振装置的振动传感器的设置方法，所述主动去振装置基于由多个所述振动传感器检测出的基础的振动状态对执行元件进行控制，以便将相位与从所述基础传递的振动相反的控制振动施加于所述被支撑体，其特征在于:

测量所述基础的在多个任意位置处的振动状态，

对测得的所述振动状态进行比较来辨别所述基础的具有彼此不同的振动状态的位置，

将所述振动传感器设置在辨别出的所述基础的具有彼此不同的振动状态的位置处。