CN109307042B - 主动隔振装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种主动隔振装置(A)，其包括：承载台(4)，其通过承受推力而移动，来对承载物(S)进行定位；隔振台(1)，其支承承载台(4)；伺服阀(24)，其用于对隔振台(1)施加可抑制该隔振台(1)的振动的控制力；位置与推力获取部(6d)，其获取承载台(4)的移动轨迹上的位置以及进行该移动时承载台4实际承受的推力；以及减振FF控制部(6e)，其根据位置与推力获取部(6d)所获取的内容，对伺服阀(24)进行前馈控制，以使控制力与隔振台(1)上随承载台(4)的移动而产生的振动相匹配。让具有可动式承载台的主动隔振装置实现优异的隔振性能。

Description

主动隔振装置
技术领域
本处所公开的技术涉及一种主动隔振装置。
背景技术
迄今，就半导体、液晶面板等各种精密设备的制造装置而言，将制造对象放在可动式承载台上以实现准确高速的定位这一做法已广为人知(例如参照专利文献1)。
一般地，承载台上的承载物因为是处于制造过程中的精密设备而不宜振动。于是，在所述专利文献1中，为了尽可能地抑制从地面传来振动，公开了采用主动式隔振装置的做法。
即，在所述专利文献1中记载了一种主动隔振装置，其具有可动式承载台、支承该承载台的隔振台平台、对平台施加可抑制该平台的振动的控制力的伺服阀以及设在平台上的振动传感器(加速度传感器)。该主动隔振装置构成为：根据来自振动传感器的信号来对致动器进行反馈控制。
而且，在所述专利文献1中公开有下述内容：为了既抑制从地面传来的振动又抑制随承载台的移动而产生的振动，不仅进行所述反馈控制，而且还进行前馈控制。
此处，在随承载台的移动而产生的振动中，有的振动起因于隔振台所承受的与承载台被施加的推力对应的反作用力，有的振动起因于与该反作用力相关的旋转力。为了抑制起因于反作用力的振动，例如需要获取承载台被施加的加速度。
另一方面，要抑制起因于旋转力的振动，就需要将承载台的位置与隔振台随承载台的移动而承受的反作用力结合起来进行控制。为了实现更优异的减振性能，还需要抑制起因于旋转力的振动。
于是，专利文献1中所记载的主动隔振装置构成为：对承载台(移动物) 的位置和加速度进行推定，并进行已将上述推定结果反映进去的前馈控制，由此抑制起因于隔振台所承受的反作用力的振动和起因于旋转力的振动。
专利文献1：日本专利第4970904号公报
发明内容
－发明要解决的技术问题－
当采用所述专利文献1所涉及的主动隔振装置时，用于推定承载台的位置和加速度的方法例如可以想到，使用与承载台的控制相关的信息。
此处，一般对承载台的位置进行反馈控制，该反馈控制基于从位置传感器输入过来的信号进行。因此，通过将该反馈控制中所使用的目标值用作推定值，就能够进行更准确的推定。
对此，关于承载台的加速度，出于抑制制造成本等理由，通常不使用加速度传感器。也就是说，一般不对该加速度进行反馈控制。此处，可以想到例如将根据与承载台的控制相关的信息而计算出的目标值用作加速度的推定值，但考虑到承载台所承受的摩擦力等，该推定值与加速度的实测值之间可能出现偏差。上述偏差通常能通过反馈控制消除，但正如刚才所说明的那样，一般不对承载台的加速度进行反馈控制，因此该偏差会保留下来。
像这样，如果加速度的推定值与实际值之间存在偏差，则不利于实现更精密的控制。从提高主动隔振装置的减振性能的角度出发，这种情况是不理想的。
此处所公开的技术正是鉴于上述各点而完成的，其目的在于：让具有可动式承载台的主动隔振装置实现优异的减振性能。
－用于解决技术问题的技术方案－
此处所公开的技术涉及一种主动隔振装置。该装置包括：承载台，其通过承受推力而移动，来对承载物进行定位；隔振台，其用于支承所述承载台；致动器，其用于对所述隔振台施加可抑制该隔振台的振动的控制力；承载台状态获取部，其用于获取所述承载台的移动轨迹上的位置以及进行该移动时所述承载台实际承受的推力；以及控制部，其根据所述承载台状态获取部所获取的内容，控制所述致动器，以使控制力与所述隔振台上随所述承载台的移动而产生的振动相匹配。
根据该构成，例如当承载有半导体之类的精密设备的承载台移动时，根据其移动轨迹上的位置以及进行该移动时承载台实际承受的推力，来控制致动器，以抑制隔振台上随承载台的移动而产生的振动。即，不参照承载台的加速度，而是参照承载台所承受的实际推力。因为承载台所承受的摩擦力等会反映到实际推力上，所以能够实现更精密的控制，进而实现优异的减振性能。
而且，通过将承载台实际承受的推力与承载台的位置结合起来进行控制，就能够抑制起因于隔振台所承受的旋转力的振动。这一点也有助于实现优异的减振性能。
像这样，根据所述构成，通过将承载台所承受的实际推力与承载台的位置结合起来进行控制，就能够实现优异的减振性能。
技术方案还可以是，所述主动隔振装置包括：第二致动器，其用于对所述承载台施加推力，以及第二控制部，其通过向所述第二致动器输入控制信号，来让该第二致动器产生与该控制信号对应的推力，所述承载台状态获取部根据所述第二控制部所输出的控制信号，实时获取所述承载台承受的推力。
对承载台进行控制时，有时会使用与隔振台独立的控制系统。
根据所述构成，在用于承载台的移动的控制信号中，将与承载台所承受的推力相对应的控制信号直接拿来用于隔振台的控制系统。这样一来，承载台状态获取部不用从零开始计算就能够迅速可靠地获取承载台所承受的推力。
技术方案还可以是，所述承载台状态获取部根据与所述承载台的控制相关的信息进行计算，来事先获取所述承载台承受的推力。
根据该构成，事先计算出承载台所承受的推力，并根据该计算结果对致动器进行控制。例如在对空压式致动器进行控制等情况下，当担心会发生响应延迟时，通过进行这样的控制，就能够在比承载台的移动控制更早的时刻对致动器进行控制。由此，能够保证在隔振台上随承载台的移动而产生振动之前对隔振台施加控制力。
也就是说，能够在承载台实际进行移动之前，根据承载台的控制信息推定出推力等，并进行适当的控制，当采用空压式致动器那种响应延迟较大的构成时，在隔振台即将振动时无延迟地施加控制力，从而能够充分抑制振动。
技术方案还可以是，所述控制部根据所述承载台状态获取部所获取的内容，控制所述致动器，以使控制力与振动相匹配，其中，该振动起因于所述隔振台随所述承载台的移动而承受的旋转力。
根据该构成，能够充分抑制当使承载台移动时因隔振台所承受的旋转力而产生的振动。
－发明的效果－
正如以上说明的那样，利用所述主动隔振装置，能够让具有可动式承载台的主动隔振装置实现优异的减振性能。
附图说明
图1示出主动隔振装置的简略构成。
图2是方框图，示出与承载台相关的控制的构成。
图3是方框图，示出与隔振台相关的控制的构成。
图4是说明图，上图示出承载台的加速度指令值，下图示出随该移动而产生的承载台的位置的目标值与实测值之差(位置偏差)。
图5是说明图，放大示出图4的下图中圈出的部分。
图6是说明图，举例示出承载台所承受的实际推力与事先推定出该推力并进行调优后得到的值之间的关系。
－符号说明－
A-主动隔振装置；D-承载装置；S-承载物；1-隔振台；2-空气弹簧组件； 3-承载装置的主体；4-承载台；5-承载台控制器(第二控制部)；6-控制器；6d- 位置与推力获取部(承载台状态获取部)；6e-减振FF控制部(控制部)；24-伺服阀(致动器)；31-线性电机(第二致动器)。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的实施方式进行说明。以下说明仅为示例。
(第一实施方式)
首先说明本发明的第一实施方式。
－主动隔振装置的整体构成－
图1示出实施方式所涉及的主动隔振装置A(以下称为“隔振装置”)的简略构成。图2是方框图，示出与隔振装置A的承载台4相关的控制的构成。图 3是方框图，示出与隔振装置A的隔振台1相关的控制的构成。
隔振装置A是这样的：用隔振台1承载例如与半导体相关的制造装置等容易受振动影响的精密装置D。此处，装置D用可动式承载台4支承硅晶片等各种承载物S，通过让该承载台4适当地移动，准确高速地对承载台4上的承载物S进行定位。
一般地，承载台4上的承载物S因为是处于制造过程中的精密设备而不宜振动。于是，为了尽可能地抑制从地面传来振动，隔振装置A构成为主动隔振类型的隔振装置。
具体而言，本实施方式所涉及的隔振装置A包括：承载台4，其通过承受推力而移动，来对承载物S的位置进行定位；隔振台1，其支承承载台4；以及伺服阀24，其对隔振台1施加可抑制该隔振台1的振动的控制力。
下面对各部分的构成进行详细说明。
承载台4设在装置D的主体3上，在本构成例中利用滚珠丝杠机构能够沿规定的移动轨迹(在该例中指水平方向)移动。承载台4支承着上述承载物S。承载台4的引导机构不限于滚珠丝杠机构。例如，还可以使用直线导向机构或空气静压导向机构。
在该构成例中，上述滚珠丝杠机构与设在承载台4内的内螺纹部(未图示) 拧合，并且，上述滚珠丝杠机构由贯穿承载台4且沿水平方向延伸的丝杠(未图示)和与该丝杠连结以驱动该丝杠的线性电机31(仅示于图2)构成。线性电机31使丝杠旋转，由此让承载台4沿丝杠延伸的方向移动。本实施方式构成为：通过控制线性电机31的驱动，对承载台4施加水平方向的推力，由此，实现对承载装置D中的承载台4的定位。需要说明的是，线性电机31是“第二致动器”的一例。如果用直线导向机构或空气静压导向机构代替滚珠丝杠机构，则线性电机31能够采用直驱电机代替旋转电机。
因此，在承载台4附近附设有承载台位置传感器S4和承载台推力传感器 65，承载台位置传感器S4用于检测移动轨迹上的承载台4的位置(相当于承载装置D中的承载台4的位移)，承载台推力传感器65用于检测承载台4实际承受的推力。来自上述各传感器S4～65的输出信号分别输入到承载台控制器5中。需要说明的是，承载台控制器5是“第二控制部”的一例。
隔振台1构成为所谓的平台，多个(通常为四个，但三个以上即可)空气弹簧组件2、2……从下方弹性支承隔振台1。在隔振台1上设有装置D的主体 3。这等同于隔振台1通过主体3支承着承载台4。
具体而言，多个空气弹簧组件2、2……由如图示那样分别支承上下方向的载荷的空气弹簧构成，且包括：壳体20，其布置在地面等上且上端开口；以及活塞22，其穿过隔膜21而气密地插入上端开口，并在壳体20内划分出空气室。因为像这样用空气弹簧支承载荷，所以隔振装置A本来就具有优异的隔振性能，但在本实施方式中，还控制空气弹簧的内压，对隔振台1施加可减少振动的控制力。
因此，各空气弹簧组件2都附设有加速度传感器S1和位移传感器S2，加速度传感器S1用于检测在各空气弹簧组件2的支承位置附近的隔振台1的加速度，位移传感器S2用于检测在各空气弹簧组件2的支承位置附近的隔振台1 的位移。各空气弹簧组件2上还设有加速度传感器S3，其用于检测壳体20下部的加速度(地面振动)，来自上述各传感器S1～S3的输出信号分别输入到控制器6中。而且，在图示的例子中，来自上述承载台位置传感器S4和承载台推力传感器S5的输出信号(位置实测值、推力实测值)也输入到控制器6中。
在各空气弹簧组件2上连接有供未图示的空压源供给压缩空气的管道，利用设在该管道中途的伺服阀24能够调节供往空气弹簧的压缩空气的供给流量和排气流量。如上述，根据从传感器S1～S4输入过来的信号等，利用控制器6 对伺服阀24进行控制，由此，通过调节压缩空气的供给流量和排气流量，来调节空气弹簧的内压。并且如后述，隔振台1和承载装置D的振动得到抑制。需要说明的是，伺服阀24是“致动器”的一例。
需要说明的是，图1中仅示出右侧的空气弹簧组件2的控制系统，即上下方向上的加速度传感器S1、S3、位移传感器S2、管道、伺服阀24等，但每个空气弹簧组件2都附设有同样的控制系统。
虽未图示，但将同样的空气弹簧组件2、2……作为用于产生水平方向的控制力的致动器设在隔振台1的周围，或将多个空气弹簧作为水平方向上的致动器设在空气弹簧组件2、2……中，通过控制其内压，还能够抑制承载装置D在水平方向上的振动。
－与承载台相关的控制－
下面，具体说明通过线性电机31对承载台4的控制。
如图2所示，对线性电机31的输入主要由位置反馈操作量和推力反馈操作量构成。其中，位置反馈操作量是由承载台位置FB控制部5a根据来自承载台位置传感器S4的信号计算得到的，推力反馈操作量是由承载台推力FB控制部 5b根据来自承载台推力传感器S5的信号计算得到的。
承载台位置FB控制部5a根据承载台位置传感器S4的检测值即移动轨迹上的承载台4的实际位置(位置实测值)，使线性电机31工作，以使该位置检测值收敛于规定的目标值(以下也称作“位置指令值”)。例如，用位置实测值、其微分值和积分值分别乘以反馈增益后相加得到三者的总和，用位置指令值减去该总和后将二者之差用作对线性电机31的控制输入(位置反馈操作量)即可。这样一来，就能够实施与承载台4的位置相关的反馈控制。
承载台推力FB控制部5b根据承载台推力传感器S5的检测值即承载台4 随该移动而实际承受的推力(推力实测值)，使线性电机31工作，以使该推力实测值收敛于规定的目标值(以下也称作“推力指令值”)。例如，用推力实测值、其微分值和积分值分别乘以反馈增益后相加得到三者的总和，用推力指令值减去该总和后将二者之差用作对线性电机31的控制输入(推力反馈操作量)即可。这样一来，就能够实施与施加给承载台4的推力相关的反馈控制。
需要说明的是，例如还可以采用既检测输入到线性电机31中的电流又对该电流进行反馈控制的构成，来代替采用承载台推力传感器S5的构成。像这样，也可以不使用承载台推力传感器S5，而是通过与推力相关的物理量(例如电流的大小等与推力的大小成正比的物理量)间接地控制推力。
在该构成例中，承载台控制器5将按照位置反馈操作量和推力反馈操作量而定的电气控制信号输入到线性电机31中。线性电机31按照该控制信号的强度，也就是将控制信号看作电流时的强弱，调节对承载台4施加的推力大小。即，控制信号越强，线性电机31对上述丝杠施加的扭矩就越大，相应地，承载台4所承受的推力也越大。此时，由承载台推力传感器S5检测出推力实测值，并反馈给承载台控制器5。
这样，反馈推力后，承载台4所承受的摩擦的影响等就会反映到表示实际推力的信号即推力实测值上。
线性电机31以控制信号表示的转速旋转，由承载台位置传感器S4检测出线性电机31当前的旋转状态即位置实测值，并反馈给承载台控制器5。
－与隔振台相关的控制－
下面，具体说明通过伺服阀24对隔振台1的控制。为了方便，仅说明对上下方向上的空气弹簧的控制，在水平方向上也设有空气弹簧时，对它们进行同样的控制。
如图3所示，对伺服阀24的输入主要由隔振反馈操作量、减振反馈操作量和隔振前馈操作量构成。其中，隔振反馈操作量是由隔振FB控制部6a根据来自加速度传感器S1的信号计算得到的，减振反馈操作量是由减振FB控制部6b 根据来自位移传感器S2的输出计算得到的，隔振前馈操作量是由隔振FF控制部6c根据来自加速度传感器S3的信号计算得到的。
隔振FB控制部6a根据加速度传感器S1的检测值即隔振台1的上下方向加速度，利用空气弹簧产生可减少该隔振台1的振动的控制力。例如，用加速度的检测值、其微分值和积分值分别乘以反馈增益后相加得到三者的总和，取该总和的相反数用作对伺服阀24的控制输入(隔振反馈操作量)即可。这样一来，就能够实施下述反馈控制(防振反馈控制)，该反馈控制能发挥与赋予防振台1刚性或增加防振台1质量的做法相同的效果。
减振FB控制部6b根据位移传感器S2的检测值即隔振台1的高度变化，来控制空气弹簧的内压，以使隔振台1的高度变化变小，由此抑制该隔振台1 倾斜或因此产生的振动。例如，用目标值(零)减去位移的检测值后，按照PID 控制规则求出对伺服阀24的控制输入(减振反馈操作量)即可。这样一来，就能够实施与隔振台1的高度相关的反馈控制(减振反馈控制)。
而且，隔振FF控制部6c用于根据加速度传感器S3的检测值即地面的振动状态，产生反相振动，该反相振动可消除从地面传向隔振对象物的振动，例如可以用数字滤波器求出对伺服阀24的控制输入(隔振前馈操作量)。使用地面的振动经由空气弹簧组件2传给隔振台1时的传递函数H(s)和由该空气弹簧组件2构成的补偿系统的传递函数K(s)，以-H(s)·K(s)-1表示该数字滤波器的特性。这样一来，就能够实施与地面的振动相关的前馈控制(隔振前馈控制)。
而且，伺服阀24接收到上述控制输入后开始工作，对空气弹簧组件2的内压进行控制，由此对隔振对象物即隔振台1施加适当的控制力。即，对于从地面传来的振动，让隔振FF控制部6c进行隔振前馈控制来抑制振动的传递，对于即便如此还是会传来的微小振动，让隔振FB控制部6a进行隔振反馈控制来减少该微小振动，由此得到非常高的隔振性能。
另一方面，对于因承载装置D工作而产生的较大振动，也就是隔振台1上随承载台4的移动而产生的振动，不仅进行上述隔振反馈控制，而且让减振FB 控制部6b进行减振反馈控制，由此减少隔振台1的振动，但因为反馈控制是在实际产生位移或振动后才进行的，所以其效果只能是限定性的。
于是，在本构成例中，为了较早地抑制随承载台4的移动而产生的振动，不仅进行上述减振反馈控制，而且还进行减振前馈控制。
在随承载台4的移动而产生的振动中，有的振动起因于隔振台1所承受的与承载台4被施加的推力对应的反作用力，有的振动起因于与该反作用力相关的旋转力。因此，存在例如无法仅利用承载台4的位置同时抑制这两种振动的问题。
于是，可以想到通过对承载台4的位置和加速度进行推定，并进行已将该推定结果反映进去的减振前馈控制，来同时抑制起因于反作用力的振动和起因于旋转力的振动。
此处，用于推定承载台4的位置和加速度的方法可以想到，例如将与承载台4的控制相关的目标值(指令值)直接拿来使用。对于承载台4的位置，可以想到将承载台位置FB控制部5a所使用的信号(表示位置指令值的信号)直接拿来使用。
对此，关于承载台4的加速度，出于抑制制造成本等理由，通常不使用加速度传感器。也就是说，一般不对该加速度进行反馈控制。此处，例如可以想到将根据与承载台4的控制相关的信息计算出的目标值用作加速度的推定值，但承载台4所承受的摩擦力的值可能成为该推定值与加速度的实测值之间的偏差。上述偏差通常能通过反馈控制消除，但正如刚才所说明的那样，一般不对承载台4的加速度进行反馈控制，因此该偏差会保留下来。
像这样，如果加速度的推定值与实际值之间存在偏差，则不利于实现更精密的控制。从提高隔振装置A的减振性能的角度出发，这种情况是不理想的。
于是，在本构成例中，将以下内容作为本发明的特征：不参照承载台4的加速度，而是参照承载台4所承受的实际推力，由此结合承载台4的实测位置来计算操作量(减振FF操作量)，并将基于该操作量的的控制信号输入伺服阀 24。
即，如图3所示，控制器6包括位置与推力获取部6d(承载台状态获取部) 和减振FF控制部6e(控制部)。其中，位置与推力获取部6d根据承载台控制器5所供给的承载台控制信息，来获取承载台4的移动轨迹上的位置和进行该移动时承载台4实际承受的推力，减振FF控制部6e根据由此获取的位置和推力，对伺服阀24进行前馈控制，以使控制力与隔振台1上随承载台4的移动而产生的振动相匹配。
然后，减振FF控制部6e在对承载台4进行控制时，接收由承载台控制器 5送来的定时信号(timing signal)，将与上述根据位置和加速度的获取值而求出的减振前馈操作量对应的控制信号，在实质上与承载台4的移动控制相同的时刻(也就是实时)输入伺服阀24。
－承载台的位置和推力的获取方法－
下面举例说明承载台4的位置和推力的获取方法。
在第一实施方式所涉及的构成例中，位置与推力获取部6d根据承载台控制器5所输出的控制信号，实时获取承载台4的位置和承载台4所承受的推力。
具体而言，如上述，承载台位置传感器S4和承载台推力传感器S5都与控制器6相连，它们各自的检测信号(位置实测值、推力实测值)作为对承载台 4的控制信号输入到控制器6中。位置与推力获取部6d在承载台4受到移动控制时，实时获取这些控制信号，并将该获取内容送往减振FF控制部6e。减振 FF控制部6e接收到这些控制信号后，计算减振前馈操作量。
－减振前馈操作量的计算方法－
下面具体说明减振前馈操作量的计算方法。
为了便于说明，对承载台4施加一定的推力f，如图1中的箭头所示，就承载台4沿x轴做直线运动的情况而言，首先，承载台4从基准位置起移动的移动距离Δx与上述位置指令值实质上一致。如果承载台4这样移动，则隔振对象物即隔振台1整体的重心位置就沿x轴方向变化，作用于空气弹簧组件2、 2……的静载荷的分配情况就会变化。这等同于：设承载台4的质量(准确而言是承载台4的质量与承载物S的质量之和)为m，设重力加速度为g，绕穿过隔振对象物的重心的y轴即沿图中顺时针方向(θ方向)会产生旋转力 N1＝m·g·Δx。
此处，如果对空气弹簧的内压进行控制而产生与上述旋转力N1大小相等且方向相反(-θ)的旋转力，就能够将这些空气弹簧的内压控制到与随承载台4 的移动而产生的对空气弹簧组件2、2……的载荷分配的变化相匹配，抑制隔振对象物即隔振台1的倾斜(位移)，抑制随之产生的振动。在图示的例子中，提高右侧的空气弹簧的内压，而降低左侧的内压，但实际上对每个空气弹簧的内压的控制量是按照它们的布置情况(以隔振对象物的重心为基准的位置)在几何学上确定下来的。
此外，如上述，当对承载台4施加有一定的推力f时，随该承载台4的移动而产生的反作用力F＝-f就会通过装置主体3作用到隔振台1上。该反作用力 F的作用线大致水平，且没有穿过隔振对象物的重心，因此若设作用线与重心在上下方向上的距离为h，则绕y轴就会产生旋转力N2＝-f·h。上下方向上的距离h也可以事先实测出来。考虑到承载台4沿水平方向移动这一情况，上下方向上的距离h大致保持不变。
要承受住因反作用力F而产生的旋转力N2，与上述旋转力N1相同，只要对上下方向上的空气弹簧的内压进行控制而产生与旋转力N2大小相等且方向相反的旋转力即可。此处，因为旋转力N2与旋转力N1方向相反(-θ)，所以考虑到一般对空气弹簧组件2(伺服阀24)的控制输入U与随之产生的力Fa 之间存在下式(1)所示的关系，操作量Uθ以下式(2)表示。
【[化数表]1】
Figure BDA0001742595540000121
【[化数表]2】
Figure BDA0001742595540000122
此处，式(1)～(2)中Kv、Tv、Am分别表示伺服阀24的增益、时间常数、空气弹簧的受压面积。
此外，当在水平方向上也设有空气弹簧时，优选产生与承载台4因此而承受的反作用力F大小相等且方向相反(-x方向)的力，对水平方向上的空气弹簧的操作量Ux以下式(3)表示。
【[化数表]3】
Figure BDA0001742595540000131
需要说明的是，控制量Uθ、Ux通过上述按照每个空气弹簧的布置情况求值的规定换算式换算成对每个空气弹簧的控制量。减振FF控制部6e将承载台位置传感器S4所输出的位置实测值用作移动距离Δx，并将承载台推力传感器S5 所输出的推力实测值用作推力f，由此与承载台4的移动控制几乎同时地计算控制量Uθ、Ux。
－主动隔振装置的动作－
在本构成例中，如上述，在进行承载台4的移动控制的同时，根据上述求出的减振前馈操作量实时对空气弹簧的内压进行控制。
即，在进行承载装置D的承载台4的移动控制时，首先，由承载台位置传感器S4和承载台推力传感器S5输出表示位置实测值和推力实测值的信号，并输入到控制器6。接着，由控制器6的位置与推力获取部6d实时获取承载台4 的位置和推力，并发送给减振FF控制部6e。然后，减振FF控制部6e如上述，求出用于对空气弹簧的内压进行控制的控制量Uθ、Ux。
减振FF控制部6e一求出上述控制量Uθ、Ux，就尽可能快地输出给伺服阀 24。如上述，承载台4所承受的摩擦的影响也会反映到推力实测值中。因此，当隔振台1随承载台4的移动通过承载装置D的作用而振动时，能够对隔振台 1施加已将承载台4所承受的摩擦力的影响等反映进去的控制力，从而充分抑制该振动。并且，对于即便如此还是会产生的微小振动，让隔振FB控制部6a 和减振FB控制部6b进行加速度和位移的反馈控制来减小该微小振动。
图4是说明图，示出对上述振动的抑制效果。具体而言，图4的上图示出承载台4的加速度指令值，下图示出随承载台4的移动而产生的承载台的位置的目标值与实测值之差(位置偏差)。图5是说明图，放大示出图4的下图中圈出的部分R。
具体而言，图4的上图中的加速度指令值指根据承载台4的位置指令值和承载台4的移动时间(预设的时间)而求出的加速度。即，加速度指令值等于不考虑摩擦的影响等时承载台4的理想的加速度。
而图4的下图中用细虚线示出的曲线表示采用所述专利文献1中记载的主动隔振装置的情况下，分别将上述位置指令值和加速度指令值用作位置和加速度的推定值时产生的振动。
如图4～5所示，可以看出采用第一实施方式所涉及的构成的情况下(参照图4～5中的粗虚线)，减振性能优于所述专利文献1所涉及的构成。
如上述，根据所述构成，在对伺服阀24进行控制时，参照承载台4所承受的实际推力f。因为承载台4随其移动而承受的摩擦力等会反映到实际推力f 上，所以能够实现更精密的控制，进而如图4的下图所示，实现优异的减振性能。
而且，通过将承载台4实际承受的推力f与承载台4的位置Δx结合起来进行控制，就能够抑制起因于与隔振台1所承受的反作用力F相关的旋转力N2 的振动。这一点也有助于实现优异的减振性能。
像这样，根据所述构成，通过将承载台4所承受的实际推力f与承载台的位置Δx结合起来进行控制，就能够实现优异的减振性能。
此外，如图1～3所示，对承载台4进行控制时，有时会使用与隔振台1独立的控制系统。根据所述构成，在用于控制承载台4的移动的控制信号中，将与承载台4所承受的推力相对应的控制信号直接拿来使用。这样一来，位置与推力获取部6d不用从零开始计算就能够迅速可靠地获取承载台4所承受的推力。
(第二实施方式)
在所述第一实施方式中，位置与推力获取部6d构成为：根据用于承载台4 的移动控制的控制信号，获取承载台4所承受的推力。但本发明不限于上述构成。下面说明本发明的第二实施方式。需要说明的是，省略说明与第一实施方式相通的部分。
图6是说明图，举例示出承载台4所承受的实际推力与事先推定出该推力并进行调优后得到的值之间的关系。
在第二实施方式所涉及的构成例中，位置与推力获取部6d根据与承载台4 的控制相关的信息进行计算，来事先通过计算而获取承载台4所承受的推力。
具体而言，与第一实施方式同样，控制器6与承载台位置传感器S4相连，表示承载台4的位置的信号和表示承载台4的移动时间的信号作为与承载台4 的控制相关的信息输入到控制器6中。
此处，如果在规定时间Δt内一直施加推力F0而使承载台4以规定速度v0开始移动，则如下述所示，表示承载台4所承受的推力F0与动摩擦力之间的平衡的式(4)成立，且表示承载台4所承受的冲量与动量的变化量之间的关系的式(5)成立。
【[化数表]4】
F0＝μmg…(4)
【[化数表]5】
F0Δt＝mv0…(5)
此处，将承载台4的动摩擦系数设为μ，如上述将承载台4的质量设为m。
对式(4)和(5)进行整理就能得到关系式(6)，关系式(6)表示规定速度v0、所需时间Δt，动摩擦系数μ和承载台4的质量m之间的相互关系。
【[化数表]6】
μg＝v0/Δt…(6)
另一方面，控制器6根据表示承载台4的位置的信号和表示承载台4的移动时间的信号，来计算加速度a1。其中，加速度a1是等于上述加速度指令值且无摩擦的加速度。
如果设承载台4实际承受的推力的推定值为f’，则在还考虑到所述关系式 (6)的情况下，推定值f’可以如下述求得。
【[化数表]7】
f′＝m(a1-μg)＝m(a1-v0/Δt)…(7)
如式(7)所示，推力的推定值f’是用加速度指令值a1减去规定速度v0除以所需时间Δt得到的商以后，再乘以承载台4的质量m而得到的。在该第二实施方式所涉及的构成例中，将加速度指令值a1与其他参数结合起来计算推力的推定值f’。此处，可以将动摩擦系数μ预先输入控制器6中，再将加速度指令值a1与重力加速度g结合起来计算推定值f’，也可以根据来自传感器的输入等，来计算规定速度v0、所需时间Δt，并利用该计算结果求出推定值f’。或者，还可以根据与承载台4的移动控制相关的信息，来决定推定值f’。
如图6所示，可以通过调节与速度相关的增益等，来将推力的推定值f’调优。进行调优时，操作者可以手动调节与速度相关的增益等，也可以利用控制器6自动调节与速度相关的增益等。众所周知，即使承载台4处于静止状态，承载台4所承受的实际推力也可能会稍微偏离于零。对此，能够通过进行调优来调节推定值f’，以使静止状态下承载台4所承受的实际推力为零。由此，就能够提高隔振装置A的减振性能。并且，如图6所示，还可以通过进行调优来调节推定值f’的峰值高度。通过使峰值高度等于实测值，能够提高推定值f’的精度。由此，就能够进一步提高隔振装置A的减振性能。
此处，已将摩擦力的影响反映进去的承载台4的实际速度v与上述规定速度v0呈正相关关系。于是，假设承载台4的实际速度v与规定速度v0成正比例关系。如果设此时的比例系数为b，则推力的推定值f’可通过下述关系式(8) 得到。
【[化数表]8】
f′＝m(a1-b·v/Δt)…(8)
与用式(7)进行的计算相同，根据来自传感器的输入等，能够决定式(8) 中的第二项的值。在决定该值时，也可以将承载台控制器5用于承载台4的移动控制的控制信号或参数直接拿来使用。
像这样，求出推力的推定值f’。当对承载台4进行移动控制时，位置与推力获取部6d像这样事先推定出推力。与第一实施方式同样，减振FF控制部6e 将承载台位置传感器S4所输出的位置指令值用作移动距离Δx，将上述事先计算出的推定值f’用作推力f’，由此通过计算而导出控制量Uθ、Ux。
在该第二实施方式所涉及的构成例中，在比承载台4的移动控制更早的时刻，根据上述求出的减振前馈操作量对空气弹簧的内压进行控制。
即，在进行承载装置D的承载台4的移动控制时，首先，由承载台控制器 5输出包含该控制信息的信号，并输入到控制器6中。接着，由控制器6的位置与推力获取部6d事先获取承载台4的位置和推力，并发送给减振FF控制部 6e。然后，减振FF控制部6e如上述，求出用于对空气弹簧的内压进行控制的控制量Uθ、Ux。
当承载台控制器5先于承载台4的移动控制而输出定时信号时，控制器6 的减振FF控制部6e接收到该定时信号后，将上述事先求出的控制量Uθ、Ux，在比承载台4的控制更早的时刻输出给伺服阀24，且时间差为对空气弹簧的控制中的延迟时间。此处，因为相对于承载台4的移动控制在足够早的时刻就输出定时信号，所以如果接着在经过规定时间后向伺服阀24输出控制信号，就能够在比对承载台4的控制更早的时刻执行对空气弹簧的内压的控制，且时间差为隔振台1那边的控制系统的延迟时间。
此外，与推力实测值相同，承载台4所承受的摩擦的影响会反映到推力的事先推定值f’中。因此，当隔振台1随承载台4的移动通过承载装置D的作用而振动时，能够对隔振台1施加已将承载台4所承受的摩擦力的影响等反映进去的控制力，从而充分抑制该隔振台1的振动。
如图4～5所示，可以看出采用第二实施方式所涉及的构成的情况下(参照图4～5的实线)，减振性能既优于上述专利文献1所涉及的构成又优于上述第一实施方式所涉及的构成。需要说明的是，图4～5所示的位移量相当于下述情况下的值，该情况为：如上述，对于用规定速度v0除以所需时间Δt的项，将承载台4在静止状态下的偏离量与峰值位置调优后的情况。
正如以上说明的那样，根据第二实施方式，事先计算出承载台4所承受的推力，并根据该计算结果对伺服阀24进行控制。例如在利用伺服阀24让空气弹簧2工作等情况下，当担心会发生响应延迟时，如果进行上述控制就能够在比承载台4的移动控制更早的时刻让伺服阀24乃至空气弹簧2工作。由此，能够保证在隔振台1上随承载台4的移动而产生振动之前对隔振台1施加控制力。
也就是说，能够在承载台4实际进行移动之前，根据承载台4的控制信息推定出推力等，并进行适当的控制，当采用空气弹簧那种响应延迟较大的部件时，在隔振台1即将振动时无延迟地施加控制力，从而能够充分抑制振动。
(其他实施方式)
在所述第一和第二实施方式中，举出伺服阀24作为隔振台1用致动器的一例，但不限于该构成。例如，还可以用线性电机代替伺服阀24。
此外，在所述第一和第二实施方式中，位置与推力获取部6d和减振FF控制部6e是控制器6的一部分，但不限于该构成。还可以让位置与推力获取部 6d和减振FF控制部6e中的至少一者为承载台控制器5的一部分。
具体而言，在所述第二实施方式中，控制器6根据承载台控制器5所输出的承载台控制信息(位置、推力)、定时信号来推定推力，并根据该推定结果来计算控制量Uθ、Ux。还可以采用例如让承载台控制器5推定推力，并事先将该推定结果输出给减振FF控制部6e的构成(也就是使位置与推力获取部6d为承载台控制器5的一部分的构成)，来代替上述构成。或者，还可以采用让承载台控制器5既推定推力，又根据该推定结果来计算控制量Uθ、Ux，并事先将该计算结果输出给伺服阀24的构成(也就是使位置与推力获取部6d和减振FF控制部6e均为承载台控制器5的一部分的构成)。

Claims (2)

1.一种主动隔振装置，其特征在于，包括：
承载台，其通过承受推力而移动，来对承载物进行定位，
隔振台，其用于支承所述承载台，
致动器，其用于对所述隔振台施加可抑制该隔振台的振动的控制力，
承载台状态获取部，其用于获取所述承载台的移动轨迹上的位置以及进行该移动时所述承载台实际承受的推力；以及
控制部，其根据所述承载台状态获取部所获取的内容，控制所述致动器，以使控制力与所述隔振台上随所述承载台的移动而产生的振动相匹配，
所述承载台状态获取部根据所述承载台的质量、加速度指令值以及所述承载台承受的动摩擦力，来事先获取所述承载台承受的推力。
2.根据权利要求1所述的主动隔振装置，其特征在于，
所述控制部根据所述承载台状态获取部所获取的内容，控制所述致动器，以使控制力与振动相匹配，其中，该振动起因于所述隔振台随所述承载台的移动而承受的旋转力。
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