CN111566379B - 主动隔振装置 - Google Patents

Abstract

主动隔振装置(A)包括：对承载物(S)进行定位的工作台(4)、支撑工作台(4)的隔振台(1)、对隔振台(1)施加抑制其振动的控制力的伺服阀(24)、事先获取基于与工作台(4)的移动控制相关的信息的工作台状态信号的工作台信息获取部(6d)、从该工作台状态信号中除去共振频率成分的共振抑制部(6f)、以及根据共振频率成分已被除去之后的工作台状态信号对伺服阀(24)进行前馈控制而让控制力与伴随着工作台(4)移动而引起的隔振台(1)的振动相匹配的制振FF控制部(6e)。

Description

主动隔振装置

技术领域

此处所公开的技术涉及一种主动隔振装置。

背景技术

迄今为止，半导体、液晶面板等各种精密设备的制造装置为实现准确且高速的定位，而将制造对象放在活动式工作台上的这一做法已广为人知(参照例如专利文献1)。

一般而言，工作台上的承载物是处于制造过程中的精密设备，因而怕振动。于是，上述专利文献1中公开了以下技术内容：为尽可能地抑制来自地面的振动的传递而使用主动式隔振装置。

具体而言，上述专利文献1中记载的主动隔振装置包括：活动式工作台(移动物)、支撑该工作台的隔振台(托板)、对隔振台施加抑制隔振台振动的控制力的致动器(伺服阀)、以及设置在隔振台上的振动传感器(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对致动器进行反馈控制。

还知道：不仅为抑制从地面传来的振动，而且为抑制伴随着工作台移动而产生的振动，除了进行上述反馈控制以外，还要对隔振台进行前馈控制。

具体而言，上述专利文献1中记载的主动隔振装置在对工作台进行移动控制时，根据与该移动控制相关的信息(工作台控制信息)事先推测工作台的位置与加速度。然后，该主动隔振装置还根据事先推测出的推测结果进行前馈控制。这样一来就能够在较早的时刻对隔振台进行前馈控制。

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－

像上述专利文献1中所记载的那样，在由隔振台支撑活动式工作台的情况下，隔振台与工作台之间的振动、工作台与承载物之间的振动等可能引起共振。因此，要求在上述共振实际发生以前，就要事先抑制该共振。

又知道：在一般情况下，上述专利文献1中所记载的活动式工作台为了抑制在该工作台产生的振动，除了对隔振台进行前馈控制以外，还对工作台本身进行前馈控制(即工作台FF控制)。

于是，能够想到以下做法：将陷波滤波器等数字滤波器设置在构成工作台FF控制的控制环路中，利用该陷波滤波器等除去会诱发与工作台相关联的共振的频率成分(本说明书中，称上述频率成分为“共振频率成分”)。一般认为：在该情况下，例如通过从与工作台相关联的前馈信号中将共振频率成分除去，就能够事先抑制共振的发生。

然而，一般情况下，通过数字滤波器后的数字信号会产生相位延迟。这将导致工作台FF控制存在时间上的延迟，而不利于确保工作台的响应性等。

此外，只让数字信号通过陷波滤波器的话，数字信号的增益就可能不足，其不足量相当于被去掉的共振频率成分。从确保上述工作台FF控制等工作台移动控制的性能(特别是确保施加给工作台的推力、加速度)的观点出发，此为不良现象。如果针对它追加用于补偿数字信号增益的信号处理，则相位延迟会更加明显，因此追加上述信号处理不是理想的做法。

此处公开的技术正是为解决上述问题而完成的，其目的在于：提供一种包括活动式工作台的主动隔振装置，在不会导致时间出现延迟的情况下，抑制与工作台相关联的共振发生。

－用于解决技术问题的技术方案－

本申请发明人等通过反复地进行研究而完成了本发明，本发明的着眼点为以下两点。第一点，工作台侧控制环路与隔振台侧控制环路相互独立；第二点，像在上述专利文献1中所记载的那样，能够在比对工作台进行移动控制的时刻更早的时刻对隔振台进行控制。

具体而言，此处所公开的技术涉及一种主动隔振装置。该主动隔振装置包括：工作台，其承受推力而移动，由此对承载物进行定位；第一致动器，其对所述工作台施加推力；第一控制部，其将控制信号输入所述第一致动器，由此使对应于该控制信号的推力产生；隔振台，其支撑所述工作台；第二致动器，其对所述隔振台施加抑制所述隔振台振动的控制力；工作台信息获取部，在所述第一控制部经由所述第一致动器让所述工作台移动时，该工作台信息获取部事先获取基于与该工作台的移动控制相关的信息的工作台状态信号；共振抑制部，由所述工作台信息获取部获取的工作台状态信号被输入该共振抑制部，并且该共振抑制部构成为：从所述工作台状态信号中除去与所述工作台相关的共振的共振频率成分；以及第二控制部，其根据所述共振频率成分已被所述共振抑制部除去之后的工作台状态信号，对所述第二致动器进行前馈控制，以保证控制力与伴随着所述工作台移动而引起的所述隔振台的振动相匹配。

此处，工作台状态信号可为表示施加给工作台的加速度、推力等与工作台的共振直接相关联的物理量的信号，也可为表示能够计算上述加速度、推力的工作台的位置等与工作台共振间接相关联的物理量的信号。

“与工作台相关的共振”例如既可为伴随着工作台移动而产生的共振，也可为第二致动器施加给隔振台的控制力传递给工作台而产生的共振。“与工作台相关的共振”这一用语和“与工作台相关联的共振”的意思相同。

根据上述构成方式，工作台信息获取部事先获取工作台状态信号。共振抑制部从事先获取的工作台状态信号中除去共振频率成分后，再输出给第二控制部。第二控制部利用上述所输入的信号对第二致动器进行前馈控制。

这样一来，从工作台状态信号中除去共振频率成分的结果是，即使该信号产生了相位延迟，起因于该相位延迟的时间上的延迟也会由于在较早的时刻获取了工作台状态信号而减小。这样一来，在不会导致时间出现延迟的情况下，就能够抑制与工作台相关联的共振发生。

如上所述，因为工作台侧控制环路与隔振台侧控制环路相互独立，所以即使在隔振台侧控制环路中除去了共振频率成分，工作台侧也不会发生相位延迟。这对于确保对工作台进行移动控制的性能很有效。

根据上述构成方式，即使对共振频率成分已被除去之后的工作台状态信号追加用于补偿该信号增益的信号处理，出于与上述同样的理由，起因于该信号处理的时间上的延迟也会减小。因此能够较早地对隔振台进行前馈控制。其结果是，不仅有利于控制工作台移动，还有利于确保对隔振台进行的前馈控制的性能。

也可以是这样的：所述工作台信息获取部事先推测表示施加给所述工作台的加速度的加速度指令值作为所述工作台状态信号；所述共振抑制部构成为：从所述加速度指令值中除去所述共振频率成分。

根据上述构成方式，通过从加速度指令值中除去共振频率成分，便能够做到不诱发与工作台相关联的共振(与工作台相关的共振)。

也可以是这样的：所述工作台信息获取部事先推测表示施加给所述工作台的推力的推力指令值作为所述工作台状态信号；所述共振抑制部构成为：从所述推力指令值中除去所述共振频率成分。

根据上述构成方式，通过从推力指令值中除去共振频率成分，便能够做到不诱发与工作台相关联的共振。

也可以是这样的：所述共振抑制部在除去所述共振频率成分以前或者在除去所述共振频率成分以后，让所述工作台状态信号的增益增大。

根据该构成方式，对共振频率成分被除去以后或者共振频率成分被除去以前的工作台状态信号补偿该信号的增益。这样便有利于确保对隔振台进行的前馈控制的性能。

此处所公开的另一技术涉及一种主动隔振装置。该主动隔振装置包括：工作台，其承受推力而移动，由此对承载物进行定位；第一致动器，其对所述工作台施加推力；第一控制部，其将控制信号输入所述第一致动器，由此使对应于该控制信号的推力产生；隔振台，其支撑所述工作台；第二致动器，其对所述隔振台施加抑制所述隔振台振动的控制力；工作台信息获取部，在所述第一控制部经由所述第一致动器让所述工作台移动时，该工作台信息获取部事先获取基于与该工作台的移动控制相关的信息的工作台状态信号；第二控制部，其根据所述工作台信息获取部获取的工作台状态信号，输出用于对所述第二致动器进行前馈控制的前馈信号，以保证控制力与伴随着所述工作台移动而引起的所述隔振台的振动相匹配；以及共振抑制部，从所述第二控制部输出的前馈信号被输入该共振抑制部，并且该共振抑制部构成为：从所述前馈信号中除去与所述工作台相关的共振的共振频率成分后，将共振频率成分已被除去之后的所述前馈信号输出给所述第二致动器。

根据上述构成方式，工作台信息获取部事先获取工作台状态信号并输出给第二控制部，第二控制部根据上述所输入的信号输出前馈信号。

这样一来，从前馈信号中除去共振频率成分的结果是，即使该信号产生了相位延迟，起因于该相位延迟的时间上的延迟也会由于工作台信息获取部在较早的时刻获取了工作台状态信号而减小。这样一来，在不会导致时间出现延迟的情况下，就能够抑制与工作台相关联的共振发生。

也可以是这样的：所述共振抑制部具有数字滤波器，所述数字滤波器构成为不让所述共振频率成分通过。

所述数字滤波器能够使用普通的低通滤波器、带阻滤波器、陷波滤波器等。

也可以是这样的：所述共振抑制部具有陷波滤波器，所述陷波滤波器构成为阻止含有所述共振频率成分的频带。

一般而言，陷波滤波器能够阻止的频带比带阻滤波器窄。因此，使用陷波滤波器能够更准确地除去共振频率成分。

－发明的效果－

如上所述，根据上述主动隔振装置，就包括活动式工作台的主动隔振装置而言，在不会导致时间出现延迟的情况下，能够抑制与工作台相关联的共振发生。

附图说明

图1为举例示出主动隔振装置的简要构成的图；

图2为举例示出与工作台相关的控制构成的方块图；

图3为举例示出与隔振台相关的控制构成的方块图；

图4为举例示出与除去共振频率成分相关的处理的图；

图5为对加速度指令值、与从该加速度指令值中除去共振频率成分后又将增益增大而得到的信号进行比较并示出的图；

图6为举例示出工作台位置的目标值与实测值之差的图；

图7为示出主动隔振装置的第二实施方式的相当于图3的图；

图8为示出与工作台相关联的控制的变形例的相当于图2的图。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的实施方式。需要说明的是，下面的说明为举例说明。

(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为举例示出本实施方式所涉及的主动隔振装置A(以下，简称为“隔振装置”)的简要构成的图。图2为举例示出与隔振装置A的工作台4相关的控制构成的方块图。图3为举例示出与隔振装置A的隔振台1相关的控制构成的方块图。

隔振装置A的具体情况如下：例如像与半导体相关的制造装置等那样容易受振动影响的精密装置D放在隔振台1上。此处，装置D(以下，也称为“承载装置”)利用活动式工作台4支撑硅晶片等各种承载物S，通过让该工作台4适当地进行移动而准确且高速地对工作台4上的承载物S进行定位。

一般而言，工作台4上的承载物S是处于制造过程中的精密设备，因而怕振动。于是，为了尽可能地抑制来自地面的振动传递，该隔振装置A构成为主动式隔振装置。

具体而言，本实施方式所涉及的隔振装置A包括工作台4、隔振台1以及伺服阀24。其中，该工作台4承受推力而移动，由此对承载物S进行定位；该隔振台1支撑工作台4；该伺服阀24对该隔振台1施加抑制该隔振台1振动的控制力。

下面，详细地说明各部分的构成。

工作台4设置在装置D的主体3上，在本构成例中，工作台4为利用滚珠丝杠机构而能够沿规定的移动轨迹(在该示例中，指水平方向)移动的支撑台。上述承载物S由工作台4的上表面支撑。需要说明的是，工作台4的导向机构并不限于滚珠丝杠机构。例如还可以使用所谓的线性导轨或空气静压导轨。

在该构成例中，上述滚珠丝杠机构由螺杆(未图示)和线性电机31(仅示于图2)构成。其中，该螺杆拧紧在设置于工作台4内的内螺纹部(未图示)上且贯穿工作台4呈水平延伸；该线性电机31连结在该螺杆上，对该螺杆进行驱动。线性电机31让螺杆旋转，工作台4由此而沿螺杆延伸的方向移动。

本实施方式构成为：后述的工作台控制器5控制线性电机31工作而对工作台4施加水平方向的推力，由此而实现对承载装置D中的工作台4的定位。

需要说明的是，线性电机31为“第一致动器”的示例。在使用线性导轨或者空气静压导轨代替滚珠丝杠机构的情况下，能够使用直驱电机作线性电机31而不使用旋转电机。

为了控制线性电机31工作，在工作台4附近设置有工作台位置传感器S4和工作台推力传感器S5。该工作台位置传感器S4用于检测工作台4在移动轨迹上的位置(相当于工作台4在承载装置D中的位移)；该工作台推力传感器S5用于检测工作台4实际承受的推力。从上述传感器S4、S5输出的检测信号分别输入工作台控制器5。需要说明的是，工作台控制器5为“第一控制部”的示例。

隔振台1构成为所谓的托板，由多个(通常为四个，但三个以上即可)空气弹簧组件2、2……从下方弹性支撑着隔振台1。在隔振台1上设置有装置D的主体3。这相当于隔振台1经由主体3支撑着工作台4。

详细而言，多个空气弹簧组件2、2……分别由如图示那样承受上下方向的载荷的空气弹簧构成，且分别包括壳体20与活塞22。其中，该壳体20布置在地面等上且上端敞开口；该活塞22经由隔膜21气密性地插入该上端敞开的开口中，并在壳体20内划分出空气室。因为如上所述的那样用空气弹簧承受载荷，所以隔振装置A基本上具有优异的隔振性能。而且，在本实施方式中，还控制空气弹簧的内压而对隔振台1施加减少振动的控制力。

因此，在各个空气弹簧组件2都设置有FB加速度传感器S1和位移传感器S2。其中，该FB加速度传感器S1用于检测隔振台1在各个空气弹簧组件2的受力位置附近的加速度；该位移传感器S2用于检测隔振台1在各个空气弹簧组件2的受力位置附近的位移。在各个空气弹簧组件2还设置有用于检测壳体20下部的加速度(地面振动)的FF加速度传感器S3。从上述各个传感器S1～S3输出的检测信号分别输入控制器6。

在各个空气弹簧组件2上都连接有管道，该管道用于从未图示的气压源供给压缩空气。用设置在该管道上的伺服阀24能够调节供往空气弹簧的压缩空气的供给流量和从空气弹簧排出的排出流量。由控制器6根据从各传感器S1～S4输入的信号等对伺服阀24进行控制，由此来调节压缩空气的供给流量和排出流量，进而调节空气弹簧的内压。通过调节空气弹簧的内压来抑制隔振台1和承载装置D振动，如下文所述。需要说明的是，伺服阀24为“第二致动器”的示例。

需要说明的是，在图1中，仅在右侧空气弹簧组件2示出其控制系统，即上下方向上的FB加速度传感器S1、位移传感器S2、FF加速度传感器S3、管道、伺服阀24等，但各个空气弹簧组件2都设置有同样的控制系统。

此外，虽未图示，但也能够将同样的空气弹簧组件2、2……作为用于产生水平方向控制力的致动器设置在隔振台1的周围，或者将多个空气弹簧作为水平方向的致动器设置在空气弹簧组件2、2……中，并控制空气弹簧组件2、2……的内压，由此来抑制承载装置D在水平方向上的振动。

－与工作台相关的控制－

接下来，具体说明是如何利用线性电机31控制工作台4的。

在该构成例中，工作台控制器5具有工作台位置FB控制部5a、工作台推力FB控制部5b、工作台振动推测部5c、以及工作台振动FF控制部5d。工作台控制器5构成为：通过将控制信号输入线性电机31而使对应于该控制信号的推力产生。工作台控制器5就这样控制工作台4移动。

如图2所示，对线性电机31的输入主要是通过将位置反馈操作量、推力反馈操作量以及推力前馈操作量相加而得到的。其中，该位置反馈操作量由工作台位置FB控制部5a根据来自工作台位置传感器S4的信号计算得出；该推力反馈操作量由工作台推力FB控制部5b根据来自工作台推力传感器S5的信号计算得出；推力前馈操作量由工作台振动FF控制部5d根据来自工作台振动推测部5c的信号计算得出。此处，工作台振动推测部5c将根据来自工作台推力传感器S5的信号生成的信号输出给工作台振动FF控制部5d。

工作台位置FB控制部5a根据工作台位置传感器S4的检测值，亦即工作台4在移动轨迹上的实际位置(位置实测值)让线性电机31工作，以保证该位置检测值收敛于规定的目标值(以下，也称为“位置指令值”)。例如，只要用位置实测值、其微分值及积分值分别乘以反馈增益后再相加而得到三者的总和，从位置指令值中减去该总和，以二者之差作为对线性电机31的控制输入(位置反馈操作量)即可。这样一来，就能够进行与工作台4的位置相关的反馈控制。

工作台推力FB控制部5b根据工作台推力传感器S5的检测值，亦即工作台4移动时实际承受的推力(推力实测值)让线性电机31工作，以保证该推力实测值收敛于规定的目标值(以下，也称为“推力指令值”)。例如，只要用推力实测值、其微分值及积分值分别乘以反馈增益后再相加而得到三者的总和，从推力指令值中减去该总和，以二者之差作为对线性电机31的控制输入(推力反馈操作量)即可。这样一来，就能够进行与施加给工作台4的推力相关的反馈控制。

工作台振动推测部5c根据工作台推力传感器S5的检测值，推测伴随着对工作台4施加推力而产生的振动。例如，工作台振动推测部5c中存储有把工作台4承受的推力与在工作台4产生的振动关联起来的模型、图表等，能够计算出表示对应于上述推力实测值的振动的信号，并将该信号输入工作台振动FF控制部5d。

工作台振动FF控制部5d根据来自工作台振动推测部5c的输出信号，亦即伴随着施加推力而在工作台4产生的摇动的大小，让线性电机31工作以保证减小工作台4的振动。例如，只要将表示摇动大小的信号与前馈增益相乘，使乘积的符号反过来，并以此作为对线性电机31的控制输入(推力前馈操作量)即可。这样一来，就能够进行与施加给工作台4的推力相关的前馈控制。

需要说明的是，例如还可以采用检测输入线性电机31的电流并对该电流进行反馈控制的构成来代替采用工作台推力传感器S5的构成。这样一来，即使不使用工作台推力传感器S5，也可以利用与推力相关联的物理量(例如电流大小等与推力大小成正比的物理量)间接地控制推力。

在该构成例中，工作台控制器5将根据位置反馈操作量、推力反馈操作量以及推力前馈操作量决定的电气控制信号输入线性电机31。线性电机31根据该控制信号的强度，也就是将控制信号看作电流时的强弱来调节对工作台4施加的推力的大小。也就是说，控制信号的振幅越大，线性电机31施加给上述螺杆的扭距就越大，工作台4承受的推力也随之相应地增大。此时，由工作台推力传感器S5检测出推力实测值后，反馈给工作台控制器5。

如果这样对推力进行反馈，则工作台4所承受的摩擦的影响等就会反映在表示实际推力的信号中，亦即推力实测值中。另一方面，如果对推力进行前馈，则已使在工作台4产生的摇动减小了的影响等就会反映在推力实测值中。

线性电机31以控制信号所显示的转速旋转，由工作台位置传感器S4检测出目前的旋转状态亦即位置实测值后，反馈给工作台控制器5。

－与隔振台相关的控制－

接下来，具体说明是如何利用伺服阀24控制隔振台1的。为方便起见，仅说明如何控制上下方向上的空气弹簧。在水平方向上也设置有空气弹簧的情况下，也对它们进行同样的控制。

在该构成例中，控制器6具有隔振FB控制部6a、制振FB控制部6b、隔振FF控制部6c、以及工作台信息获取部6d等。控制器6构成为：通过将控制信号输入伺服阀24，从而对隔振台1施加抑制隔振台1振动的控制力。

如图3所示，对伺服阀24的输入主要由隔振反馈操作量、制振反馈操作量以及隔振前馈操作量构成。其中，该隔振反馈操作量由隔振FB控制部6a根据来自FB加速度传感器S1的信号计算得出；该制振反馈操作量由制振FB控制部6b根据来自位移传感器S2的输出计算得出；该隔振前馈操作量由隔振FF控制部6c根据来自FF加速度传感器S3的信号计算得出。

由图2～图3可知，由工作台控制器5构成的工作台4侧控制环路与由控制器6构成的隔振台1侧控制环路相互独立。

隔振FB控制部6a根据FB加速度传感器S1的检测值，亦即隔振台1的上下方向上的加速度，由空气弹簧产生使隔振台1的振动减小的控制力。例如，只要将加速度的检测值、其微分值及积分值分别乘以反馈增益后再相加而得到三者的总和，使该总和的符号反过来，并以此作为对伺服阀24的控制输入(隔振反馈操作量)即可。这样一来，就能够进行反馈控制(隔振反馈控制)，并且进行该反馈控制收到的效果与对隔振台1施加刚性或者增加隔振台1的质量收到的效果相同。

制振FB控制部6b根据位移传感器S2的检测值，亦即隔振台1的上下位置的变化量控制空气弹簧的内压，以保证上下位置的变化量变小，由此来抑制该隔振台1倾斜或者抑制该隔振台1由于倾斜而发生摇动。例如，只要从目标值(零)中减去位移的检测值后，再按照PID控制规则求出对伺服阀24的控制输入(制振反馈操作量)即可。这样一来，就能够进行与隔振台1的高度相关的反馈控制(制振反馈控制)。

进而，隔振FF控制部6c根据FF加速度传感器S3的检测值，亦即地面的振动状态，产生抵消从地面传递给隔振对象物的振动的反相位振动。例如，用数字滤波器能够求出对伺服阀24的控制输入(隔振前馈操作量)。使用地面振动经空气弹簧组件2传递给隔振台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，就能够进行与地面振动相关的前馈控制(隔振前馈控制)。

伺服阀24接收上述控制输入后开始工作，空气弹簧组件2的内压得到控制，由此对隔振对象物即隔振台1施加适当的控制力。也就是说，针对从地面传来的振动，让隔振FF控制部6c进行隔振前馈控制来抑制振动的传递；针对即便这样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小该微小振动。由此而能够得到非常高的隔振性能。

另一方面，针对因承载装置D工作而产生的较大振动，亦即伴随着工作台4移动而引起的隔振台1的振动(摇动)，不仅进行上述隔振反馈控制，还让制振FB控制部6b进行制振反馈控制，由此来减小隔振台1的摇动。但因为反馈控制是在实际产生位移或振动后才进行的，所以不得不说反馈控制的效果是有限的。特别是在如上所述利用空气弹簧产生控制力的情况下，因响应延迟较大，故无法期待收到足够的效果。

于是，该构成例构成为：为抑制伴随着工作台4移动而引起的振动，不仅进行上述制振反馈控制，而且在较早的时刻还进行制振前馈控制。

也就是说，该构成例所涉及的工作台信息获取部6d在工作台控制器5经由线性电机31让工作台4移动时，事先获取基于与该工作台4的移动控制相关的信息(工作台控制信息)的工作台状态信号。控制器6利用该工作台状态信号事先计算操作量(制振前馈操作量)。隔振台1在较早的时刻将这样计算得出的控制信号输入伺服阀24，该较早的时刻的提前量相当于对空气弹簧进行控制时的时间延迟量。这样一来，伺服阀24就会在较早的时刻被进行前馈控制，以保证控制力与伴随着工作台4移动而引起的隔振台1的振动相匹配。

上述工作台状态信号为与从工作台控制器5输出给线性电机31的控制信号相关联的信号，在工作台信息获取部6d事先对该工作台状态信号进行推测。作为工作台状态信号，能够使用表示施加给工作台4的加速度的加速度指令值、表示工作台4的目标位置的位置指令值、以及上述推力指令值等。工作台状态信号只要为能够根据工作台4的规格、各种传感器的检测结果进行检测、计算、推测等的信号即可。下面，说明的是同时使用加速度指令值和位置指令值作为工作台状态信号的示例。

如本公开所示，在由隔振台1支撑活动式工作台4的情况下，隔振台1与工作台4之间的振动、工作台4与承载物S之间的振动、上述螺杆与工作台4之间的振动等都可能引起共振。要求在上述共振实际发生以前，事先抑制该共振。

于是，能够想到以下做法：将陷波滤波器等数字滤波器设置在构成工作台振动FF控制部5d的控制环路中，利用该陷波滤波器等数字滤波器除去与工作台4相关联的共振频率。一般认为：这样一来，就能够事先抑制共振的发生。

然而，一般情况下，通过数字滤波器后的数字信号会产生相位延迟。这将导致对工作台4的前馈控制存在时间上的延迟，而不利于确保工作台4的响应性等。

只让数字信号通过陷波滤波器的话，数字信号的增益就可能不足，其不足量相当于被去掉的共振频率成分。该做法会导致推力等减小，所以从确保对工作台4进行前馈控制的性能的观点出发，该做法为不良做法。如果针对它追加用于补偿数字信号的增益的信号处理，相位延迟会更加明显，因此追加上述信号处理不是理想的做法。

因此，在该构成例中，本发明的特征部分为：在隔振台1侧控制环路中去掉共振频率成分，而不是在工作台4侧控制环路中去掉共振频率成分。

也就是说，在控制器6中设置有共振抑制部6f和制振FF控制部6e。由工作台信息获取部6d获取的作为工作台状态信号的位置指令值和加速度指令值被输入该共振抑制部6f，并且该共振抑制部6f构成为：从其中的加速度指令值中除去伴随着工作台4移动而产生的共振的共振频率成分。该制振FF控制部6e根据由共振抑制部6f除去共振频率成分后的加速度指令值对伺服阀24进行前馈控制，以保证控制力与伴随着工作台4移动而引起的隔振台1的振动相匹配。

此处，制振FF控制部6e接收在对工作台4进行移动控制时由工作台控制器5送来的定时信号(timing signal)，在比进行工作台4的移动控制还早的时刻将控制信号(前馈信号)输入伺服阀24。其中，上述控制信号对应于根据作为工作台状态信号的加速度指令值和位置指令值求出的制振前馈操作量。该制振FF控制部6e为“第二控制部”的示例。

为了补偿增益的不足，共振抑制部6f在除去共振频率成分以前或者在除去共振频率成分以后，让工作台状态信号(具体而言，为加速度指令值)的增益增大。

－与除去共振频率成分相关联的处理－

如上所述，工作台信息获取部6d事先获取位置指令值和加速度指令值并输出给共振抑制部6f。其中，位置指令值和加速度指令值为基于与工作台4的移动控制相关的信息的工作台状态信号。

详细而言，工作台信息获取部6d根据工作台控制信息来推测位置指令值和加速度指令值，并将它们作为工作台状态信号输出。其中，上述工作台控制信息为从工作台控制器5输出的信号(例如，输出给线性电机31的控制信号)、和工作台位置传感器S4及工作台推力传感器S5的检测结果中的至少一者。

共振抑制部6f构成为：让作为工作台状态信号的位置指令值和加速度指令值中的位置指令值直接通过(具体而言，为不施加数字信号地输出)，另一方面，让作为工作台状态信号的位置指令值和加速度指令值中的加速度指令值经过数字处理将共振频率成分除去后再输出。

详细而言，共振抑制部6f具有数字滤波器，该数字滤波器构成为：不让构成加速度指令值的各频率成分中规定的共振频率成分通过。在该构成例中，作为上述数字滤波器设置的是所谓的陷波滤波器。

该陷波滤波器不让加速度指令值中含有共振频率成分的频带通过，另一方面，让该频带以外的频带通过。

图4为举例示出与除去共振频率成分相关联的处理的图。如图4(a)所示，让含有共振频率成分的三角波形加速度指令值(参照虚线)通过陷波滤波器，共振频率成分被除去。其结果是，能够得到示出图4(b)所示的梯形波形的信号(参照实线)。

但是，由图4(b)可知，与虚线所示波形的峰值相比，实线所示波形的峰值朝着纸面右侧稍有偏移。这表示：由陷波滤波器进行数字处理的结果是，相位产生了延迟。由于相位产生了延迟，共振抑制部6f就进行规定的数字处理，让实线所示信号的峰值的位置朝着纸面左侧稍做偏移(参照图4(c))。由此，相位延迟即被消除。尽管进行上述处理时可能引起时间上的延迟，但如已经说明的那样，因为工作台状态信号是能够事先获取的信号，所以在较早的时刻获取工作台状态信号就能够相应地让上述延迟减小。

由图4(b)～图4(c)可知，由于除去了共振频率成分，因此实线的时间积分比虚线的时间积分小。这表示：对应于该加速度指令值而实现的速度(特别是工作台4的速度)降低。详情省略，如果上述积分量减小，经伺服阀24施加给隔振台1的控制力也会减小。从确保在隔振台1侧进行的前馈控制的性能来看，上述做法并不理想。

于是，共振抑制部6f通过进行规定的数字处理而让实线所示信号的峰值高度，亦即该信号的增益增大(参照图4(d))。这样一来，就有利于确保对隔振台1进行的前馈控制的性能。

－制振前馈操作量的计算方法－

下面，具体说明制振前馈操作量的计算方法。

为了便于说明，下面对向工作台4施加一定的加速度a并如图1中的箭头所示工作台4沿x轴做直线运动的情况加以考虑。首先，工作台4从基准位置开始移动的移动距离Δx与上述位置指令值实质上一致。如果工作台4这样移动，隔振对象物即隔振台1整体的重心位置就会沿x轴方向发生变化，分配给空气弹簧组件2、2……的静载荷也会发生变化。这等同于：在设工作台4的质量(准确而言，为工作台4的质量与承载物S的质量之和)为m，设重力加速度为g时，绕通过隔振对象物的重心的y轴且沿图中顺时针方向(θ方向)产生旋转力N1＝m·g·Δx。

于是，如果控制空气弹簧的内压而产生与上述旋转力N1大小相等且方向相反(-θ)的旋转力，便会控制这些空气弹簧的内压，保证内压与伴随着工作台4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，从而能够抑制隔振对象物即隔振台1倾斜(位移)，进而能够抑制伴随此而产生的摇动。在附图示例中，一方面提高右侧空气弹簧的内压，另一方面降低左侧空气弹簧的内压。但实际上对每个空气弹簧的内压的控制量要根据它们的布置状况(以隔振对象物的重心为基准的位置)从几何学上加以确定。

当如上所述对工作台4施加一定的加速度a时，伴随着该工作台4移动而产生的反作用力F＝-m·a就会经装置主体3作用在隔振台1上。因该反作用力F的作用线大致水平且没有通过隔振对象物的重心，故如果该作用线与重心在上下方向上的距离为h，就会绕y轴产生旋转力N2＝-m·a·h。上下方向上的距离h也可以事先进行实际测量。考虑到工作台4是沿水平方向移动的，故上下方向的距离h大致固定不变。

为了承受由反作用力F产生的旋转力N2，与上述旋转力N1一样，只要控制上下方向上的空气弹簧的内压而产生与旋转力N2大小相等且方向相反的旋转力即可。此处，旋转力N2的方向与旋转力N1的方向相反(-θ)，且一般情况下对空气弹簧组件2(伺服阀24)的控制输入U和该控制输入U所产生的力Fa之间存在下式(1)所示的关系，考虑到以上两点，操作量U_θ即可由下式(2)表示。

[式1]

[式2]

此处，在式(1)和式(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。

当在水平方向上也设置有空气弹簧的情况下，优选产生与工作台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，对于水平方向上的空气弹簧的操作量Ux可由下式(3)表示。

[式3]

需要说明的是，通过如上所述根据各个空气弹簧的布置状况求得的规定的变换式，将操作量U_θ、U_x变换为对于上述各个空气弹簧的操作量。制振FF控制部6e用根据工作台位置传感器S4的输出等推测出的位置指令值作为移动距离Δx，另一方面，用从根据工作台推力传感器S5的输出等推测出的加速度指令值中除去共振频率成分而得到的结果作为加速度a，由此来计算操作量U_θ、U_x。

－主动隔振装置的工作情况－

在该构成例中，如上所述，在比对工作台4进行移动控制的时刻更早的时刻，根据按以上所述求得的制振前馈操作量控制空气弹簧的内压。

也就是说，当在承载装置D中对工作台4进行移动控制时，首先，从工作台控制器5输出与该移动控制相关联的控制信号并输入控制器6。与该移动控制相关联的控制信号被输入控制器6后，控制器6的工作台信息获取部6d就会在比实际对工作台4进行移动控制的时刻更早的时刻，推测、计算作为工作台状态信号的位置指令值和加速度指令值，并送往共振抑制部6f。共振抑制部6f不对位置指令值进行数字处理地将该位置指令值送往制振FF控制部6e，另一方面，共振抑制部6f对加速度指令值进行包括除去共振频率成分等的数字处理后再送往制振FF控制部6e。在此基础之上，制振FF控制部6e如上所述的那样求出用于控制空气弹簧内压的操作量U_θ、U_x。

如果在对工作台4进行移动控制以前从工作台控制器5输出定时信号，则接受了该定时信号的制振FF控制部6e就会在比对工作台4进行控制的时刻更早的时刻将按以上所述求出的操作量U_θ、U_x输出给伺服阀24，该更早的时刻的提前量相当于对空气弹簧进行控制时的时间延迟量。当伴随着工作台4移动，隔振台1经由承载装置D而要摇动时，通过对隔振台1施加适当的控制力，即能够充分地抑制该隔振台1摇动。此外，对于即便这样也会产生的微小摇动，通过让隔振FB控制部6a和制振FB控制部6b进行加速度和位移的反馈控制，就能够减小该微小摇动。能够由共振抑制部6f抑制因施加给隔振台1的控制力而可能产生的共振发生。

图5为对加速度指令值、与从该加速度指令值中除去共振频率成分后又将增益增大而得到的信号加以比较并示出的图。具体而言，图5对在共振抑制部6f中进行数字处理前的加速度指令值(虚线)、与除去共振频率成分且进行增大增益等数字处理后的加速度指令值(实线)进行比较并出示。

图6为举例示出工作台4位置的目标值与实测值之差(位置偏差)的图。具体而言，图6示出在使用根据图5所示的加速度指令值计算得出的制振前馈操作量时，制振前馈控制带来的摇动抑制效果。

需要说明的是，在图6中，短虚线示出在不进行制振前馈控制的情况下(无水平位移MFF)，位置偏差的推移状况；长虚线示出在虽然进行制振前馈控制但使用了除去共振频率成分以前的加速度指令值(图5中虚线所示的加速度指令值)的情况下(有水平位移MFF)，位置偏差的推移状况；实线示出在进行制振前馈控制且使用了已除去共振频率成分后的加速度指令值(图5的实线所示的加速度指令值)的情况下(水平位移轨迹跟踪滤波器(trajectory_filter))，位置偏差的推移状况。点划线示出让工作台4移动时的速度(理论速度：Theoretical speed)的理论值。

如图6的画圈部R所示，与不进行制振前馈控制时相比，进行了制振前馈控制时位置偏差会较早地收敛。但是，在使用了除去共振频率成分以前的加速度指令值的情况下，如图6中的长虚线所示，残存有起因于共振频率成分的周期性变化。相对于此，由图6中的实线可知，在使用除去了共振频率成分以后的加速度指令值的情况下，上述周期性变化被去掉，在比其他构成更早的时刻收敛为0(即，稳定相对较快)。

－总结－

如上所述，从作为工作台状态信号的加速度指令值中除去共振频率成分的结果是，即使该信号产生了相位延迟，起因于该相位延迟的时间上的延迟也会由于工作台信息获取部6d在较早的时刻获取了工作台状态信号而减小。这样一来，在不会导致时间出现延迟的情况下，能够抑制与工作台4相关联的共振发生。

如图2～图3所示，工作台4侧控制环路与隔振台1侧控制环路相互独立。因此，即使在隔振台1侧控制环路中除去了共振频率成分，在工作台4侧也不会产生相位延迟。这对于确保对工作台4进行移动控制的性能很有效。

即使对共振频率成分已被除去之后的加速度指令值追加用于补偿该信号增益的信号处理，出于与上述同样的理由，起因于该信号处理的时间上的延迟也会减小，而能够较早地对隔振台1进行前馈控制。其结果是，不仅有利于确保对工作台4进行移动控制的性能，还有利于确保对隔振台1进行前馈控制的性能。

一般而言，陷波滤波器能够阻止的频带比带阻滤波器窄。因此，使用陷波滤波器能够更准确地除去共振频率成分。

(第二实施方式)

接下来，说明本公开的第二实施方式。在下面的说明中，用同一符号表示与第一实施方式构成相同的部分并适当地省略说明。

图7为示出主动隔振装置的第二实施方式的相当于图3的图。如该图所示，与第一实施方式相比，该第二实施方式所涉及的制振FF控制部6e’与共振抑制部6f’的相对位置关系发生了改变，制振FF控制部6e’不是接收来自于共振抑制部6f’的输出，而是直接接收从工作台信息获取部6d输出的工作台状态信号。

详细而言，第二实施方式所涉及的制振FF控制部6e’根据由工作台信息获取部6d获取的工作台状态信号，输出用于对伺服阀24进行前馈控制的前馈信号，以保证控制力与伴随着工作台4移动而引起的隔振台1的振动相匹配。

就第二实施方式所涉及的共振抑制部6f’而言，从制振FF控制部6e’输出的前馈信号被输入该共振抑制部6f’，并且该共振抑制部6f’构成为：从该前馈信号中除去与工作台4相关的共振的共振频率成分后，再将共振频率成分已被除去的该前馈信号输出给伺服阀24。

这样一来，从前馈信号中除去了共振频率成分的结果是，即使该信号产生了相位延迟，起因于该相位延迟的时间上的延迟也会由于工作台信息获取部6d在较早的时刻获取了工作台状态信号而减小。因此，能够较早地对隔振台1进行前馈控制。其结果是，在不会导致时间出现延迟的情况下，能够抑制与工作台4相关联的共振发生。

(与工作台相关联的控制的变形例)

上述第一实施方式构成为：根据工作台推力传感器S5的检测结果推测在工作台4产生的推力，但并不限于该构成。例如，如图8所示，可为使用了工作台加速度传感器S6的构成。在该情况下，工作台振动推测部5c能够根据从工作台推力传感器S5和工作台加速度传感器S6输出的信号中的至少一者，推测在工作台4产生的振动。

工作台振动推测部5c、工作台推力传感器S5以及工作台加速度传感器S6能够用于确定共振频率成分。在该情况下，将工作台加速度传感器S6安装在布置于隔振台1上的各个部分(滚珠丝杠机构、工作台4、承载物S等)上，由此而能够进行更精密的确定。

(其他实施方式)

在上述实施方式中，作为用于隔振台1的致动器示出的是伺服阀24，但并不限于该构成。例如还可以用线性电机来代替伺服阀24。

在上述实施方式中，让工作台信息获取部6d和制振FF控制部6e这二者皆为控制器6的一部分，但并不限于该构成。可以让工作台信息获取部6d和制振FF控制部6e中的至少一者为工作台控制器5的一部分。

共振抑制部6f所具有的陷波滤波器并不限于一个，也可使用多个陷波滤波器。在该情况下，可让多个陷波滤波器为对应于多个共振频率成分的构成。

除去共振频率成分、调整峰值位置、增大增益等的顺序并不限于图4所示的顺序，能够适当地加以改变。

可让共振抑制部6f为包括低通滤波器等其他数字滤波器来代替陷波滤波器的构成。可适当地改变共振抑制部6f的构成。例如，可将增大增益的数字滤波器设置在工作台信息获取部6d中或者设置在制振FF控制部6e中，而不将增大增益的数字滤波器设置在共振抑制部6f中。

－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 工作台

5 工作台控制器(第一控制部)

6 控制器

6d 工作台信息获取部

6e 制振FF控制部(第二控制部)

6f 共振抑制部

24 伺服阀(第二致动器)

31 线性电机(第一致动器)。

Claims (5)

1.一种主动隔振装置，其特征在于：

所述主动隔振装置包括：

工作台，其承受推力而移动，由此对承载物进行定位；

第一致动器，其对所述工作台施加推力；

第一控制部，其将控制信号输入所述第一致动器，由此使对应于该控制信号的推力产生；

隔振台，其支撑所述工作台；

第二致动器，其对所述隔振台施加抑制所述隔振台振动的控制力；

工作台信息获取部，在所述第一控制部经由所述第一致动器让所述工作台移动时，该工作台信息获取部事先获取基于与该工作台的移动控制相关的信息的工作台状态信号；

共振抑制部，由所述工作台信息获取部获取的工作台状态信号被输入所述共振抑制部，并且所述共振抑制部构成为从该工作台状态信号中除去与所述工作台相关的共振的共振频率成分；以及

第二控制部，其根据所述共振频率成分已被所述共振抑制部除去之后的工作台状态信号对所述第二致动器进行前馈控制，以保证控制力与伴随着所述工作台移动而引起的所述隔振台的振动相匹配，

所述共振抑制部在除去所述共振频率成分以前或者在除去所述共振频率成分以后，让所述工作台状态信号的增益增大，

所述第一控制部在进行所述工作台的移动控制以前输出定时信号，

所述第二控制部接收所述定时信号，在比进行所述工作台的移动控制早的时刻将前馈信号输入所述第二致动器，所述前馈信号根据由所述共振抑制部除去了所述共振频率成分的所述工作台状态信号而求出。

2.根据权利要求1所述的主动隔振装置，其特征在于：

所述工作台信息获取部事先推测表示施加给所述工作台的加速度的加速度指令值作为所述工作台状态信号,

所述共振抑制部构成为：从所述加速度指令值中除去所述共振频率成分。

3.根据权利要求1所述的主动隔振装置，其特征在于：

所述工作台信息获取部事先推测表示施加给所述工作台的推力的推力指令值作为所述工作台状态信号,

所述共振抑制部构成为：从所述推力指令值中除去所述共振频率成分。

4.根据权利要求1到3中任一项权利要求所述的主动隔振装置，其特征在于：

所述共振抑制部具有数字滤波器，所述数字滤波器构成为不让所述共振频率成分通过。

5.根据权利要求4所述的主动隔振装置，其特征在于：

所述共振抑制部具有陷波滤波器，所述陷波滤波器构成为阻止含有所述共振频率成分的频带。

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