CN111828538A - 静态隔振系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种静态隔振系统，其包括多个隔离件，借助这些隔离件支撑隔振地安置的负载机构。该隔振系统包括多个执行器，借助这些执行器主动地抑制振动。隔离件分别包括各自的控制单元，该控制单元具有数模转换器以驱动执行器。

Description

静态隔振系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种静态隔振系统及其控制方法和一种用于静态隔振系统的隔离件。
本发明尤其涉及一种静态隔振系统，在其上布置有用于处理半导体器件和/或纳米结构元件的、尤其是晶片、掩模或显示基板的机器，或用于测量半导体器件和/或纳米结构元件的机器，例如电子束显微镜。
此外，在静态隔振系统上还可以布置有实验室设备和/或医疗设备，例如成像检查设备，如磁共振断层造影仪(MRT)。
背景技术
静态隔振系统尤其是在半导体工业中用于安置加工机器，例如光刻设备和测量装置，例如电子束显微镜，从而隔振地安置用于处理半导体器件的敏感设备。
这样的隔振系统一般由板件组成，该板件被隔振地安置在至少三个隔离件上，这些隔离件分别包括弹簧。
用于处理半导体器件的设备布置在板件上，并因此保护这些设备免受振动。板件和布置于其上的设备共同形成该隔振地安置的负载机构。
实践中已知的尤其是主动式隔振系统，在主动式隔振系统中隔离件除弹簧之外还包括执行器、尤其是磁力执行器，利用这些执行器主动地抑制振动。
通过传感器检测振动，这些传感器既能布置在隔离件的基座上，又能布置在隔振地安置的负载机构上。基于传感器信号来驱动执行器，从而通过产生反作用力来补偿振动。
借助这样的主动控制既能抑制自外延到系统中的振动，又能抑制隔振地安置的负载机构本身产生的振动(例如，通过可移动舞台或自行式机器人)。
专利文献EP 2 295 829 B1(集成动力学工程)揭示了一种隔振系统，在该隔振系统中存在用于在多个自由度中产生补偿力的执行器。
这类隔振系统包括用于处理传感器信号的控制单元(通常又称控制器)，该控制单元检测传感器信号并基于该传感器信号生成控制信号，借助该控制信号驱动执行器，从而产生补偿力。
由此，控制单元构造为中央计算单元，隔振系统的全部隔离件的传感器和执行器皆联接至该中央计算单元。
一方面，这会增加布线消耗。尤其是通常必须将线路从控制单元铺设到传感器，这些线路上流过强电流，通过这样才能驱动产生反作用力的执行器。
此外，可联接的隔离件的最大数目取决于控制单元的构型。
每个控制单元均针对所接的隔离件的最大数目来设置，这意味着，在不更换控制单元的情况下，无法为隔振系统无限加装隔振器。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是减少现有技术中的上述缺点。
特定而言，本发明提供一种隔振系统，在该隔振系统中减少了布线消耗和/或该隔振系统关于隔离件的数目能够灵活地缩放。
本发明用以达成上述目的的解决方案为根据独立权利要求之一所述的静态隔振系统、用于静态隔振系统的隔离件以及用于控制主动式静态隔振系统的方法。
本发明的优选实施方式和改进方案可以参阅从属权利要求的主题、说明书和附图。
本发明涉及一种静态隔振系统。
该静态隔振系统包括用于处理半导体器件和/或纳米结构元件的、尤其是隔振地安置的机器。在此，该机器可以例如是光刻设备、光学晶片检查设备、测量装置，例如电子束显微镜等。在隔振系统上还可以隔振地安置有实验室设备、医疗设备、尤其是成像医疗设备(例如磁共振断层造影仪)。
该静态隔振系统包括多个隔离件，借助该隔离件支撑隔振地安置的负载机构。
该隔振系统尤其是包括至少三个隔离件，在该隔离件上安置有隔离地安置的板件，该板件与布置于其上的配套设备共同形成隔振地安置的负载机构。
隔离件优选不仅在垂直方向而且在水平方向上均能发生作用。隔离件可以包括弹簧，尤其是气动弹簧。传感器、弹簧和执行器可以是这种隔离件的集成组件，也可以构造为独立的单元。在后一种情况下，传感器、弹簧和执行器的独立的、尤其是空间上相邻的单元共同形成一个逻辑单元，该逻辑单元具有主动式隔振器的功能，其不仅充当被动式弹簧，而且主动地抑制振动。
根据本发明的隔振系统包括多个执行器，借助这些执行器主动地通过产生作用于隔振地安置的负载机构的作用力来抑制振动。
执行器可以尤其构造为磁力执行器和/或气动执行器。
根据本发明，隔离件分别包括各自的控制单元，该控制单元具有数模转换器以驱动相应的执行器。
根据本发明，每个隔离件本身就包括具有处理器单元的控制单元，在该处理器单元上运行程序，从而基于传感器信号计算控制信号，以通过执行器产生反作用力。
所算出的控制信号通过数模转换器转换成例如电流，从而驱动磁力执行器。
由此可以显著减少布线消耗。
在本发明的第一种实施方式中，隔离件的控制单元与中央的控制单元相连，通过该中央的控制单元将控制信号传递到隔离件的控制单元。
控制信号是用于基于传感器信号驱动执行器并产生反作用力的信号。
因此，本发明的这第一种实施方式除非中央的、布置在隔离件中的中央的控制单元之外，还提供与之相连的控制单元，该控制单元本身计算控制信号并将其转发到隔离件中的控制单元。
本发明的这种实施方式的优点在于，在中央的控制单元中可以处理来自全部隔离件的传感器信号，从而由此生成控制信号。
由于中央的控制单元仅将控制信号(优选以数字的形式)转发到隔离件，减少了布线消耗。尤其是中央的控制单元通过总线与隔离件的控制单元相连就足够了。
在本发明的第二种实施方式中，该静态隔振系统构造成，使得隔离件的控制单元不依赖于中央的控制单元来驱动执行器。
在本发明的这种实施方式中，可以完全省去中央的控制单元。
但在本发明的这种实施方式中，各个隔离件优选尤其是通过总线系统彼此相连。这使得隔离件的相应控制单元考虑其他隔离件的传感器信号成为可能。
这样隔离件的各个非中央分布式的控制单元可以生成相互协调的控制信号，利用这些控制信号来驱动执行器。
作为中央的控制单元的替代或补充，在本发明的一种实施方式中，隔离件的控制单元也可以通过总线系统与中央的配置和/或诊断单元相连。
所连接的配置和/或诊断单元并不参与控制信号的计算，而是构造成监视单个控制单元的功能，从而例如在发生误差时生成误差消息。另外，也可以通过配置和诊断单元将数据发送到各个非中央的控制单元，从而例如使非中央的控制单元的计算例程适应于隔振系统的相应配置。
隔离件的控制单元优选与总线系统串联地连接。这样仅需铺设从一个隔离件到另一个隔离件的总线。
在本发明的优选实施方式中，总线系统构造成支持实时以太网的总线系统。
通过使用支持实时以太网的总线系统，非中央的控制单元也使得以简单的方式考虑来自其他隔离件的传感器信号成为可能。
例如可以使用符合IEC 61158-1:2014(EtherCAT)标准的总线系统作为支持实时以太网的总线系统。
优选地，隔离件的控制单元本身也分别包括模数转换器，借助该模数转换器处理传感器信号。
传感器、执行器和控制单元就是隔离件本身的一部分。
特别是提出，相应的隔离件包括至少一个弹簧、以及多个传感器和执行器、以及用于控制它们的控制单元。
隔离件仅需与电源，并优选还与总线系统相连。
将隔离件机械地与隔振地安置的负载机构相连之后，可以因此直接并无需任何其他布线地使用它们。
优选地，通过执行器在隔离件中分别在至少两个、特别优选至少三个自由度中产生补偿力。
本发明尤其是涉及一种隔振系统，在该隔振系统中隔离件中分别布置有执行器，通过该执行器在三个平移自由度和/或三个旋转自由度中产生补偿力。
根据本发明的隔振系统优选构造成，使得隔离件的数目不受中央的控制单元的限制。
本发明尤其使连接四个以上、特别优选六个以上的隔离件成为可能。
在本发明的一种改进方案中，隔离件包括气动弹簧，其中主动地通过隔离件的控制单元来驱动该气动弹簧。
在本发明的这种实施方式中，气动弹簧被主动地集成到用于隔振的控制回路中。为此，气动弹簧包括阀，该阀通过隔离件的控制单元来驱动，从而控制气动弹簧中的压力。气动弹簧的主动控制既能用于调整高度，也能主动地减少延入系统中的振动或出自隔振地安置的负载机构的振动。
本发明还涉及一种构造成用于上述隔振系统的隔离件。该隔离件可以尤其是具有全部的、与隔离件相关的上述特征。
该隔离件尤其是包括弹簧、多个执行器以及多个传感器。
该隔离件还包括控制单元。控制单元又包括计算单元，在该计算单元上运行程序，并借助该计算单元在考虑传感器信号的情况下产生控制信号，从而生成补偿力。如上所述，隔离件的组件也可以空间上彼此分开地分布在隔振系统上。
优选地，隔离件进一步包括电源接口以及总线系统的接口。
如上所述，控制单元可以通过在总线系统上的接口与其他隔离件的控制单元通信和/或与中央的控制单元和/或配置或诊断单元相连。
本发明还涉及一种用于控制主动式静态隔振系统、尤其是如上所述的隔振系统的方法。
在此，通过多个隔离件支撑隔振地安置的负载机构，并通过多个执行器主动地抑制振动。
根据本发明，分别通过隔离件各自的控制单元来驱动执行器。
通过隔离件优选基于传感器信号，不依赖于外部控制信号来提供主动隔振。
在此，在本发明的一种实施方式中提出，尤其是如果这些隔离件借助总线系统相连，则相应的控制单元完全可以考虑其他隔离件的传感器信号。
附图说明
下面参照示意性示出的实施例并结合图1至图7详细阐明本发明的主题。
图1示出了现有技术中公知的静态隔振系统的基本构型的示意图。
图2示出了本发明的第一实施例，在该第一实施例中隔离件的控制单元与中央的控制单元相连。
图3示出了隔离件仅与配置和/或诊断单元相连的实施例。
图4和图5详细阐明了根据本发明的隔振系统的简单的可扩展性。
图6示出了根据本发明的隔离件的示意图。
图7示出了根据本发明的实施例的方法步骤的流程图。
具体实施方式
图1示出现了有技术中公知的隔振系统1的基本构型的示意图。
隔振系统1包括多个隔离件2a-2d，这些隔离件包括弹簧并支撑隔振地安置的负载机构4。
隔振地安置的负载机构4可以例如包括板件，在该板件上隔振地安置有用于处理半导体器件的机器(未示出)。
每个隔离件2a-2d包括执行器5a-5d以及传感器6a-6d。通过传感器6a-6d检测隔振地安置的负载机构4的振动和/或隔离件的与底部联接的基座的振动。
传感器与中央的控制单元3相连。
控制单元3根据传感器6a-6d的信号来计算用于驱动执行器5a-5d的补偿信号。
由此形成传感器6a-6d和执行器5a-5d与控制单元3的星形连接。
这会导致昂贵的布线，尤其因为传感器6a-6d一般提供模拟信号并且因为用模拟信号驱动执行器5a-5d。
因此，控制单元不仅通过数据传输线路与隔离件2a-2d相连，而且还必须铺设一些电线，通过这些电线传输用于驱动执行器5a-5d的部分强电流。
图2示出了第一实施例中的根据本发明的隔振系统1。根据本发明，每个隔离件2a-2d包括各自的控制单元8a-8d。
通过控制单元8a-8d收集、数字化并至少预处理传感器6a-6d的数据。
在本实施例中，隔离件2a-2d通过总线系统7与中央的控制单元3相连。
中央的控制单元3收集隔离件2a-2d的数据，并根据非中央的控制单元8a-8d通过传感器6a-6d和执行器5a-5d算出的控制参数来计算用于执行器5a-5d的调节值。
这些调节值通过总线系统7传递到单个隔离件2a-2d的控制单元8a-8d。
通过总线系统7的使用减少了布线消耗。每个隔离件2a-2d仅需一根总线电缆和一个电源。
在本实施方式中，在中央的控制单元3中设置控制参数。传感器数据从隔离件2a-2d传递到中央的控制单元3。在中央的控制单元3中评估数据，并计算用于执行器5a-5d的调节值。
因为每个隔离件2a-2d具有各自的控制单元8a-8d，使得中央的控制单元3能够外包计算操作和/或将传感器数据预过滤地发送到中央的控制单元3。
图3示出本发明的替代实施例。
根据图3所示的实施例，传感器的数据直接在隔离件2a-2d的控制单元8a-8d中处理。
每个隔离件2a-2d具备各自的控制参数，根据该控制参数控制执行器5a-5d。
因此，如根据图2的实施例那样的中央的控制单元在此不是必需的。
在本实施例中，隔离件2a-2d或隔离件2a-2d的控制单元8a-8d通过总线系统7与配置和/或诊断单元9相连。
通过配置和/或诊断单元9可以与控制单元8a-8d交换数据。但配置和/或诊断单元9并不基于传感器信号计算用于驱动执行器5a-5d的控制值，而是仅用来加载用于配置和/或误差控制的数据。
如图4所示，本发明使得隔振系统1简单地关于隔离件2a-2n的数目进行缩放成为可能。
隔离件2a-2n在总线系统7上串联。
从中央的控制单元4开始，无需用于每个传感器和执行器的单独线路。
除此之外，根据图4的实施例对应于根据图2的实施例。
在所涉及的本发明的实施方式中，尽管有与隔离件2a-2n相关联的非中央的控制单元8a-8n也提供附加的中央的控制单元4。
但因为中央的控制单元4仅在总线系统7上连接，因此它可以不依赖于隔离件2a-2n的数目地参与到主动隔振中。
因此，隔离件2a-2n的数目在任何情况下受限于总线系统7的最大数据传输率，而总线系统7的最大数据传输率一般高到毫不影响实际中隔离件2a-2n的合理数目。
如图5所示，这同样适用于隔振系统1，在该隔振系统中隔离件2a-2n并不与中央的控制单元相连，而是在本实施例中仅与2配置/诊断单元9相连。
图6示意性示出了隔离件2的构型，该隔离件2可以尤其用于图2至图5所示的隔振系统。
隔离件2包括弹簧10，该弹簧在本实施例中构造为气动弹簧。
弹簧不仅在水平方向而且在垂直方向上发生作用，并将隔振地安置的负载机构4支撑在隔离件2上。
隔离件2还包括执行器5′、5″和5″′。
在本示意图中，通过执行器5′和5″产生平移的补偿力，而通过执行器5″′产生旋转的补偿力。
隔离件2具有各自的控制单元8，通过该控制单元8驱动执行器5′-5″′。
为此，控制单元8处理传感器信号。
在本实施例中，提供至少一个传感器6′，该传感器检测隔振地安置的负载机构4的振动，以及至少一个另外的传感器6″，该另外的传感器检测基座的振动，即延自底部的振动。本示意图中未示出传感器6′-6″的作用方向。应理解的是，优选地用于不同的自由度使用不同的传感器，相应地执行器5′-5″′也用于不同的自由度。
基于传感器6′和6′的信号，控制单元驱动执行器5′-5″′，从而通过产生反作用力来减少振动。
为此，控制单元8具体地包括模数转换器11，通过该模数转换器11将传感器的模拟信号转换成数字信号，该数字信号被转发到控制单元的处理器单元12，在该处理器单元12上运行程序。应理解的是，模数转换器11可以布置在隔离件2的任意位置上，例如布置在控制单元8中或布置在传感器6′-6″本身中。
通过处理器单元12产生数字的控制信号，该数字的控制信号被转发到数模转换器13。
通过数模转换器13驱动执行器5′-5″′(它们优选构造为磁力执行器)以进行主动地隔振，这是以根据数字的控制信号产生电流，磁力执行器通过该电流产生反作用力的方式。应理解的是，数模转换器13也可以布置在隔离件2的任意位置上。
在本实施例中，弹簧10也参与到主动隔振中。
通过数模转换器13还产生用于阀的模拟的控制信号，通过该模拟的控制信号控制弹簧10中的压力。
隔离件2包括总线接口14，借助该总线接口14将该隔离件2连接在总线系统7上。隔离件2或隔离件2的控制单元8可以通过总线系统7与其他隔离件和/或中央的控制单元和/或配置和/或诊断单元进行通信。
除此之外，隔离件2仅必需电源(未示出)。
图7是根据本发明的方法的基本原理的示意性流程图。
借助传感器检测振动。
根据在集成到隔离件中的控制单元中处理的传感器信号，通过集成的控制单元操驱动隔离件的执行器。
可选地，通过更高级别的中央的控制单元可以生成控制信号。
通过本发明，能够以简单的方式减少主动式隔振系统的安装消耗，同时可以提高关于隔离件数目的可扩展性。
附图标记列表
1 隔振系统
2、2a-2n 隔离件
3 中央的控制单元
4 隔振地安置的负载机构
5、5a-5n 执行器
6、6a-6n 传感器
7 总线系统
8、8a-8n 隔离件的控制单元
9 配置/诊断单元
10 弹簧
11 模数转换器
12 处理器单元
13 数模转换器
14 总线接口

Claims (15)

1.一种静态隔振系统，包括多个隔离件，借助所述隔离件支撑隔振地安置的负载机构，其中，所述隔振系统包括多个执行器，借助所述执行器主动地抑制振动，
其特征在于，所述隔离件分别包括各自的控制单元，所述控制单元具有数模转换器以驱动所述执行器。
2.根据权利要求1所述的静态隔振系统，其特征在于，所述隔离件的控制单元与中央的控制单元相连，通过所述中央的控制单元将控制信号传递到所述隔离件的控制单元。
3.根据权利要求1所述的静态隔振系统，其特征在于，所述隔离件的控制单元不依赖于所述中央的控制单元来驱动所述执行器。
4.根据前述权利要求中任一项所述的静态隔振系统，其特征在于，所述隔离件的控制单元通过总线系统彼此相连和/或与所述中央的控制单元和/或与中央配置和/或诊断单元相连。
5.根据前一项权利要求所述的静态隔振系统，其特征在于，所述隔离件的控制单元与所述总线系统串联地连接。
6.根据前两项权利要求中任一项所述的静态隔振系统，其特征在于，所述总线系统构造为支持实时以太网的总线系统，尤其是根据IEC 61158-1:2014标准。
7.根据前两项权利要求中任一项所述的静态隔振系统，其特征在于，所述隔离件的控制单元分别包括模数转换器，借助所述模数转换器处理传感器信号。
8.根据前述权利要求中任一项所述的静态隔振系统，其特征在于，所述执行器和/或传感器集成在所述隔离件中。
9.根据前述权利要求中任一项所述的静态隔振系统，其特征在于，通过所述执行器在至少两个、优选至少三个自由度中产生补偿力，其特征尤其在于，通过所述执行器在三个平移自由度和/或三个旋转自由度中产生补偿力。
10.根据前述权利要求中任一项所述的静态隔振系统，其特征在于，所述隔振系统包括隔振地安置的机器，所述隔振地安置的机器是用于处理、尤其是加工或测量半导体器件和/或纳米结构元件和/或实验室设备、医疗设备、尤其是磁共振断层造影仪。
11.根据前述权利要求中任一项所述的静态隔振系统，其特征在于，所述隔振系统构造成，使得所述隔离件的数目不受中央的控制单元的限制。
12.根据前述权利要求中任一项所述的静态隔振系统，其特征在于，所述隔离件分别包括气动弹簧，其中通过所述隔离件的控制单元主动地驱动所述气动弹簧。
13.一种隔离件，所述隔离件构造用于根据前述权利要求中任一项所述的静态隔振系统。
14.一种控制主动式静态隔振系统、尤其是根据权利要求1所述的静态隔振系统的方法，其中通过多个隔离件支撑隔振地安置的负载机构，并且通过多个执行器主动地抑制振动，
其特征在于，通过所述隔离件各自的控制单元来驱动所述执行器。
15.根据前一项权利要求所述的方法，其特征在于，通过所述隔离件基于传感器信号不依赖于外部控制信号地提供主动隔振。
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