JP2006022858A - Vibration resistant apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体製造装置や電子顕微鏡等に設置床から伝わる振動を遮断し、又は製品の歩留りや測定観測精度等に悪影響を与える装置自身の振動を抑制する高精度の除振装置に関する。特に、鉛直方向の支持力を主に空気ばねで分担し、精密な除振制御を主に電磁アクチュエータで分担する空気ばね・電磁アクチュエータ併用型の除振装置に関するものである。 The present invention relates to a high-accuracy vibration isolation device that blocks vibration transmitted from an installation floor to a semiconductor manufacturing apparatus, an electron microscope, or the like, or suppresses vibration of the apparatus itself that adversely affects product yield, measurement observation accuracy, and the like. In particular, the present invention relates to an air spring / electromagnetic actuator combined type vibration isolation device in which a vertical support force is mainly allocated by an air spring and precise vibration isolation control is mainly allocated by an electromagnetic actuator.
従来より振動を嫌う半導体製造装置や電子顕微鏡等の機械装置は、除振装置に搭載されて工場等に設置されていた。古くからある空気ばねやゴムなどを用いた受動制御型の除振装置に代わり、高性能の除振を実現できる電磁アクチュエータを用いた磁気浮上による除振装置(アクティブ除振装置)が開発されている。ところで、アクティブ制御を行う場合、除振テーブルと搭載物の重量が重いと、電磁アクチュエータの発生する力だけでこれを浮上支持するには、必要となる制御力が大きくなりすぎる。そこで、電磁アクチュエータと空気ばねを併用して搭載物の重量を支えるように構成した除振装置がある。 Conventionally, a mechanical device such as a semiconductor manufacturing apparatus and an electron microscope that is not susceptible to vibration has been installed in a vibration isolator and installed in a factory or the like. An anti-vibration device (active anti-vibration device) using magnetic levitation using an electromagnetic actuator that can realize high-performance vibration isolation has been developed in place of the traditional passive vibration isolator using air springs and rubber. Yes. By the way, when performing the active control, if the weight of the vibration isolation table and the mounted object is heavy, the necessary control force is too large to support the suspension with only the force generated by the electromagnetic actuator. Therefore, there is a vibration isolator configured to support the weight of the load using an electromagnetic actuator and an air spring in combination.
即ち、機械装置を載置した除振テーブルの重量の大部分を空気ばねで支持すると共に、電磁アクチュエータの制御でその振動を除去する構成である。この除振装置では、空気ばねによって除振テーブルと搭載物を安定した状態で浮上支持した後に、電磁アクチュエータによる制御を加え、より精密かつ安定な状態で除振を行う。 In other words, the majority of the weight of the vibration isolation table on which the mechanical device is mounted is supported by the air spring, and the vibration is removed by controlling the electromagnetic actuator. In this vibration isolation device, the vibration isolation table and the mounted object are levitated and supported in a stable state by an air spring, and then controlled by an electromagnetic actuator to perform vibration isolation in a more precise and stable state.
ところで、この除振装置では、空気ばねで除振テーブルの鉛直方向の位置決めをすると共にその振動の抑制もしている。更に、電磁アクチュエータで、主に除振テーブルの振動を抑制すると共にその鉛直方向及び水平方向の位置決めも行っている。即ち、空気ばねと電磁アクチュエータの両方で、除振テーブルの位置制御及び振動制御を行っている。そのため、除振テーブルの位置を検出する変位センサから出力された変位センサ信号と、除振テーブルの振動を検出する加速度センサから出力された加速度信号を共に同一の制御回路に送り、該制御回路によって空気ばねと電磁アクチュエータの両方の動作を制御するように構成されていた。 By the way, in this vibration isolator, the vibration damping table is suppressed while positioning the vibration isolating table in the vertical direction with an air spring. Further, the electromagnetic actuator mainly suppresses vibration of the vibration isolation table and positions the vertical and horizontal directions. That is, the position control and vibration control of the vibration isolation table are performed by both the air spring and the electromagnetic actuator. Therefore, both the displacement sensor signal output from the displacement sensor that detects the position of the vibration isolation table and the acceleration signal output from the acceleration sensor that detects the vibration of the vibration isolation table are sent to the same control circuit. It was configured to control the operation of both the air spring and the electromagnetic actuator.
しかしながら、空気ばねは大きな力を発生する能力はあるが、高い周波数には追従できないという性質を有する一方、電磁アクチュエータは高い周波数の力は出せるが、あまり大きな力を発生することができないという性質を有する。このように、空気ばねと電磁アクチュエータは互いに全く異なる性質を有する。そのため、上記のように空気ばねと電磁アクチュエータの両方を同一の制御回路で制御するように構成すると、これらを効率よく高精度に制御して除振することができないという問題があった。 However, the air spring has the ability to generate a large force, but has the property that it cannot follow a high frequency, while the electromagnetic actuator has the property that it can generate a high frequency force but cannot generate a very large force. Have. Thus, the air spring and the electromagnetic actuator have completely different properties. For this reason, if both the air spring and the electromagnetic actuator are controlled by the same control circuit as described above, there is a problem that they cannot be efficiently controlled with high accuracy to be isolated.
本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、空気ばねと電磁アクチュエータのそれぞれの特徴を生かして効率的に除振制御を行うことができる除振装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described points, and an object of the present invention is to provide a vibration isolation device capable of efficiently performing vibration isolation control utilizing the characteristics of the air spring and the electromagnetic actuator. .
本願の請求項1に記載の発明は、対象物を載置する除振テーブルと、除振テーブルを浮上支持し位置決めする空気ばねと、除振テーブルの振動を制御する電磁アクチュエータとを備えた除振装置において、空気ばねを制御する第1の制御回路と電磁アクチュエータを制御する第2の制御回路とをそれぞれ別個に設けたことを特徴とする。 The invention described in claim 1 of the present application includes a vibration isolation table on which an object is placed, an air spring that supports and positions the vibration isolation table, and an electromagnetic actuator that controls vibration of the vibration isolation table. The vibration device is characterized in that a first control circuit for controlling the air spring and a second control circuit for controlling the electromagnetic actuator are separately provided.
本願の請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の除振装置において、除振テーブルの振動を検出する加速度センサと除振テーブルの位置を検出する変位センサを具備し、第1の制御回路は、変位センサからの変位信号を入力信号として空気ばねに除振テーブルの位置制御を行わせる機能を備え、第2の制御回路は、加速度センサからの加速度信号を入力信号として電磁アクチュエータに除振テーブルの振動制御を行わせる機能を備えたことを特徴とする。 The invention according to claim 2 of the present application is the vibration isolation device according to claim 1, further comprising an acceleration sensor for detecting vibration of the vibration isolation table and a displacement sensor for detecting the position of the vibration isolation table. The control circuit has a function of causing the air spring to control the position of the vibration isolation table using the displacement signal from the displacement sensor as an input signal, and the second control circuit uses the acceleration signal from the acceleration sensor as an input signal to the electromagnetic actuator. It has a function of performing vibration control of the vibration isolation table.
本願の請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の除振装置において、第1の制御回路と第2の制御回路は共にデジタル制御回路を具備することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the vibration isolation device according to the first or second aspect, both the first control circuit and the second control circuit include a digital control circuit.
本願請求項1に記載の発明によれば、空気ばねを制御する第1の制御回路と電磁アクチュエータを制御する第2の制御回路とをそれぞれ別個に設けたので、空気ばねと電磁アクチュエータをそれぞれの特徴を生かしながら効率良く制御することができる。また、第1の制御回路と第2の制御回路の構成が簡単になると共にその小型化を図ることができ、除振装置の構成が簡単で安価となる。 According to the first aspect of the present invention, the first control circuit for controlling the air spring and the second control circuit for controlling the electromagnetic actuator are provided separately. It is possible to control efficiently while taking advantage of the features. Further, the configuration of the first control circuit and the second control circuit is simplified and the size thereof can be reduced, and the configuration of the vibration isolation device is simple and inexpensive.
本願請求項2に記載の発明によれば、第1の制御回路は、変位センサからの変位信号を入力して空気ばねに除振テーブルの位置制御を行わせ、第2の制御回路は、加速度センサからの加速度信号を入力して電磁アクチュエータに除振テーブルの振動制御を行わせるので、空気ばねと電磁アクチュエータをそれぞれの特徴を生かしながら効率良く高精度に制御することができる。 According to the second aspect of the present invention, the first control circuit inputs the displacement signal from the displacement sensor and causes the air spring to control the position of the vibration isolation table, and the second control circuit includes the acceleration signal. Since the acceleration signal from the sensor is input and the vibration control of the vibration isolation table is performed by the electromagnetic actuator, the air spring and the electromagnetic actuator can be efficiently and accurately controlled while taking advantage of the respective characteristics.
本願請求項3に記載の発明によれば、第1の制御回路と第2の制御回路は共にデジタル制御回路を具備するので、空気ばね及び電磁アクチュエータをそれぞれの特徴を生かしながら高精度に且つ適切に制御することができる。 According to the third aspect of the present invention, since the first control circuit and the second control circuit are both equipped with digital control circuits, the air spring and the electromagnetic actuator are used with high accuracy and appropriateness while taking advantage of the respective characteristics. Can be controlled.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態にかかる除振装置1の構成例を示す図で、同図(a)は除振装置1の平面図であり、同図(b)は側面図である。除振装置1は、電子顕微鏡、半導体製造装置等の精密機械等である載置物(対象物)2を載せる除振テーブル3が、空気ばね10と電磁アクチュエータ20を備えたアクチュエータユニット30によって架台4の上で支持された構成である。架台4は、載置台5及び支持脚6を介して設置面7上に設置されている。本実施形態では、除振テーブル3が四個に分かれて配置されている場合を示したが、除振テーブル3は一枚で構成されていても良い。アクチュエータユニット30は、各除振テーブル3の下部にそれぞれ配置されている。空気ばね10には空気ばね制御回路(第1の制御回路)40が接続され、電磁アクチュエータ20には電磁アクチュエータ制御回路(第2の制御回路)50が接続されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a vibration isolation device 1 according to an embodiment of the present invention, where FIG. 1A is a plan view of the vibration isolation device 1 and FIG. 1B is a side view thereof. . The vibration isolation device 1 includes a vibration isolation table 3 on which a placement object (object) 2, which is a precision machine such as an electron microscope or a semiconductor manufacturing apparatus, is mounted on a
除振テーブル3には、その振動を検出する加速度センサAZ1〜AZ3が設置されている。加速度センサAZ1〜AZ3は除振テーブル3の振動を検出できる位置であれば、どの位置に設置しても良い。好ましくは、鉛直方向の移動量が一番大きい除振テーブル3の隅に設置する。図1では除振テーブル3のうち3つの除振テーブル3の隅にそれぞれ設置している。 The vibration isolation table 3 is provided with acceleration sensors AZ1 to AZ3 that detect the vibration. The acceleration sensors AZ1 to AZ3 may be installed at any position as long as the vibration of the vibration isolation table 3 can be detected. Preferably, it is installed at the corner of the vibration isolation table 3 having the largest amount of movement in the vertical direction. In FIG. 1, three of the vibration isolation tables 3 are installed at the corners of the vibration isolation tables 3.
また、図1では図示を省略するが、除振テーブル3にはその位置を検出する変位センサZ1〜Z4(図3参照)が設置されている。変位センサZ1〜Z4は、除振テーブル3の位置測定の精度を高めるために、例えば各除振テーブル3の下面のアクチュエータユニット30の近傍等に配置する。あるいは、下記のように電磁アクチュエータ20に組み込むこともできる。
Although not shown in FIG. 1, the vibration isolation table 3 is provided with displacement sensors Z1 to Z4 (see FIG. 3) for detecting the position. The displacement sensors Z <b> 1 to Z <b> 4 are disposed, for example, in the vicinity of the
アクチュエータユニット30の構成を説明する。空気ばね10は、空気圧により除振テーブル3を鉛直方向に浮上支持し位置決めするものである。一方、図2は、電磁アクチュエータ20の構成を示す概略側断面図である。同図に示すように、電磁アクチュエータ20は可動部21と固定部22を具備し、固定部22には、可動部21の軸部21aの外周を囲む位置に、可動部21の水平方向の振動を制御するラジアル磁気コイル23が設置されている。また、軸部21aの下端に設けたアキシャルディスク24の上下を挟む位置に、可動部21の鉛直方向の振動を制御するアキシャル磁気コイル25が設置されている。
The configuration of the
さらに軸部21aの外周に対向する位置には、可動部21の水平方向の変位を検出するラジアル変位センサ26が配置され、アキシャルディスク24の下面に設置したセンサターゲット27に対向する位置には、可動部21の鉛直方向の変位を検出するアキシャル変位センサ28が配置されている。これらラジアル変位センサ26とアキシャル変位センサ28とで変位センサZ1(又はZ2〜Z4のいずれか)が構成されている。可動部21は除振テーブル3に固定され、固定部22は架台4に固定されている。この電磁アクチュエータ20のラジアル磁気コイル23及びアキシャル磁気コイル25は、電磁アクチュエータ制御回路50により制御され、除振テーブル3の振動を除去するようになっている。また、ラジアル磁気コイル23及びアキシャル磁気コイル25で除振テーブル3の位置決めをすることもできる。
Further, a
図1では、アクチュエータユニット30として、それぞれ別個に構成された空気ばね10と電磁アクチュエータ20が並んで配置されたものを示したが、アクチュエータユニット30はこれに限定されず、空気ばね10の内部に電磁アクチュエータ20を設置したものや、電磁アクチュエータ20の内部に空気ばね10を備えたものでもよい。
In FIG. 1, the
図3に、空気ばね10を制御する空気ばね制御回路40のブロック構成を示し、図4に電磁アクチュエータ20を制御する電磁アクチュエータ制御回路50のブロック構成を示す。これら空気ばね制御回路40と電磁アクチュエータ制御回路50はそれぞれ別個に設けられている。まず、空気ばね制御回路40は、A/D変換器41、モード演算器42、コントローラ43、モード分配器44、D/A変換器45を備えて構成される。この空気ばね制御回路40には、変位センサZ1〜Z4で検出された除振テーブル3の各変位信号が入力され、A/D変換器41でA/D変換されて、モード演算器42に入力される。該モード演算器42で各変位信号のモード演算が行われて、各変位信号が所定の各運動モード別変位信号Z,α,βに変換される。各運動モード別変位信号Z,α,βはそれぞれコントローラ43に入力されて指令電圧等との演算処理が行われる。ここで、コントローラ43はデジタル制御回路であり、プログラムにより任意の設定が可能である。コントローラ43で演算処理された運動モード別変位信号Z,α,βは、モード分配器44に入力されて各空気ばね10を駆動制御する駆動信号Faz1〜Faz4に変換される。該駆動信号Faz1〜Faz4は、D/A変換器45に入力され各制御バルブ15を介して各空気ばね10に出力される。このように、変位センサZ1〜Z4の出力信号に基づいて各空気ばね10の空気圧を制御することで、除振テーブル3を一定の目標位置に位置決めして浮上制御する。
FIG. 3 shows a block configuration of an air
一方、電磁アクチュエータ制御回路50は、空気ばね制御回路40と同様、A/D変換器51、モード演算器52、コントローラ53、モード分配器54、D/A変換器55を備えて構成される。この電磁アクチュエータ制御回路50には、加速度センサAZ1〜AZ3で検出された除振テーブル3の各振動信号が入力され、A/D変換器51でA/D変換されて、モード演算器52に入力される。該モード演算器52で各振動信号のモード演算が行われ、所定の各運動モード別制御信号Z,α,βに変換される。各運動モード別振動信号Z,α,βはそれぞれコントローラ53に入力されて指令電圧等との演算処理が行われる。コントローラ53はデジタル制御回路であり、プログラムにより任意の設定が可能である。コントローラ53で演算処理された各運動モード別振動信号Z,α,βは、モード分配器54に入力されて各電磁アクチュエータ20を駆動制御する制御信号Faz1〜Faz4に変換される。該制御信号Faz1〜Faz4は、D/A変換器55に入力されて各電流増幅器29を介して各電磁アクチュエータ20に出力される。このように、加速度センサAZ1〜AZ3の出力信号に基づいて電磁アクチュエータ20を駆動制御することで、除振テーブル3の振動を制御する。
On the other hand, similarly to the air
このように、空気ばね10を制御する空気ばね制御回路40と電磁アクチュエータ20を制御する電磁アクチュエータ制御回路50をそれぞれ別個に設け、空気ばね制御回路40と空気ばね10で除振テーブル3の位置制御を行い、電磁アクチュエータ制御回路50と電磁アクチュエータ20で除振テーブル3の振動制御を行うように構成したので、空気ばね10と電磁アクチュエータ20を、それぞれの特徴を生かしながら効率良く高精度に制御することができる。また、除振装置の小型化、及びコストの削減を図ることができる。さらに、空気ばね制御回路40と電磁アクチュエータ制御回路50とは共にデジタル制御回路を備えているので、空気ばね10及び電磁アクチュエータ20を、それぞれの特徴を生かしながら精度良く且つ適切に制御することができる。
As described above, the air
この除振装置1では、上記のように空気ばね10を除振テーブル3の位置制御だけに使用する場合には、空気ばね制御回路40において、変位センサZ1〜Z4の出力信号の直流成分を含む低周波部分だけを制御すればよいので、A/D変換器41のサンプリング周波数はそれほど高くする必要はない。一方、電磁アクチュエータ20に関しては、加速度センサAZ1〜AZ3から出力された加速度信号による振動制御を行うため応答速度が要求されるので、電磁アクチュエータ制御回路50において、A/D変換器51のサンプリング周波数は高いものを選ぶ必要があるが、電磁アクチュエータ20は十分な応答速度を備えているので、そのための特別な機構などを設ける必要はない。また、電磁アクチュエータ20で除振テーブル3の位置制御を行わないように構成したことで、電磁アクチュエータ20では直流電流による大きい力を発生させる必要が無いので、電流増幅器29から出力される電流の容量を少なくすることができると共に、電磁アクチュエータ20自体の大きさも小型化することができる。従って、除振装置1のコンパクト化を図ることができる。
In the vibration isolator 1, when the
なお、空気ばね制御回路40や電磁アクチュエータ制御回路50の構成は上記に限定されるのではなく、空気ばね制御回路40は、変位センサZ1〜Z4の出力信号により空気ばね10に除振テーブル3の位置制御を行わせるものであればどのような構成でもよく、電磁アクチュエータ制御回路50は、加速度センサAZ1〜AZ3の出力信号により電磁アクチュエータ20に除振テーブル3の振動制御を行わせるものであれば、他の構成でもよい。
The configurations of the air
以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載のない何れの形状や材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the technical idea described in the claims and the specification and drawings. Is possible. Note that any shape or material not directly described in the specification and drawings is within the scope of the technical idea of the present invention as long as the effects and advantages of the present invention are achieved.
1 除振装置
2 載置物
3 除振テーブル
4 架台
5 載置台
6 支持脚
7 設置面
8 加速度センサ
10 空気ばね
15 制御バルブ
20 電磁アクチュエータ
21 可動部
21a 軸部
22 固定部
23 ラジアル磁気コイル
24 アキシャルディスク
25 アキシャル磁気コイル
26 ラジアル変位センサ
27 センサターゲット
28 アキシャル変位センサ
29 電流増幅器
30 アクチュエータユニット
40 空気ばね制御回路
41 A/D変換器
42 モード演算器
43 コントローラ
44 モード分配器
45 D/A変換器
50 電磁アクチュエータ制御回路
51 A/D変換器
52 モード演算器
53 コントローラ
54 モード分配器
55 D/A変換器
Z1〜Z4 変位センサ
AZ1〜AZ4 加速度センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vibration isolator 2
Claims (3)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004199745A JP2006022858A (en) | 2004-07-06 | 2004-07-06 | Vibration resistant apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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ID=35796286
Family Applications (1)
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JP2004199745A Pending JP2006022858A (en) | 2004-07-06 | 2004-07-06 | Vibration resistant apparatus |
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JP (1) | JP2006022858A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101318153B1 (en) | 2013-05-15 | 2013-10-16 | 주식회사 야호텍 | Frame for coil winding device of blush less direct current motor |
CN105301968A (en) * | 2015-11-30 | 2016-02-03 | 哈尔滨工业大学 | Stewart platform active vibration isolation control method based on backstepping sliding mode technology |
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2004
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CN105301968B (en) * | 2015-11-30 | 2018-04-24 | 哈尔滨工业大学 | A kind of Stewart platform active vibration isolation control methods based on contragradience sliding mode technology |
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