JP2015075909A - Active vibration isolator - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve vibration isolation performance of an active vibration isolator.SOLUTION: A feedforward vibration control unit 3b calculates a feedforward control reference variable Uφ in a φ direction that is a rotation direction around the x-axis corresponding to acceleration speeds z0", x0", y0" representing vibrational states of a floor, and determines a feedforward control input U2 by multiplying the feedforward control reference variable Uφ by an inverse function of a transfer function T representing characteristics of a servo valve 22a and a pneumatic spring 20a, and inverts the feedforward control input U2 to be added to an input to the servo valve 22a. Thus, vibration in the φ direction of a center of gravity of supported bodies 1, D that is formed by coupling vibrations of the z-axis, x-axis and y-axis of the floor F can be isolated.

Description

本発明は、例えば半導体製造装置や精密計測装置等を基礎の振動から略絶縁した状態とするためのアクティブ除振装置に関し、特に、基礎の振動状態に基づいて被支持体への伝達振動を推定し、この伝達振動を打ち消すような制御振動をアクチュエータにより付加するフィードフォワード制御の技術分野に属する。   The present invention relates to an active vibration isolator for, for example, a semiconductor manufacturing apparatus, a precision measuring apparatus, and the like that are substantially insulated from basic vibrations, and in particular, estimates transmission vibration to a supported body based on the basic vibration state. In addition, the present invention belongs to the technical field of feedforward control in which a control vibration that cancels the transmission vibration is added by an actuator.

従来より、この種のアクティブ除振装置として、例えば特許文献1に開示された除振台が知られている。図4は、この特許文献1に開示された除振台100の概略構成を模式的に示す図である。   Conventionally, as this type of active vibration isolation device, for example, a vibration isolation table disclosed in Patent Document 1 is known. FIG. 4 is a diagram schematically showing a schematic configuration of the vibration isolation table 100 disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG.

この除振台100は、床200(基礎)上に配設された4基のダイヤフラム形空気ばねからなるアイソレータ300,300,…と、これらアイソレータ300,300,…の上部に搭載された定盤400とを備え、この定盤400上に除振対象物である機器500が設置されている。これら定盤400及び機器500がアイソレータ300,300,…の被支持体となっている。   This vibration isolation table 100 is composed of four diaphragm type air springs arranged on a floor 200 (foundation), and a surface plate mounted on top of these isolators 300, 300,. 400, and a device 500 that is a vibration isolation object is installed on the surface plate 400. The surface plate 400 and the device 500 are supported bodies of the isolators 300, 300,.

各アイソレータ300には、被支持体400,500の上下方向の加速度z"と当該被支持体の基礎に対する上下方向の変位z−z0とをそれぞれ検出する加速度センサ及び変位センサが設けられているとともに、床の上下方向の加速度z0"を検出する加速度センサが設けられている。尚、図4にはいずれのセンサも図示していない。これら各センサからの出力信号はそれぞれ図示しないコントローラに入力され、該コントローラがアイソレータ300を構成する空気ばねに対する空気の給排流量を調整する。   Each isolator 300 is provided with an acceleration sensor and a displacement sensor for detecting the vertical acceleration z ″ of the supported bodies 400 and 500 and the vertical displacement z−z0 with respect to the foundation of the supported body. An acceleration sensor for detecting the acceleration z0 "in the vertical direction of the floor is provided. FIG. 4 does not show any sensor. Output signals from these sensors are respectively input to a controller (not shown), and the controller adjusts the air supply / discharge flow rate with respect to the air spring constituting the isolator 300.

そして、上記アクティブ除振装置100は、加速度センサにより床200の振動状態を検出し、この振動が被支持体400,500に伝達するのに対応して、その伝達振動を打ち消すような逆位相の制御振動を空気ばねにより発生させる。上下方向に関しては、床の上下方向の振動、即ち床200の上下方向の加速度z0"を検出して、被支持体の上下方向の振動をフィードフォワード制御で抑制する。水平方向に関しても同様に、床200の水平方向の振動、即ち床200の水平方向の加速度x0",y0"を検出して、被支持体の水平方向の振動をフィードフォワード制御で抑制する。   The active vibration isolator 100 detects the vibration state of the floor 200 with an acceleration sensor, and in response to the vibration being transmitted to the supported bodies 400 and 500, the anti-vibration device 100 has an opposite phase to cancel the transmitted vibration. Control vibration is generated by an air spring. Regarding the vertical direction, the vibration in the vertical direction of the floor, that is, the acceleration z0 "in the vertical direction of the floor 200 is detected and the vertical vibration of the supported body is suppressed by feedforward control. The horizontal vibration of the floor 200, that is, the horizontal acceleration x0 ", y0" of the floor 200 is detected, and the horizontal vibration of the supported body is suppressed by feedforward control.

特許第3856676号公報Japanese Patent No. 3856676

ところで、特許文献1のアクティブ除振装置100は、床200の或る自由度方向の振動により被支持体が当該或る自由度方向に振動するものとして除振制御を行っている。即ち、アクティブ除振装置100は、例えば上下、前後及び左右の直交座標系において、床200の上下方向の振動により被支持体が上下方向に振動し、床200の前後方向の振動により被支持体が前後方向に振動し、さらに、床200の左右方向の振動により被支持体が左右方向に振動するものとして除振制御を行っている。   By the way, the active vibration isolator 100 of Patent Document 1 performs vibration isolation control on the assumption that the supported body vibrates in a certain degree of freedom direction due to vibration of the floor 200 in a certain degree of freedom direction. That is, in the active vibration isolator 100, the supported body vibrates in the vertical direction due to the vertical vibration of the floor 200 in the vertical coordinate system, for example, the vertical, front and back, and left and right, and the supported body due to the vibration in the longitudinal direction of the floor 200. The vibration isolation control is performed on the assumption that the support body vibrates in the left-right direction due to the vibration in the left-right direction of the floor 200.

しかしながら、実際は、図4に示すように、床200が被支持体400,500の重心Gを通らないこと等から、例えば上下、前後及び左右の直交座標系における6自由度のいずれかの方向に床200が振動するときに、これに連成して別の自由度方向の振動が励起されることがある。具体的には、例えば、図4において床200が振動して左向きの力Fxが発生すると、y軸の周りには図の時計回りのモーメント力(=Fx×d1)が発生し、これにより振動が励起される。つまり、床200のx方向への振動によってy軸周りのθ方向に振動が連成する。   However, in actuality, as shown in FIG. 4, the floor 200 does not pass through the center of gravity G of the supported bodies 400 and 500, and so on. When the floor 200 vibrates, vibration in another direction of freedom may be excited in combination with the floor 200. Specifically, for example, when the floor 200 vibrates in FIG. 4 to generate a leftward force Fx, a clockwise moment force (= Fx × d1) in the figure is generated around the y-axis, thereby vibrating. Is excited. That is, the vibration is coupled in the θ direction around the y axis by the vibration of the floor 200 in the x direction.

そうすると、特許文献1のアクティブ除振装置100は、床200の或る自由度方向の振動によって連成される被支持体400,500の他の自由度方向の振動を除振することができず、除振性能が不十分である。   Then, the active vibration isolator 100 of Patent Document 1 cannot dampen vibrations in other degrees of freedom of the supported bodies 400 and 500 coupled by vibrations in the direction of certain degrees of freedom of the floor 200. The vibration isolation performance is insufficient.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、アクティブ除振装置の除振性能を向上させることにある。   The present invention has been made in view of this point, and an object thereof is to improve the vibration isolation performance of the active vibration isolation device.

上記の目的を達成するために、本発明は、基礎の或る自由度方向の振動によって連成される被支持体の他の自由度方向の振動をフィードフォワード制御によって除振するものである。   In order to achieve the above object, the present invention isolates vibrations in the other direction of freedom of the supported body coupled by vibrations in a certain degree of freedom of the foundation by feedforward control.

具体的には、本発明は、被支持体を基礎に対して弾性的に支持する弾性体と、上記基礎の振動状態を検出する基礎側振動センサと、該基礎側振動センサの検出する振動状態に基づいてアクチュエータを制御して、上記被支持体に対して上記基礎から伝達する振動と逆位相の制御振動を付加する制御手段と、を備えたアクティブ除振装置を対象とし、次のような解決手段を講じた。   Specifically, the present invention provides an elastic body that elastically supports a supported body with respect to a foundation, a foundation-side vibration sensor that detects a vibration state of the foundation, and a vibration state that is detected by the foundation-side vibration sensor. And a control means for controlling the actuator based on the control and applying a control vibration having an opposite phase to the vibration transmitted from the foundation to the supported body. A solution was taken.

すなわち、第1の発明は、上記制御手段は、上記基礎の各自由度方向のうち或る方向の振動に連成して別の自由度方向に現れる上記被支持体の連成振動を減殺すべく、上記基礎側振動センサの検出する当該或る方向の振動状態と該或る方向の振動から上記被支持体の6自由度方向に伝わる力の伝達関数とに基づいて上記アクチュエータへのフィードフォワード操作基準量を求め、該フィードフォワード操作基準量に上記アクチュエータの伝達関数の逆関数を乗じて上記アクチュエータへのフィードフォワード操作量を求め、該フィードフォワード操作量に基づいて上記アクチュエータを制御して、上記被支持体に上記制御振動を付加することを特徴とする。   That is, in the first invention, the control means attenuates the coupled vibration of the supported body that appears in another direction of freedom coupled to the vibration in a certain direction among the directions of freedom of the foundation. Therefore, based on the vibration state in the certain direction detected by the fundamental vibration sensor and the transfer function of the force transmitted from the vibration in the certain direction to the six-degree-of-freedom direction of the supported body, feed forward to the actuator is performed. Obtaining an operation reference amount, multiplying the feedforward operation reference amount by an inverse function of the transfer function of the actuator to obtain a feedforward operation amount to the actuator, and controlling the actuator based on the feedforward operation amount; The control vibration is added to the supported body.

第1の発明によれば、アクチュエータが被支持体に対して6自由度の各自由度方向に制御力を付加可能に設けられている。そして、制御手段は、振動センサが検出する基礎の各自由度方向のうち或る方向の振動状態と、該或る方向から被支持体の6自由度方向に伝わる力の伝達関数とから、アクチュエータへのフィードフォワード操作基準量を求める。ここで、このフィードフォワード操作基準量に基づいてアクチュエータを制御すると、アクチュエータ固有の伝達関数の影響で当該フィードフォワード操作基準量が変化し、被支持体に適切な制御振動を付加することができない。そのため、当該フィードフォワード操作基準量にアクチュエータの伝達関数の逆数を乗じてフィードフォワード操作量を求め、このフィードフォワード操作量に基づいてアクチュエータを制御する。そうすると、基礎の6自由度方向の振動によって連成された被支持体の当該6自由度方向の振動と逆位相の制御振動を被支持体に対して付加することができる。このように、基礎の各自由度方向の振動によって連成された被支持体の別の各自由度方向の振動を除振することができるため、アクティブ除振装置の除振性能を向上させることができる。   According to the first invention, the actuator is provided so that a control force can be applied to each of the six degrees of freedom with respect to the supported body. Then, the control means includes an actuator based on a vibration state in a certain direction among the directions of freedom of the foundation detected by the vibration sensor and a transfer function of a force transmitted from the certain direction to the six degrees of freedom direction of the supported body. Calculate the feedforward operation reference amount to. Here, if the actuator is controlled based on this feedforward operation reference amount, the feedforward operation reference amount changes due to the influence of the transfer function unique to the actuator, and appropriate control vibration cannot be applied to the supported body. Therefore, the feedforward operation amount is obtained by multiplying the feedforward operation reference amount by the reciprocal of the transfer function of the actuator, and the actuator is controlled based on the feedforward operation amount. Then, the control vibration having the opposite phase to the vibration in the 6-degree-of-freedom direction of the supported body coupled by the vibration in the 6-degree-of-freedom direction of the foundation can be added to the supported body. In this way, vibrations in each direction of freedom of the supported body coupled by vibrations in each direction of freedom of the foundation can be isolated, thus improving the vibration isolation performance of the active vibration isolation device. Can do.

第2の発明は、第1の発明において、上記被支持体の振動状態を検出する被支持体側振動センサをさらに備え、上記制御手段は、該被支持体側振動センサの検出する振動状態に基づいて、上記被支持体の振動が小さくなるように上記アクチュエータをフィードバック制御することを特徴とする。   A second invention further comprises a supported-body-side vibration sensor for detecting a vibration state of the supported body in the first invention, and the control means is based on the vibration state detected by the supported-body-side vibration sensor. The actuator is feedback-controlled so that the vibration of the supported body is reduced.

第2の発明によれば、被支持体の実際の振動状態に応じて、この振動を抑えるようにアクチュエータを作動させることができる。   According to the second invention, the actuator can be operated so as to suppress this vibration in accordance with the actual vibration state of the supported body.

第3の発明は、第1又は第2の発明において、上記基礎側振動センサは、加速度センサ又は絶対速度センサであることを特徴とする。   According to a third invention, in the first or second invention, the basic vibration sensor is an acceleration sensor or an absolute velocity sensor.

第3の発明によれば、基礎の振動状態を検出する手段として加速度センサ又は絶対速度センサを用いるので、基礎の振動状態を精度良く検出することができる。したがって、基礎の振動状態を精度良く検出しながらフィードフォワード制御を行うことができるので、被支持体に対しその振動を減殺するように適切な制御力を付加することができる。   According to the third invention, since the acceleration sensor or the absolute speed sensor is used as means for detecting the vibration state of the foundation, the vibration state of the foundation can be detected with high accuracy. Therefore, since feedforward control can be performed while accurately detecting the vibration state of the foundation, an appropriate control force can be applied to the supported body so as to reduce the vibration.

第4の発明は、第2の発明において、上記被支持体側振動センサは、加速度センサ又は絶対速度センサであることを特徴とする。   According to a fourth invention, in the second invention, the supported-body vibration sensor is an acceleration sensor or an absolute velocity sensor.

第4の発明によれば、被支持体の振動状態を検出する手段として加速度センサ又は絶対速度センサを用いるので、被支持体の振動状態を精度良く検出することができる。したがって、被支持体の振動状態を精度良く検出しながらフィードバック制御を行うことができるので、被支持体に対しその振動を減殺するように適切な制御力を付加することができる。   According to the fourth invention, since the acceleration sensor or the absolute velocity sensor is used as the means for detecting the vibration state of the supported body, the vibration state of the supported body can be detected with high accuracy. Therefore, since feedback control can be performed while accurately detecting the vibration state of the supported body, an appropriate control force can be applied to the supported body so as to reduce the vibration.

第5の発明は、第1乃至第4のいずれか1つの発明において、上記基礎に対する上記被支持体の変位を検出する変位センサをさらに備え、上記制御手段は、該変位センサの検出する変位に基づいて、上記変位が略一定となるように上記アクチュエータをフィードバック制御することを特徴とする。   A fifth invention according to any one of the first to fourth inventions further comprises a displacement sensor for detecting a displacement of the supported body with respect to the foundation, and the control means is adapted to detect the displacement detected by the displacement sensor. Based on the above, the actuator is feedback-controlled so that the displacement becomes substantially constant.

第5の発明によれば、基礎に対する被支持体の相対変位が略一定となるので、被支持体の基礎に対する位置が保持される。   According to the fifth aspect, since the relative displacement of the supported body with respect to the foundation is substantially constant, the position of the supported body with respect to the foundation is maintained.

第6の発明は、第1乃至第5のいずれか1つの発明において、上記基礎側振動センサは、上記基礎の上下方向、前後方向及び左右方向の振動を検出する3つのセンサで構成されていることを特徴とする。   According to a sixth invention, in any one of the first to fifth inventions, the foundation-side vibration sensor includes three sensors that detect vibrations in the vertical direction, the front-rear direction, and the left-right direction of the foundation. It is characterized by that.

第6の発明によれば、基礎の回転方向の振動も考慮して除振制御するには、基礎に最低6個の振動センサを取り付ける必要があるが、一般に、床面等からなる基礎の回転方向の振動は非常に小さいため、基礎側振動センサを基礎の上下方向、前後方向及び左右方向の振動を検出する3つのセンサで構成すれば十分なことが多い。これにより、除振制御がシンプルとなり、また、部品点数を抑制することができる。   According to the sixth aspect of the invention, in order to perform vibration isolation control in consideration of vibrations in the rotation direction of the foundation, it is necessary to attach at least six vibration sensors to the foundation. Since the vibration in the direction is very small, it is often sufficient to configure the foundation-side vibration sensor with three sensors that detect vibrations in the vertical direction, the front-rear direction, and the left-right direction of the foundation. Thereby, vibration isolation control becomes simple and the number of parts can be suppressed.

以上、本発明によれば、アクチュエータが被支持体に対して6自由度の各自由度方向に制御力を付加可能に設けられている。そして、制御手段は、振動センサが検出する基礎の各自由度方向のうち或る方向の振動状態と、該或る方向から被支持体の6自由度方向に伝わる力の伝達関数とから、アクチュエータへのフィードフォワード操作基準量を求める。ここで、このフィードフォワード操作基準量に基づいてアクチュエータを制御すると、アクチュエータ固有の伝達関数の影響で当該フィードフォワード操作基準量が変化し、被支持体に適切な制御振動を付加することができない。そのため、当該フィードフォワード操作基準量にアクチュエータの伝達関数の逆数を乗じてフィードフォワード操作量を求め、このフィードフォワード操作量に基づいてアクチュエータを制御する。そうすると、基礎の6自由度方向の振動によって連成された被支持体の当該6自由度方向の振動と逆位相の制御振動を被支持体に対して付加することができる。このように、基礎の各自由度方向の振動によって連成された被支持体の別の各自由度方向の振動を除振することができるため、アクティブ除振装置の除振性能を向上させることができる。   As described above, according to the present invention, the actuator is provided so that a control force can be applied to each of the six degrees of freedom with respect to the supported body. Then, the control means includes an actuator based on a vibration state in a certain direction among the directions of freedom of the foundation detected by the vibration sensor and a transfer function of a force transmitted from the certain direction to the six degrees of freedom direction of the supported body. Calculate the feedforward operation reference amount to. Here, if the actuator is controlled based on this feedforward operation reference amount, the feedforward operation reference amount changes due to the influence of the transfer function unique to the actuator, and appropriate control vibration cannot be applied to the supported body. Therefore, the feedforward operation amount is obtained by multiplying the feedforward operation reference amount by the reciprocal of the transfer function of the actuator, and the actuator is controlled based on the feedforward operation amount. Then, the control vibration having the opposite phase to the vibration in the 6-degree-of-freedom direction of the supported body coupled by the vibration in the 6-degree-of-freedom direction of the foundation can be added to the supported body. In this way, vibrations in each direction of freedom of the supported body coupled by vibrations in each direction of freedom of the foundation can be isolated, thus improving the vibration isolation performance of the active vibration isolation device. Can do.

本発明の実施形態に係る除振台のシステム構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the system configuration | structure of the vibration isolator which concerns on embodiment of this invention. 被支持体の運動の6自由度方向を示した除振台の斜視図である。It is the perspective view of the vibration isolator which showed the 6 degrees of freedom direction of the motion of a to-be-supported body. φ方向についての制御のブロック図である。It is a block diagram of control about the φ direction. 従来の除振台の概略構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically schematic structure of the conventional vibration isolator.

以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the following description of preferable embodiment is only an illustration essentially, and is not intending restrict | limiting this invention, its application thing, or its use.

−除振台の構成−
図1、2は、本発明に係るアクティブ除振装置を具現化した除振台Aの全体的な構成を示す。この除振台Aは、例えば半導体関連の製造装置や電子顕微鏡等のように振動の影響を受けやすい精密機器Dを定盤1上に搭載し、それらを床振動からできるだけ絶縁した状態とするために、複数のアイソレータ2,2,…(弾性体)によって弾性的に支持したものである。つまり、この除振台Aにおいては定盤1及び機器Dが被支持体であり、以下では単に被支持体1,Dともいう。
−Configuration of vibration isolation table−
1 and 2 show the overall configuration of a vibration isolation table A that embodies an active vibration isolation device according to the present invention. This vibration isolation table A is equipped with a precision device D that is susceptible to vibration, such as a semiconductor-related manufacturing apparatus or an electron microscope, on the surface plate 1 so as to be insulated from floor vibration as much as possible. Further, it is elastically supported by a plurality of isolators 2, 2,... (Elastic body). That is, in the vibration isolation table A, the surface plate 1 and the device D are supported bodies, and are also simply referred to as supported bodies 1 and D below.

一例として図2に示すように、この実施形態では4つのアイソレータ2,2,…を各々定盤1の4隅に配置しているが、これは3個以上であれば幾つでもよい。個々のアイソレータ2は、図1に模式的に示すように、床F(基礎)上に配置されたインナケース20の上部に、上下方向の荷重を支持する空気ばね20aを備えている。これは、インナケース20の上端の開口にダイヤフラム等を介してピストンを気密状に内挿し、該インナケース20内に空気室を画成してなる。   As an example, as shown in FIG. 2, in this embodiment, four isolators 2, 2,... Are arranged at the four corners of the surface plate 1, respectively, but any number of three or more may be used. As shown schematically in FIG. 1, each isolator 2 includes an air spring 20 a that supports a load in the vertical direction on the upper part of the inner case 20 disposed on the floor F (foundation). This is formed by inserting a piston in an airtight manner in an opening at the upper end of the inner case 20 via a diaphragm or the like, and defining an air chamber in the inner case 20.

また、図の例ではインナケース20の上半部を上方から覆うようにして、下方に開口するアウタケース21が配設されており、その天板は空気ばね20aのピストン上に載置されている。一方、アウタケース21の側板とインナケース20の側板との間には、所定の隙間がある。この隙間には、上記空気ばね20aと概ね同様の構成の一対の空気ばね20b,20bがインナケース20を間に挟んで互いに対向するように配設されている。これら空気ばね20b,20bは、水平方向の力を発生するようになっている。   In the illustrated example, an outer case 21 that opens downward is disposed so as to cover the upper half of the inner case 20 from above, and the top plate is placed on the piston of the air spring 20a. Yes. On the other hand, there is a predetermined gap between the side plate of the outer case 21 and the side plate of the inner case 20. In this gap, a pair of air springs 20b, 20b having a configuration substantially similar to that of the air spring 20a is disposed so as to face each other with the inner case 20 interposed therebetween. These air springs 20b and 20b generate a horizontal force.

つまり、アイソレータ2は、上下方向の空気ばね20aによって被支持体1,Dの分担荷重を支持するとともに、この上下方向の空気ばね20aや水平方向の空気ばね20b,20bの内圧を増減するように制御することで、被支持体1,Dに対しその振動を減殺するような制御力を付加することができる。   In other words, the isolator 2 supports the shared load of the supported bodies 1 and D by the vertical air spring 20a, and increases and decreases the internal pressure of the vertical air spring 20a and the horizontal air springs 20b and 20b. By controlling, it is possible to add a control force that attenuates the vibration to the supported bodies 1 and D.

より詳しくは、被支持体である定盤1及びその上の機器Dを一体の剛体とみなし、図2に示すように、この剛体の重心Gを通る直交3軸x、y、zを設定すると、この直交座標系における運動の自由度は、x軸、y軸及びz軸の並進3方向とそれら各軸周りの回転3方向φ、θ、ψとなる。したがって、これら合計6自由度の各方向に各々制御力を付加するように、4つのアイソレータ2,2,…の上下及び水平の空気ばね20a,20b,…を配設している。   More specifically, if the surface plate 1 that is a supported body and the device D thereon are regarded as an integral rigid body, and as shown in FIG. 2, three orthogonal axes x, y, and z passing through the center of gravity G of the rigid body are set. The degrees of freedom of motion in this Cartesian coordinate system are the three translational directions of the x-axis, y-axis, and z-axis and the three rotational directions φ, θ, and ψ around these axes. Therefore, the upper and lower and horizontal air springs 20a, 20b,... Of the four isolators 2, 2,.

同図に示す例では、右手前及び左奥(図示せず)の2つのアイソレータ2,2が各々、水平の一対の空気ばね20b,20bの内圧を互いに逆相に増減させることにより、x方向(以下、単に左右方向ともいう)の制御力Fxを発生するように、また、左手前及び右奥の2つのアイソレータ2,2は各々y方向(以下、単に前後方向ともいう)の制御力Fyを発生するように配置されている。それらの4つのアイソレータ2,2,…でz軸周り即ちψ方向の制御力を被支持体1,Dに付加することができる。   In the example shown in the figure, the two isolators 2, 2 on the right front side and the left back side (not shown) respectively increase or decrease the internal pressures of the horizontal pair of air springs 20b, 20b in opposite phases to each other in the x direction. In order to generate a control force Fx (hereinafter also simply referred to as the left-right direction), the two isolators 2 and 2 on the left front side and the right rear side each have a control force Fy in the y-direction (hereinafter also simply referred to as the front-rear direction). Are arranged to occur. With these four isolators 2, 2,..., A control force around the z-axis, that is, in the ψ direction can be applied to the supported bodies 1 and D.

また、上下方向であるz方向の制御力Fzについては、4つのアイソレータ2,2,…の各々の上下の空気ばね20aが分担して発生するものであり、その各々が発生する力Fzの配分を重心Gからの距離に応じて適当に設定すれば、被支持体1,Dに対して上下方向の制御力のみを付加することができる。一方、4つのアイソレータ2,2,…の各々の上下の空気ばね20aが発生する力Fzの配分によって、被支持体1,Dに対してx軸及びy軸の周りの回転方向即ちφ、θ方向の制御力を付加することができる。このように、4基のアイソレータ2,2,…がそれぞれ備える空気ばね20a,20bは、被支持体1,Dに対して6自由度の各自由度方向に制御力を付加可能に設けられている。   Further, the control force Fz in the z direction, which is the vertical direction, is generated by the upper and lower air springs 20a of each of the four isolators 2, 2,..., And the distribution of the force Fz generated by each of them. Is appropriately set according to the distance from the center of gravity G, it is possible to apply only the control force in the vertical direction to the supported bodies 1 and D. On the other hand, due to the distribution of the force Fz generated by the upper and lower air springs 20a of each of the four isolators 2, 2,..., The rotational directions around the x and y axes with respect to the supported bodies 1, D, that is, φ, θ Directional control force can be added. As described above, the air springs 20a and 20b included in each of the four isolators 2, 2,... Are provided so that a control force can be applied to the supported bodies 1 and D in directions of six degrees of freedom. Yes.

そうして所要の制御力を発生させるために、この実施形態では、図1に模式的に示すように、各アイソレータ2の上下及び水平の空気ばね20a,20b,20bには、それぞれ図外の空気圧源から圧縮空気を供給するための配管が接続されている。そして、これら配管に介設されたサーボ弁22a,22bによって空気ばね20a,20b,20bへの空気の給排気量が調整されるようになる(尚、同図には右側のアイソレータ2についてのみ、その空気圧の制御系統を示す)。この実施形態では、これら空気ばね20a,20bが被支持体1,Dに対して力を作用させるアクチュエータを構成している。   In order to generate the required control force in this way, in this embodiment, as shown schematically in FIG. 1, the upper and lower and horizontal air springs 20a, 20b, 20b of each isolator 2 are not shown in the figure. A pipe for supplying compressed air from an air pressure source is connected. Then, the air supply / exhaust amount to the air springs 20a, 20b, 20b is adjusted by the servo valves 22a, 22b interposed in these pipes (note that only the right isolator 2 is shown in FIG. The air pressure control system is shown). In this embodiment, these air springs 20a and 20b constitute an actuator that applies a force to the supported bodies 1 and D.

また、各アイソレータ2には、その支持位置の近傍における定盤1の上下及び水平(即ち水平の空気ばね20bが設けられている)方向の加速度を検出する加速度センサ23a,23b(被支持体側振動センサ)が配設されている。これら加速度センサ23a,23bからの信号は、コントローラ3(制御手段)に入力される。そして、加速度センサ23a,23bで検出された被支持体1,Dの加速度は、コントローラ3によって被支持体1,Dの重心Gの6自由度の振動x",y",z",φ″,θ″,ψ″に変換される。   Each isolator 2 includes acceleration sensors 23a and 23b (supported side vibrations) that detect acceleration in the vertical and horizontal directions (that is, provided with a horizontal air spring 20b) of the surface plate 1 in the vicinity of the support position. Sensor). Signals from these acceleration sensors 23a and 23b are input to the controller 3 (control means). The accelerations of the supported bodies 1 and D detected by the acceleration sensors 23a and 23b are determined by the controller 3 to vibrate x ", y", z ", and φ" with 6 degrees of freedom of the center of gravity G of the supported bodies 1 and D. , Θ ″, ψ ″.

さらに、上記の加速度センサ23a,23bと同様に、各アイソレータ2にその支持位置の近傍における定盤1の上下及び水平方向の変位をそれぞれ検出する変位センサ24a,24bが配設されている。また、インナケース20の下部における加速度、即ち床振動を検出するための加速度センサ25(基礎側振動センサ)も配設されている。この加速度センサ25は、4基のアイソレータ2,2,…のうち3基に配設されていて、そのうち2つは水平方向(即ち、x方向及びy方向)の床振動を検出し、残りの1つは上下方向の床振動を検出する。これら変位センサ24a,24b及び加速度センサ25からの信号も、コントローラ3に入力される。そして、変位センサ24a,24bで検出された被支持体1,Dの変位は、コントローラ3によって被支持体1,Dの重心Gの6自由度の変位x−x0,y−y0,z−z0,φ−φ0,θ−θ0,ψ−ψ0に変換される。ここで、x0,y0,z0,φ0,θ0,ψ0は、各自由度方向における床Fの変位である。   Further, similarly to the acceleration sensors 23a and 23b, displacement sensors 24a and 24b for detecting vertical and horizontal displacements of the surface plate 1 in the vicinity of the support position are provided in each isolator 2, respectively. Further, an acceleration sensor 25 (basic vibration sensor) for detecting acceleration in the lower portion of the inner case 20, that is, floor vibration is also provided. This acceleration sensor 25 is arranged in three of the four isolators 2, 2,..., Two of which detect horizontal vibrations (ie, x and y directions) and the remaining One detects floor vibrations in the vertical direction. Signals from the displacement sensors 24 a and 24 b and the acceleration sensor 25 are also input to the controller 3. The displacements of the supported bodies 1 and D detected by the displacement sensors 24a and 24b are the displacements x-x0, y-y0, and z-z0 of 6 degrees of freedom of the center of gravity G of the supported bodies 1 and D by the controller 3. , Φ−φ0, θ−θ0, and φ−φ0. Here, x0, y0, z0, φ0, θ0, and ψ0 are displacements of the floor F in the respective degrees of freedom.

コントローラ3によるサーボ弁22a,22bの制御の内容は、概ね図3のブロック図に示すようになり、大別すると、被支持体1,Dに対する床Fからの伝達振動を打ち消すための除振制御と、機器D等の発生する振動を打ち消すための制振制御とからなる。即ち、サーボ弁22a,22bへの制御入力に対して、図の右側に示すように、加速度センサ23a,23bからの信号に基づいてフィードバック振動制御部3aによりフィードバック制御が行われるとともに、床振動を検出する加速度センサ25からの信号に基づいてフィードフォワード振動制御部3bによりフィードフォワード制御が行われる。   The contents of control of the servo valves 22a and 22b by the controller 3 are substantially as shown in the block diagram of FIG. 3, and can be broadly divided into vibration isolation controls for canceling transmission vibration from the floor F to the supported bodies 1 and D. And vibration suppression control for canceling vibration generated by the device D and the like. That is, for the control inputs to the servo valves 22a and 22b, feedback control is performed by the feedback vibration control unit 3a based on signals from the acceleration sensors 23a and 23b as shown on the right side of the figure, and floor vibration is also controlled. Based on a signal from the acceleration sensor 25 to be detected, feedforward control is performed by the feedforward vibration control unit 3b.

また、上記のフィードバック制御及びフィードフォワード制御に加え、図の左下側に示すように、変位センサ24a,24bからの出力に基づいてフィードバック変位制御部3cによりフィードバック制御が行われる。尚、この実施形態の除振台Aでは、定盤1は常に静止していることが理想とされ、目標値が変更されることなく一定なので、ここでは零(0)としている。このようなフィードバック振動制御及びフィードフォワード振動制御は、コントローラ3のCPUによって所定のプログラムが実行されることにより実現するもので、ソフトウェアの態様で備わっている。   In addition to the feedback control and feedforward control described above, feedback control is performed by the feedback displacement control unit 3c based on the outputs from the displacement sensors 24a and 24b, as shown on the lower left side of the figure. In the vibration isolation table A of this embodiment, it is ideal that the surface plate 1 is always stationary, and the target value is constant without being changed, and is set to zero (0) here. Such feedback vibration control and feedforward vibration control are realized by a predetermined program being executed by the CPU of the controller 3, and are provided in the form of software.

そして、そのような種々の補正の結果として、6自由度の各方向の操作量が決定され、各空気ばね20a,20bの位置に従って操作量がサーボ弁22a,22bに分配されてコントローラ3からサーボ弁22a,22bへの制御出力がなされ、この出力信号を受けたサーボ弁22a,22bの作動によって空気ばね20a,20bの空気圧が調整されることにより、該空気ばね20a,20bがアクチュエータとして作動して、被支持体1,Dに制御振動を付加することになる。   As a result of such various corrections, the operation amount in each direction with 6 degrees of freedom is determined, and the operation amount is distributed to the servo valves 22a and 22b according to the positions of the air springs 20a and 20b. The control outputs to the valves 22a and 22b are made, and the air springs 20a and 20b are operated as actuators by adjusting the air pressure of the air springs 20a and 20b by the operation of the servo valves 22a and 22b receiving the output signals. Thus, control vibration is applied to the supported bodies 1 and D.

以下、前記の各制御について詳細に説明する。尚、同図には、便宜上、x軸周りの回転方向であるφ方向の制御についてのみ示しているが、これと同様の制御は上下方向(z方向)及び水平方向(x方向及びy方向)並びにこれらy軸及びz軸周りの回転方向(θ方向、ψ方向)についても行われる。   Hereinafter, each control will be described in detail. In the figure, for the sake of convenience, only the control in the φ direction, which is the rotation direction around the x axis, is shown, but the same control is performed in the vertical direction (z direction) and the horizontal direction (x direction and y direction). In addition, the rotation is also performed around the y-axis and the z-axis (θ direction, ψ direction).

−除振台の制御−
(フィードバック振動制御)
まず、フィードバック振動制御部3aによる制御について説明すると、これは、加速度センサ23aにより検出されて加速度センサ23aの配置より求められた除振対象物1,Dの振動状態、即ち定盤1の加速度φ″に基づいて、その振動を減殺するような制御力を空気ばね20aにより発生させるものである。即ち、検出された加速度φ″に対応するフィードバックゲインをGc、この加速度φ″の微分に対応するフィードバックゲインをGmとし、また、加速度φ″の積分に対応するフィードバックゲインをGkとしてそれぞれフィードバック操作量を演算し、これらを加算したフィードバック操作量U1を反転して、サーボ弁22aへの操作量を決定する。
-Control of vibration isolation table-
(Feedback vibration control)
First, the control by the feedback vibration control unit 3a will be described. This is the vibration state of the vibration isolation objects 1 and D detected by the acceleration sensor 23a and obtained from the arrangement of the acceleration sensor 23a, that is, the acceleration φ of the surface plate 1. The control force for reducing the vibration is generated by the air spring 20a on the basis of "". That is, the feedback gain corresponding to the detected acceleration .phi. "Is Gc, and the differential of this acceleration .phi." The feedback gain is set to Gm, and the feedback gain corresponding to the integral of the acceleration φ ″ is set to Gk. The feedback manipulated variable U1 is added to the feedback manipulated variable U1 to reverse the manipulated variable to the servo valve 22a. decide.

このフィードバック操作量U1に対応してサーボ弁22aの開度が変更されることで、空気ばね20aへの圧縮空気の供給又は排気が行われ、その内圧が変化することによって除振対象物1,Dに制御力が付加されて、これにより振動が減殺される。そうして減殺された除振対象物1,Dの振動状態(加速度φ″)が再び加速度センサ23aにより検出されて、フィードバックされる。   By changing the opening degree of the servo valve 22a corresponding to the feedback operation amount U1, compressed air is supplied to or exhausted from the air spring 20a, and the internal pressure changes to change the object 1 for vibration isolation. A control force is added to D, which reduces the vibration. The vibration state (acceleration φ ″) of the vibration isolation objects 1 and D thus attenuated is detected again by the acceleration sensor 23a and fed back.

この実施形態のようにアクチュエータとして空気ばね20aを利用する場合、フィードバック操作量U1に比例するのはサーボ弁22aの開度であり、空気ばね20aの内圧はフィードバック操作量U1の積分に比例することになるから、上記のように加速度φ″に制御ゲインGcを乗算してフィードバックすれば、この分の制御量が空気系で積分されて、絶対速度に比例する空気圧の変化を生じることになり、いわゆるスカイフックダンパの効果が得られるものである。   When the air spring 20a is used as an actuator as in this embodiment, it is the opening degree of the servo valve 22a that is proportional to the feedback operation amount U1, and the internal pressure of the air spring 20a is proportional to the integral of the feedback operation amount U1. Therefore, if feedback is obtained by multiplying the acceleration φ ″ by the control gain Gc as described above, the control amount corresponding to this is integrated in the air system, resulting in a change in air pressure proportional to the absolute speed. The effect of a so-called skyhook damper can be obtained.

(フィードフォワード除振制御)
次に、フィードフォワード振動制御部3bによる制御について説明すると、これは、加速度センサ25により床Fの振動状態の上下方向加速度z0″及び水平方向加速度x0″,y0″,を検出し、この振動が被支持体1,Dに伝達するのに対応して、その伝達振動を打ち消すような逆位相の制御振動を空気ばね20a,20bにより発生させるものである。即ち、加速度センサ25の検出値z0″,x0″,y0″に基づいて、例えばデジタルフィルタ(アナログフィルタでもよい)によりフィードフォワード操作量U2を演算し、このフィードフォワード操作量U2を操作量から減算する。
(Feed forward vibration isolation control)
Next, the control by the feedforward vibration control unit 3b will be described. This is because the acceleration sensor 25 detects the vertical acceleration z0 ″ and the horizontal acceleration x0 ″, y0 ″ of the vibration state of the floor F, and this vibration is detected. Corresponding to the transmission to the supported bodies 1 and D, the control vibrations in the opposite phase that cancel the transmission vibrations are generated by the air springs 20a and 20b. That is, the detected value z0 ″ of the acceleration sensor 25. , X0 ″, y0 ″, the feedforward manipulated variable U2 is calculated using, for example, a digital filter (or an analog filter), and the feedforward manipulated variable U2 is subtracted from the manipulated variable.

ここで、フィードフォワード操作量U2は、フィードフォワード操作基準量Uφによって求められる。このフィードフォワード操作基準量Uφは、加速度センサ25により検出される床Fの加速度z0″,x0″,y0″をデジタルフィルタに入力し、そこからの出力信号として生成されるものである。この実施形態では、上記フィードフォワード操作基準量Uφは、床Fの加速度z0″,x0″,y0″と床Fの加速度z0″,x0″,y0″から被支持体1,Dのφ方向の力までの伝達関数とに基づいて求められ、次のように表される。   Here, the feedforward operation amount U2 is obtained by the feedforward operation reference amount Uφ. This feedforward operation reference amount Uφ is generated as an output signal from the accelerations z0 ″, x0 ″, y0 ″ of the floor F detected by the acceleration sensor 25 by inputting them into the digital filter. In the embodiment, the feedforward operation reference amount Uφ is from the accelerations z0 ″, x0 ″, y0 ″ of the floor F and the accelerations z0 ″, x0 ″, y0 ″ of the floor F to the force in the φ direction of the supported bodies 1 and D. And is expressed as follows.

Uφ=ΣLny×(Cnz・s+Knz)×z0″/s+ΣLnz×(Cny・s+Kny)×y0″/s …(式2)
ここで、(式2)におけるLny,Lnzはそれぞれ被支持体1,Dの重心Gを原点としたn番目のアイソレータ2のy方向及びz方向の座標、Knz,Knyはそれぞれn番目のアイソレー2のz方向及びy方向のばね定数、Cnz,Cnyはそれぞれn番目のアイソレータ2のZ方向及びy方向の減衰係数である。尚、上記の伝達関数は、測定によっても求めることができる。
Uφ = ΣLny × (Cnz · s + Knz) × z0 ″ / s 2 + ΣLnz × (Cny · s + Kny) × y0 ″ / s 2 (Formula 2)
Here, Lny and Lnz in (Expression 2) are the coordinates in the y and z directions of the nth isolator 2 with the center of gravity G of the supported bodies 1 and D as the origin, and Knz and Kny are the nth isolator 2 respectively. The z-direction and y-direction spring constants Cnz and Cny are the damping coefficients of the n-th isolator 2 in the Z-direction and y-direction, respectively. The above transfer function can also be obtained by measurement.

言い換えると、フィードフォワード振動制御部3bのデジタルフィルタは、上記(式2)と等価なものとなるようにフィルタ係数が設定されており、このようなフィルタ係数は、例えば、上記(式2)に従来周知のZ変換の手法を適用することで、容易に設定することができる。尚、フィードフォワード振動制御部3bをアナログ回路にて構成する場合でも、回路を構成する素子の容量等の変更により、同様の設定を容易に行える。   In other words, the filter coefficient of the digital filter of the feedforward vibration control unit 3b is set so as to be equivalent to the above (Equation 2). Setting can be easily performed by applying a conventionally known Z conversion method. Even when the feedforward vibration control unit 3b is configured by an analog circuit, the same setting can be easily performed by changing the capacitance of elements constituting the circuit.

一方、アクチュエータ、即ち空気ばね20a及びサーボ弁22aの入力に対する力の伝達関数Tは、
T=Kv・Am/(1+Tv・s) …(式3)
で表される。ここで、Amは空気ばね20aの受圧面積、Tvは空気ばね20aとサーボ弁22aとによって決まるアクチュエータの時定数、Kvは空気ばね20aとサーボ弁22aとによって決まるアクチュエータのゲインである。
On the other hand, the transfer function T of the force with respect to the inputs of the actuator, that is, the air spring 20a and the servo valve 22a, is
T = Kv · Am / (1 + Tv · s) (Formula 3)
It is represented by Here, Am is a pressure receiving area of the air spring 20a, Tv is an actuator time constant determined by the air spring 20a and the servo valve 22a, and Kv is an actuator gain determined by the air spring 20a and the servo valve 22a.

したがって、フィードフォワード操作量U2は、上記フィードフォワード操作基準量Uφにアクチュエータの伝達関数Tの逆関数を乗じて求められる。即ち、
U2=Uφ・T−1
=(1+Tv・s)/(Kv・Am)×Uφ …(式4)
と表される。
Therefore, the feedforward operation amount U2 is obtained by multiplying the feedforward operation reference amount Uφ by the inverse function of the actuator transfer function T. That is,
U2 = Uφ · T −1
= (1 + Tv · s) / (Kv · Am) × Uφ (Formula 4)
It is expressed.

よって、前記(式2)に従って床Fの加速度z0″,x0″,y0″に対応するフィードフォワード操作基準量Uφを演算し、このフィードフォワード操作基準量Uφにアクチュエータの特性を示す伝達関数Tの逆関数を乗じてフィードフォワード操作量U2を決定し、これを反転してサーボ弁22aへの入力に加える。これにより、床Fのz軸,x軸,y軸の各方向の振動から連成される被支持体1,Dの重心Gのφ方向の振動に対して、アイソレータ2によって当該連成振動と逆位相の制御振動を付加して、被支持体1,Dの重心Gのφ方向の振動を効果的に除振することが可能となる。   Therefore, the feedforward operation reference amount Uφ corresponding to the accelerations z0 ″, x0 ″, y0 ″ of the floor F is calculated according to the above (Expression 2), and the transfer function T indicating the characteristics of the actuator is calculated as the feedforward operation reference amount Uφ. Multiply the inverse function to determine the feedforward manipulated variable U2, reverse it and add it to the input to the servo valve 22a, thereby coupling from the vibrations of the floor F in the z-axis, x-axis, and y-axis directions. The control vibration having the opposite phase to the coupled vibration is added by the isolator 2 to the vibration in the φ direction of the center of gravity G of the supported bodies 1 and D, and the φ direction of the center of gravity G of the supported bodies 1 and D is added. Can be effectively isolated.

(フィードバック変位制御)
最後に、上記フィードバック変位制御部3cの概要を説明すると、これは、変位センサ24aにより検出される定盤1のφ方向(x軸周りの回転方向)変位(基礎側に対する相対変位)φ−φ0に基づいて、この変位が小さくなるように空気ばね20aの内圧を調整するものである。すなわち、図示の如く、検出した相対変位φ−φ0を位置の制御目標値、即ち零(0)から減算した後に、PID制御則に従ってフィードバック操作量U3を求める。
(Feedback displacement control)
Finally, the outline of the feedback displacement control unit 3c will be described. This is the displacement of the surface plate 1 detected by the displacement sensor 24a in the φ direction (rotation direction around the x axis) (relative displacement relative to the base side) φ−φ0. Based on the above, the internal pressure of the air spring 20a is adjusted so that this displacement becomes small. That is, as shown in the figure, after the detected relative displacement φ−φ0 is subtracted from the position control target value, that is, zero (0), the feedback manipulated variable U3 is obtained according to the PID control law.

なお、φ−φ0は、変位センサ24a,24bの出力であって、被支持体1,Dの位置が基準位置にあると0が出力されるように調整されている。   Note that φ−φ0 is an output of the displacement sensors 24a and 24b, and is adjusted such that 0 is output when the positions of the supported bodies 1 and D are at the reference position.

このフィードバック操作量U3に対応してサーボ弁22aの開度が変更されると、圧縮空気が空気ばね20aに対し供給又は排気され、その内圧が変化することによって被支持体1,Dのφ方向の位置は、基準となるφ方向の位置からのずれが小さくなるように、即ち初期の設定位置になるように変更される。そうして変更された被支持体1,Dのφ方向の位置が再び変位センサ24aにより検出されて、フィードバックされる。   When the opening degree of the servo valve 22a is changed corresponding to the feedback operation amount U3, the compressed air is supplied to or exhausted from the air spring 20a, and the internal pressure changes to change the φ direction of the supported bodies 1 and D. Is changed so that the deviation from the reference position in the φ direction becomes small, that is, the initial set position. The position in the φ direction of the supported bodies 1 and D thus changed is detected again by the displacement sensor 24a and fed back.

−発明の実施形態の効果−
上記実施形態によれば、アクチュエータが被支持体1,Dの重心Gに対して6自由度の各自由度方向に制御力を付加可能に設けられている。そして、コントローラ3は、加速度センサ23a,23bが検出する床Fのz軸,x軸,y軸の各方向の振動、即ち、床Fのこれら3方向の加速度z0″,x0″,y0″と、当該3方向の振動から被支持体1,Dの重心Gのφ方向に伝わる力の伝達関数とから、アクチュエータへのフィードフォワード操作基準量Uφを求める。ここで、このフィードフォワード操作基準量Uφに基づいてアクチュエータを制御すると、アクチュエータ固有の伝達関数Tによって当該フィードフォワード操作基準量Uφが変化し、被支持体1,Dに適切な制御振動を付加することができない。そのため、当該フィードフォワード操作基準量Uφにアクチュエータの伝達関数Tの逆数を乗じたフィードフォワード操作量U2を求め、これに基づいてアクチュエータを制御する。そうすると、床Fのx軸、y軸及びz軸の3方向の振動によって連成された被支持体1,Dの重心Gのφ方向の振動と逆位相の制御振動を被支持体に対して付加することができる。このように、床Fの振動によって連成された被支持体1、Dのφ方向の振動を除振することができるため、除振台Aの除振性能を従来よりも向上させることができる。
-Effects of the embodiment of the invention-
According to the above-described embodiment, the actuator is provided so that a control force can be applied in each of the six degrees of freedom with respect to the center of gravity G of the supported bodies 1 and D. The controller 3 then detects vibrations in the z-axis, x-axis, and y-axis directions of the floor F detected by the acceleration sensors 23a and 23b, that is, accelerations z0 ″, x0 ″, and y0 ″ of the floor F in these three directions. Then, the feedforward operation reference amount Uφ to the actuator is obtained from the transfer function of the force transmitted in the φ direction of the center of gravity G of the supported bodies 1 and D from the vibrations in the three directions. If the actuator is controlled based on the above, the feedforward operation reference amount Uφ is changed by the transfer function T unique to the actuator, and appropriate control vibration cannot be applied to the supported bodies 1 and D. Therefore, the feedforward operation is performed. A feedforward operation amount U2 obtained by multiplying the reference amount Uφ by the reciprocal of the transfer function T of the actuator is obtained, and based on this, the actuator Then, the controlled vibration having the opposite phase to the vibration in the φ direction of the center of gravity G of the supported bodies 1 and D coupled by the vibration in the three directions of the x axis, the y axis and the z axis of the floor F is supported. Since the vibration in the φ direction of the supported bodies 1 and D coupled by the vibration of the floor F can be isolated in this way, the vibration isolation of the vibration isolation table A can be performed. The performance can be improved as compared with the prior art.

また、上記実施形態によれば、フィードバック振動制御部3aにより、被支持体1,Dの実際の振動状態に応じて、この振動を抑えるように空気ばね20aを作動させることができる。   Moreover, according to the said embodiment, according to the actual vibration state of the to-be-supported bodies 1 and D, the air spring 20a can be operated so that this vibration may be suppressed by the feedback vibration control part 3a.

さらに、上記実施形態によれば、定盤1の振動状態及び床Fの振動状態を検出する手段として、それぞれ加速度センサ23a,23b及び加速度センサ25を用いているので、定盤1及び床Fの振動状態を精度良く検出することができる。したがって、フィードバック振動制御部3aとフィードフォワード振動制御部3bは、定盤1及び床Fの振動状態を精度良く検出しながら制御することができるので、被支持体1,Dに対しその振動を減殺するように適切な制御力を付加することができる。   Furthermore, according to the above embodiment, the acceleration sensors 23a and 23b and the acceleration sensor 25 are used as means for detecting the vibration state of the surface plate 1 and the vibration state of the floor F, respectively. The vibration state can be detected with high accuracy. Therefore, since the feedback vibration control unit 3a and the feedforward vibration control unit 3b can control the vibration state of the surface plate 1 and the floor F with high accuracy, the vibrations of the supported bodies 1 and D are reduced. Appropriate control force can be added.

さらにまた、上記実施形態によれば、フィードバック変位制御部3cにより、被支持体1,Dの基準となるφ方向の位置からのずれが小さくなるように被支持体1,Dの床Fに対するφ方向の位置が保持される。   Furthermore, according to the above-described embodiment, the feedback displacement control unit 3c reduces the deviation of the supported bodies 1 and D from the position in the φ direction serving as a reference with respect to the floor F of the supported bodies 1 and D. The directional position is maintained.

なお、上記実施形態では、床Fのx軸、y軸及びz方向、即ち並進3方向の振動によって連成される被支持体1,Dのφ方向の振動を除振する形態について説明しているが、これに限定されず、例えば、床Fの並進3方向の振動によって連成される被支持体1,Dの重心Gのz方向の振動を上記実施形態のフィードフォワード振動制御部3bによる制御で除振してもよい。その際、フィードフォワード振動制御部3bで求められるz方向のフィードフォワード操作基準量Uzは、
Uz=Σ(Cnz・s+Knz)×z0″/s …(式5)
で表される。ここで、Cnzはn番目のアイソレータ2のz方向の減衰係数、Knzはn番目のアイソレータ2のz方向のばね定数である。
In the above-described embodiment, a mode is described in which vibrations in the φ direction of the supported bodies 1 and D coupled by vibrations in the x-axis, y-axis, and z-direction of the floor F, that is, three translational directions are described. However, the present invention is not limited to this. For example, the vibration in the z direction of the center of gravity G of the supported bodies 1 and D coupled by the vibration in the three translational directions of the floor F is caused by the feedforward vibration control unit 3b of the above embodiment. Vibration may be controlled by control. At that time, the feedforward operation reference amount Uz in the z direction obtained by the feedforward vibration control unit 3b is
Uz = Σ (Cnz · s + Knz) × z0 ″ / s 2 (Formula 5)
It is represented by Here, Cnz is an attenuation coefficient in the z direction of the nth isolator 2, and Knz is a spring constant in the z direction of the nth isolator 2.

同様に、床Fの並進3方向の振動によって連成される被支持体1,Dの重心Gのx方向の振動をフィードフォワード振動制御によって除振する際に、フィードフォワード振動制御部3bで求められるx方向のフィードフォワード操作基準量Uxは、
Ux=Σ(Cnx・s+Knx)×x0″/s …(式6)
で表される。ここで、Cnxはn番目のアイソレータ2のx方向の減衰係数、Knxはn番目のアイソレータ2のx方向のばね定数である。
Similarly, when the vibration in the x direction of the center of gravity G of the supported bodies 1 and D coupled by the vibration in the three translational directions of the floor F is isolated by the feedforward vibration control, it is obtained by the feedforward vibration control unit 3b. The feedforward operation reference amount Ux in the x direction is
Ux = Σ (Cnx · s + Knx) × x0 ″ / s 2 (Formula 6)
It is represented by Here, Cnx is an attenuation coefficient in the x direction of the nth isolator 2, and Knx is a spring constant of the nth isolator 2 in the x direction.

同様に、床Fの並進3方向の振動によって連成される被支持体1,Dの重心Gのy方向の振動をフィードフォワード振動制御によって除振する際に、フィードフォワード振動制御部3bで求められるy方向のフィードフォワード操作基準量Uyは、
Uy=Σ(Cny・s+Kny)×y0″/s …(式7)
で表される。ここで、Cnyはn番目のアイソレータ2のy方向の減衰係数、Knyはn番目のアイソレータ2のy方向のばね定数である。
Similarly, when the vibration in the y direction of the center of gravity G of the supported bodies 1 and D coupled by the vibration in the three translational directions of the floor F is isolated by the feedforward vibration control, the feedforward vibration control unit 3b obtains the vibration. The feed-forward operation reference amount Uy in the y direction is
Uy = Σ (Cny · s + Kny) × y0 ″ / s 2 (Expression 7)
It is represented by Here, Cny is a damping coefficient in the y direction of the nth isolator 2, and Kny is a spring constant in the y direction of the nth isolator 2.

さらに、床Fの並進3方向の振動によって連成される被支持体1,Dの重心Gの回転方向、即ちθ方向(y軸周りの回転方向)及びψ方向(z軸周りの回転方向)の振動をフィードフォワード振動制御によって除振する際に、フィードフォワード振動制御部3bで求められるフィードフォワード操作基準量Uθ及びUψは、それぞれ、
Uθ=−ΣLnx×(Cnz・s+Knz)×z0″/s−ΣLnz×(Cnx・s+Knx)×x0″/s …(式8)
Uψ=−ΣLny×(Cnx・s+Knx)×x0″/s+ΣLnx×(Cny・s+Kny)×y0″/s …(式9)
で表される。ここで、Lnx,Lny,Lnzは被支持体1,Dの重心Gを原点としたn番目のアイソレータ2のx方向、y方向及びz方向の座標である。
Furthermore, the rotational directions of the center of gravity G of the supported bodies 1 and D coupled by the vibration in the three translational directions of the floor F, that is, the θ direction (the rotational direction around the y axis) and the ψ direction (the rotational direction around the z axis). Feedforward operation reference amounts Uθ and Uψ obtained by the feedforward vibration control unit 3b when the vibrations of
Uθ = −ΣLnx × (Cnz · s + Knz) × z0 ″ / s 2 −ΣLnz × (Cnx · s + Knx) × x0 ″ / s 2 (Equation 8)
Uψ = −ΣLny × (Cnx · s + Knx) × x0 ″ / s 2 + ΣLnx × (Cny · s + Kny) × y0 ″ / s 2 (Equation 9)
It is represented by Here, Lnx, Lny, and Lnz are coordinates in the x, y, and z directions of the nth isolator 2 with the center of gravity G of the supported bodies 1 and D as the origin.

また、上記実施形態では、床Fの並進3方向の振動から連成される被支持体1,Dの振動をフィードフォワード振動制御によって除振しているが、床Fの並進3方向の振動だけでなく、並進3方向の各回転方向(φ方向、θ方向及びψ方向)の振動から連成される被支持体1,Dの振動をフィードフォワード振動制御によって除振してもよい。その場合、各アイソレータ2に床Fの並進3方向と各回転方向が検出できるように4脚のアイソレータ2のうち3脚にz方向とx方向或いはz方向とy方向の合計6個の加速度センサ25を配設し、これらの加速度センサ25の出力がコントローラ3に入力される。   Moreover, in the said embodiment, although the vibration of the to-be-supported body 1 and D coupled from the vibration of the translation F of 3 directions of the floor F is isolated by feedforward vibration control, only the vibration of the translation 3 direction of the floor F is carried out. Instead, the vibrations of the supported bodies 1 and D coupled from the vibrations in the three rotation directions (φ direction, θ direction, and ψ direction) may be isolated by feedforward vibration control. In that case, a total of six acceleration sensors in the z direction and the x direction or the z direction and the y direction are provided on the three legs of the four isolators 2 so that the three translational directions and the respective rotation directions of the floor F can be detected in each isolator 2. 25 and the output of these acceleration sensors 25 is input to the controller 3.

但し、床Fの回転方向の振動は非常に小さいため、上記実施形態のように床Fの3方向の振動だけに基づいて被支持体1,Dの除振を行えばよい。したがって、上記実施形態に示すように、加速度センサ25を床Fの上下方向、前後方向及び左右方向の振動を検出する3つのセンサで構成すればよい。これにより、除振制御がシンプルとなり、また、部品点数を抑制することが可能となる。   However, since the vibration in the rotational direction of the floor F is very small, the supported bodies 1 and D may be isolated based only on the vibration in the three directions of the floor F as in the above embodiment. Therefore, as shown in the above embodiment, the acceleration sensor 25 may be configured by three sensors that detect vibrations of the floor F in the vertical direction, the front-rear direction, and the left-right direction. Thereby, vibration isolation control is simplified and the number of parts can be suppressed.

また、上記実施形態では、アクチュエータとして空気ばね20a,20bを用いているが、これに限定されず、例えば、リニアモータや圧電素子などを用いてもよい。   Moreover, in the said embodiment, although air spring 20a, 20b is used as an actuator, it is not limited to this, For example, you may use a linear motor, a piezoelectric element, etc.

さらに、上記実施形態では、加速度センサ23a,23b,25が加速度センサであるが、これに限定されず、例えば、絶対速度センサであってもよい。   Furthermore, in the said embodiment, although acceleration sensor 23a, 23b, 25 is an acceleration sensor, it is not limited to this, For example, an absolute speed sensor may be sufficient.

以上説明したように、本発明に係るアクティブ除振装置は、基礎の或る自由度方向の振動によって連成される被支持体の他の自由度方向の振動を除振する用途に適用することができる。   As described above, the active vibration isolator according to the present invention is applied to a use for isolating vibrations in other degrees of freedom of the supported body coupled by vibrations in a certain degree of freedom direction of the foundation. Can do.

1 定盤(被支持体)
2 アイソレータ(弾性体)
3 コントローラ(制御手段)
20a,20b 空気ばね(アクチュエータ)
23a,23b 加速度センサ(被支持体側振動センサ)
24a,24b 変位センサ
25 加速度センサ(基礎側振動センサ)
A 除振台(アクティブ除振装置)
D 機器(被支持体)
F 床(基礎)
1 Surface plate (supported body)
2 Isolator (elastic body)
3 Controller (control means)
20a, 20b Air spring (actuator)
23a, 23b Acceleration sensor (supported body side vibration sensor)
24a, 24b Displacement sensor 25 Acceleration sensor (basic vibration sensor)
A Vibration isolation table (active vibration isolation device)
D equipment (supported body)
F floor (basic)

Claims (6)

被支持体を基礎に対して支持する弾性体と、
上記基礎の振動状態を検出する基礎側振動センサと、
該基礎側振動センサの検出する振動状態に基づいてアクチュエータを制御して、上記被支持体に対して上記基礎から伝達する振動と逆位相の制御振動を付加する制御手段と、を備えたアクティブ除振装置であって、
上記アクチュエータは、上記被支持体に対して6自由度の各自由度方向に制御力を付加可能に設けられ、
上記制御手段は、上記基礎の各自由度方向のうち或る方向の振動に連成して別の自由度方向に現れる上記被支持体の連成振動を減殺すべく、上記基礎側振動センサの検出する当該或る方向の振動状態と該或る方向の振動から上記被支持体の6自由度方向に伝わる力の伝達関数とに基づいて上記アクチュエータへのフィードフォワード操作基準量を求め、該フィードフォワード操作基準量に上記アクチュエータの伝達関数の逆関数を乗じて上記アクチュエータへのフィードフォワード操作量を求め、該フィードフォワード操作量に基づいて上記アクチュエータを制御して、上記被支持体に上記制御振動を付加することを特徴とするアクティブ除振装置。
An elastic body for supporting the supported body with respect to the foundation;
A foundation side vibration sensor for detecting the vibration state of the foundation;
And a control means for controlling the actuator based on the vibration state detected by the foundation-side vibration sensor and adding a control vibration having an opposite phase to the vibration transmitted from the foundation to the supported body. A vibration device,
The actuator is provided such that a control force can be applied to each of the six degrees of freedom with respect to the supported body,
The control means is configured to reduce the coupled vibrations of the supported body that are coupled to vibrations in one direction among the directions of freedom of the foundation and appear in other directions of freedom. Based on the vibration state detected in the certain direction and the transfer function of the force transmitted from the vibration in the certain direction in the direction of 6 degrees of freedom of the supported body, a feedforward operation reference amount to the actuator is obtained, and the feed The feed forward operation amount to the actuator is obtained by multiplying the forward operation reference amount by the inverse function of the transfer function of the actuator, the actuator is controlled based on the feed forward operation amount, and the controlled vibration is applied to the supported body. The active vibration isolator characterized by adding.
請求項1に記載のアクティブ除振装置において、
上記被支持体の振動状態を検出する被支持体側振動センサをさらに備え、
上記制御手段は、該被支持体側振動センサの検出する振動状態に基づいて、上記被支持体の振動が小さくなるように上記アクチュエータをフィードバック制御することを特徴とするアクティブ除振装置。
The active vibration isolator according to claim 1.
A supported body side vibration sensor for detecting a vibration state of the supported body;
An active vibration isolation device, wherein the control means feedback-controls the actuator based on a vibration state detected by the supported-body vibration sensor so that the vibration of the supported body is reduced.
請求項1又は2に記載のアクティブ除振装置において、
上記基礎側振動センサは、加速度センサ又は絶対速度センサであることを特徴とするアクティブ除振装置。
In the active vibration isolator according to claim 1 or 2,
The active vibration isolation device, wherein the basic vibration sensor is an acceleration sensor or an absolute velocity sensor.
請求項2に記載のアクティブ除振装置において、
上記被支持体側振動センサは、加速度センサ又は絶対速度センサであることを特徴とするアクティブ除振装置。
In the active vibration isolator according to claim 2,
The active vibration isolator according to claim 1, wherein the supported-body vibration sensor is an acceleration sensor or an absolute velocity sensor.
請求項1乃至4のいずれか1項に記載のアクティブ除振装置において、
上記基礎に対する上記被支持体の変位を検出する変位センサをさらに備え、
上記制御手段は、該変位センサの検出する変位に基づいて、上記変位が略一定となるように上記アクチュエータをフィードバック制御することを特徴とするアクティブ除振装置。
The active vibration isolator according to any one of claims 1 to 4,
A displacement sensor for detecting the displacement of the supported body with respect to the foundation;
An active vibration isolation device, wherein the control means feedback-controls the actuator so that the displacement becomes substantially constant based on a displacement detected by the displacement sensor.
請求項1乃至5のいずれか1項に記載のアクティブ除振装置において、
上記基礎側振動センサは、上記基礎の前後方向、左右方向及び上下方向の各方向の振動を検出する3つのセンサで構成されることを特徴とするアクティブ除振装置。
The active vibration isolator according to any one of claims 1 to 5,
The base vibration sensor is composed of three sensors for detecting vibrations in the front-rear direction, the left-right direction, and the vertical direction of the foundation.
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