JP3616399B2 - Active vibration isolator - Google Patents

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桂一 高山
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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は除振、免震、制振機能を有する能動型除振装置に関し、特に、能動制御に最適な位相差およびゲインが得られるサーボ型センサーを備えた能動型除振装置に係わる。
【0002】
【従来の技術】
従来から半導体製造・検査装置、電子顕微鏡、光応用装置等に代表される精密機器は、それら自身の機能、仕様が高集積、高分解能、超精密化していくために設置基礎または床からの振動を遮断する必要がある。
【0003】
このため、バネ係数の軟いバネ(防振ゴム、スプリング、空気バネ)と粘性減衰定数のダッシュポットを使用し、バネで支持された定盤に精密機器が搭載された質量の制御対象物を受動に制御して除振する受動型(パッシブ)除振台が知られている。
【0004】
この受動型除振台では、設置基礎または床の振動より振動が大きくなってしまう領域(共振領域)と減衰できる領域(除振領域)が共存してしまうことになり、減衰定数が小なるとき、正規化周波数が1以上での除振効果は大きいが、共振が大になる。又、減衰定数が大なるときは、共振は0dBに近づくが、正規化周波数1以上での除振効果は少なくなる。また、粘性減衰を付加して共振を抑えようとすると、除振効果は減じ、二律相反を崩すことはできなかった。
【0005】
これら受動型除振台の発展型として、図4に示す垂直方向1軸(Z軸)モデルとして、バネ係数kの軟いバネ(防振ゴム、スプリング、空気バネ)と粘性減衰定数cのダッシュポットのバネ系で支持された定盤に精密機器が搭載された制御対象物の質量m自身の振動を振動センサーSEでモニターし、補償回路で位相反転し駆動回路でドライブ信号を作成し、バネ系とは別に設けたアクチュエータACTにより振動を定盤に精密機器が搭載された制御対象物質量mに印加することで、共振現象のない、除振効果の高い能動型(アクティブ)除振台が開発され、特開昭61−228137号、特開昭61−224015号公報等で報告されている。
【0006】
この能動型除振台において、振動センサーSEは能動的に振動制御すべき制御対象物(例えば定盤)に直接固定されている(図4)。
【0007】
また、振動センサーSEは速度型センサー、加速度型センサーが用いられるが、低周数領域(f≦5Hz)でのゲインがフラットであること、位相特性がフラットであることからサーボ型加速度センサーが多用されている。
【0008】
さらに、除振台の固有振動数は1〜4Hz位に存在し、この周波数帯域で振動センサーの出力が低下しないことが望ましい。
【0009】
このサーボ型加速度センサーは、図5に示すようにケース内に設けられたバネ係数kのばね30と粘性減衰定数Dの減衰器31で支持された質量mの振子重錘30と、重錘の平衡点からの変位を検出する位置検出部32と、重錘を常に平衡点へ戻そうとする電気的な復原力を発生する駆動部33と、位置検出部−駆動部間に介在するサーボ増幅器34とから構成されている。ケースが空間に対して変位yが発生し、重錘30に加速度が働いて平衡点から変位xだけづれると、位置検出部32によって、このづれを検出し、サーボ増幅器34と駆動部33によって、づれに比例した電気的な復原力を発生させる。加速度は従来の重錘の変位からではなく、駆動部33に供給される電流iを抵抗Rの電圧降下vで測定される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
(1)このようなサーボ型加速度センサーが搭載された能動型除振台において、除振台の入力振動に対する出力振動の比=振動伝達率(ボード線図)は図6に示すようにゲインは固有振動数で最大(例えば10dB)、位相は固有振動数foで90°遅れ、それより高域で−180°の位相となる。この振動伝達率において、床面ER(図4)上の振動加速度のスペクトラムを或るレベル(ndB)で一定とすると(図7)、制御対象物(定盤)上の振動加速度のスペクトラムは、振動伝達率のカーブをトレースする。
【0011】
(2)この出力振動(定盤上の振動)をサーボ型加速度センサーで計測した場合、図8に示すように出力振動のパターンをトレースした加速度センサー信号が出力される。定盤上の振動に対するサーボ型加速度センサーの出力信号の位相差は同図に示すように0°で同相である。
【0012】
(3)図6の振動伝達率において斜線部分の共振領域を能動に減衰させるためには振動センサーの出力として共振点付近の高いゲインと位相反転が必要である。
【0013】
(4)位相反転は振動計出力信号の+−を反転して位相補償回路(図4)に接続することで調整される。高いゲインについては振動センサーの出力信号を周波数全帯域で電気的に増幅して達成される(図9)。
【0014】
(5)上項(4)によって調整、増幅された信号は多くの場合、除振台を構成する除振部材の共振により100Hz以上の周波数帯域において位相シフト、ゲインアップが発生し、制御が不安定になり発振してしまう。そのために特定の周波数帯に作用するハイパスフィルター(HPF)、ローパスフィルター(LPF)を挿入してゲイン調整を行う。このゲイン調整により位相シフトが発生し、最適な調整が非常に難しくなる。
【0015】
(6)上項(1)〜(5)までの評価は、一巡の開ループ伝達関数(オープンループ伝達関数)によって行われる。すなわち定盤を故意に加振するために力アクチュエータACTを既知の信号(Vin)と、この信号により振動した際の一巡の各要素(力アクチュエータ、除振台、振動センサー、補償回路)の伝達関数(周波数特性、位相特性)を経た補償回路出口での信号(Vout)との比(ゲイン、位相)により全体の伝達関数を用いて制御性をチェックする(図10)。
【0016】
以上述べた課題を整理すれば、能動型(アクティブ)除振台に要求される事柄は、
a)共振点付近の振動を如何に低く抑えるか
b)20〜30Hz付近でパッシブ振動を越えないようにパッシブ振動に戻す
c)100Hz以上で発振しないように安定化させる
点が挙げられ、模式的には図11に示す。
【0017】
したがって図6〜7に示す定盤上の振動加速度に対して加速度センサーで計測される出力信号は、
a)共振点付近のゲインを如何に上げるか
b)除振部材(制御対象物たる定盤やそれに搭載された精密機器、除振台のフレーム等)の共振が発生しやすい高域(>30Hz)のゲインを如何に低く抑えるかが課題となる。
【0018】
【課題を解決するための手段】
これらの課題を解決するため本発明の能動型除振装置によれば、基礎、床または地盤等である設置面上に制御対象物を支持する受動型バネ要素からなる除振台と、制御対象物の振動を検出するセンサーと、検出された制御対象物振動信号から能動的除振をするためのドライブ信号を作り出す制御回路と、ドライブ信号により制御対象物に制振力を付加するアクチュエータとを備え、センサーは、除振台の固有振動数に実質的に合致する固有振動数を有する共振台を介して制御対象物に搭載されたサーボ型加速度センサーからなり、サーボ型加速度センサーは、除振台の固有振動数において実質的に90°の位相差および+10〜40dBのゲインを有しているものである。
【0019】
【作用】
基礎、床または地盤等である設置面上に、制御対象物は除振台の受動型バネ要素で支持されている。
【0020】
制御対象物の振動はセンサーで検出される。検出された制御対象物振動信号は、制御回路における増幅器で増幅され、位相補償回路で制御対象物振動信号の位相補償が行なわれ、駆動回路で能動的除振をするためのドライブ信号が生成される。ドライブ信号により空圧アクチュエータで制御対象物に制振力が付加される。
【0021】
このセンサーは、サーボ型加速度センサーから構成され、共振台を介して制御対象物に搭載され、共振台は除振台の固有振動数に実質的に合致する固有振動数を有し、共振台を介して制御対象物に搭載されたサーボ型加速度センサーは、この除振台の固有振動数において実質的に90°の位相差および+10〜40dBのゲインをもっているので、共振領域のゲインを選択的に増幅でき、除振台の除振部材の共振が発生する周波数帯域(100Hz以上)では出力信号を減衰できる。このようにして能動制御に最適な位相差およびゲインが得られる。
【0022】
【実施例】
以下、本発明による能動型除振装置の好ましい一実施例を図面に基づき説明する。
【0023】
図1において、本発明の能動型除振装置は、基礎、床または地盤等である設置面10上に受動型バネ要素11により制御対象物12が支持されて除振台13が構成されている。
【0024】
ここで、制御対象物11とは、定盤のような被除振質量のみならず、これに搭載されたステッパー(縮小投影型露光機)のようなIC、LSIの半導体製造・検査装置、電子顕微鏡、光応用装置等の精密機器14が含まれるものである。
【0025】
この受動型バネ要素11は空気バネとダッシュポットとからなる周知の受動型除振装置を構成している。
【0026】
精密機器14を含む制御対象物12には、制御対象物12の振動を検出するセンサー15が搭載されている。
【0027】
また、検出された制御対象物振動信号S1から能動的除振をするためのドライブ信号S2を作り出す制御回路16と、ドライブ信号S2により制御対象物12に制振力fを付加する空圧アクチュエータ17とが備えられている。
【0028】
この制御回路16は、センサー15により検出された制御対象物振動信号S1を増幅する増幅器18、増幅された制御対象物振動信号S1の位相補償を行なう位相補償回路19、位相補償された信号からドライブ信号S2を生成する駆動回路20から構成されている。駆動回路20からのドライブ信号S2により空圧アクチュエータ17に空気を給排気するサーボバルブ21が設けられている。空圧アクチュエータとしてはサーボバルブ21を省略し、リニアモータ(ボイス・コイル・モータ)を使用し、これをドライブ信号S2により電気的に直接駆動することもできる。
【0029】
本発明の特徴によれば、センサー15は、サーボ型加速度センサー(図5)から構成されている。サーボ型加速度センサーは共振台22を介して制御対象物12に搭載されている(図1)。
【0030】
図2(a)に示すように、共振台22はバネ係数k1の空気バネと粘性減衰定数c1のダッシュポットの受動型バネ要素でサーボ型加速度センサーの質量m1が支持されることにより構成されている。
【0031】
制御対象物12を支持する除振台13はバネ係数kの空気バネと粘性減衰定数cのダッシュポットの受動型バネ要素11で支持された定盤に精密機器が搭載された制御対象物12の質量mにより、固有振動数fo(図3)を有する。共振台22は除振台13の固有振動数に実質的に合致する固有振動数を有する。共振台22の固有振動数を除振台13のそれに合致させるには、使用する受動型バネ要素における空気バネのバネ係数k1、ダッシュポットの粘性減衰定数c1、サーボ型加速度センサーの質量m1若しくはサーボ型加速度センサーと受動型バネ要素の間に設けられた補助質量m2(図2(b))により調整される。
【0032】
こうして共振台22を介して制御対象物12に搭載されたサーボ型加速度センサーは、この除振台13の固有振動数foにおいて、実質的に90°の位相差および+10〜40dB、好ましくは+10〜20dBのゲインを有している(図3)。
【0033】
この結果、除振台13に発生している図6〜図7に示す振動に対して図2に示す加速度センサー(m1)の出力は図3のようになり、共振領域のゲインを選択的に増幅でき、除振台13の除振部材の共振が発生する周波数帯域(100Hz以上)では出力信号を減衰できる。なお、図2に示すダッシュポットの粘性減衰定数c1をc10、c20に変化させることにより、図3に示すように共振領域での増幅、共振が発生する周波数帯域での減衰の度合いを変更することができる。
【0034】
振動加速度センサーを搭載した共振台により加速度センサーの出力信号は定盤の振動加速度に帯して固有振動数領域で位相が90°遅れる。
【0035】
このように構成された能動型除振装置において、基礎、床または地盤等である設置面10上に、制御対象物12は除振台13の受動型バネ要素11で支持されている。
【0036】
制御対象物12の振動はセンサー15で検出される。検出された制御対象物振動信号S1は、制御回路16における増幅器18で増幅され、位相補償回路19で制御対象物振動信号S1の位相補償が行なわれ、駆動回路20で能動的除振をするためのドライブ信号S2が生成される。ドライブ信号S2により空圧アクチュエータ17で制御対象物12に制振力fが付加される。
【0037】
この場合、センサー15は、サーボ型加速度センサーから構成され、このサーボ型加速度センサーは共振台22を介して制御対象物12に搭載され、共振台22は除振台13の固有振動数に実質的に合致する固有振動数を有し、共振台22を介して制御対象物12に搭載されたサーボ型加速度センサーは、この除振台13の固有振動数foにおいて実質的に90°の位相差および+10〜40dBのゲインをもっているので、共振領域のゲインを選択的に増幅でき、除振台13の除振部材の共振が発生する周波数帯域(100Hz以上)では出力信号を減衰できる。
【0038】
【発明の効果】
以上の実施例からも明らかなように、本発明の能動型除振装置によれば、基礎、床または地盤等である設置面上に制御対象物を支持する受動型バネ要素からなる除振台と、制御対象物の振動を検出するセンサーと、検出された制御対象物振動信号から能動的除振をするためのドライブ信号を作り出す制御回路と、ドライブ信号により制御対象物に制振力を付加するアクチュエータとを備え、センサーは、除振台の固有振動数に実質的に合致する固有振動数を有する共振台を介して制御対象物に搭載されたサーボ型加速度センサーからなり、サーボ型加速度センサーは、除振台の固有振動数において実質的に90°の位相差および+10〜40dBのゲインを有していることにより、周波数軸で選択的に加速度センサーの出力を増減でき、アクティブパワーの最も必要な共振領域で最大ゲインを、それ以降の高域の周波数帯においても制御を安定化させるに十分なフィルター機能(除振機能)をもたせることが可能となり、能動(アクティブ)制御に最適な位相差およびゲインが得られ、図11に示す理想アクティブ制御が達成される。
【0039】
また、共振台は機械的なフィルター機能をもつことになり、後段の電気的な位相補償回路19の負担が軽減される。あるいは高域の制御安定性は増大するので、この回路でさらに共振領域のゲインを増大させることが可能となる。
【0040】
さらに、共振台により自動的に位相がアクティブに最適なようシフトするので後段の位相反転は不要となる。
【0041】
さらにまた、共振台のダンパーの減衰力を可変にすることで出力信号のゲインと位相のシフトの変化率を調整できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による能動型除振装置の説明図
【図2】(a)、(b)は本発明による能動型除振装置に使用される除振台および共振台の構成要素を示す図
【図3】定盤上の加速度に対する、加速度センサの出力のゲインを示す図
【図4】従来の能動型除振装置の説明図
【図5】能動型除振装置に使用されるサーボ型加速度センサーの説明図
【図6】従来の能動型除振装置によって得られた周波数−振動伝達率を示すグラフ
【図7】従来の能動型除振装置において床面上の振動を考慮したとき得られた周波数−振動伝達率を示すグラフ
【図8】従来の能動型除振装置においてサーボ型加速度センサーで計測した場合の周波数−振動伝達率を示すグラフ
【図9】従来の能動型除振装置においてサーボ型加速度センサーの出力信号を位相反転と高いゲインの増幅を得るようにした周波数−振動伝達率を示すグラフ
【図10】従来の能動型除振装置において開ループ伝達関数よって制御性をチェックする手法を示す図
【図11】能動型除振装置においてパッシブ除振、能動型(アクティブ)除振および理想的な除振を模式的に示すグラフ
【符号の説明】
10……設置面
11……受動型バネ要素
12……制御対象物
13……除振台
15……センサー (サーボ型加速度センサー)
16……制御回路
(18……増幅器
19……位相補償回路
20……駆動回路)
17……アクチュエータ
22……共振台
f……制振力
fo……除振台の固有振動数
S1……制御対象物振動信号
S2……ドライブ信号
[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an active vibration isolator having vibration isolation, seismic isolation, and vibration control functions, and more particularly to an active vibration isolator including a servo sensor that can obtain a phase difference and gain optimal for active control.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, precision instruments represented by semiconductor manufacturing / inspection equipment, electron microscopes, optical application equipment, etc., vibrate from the foundation of installation or the floor in order to make their functions and specifications highly integrated, high resolution, and ultra-precision. It is necessary to shut off.
[0003]
For this reason, a spring with a soft spring coefficient (anti-vibration rubber, spring, air spring) and a dash pot with a viscous damping constant are used, and a mass controlled object in which precision equipment is mounted on a surface plate supported by the spring. 2. Description of the Related Art Passive type vibration isolation tables that perform passive vibration control are known.
[0004]
In this passive vibration isolation table, the region where the vibration is greater than the vibration of the foundation or floor (resonance region) and the region where vibration can be attenuated (vibration isolation region) coexist and the damping constant is small When the normalized frequency is 1 or more, the vibration isolation effect is large, but the resonance becomes large. When the attenuation constant is large, the resonance approaches 0 dB, but the vibration isolation effect at a normalized frequency of 1 or more is reduced. Moreover, when trying to suppress the resonance by adding viscous damping, the vibration isolation effect was reduced and the two-way reciprocity could not be destroyed.
[0005]
As a development of these passive vibration isolation tables, a vertical spring (vibration-proof rubber, spring, air spring) having a spring coefficient k and a dash of a viscous damping constant c are used as a vertical uniaxial (Z-axis) model shown in FIG. The vibration of the mass m itself of the controlled object on which the precision device is mounted on the surface plate supported by the spring system of the pot is monitored by the vibration sensor SE, the phase is inverted by the compensation circuit, and the drive signal is created by the drive circuit. By applying an actuator ACT provided separately from the system to the controlled substance quantity m with precision equipment mounted on the surface plate, an active type vibration isolation table with no vibration phenomenon and high vibration isolation effect can be obtained. It has been developed and reported in JP-A-61-2228137, JP-A-61-224015 and the like.
[0006]
In this active vibration isolation table, the vibration sensor SE is directly fixed to a control object (for example, a surface plate) to be actively controlled for vibration (FIG. 4).
[0007]
As the vibration sensor SE, a speed type sensor or an acceleration type sensor is used, but the servo type acceleration sensor is frequently used because the gain in the low frequency region (f ≦ 5 Hz) is flat and the phase characteristic is flat. Has been.
[0008]
Furthermore, it is desirable that the natural frequency of the vibration isolation table is in the order of 1 to 4 Hz, and the output of the vibration sensor does not decrease in this frequency band.
[0009]
As shown in FIG. 5, the servo acceleration sensor includes a pendulum weight 30 having a mass m supported by a spring 30 having a spring coefficient k and a damper 31 having a viscous damping constant D provided in the case, A position detection unit 32 that detects displacement from the equilibrium point, a drive unit 33 that generates an electrical restoring force to constantly return the weight to the equilibrium point, and a servo amplifier that is interposed between the position detection unit and the drive unit 34. When the displacement y occurs in the space and acceleration is applied to the weight 30 and the displacement x is displaced from the equilibrium point by the position detection unit 32, this displacement is detected by the servo amplifier 34 and the drive unit 33. , To generate an electrical restoring force proportional to the flow. The acceleration is not measured from the displacement of the conventional weight, but the current i supplied to the drive unit 33 is measured by the voltage drop v of the resistor R.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
(1) In an active vibration isolation table equipped with such a servo-type acceleration sensor, the ratio of output vibration to input vibration of the vibration isolation table = vibration transmissibility (Board diagram) is as shown in FIG. The natural frequency is maximum (for example, 10 dB), and the phase is delayed by 90 ° at the natural frequency fo, and the phase is −180 ° at higher frequencies. In this vibration transmissibility, if the spectrum of vibration acceleration on the floor ER (FIG. 4) is constant at a certain level (ndB) (FIG. 7), the spectrum of vibration acceleration on the controlled object (surface plate) is Trace the curve of vibration transmissibility.
[0011]
(2) When this output vibration (vibration on the surface plate) is measured by a servo-type acceleration sensor, an acceleration sensor signal obtained by tracing the output vibration pattern is output as shown in FIG. The phase difference of the output signal of the servo type acceleration sensor with respect to the vibration on the surface plate is 0 ° and in phase as shown in FIG.
[0012]
(3) In order to actively attenuate the resonance region in the shaded area in the vibration transmissibility of FIG. 6, a high gain and phase inversion near the resonance point are required as the output of the vibration sensor.
[0013]
(4) Phase inversion is adjusted by inverting +/- of the vibrometer output signal and connecting it to the phase compensation circuit (FIG. 4). High gain is achieved by electrically amplifying the output signal of the vibration sensor over the entire frequency band (FIG. 9).
[0014]
(5) In many cases, the signal adjusted and amplified according to the above item (4) causes phase shift and gain increase in the frequency band of 100 Hz or more due to resonance of the vibration isolation member constituting the vibration isolation table, resulting in poor control. It becomes stable and oscillates. For this purpose, gain adjustment is performed by inserting a high-pass filter (HPF) and a low-pass filter (LPF) acting on a specific frequency band. This gain adjustment causes a phase shift, making optimal adjustment very difficult.
[0015]
(6) The evaluation of the above items (1) to (5) is performed by a single open loop transfer function (open loop transfer function). That is, in order to intentionally vibrate the surface plate, the force actuator ACT is transmitted with a known signal (Vin) and each element (force actuator, vibration isolation table, vibration sensor, compensation circuit) when it vibrates with this signal. Controllability is checked using the entire transfer function based on the ratio (gain, phase) to the signal (Vout) at the compensation circuit exit through the function (frequency characteristics, phase characteristics) (FIG. 10).
[0016]
To summarize the issues described above, the requirements for an active vibration isolation table are:
a) How to keep the vibration near the resonance point low b) Return to passive vibration so as not to exceed passive vibration near 20-30 Hz c) Stabilize so as not to oscillate at 100 Hz or higher. Is shown in FIG.
[0017]
Therefore, the output signal measured by the acceleration sensor with respect to the vibration acceleration on the surface plate shown in FIGS.
a) How to increase the gain in the vicinity of the resonance point b) High frequency range (> 30 Hz) where vibration of the vibration isolation member (a surface plate as a controlled object, precision equipment mounted on it, a frame of the vibration isolation table, etc.) is likely to occur The problem is how to keep the gain of) low.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve these problems, according to the active vibration isolator of the present invention, a vibration isolation table including a passive spring element that supports a control object on an installation surface such as a foundation, a floor, or a ground, and a control target A sensor for detecting vibration of an object, a control circuit for generating a drive signal for active vibration isolation from the detected vibration signal of the controlled object, and an actuator for applying a damping force to the controlled object by the drive signal The sensor comprises a servo type acceleration sensor mounted on a controlled object via a resonance table having a natural frequency substantially matching the natural frequency of the vibration isolation table. those having a gain of the phase difference and + 10~40DB substantially 90 ° in the natural frequency of the table.
[0019]
[Action]
An object to be controlled is supported by a passive spring element of a vibration isolation table on an installation surface such as a foundation, a floor, or the ground.
[0020]
The vibration of the controlled object is detected by a sensor. The detected control object vibration signal is amplified by an amplifier in the control circuit, the phase compensation circuit performs phase compensation of the control object vibration signal, and a drive signal for active vibration isolation is generated in the drive circuit. The A damping force is applied to the controlled object by the pneumatic actuator by the drive signal.
[0021]
This sensor is composed of a servo-type acceleration sensor, and is mounted on a controlled object via a resonance table. The resonance table has a natural frequency that substantially matches the natural frequency of the vibration isolation table. Since the servo-type acceleration sensor mounted on the controlled object has a phase difference of substantially 90 ° and a gain of +10 to 40 dB at the natural frequency of the vibration isolation table, the gain in the resonance region is selectively selected. The output signal can be attenuated in a frequency band (100 Hz or higher) in which resonance can occur in the vibration isolation member of the vibration isolation table. In this way, the optimum phase difference and gain for active control can be obtained.
[0022]
【Example】
Hereinafter, a preferred embodiment of an active vibration isolator according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0023]
In FIG. 1, the active vibration isolator of the present invention comprises a vibration isolation table 13 in which a control object 12 is supported by a passive spring element 11 on an installation surface 10 such as a foundation, a floor or the ground. .
[0024]
Here, the controlled object 11 is not only a vibration-isolated mass such as a surface plate, but also an IC such as a stepper (reduction projection type exposure machine) mounted thereon, an LSI semiconductor manufacturing / inspection apparatus, an electronic A precision instrument 14 such as a microscope or an optical application apparatus is included.
[0025]
This passive spring element 11 constitutes a known passive vibration isolator composed of an air spring and a dashpot.
[0026]
A control object 12 including the precision device 14 is equipped with a sensor 15 that detects vibration of the control object 12.
[0027]
In addition, a control circuit 16 that generates a drive signal S2 for active vibration isolation from the detected control object vibration signal S1, and a pneumatic actuator 17 that applies a damping force f to the control object 12 by the drive signal S2. And are provided.
[0028]
The control circuit 16 includes an amplifier 18 that amplifies the controlled object vibration signal S1 detected by the sensor 15, a phase compensation circuit 19 that performs phase compensation of the amplified controlled object vibration signal S1, and a drive from the phase compensated signal. The driving circuit 20 generates the signal S2. A servo valve 21 for supplying and exhausting air to the pneumatic actuator 17 by a drive signal S2 from the drive circuit 20 is provided. As the pneumatic actuator, the servo valve 21 can be omitted, and a linear motor (voice coil motor) can be used, which can be electrically driven directly by the drive signal S2.
[0029]
According to a feature of the present invention, the sensor 15 comprises a servo type acceleration sensor (FIG. 5). The servo type acceleration sensor is mounted on the control object 12 via the resonance table 22 (FIG. 1).
[0030]
As shown in FIG. 2 (a), the resonance table 22 is configured by a mass type m1 of a servo acceleration sensor supported by a passive spring element of an air spring having a spring coefficient k1 and a dashpot having a viscous damping constant c1. Yes.
[0031]
The anti-vibration table 13 that supports the controlled object 12 includes a precision device mounted on a surface plate supported by an air spring having a spring coefficient k and a passive spring element 11 having a dash pot having a viscous damping constant c. Due to the mass m, it has a natural frequency fo (FIG. 3). The resonance table 22 has a natural frequency that substantially matches the natural frequency of the vibration isolation table 13. In order to match the natural frequency of the resonance table 22 with that of the vibration isolation table 13, the spring coefficient k1 of the air spring in the passive spring element used, the viscosity damping constant c1 of the dashpot, the mass m1 of the servo acceleration sensor, or the servo It is adjusted by the auxiliary mass m2 (FIG. 2B) provided between the type acceleration sensor and the passive type spring element.
[0032]
Thus, the servo-type acceleration sensor mounted on the controlled object 12 via the resonance table 22 has a phase difference of substantially 90 ° and +10 to 40 dB, preferably +10 to 10 at the natural frequency fo of the vibration isolation table 13. It has a gain of 20 dB (FIG. 3).
[0033]
As a result, the output of the acceleration sensor (m1) shown in FIG. 2 becomes as shown in FIG. 3 with respect to the vibration shown in FIGS. The output signal can be attenuated in a frequency band (100 Hz or more) where resonance of the vibration isolation member of the vibration isolation table 13 occurs. In addition, by changing the viscosity attenuation constant c1 of the dashpot shown in FIG. 2 to c10 and c20, the degree of amplification in the resonance region and the attenuation in the frequency band where the resonance occurs as shown in FIG. Can do.
[0034]
The output of the output signal of the acceleration sensor is delayed by 90 ° in the natural frequency region with respect to the vibration acceleration of the surface plate due to the resonance stage equipped with the vibration acceleration sensor.
[0035]
In the active vibration isolator configured as described above, the control object 12 is supported by the passive spring element 11 of the vibration isolation table 13 on the installation surface 10 such as a foundation, a floor, or the ground.
[0036]
The vibration of the controlled object 12 is detected by the sensor 15. The detected control object vibration signal S1 is amplified by the amplifier 18 in the control circuit 16, the phase compensation circuit 19 performs phase compensation of the control object vibration signal S1, and the drive circuit 20 performs active vibration isolation. Drive signal S2 is generated. A damping force f is applied to the controlled object 12 by the pneumatic actuator 17 by the drive signal S2.
[0037]
In this case, the sensor 15 is composed of a servo-type acceleration sensor, and this servo-type acceleration sensor is mounted on the controlled object 12 via the resonance table 22, and the resonance table 22 is substantially equal to the natural frequency of the vibration isolation table 13. The servo-type acceleration sensor mounted on the controlled object 12 via the resonance table 22 has a phase difference of substantially 90 ° at the natural frequency fo of the vibration isolation table 13 and Since it has a gain of +10 to 40 dB, the gain in the resonance region can be selectively amplified, and the output signal can be attenuated in the frequency band (100 Hz or more) in which the vibration isolation member of the vibration isolation table 13 is generated.
[0038]
【The invention's effect】
As is clear from the above embodiments, according to the active vibration isolator of the present invention, the vibration isolation table is composed of a passive spring element that supports a controlled object on an installation surface such as a foundation, a floor, or the ground. And a sensor that detects vibration of the control target, a control circuit that generates a drive signal for active vibration isolation from the detected control target vibration signal, and a damping force applied to the control target by the drive signal And a sensor comprising a servo type acceleration sensor mounted on a controlled object via a resonance table having a natural frequency substantially matching the natural frequency of the vibration isolation table. , by having the phase difference and + gain 10~40dB substantially 90 ° at the natural frequency of the vibration isolation table, selectively increase or decrease the output of the acceleration sensor in the frequency axis, Accession It is possible to provide a maximum gain in the resonance region where the active power is most necessary and a sufficient filter function (vibration isolation function) to stabilize the control in the subsequent high frequency band. Optimal phase difference and gain are obtained, and ideal active control shown in FIG. 11 is achieved.
[0039]
In addition, the resonance stage has a mechanical filter function, and the burden on the electrical phase compensation circuit 19 in the subsequent stage is reduced. Alternatively, the control stability in the high range increases, so that the gain in the resonance range can be further increased with this circuit.
[0040]
Further, since the phase is automatically shifted by the resonance stage so as to be optimally active, the subsequent phase inversion is unnecessary.
[0041]
Furthermore, the rate of change in the gain and phase shift of the output signal can be adjusted by making the damping force of the damper of the resonance table variable.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of an active vibration isolator according to an embodiment of the present invention. FIGS. 2A and 2B are configurations of a vibration isolation table and a resonance table used in the active vibration isolation device according to the present invention. Fig. 3 is a diagram showing elements. Fig. 3 is a diagram showing gain of an output of an acceleration sensor with respect to acceleration on a surface plate. Fig . 4 is an explanatory diagram of a conventional active vibration isolator. Fig. 5 is used for an active vibration isolator. Fig. 6 is a graph showing the frequency-vibration transmission rate obtained by a conventional active vibration isolator. Fig. 7 is a diagram showing vibration on the floor surface in a conventional active vibration isolator. FIG. 8 is a graph showing the frequency-vibration transmissibility obtained when measured with a servo type acceleration sensor in a conventional active vibration isolator. Phase output signal of servo type acceleration sensor in vibration isolator FIG. 10 is a graph showing a frequency-vibration transmissibility in which high gain amplification is obtained. FIG. 10 is a diagram showing a method for checking controllability by an open loop transfer function in a conventional active vibration isolator. Graph schematically showing passive vibration isolation, active vibration isolation, and ideal vibration isolation in a vibration isolator
10 …… Installation surface 11 …… Passive spring element 12 …… Control object 13 …… Vibration isolation table 15 …… Sensor (servo type acceleration sensor)
16... Control circuit (18... Amplifier 19... Phase compensation circuit 20... Drive circuit)
17 …… Actuator 22 …… Resonance table f …… Damping force fo …… Natural frequency S1 of vibration isolation table …… Control object vibration signal S2 …… Drive signal

Claims (1)

基礎、床または地盤等である設置面上に制御対象物を支持する受動型バネ要素からなる除振台と、前記制御対象物の振動を検出するセンサーと、検出された制御対象物振動信号から能動的除振をするためのドライブ信号を作り出す制御回路と、前記ドライブ信号により前記制御対象物に制振力を付加するアクチュエータとを備え、前記センサーは、前記除振台の固有振動数に合致する固有振動数を有する共振台を介して前記制御対象物に搭載されたサーボ型加速度センサーからなり、前記サーボ型加速度センサーは、前記除振台の固有振動数において90°の位相差および+10〜40dBのゲインを有していることを特徴とする能動型除振装置。From a vibration isolation table made of a passive spring element that supports a control object on an installation surface such as a foundation, floor, or ground, a sensor that detects vibration of the control object, and a detected control object vibration signal A control circuit for generating a drive signal for active vibration isolation, and an actuator for applying a damping force to the object to be controlled by the drive signal, wherein the sensor matches the natural frequency of the vibration isolation table A servo type acceleration sensor mounted on the object to be controlled through a resonance table having a natural frequency, and the servo type acceleration sensor has a phase difference of 90 ° and +10 to +10 at the natural frequency of the vibration isolation table. An active vibration isolator having a gain of 40 dB.
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