JP6198556B2 - アクティブ除振装置 - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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。

特許第３８５６６７６号公報

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。

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。

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。

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。

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。

具体的には、本発明は、被支持体を基礎に対して支持する弾性体と、上記基礎の上下及び水平方向を含んだ並進３方向の各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。

すなわち、第１の発明は、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上記並進３方向の各振動状態と該並進３方向の各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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。 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。 φ方向についての制御のブロック図である。 従来の除振台の概略構成を模式的に示す図である。

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。

−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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

−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。

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。

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。

（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。

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。

Ｕφ＝ΣＬny×（Ｃnz・ｓ＋Ｋnz）×ｚ０″／ｓ^２＋ΣＬnz×（Ｃny・ｓ＋Ｋny）×ｙ０″／ｓ^２ …（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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

−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。

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。

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。

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。

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^２ …（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。

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^２ …（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。

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^２ …（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。

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^２−ΣＬnz×（Ｃnx・ｓ＋Ｋnx）×ｘ０″／ｓ^２ …（式８）
Ｕψ＝−ΣＬny×（Ｃnx・ｓ＋Ｋnx）×ｘ０″／ｓ^２＋ΣＬnx×（Ｃny・ｓ＋Ｋny）×ｙ０″／ｓ^２ …（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）

Claims (6)

1. 被支持体を基礎に対して支持する弾性体と、
   上記基礎の上下及び水平方向を含んだ並進３方向の各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上記並進３方向の各振動状態と該並進３方向の各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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。

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