JPH01210634A - 能動制御精密制振台 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ホログラフィ−セット、電子顕微鏡、半導体
製造機器など超精密測定装置などの製造装置をＵ置する
ための能動制御精密制振台に関する。

（従来の技術とその問題点） 従来の除振台は、単なる空気ばねの支持による除振方式
であったため、高周波領域では顕著な除振効果を示すも
のの低周波領域では逆に共振現象が見られるなど問題が
あった。又、衝撃力が加わった場合この衝撃力を直ちに
吸収出来ると言う訳でなく、第９図のように非常に大き
な振幅を示し、然る接体々に減衰して所定の値に収束し
て行くと言う減衰速度の遅さに問題があった。そこで制
（卸弁等による能動制御の例が見られたが荷重変動や荷
重移動によるレベル変動に対処出来なかったために実用
化に難点が有った。

（発明の目的　） 本発明はかかる従来例の欠点に鑑みて為されたもので、
その目的とする処は従来の空気ばねを利用しているにも
拘わらず従来とは根本的に異なる精密なレベルコントロ
ールと制振制御を行う事が出来る画期的な能動制御精密
制振台を提供するにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、係る従来技術の問題点を解決するために第１
項では； ■圧力容器（２０）を具備した空気ばね（２１）にて制
振台本体（Ｃ）を支持する。

■制振台本体（Ｃ）にレベルセンサ（１）と振動センサ
（５）とを設置する。

■レベルセンサ（１）にて検出したレベル変位信号と振
動センサ（５）にて検出した床面や機器等の振動源（４
）から受けた制振台本体（Ｃ）の振動検出信号を１８０
°反転させた反転信号とをレベル変動分加算Ｈ（８）に
入力して加減算を行う。

■レベル変動分加算器（８）からの加算変動信号に合わ
せ駆動回路（９）から駆動信号を出力して制御弁（１８
）の開閉度合を制御する。

■この制御弁（１８）にて空気ばね（２１）の圧力容器
（２０）内の空気圧を調節する。

；と言う技術的手段を採用し、第２項では、■圧力容器
（２０）を具備した空気ばね（２１）にて制振台本体（
Ｃ）を支持する。

■制振台本体（Ｃ）にセンサ（Ｓ）を設置する。

■センサ（Ｓ）にて検出したレベル変位信号と当該セン
サ＜Ｓ）にて検出した床面や機器等の振動源（４）から
受けた制振台本体（Ｃ）の振動検出信号を１８０゜反転
させた反転信号とをレベル変動分加算器（８）に入力し
て加減算を行う。

■レベル変動分加算器（８）からの加算変動信号に合わ
せ駆動回路（９）から駆動信号を出力して制御弁（１８
）の開閉度合を制御する。

■制御弁（１８）にて空気ばね（２１）の圧力容器（２
０）内の空気圧を調節する。

；と言う技術的手段を採用している。

（作　　用　　） まず、第１項の精密制振台の作用に付いて説明する。

■制振台本体（Ｃ）上に機器など負荷（Ｄ）を載置する
と負荷（Ｄ）に合わせて制振台本体（Ｃ）が沈む。

■するとレベルセンサ（１）は直ちにレベル変位量δを
検出し、この変位量に合わせてレベル変位信号が出力さ
れ、レベル変動分加算器（８）に入力される。

■同時に床面や機器等の振動′ＪｆＪ（４）から受けた
制振台本体（Ｃ）の振動量を振動センサ（５）にて検出
し、これを１８０　”反転させて反転信号としてレベル
変動分加算器（８）に入力する。

■この反転信号とレベル変位信号はレベル変動分加算器
（８）にて加減算され、外乱制御だけでなくレベル補正
も行なわれた加算変動信号として出力される。

■補正された加算変動信号は駆動回路（９）に入力し、
駆動回路（９）からレベル補正された外乱制御駆動信号
として出力され、制御弁（１８）の開閉度合を精密に制
御する。

■これにより、空気ばね（２１）の圧力容器（２０）内
の空気圧がレベル変位並びに外乱に対してリアルタイム
で制御され、極めて高い精度でレベル制御と制振制御と
がなされる事になる。

又、第２項は第１項と以下の点において相違するだけで
ある。

■センサ（Ｓ）が１つでレベルセンサ（１）と振動セン
サ（５）とを兼ねており、センサ（Ｓ）で検出した振動
変動信号並びにレベル変位信号とが重畳した制振台本体
（Ｃ）の信号をレベル変動分加算器（８）に入力して、
まず、レベル補正を行う。

■続いてレベル変位分のなくなった制振台本体（Ｃ）の
振動変動信号を１８０°反転させて反転信号としてレベ
ル変動分加算器（８）に入力する。

■尚、第２項において、レベル変位信号と反転信号とを
同時にレベル変動分加算器（８）に入力して加減算を行
うようにしても良い。

（実施例） 本発明の能動精密制振台は、制振台本体（Ｃ）、制振機
槽（Ｅ）、レベル変位量検出回路（＾）、変動量制御回
路（１１＞に大別される６本発明の説明に当たって、ま
ず、第１項の変位星検出回路（＾）について説明し、続
いて第１項の変動量制御回路（［１）について説明し、
最後にこれらを組み込んだ精密制振台全体について説明
し、その後第１項と比較しつつ第２項を説明する。

八−にさ」と疋逆−１−榛一出一皿ＩＵ−＞　ｆｌ−二
！−レベル変位量検出回路（＾）は、基準位置からのレ
ベル変位量を検出するレベルセンサ（１）に接続された
変位量増幅器（１２）、基準電圧設定器（１３）、比較
器〈１４）、変位パルス発生器（２）、変位量検出用加
算器（３）並びに必要があればＤ／Ａ変換器（１５）と
で構成されている。レベルセンサ（１）は制振台本体に
機器などの負荷（Ｄ）を懸けた場合に制振台（Ｃ）の沈
み呈を検出し、検出景に対応した検出信号電圧を発生す
るものである。ここで、変位量をδで表す、この検出信
号電圧は必要があれば変位量増幅器（１２）を通って所
定倍率で増幅され、比咬器（１４）に入力する。この比
較器（１４）には基準電圧設定器（１３）も接続されて
おり、前述の増幅された検出信号電圧は基準電圧と比較
され、基準を越えている場合または下回っている場合に
比較器（１４）から変位信号電圧として出力され、次の
変位パルス発生器（２）に入力される。変位パルス発生
器（２）は内部クロックに合わせて変位信号電圧の発生
期間中一定のパルスを発出力し続ける。この変位パルス
は次の加算器（３）に入力して順次加算され、変位Ｅ、
がデジタル量として把１１′Ｊされる。この変位量は階
段状のデジタル信号として出力され、必要があれば次の
Ｄ／Ａ変換器（１５）に入力した後、滑らかな変位アナ
ログ信号として出力され、次のレベル変動分加算器（８
）に入力する。

尚、センサ（１）の客足を越えるような過大な変位量に
対しても回路構成が前述のようになっているので、基準
電位から変位置検出電圧が外れている以上パルス数のカ
ウントが続き、その後、移動側がホームポジションに復
帰し、変位量が零となって始めてパルス数のカウントが
停止するものであってセンサ（１）のオーバースケール
の場合でも正確な零点復帰が出来るものである。

戊工交肱貫焉」」げ■町−〇二］− 変動址制御回路（Ｉｔ）は、加速度センサのような振動
センサ（５）に接続された低域通過フィルタ（１））、
演算回路（６）、位相反転器（７）、レベル変動分加算
器（８）及び駆動回路（９）とで構成されている。

まず、床面や機器等の振動源（４）から受けた制振台本
体（Ｃ）の振動鰻は振動センサ（５）にてこれに対応す
る振動信号電圧として検出されるが、この段階では振動
信号電圧には高周波分が重畳しており、次の低域通過フ
ィルタ（１７）にて高周波成分が濾過されて比較的滑ら
かな低周波成分だけの振動信号電圧として出力される。

勿論、高周波成分に対して後述の制振ｆｌ構（Ｅ）が十
分応答出来れば、高周波成分をｒ遇する必要がない、こ
のように濾過された振動信号電圧は次ぎに演算回′Ｒ１
（６）に入力し、変動検出信号として出力される。この
変動検出信号は続いて位相反転器（））に入力し、１８
０°位相が反転した反転信号が出力され、次の変位量分
加算器（８）に入力する。

さて、位相反転器（７）から出力された反転信号と１ｌ
ｊ（述の変位置検出回路（＾）の加算器（３）から出力
されたレベル変位信号とはレベル変動分加算器り８）に
入力して加減算されて出力され、次の駆動回路（９）に
入力する。駆動回路（９）ではレベル変動分加算器（８
）からの加算変動１３号に合わせて駆動信号を出力し、
この加乗。変動１に号にてサーボ弁や比例制御弁など各
楓制御弁（１８）の開閉度合が鯖密に制御される。ここ
でサーボ弁（１８）を例に取ってその概略を述べれば、
第５図のように振動弁（１８ａ）が電磁コイル（１１１
ｂ　）で制御され、空気はね（２１）の圧力容器（２０
）内の気圧を精密に制御するのである。

Ｉｔ／ＩＪＪＡ台本体（Ｃ）は圧力容器（２０）を備え
た空気ばね（２１）にて支持されており、空気ばね（２
１）の圧力制御は１）；Ｉ述のよつに制御弁（］８）に
よって行なわれている。

さて、精密制振台（Ｃ）に負荷（０）を掛けると負荷（
Ｄ）に対応しでＩｓ１密制振台（Ｃ）が沈む、この沈み
鼠は直ちにレベルセンサ（１）にて検出され、前述の経
路を通って駆動回路（９）に入力され、制御弁（１８）
を通して圧力容器（２０）に圧縮空気を供給して空気ば
ね（２］）を膨らませ、精密制振台（Ｃ）をボームポジ
ションに戻るように駆動する。精密制振台（Ｃ）が完全
に復ヅｉするとレベルセンサ（１）からは変位量が零に
なるために変位信号電圧の発生が停止する。この時、加
算器（３）によって負荷（Ｄ）により発生したパルス数
がカウントされているので、駆動回路（９）から制御弁
（１８）へは負荷（Ｄ）に合わせた励磁電流が流れ続け
ており、（乃至、励磁電圧が印加されており、）空気ば
ね（２１）の圧力容器（２０）へは負荷（Ｄ）をホーム
ポジションに持ち上げ続けるだけの圧縮空気が連続的に
供給されるようになる。

尚、ボームポジションを越えて精密制振台（Ｃ）が持ち
上げられた場合にはレベルセンサ（１）から前述とは逆
の変位信号電圧が発生し、精密制振台（Ｃ）を降ろして
ホームポジションに戻るように作動する。

一方、変動、鼠制御回路（Ｉｆ）側では位相反転器（７
）で１８０°位相が反転した反転信号が出力されるため
、振９源（４）から発生する低周波振動も打ち消されて
共振現象が発生しないだけでなく、Ｓ撃力を受けても急
速にこれを打ち消し２、その結果制振台本体（Ｃ）はレ
ベル復４１と同時にほぼ急速に静止状態になる。この状
態を第７図に示す、比較例として掲げた第８図はレベル
補正機能のない能動制御の場斤であり、第９図はに来の
空気ばねによる除振を示ず、尚１本発明と従来の空気ば
ねによる除振の差を第６図に示す。

第２項は回路構成が第１項と若干異なり、ｌ／ベルセン
サ（１）と振動センサ（５）とが１′）のセンサ（Ｓ）
に取りまとめられており、低域通過フィルタ（１７）を
削除すると共にセンナ（Ｓ）の出力を分岐して演算回路
＜６）に入力しているものである。そして、演算回路（
６）と１に１敗器（１４）とを制御器（１ｏ）で制御す
るようにしている。、：れにより、センサ（Ｓ＞で検出
したレベル変位信号並びに振動変動信号とが重畳した信
号を比救器（１４）にて前述のように基準電位と比救し
て出力し、Ｄ／Ａ変換器（１５）を通してレベル変動分
加算器に入力して、まず、レベル補正を行う、この間、
制御器（１０）で演算回路〈６〉の動作は停止させられ
ている。レベル補正が完了すると制御器（１０）を切り
替えて演算回路（６）が作動するようにし、レベル変位
分のほぼなくなった振動変動信号を演算回路（６）に人
力した後、変動検出信号として出力し、これを位相反転
器（７）で１８０°反転させて反転信号としてレベル変
動分加算器（８）に入力し、前述のように両者を加減算
するのである。

尚、第２項において、振動変動信号と反転信号とを同時
にレベル変動分加算器（８）に入力して加減算を行うよ
うにしても良い。

又、前記第１項ではレベルセンサは３乃至４箇所振動セ
ンサは３乃至４箇所の合計６〜８箇所設万され、第２項
のセンサはその３〜４箇所設胃される事になる。

（効製） 本発明の第１項の能動制御精密制振台は、圧力容器を具
備した空気ばねにて判！に台本体を支持し、制振台本体
にレベルセンナと振動センサとを設置し、レベルセンサ
Ｇごて検出したレベル変位信号と振動センサにて検出し
た床面や機３等の振動源からの制振台本体の振動検ｊ［
信号を１８０°反転させた反転信号とをレベル変動分加
算器に入力して加減算を行い、レベル変動分加算器から
の加算変動信号に合わせ駆動回路から駆！Ｉ！ＩＪ信号
を出力して制御弁の開閉度合を制御し、制御弁にて空気
ばわの圧力容器内の空気圧をｒＡ：Ｉ￥Ｎするので、位
相反転器によ・１て振動源からの振動を直ちに相殺でき
て極めて精密且つ迅速な制振効果が得られものであり、
同時にレベル補正も行う事が出来て、前述のようにレベ
ル復帰も迅速に行えると言う利点がある。

又、第２項は、制振台本体にセ〉′すを設置し、センサ
にて検出したレベル変位信号と同じセンサにて検出した
床面や機器等の振動源から受けた制振台本体の振動検出
信号を１８０°反転させた反転信号とをレベル変動分加
算器に入力Ｉ１．て加減算を行うのであるから、センサ
が１点で済み、回路構成が第１ｒｎの場合に比べて少な
くなり、はぼ同じ効果を得る事が出来るにも拘わらず、
コストダウンが出来ると言う利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図・・・本発明の第１実施例の概略構成図第２図・
・・本発明のセンサ設置状態の斜視図第３図（ａ）・・
・本発明の制御時の波形を示す図面第３図（ｂ）・・・
本発明の制御弁に流れる電流の変化を示すグラフ 第４図・・・本発明の第２実施例の概略構成国策５図・
・・本発明（こ使用した制御弁の概略断面図第６図・・
・本発明と従来の空気ばねを用いた制振台における制振
効毀を示す比較グラフ 第７図・・・衝撃力を受けた場合本発明によって制振さ
れた時の制振台本体の静止状態を示 すグラフ 第８１Ａ４・・・衝撃力を受けた場なのレベルＧ１１ｌ
止機能を持たない従来の能動制振における制振 効果を示すグラフ 第９図・・・衝撃荷重を加えた時の従来の空気ばねによ
る＃！振効果を示すグラフ 第１０図・・・本発明の第１実施例の回路構成国策１１
ＵＡ・・・本発明の第２実施例の回路構成図（＾）・・
・変位址検出回ＩＭ　（Ｂ）・・・変動址制御回路（Ｃ
）・・・制振台本体　　（Ｄ）・・・負荷（Ｅ）・・・
制振機槽　　　（Ｓ＞・・・センサ（１）・・・レベル
センサ　（２）・・・変位パルス発生器（３）・・・加
算器　　　　（４）・・・振動源（５）・・・振動セン
サ　　　（６）・・・演算回路〈７〉・・・位相反転器
　　（８）・・・レベル変動分加算器（９）・・・駆動
回路　　　　（１０）・・・制御器（１２）・・変位及
増幅器　（１３）・・・基準電圧設定２；（］４）・・
・比較器　　　　（１５）・・・Ｄ／Ａ変換器（１７）
・・・低域通過フィルタ　り１８）・・・制御弁（１９
）・・・レギュレータ　（２０）・・・圧力容器（Ｚｌ
）・・・空気ばね

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧力容器を具備した空気ばねにて制振台本体を支
   持し、制振台本体にレベルセンサと振動センサとを設置
   し、レベルセンサにて検出したレベル変位信号と振動セ
   ンサにて検出した床面や機器等の振動源から受けた制振
   台本体の振動検出信号を１８０°反転させた反転信号と
   をレベル変動分加算器に入力して加減算を行い、レベル
   変動分加算器からの加算変動信号に合わせ駆動回路から
   駆動信号を出力して制御弁の開閉度合を制御し、制御弁
   にて空気ばねの圧力容器内の空気圧を調節してなる事を
   特徴とする能動制御精密制振台。（２）圧力容器を具備
   した空気ばねにて制振台本体を支持し、制振台本体にセ
   ンサを設置し、センサにて検出したレベル変位信号と当
   該センサにて検出した床面や機器等の振動源から受けた
   制振台本体の振動検出信号を１８０°反転させた反転信
   号とをレベル変動分加算器に入力して加減算を行い、レ
   ベル変動分加算器からの加算変動信号に合わせ駆動回路
   から駆動信号を出力して制御弁の開閉度合を制御し、制
   御弁にて空気ばねの圧力容器内の空気圧を調節してなる
   事を特徴とする能動制御精密制振台。