JPH01210809A - レベル変位量と振動による変動量とを１つのセンサで制御する方法とその方法を実現する変位量検出機能付き変動量制御回路 - 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、車両の走行中の車体姿勢制御やホログラフィ
−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載置する精密定盤のレベルなどの
変位量をたちどころに正確に検出する変位量検出機能を
具備すると共番こ床面から極微細振動が伝わる事を防止
乃至軽減して機器の精度を維持・向上させる事が出来る
変位量検出機能付き変動量制御回路に間する。

（従来の技術とその問題点） 従来の変位量検出回路は、例えばエンコーダを用いて変
動量を検出する場合を例に取って説明すれば、基準面に
エンコーダの基準スケールを取り付け、移動側にエンコ
ーダの移動スケールを取付て基準スケールの零点からの
移動スケールの相対移動量をパルスとしてエンコーダか
ら発生させ、□このパルス数をカウントして移動量の検
出を行っていた。この場合、移動量の検出精度や分解能
はパルスモータの機械的精度や機械的構造に依存するた
め限界があると言う問題点があり、精度向上を計ればエ
ンコーダ自体が大きくなると言う問題も発生し、又、移
動量の検出もエンコーダの各派に制限されると言う点も
問題があった。

又、従来の変動量制御回路は単に床面がらの外乱を検出
して駆動回路に外乱に対応した信号を送り、外乱制御を
行っていただけであって、定盤上の荷重の変動によるレ
ベル変化に対応すると言うような対策はなかっただけで
なく、変位量と変動量の制御を行おうとするとレベルセ
ンサと変動センサの２つが必要となり、回路構成も複雑
となると言う問題点もあった。

（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物体の変位量を総て電気的にカウン
トする事が出来て検出精度や分解能を非常に高く取る事
が出来るだけでなく、装置の容積も非常にコンパクトに
する事が出来るだけでなく、変位量検出機能に加えて１
つのセンサで外乱の制御も可能であって回路構成も非常
に簡単な変位量検出機能付き変動量ＩＩＪ＃回路を提供
する事にある。

（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； ■機器のレベル変位量δや振動源から受ける機器の振動
を検出して変位又は変動信号電圧を発生するセンサ（１
）と、 ■センサ（１）から出力された信号電圧と基準電位とを
比較して信号電圧が基準電位から外れている場合に変位
信号電圧を出力する比較器（１４）と、■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
生する変位パルス発生器（２）と、 ■前記変位パルスを加算して変位量をデジタル量で把握
する加算器＜３）とで変位量検出回路（＾）を構成し、 ■センサ（１）にて検出された床面や機器等の振動源（
４）の振動を分岐して変動入力信号として入力し、これ
に合わせて変動検出信号を出力する演算回路（６）と、 ■変動検出信号の位相を１８０°反転させる位相反転器
（））と、 ■位相反転器（７）から出力された反転信号と変位量検
出回路（＾）の加算器（３）から出力されたレベル変位
信号とを加算するレベル変動分加算器（８）と、■レベ
ル変動分加算器（８）からの加算変動信号に合わせて駆
動信号を発生する駆動回路（９）とで変位量検出機能付
き変動量制御回路を構成する。

；と言う技術的手段を採用し、第２項では、■第１項の
回路構成に加えて、レベル補正後に比較器の作動を止め
、演算回路を作動させるというような交互に制御を行う
制御器（１０）を設ける。

；と言う技術的手段を採用している。

（作用） ■変位量検出回路（＾）に付いて概略説明する。まず、
センサ（１）にて機器のレベルの変位量を検出し、この
変位量に合わせて変位信号を出力する。

■この変位信号は比較器（１４）に入力して基準電位と
比較され、基準電位から外れている場合にアナ、ログの
変位信号電圧として出力される。

■アナログの変位信号電圧は次ぎに変位パルス発生器（
２）に入力するが、変位パルス発生器（２）内の内部ク
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
スが変位パルス発生器（２）から発生される。

■前記変位パルスは続いて加算器（３）に入力され、加
算器〈３）で入カバルス数がカウントされた後、変位信
号として出力される。これにより、変位量がデジタル量
として把握される事になる。

■一方、センサ（１）は床面や機器等の振動源（４）の
＃ｉ勤量も検出するが、この変動量は変動信号として分
岐されて演算回路（６）に入力し、この変動信号に合わ
せてアナログの変動検出信号として演算回路（６）から
出力される。

■この変動検出信号の位相を位相反転器（））で１８０
°反転させる。

■位相反転器（７）から出力された反転信号と前記加算
器（３）から出力されたレベル変位信号とをレベル変動
分加算器（８）にて加算して外乱制御だけでなくレベル
補正も行う。

■補正された加算変動信号を駆動回路（９）に入力し、
駆動回路（９）から制御機構にレベル補正のされた外乱
制御駆動信号を出力する。

■尚、センサ（１）で検出されたレベル変位量と振動源
（４）の変動量とは分岐して比較器（１４）と演算回路
（６）に入力し、同時に出力してレベル変動分加算器（
８）に加“９しても良いが、制御器（１０）にて比較器
（１４）を作動させてまずレベル補正を行い、然る後切
り替えて演算回路（６）を作動させ振動制御を行うよう
にしても良い。

（実施例） 本発明の説明に当たって、まず、変位量検出回路に付い
て説明し、続いて変動量制御機能に付いて説明し、最後
にこれらを組み込んだ精密定盤（Ｃ）を例に取って説明
する。

ΔＡ−−−シ耳！：−イ’ｎ　＃　、（ｉ！と一−１１
１１−−Ｉ（１１Ｊ！Ｌ−二（−Ｊｉ、；）−！モ：２
−−二−Ｊ！ｉ−変位量検出回路（＾）は、基準位置か
らの変位量を検出したり、床面や機器等の振動源（４）
の振動を検出するセンサ（１）に接続された変位量増幅
器（１２）、基準電圧設定器（１３）、変位パルス発生
器（２）、変位量検出用加算器（３）並びにＤ／Ａ変換
器（１５）とで構成されている。まず、例えば定盤（Ｃ
）のようなものに負荷（Ｄ）を懸けると定盤（Ｃ）は沈
み込むが、センサ（１）にて定盤（Ｃ）のこの沈み竜を
検出し、検出量に対応した検出信号電圧を発生する。こ
こで、変位量をδで表す、この検出信号電圧は変位量増
幅器（１２）を通って所定倍率で増幅され、比較器（１
４）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、変位量がデジタル量として把握される。

この変位量は附設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、清
らが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（６）の容量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
電位から変位量検出電位が外れている以上パルス数のカ
ウントが続き、その後、移動側がボ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
停止するものであるからセンサ（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。

１−え！ｌ！、−■舅五艷律八賢」九 変へ量制御回１／４Ｇ（Ｄ）は、センサ（１）から分岐
された振動信号電圧の入力を受ける演算回路（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）の振動量は前記セン
サ（１）にて検出され、これに対応する振動信号電圧と
して出力され、分岐されて演算回路（６）に入力し、変
動検出信号として出力される。

この時、制御器（１０）がまず比較器（１４）を作動さ
せ前記の要領でレベル変動分加算器（８）にレベル補正
分の信号入力を行い、これが完了した時点で切り替えて
演算回路（６）を作動させ、後述の制振作用を働かせる
。勿論、制御器（１０）を用いずに比較器（１４）と演
算回路（６）とを同時に作動させ、両者の出力を同時に
レベル変動分加算器（８）に入力し、レベル補正と制振
作用を同時に行っても良い。

さて、演算回路（６）からの変動検出信号は続いて位相
反転器（７）に入力し、１８０°位相が反転した反転信
号が出力され、次のレベル変位量分加算器（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前述
の変位量検出回路（＾）の加算器（３〉から出力されな
レベル変位信号とはレベル変動分加算器（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０路（９ンではレベル変動分加算器（８）から
の加算変動信号に合わせて駆動信号を出力し、この加算
変動信号にて閥御機構の姿勢制御や制振を図るのである
。

この点をＭ’／Ｍ定盤＜Ｃ）に組み込んだ場合を例に取
って更に詳述する。精密定盤（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（２１）の圧力制御は例えばサーボ弁や比例制御弁な
どの＃Ｉｌｌ弁（１８）とレギュレータ〈１９）によっ
て行なわれており、前記制ｍ回路で制御弁（１８）の開
閉を制御して空気ばね（２１）の圧力制御を行っている
ものである。

さて、精密定ａ（（：ンに負荷（Ｄ）を掛けると負荷（
Ｄ）に対応してＭＷ！定盤（Ｃ）が沈む、この沈み景は
直ちにセンサ（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（２１）
を膨らませ、精密定盤（Ｃ）をホームポジションに戻る
ように［勤する。精密定！　（Ｃ）が完全に復帰すると
比較器（１４）にて基準電圧設定器（１３）とセンサ出
力とが比較され、変位量が零であるために変位信号電圧
も零になる。この時、加算器（３）によって負荷（＋１
）により発生したパルス数がカウントされているので、
駆＃ＪＵＢ路（９）から制御弁（１８）へは負荷（１）
）に合わせた励磁電流が流れ続けており、空気ばね（２
１）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、ホームポジションを越えて精密定盤（Ｃ）が持ち上
げられた場合にはセンサ（１）から前述とは逆の変位信
号電圧が発生し、ｍ密定盤（Ｃ）を降ろしてホームポジ
ションに戻るように作動する。このようなレベル補正は
１度補正を行うと以後時々行うだけで良いので、ｆｆ１
Ｊ御器（１０）の作用番ごて次の制振動作に先立って行
っても良いし、制御器（１０）を無くして同時に行って
も良いものである。

一方、変動量制御回路（Ｂ）側では位相反転器（））で
１８００位相が反転した反転信号が出力されるため、振
動源（４）から発生する撮動は打ち消され、精密定盤（
Ｃ）はほぼ静止状態になる。

このようにして１つのセンサ（１）にて速やかなレベル
復帰と制振を行い、機器の姿勢制御と振動遮断が行なわ
れるのである。

（効果〉 本発明の第１項では、機器のレベル変位量や振動源から
受ける機器の振動を検出して変位又は変動信号電圧を発
生するセンサと、センサから出力された信号電圧と基準
電位とを比較して信号電圧が基準ζ位から外れている場
合に変位信号電圧を出力する比較器と、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生
する変位パルス発生器と、前記変位パルスを加算して変
位量をデジタル址で把握する加算器とで変位量検出回路
を構成しであるので、従来のエンコーダ方式と違って移
動量の検出精度や分解能は電気的に決まる事になり、非
常に高い精度になるだけでなく、同時に応答性にも優れ
、しかも変位量に拘わらずスケールオーバの発生がなく
且つ容量もコンパクトにまとめられると言う利点がある
。

又、センナにて検出された床面や機器等の振動源の振動
を分岐して変動入力信号として入力し、これに合わせて
変動検出信号を出力する演算回路と、変動検出信号の位
相を１８０°反転させる位相反転器と、位相反転器から
出力された反転信号と変位量検出回路の加算器から出力
されたレベル変位信号とを加算するレベル変動分加算器
と、レベル変動分加算器からの加算変動信号に合わせて
駆動信号を発生する駆動回路とで変動量制御回路を構成
したので、位相反転器にて振動源の振動を相殺できるだ
けでなく、前述のようにレベル復帰も迅速に行えるので
実機に適用できる実用的な変動量制御回路とする事が出
来、且つ、センサから変動信号を分岐して演算回路に入
力しているので、レベル復帰と制振動作を１つのセンサ
で行え、その結果非常に回路構成が簡単になると言う利
点がある。

又、本発明の第２項では、レベル補正後に比較器の作動
を止め、演算回路を作動させる制御器を設けたので、比
較器と演算回路とを別々に且つ交互にしかもそれぞれの
制御時間を実状に合わせて任意に設定して制御できるも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図・・・本発明の一実施例の回路図第２図・・・本
発明の回路を適用した精密定盤の概略構成図 第３図（ｎ）・・・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 （＾）・・・変位量検出回路 （Ｂ）・・・変動量制御回路 （Ｃ）・・・精密定盤　　　（Ｄ）・・・負荷（Ｅ）・
・・変位及検出機能利き変ｙＪＪ量制御回路（１）・・
・センサ　　　　（２）・・・変位パルス発生器〈３）
・・・加算器　　　　（４）・・・振動源（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）・・
・制淘器　　　　（１２）・・・変位量増幅器（１３）
・・・基準電圧設定器　（１４）・・・比較器（１５）
・・・Ｄ／Ａ変換器　（１８）・・・制御弁（１９）・
・・レギュレータ　（２０）・・・圧力容器（２１）・
・・空気ばね 第３図（ａ） 手続補正書働式） １、事件の表示 事件との関係　　特許出願人 住所　兵庫県尼崎市南塚ロ町５丁目１７−４３名称　特
許機器株式会社 代表者　　岡本興三 ４、代理人 ５、補正命令の日付　　昭和６３年５月３１日６、補正
の対称　明細書及び図面 ７、補正の内容 別紙の通り ７、補正の内容 月細書第１５頁第８〜１０行の「第３図（ａ）・・・・
・・（中・・・・・グラフ１を削除してｒ第３図・・・
本発明の制湘北に流れる電流の変化を示すグラフと制御
時のとの対応関係を示す図面」を挿入致します。 明細書に添付した第３図（ａ）及び第３図（ｂ）をして
新たに添付した図面を第３図と致します。 ・・・以上・・・

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）機器のレベル変位量や振動源から受ける機器の振
   動を検出して変位又は変動信号電圧を発生するセンサと
   、センサから出力された信号電圧と基準電位とを比較し
   て信号電圧が基準電位から外れている場合に変位信号電
   圧を出力する比較器と、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生する変位パルス
   発生器と、前記変位パルスを加算して変位量をデジタル
   量で把握する加算器とで変位量検出回路を構成し、セン
   サにて検出された床面や機器等の振動源の振動を分岐し
   て変動入力信号として入力し、これに合わせて変動検出
   信号を出力する演算回路と、変動検出信号の位相を１８
   ０°反転させる位相反転器と、位相反転器から出力され
   た反転信号と変位量検出回路の加算器から出力されたレ
   ベル変位信号とを加算するレベル変動分加算器と、レベ
   ル変動分加算器からの加算変動信号に合わせて駆動信号
   を発生する駆動回路とで構成された事を特徴とする変位
   量検出機能付き変動量制御回路。
2. （２）レベル補正後に比較器の作動を止め、演算回路を
   作動させる制御器を設けた事を特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載の変位量検出機能付き変動量制御回路。