JPH06137371A

JPH06137371A - 振動除去装置

Info

Publication number: JPH06137371A
Application number: JP29296492A
Authority: JP
Inventors: Koji Inoue; 光二井上; Kiyoto Kobayashi; 清人小林
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1992-10-30
Filing date: 1992-10-30
Publication date: 1994-05-17

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、ハードウエアを用いることなく、
加速度のＤＣ成分を除去して振動の検出が可能であり、
しかも動作速度が速く簡単な構成で実現可能な振動制御
装置を提供する。【構成】定盤１の振動は、加速度センサ２によって検
知され、時系列信号として制御装置３の記憶手段３ａに
記憶される。記憶手段３ａは現在の加速度信号から所定
時間以前までの加速度信号を順次更新記憶しており、Ｄ
Ｃ成分除去手段３ｂは記憶手段３ａに記憶されている時
系列信号の平均値を求め、最新の加速度信号との差分を
算出する。制御装置３はＤＣ成分除去手段３ｂによって
算出された信号を真の加速度信号として、その信号が示
す振動を除去するようアクチュエータドライバ４に制御
信号を出力し、アクチュエータ部５を介して定盤１の振
動を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は不要な振動を除去するこ
とを目的として、振動を検出し、その振動ができる限り
小さくなるように振動とは逆向きの力を発生させて除振
を行う振動除去装置に関するものである。

【０００２】

【従来技術】従来の振動除去装置においては、加速度セ
ンサの初期オフセット、ドリフトや、センサの取り付け
が重力方向と一致していないこと等により、検出した加
速度に偽信号のＤＣ成分が加わるため、これらの信号を
そのままアクチュエータドライバに入力すると、ＤＣ成
分に対応した発生力が常に出力され消費エネルギーが増
大したり、あるいはアクチュエータおよびアクチュエー
タドライバの発熱量が増大するという問題が生じてい
た。

【０００３】この偽信号のＤＣ成分をキャンセルするた
めに、（１）加速度センサの出力、制御装置の出力、ま
たはアクチュエータドライバの出力にハードウェアの高
域通過フィルタを設置し、偽信号のＤＣ成分をキャンセ
ルすることや、（２）アクチュエータドライバの出力値
をモニターし、加速度センサの出力の時系列信号をフー
リエ変換して、その周波数０ＨｚのゲインからＤＣ成分
をソフトウェア的に検出し、ＤＣ成分がある一定レベル
を超えたときに制御装置の出力からそのＤＣ成分を引く
ことでキャンセルする等の手法がとられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記
（１）の偽信号のＤＣ成分のキャンセル方法では、ハー
ドウェアの高域通過フィルタを使用するため、カットオ
フ周波数を変更するときには構成部品を変更する手段が
必要となる。また、できるだけ低周波数領域まで制御し
ようとするとカットオフ周波数を下げる必要が生じ、そ
の結果使用コンデンサの容量が増大するため、部品の安
定度が低下したり、制御機器全体が大型化するという問
題があった。

【０００５】また上記（２）のソフトウェアでＤＣ成分
を検出してキャンセルする方法では、振動の制御をする
メインのプログラムとは独立にＤＣ成分のキャンセルプ
ログラムを動作させるか、振動の制御をするメインのプ
ログラム中でＤＣ成分のキャンセルプログラムを動作さ
せるかのどちらかになる。前者では、ＣＰＵを複数使用
したりマルチタスクＯＳ等が必要になり、その結果、動
作速度が遅くなったりプログラムの規模が拡大するとい
う問題があり、また後者では、ＤＣ成分のキャンセルプ
ログラムが動作する時間間隔が大きくなるので、ＤＣ成
分を除去するときにアクチュエータドライバの出力値が
変動し、その瞬間は振動の制御が不可能となるという問
題があった。

【０００６】本発明は、これらの問題点を解消するため
に創案されたものであって、ハードウエアを用いること
なく、加速度のＤＣ成分を除去して振動の検出が可能で
あり、しかも動作速度が速く簡単な構成で実現可能な振
動制御装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる振動除去
装置の構成を図１に基づいて説明する。

【０００８】上記目的を達成するために、本発明におけ
る振動除去装置は、定盤１の加速度検出する加速度セン
サ２と、前記加速度センサ２の信号により、アクチュエ
ータドライバ４に対して所定のフィードバック信号を出
力することによりアクチュエータ部５を介して定盤１の
振動を除去する制御装置３を備えた振動除去装置におい
て、前記制御装置３は、前記加速度信号の時系列信号を
順次更新記憶する記憶手段３ａと、前記記憶手段３ａに
よって記憶されている時系列信号の平均値を求め、最新
の加速度信号と前記平均値の差分を算出するＤＣ成分除
去手段３ｂとを有することを特徴とする。

【０００９】

【作用】定盤１の振動は、加速度センサ２によって検知
され、時系列信号として制御装置３の記憶手段３ａに記
憶される。記憶手段３ａは現在の加速度信号から所定時
間以前までの加速度信号を順次更新記憶しており、ＤＣ
成分除去手段３ｂは記憶手段３ａに記憶されている時系
列信号の平均値を求め、最新の加速度信号との差分を算
出する。制御装置３はＤＣ成分除去手段３ｂによって算
出された信号を真の加速度信号として、その信号が示す
振動を除去するようアクチュエータドライバ４に制御信
号を出力し、アクチュエータ部５を介して定盤１の振動
を除去する。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１〜図５に基づ
いて説明する。

【００１１】図１は、本願発明にかかる振動除去装置の
ブロック図を示したもので、１は定盤で、無振動で行う
必要のある実験等、例えば光学素子を用いた実験や露光
過程を行う半導体製造装置等が載置される。２は加速度
センサで、定盤１の振動の検出を行う。３は制御装置で
あって、定盤１の振動を除去するための制御信号を出力
する。制御装置３は、加速度センサ２によって与えられ
た加速度信号の時系列信号を順次更新記憶する記憶手段
３ａと、記憶手段３ａによって記憶されている時系列信
号の平均値を求め、最新の加速度信号と前記平均値の差
分を算出するＤＣ成分除去手段３ｂとから構成されてい
る。４はアクチュエータドライバで制御装置３の制御信
号を受けてコイルアクチュエータ部５に対して駆動信号
を出力する。５はコイルアクチュエータ部で、アクチュ
エータドライバ４の駆動信号を受けて定盤１を付勢す
る。６は本願発明にかかる振動除去装置が載置される床
面である。

【００１２】図２は本発明にかかる図１で構成される振
動除去装置の機構部の一具体例を示したものである。８
０は円柱上の形状をした基台であり、その内部に中空部
を有し、その中空部は一方が絞られた貫通孔８３が貫設
された分離壁８５によって第一室８１と第２室８２の２
室に区分けされている。そして第一室８１の円柱側面に
エア入出力部８６が形成されここから空気が第一室８１
に供給される。そして第一室８１の上部は第一室８１の
側壁に端部が固定された弾性体８４でおおわれており、
これらにより第一室８１は空気バネ８０ａを構成してい
る。弾性体８４はその下部を弾性支持体８８で支持され
ることにより駆動軸９２の載置部が平面状形状に保たれ
る。また第２室８２は分離壁８５の貫通孔８３を介して
圧入された空気によって所定圧力に保たれることにより
全体として空気ダンパ８０ｂを構成している。また８７
は基台８０の上部に定盤１の駆動軸９２を載置するため
の支持部である。

【００１３】９０は図１で示された定盤１で、その上部
に物体を載置するためのテーブル９１、下部に空気バネ
８０ａと空気ダンパ８０ｂの付勢力をテーブル９１に伝
えるための駆動軸９２、及び駆動軸９２の端部にはコイ
ル９３ｂを遊嵌するための遊嵌孔９４を有する。この定
盤９０は空気バネ８０ａの非駆動時には基台１の支持部
８７に載置され、駆動時には空気バネ８０ａの付勢力に
よって弾性部８４を介して支えられる。

【００１４】９３はコイルアクチュエータで、基台８０
に立設され、定盤１の遊嵌孔９４に遊嵌されたコイル９
３ｂと定盤１の遊嵌孔９４の側壁に埋設されたマグネッ
ト９３ａ及び磁性体９３ｃから構成される。このコイル
アクチュエータ９３はコイル９３ｂに供給される所定電
流によって発生する電磁力によって定盤１の駆動軸９２
を付勢する。以上空気バネ８０ａ、空気ダンパ８０ｂお
よびコイルアクチュエータ９３は図１で示されたアクチ
ュエータ部に該当するものである。

【００１５】図３は本発明にかかる振動除去装置の振動
制御に関する制御ブロック図を示す。制御対象７（定盤
１に被振動除去物が載置されたもの）の振動９は加速度
センサ２によって検出され制御装置３に入力される。制
御装置３は定盤１をその振動方向とは逆方向に付勢する
ようアクチュエータドライバ４に対して制御信号を出力
し、アクチュエータ部５はアクチュエータドライバ４の
駆動信号にしたがい定盤１を付勢する。これにより外乱
８により制御対象７に対して不測の振動が生じた場合で
あっても振動の除去が可能となる。

【００１６】ここで、制御装置３において加速度センサ
２から入力された加速度信号の成分をキャンセルするた
めの原理を説明する。加速度センサの出力をＡ／Ｄ変換
した値の時間列Ａ（ｎ）があるとき、時間ｍまでのｋ個
の加速度の和をｓｕｍ（ｍ、ｋ）と表す。

【００１７】この時間列の連続和ｓｕｍ（ｍ、ｋ）は、
その連続和の性質上加速度の高周波成分を持たない、滑
らかな信号となる。またそのカットオフ周波数はｋに反
比例する。すなわちｓｕｍ（ｍ、ｋ）をｍについてラプ
ラス変換すると以下のようになるＬ［sum(m,k)］＝Ｌ［A(m-k+1)+A(m-k+2)+・・・+A(m) ］＝ｅ^-(k-1)s+ ｅ^-(k-2)s+ ・・+ ｅ^-s+ ｅ^-1｝Ｌ［A(m)］＝(1-e^-ks)/(1-e^-s) Ｌ［A(m)］つまり、加速度の和ｓｕｍ（ｍ、ｋ）は加速度Ａ（ｍ）
に対し周波数領域でのフィルタ関数、(1-e^-ks)/(1-
e^-s) をかけたものになっており、このフィルタ関数で
ｓｕｍ（ｍ、ｋ）の周波数特性およびカットオフ周波数
が決まる。カットオフ周波数の定義は、一般的には周波
数０Ｈｚ（ｓ＝０）のときの振幅値の約０．７倍となる
周波数をいうが、ここでは便宜のため（1-1/e ）倍すな
わち約０．６３倍となる場合を定義する。この場合、周
波数０Ｈｚの時のゲインは lim(1-e^-ks)/(1-e^-s) ＝ｋ（ｓ→0 ）となることから、カットオフ周波数は (1-e^-ks)/(1-e^-s) ＝ｋ（1 −１／ｅ）からｓを求めることにより、ｓ＝１／ｋ（ただしｋ＞＞
１）となる。

【００１８】これらにより、ｓｕｍ（ｍ、ｋ）は加速度
Ａ（ｍ）にカットオフ周波数が１／ｋであるフィルタ関
数をかけたものであるということができる。ｋが十分に
大きい場合は１／ｋは、ほぼ０に近い値となりることか
らカットオフ周波数はほぼ０Ｈｚとなり、ｓｕｍ（ｍ、
ｋ）／ｋは加速度Ａ（ｍ）の０Ｈｚ時のゲインであるＤ
Ｃ成分を表すこととなる。

【００１９】したがって、ｓｕｍ（ｍ、ｋ）／ｋを加速
度信号Ａ（ｍ）から引けばＤＣ成分をキャンセルするこ
とが可能となる。そして、時間ｍの時点ではｓｕｍ
（ｍ、ｋ）、時間ｍ＋１の時点ではｓｕｍ（ｍ＋１、
ｋ）という移動平均を求め、加速度として、Ａ（ｍ）＝Ａ（ｍ）−ｓｕｍ（ｍ、ｋ）／ｋＡ（ｍ＋１）＝Ａ（ｍ＋１）−ｓｕｍ（ｍ＋１、ｋ）／ｋを使用すれば、加速度信号からＤＣ成分を滑らかにキャ
ンセルすることが可能となる。

【００２０】実際にｓｕｍ（ｍ、ｋ）を求めるのに次式
に示すように毎回加速度の時間列を加算してもよいが、ｓｕｍ（ｍ、ｋ）＝Ａ（ｍ−ｋ＋１）＋Ａ（ｍ−ｋ＋２）＋・・・＋Ａ（ｍ）ｓｕｍ（ｍ＋１、ｋ）＝Ａ（ｍ−ｋ＋２）＋・・・＋Ａ（ｍ）＋Ａ（ｍ＋１）毎回この総和を求めるのは効率が悪いので、ｓｕｍ
（ｍ、ｋ）が計算されていれば、ｓｕｍ（ｍ＋１、ｋ）
は、次の式ｓｕｍ（ｍ＋１、ｋ）＝ｓｕｍ（ｍ、ｋ）−Ａ（ｍ−ｋ＋１）＋Ａ（ｍ＋１）として求めることも可能である。この場合には、ハード
ウェアを使用したリングカウンタ等を用いても良い。図
４に加速度の和を求めるための原理図を示す。

【００２１】次に以上説明した加速度のＤＣ成分の除去
動作を含めた制御装置３の動作を図５に示すフローチャ
ートを用いて説明する。まずＳ１で記憶手段３ａにおい
て記憶すべき加速度信号の個数ｋを入力する。Ｓ２では
加速度センサ２によって出力される加速度信号Ａ（ｎ）
を記憶し、ｋ個の記憶が完了するまでＳ２，Ｓ４，Ｓ３
の動作を繰り返す。記憶手段３ａにおいて加速度信号Ａ
（ｎ）のｋ個の時間列信号の記憶が完了するＳ５に進
み、ＤＣ成分除去手段３ｂによって前記ｋ個の時間列信
号の和であるｓｕｍ（ｍ、ｋ）の平均値が算出され、最
新の加速度信号であるＡ（ｍ）との差分が算出される。
そして、Ｓ６で制御装置３はＤＣ成分除去手段３ｂで算
出された信号を真の加速度信号として、この信号を用い
てアクチュエータドライバ４に対して制御信号を出力す
る。Ｓ７では記憶手段３ａは最古の加速度信号を除去
し、最新の加速度信号を記憶することによって記憶内容
を更新し、再びＳ５へ進んで上記の動作を繰り返す。こ
れらの動作により加速度信号のＤＣ成分を排除した真の
加速度信号によって振動制御が行われるため、精度の高
い振動除去が可能となる。

【００２２】なお、本実施例では、加速度の和を時間ｍ
までのｋ個の和としているが、時間ｍからｋ個の和を使
用しても良い。また、本振動除去機構を一個だけ使用し
ているが、例えば定盤の四隅に配置する構成をとっても
良く、本機構を水平方向に用いて水平方向の振動を除去
しても良い。

【００２３】さらに、加速度の積分は速度となることか
ら、サンプリング間隔が十分に小さい場合、ｓｕｍ
（ｍ、ｋ）はＤＣ成分を除けば速度信号に比例すること
となる。このため、速度信号も同時に得られることから
加速度のフィードバックだけでなく速度のフィードバッ
クも行えるので、より効果的に振動を低減できる。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、カットオフ周波数を変
更に際して構成部品を変更することが不要となり、また
できるだけ低周波数領域での制御をすべくカットオフ周
波数を下げた場合であっても、コンデンサを使用しない
ので制御の安定度が高く、また制御機器全体の小型化が
可能となる。

【００２５】また、ＣＰＵを複数使用したりマルチタス
クＯＳ等が必要になることがなく、動作速度も遅くなら
ず、プログラム自体の規模も小さいためマイクロコンピ
ュータ等によって実現が可能となる。

【００２６】さらに、ＤＣ成分のキャンセルプログラム
が動作する時間間隔も大きくならず、またＤＣ成分を引
くときにアクチュエータドライバの出力値が変動し、そ
の瞬間は振動の制御ができなくなるといった問題も回避
することができ、振動の低減の効果を大きく保ったまま
で構造が簡単でかつ、低価格な振動除去装置の提供が可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示したブロック図である。

【図２】本発明の機構部の一実施例である。

【図３】本発明にかかる振動除去装置の振動制御に関す
る制御ブロック図

【図４】加速度の和を求める原理図である。

【図５】制御装置３の動作を示したフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１・・・・定盤２・・・・加速度センサ３・・・・制御装置４・・・・アクチュエータドライバ５・・・・アクチュエータ部６・・・・床面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】定盤の加速度を検出する加速度センサ
と、前記加速度センサの信号により、アクチュエータド
ライバに対して所定のフィードバック信号を出力するこ
とによりコイルアクチュエータを介して定盤の振動を除
去する制御装置を備えた振動除去装置において、前記制
御装置は、前記加速度信号の時系列信号を順次更新記憶
する記憶手段と、前記記憶手段によって記憶されている
時系列信号の平均値を求め、最新の加速度信号と前記平
均値の差分を算出するＤＣ成分除去手段とを有すること
を特徴とする振動除去装置。