JPH06167414A - 加振装置または振動除去装置 - Google Patents

加振装置または振動除去装置

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JPH06167414A
JPH06167414A JP5189833A JP18983393A JPH06167414A JP H06167414 A JPH06167414 A JP H06167414A JP 5189833 A JP5189833 A JP 5189833A JP 18983393 A JP18983393 A JP 18983393A JP H06167414 A JPH06167414 A JP H06167414A
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周二 西畠
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広紀 柄沢
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 定盤のX、Y、Z軸方向および回転軸Xθ、
Yθ、Zθ方向の加振または振動除去を正確になしうる
6自由度の加振装置または振動除去装置を提供する。 【構成】 定盤1に振動が生じると、Z軸方向の振動は
検出センサの信号和zS1+zS2+zS3+zS4で
検出され、またXθ方向の振動は、(zS1+zS4)
−(zS2+zS3)で検出され、さらにYθ方向の振
動は、(zS1+zS2)−(zS3+zS4)で検出
される。Y軸方向の振動は振動センサの信号和yS1+
yS2で、またZθ方向の振動は、yS2−yS1で検
出される。X軸方向の振動は振動センサXSの検出信号
変位xSで検出される。そして振動制御手段2は、振動
を与える場合は定盤1が所望の振動となるよう、また定
盤1の除振を行う場合はそれぞれの振動がゼロになるよ
うアクチュエータZA1、ZA2、ZA3、ZA4、Y
A1、YA2、XAをそれぞれ駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、測定器等が振動によっ
て受ける影響を確認する振動試験において目標とする振
動を定盤に与え、または無振動で行う必要のある実験等
において定盤の不要な振動の除去を行う6自由度の加振
装置または振動除去装置に関する。
【0002】
【従来技術】一般に、加振装置は測定器等に所望の振動
を与えることによりその振動が測定結果に及ぼす影響を
調べたり、物体が真の剛体でない場合に物体壁面及び物
体内部の柔軟部の振動による破壊状態等の検査を行うた
めに用いられ、また振動除去装置は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半導体製造
装置の露光過程等においてこれらの装置に生じる振動を
除去するために用いられる。
【0003】そして、従来の6自由度の加振装置または
振動除去装置では、アクチュエータの配置方法として、
(1)図7に示すように、駆動用としてX軸方向に1
個、X軸の回転軸Xθ方向に2個、Y軸方向に1個、Y
軸の回転軸Yθ方向に2個、重力方向であるZ軸方向に
4個、Z軸の回転軸Zθ方向に2個のアクチュエータを
配置する構成や、(2)図8に示すように、駆動用とし
てX軸方向に1個、Xθ方向に2個、Y軸方向に1個、
Yθ方向に2個、Z軸方向に1個、Zθ方向に2個のア
クチュエータを配置する構成が採られている。また振動
センサの配置方法としては、図9に示すようにX軸方向
に1個、Xθ方向に2個、Y軸方向に1個、Yθ方向に
2個、Z軸方向に1個、Zθ方向に2個の振動センサを
配置する構成が採られている。そして、上記アクチュエ
ータの配置(1)、(2)に、上記振動センサの配置を
組み合せることで、X、Y、Z軸方向およびXθ、Y
θ、Zθ方向の振動を検出し、所望の振動を与える加振
装置として、また振動の除去を行う振動除去装置として
機能する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記
(1)のアクチュエータの配置方法では、アクチュエー
タの発生力の合成力を定盤の重心に非常に近い位置に作
用させ得るのであるが、アクチュエータの数が多くな
り、また一般にアクチュエータはそのサイズが大きいこ
とから、定盤に対するアクチュエータの正確な作用点が
特定できず、定盤の重心を正確に駆動できないという問
題があった。
【0005】また、前記(2)のアクチュエータの配置
方法では、アクチュエータの数を減らすことが出来る
が、前記(1)のアクチュエータの配置方法と同様な問
題点に加え、Z軸方向のアクチュエータの数が少ないた
め荷重に対して駆動力に余裕をとることができず結果と
して加振または振動除去の正確な制御が困難であった。
さらに、図9のように振動センサを配置する場合には、
アクチュエータの占める容積との関係上、振動センサと
アクチュエータとを一直線上に配置するのが困難である
ため、振動の検出位置とアクチュエータの駆動位置とが
異なり加振または振動除去の正確な制御が容易ではなか
った。そして、かかる振動センサの配置では、6自由度
の検出に最小限必要な振動センサの数が6個であるのに
対して、9個のセンサを使用しなければならず低コスト
化が困難となるという問題があった。
【0006】本発明は、これらの問題を解消するために
創案されたものであって、アクチュエータと振動センサ
をそれぞれX軸方向に1個、Y軸方向に2個、垂直Z軸
方向に4個の計7個を配設することによって、定盤の
X、Y、Z軸方向および回転軸Xθ、Yθ、Zθ方向の
加振または振動除去を正確になしうる6自由度の加振装
置または振動除去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】本発明の構成を図1に基
づいて説明する。上記目的を達成するために、本発明に
おける加振装置または振動除去装置は、定盤1に設置さ
れた振動センサにより定盤の振動を検出し、その信号を
用いてアクチュエータを駆動することにより、定盤の直
交X、Y、Z軸方向とそれぞれの回転軸Xθ、Yθ、Z
θ方向の6自由度の振動を能動的に制御するものであっ
て、それぞれX軸方向に1個(XA,XS)、Y軸方向
に2個(YA1、YA2、YS1、YS2)、Z軸方向
に4個(ZA1、ZA2、ZA3、ZA4、ZS1、Z
S2、ZS3、ZS4)配設したアクチュエータ及び振
動センサと、前記Xθ方向の振動と前記Yθ方向の振動
を前記Z軸方向に配設した4個のアクチュエータ(ZA
1、ZA2、ZA3、ZA4)と振動センサ(ZS1、
ZS2、ZS3、ZS4)を用いて、また前記Zθ軸の
振動を前記Y軸方向に配設した2個のアクチュエータ
(YA1、YA2)と振動センサ(YS1、YS2)を
用いて制御する振動制御手段2と、を備えたことを特徴
とする。
【0008】
【作用】定盤1において振動が生じると、Z軸方向の振
動は検出センサZS1、ZS2、ZS3、ZS4の信号
和zS1+zS2+zS3+zS4で検出され、またX
θ方向の振動は、(zS1+zS4)−(zS2+zS
3)で検出され、さらにYθ方向の振動は、(zS1+
zS2)−(zS3+zS4)で検出される。Y軸方向
の振動は振動センサYS1、YS2の信号和yS1+y
S2で、また、Zθ方向の振動は、yS2−yS1で検
出される。X軸方向の振動は振動センサXSの検出信号
xSで検出される。そして振動制御手段2はこれらの6
自由度方向の検出信号を用い、加振装置として使用する
場合は定盤1が所望の振動となるよう、また、振動除去
装置として使用する場合は定盤1の振動がゼロになるよ
う、アクチュエータZA1、ZA2、ZA3、ZA4、
YA1、YA2、XAをそれぞれ駆動する。
【0009】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1に基づいて説
明する。
【0010】1は定盤で、加振装置として使用する場合
は振動検査を行うべき測定器等が載置され、また振動除
去装置として使用する場合は、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。定盤1の下部には定盤
1の振動の検出を行う振動センサ及び定盤1に所定の付
勢力を与えるアクチュエータが配設されている。振動セ
ンサはZ軸方向の振動を検出する4つのセンサZS1、
ZS2、ZS3、ZS4とY軸方向の振動を検出する2
つのセンサYS1、YS2、及びX軸方向の振動を検出
するセンサXSの計7個によって構成され、またアクチ
ュエータはZ軸方向に定盤を付勢する4つのアクチュエ
ータZA1、ZA2、ZA3、ZA4とY軸方向に定盤
を付勢する2つのアクチュエータYA1、YA2、及び
X軸方向に定盤を付勢するアクチュエータXAの7個に
よって構成される。ここで図1で示されるように、アク
チュエータZA1、ZA2、ZA3、ZA4は定盤1と
垂直方向すなわちZ軸方向に、またアクチュエータYA
1,YA2は定盤1の短辺方向すなわちY軸方向に、さ
らにアクチュエータXAは定盤1の長辺方向すなわちX
軸方向に定盤1を付勢するよう配置されている。そし
て、これらの振動センサ及びアクチュエータはそれぞれ
軸方向に一直線上になるよう配設されている。
【0011】図2は定盤1の下部に配設された振動セン
サとアクチュエータの一実施例を示したもので、Sは定
盤1に埋設された振動センサで、Aは定盤1に埋設され
た磁性体A2とマグネットA1によって凹設された遊嵌
孔A4にコイルA3が遊嵌されることによって構成され
た電磁式アクチュエータである。なお、大重量の制御を
行うためアクチュエータは空気圧や油圧式によるもので
もよく、また大重量の制御を可能としまた広範囲の周波
数にわたって振動の制御を可能とするため空気圧アクチ
ュエータと電磁式アクチュエータとを組み合わせたもの
を用いてもよい。 図3は電磁式アクチュエータと空気
圧アクチュエータ(空気バネと空気ダンパにより構成)
を組み合わせた場合の一実施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。
【0012】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。
【0013】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
ュエータに該当するものである。
【0014】図1において、2は振動制御手段で定盤1
の下部に配設された複数の振動センサの信号を受けて、
6自由度の振動を演算しその演算結果に基づいて定盤1
の6自由度の振動を制御する。例えば、加振装置として
使用する場合はぞれぞれの振動センサにより検出された
6自由度の振動が予め設定された所望の振動となるよう
アクチュエータを駆動制御し、また振動除去装置として
使用する場合はぞれぞれの振動センサにより検出された
6自由度の振動とは逆の方向にアクチュエータを駆動制
御する。
【0015】ここで、振動制御手段2の動作を図4のフ
ローチャートを用いて説明する。まず、S1で振動セン
サZS1,ZS2,ZS3,ZS4の信号、zS1、z
S2、zS3、zS4を取り込んだ後、S2へ進んでZ
軸方向の振動制御を行う。Z軸方向の振動は振動センサ
ZS1,ZS2,ZS3,ZS4の和信号として検出
し、具体的には以下に示す駆動信号Zsをそれぞれのア
クチュエータに供給する。 Zs=Dz(t)−K
(zS1+zS2+zS3+zS4) Kは比例定数であって、Dz(t)はZ軸方向の目標と
する振動を与える関数でtは時間を示す。なお、本発明
を振動除去装置として使用する場合は、Dz(t)=0
となり振動方向と逆方向にアクチュエータが付勢される
こととなる。
【0016】S3では定盤1のXθ方向の振動制御を行
う。Xθ方向の振動は、Z1とZ4の和信号からZ2と
Z3の和信号を引いた信号、(zS1+zS4)−(z
S2+zS3)で検出できる。すなわち、図5は、定盤
1をX軸方向から観察した略図であり、zS1+zS4
は右端点Rの振動成分dRの略2倍をまた、zS2+z
S3は左端点Lの振動成分dLを略2倍したものを表す
ため、(zS1+zS4)−(zS2+zS3)の値は
Xθ方向の振動成分に略比例した値を表すこととなる。
したがって、Xθ方向の振動制御はアクチュエータZA
1、ZA2、ZA3、ZA4を用いて以下に示す駆動信
号Xθs1をZA1、ZA4にまたXθs2をZA2、
ZA3に供給する。 Xθs1=Dxθ(t)−K1{(zS1+zS4)−
(zS2+zS3)} Xθs2=−Dxθ(t)+K1{(zS1+zS4)
−(zS2+zS3) } K1は比例定数であって、Dxθ(t)はXθ方向
の目標とする振動を与える関数である。なお、本発明を
振動除去装置として使用する場合は、Dxθ(t)=0
となりXθの振動方向と逆方向にアクチュエータが付勢
されることとなる。 S4では定盤1のYθ方向の振動
制御を行う。S3と同様の原理でYθ方向の振動は、z
S1とzS2の和信号からzS3とzS4の和信号を引
いた信号、(zS1+zS2)−(zS3+zS4)で
検出できる。したがって、Yθ方向の振動制御はアクチ
ュエータZA1、ZA2、ZA3、ZA4を用いて以下
に示す駆動信号Yθs1をZA1、ZA2にまたYθs
2をZA3、ZA4に供給する。 Yθs1=Dyθ(t)−K2{(zS1+zS2)−
(zS3+zS4)} Yθs2=−Dyθ(t)+K2{(zS1+zS2)
−(zS3+zS4) } K2は比例定数であって、Dyθ(t)はYθ方向
の目標とする振動を与える関数である。なお、本発明を
振動除去装置として使用する場合は、Dyθ(t)=0
となりYθの振動方向と逆方向にアクチュエータが付勢
されることとなる。 次にS5で振動センサYS1,Y
S2の信号を取り込んだ後、S6へ進んでY軸方向の振
動制御を行う。Y軸方向の振動は振動センサYS1,Y
S2の和信号ys1+ys2として検出し、具体的には
以下に示す駆動信号Ysをそれぞれのアクチュエータに
供給する。 Ys=Dy(t)−K3(yS1+yS2) K3は比例定数であって、Dy(t)はY軸方向の目標
とする振動を与える関数でtは時間を示す。なお、本発
明を振動除去装置として使用する場合は、Dy(t)=
0となり振動方向と逆方向にアクチュエータが付勢され
ることとなる。 S7では定盤のZθ方向の振動制御を
行う。Zθ方向の振動は、YS2とYS1の差信号すな
わち、yS2−yS1で検出できる。すなわち、図6
は、定盤1をZ軸方向から観察した略図であり、yS2
は右端点Rの振動成分dRをまた、YS1は左端点Lの
振動成分dLを表すため、yS2−yS1の値はZθ方
向の振動成分に略比例した値を表すこととなる。したが
って、Zθ方向の振動制御はアクチュエータYA1、Y
A2を用いて以下に示す駆動信号Zθs1、Zθs2を
YA1、YA2に供給する。 Zθs1=Dzθ(t)−K4(yS2−yS1) Zθs2=−Dzθ(t)+K4(yS2−yS1) K4は比例定数であって、Dzθ(t)はZθ方向の目
標とする振動を与える関数である。なお、本発明を振動
除去装置として使用する場合は、Dzθ(t)=0とな
りZθの振動方向と逆方向にアクチュエータが付勢され
ることとなる。次にS8で振動センサXSの信号を取り
込んだ後、S9へ進んでX軸方向の振動制御を行う。X
軸方向の振動はそのXSの信号を制御する方向にアクチ
ュエータXAを駆動する。具体的には以下に示す駆動信
号Xsをそれぞれのアクチュエータに供給する。 Xs=Dx(t)−K5・xS K5は比例定数であって、Dx(t)はX軸方向の目標
とする振動を与える関数でtは時間を示す。なお、本発
明を振動除去装置として使用する場合は、Dx(t)=
0となり振動方向と逆方向にアクチュエータが付勢され
ることとなる。 以上の実施例においては、それぞれ6
自由度の振動制御を別個に行ったが、Z軸方向の振動を
検出する振動センサZS1、ZS2、ZS3、ZS4を
用いるZ軸方向、Xθ方向、Yθ方向の制御を同時に行
うことも可能である。この場合、図4に示すフローチャ
ートのS2、S3、S4の制御に変えて、アクチュエー
タZA1、ZA2、ZA3、ZA4に対して以下の駆動
信号を出力する。 zs1=Zs+Xθs1+Yθs1 zs2=Zs+Xθs2+Yθs1 zs3=Zs+Xθs2+Yθs2 zs4=Zs+Xθs1+Yθs2 同様にY軸方向を検出するセンサYS1、YS2を用い
るY軸方向、Zθ方向、の制御を同時に制御することも
可能である。この場合、図4に示すフローチャートのS
6、S7の制御に変えて、アクチュエータYA1、YA
2に対して以下の駆動信号を出力する。 ys1=Ys+Zθs1 ys2=Ys+Zθs2 以上の実施例で示したように本発明によればX軸方向に
1個、Y軸方向に2個、Z軸方向に4個の計7個のアク
チュエータと振動センサによって、X、Y、Z軸方向の
振動および回転軸Xθ、Yθ、Zθ方向の加振制御まあ
は振動除去制御を正確になしえ、また重力方向であるZ
軸方向のアクチュエータの数が多いので、大荷重に対し
ても駆動力に余裕があるため安定した制御が可能にな
る。
【0017】制御方法に関して上記実施例では比例制御
を行ったが、本発明の場合これらに限定されるものでは
なく、例えば最適レギュレータを用いてもよいし、PI
D制御方式をとってもよく、振動を十分制御できる制御
方法であればよい。
【0018】本発明の実施例で示した振動センサについ
ては、例えば加速度センサでも、速度センサでもよく、
信号を微分あるいは積分して用いてもよい。
【0019】
【発明の効果】本発明によれば水平X軸方向に1個、Y
軸方向に2個、垂直Z軸方向に4個の計7個のアクチュ
エータと振動センサによって、X、Y、Z軸方向の振動
および回転軸Xθ、Yθ、Zθ方向の加振制御まあは振
動除去制御を正確になしえ、また重力方向であるZ軸方
向のアクチュエータの数が多いので、大荷重に対しても
駆動力に余裕があるため安定した制御が可能になる。
【0020】また、定盤の振動は、X、Y、Z軸方向お
よびXθ、Yθ、Zθ方向の6自由度であり、振動セン
サは6個が最小の個数であるが、その個数に究めて近い
7個のセンサで6自由度の振動制御をなし得るため、構
造が簡単でかつ低価格な加振装置または振動除去装置の
提供が可能となる。
【0021】さらに、上述したようにアクチュエータの
数が少ないためスペース的に余裕ができ、アクチュエー
タと振動センサを一直線上に配置することが容易とな
る。これにより振動の検出方向とアクチュエータの駆動
方向とが一致し正確かつ迅速な振動制御を行うことが可
能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のアクチュエータおよびセン
サを7個配置した例を示す図である。
【図2】定盤の下部に配設された振動センサとアクチュ
エータの一実施例を示した図である。
【図3】電磁式アクチュエータと空気圧アクチュエータ
(空気バネと空気ダンパにより構成)を組み合わせた場
合の一実施例を示したものである。
【図4】本発明の振動制御手段の動作を示したフローチ
ャートである。
【図5】X軸方向から定盤を観察しXθ方向の振動成分
を示したものである。
【図6】Z軸方向から定盤を観察しYθ方向の振動成分
を示したものである。
【図7】アクチュエータを12個使用した従来の加振装
置または振動除去装置を示す図である。
【図8】アクチュエータを9個使用した従来の加振装置
または振動除去装置を示す図である。
【図9】振動センサを9個使用した従来の加振装置また
は振動除去装置を例を示す図である。
【符号の説明】
1・・・・・定盤 2・・・・・振動制御手段 XS、YS1、YS2、ZS1、ZS2、ZS3、ZS
4・・振動センサ XA、YA1、YA2、ZA1、ZA2、ZA3、ZA
4・・アクチュエータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G05D 19/02 D 7314−3H G12B 9/08 B 6947−2F (72)発明者 小林 清人 京都市中京区西ノ京桑原町1番地 株式会 社島津製作所三条工場内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 振動センサにより定盤の振動を検出し、
    その信号を用いてアクチュエータを駆動することによっ
    て定盤の水平直交X、Y軸方向と、垂直Z軸方向及びそ
    れぞれの回転軸Xθ、Yθ、Zθ方向の6自由度の振動
    を能動的に付加または除去する加振装置または振動除去
    装置において、 X軸方向に1個、Y軸方向に2個、Z軸方向に4個それ
    ぞれ配設したアクチュエータ及び振動センサと、 前記Xθ方向の振動と前記Yθ方向の振動を前記Z軸方
    向に配設した4個のアクチュエータと振動センサを用い
    て、また前記Zθ方向の振動を前記Y軸方向に配設した
    2個のアクチュエータと振動センサを用いて付加または
    除去する振動制御手段と、 を備えたことを特徴とする加振装置または振動除去装
    置。
JP18983393A 1992-09-30 1993-07-30 加振装置または振動除去装置 Expired - Fee Related JP3282302B2 (ja)

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