JPH06280930A - Active type vibration resisting device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は能動型除振装置に関し、
特に、半導体製造・検査装置、電子顕微鏡、光応用装置
等に利用されている受動型除振装置の発展型として、外
部から振動エネルギーを注入するデジタル制御方式の能
動型除振装置に係わる。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an active vibration isolator,
In particular, the present invention relates to a digital control type active vibration isolator that injects vibration energy from the outside as a development of a passive vibration isolator used in semiconductor manufacturing / inspection equipment, electron microscopes, optical application equipment and the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来から半導体製造・検査装置、電子顕
微鏡、光応用装置等に代表される精密機器は、それら自
身の機能、仕様が高集積、高分解能、超精密化していく
ために設置基礎または床からの振動および精密機器自身
が発生する振動を遮断する必要がある。2. Description of the Related Art Conventionally, precision equipment typified by semiconductor manufacturing / inspection equipment, electron microscopes, optical application equipment, etc., is installed foundation in order to achieve high integration, high resolution and super precision of their own functions and specifications. Or it is necessary to block the vibration from the floor and the vibration generated by the precision instrument itself.
【０００３】このため、図４に示す垂直方向１軸（Ｚ
軸）モデルとして、バネ係数ｋの軟いバネ（防振ゴム、
スプリング、空気バネ）と粘性減衰定数ｃのダッシュポ
ットを使用し、バネで支持された定盤に精密機器が搭載
された質量ｍの制御対象物を受動に制御して除振する受
動型除振装置が知られている。これら従来のバネでは、
図５に示すように正規化周波数ω／ωn（共振周波数）
に対する振動伝達率が観測され設置基礎または床の振動
より振動が大きくなってしまう領域（共振領域）と減衰
できる領域（除振領域）が共存してしまうことになり、
減衰定数ｃが小なるとき、正規化周波数（ω／ωn）が
１以上での除振効果は大きいが、共振が大になる。又、
ｃが大なるときは、共振は０dBに近づくが、正規化周波
数１以上での除振効果は少なくなる。また、粘性減衰を
付加して共振を抑えようとすると、除振効果は減じ、二
律相反を崩すことはできなかった。Therefore, the vertical single axis (Z
As a shaft model, a soft spring with a spring coefficient k (anti-vibration rubber,
Passive vibration isolation that uses a dashpot with a spring, air spring) and viscous damping constant c to passively control and isolate a controlled object of mass m in which precision equipment is mounted on a surface plate supported by springs. The device is known. With these conventional springs,
Normalized frequency ω / ω n (resonance frequency)
The vibration transmissibility is observed and the area where the vibration becomes larger than the vibration of the installation foundation or floor (resonance area) and the area where vibration can be damped (vibration isolation area) coexist,
When the damping constant c is small, the vibration isolation effect is large when the normalized frequency (ω / ω n ) is 1 or more, but the resonance is large. or,
When c becomes large, the resonance approaches 0 dB, but the vibration isolation effect at the normalized frequency of 1 or more becomes small. Moreover, when viscous damping is added to suppress resonance, the vibration isolation effect is reduced, and it is not possible to break the reciprocity.
【０００４】これら受動型除振装置の発展型として、図
６に示すようにバネ系（k、c）で支持された定盤に精密
機器が搭載された制御対象物の質量自身の振動をセンサ
SEでモニターし、バネ系とは別に設けたアクチュエータ
ACTにより位相反転した振動を定盤に精密機器が搭載さ
れた制御対象物質量mに印加することで、共振現象のな
い、除振効果の高い能動型除振装置が開発され、特開昭
６１−２２８１３７号、特開昭６１−２２４０１５号公
報等で報告されている。図７から明らかなように、能動
型除振装置においてｃが小なるときには、受動型除振装
置の減衰定数ｃ＝１の伝達率と同じようになる。しかし
ｃが大になると伝達率は０dB以下になり、かつ正規化周
波数１以下でも、受動型除振装置よりも除振効果を大に
することができる。As an advanced version of these passive type vibration isolation devices, as shown in FIG. 6, the vibration of the mass itself of a control object in which precision equipment is mounted on a surface plate supported by a spring system (k, c) is used as a sensor.
Actuator monitored by SE and provided separately from the spring system
By applying the vibration phase-inverted by ACT to the amount m of the control target substance in which the precision equipment is mounted on the surface plate, an active vibration isolator without resonance phenomenon and having a high vibration isolation effect was developed. -228137, JP-A-61-224015 and the like. As is apparent from FIG. 7, when c becomes small in the active vibration isolator, the transmissibility becomes the same as that of the damping constant c = 1 of the passive vibration isolator. However, when c becomes large, the transmissibility becomes 0 dB or less, and even if the normalized frequency is 1 or less, the vibration isolation effect can be made larger than that of the passive type vibration isolation device.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】受動型除振装置では、
共振領域と除振領域が共存することであり図８に示すよ
うに、（ａ）の振動伝達率を有する除振装置（除振台）
が、の振動をしている床に設置したとき、振動加速
度はそれぞれ同図（ｂ）、（ｃ）に示す挙動となり、設
置場所の振動状況によっては、何ら除振効果をもたらす
ことができない。また共振現象の低減は図９に示す通り
粘性減衰を付加することにより低減できるが（同図
（ａ）−（ｃ））、一方で除振効果を悪化させることに
もなる（同図（ａ）−（ｂ）、（ｃ）−（ｄ））。DISCLOSURE OF THE INVENTION In the passive vibration isolator,
Since the resonance region and the vibration isolation region coexist, as shown in FIG. 8, the vibration isolation device (vibration table) having the vibration transmissibility of (a).
However, when it is installed on a floor that is vibrating, the vibration accelerations have the behaviors shown in (b) and (c) of the figure, respectively, and depending on the vibration situation of the installation place, no vibration isolation effect can be brought about. Further, although the reduction of the resonance phenomenon can be reduced by adding viscous damping as shown in FIG. 9 ((a)-(c) in the same figure), it also deteriorates the vibration isolation effect ((a) in the same figure). )-(B), (c)-(d)).
【０００６】一方、能動型除振装置では、アクチュエー
タとして何を採用するかによりその特性・課題は大きく
変化する。アクチュエータとしてリニアモータ（ボイス
・コイル・モータ）を使用した場合（特開昭６０−１２
１３４０号公報）、下記のような難点がある。 １．漏れ磁場が大きい。On the other hand, the characteristics and problems of the active vibration isolator greatly change depending on what is adopted as the actuator. When a linear motor (voice coil motor) is used as an actuator (JP-A-60-12)
1340), there are the following problems. 1. Large stray magnetic field.
【０００７】２．電磁力Ｆが小さい。 Ｆ＝ＢＩＬ Ｂ：磁束密度 Ｉ：電流 Ｌ：導体長 ３．静的荷重の支持に不向きである。2. The electromagnetic force F is small. F = BIL B: magnetic flux density I: current L: conductor length 3. Not suitable for supporting static loads.
【０００８】４．発熱が大きい。 アクチュエータとして空気圧アクチュエータ（特開平２
−２１３１１号公報）を使用した場合、下記のような難
点がある。 １．アクチュエータ振動源となるサーボバルブの周波数
特性がリニアモータほど高周波数側へ伸びていないため
制御周波数帯域が拡らない。4. Fever is large. Pneumatic actuators as actuators
However, there are the following problems. 1. The frequency characteristic of the servo valve that is the source of actuator vibration does not extend to the higher frequency side than the linear motor, so the control frequency band does not expand.
【０００９】２．空気圧型アクチュエータ自身が高周波
数側のフィルタリング機能をもっているため制御周波数
帯域に制限がある。2. Since the pneumatic actuator itself has a filtering function on the high frequency side, the control frequency band is limited.
【００１０】[0010]
【発明の目的】本発明の目的は、リニアモータ・アクチ
ュエータの長所を生かし、空気圧アクチュエータ仕様に
よる能動型除振装置の特性、最適化方法に振動伝達率の
考え方、また制御手法としてデジタル制御を導入し改善
を図った能動型除振装置を提供せんとするものである。It is an object of the present invention to take advantage of the advantages of a linear motor / actuator, to introduce the characteristics of an active vibration isolator according to a pneumatic actuator specification, the concept of vibration transmissibility as an optimization method, and digital control as a control method. The purpose of the present invention is to provide an improved active vibration isolation device.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の能動型除振装置は、基礎、床または地盤等で
ある設置面上に制御対象物を支持する受動型バネ要素
と、設置面の振動および制御対象物の振動を同時に計測
する計測手段と、計測された設置面振動信号および制御
対象物振動信号の複数個の時間連続的な信号をアナログ
／デジタル変換するＡ／Ｄ変換器と、デジタル化された
設置面振動信号および制御対象物振動信号を周波数解析
して振動伝達率を求めるシグナルコンディショナと、シ
グナルコンディショナで得られた振動伝達率を周波数成
分ごとに予じめ求められた目標振動伝達率と比較する比
較手段と、比較手段からの出力信号をデジタル／アナロ
グ変換するＤ／Ａ変換器と、Ｄ／Ａ変換器からの信号か
ら能動的除振をするためのドライブ信号を作り出す制御
回路と、ドライブ信号により制御対象物に制振力を付加
するアクチュエータとを備えたものである。In order to achieve this object, an active vibration isolator according to the present invention comprises a passive spring element for supporting an object to be controlled on an installation surface such as a foundation, floor or ground. Measuring means for simultaneously measuring the vibration of the installation surface and the vibration of the controlled object, and A / D conversion for analog / digital converting a plurality of time continuous signals of the measured installation surface vibration signal and the controlled object vibration signal. And a signal conditioner that determines the vibration transmissibility by frequency analysis of the digitized installation surface vibration signal and control object vibration signal, and predict the vibration transmissibility obtained by the signal conditioner for each frequency component. Comparing means for comparing with the obtained target vibration transmissibility, D / A converter for digital / analog converting the output signal from the comparing means, and active vibration isolation from the signal from the D / A converter. A control circuit to produce a drive signal of the order, in which an actuator for adding damping force to the control object by the drive signal.
【００１２】また、この能動型除振装置は、比較手段か
らの出力信号からゲインと位相を独立して調整して得ら
れる信号を作成して制御対象物振動信号に印加するデジ
タル補償回路手段を備えている。さらに、能動型除振装
置は、制御対象物に組み込まれた精密機器側の制御・駆
動信号を受取るＩ／Ｏ手段と、Ｉ／Ｏ手段で受取られた
精密機器側の制御・駆動信号に応じた制振力信号を発生
して制御対象物振動信号に印加するアナログ補償回路手
段とを有する。Further, the active vibration isolation device includes digital compensation circuit means for producing a signal obtained by independently adjusting the gain and the phase from the output signal from the comparison means and applying the signal to the controlled object vibration signal. I have it. Further, the active vibration isolation device responds to the I / O means for receiving the control / drive signal of the precision equipment side incorporated in the controlled object and the control / drive signal of the precision equipment side received by the I / O means. And an analog compensation circuit means for generating a damping force signal and applying it to the controlled object vibration signal.
【００１３】[0013]
【作用】この能動型除振装置において、設置面と制御対
象物の振動が振動センサで同時に計測される。同時に計
測された設置面振動信号および制御対象物振動信号の複
数個の時間連続的な信号はＡ／Ｄ変換器によりリアルタ
イムにアナログ／デジタル変換される。このデジタル化
された設置面振動信号および制御対象物振動信号はシグ
ナルコンディショナにより高速フーリエ変換により周波
数解析して振動伝達率が求められる。この振動伝達率
は、演算・比較回路に格納され当該除振装置について予
じめ求められた目標振動伝達率と数学的に比較される。
即ち、現在発生している制御対象物上の振動スペクトル
と目標の振動伝達率から逆演算して求められる理想的な
制御対象物上の振動スペクトルを比較手段で比較され
る。In this active vibration isolator, the vibration sensor simultaneously measures the vibration of the installation surface and the object to be controlled. A plurality of time-continuous signals of the installation surface vibration signal and the controlled object vibration signal measured at the same time are analog / digital converted in real time by the A / D converter. The digitized installation surface vibration signal and control object vibration signal are subjected to frequency analysis by fast Fourier transform by a signal conditioner to obtain the vibration transmissibility. This vibration transmissibility is mathematically compared with the target vibration transmissibility that is stored in the calculation / comparison circuit and is obtained in advance for the vibration isolator.
That is, the comparing means compares the ideal vibration spectrum on the controlled object, which is obtained by inverse calculation from the target vibration transmissibility with the vibration spectrum on the controlled object.
【００１４】演算・比較回路の出力はＤ／Ａ変換器でリ
アルタイムにデジタル／アナログ変換され、制御回路に
より能動的除振をするためのドライブ信号を作り出す。
このドライブ信号はサーボバルブに印加される。サーボ
バルブが駆動されることにより空気圧アクチュエータに
より制御対象物に最適な減衰を与える制振力が付加され
る。サーボバルブが開閉駆動されることにより空気が空
気圧アクチュエータに給排気されて制御対象物に制振力
が加えられる。The output of the arithmetic / comparison circuit is digital / analog converted in real time by the D / A converter, and a drive signal for active vibration isolation is produced by the control circuit.
This drive signal is applied to the servo valve. When the servo valve is driven, the pneumatic actuator adds a damping force that gives optimum damping to the controlled object. When the servo valve is driven to open and close, air is supplied to and exhausted from the pneumatic actuator, and a damping force is applied to the controlled object.
【００１５】また、比較手段で比較された出力信号は、
デジタル補償回路手段によりゲインと位相を独立して調
整して現在発生している制御対象物上の振動スペクトル
と目標の振動伝達率から逆演算して求められる理想的な
制御対象物上の振動スペクトル比が各周波数成分ごとに
最も小さくなるようにデジタルフィルター（伝達率）が
設定されてドライブ信号が作成され制御対象物振動信号
に印加される。The output signal compared by the comparison means is
An ideal vibration spectrum on the control target object obtained by inversely calculating from the vibration spectrum on the control target object which is currently generated by adjusting the gain and the phase independently by the digital compensation circuit means and the target vibration transmissibility. A digital filter (transmission rate) is set so that the ratio becomes the smallest for each frequency component, and a drive signal is created and applied to the control object vibration signal.
【００１６】さらに、Ｉ／Ｏ手段により制御対象物に組
み込まれた精密機器側の制御・駆動信号（同期信号）を
受取り、アナログ補償回路手段により予じめ学習してお
いた制御力信号が制御対象物に印加される。このためス
テッパー（縮小投影型露光機）に見られるように、その
機器自身の重心移動あるいは、加振力が加わる場合に、
制御対象物の動きをより最適に減衰させることができ
る。Further, the I / O means receives a control / drive signal (synchronization signal) on the precision equipment side incorporated in the controlled object, and the analog compensating circuit means controls the control force signal learned in advance. It is applied to the object. Therefore, as seen in the stepper (reduction projection type exposure machine), when the center of gravity of the device itself is moved or the vibration force is applied,
The movement of the controlled object can be attenuated more optimally.
【００１７】このように、この能動型除振装置はデジタ
ルフィルターの効果と目標値制御により除振効果の拡大
と衝撃応答性の改善に役立つ。As described above, this active vibration isolator is useful for expanding the vibration isolation effect and improving the shock response by the effect of the digital filter and the target value control.
【００１８】[0018]
【実施例】以下、本発明による能動型除振装置の好まし
い一実施例を図面に基づき説明する。図１において、本
発明による能動型除振装置は、基礎、床または地盤等で
ある設置面１０上に制御対象物１１が受動型バネ要素１
２により支持されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A preferred embodiment of an active vibration isolator according to the present invention will be described below with reference to the drawings. Referring to FIG. 1, in the active vibration isolation device according to the present invention, a controlled object 11 is a passive spring element 1 on an installation surface 10 such as a foundation, floor or ground.
Supported by 2.
【００１９】ここで、制御対象物１１とは、定盤のよう
な被除振台のみならず、これに搭載されたステッパー
（縮小投影型露光機）のようなＩＣ、ＬＳＩの半導体製
造・検査装置、電子顕微鏡、光応用装置等の精密機器１
３が含まれるものである。この受動型バネ要素１２は空
気バネとダッシュポットとからなる周知の受動型除振装
置を構成している。Here, the controlled object 11 is not only a vibration isolation table such as a surface plate, but also a semiconductor manufacturing / inspecting IC or LSI such as a stepper (reduction projection type exposure machine) mounted on the table. Precision equipment such as devices, electron microscopes, optical application devices, etc.
3 is included. The passive spring element 12 constitutes a well-known passive vibration isolator including an air spring and a dashpot.
【００２０】設置面１０の振動および制御対象物１１の
振動を同時に計測する計測手段として、設置面１０には
その振動を計測する振動センサ１４、制御対象物１１に
はその振動を計測する振動センサ１５がそれぞれ搭載さ
れている。この振動センサ１４としては加速度センサ、
変位センサが採用でき、振動センサ１５としては加速度
センサが採用できる。この場合、振動センサ１５は制御
対象物１１に組み込まれた精密機器１３自体に搭載して
もよい。As measuring means for simultaneously measuring the vibration of the installation surface 10 and the vibration of the controlled object 11, the installation surface 10 has a vibration sensor 14 for measuring the vibration, and the controlled object 11 has a vibration sensor for measuring the vibration. 15 are mounted respectively. The vibration sensor 14 is an acceleration sensor,
A displacement sensor can be adopted, and an acceleration sensor can be adopted as the vibration sensor 15. In this case, the vibration sensor 15 may be mounted on the precision device 13 itself incorporated in the controlled object 11.
【００２１】振動センサ１４、１５で同時に計測された
設置面振動信号Ｓ1および制御対象物振動信号Ｓ2の複数
個の時間連続的な信号をそれぞれ増幅する増幅器１６
ａ、１６ｂ、これらの信号をリアルタイムにアナログ／
デジタル変換するＡ／Ｄ変換器１７が設けられている。
このデジタル化された設置面振動信号Ｓ1および制御対
象物振動信号Ｓ2を高速フーリエ変換により周波数解析
して振動伝達率Ｔｒを求めるシグナルコンディショナ１
８が設けられている。この振動伝達率Ｔｒはシグナルコ
ンディショナ１８において設置面振動信号Ｓ1と制御対
象物振動信号Ｓ2の比を演算することにより求められ
る。An amplifier 16 for amplifying a plurality of time-continuous signals of the installation surface vibration signal S 1 and the controlled object vibration signal S 2 which are simultaneously measured by the vibration sensors 14 and 15, respectively.
a, 16b, these signals in analog / real time
An A / D converter 17 for digital conversion is provided.
A signal conditioner 1 for obtaining a vibration transmissibility Tr by frequency-analyzing the digitized installation surface vibration signal S 1 and control object vibration signal S 2 by a fast Fourier transform.
8 are provided. The vibration transmissibility Tr is obtained by calculating the ratio of the installation surface vibration signal S 1 and the controlled object vibration signal S 2 in the signal conditioner 18.
【００２２】さらにシグナルコンディショナ１８で得ら
れた振動伝達率Ｔｒを予じめ求められた目標振動伝達率
Ｔｒ’と周波数成分ごとに比較する比較手段として、演
算・比較回路１９が設けられている。当該除振装置につ
いて予じめ求められた目標振動伝達率Ｔｒ’は演算・比
較回路１９の演算部１９ａに格納されており、演算・比
較回路１９は比較部１９ｂにおいて振動伝達率Ｔｒと比
較する機能を有している。Further, an arithmetic / comparison circuit 19 is provided as a comparison means for comparing the vibration transmissibility Tr obtained by the signal conditioner 18 with the target vibration transmissibility Tr 'which is obtained in advance for each frequency component. . The target vibration transmissibility Tr 'preliminarily obtained for the vibration isolator is stored in the arithmetic unit 19a of the arithmetic / comparison circuit 19, and the arithmetic / comparison circuit 19 compares it with the vibration transmissibility Tr in the comparator 19b. It has a function.
【００２３】演算・比較回路１９はリアルタイムにデジ
タル／アナログ変換するＤ／Ａ変換器２０に接続されて
いる。Ｄ／Ａ変換器２０からの出力は制御回路としての
サーボ増幅器２２で増幅されドライブ信号Ｓ4としてサ
ーボバルブ２３に印加される。サーボバルブ２３が駆動
されることにより制御対象物１１に制振力を付加する空
気圧アクチュエータ２４を備えている。空気圧アクチュ
エータ２４は空気バネで形成され、サーボバルブ２３が
開閉駆動されることにより空気が空気圧アクチュエータ
２４に給排気されて制御対象物１１に制振力が付加され
る。これらの振動センサ１４、１５→増幅器１６ａ、１
６ｂ→Ａ／Ｄ変換器１７→シグナルコンディショナ１８
→演算・比較回路１９→Ｄ／Ａ変換器２０→サーボ増幅
器２２→サーボバルブ２３→空気圧アクチュエータ２４
は、フィードバック制御ループを構成しており、空気圧
アクチュエータ２４による制振力は制御対象物１１の振
動とは反転しているので、両振動伝達率差｜Ｔｒ’−Ｔ
ｒ｜若しくは比Ｔｒ／Ｔｒ’が周波数成分ごとに最小に
なるよう能動的除振制御が行なわれる。The calculation / comparison circuit 19 is connected to a D / A converter 20 for performing digital / analog conversion in real time. The output from the D / A converter 20 is amplified by a servo amplifier 22 as a control circuit and applied to the servo valve 23 as a drive signal S 4 . A pneumatic actuator 24 that applies a damping force to the controlled object 11 by driving the servo valve 23 is provided. The pneumatic actuator 24 is formed of an air spring, and air is supplied to and exhausted from the pneumatic actuator 24 by driving the servo valve 23 to open and close, and a damping force is applied to the controlled object 11. These vibration sensors 14, 15 → amplifiers 16a, 1
6b → A / D converter 17 → Signal conditioner 18
→ Calculation / comparison circuit 19 → D / A converter 20 → Servo amplifier 22 → Servo valve 23 → Pneumatic actuator 24
Represents a feedback control loop, and the damping force by the pneumatic actuator 24 is the reverse of the vibration of the controlled object 11. Therefore, both vibration transmissibility differences | Tr′-T
Active vibration isolation control is performed so that r | or the ratio Tr / Tr 'is minimized for each frequency component.
【００２４】また、図２に示すように、この能動型除振
装置は、比較手段としての演算・比較回路１９からの出
力信号からゲインと位相を独立して調整して得られるド
ライブ信号Ｓ3を作成して制御対象物振動信号Ｓ2に印加
するデジタル補償回路２１を備えている。デジタル補償
回路２１により、現在発生している制御対象物上の振動
スペクトルと目標の振動伝達率から逆演算して求められ
る理想的な制御対象物上の振動スペクトル比が各周波数
成分ごとに最も小さくなるようにデジタルフィルター
（伝達率）が設定されてドライブ信号Ｓ3が作成され制
御対象物振動信号Ｓ2に印加される。Further, as shown in FIG. 2, this active vibration isolator has a drive signal S 3 obtained by independently adjusting the gain and the phase from the output signal from the arithmetic / comparison circuit 19 as the comparison means. And a digital compensating circuit 21 for creating a control signal and applying it to the controlled object vibration signal S 2 . The ideal vibration spectrum ratio on the control object, which is obtained by inverse calculation from the vibration spectrum on the control object currently being generated and the target vibration transmissibility by the digital compensation circuit 21, is the smallest for each frequency component. The digital filter (transmittance) is set so that the drive signal S 3 is created and applied to the controlled object vibration signal S 2 .
【００２５】さらに、ステッパー（縮小投影型露光機）
に見られるように、その機器１３自身の重心移動あるい
は、加振力が加わる場合がある。そこで制御対象物１１
の動きをより最適に減衰させるために、図１、図２に示
すように、能動型除振装置は、制御対象物に組み込まれ
た精密機器側の制御・駆動信号を受取るＩ／Ｏ手段と、
Ｉ／Ｏ手段で受取られた精密機器側の制御・駆動信号に
応じ予じめ学習しておいた制振力信号Ｓ5を発生して制
御対象物振動信号Ｓ2に印加するアナログ補償回路手段
２５とを有する。このＩ／Ｏ手段は、能動型除振装置の
振動の大きさ、ドライブ信号の大きさ等の状態を示す制
御対象物振動信号Ｓ2を制御対象物に組み込まれた精密
機器１３側へ状態信号Ｓ6として印加する。Further, a stepper (reduction projection type exposure machine)
As can be seen from the above, the center of gravity of the device 13 itself may be moved, or an exciting force may be applied. Therefore, the controlled object 11
In order to more optimally dampen the movement of the object, as shown in FIGS. 1 and 2, the active vibration isolator has an I / O means for receiving a control / drive signal from the precision equipment incorporated in the controlled object. ,
Analog compensating circuit means for generating a damping force signal S 5 which has been learned in advance according to the control / driving signal on the precision equipment side received by the I / O means and applying it to the controlled object vibration signal S 2. 25 and. The I / O means sends a control object vibration signal S 2 indicating the status of the vibration of the active vibration isolator, the magnitude of the drive signal, etc. to the precision instrument 13 side incorporated in the control object. It is applied as S 6 .
【００２６】このように構成された能動型除振装置にお
いて、設置面１０の振動は振動センサ１４で、制御対象
物１１の振動は振動センサ１５で同時に計測される。振
動センサ１４、１５で同時に計測された設置面振動信号
Ｓ1（図１、図２）および制御対象物振動信号Ｓ2の複数
個の時間連続的な信号は増幅器１６ａ、１６ｂでそれぞ
れ増幅される。In the active vibration isolator thus constructed, the vibration of the installation surface 10 is measured by the vibration sensor 14 and the vibration of the controlled object 11 is measured by the vibration sensor 15 at the same time. A plurality of time-continuous signals of the installation surface vibration signal S 1 (FIGS. 1 and 2) and the controlled object vibration signal S 2 which are simultaneously measured by the vibration sensors 14 and 15 are amplified by amplifiers 16a and 16b, respectively. .
【００２７】これらの信号はＡ／Ｄ変換器１７によりリ
アルタイムにアナログ／デジタル変換される。このデジ
タル化された設置面振動信号Ｓ1および制御対象物振動
信号Ｓ2はシグナルコンディショナ１８により高速フー
リエ変換により周波数解析して振動伝達率Ｔｒが求めら
れる。この振動伝達率Ｔｒは設置面振動信号Ｓ1と制御
対象物振動信号Ｓ2の比を演算することにより求められ
る。この周波数解析は例えば０〜１００Ｈｚを８００等
分し、０．１２５Ｈｚ毎に行なわれる。These signals are analog / digital converted in real time by the A / D converter 17. The digitized installation surface vibration signal S 1 and the controlled object vibration signal S 2 are frequency-analyzed by the signal conditioner 18 by the fast Fourier transform to obtain the vibration transmissibility Tr. The vibration transmissibility Tr is obtained by calculating the ratio between the installation surface vibration signal S 1 and the controlled object vibration signal S 2 . This frequency analysis is performed every 0.125 Hz by dividing 0 to 100 Hz into 800 equal parts.
【００２８】シグナルコンディショナ１８で得られた振
動伝達率Ｔｒは、演算・比較回路１９の演算部１９ａに
格納され当該除振装置について予じめ求められた目標振
動伝達率Ｔｒ’と比較部１９ｂにより数学的に比較され
る。即ち、現在発生している制御対象物１１上の振動ス
ペクトルと目標の振動伝達率Ｔｒ’から逆演算して求め
られる理想的な制御対象物１１上の振動スペクトルを比
較手段たる演算・比較回路１９で比較される。The vibration transmissibility Tr obtained by the signal conditioner 18 is stored in the arithmetic unit 19a of the arithmetic / comparison circuit 19 and the target vibration transmissivity Tr 'and the comparison unit 19b which are preliminarily obtained for the vibration isolator. Is compared mathematically. That is, the calculation / comparison circuit 19 serving as a comparison means is an ideal vibration spectrum of the controlled object 11 obtained by performing an inverse operation from the vibration spectrum of the currently controlled object 11 and the target vibration transmissibility Tr '. Compared with.
【００２９】演算・比較回路１９の出力はＤ／Ａ変換器
２０でリアルタイムにデジタル／アナログ変換される。
Ｄ／Ａ変換器２０からの出力は制御回路たるサーボ増幅
器２２で増幅されドライブ信号Ｓ4としてサーボバルブ
２３に印加される。サーボバルブ２３が開閉駆動される
ことにより空気が空気圧アクチュエータ２４に給排気さ
れて制御対象物１１に制振力が付加される。The output of the arithmetic / comparison circuit 19 is digital / analog converted in real time by the D / A converter 20.
The output from the D / A converter 20 is amplified by the servo amplifier 22 which is a control circuit and applied to the servo valve 23 as a drive signal S 4 . By driving the servo valve 23 to open and close, air is supplied to and exhausted from the pneumatic actuator 24, and a damping force is applied to the controlled object 11.
【００３０】こうして空気圧アクチュエータ２４により
制御対象物１１に最適な減衰を与える制振力が注入され
る。これらの振動センサ１４、１５→増幅器１６ａ、１
６ｂ→Ａ／Ｄ変換器１７→シグナルコンディショナ１８
→演算・比較回路１９→Ｄ／Ａ変換器２０→サーボ増幅
器２２→サーボバルブ２３→空気圧アクチュエータ２４
は、フィードバック制御ループを構成しており、空気圧
アクチュエータ２４による制振力は制御対象物１１の振
動とは反転しているので、両振動伝達率差｜Ｔｒ’−Ｔ
ｒ｜若しくは比Ｔｒ／Ｔｒ’が周波数成分ごとに最小に
なるよう能動的除振制御が行なわれる。In this way, the pneumatic actuator 24 injects the damping force that gives the controlled object 11 optimum damping. These vibration sensors 14, 15 → amplifiers 16a, 1
6b → A / D converter 17 → Signal conditioner 18
→ Calculation / comparison circuit 19 → D / A converter 20 → Servo amplifier 22 → Servo valve 23 → Pneumatic actuator 24
Represents a feedback control loop, and the damping force by the pneumatic actuator 24 is the reverse of the vibration of the controlled object 11. Therefore, both vibration transmissibility differences | Tr′-T
Active vibration isolation control is performed so that r | or the ratio Tr / Tr 'is minimized for each frequency component.
【００３１】また、デジタル補償回路２１によりゲイン
と位相を独立して調整し、現在発生している制御対象物
上の振動スペクトルと目標の振動伝達率から逆演算して
求められる理想的な制御対象物上の振動スペクトルとの
差｜Ｔｒ’−Ｔｒ｜または比Ｔｒ／Ｔｒ’が各周波数成
分ごとに最も小さくなるようにデジタルフィルター（伝
達率）による創作的フィルターの設定が行われ、能動的
除振をするためのドライブ信号Ｓ3が作成され制御対象
物振動信号Ｓ2に印加される。Further, the gain and phase are independently adjusted by the digital compensating circuit 21, and an ideal control target obtained by inverse calculation from the vibration spectrum of the control target that is currently generated and the target vibration transmissibility. The creative filter is set by the digital filter (transmission factor) so that the difference | Tr'-Tr | or the ratio Tr / Tr 'with the vibration spectrum on the object becomes the smallest for each frequency component, and the active removal is performed. A drive signal S 3 for shaking is generated and applied to the controlled object vibration signal S 2 .
【００３２】デジタル補償回路２１の演算は例えば０〜
１００Ｈｚを８００等分し、０．１２５Ｈｚ毎に図３に
示すように Σ｜Ｔｒ’−Ｔｒ｜＝０若しくは最小、または 比Ｔｒ／Ｔｒ’＝１若しくは最小 となるように制御され能動的除振をするためのドライブ
信号Ｓ3を作り出す。即ち、現在発生している制御対象
物１１上の振動スペクトル（Ｓ1／Ｓ2）と目標の振動伝
達率Ｔｒ’から逆演算して求められる理想的な制御対象
物上の振動スペクトルを比較し、両者のスペクトル比が
各周波数成分ごとに最も小さくなるようにデジタルフィ
ルター（伝達率）が設定される。The operation of the digital compensation circuit 21 is, for example, 0 to
100 Hz is divided into 800 equal parts, and active vibration isolation is performed every 0.125 Hz so that Σ | Tr'-Tr | = 0 or minimum or ratio Tr / Tr '= 1 or minimum as shown in FIG. Drive signal S 3 for producing That is, the vibration spectrum (S 1 / S 2 ) on the controlled object 11 which is presently generated is compared with the ideal vibration spectrum on the controlled object which is obtained by inverse calculation from the target vibration transmissibility Tr ′. , The digital filter (transmittance) is set so that the spectral ratio of the two becomes the smallest for each frequency component.
【００３３】この振動伝達率Ｔｒは、除振装置の幾何学
的形状、重量、除振ユニット、および搭載装置の緒元が
決まると画一化される特性である。したがって振動伝達
率は、その除振装置の設置場所の振動の大小、卓越周波
数の存在周波数の差異によって影響を受けない。そこ
で、本発明の能動型除振制御は、この振動伝達率を事前
に想定した振動伝達率Ｔｒ’に限りなく近づけるもので
ある。The vibration transmissibility Tr is a characteristic that becomes uniform when the geometrical shape and weight of the vibration isolation device, the vibration isolation unit, and the specifications of the mounting device are determined. Therefore, the vibration transmissibility is not affected by the magnitude of vibration at the installation location of the vibration isolation device and the difference in the existing frequency of the dominant frequency. Therefore, the active vibration isolation control of the present invention makes this vibration transfer rate as close as possible to the vibration transfer rate Tr 'that is assumed in advance.
【００３４】一般に、設置面振動信号Ｓ1および制御対
象物振動信号Ｓ2が小さいとき、サーボ増幅器２２のゲ
イン（増幅度）を上げて現在発生している制御対象物上
の振動を除振して理想静止状態へ早く収束することがで
きるが、その場合ゲインが大きすぎると発振してしまう
結果を招く。本発明の能動型除振制御では、デジタル補
償回路２１によりゲインと位相を独立して調整すること
により、どの周波数でどの位のゲインと位相を与えるか
をデジタル補償することができるので、サーボ増幅器２
２のゲインを上げることなく能動的除振をするためのド
ライブ信号Ｓ3が作成され制御対象物振動信号Ｓ2に印加
されることから、制御対象物１１には理想的な除振制御
が実現できる。Generally, when the installation surface vibration signal S 1 and the controlled object vibration signal S 2 are small, the gain (amplification degree) of the servo amplifier 22 is increased to eliminate the vibration on the controlled object that is currently occurring. It is possible to quickly converge to the ideal stationary state, but in that case, if the gain is too large, oscillation will result. In the active vibration isolation control of the present invention, by independently adjusting the gain and the phase by the digital compensation circuit 21, it is possible to digitally compensate for what frequency and how much gain and phase are to be applied. Two
Since the drive signal S 3 for active vibration isolation is created and applied to the controlled object vibration signal S 2 without increasing the gain of 2 , ideal vibration isolation control is realized for the controlled object 11. it can.
【００３５】また、制御対象物１１に組み込まれた精密
機器１３側の制御・駆動信号（同期信号）をＩ／Ｏ手段
により受取り、アナログ補償回路手段２５により予じめ
学習しておいた制御力信号Ｓ5が制御対象物振動信号Ｓ2
に印加され、制御対象物１１に制振力が付加される。こ
のためステッパー（縮小投影型露光機）に見られるよう
に、その機器１３自身の重心移動あるいは、加振力が加
わる場合に、制御対象物１１の動きをより最適に減衰さ
せることができる。さらにＩ／Ｏ手段により能動型除振
装置の振動の大きさ、ドライブ信号の大きさ等の状態を
示すデータが制御対象物に組み込まれた精密機器１３側
へ状態信号Ｓ6として印加される。この状態信号Ｓ6によ
って例えば能動型除振装置の振動状態が悪化したときは
精密機器１３を停止させることができる。The control / driving signal (synchronization signal) on the side of the precision equipment 13 incorporated in the controlled object 11 is received by the I / O means, and the control force preliminarily learned by the analog compensation circuit means 25. The signal S 5 is the controlled object vibration signal S 2
And a damping force is applied to the controlled object 11. Therefore, as seen in the stepper (reduction projection type exposure machine), the movement of the controlled object 11 can be more optimally damped when the center of gravity of the device 13 itself or a vibration force is applied. Further, the I / O means applies data indicating the state of the vibration of the active vibration isolator, the magnitude of the drive signal, etc. to the precision instrument 13 side incorporated in the controlled object as a state signal S 6 . The precision signal 13 can be stopped by the status signal S 6 when the vibration status of the active vibration isolator deteriorates.
【００３６】このように本発明の能動型除振制御は、制
御対象物を搭載した除振装置の除振目標値を定め、現在
発生している制御対象物上の振動を目標値に接近させる
デジタル制御であり、従来のアナログ制御では達成し得
ない高い減衰率と広範囲の周波数帯域にわたって能動型
除振が実行できる。As described above, in the active vibration isolation control according to the present invention, the vibration isolation target value of the vibration isolation device equipped with the control object is set, and the vibration on the control object that is currently occurring approaches the target value. Since it is digital control, it is possible to perform active vibration isolation over a wide frequency band and a high damping rate that cannot be achieved by conventional analog control.
【００３７】[0037]
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の能動型除振装置によれば、基礎、床または地盤等で
ある設置面上に制御対象物を支持する受動型バネ要素
と、設置面の振動および制御対象物の振動を同時に計測
する計測手段と、計測された設置面振動信号および制御
対象物振動信号の複数個の時間連続的な信号をアナログ
／デジタル変換するＡ／Ｄ変換器と、デジタル化された
設置面振動信号および制御対象物振動信号を周波数解析
して振動伝達率を求めるシグナルコンディショナと、シ
グナルコンディショナで得られた振動伝達率を周波数成
分ごとに予じめ求められた目標振動伝達率と比較する比
較手段と、比較手段からの出力信号をデジタル／アナロ
グ変換するＤ／Ａ変換器と、Ｄ／Ａ変換器からの信号か
ら能動的除振をするためのドライブ信号を作り出す制御
回路と、ドライブ信号により制御対象物に制振力を付加
するアクチュエータとを備えたことにより、デジタルフ
ィルターの効果と目標値制御により除振効果の拡大と衝
撃応答性の改善を図ることができ、高い減衰率と広範囲
の周波数帯域にわたって能動型除振が実行できる。As is apparent from the above description, according to the active vibration isolator of the present invention, the passive type spring element for supporting the controlled object on the installation surface such as the foundation, the floor or the ground. A measuring means for simultaneously measuring the vibration of the installation surface and the vibration of the controlled object, and an A / D for analog / digital converting a plurality of time continuous signals of the measured installation surface vibration signal and the controlled object vibration signal. A transducer, a signal conditioner that determines the vibration transmissibility by frequency analysis of the digitized installation surface vibration signal and control object vibration signal, and the vibration transmissibility obtained by the signal conditioner is predicted for each frequency component. Comparing means for comparing with the target vibration transmissibility obtained for this purpose, a D / A converter for digital / analog converting the output signal from the comparing means, and active vibration isolation from the signal from the D / A converter. By providing a control circuit that generates a drive signal for control and an actuator that adds a damping force to the controlled object by the drive signal, the effect of the digital filter and the target value control expand the vibration isolation effect and impact response It is possible to improve it, and it is possible to perform active vibration isolation over a wide frequency band with a high damping rate.
【図１】本発明の実施例による能動型除振装置の説明
図。FIG. 1 is an explanatory diagram of an active vibration isolation device according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明による能動型除振装置の制御系を示すブ
ロック図。FIG. 2 is a block diagram showing a control system of the active vibration isolator according to the present invention.
【図３】本発明による能動型除振装置の振動伝達率差若
しくは比を最小にする手法を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a method for minimizing the difference or ratio of the vibration transmissibility of the active vibration isolator according to the present invention.
【図４】従来の受動型除振装置の説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram of a conventional passive vibration isolator.
【図５】従来の受動型除振装置によって得られた周波数
−振動伝達率特性を示すグラフ。FIG. 5 is a graph showing frequency-vibration transmissibility characteristics obtained by a conventional passive vibration isolator.
【図６】従来の能動型除振装置の説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram of a conventional active vibration isolation device.
【図７】従来の能動型除振装置によって得られた周波数
−振動伝達率特性を示すグラフ。FIG. 7 is a graph showing frequency-vibration transmissibility characteristics obtained by a conventional active vibration isolator.
【図８】従来の受動型除振装置において設置場所の振動
状況によって除振効果が変化する周波数−振動伝達率特
性を示すグラフ。FIG. 8 is a graph showing a frequency-vibration transmissibility characteristic in which the vibration isolation effect changes according to the vibration condition of the installation site in the conventional passive vibration isolation device.
【図９】従来の受動型除振装置において粘性減衰を付加
したとき除振効果が変化する周波数−振動伝達率特性を
示すグラフ。FIG. 9 is a graph showing frequency-vibration transmissibility characteristics in which the vibration isolation effect changes when viscous damping is added in the conventional passive vibration isolation device.
１０……設置面 １１……制御対象物 １２……受動型バネ要素 １３……精密機器 １４、１５……計測手段 １７……Ａ／Ｄ変換器 １８……シグナルコンディショナ １９……演算・比較回路（比較手段） ２１……デジタル補償回路手段 ２２……サーボ増幅器（制御回路） ２４……アクチュエータ ２５……アナログ補償回路手段 Ｔｒ……振動伝達率 Ｔｒ’……目標振動伝達率 Ｓ1……設置面振動信号 Ｓ2……制御対象物振動信号 Ｓ3……ドライブ信号 Ｓ4……ドライブ信号 Ｓ5……制御力信号 Ｓ6……状態信号10 ... Installation surface 11 ... Control object 12 ... Passive spring element 13 ... Precision equipment 14,15 ... Measuring means 17 ... A / D converter 18 ... Signal conditioner 19 ... Calculation / comparison Circuit (comparing means) 21 ...... Digital compensation circuit means 22 ...... Servo amplifier (control circuit) 24 ...... Actuator 25 ...... Analog compensation circuit means Tr …… Vibration transfer rate Tr '…… Target vibration transfer rate S 1 …… Installation surface vibration signal S 2 …… Control object vibration signal S 3 …… Drive signal S 4 …… Drive signal S 5 …… Control force signal S 6 …… Status signal
Claims (3)
御対象物を支持する受動型バネ要素と、前記設置面の振
動および前記制御対象物の振動を同時に計測する計測手
段と、計測された設置面振動信号および制御対象物振動
信号の複数個の時間連続的な信号をアナログ／デジタル
変換するＡ／Ｄ変換器と、デジタル化された設置面振動
信号および制御対象物振動信号を周波数解析して振動伝
達率を求めるシグナルコンディショナと、前記シグナル
コンディショナで得られた振動伝達率を周波数成分ごと
に予じめ求められた目標振動伝達率と比較する比較手段
と、前記比較手段からの出力信号をデジタル／アナログ
変換するＤ／Ａ変換器と、前記Ｄ／Ａ変換器からの信号
から能動的除振をするためのドライブ信号を作り出す制
御回路と、前記ドライブ信号により前記制御対象物に制
振力を付加するアクチュエータとを備えたことを特徴と
する能動型除振装置。1. A passive spring element for supporting an object to be controlled on an installation surface such as a foundation, floor or ground, and a measuring means for simultaneously measuring the vibration of the installation surface and the vibration of the object to be controlled. A / D converter that performs analog / digital conversion of a plurality of time-continuous signals of the installation surface vibration signal and the control object vibration signal, and the digitized installation surface vibration signal and the control object vibration signal in frequency A signal conditioner for analyzing and obtaining a vibration transmissibility, a comparing means for comparing the vibration transmissibility obtained by the signal conditioner with a target vibration transmissibility previously obtained for each frequency component, and from the comparing means. A D / A converter for converting a digital output signal from the D / A converter into an analog signal, a control circuit for generating a drive signal for active vibration isolation from the signal from the D / A converter, Active anti-vibration apparatus characterized by comprising an actuator for adding damping force to the control object by Eve signal.
位相を独立して調整して得られる信号を作成して前記制
御対象物振動信号に印加するデジタル補償回路手段を備
えたことを特徴とする請求項１記載の能動型除振装置。2. A digital compensating circuit means for producing a signal obtained by independently adjusting a gain and a phase from an output signal from the comparing means and applying the signal to the controlled object vibration signal. The active vibration isolation device according to claim 1.
の制御・駆動信号を受取るＩ／Ｏ手段と、前記Ｉ／Ｏ手
段で受取られた精密機器側の制御・駆動信号に応じた制
振力信号を発生して前記制御対象物振動信号に印加する
アナログ補償回路手段とを有する特徴とする請求項１記
載の能動型除振装置。3. An I / O means for receiving a control / drive signal on the side of precision equipment incorporated in the controlled object, and a control according to the control / drive signal on the side of precision equipment received by the I / O means. 2. An active vibration isolator according to claim 1, further comprising: an analog compensation circuit means for generating a vibration force signal and applying it to the control object vibration signal.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6876893A JPH06280930A (en) | 1993-03-26 | 1993-03-26 | Active type vibration resisting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6876893A JPH06280930A (en) | 1993-03-26 | 1993-03-26 | Active type vibration resisting device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06280930A true JPH06280930A (en) | 1994-10-07 |
Family
ID=13383249
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6876893A Withdrawn JPH06280930A (en) | 1993-03-26 | 1993-03-26 | Active type vibration resisting device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06280930A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010043875A (en) * | 2008-08-08 | 2010-02-25 | Kajima Corp | Active damping performance evaluation system and program |
-
1993
- 1993-03-26 JP JP6876893A patent/JPH06280930A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010043875A (en) * | 2008-08-08 | 2010-02-25 | Kajima Corp | Active damping performance evaluation system and program |
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