JPH09166176A - Precise vibration resistant device - Google Patents
Precise vibration resistant deviceInfo
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- JPH09166176A JPH09166176A JP32453695A JP32453695A JPH09166176A JP H09166176 A JPH09166176 A JP H09166176A JP 32453695 A JP32453695 A JP 32453695A JP 32453695 A JP32453695 A JP 32453695A JP H09166176 A JPH09166176 A JP H09166176A
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- Vibration Prevention Devices (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、例えばLSIの
縮小露光装置や電子顕微鏡あるいは走査型トンネル顕微
鏡といった精密機器を載せる目的で使われる精密除振装
置に関し、とくに振動の高調波成分も効果的に抑制する
技術改良に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a precision vibration isolator used for the purpose of mounting precision equipment such as an LSI reduction exposure device, an electron microscope or a scanning tunneling microscope. Related to technical improvement to suppress.
【0002】[0002]
【従来の技術】よく知られているように、LSI工場な
どではつぎのような精密除振装置が使われている。電子
顕微鏡などを載せるテーブルは設置床に対して適宜な弾
性マウントとサーボアクチュエータを介して支持されて
いる。振動を検知する振動センサの出力をコンピュータ
で処理し、その処理結果に応じて前記サーボアクチュエ
ータを駆動して前記テーブルの振動を抑制する。これは
周知のアクティブ制振技術である。アクティブ制振制御
系には、前記テーブルの振動に感応する振動センサの出
力に応じてアクチュエータを駆動するフィードバック制
御系と、前記設置床の振動に感応する振動センサの出力
に応じてアクチュエータを駆動するフィードフォワード
制御系とがある。いずれか一方の制御系だけしかない装
置も知られているが、一般にはフィードバックとフィー
ドフォワードの両方の制御系を含んでいる。2. Description of the Related Art As is well known, the following precision vibration isolator is used in LSI factories and the like. A table on which an electron microscope or the like is placed is supported on the installation floor via an appropriate elastic mount and servo actuator. The output of the vibration sensor for detecting the vibration is processed by a computer, and the servo actuator is driven according to the processing result to suppress the vibration of the table. This is a well-known active damping technique. The active vibration suppression control system drives the actuator according to the output of the vibration sensor sensitive to the vibration of the table, and drives the actuator according to the output of the vibration sensor sensitive to the vibration of the installation floor. There is a feedforward control system. Although a device having only one control system is also known, it generally includes both feedback and feedforward control systems.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】前述のようなアクティ
ブ制振機構で、テーブルの振動をミクロン・レベル以下
まで抑制しようとした場合、低い振動数から無限に高い
振動数までミクロン・オーダー以下の精度で変位を制御
可能なアクチュエータが必要となる。比較的高い振動数
まで追従するアクチュエータ(ピエゾ・アクチュエータ
等)は、アクチュエータ自身の剛性が高く、アクチュエ
ータが追従出来ない床のより高い振動数成分の振動がア
クチュエータを介して、除振台に伝わることになる。更
に、このようなアクチュエータの場合、低い振動数では
アクチュエータのストローク不足によって振動が伝わる
ことにもなる。また、アクチュエータ自身の剛性が低い
空気圧アクチュエータ等では除振台の2次や3次の高い
振動数での追従性が悪く、効果的な制振が出来ないと言
う問題点があった。With the active vibration damping mechanism as described above, when it is attempted to suppress the vibration of the table to the micron level or less, the accuracy of the micron order or less from a low frequency to an infinitely high frequency. An actuator that can control the displacement is required. An actuator (piezo actuator, etc.) that follows a relatively high frequency has a high rigidity of the actuator itself, and the vibration of the higher frequency component of the floor that the actuator cannot follow is transmitted to the vibration isolation table through the actuator. become. Furthermore, in the case of such an actuator, vibration is transmitted at a low frequency due to insufficient stroke of the actuator. Further, in a pneumatic actuator or the like having a low rigidity of the actuator itself, there is a problem that the vibration isolating table has a poor followability at high secondary and tertiary frequencies, and effective vibration damping cannot be performed.
【0004】この発明は以上の問題点に鑑みなされたも
ので、精度は粗いがストローク的に充分大きく、低い振
動数から比較的高い振動数まで追従する極一般的なアク
チュエータを用いて、ミクロン・レベル以下まで制御可
能な精密除振装置を提供することにある。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems. It uses a very general actuator that is coarse in accuracy but sufficiently large in terms of stroke and follows from a low frequency to a relatively high frequency. An object is to provide a precision vibration isolator that can be controlled below a level.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】この発明の精密除振装置
は、設置床に対して弾性マウントを介して支持されたテ
ーブルと、基端部が前記設置床に固定されたサーボアク
チュエータと、前記弾性マウントよりはるかに小さなバ
ネ定数であり、前記サーボアクチュエータの先端部と前
記テーブルとを連結する結合バネと、前記設置床の振動
に感応する振動センサと、前記テーブルの振動に感応す
る振動センサと、前記サーボアクチュエータの可動部の
変位を検出する変位センサと、これら3つのセンサの出
力に応じて前記サーボアクチュエータを駆動して前記テ
ーブルの振動を抑制するアクティブ制振制御手段とを備
えたものである。A precision vibration isolator according to the present invention includes a table supported on an installation floor via an elastic mount, a servo actuator having a base end fixed to the installation floor, and A coupling spring that has a spring constant much smaller than that of an elastic mount and that connects the tip of the servo actuator and the table, a vibration sensor that is sensitive to the vibration of the installation floor, and a vibration sensor that is sensitive to the vibration of the table. A displacement sensor for detecting a displacement of a movable portion of the servo actuator, and an active vibration damping control means for driving the servo actuator according to outputs of these three sensors to suppress vibration of the table. is there.
【0006】[0006]
【発明の実施の形態】この発明の一実施例による精密除
振装置の概略構成を図1に示している。テーブル1は積
層ゴムや空気バネなどの弾性マウント2を介して設置床
3に支持されている。また、サーボ式油圧シリンダから
なるサーボアクチュエータ4の基端部(シリンダ部)が
設置床3に固定され、ピストンロッドの先端部が結合バ
ネ5を介してテーブル1に連結されている。図ではサー
ボアクチュエータ4は1つしか示しておらず、テーブル
1を水平一軸方向にしか励振しないように見えるが、こ
れは説明を簡単にするためである。もちろん通常は、水
平面で直交二軸方向にテーブル1を励振する二系統のア
クチュエータ機構を設けるし、さらにはテーブル1を垂
直方向に励振するアクチュエータ機構を付加することも
多い。ただし、以下では水平一軸方向のアクチュエータ
4しかないような説明をするが、二次元または三次元の
アクティブ制振制御を行うの場合は、以下に説明する制
御系の構成を二軸分あるいは三軸分設ければよい。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows a schematic structure of a precision vibration isolator according to an embodiment of the present invention. The table 1 is supported on an installation floor 3 via an elastic mount 2 such as laminated rubber or an air spring. A base end portion (cylinder portion) of a servo actuator 4 formed of a servo hydraulic cylinder is fixed to the installation floor 3, and a tip end portion of a piston rod is connected to the table 1 via a coupling spring 5. In the figure, only one servo actuator 4 is shown, and it seems that the table 1 is excited only in the horizontal uniaxial direction, but this is for the sake of simplicity. Of course, usually, a two-system actuator mechanism that excites the table 1 in two orthogonal directions on a horizontal plane is provided, and an actuator mechanism that excites the table 1 in the vertical direction is often added. However, in the following description, there is only one horizontal uniaxial actuator 4, but in the case of performing two-dimensional or three-dimensional active vibration suppression control, the configuration of the control system described below corresponds to two axes or three axes. You only have to set the amount.
【0007】テーブル1の直下の設置床3の振動に感応
する振動センサ6aと、テーブル1の振動に感応する振
動センサ6bとが付設されている。また、サーボアクチ
ュエータ4の可動部(ピストンまたはピストンロッド)
の変位を検出する変位センサ6cが付設されている。ア
クティブ制振制御の中枢であるコンピュータ7が振動セ
ンサ6a・6bおよび変位センサ6cの出力を読み込
み、設定されたアルゴリズムに従ってフィードフォワー
ド制御およびフィードバック制御の演算処理を行い、前
記サーボアクチュエータ4を駆動してテーブル1の振動
を抑制する。A vibration sensor 6a sensitive to the vibration of the installation floor 3 directly below the table 1 and a vibration sensor 6b sensitive to the vibration of the table 1 are additionally provided. In addition, the movable part of the servo actuator 4 (piston or piston rod)
A displacement sensor 6c for detecting the displacement of is attached. The computer 7, which is the center of the active vibration suppression control, reads the outputs of the vibration sensors 6a and 6b and the displacement sensor 6c, performs feedforward control and feedback control arithmetic processing according to the set algorithm, and drives the servo actuator 4. Vibration of the table 1 is suppressed.
【0008】サーボアクチュエータ4の駆動力はテーブ
ル1に直接伝わるのではなく、結合バネ5を介して伝わ
る。結合バネ5のきわめて柔らかいバネであり(弾性率
がきわめて大きく、剛性率がきわめて小さい)、テーブ
ル1を支持する弾性マウント2のずれ剛性率の約1万分
の1程度の剛性率である。これにより、サーボアクチュ
エータ4をセンチメートル・オーダーの大きな振幅で往
復変位させても、テーブル1はミクロン・オーダー以下
の振幅でしか変位しない。The driving force of the servo actuator 4 is not directly transmitted to the table 1, but is transmitted through the coupling spring 5. The coupling spring 5 is an extremely soft spring (having a very large elastic modulus and a very small rigidity), and has a rigidity of about 1 / 10,000 of the displacement rigidity of the elastic mount 2 supporting the table 1. Accordingly, even if the servo actuator 4 is reciprocally displaced with a large amplitude of centimeter order, the table 1 is displaced only with an amplitude of micron order or less.
【0009】更に、アクチュエータが追従できない非常
に高い振動数の除振は、アクチュエータに取り付けられ
た結合バネによって、パッシブ的に除振される。Further, vibration isolation at a very high frequency that the actuator cannot follow is passively isolated by a coupling spring attached to the actuator.
【0010】つぎに前記実施例におけるテーブル1の振
動特性(除振性能)を数式モデルを使って説明する。Next, the vibration characteristics (vibration isolation performance) of the table 1 in the above embodiment will be described using a mathematical model.
【0011】テーブル1に設置床3の振動とアクチュエ
ータ4による制振力が作用したときの振動方程式は数式
1となる。The equation of vibration when the vibration of the installation floor 3 and the damping force of the actuator 4 act on the table 1 is represented by the equation 1.
【0012】[0012]
【数1】 これを絶対座標から見た応答(z+y)でまとめると数
式2となる。[Equation 1] If this is put together by the response (z + y) seen from the absolute coordinates, the following formula 2 is obtained.
【0013】[0013]
【数2】 ここで簡単のためc=0とすると、絶対応答の数式2の
右辺外力項をアクチュエータ4の変位zで打ち消すため
には数式3を満たす必要がある。(Equation 2) Here, if c = 0 for simplification, it is necessary to satisfy Expression 3 in order to cancel the external force term on the right side of Expression 2 of the absolute response by the displacement z of the actuator 4.
【0014】[0014]
【数3】 結合バネ5の剛性率Ksが弾性マウント2の剛性率Kの
1万分の1だとすると、設置床3の振動yの1万倍の動
きにアクチュエータ4のストロークを拡大して用いるこ
とが可能となる。この説明は床振動に対するフィードフ
ォワード制御(入力相殺)に関したものだが、テーブル
1の動きを感知して制御するフィードバック制御の場合
も振幅(x+y)を拡大して制御することが可能とな
る。ここでC’を制御減衰とし、(Equation 3) If the rigidity Ks of the coupling spring 5 is 1/1000 of the rigidity K of the elastic mount 2, the stroke of the actuator 4 can be expanded and used for the movement of 10,000 times the vibration y of the installation floor 3. Although this description relates to feedforward control (input cancellation) for floor vibration, the amplitude (x + y) can be expanded and controlled also in the case of feedback control in which the movement of the table 1 is detected and controlled. Where C'is the control damping,
【数4】 数式4の特性をアクチュエータ4のストローク制御で実
現するためには、フィードバック項のみのストロークは
数式5となる。(Equation 4) In order to realize the characteristic of Expression 4 by the stroke control of the actuator 4, the stroke of only the feedback term becomes Expression 5.
【0015】[0015]
【数5】 最終的に数式4を満たすアクチュエータ4のストローク
は数式3を加えて数式6となる。(Equation 5) Finally, the stroke of the actuator 4 that satisfies the equation 4 becomes the equation 6 by adding the equation 3.
【0016】[0016]
【数6】 これらの数式も(k+ks)に対してksが小さいほ
ど、アクチュエータ4のストロークZが大きくなること
を示している。つまり、アクチュエータ4の大振幅作動
によりテーブル1の振動をミクロン・オーダー以下に制
御できる。(Equation 6) These mathematical expressions also show that the stroke Z of the actuator 4 increases as ks decreases with respect to (k + ks). That is, the vibration of the table 1 can be controlled to the micron order or less by the large amplitude operation of the actuator 4.
【0017】[0017]
【発明の効果】この発明によれば、変位制御精度があま
り高くない油圧シリンダなどの大パワーのサーボアクチ
ュエータを用いてミクロン・オーダー以下までテーブル
の振動を抑制でき、質量の大きな電子顕微鏡などを載せ
る精密除振装置としてきわめて優れた除振性能を発揮す
る。According to the present invention, table vibration can be suppressed to a micron order or less by using a high-power servo actuator such as a hydraulic cylinder whose displacement control accuracy is not so high, and an electron microscope having a large mass can be mounted. It exhibits extremely excellent vibration isolation performance as a precision vibration isolation device.
【図1】この発明の一実施例による精密除振装置の概略
構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a precision vibration isolator according to an embodiment of the present invention.
1 テーブル 2 弾性マウント 3 設置床 4 サーボアクチュエータ 5 結合バネ 6a・6b 振動センサ 6c 変位センサ 7 コンピュータ 1 table 2 elastic mount 3 installation floor 4 servo actuator 5 coupling springs 6a and 6b vibration sensor 6c displacement sensor 7 computer
Claims (1)
持されたテーブルと、基端部が前記設置床に固定された
サーボアクチュエータと、前記弾性マウントよりはるか
に大きな弾性率であり、前記サーボアクチュエータの先
端部と前記テーブルとを連結する結合バネと、前記設置
床の振動に感応する振動センサと、前記テーブルの振動
に感応する振動センサと、前記サーボアクチュエータの
可動部の変位を検出する変位センサと、これら3つのセ
ンサの出力に応じて前記サーボアクチュエータを駆動し
て前記テーブルの振動を抑制するアクティブ制振制御手
段とを備えたことを特徴とする精密除振装置。1. A table supported on an installation floor via an elastic mount, a servo actuator having a base end portion fixed to the installation floor, and a modulus of elasticity much higher than that of the elastic mount. A coupling spring that connects the tip of the actuator and the table, a vibration sensor that is sensitive to the vibration of the installation floor, a vibration sensor that is sensitive to the vibration of the table, and a displacement that detects the displacement of the movable portion of the servo actuator. A precision vibration isolator, comprising: a sensor; and active vibration suppression control means for driving the servo actuator according to the outputs of these three sensors to suppress vibration of the table.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32453695A JP3724863B2 (en) | 1995-12-13 | 1995-12-13 | Precision vibration isolator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32453695A JP3724863B2 (en) | 1995-12-13 | 1995-12-13 | Precision vibration isolator |
Publications (2)
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JPH09166176A true JPH09166176A (en) | 1997-06-24 |
JP3724863B2 JP3724863B2 (en) | 2005-12-07 |
Family
ID=18166904
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP32453695A Expired - Lifetime JP3724863B2 (en) | 1995-12-13 | 1995-12-13 | Precision vibration isolator |
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Country | Link |
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JP (1) | JP3724863B2 (en) |
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1995
- 1995-12-13 JP JP32453695A patent/JP3724863B2/en not_active Expired - Lifetime
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CN108180353A (en) * | 2018-01-15 | 2018-06-19 | 南京铁道职业技术学院 | A kind of computer anti-rattler |
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Publication number | Publication date |
---|---|
JP3724863B2 (en) | 2005-12-07 |
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