KR100583075B1 - Active vibration control apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체장비나 정밀측정장비 등과 같은 피제진대상물의 진동을 제거하는 제진장치에 관한 것으로, 특히 피제진대상물(W)을 얹어 지지하는 제진테이블(20)을 베이스플레이트(10)위에 적어도 4개의 레벨조절기구(30)로써 수평으로 설치하고, 상기 제진테이블(20)과 베이스플레이트(10)의 사이에는 적어도 6개 이상의 제진액츄에이터(50A-50F)를 설치하고, 진동제어부(43)는 진동감지센서(40)에서 검출한 제진테이블(20)의 진동에 대응하는 진동제어신호를 복수개의 제진액츄에이터(50A-50F)에 제공하여 이들 제진액츄에이터(50A-50F)가 진동에 대응하는 추력을 제진테이블(20)에 작용시킴으로써 제진테이블의 6자유도의 진동을 효과적으로 제거한다. The present invention relates to a vibration suppression apparatus for removing vibration of an object to be damped, such as semiconductor equipment or precision measuring equipment. In particular, at least four vibration damping tables (20) mounted on and supported by the object to be damped are mounted on the base plate (10). Installed horizontally with two level adjusting mechanisms 30, at least six vibration damping actuators 50A-50F are installed between the vibration damping table 20 and the base plate 10, and the vibration controller 43 vibrates. Vibration control signals corresponding to the vibrations of the vibration damping table 20 detected by the sensing sensor 40 are provided to the plurality of vibration damping actuators 50A-50F so that the vibration damping actuators 50A-50F damp the thrust corresponding to the vibration. By acting on the table 20, the vibration of the six degree of freedom of the damping table is effectively eliminated.
능동형 제진, 보이스코일모터, 레벨조절 Active vibration suppression, voice coil motor, level adjustment
Description
도 1은 종래 공기스프링을 이용한 제진장치의 개략적인 구성도,1 is a schematic configuration diagram of a vibration suppression apparatus using a conventional air spring,
도 2는 도 1에 도시된 종래 제진장치의 개략적인 개념도,2 is a schematic conceptual view of a conventional vibration suppression apparatus shown in FIG. 1;
도 3은 본 발명에 따른 능동형 제진장치의 정면도,3 is a front view of an active vibration suppressing apparatus according to the present invention;
도 4는 본 발명의 제진장치에서 제진플레이트를 분리한 상태의 평면도,4 is a plan view of a state in which the vibration damping plate is separated from the vibration suppression apparatus of the present invention;
도 5는 본 발명의 제진장치에 사용된 제진액츄에이터의 결합단면도,5 is a cross-sectional view of the coupling of the vibration suppression actuator used in the vibration suppression apparatus of the present invention,
도 6은 본 발명에 따른 제진장치의 개략적인 개념도, 6 is a schematic conceptual view of a vibration suppression apparatus according to the present invention;
도 7은 본 발명의 제진장치의 제진특성곡선을 종래 수동형 제진장치의 특성곡선과 비교하여 도시한 그래프이다7 is a graph showing the vibration suppression characteristic curve of the vibration suppression apparatus of the present invention compared with the characteristic curve of the conventional passive vibration suppression apparatus.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※※ Explanation of code about main part of drawing ※
10: 베이스플레이트 W:피제진대상물10: base plate W: subject to vibration
11: 받침대 12: 경사면11: pedestal 12: slope
20: 제진테이블 21: 지지대20: damping table 21: support base
22: 제1영구자석 23: 제2영구자석22: 1st permanent magnet 23: 2nd permanent magnet
24: 레벨감지부 25: 레벨감지센서24: level detecting unit 25: level detecting sensor
26: 인쇄회로기판 27: 레벨제어부26: printed circuit board 27: level control unit
30: 레벨조절기구 31: 이송축30: level adjusting mechanism 31: feed shaft
32: 스프링시트 33: 스프링32: spring seat 33: spring
33a-33c:기어 34: 구동모터33a-33c: Gear 34: Drive Motor
35: 포텐셔미터 41: 마운트35: potentiometer 41: mount
42: 지지블록 43: 진동제어부 42: support block 43: vibration control unit
50A-50F: 제진액츄에이터 51: 케이싱 50A-50F: Damping Actuator 51: Casing
52: 자석부 53: 요크부52: magnet portion 53: yoke portion
54: 코일부 55: 폴피스54: coil portion 55: pole piece
56a,56b: 댐퍼스프링 57: 감쇠봉 56a, 56b: damper spring 57: damping rod
58: 진동판 59: 압전센서58: diaphragm 59: piezoelectric sensor
60: 진동감지부 61: 가이드봉60: vibration detection unit 61: guide rod
62a,62b: 스프링 64: 커버62a, 62b: spring 64: cover
65: 가압봉 70: 액츄에이터부65: pressure rod 70: actuator portion
71: 고정판71: fixed plate
본 발명은 정밀측정장비, 반도체장비와 같은 피제진대상물을 지지하여 피제 진대상물의 진동을 제거하는 제진장치에 관한 것으로, 특히 피제진대상물의 진동을 감쇠하기 위한 추력을 피제진대상물에 직접 가하여 진동을 능동적으로 제거하는 능동형 제진장치에 관한 것이다. The present invention relates to a vibration suppression apparatus that supports vibration of a vibration control object by supporting a vibration control object such as a precision measuring device and a semiconductor device. In particular, the present invention relates to vibration by directly applying a thrust to damp the vibration of the vibration control object directly to the vibration control object. The present invention relates to an active vibration suppression apparatus that actively removes a gas.
정밀계측기, 광학실험장비, 반도체 및 초정밀장비는 미세한 진동에도 오작동을 일으키므로 이러한 장비에는 외부진동 또는 장비의 작동에 따라 발생하는 자체진동을 제거하기 위한 제진장치가 필수적으로 사용된다. 그런데 종래 제진장치는 도 1에 도시된 바와 같이 공기스프링을 이용하는 제진장치가 사용되어 왔다. 이러한 종래의 제진장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 제진하고자 하는 피제진대상물(예컨대 정밀계측기나 반도체장비)을 상면에 얹어 지지하는 제진테이블(1)이 지반위에 직립설치된 적어도 4개의 지지대(2)위에 얹혀져 설치되고, 상기 제진테이블(20)은 상기 지지대(2)마다 구비된 공기스프링(3)에 의해 탄력적으로 지지된다. 그리고 상기 각 지지대(2)의 공기스프링(3)은 공기압력을 제공하는 압축공기공급원(4)에 유로를 통하여 연결되고, 상기 지지대(2)에는 상기 제진테이블(1)의 진동을 감지하는 진동감지센서(5)가 구비되며, 이 진동감지센서(5)에서 검출한 제진테이블(1)의 진동량에 따라 상기 압축공기공급원(4)의 압축공기를 공기스프링(3)으로 공급하여 공기스프링(3)의 압력을 증가시키기거나 공기스프링(3)의 공기를 배출시키는 제어밸브(6)로 구성되어 있다. Precision measuring instruments, optical test equipment, semiconductors, and ultra-precision equipment cause malfunction even in the case of minute vibrations, and therefore, a vibration damping device for eliminating self-vibration caused by external vibration or operation of the equipment is essential. However, in the conventional vibration suppression apparatus, a vibration suppression apparatus using an air spring has been used as shown in FIG. 1. As shown in FIG. 1, the conventional vibration isolator includes at least four
이러한 종래의 공기스프링식 제진장치는 제진테이블이 진동하는 경우 진동감지센서는 제진테이블의 진동을 검출하고 검출된 제진테이블의 진동에 따라 제어밸브가 개폐작동하여 복수개의 공기스프링에 선택적으로 압축공기를 공급하거나 공기 스프링으로부터 압축공기를 배출시킴으로써 제진테이블을 지지하는 공기스프링의 압력을 조절하여 제진테이블의 진동을 제어하게 된다. In such a conventional air spring vibration damping device, when the vibration damping table vibrates, the vibration sensor detects the vibration of the vibration damping table, and the control valve opens and closes according to the vibration of the vibration damping table to selectively compress the compressed air into a plurality of air springs. By supplying or discharging the compressed air from the air spring, the vibration of the vibration damping table is controlled by adjusting the pressure of the air spring supporting the vibration damping table.
이와 같은 종래 공기스프링식 제진장치는 소위 "수동형 제진장치(passive vibration control)"로서, 그 개념도를 도시하면 도 2에 도시된 바와 같다. 상기 종래 수동형 제진장치의 운동방정식은 아래의 수학식1과 같고, 수학식1의 운동방정식으로부터 구해지는 전달력은 수학식2와 같다. Such a conventional air spring type vibration suppression device is a so-called "passive vibration control device", and the conceptual diagram is as shown in FIG. The motion equation of the conventional passive vibration damping device is as shown in
상기 수학식1과 수학식2로부터 종래 수동형 제진장치의 진동전달함수(T)를 구하면 아래 수학식3과 같다.When the vibration transfer function T of the conventional passive vibration suppression apparatus is obtained from
여기서, u는 제진테이블의 고유진동수에 대한 제진테이블의 진동수의 비이고, ξ는 감쇠비로서 임계감쇠계수에 대한 방지재의 점성감쇠계수의 비를 나타낸다.Where u is the ratio of the vibration frequency of the vibration damping table to the natural frequency of the vibration damping table, and ξ is the damping ratio indicating the ratio of the viscosity damping coefficient of the prevention material to the critical damping coefficient.
상기 수학식3을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 종래 수동형 제진장치는 전동전달율이 제진장치를 구성하는 물질의 고유진동수에 따라 정해지므로 구성물질의 물성을 상황에 맞도록 변화시킬 수 없고, 이로 인하여 제진장치의 진동전달율을 향상시킬 수 없는 한계를 가진다. As can be seen through the equation (3), the conventional passive vibration damping device is determined according to the natural frequency of the material constituting the vibration damping device can not change the physical properties of the material to suit the situation, thereby There is a limitation that the vibration transmission rate of the device cannot be improved.
그리고 수학식3에 따른 종래 수동형 제진장치의 진동전달특성을 그래프로 도시하면 도 7의 실선으로 도시된 바와 같다. And the vibration transmission characteristics of the conventional passive vibration suppression apparatus according to the equation (3) as shown in the solid line of FIG.
도 7에 도시된 바와 같이, 종래 수동형 제진장치는 진동수비(u)가 1.414이하에서는 진동이 증폭할 뿐아니라 진동수비(u)가 1인 상태에서는 공진이 발생하는 문제점이 발생하고, 증폭을 줄이기 위하여 감쇠비(ξ)를 높이면, 진동수비(u)가 1.414이상의 상태에서 오히려 감쇠효율이 저하되는 문제점이 있다. As shown in FIG. 7, the conventional passive vibration suppression device not only amplifies the vibration when the frequency ratio u is less than 1.414, but also causes a problem that resonance occurs in the state where the frequency ratio u is 1, thereby reducing amplification. In order to increase the damping ratio ξ, there is a problem in that the damping efficiency is lowered in a state where the frequency ratio u is 1.414 or more.
또한 상기 종래의 공기스프링식 제진장치는 지지대가 제진테이블을 지지하는 특정의 방향의 진동만을 제거할 뿐이고 진동의 모든 자유도를 제진할 수 없는 단점이 있다.In addition, the conventional air spring vibration damping device only removes vibration in a specific direction in which the support supports the vibration damping table, and has a disadvantage in that it cannot damp all degrees of freedom of vibration.
이에 본 발명은 상기 종래의 제진장치가 가진 단점을 해소하기 위하여, 제진대상물의 진동에 대응하여 능동적으로 진동감쇠용 추력을 가하여 진동을 제거함으로써 감쇠효율을 높일 수 있고, 6자유도의 진동을 효과적으로 제진하여 감쇠효율을 높일 수 있으며, 특히 저주파수영역에서도 제진성능이 우수하여 정밀측정장비의 제진에 특히 적합한 능동형 제진장치를 제공함에 목적이 있다.Accordingly, the present invention can increase the damping efficiency by removing the vibration by actively applying the vibration damping force in response to the vibration of the vibration damping object, in order to solve the disadvantages of the conventional vibration damping device, to effectively damp the vibration of six degrees of freedom It is possible to increase the damping efficiency, especially in the low frequency region, and to provide an active vibration suppression device that is particularly suitable for vibration suppression of precision measuring equipment.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, The present invention for achieving the above object,
베이스플레이트와,Base plate,
상기 제진테이블의 수평방향에 대하여 각각 소정의 방향으로 향하게 편향되고 상기 제진테이블에 대하여 일정한 기울기로써 기울어져 한쪽 선단은 상기 제진테이블의 저면에 고정되고 반대쪽 선단은 상기 베이스플레이트에 지지된 복수개의 보이스코일모터형 제진액츄에이터를 포함하고, A plurality of voice coils which are deflected in a predetermined direction with respect to the horizontal direction of the vibration damping table and are inclined with a constant inclination with respect to the vibration damping table so that one end thereof is fixed to the bottom of the vibration damping table and the other end thereof is supported by the base plate. Including motor type vibration damping actuator,
상기 각 제진액츄에이터는 상기 제진테이블과 연동하여 진동하면서 제진테이블의 진동을 검출하여 전기적인 신호를 출력하는 진동감지부와, 상기 진동감지부에서 검출한 진동에 대응하여 진동을 감쇠시키기 위한 진동제어신호를 출력하는 진동제어부와, 상기 진동제어부의 진동제어신호에 따라 상하로 요동하면서 제진테이블에 추력을 제공하는 액츄에이터부를 포함한다.Each of the vibration suppression actuators is a vibration sensing unit for detecting vibrations of the vibration damping table and outputting an electrical signal while vibrating in cooperation with the vibration damping table, and a vibration control signal for attenuating the vibration in response to the vibration detected by the vibration sensing unit. Vibration control unit for outputting a; and an actuator unit for providing a thrust to the vibration damping table while swinging up and down according to the vibration control signal of the vibration control unit.
그리고 본 발명에 따른 제진장치는 제진테이블의 적어도 4모서리부의 상하위치변화에 따른 제진테이블의 각 모서리부의 레벨을 검출하는 복수개의 레벨감지센서와, 상기 각 레벨감지센서에서 검출한 제진테이블의 각 모서리부의 레벨값을 기준 설정값과 비교하여 제진테이블의 수평에 대한 레벨편차값를 연산하고, 그 제진테이블의 레벨편차값에 대응하는 레벨제어신호를 출력하는 레벨제어부와, In addition, the vibration suppression apparatus according to the present invention includes a plurality of level sensing sensors for detecting the level of each corner of the vibration damping table according to the change of the upper and lower positions of at least four corners of the vibration damping table, and each corner of the vibration damping table detected by the respective level sensing sensors. A level control unit for calculating a level deviation value with respect to the horizontal of the vibration suppression table by comparing the negative level value with a reference set value, and outputting a level control signal corresponding to the level deviation value of the vibration suppression table;
상기 제진테이블의 적어도 4모서리부에 설치되고, 각각은 상기 레벨제어부에서 제공하는 레벨제어신호에 의해 제진테이블의 각 모서리부를 상하로 이동시켜 제진테이블의 레벨을 수평으로 유지시키는 레벨조절기구를 더 포함한다. It is provided in at least four corners of the vibration damping table, each of which further comprises a level control mechanism for maintaining the level of the vibration damping table horizontally by moving each corner of the damping table up and down by the level control signal provided by the level control unit. do.
상기 레벨감지부는 제진테이블의 저면에 설치된 제1영구자석과, 상기 제1영구자석에 대향하도록 베이스플레이트위에 직립설치된 지지대위에 구비된 제2영구자석과, 제진테이블의 저면에 일정한 간격을 두고 평행하게 부착된 인쇄회로기판상에 구비되어 상기 제1영구자석의 제2영구자석에 대한 위치변화에 따라 변화하는 자기장의 세기에 따라 제진테이블의 레벨을 검출하는 레벨감지센서로 이루어진다. 상기 레벨감지센서는 제진테이블의 저면에 수평으로 결합된 인쇄회로기판에 설치된다. The level sensing unit is parallel to the first permanent magnet provided on the bottom surface of the vibration damping table, the second permanent magnet provided on a support stand installed on the base plate so as to face the first permanent magnet, and at regular intervals on the bottom surface of the vibration damping table. It is provided on the attached printed circuit board is made of a level sensor for detecting the level of the vibration damping table in accordance with the intensity of the magnetic field that changes in accordance with the position change of the first permanent magnet with respect to the second permanent magnet. The level sensor is mounted on a printed circuit board horizontally coupled to the bottom surface of the vibration damping table.
각 레벨조절기구는 제진테이블의 각 모서리부에 대응하는 위치에서 제진테이블의 모서리부 저면과 스프링시트 사이에 탄력적으로 설치된 스프링과, 상기 스프링시트를 상하 이동시키도록 스프링시트와 연결된 이송축과, 서로 맞물린 일련의 기어들에 의해 이송축과 연결되고 상기 레벨제어부의 레벨제어신호에 따라 상기 스프링시트를 상하로 이동시키기 위하여 상기 이송축을 회전시키는 구동모터와, 상기 구동모터의 회전각도를 검출하여 상기 레벨제어부로 피이드백시키는 포텐셔미터를 포함하는 구성으로 된다. Each level adjusting mechanism includes a spring that is elastically installed between the bottom surface of the edge of the vibration damping table and the spring seat at a position corresponding to each corner of the vibration damping table, and a transfer shaft connected to the spring seat to move the spring sheet up and down. A drive motor connected to the feed shaft by a series of meshed gears and rotating the feed shaft to move the spring seat up and down according to the level control signal of the level control unit; It becomes the structure containing the potentiometer which feeds back to a control part.
이하, 본 발명에 따른 능동형 제진장치의 실시예를 도 3 내지 도 7에 따라 상세히 설명한다. Hereinafter, an embodiment of an active vibration suppression apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제진장치의 구조를 개략적으로 도시한 정면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제진장치에서 베이스플레이트를 제거한 상태의 평면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 베이스플레이트(10)와, 상기 베이스 플레이트(10)위에 수평으로 지지되는 제진테이블(20)과, 상기 제진테이블(20)의 레벨을 수평으로 유지시키는 레벨조절기구(30) 및 상기 제진테이블(20)의 진동을 감쇠시키는 추력을 제진테이블(20)에 제공하여 제진테이블(20)의 진동을 제거하는 복수개의 제진액츄에이터(50A-50F)를 포함한다. 3 is a front view schematically showing the structure of a vibration suppression apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a plan view of a state in which the base plate is removed from the vibration suppression apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, a
상기 베이스플레이트(10)는 4모서리에서 높이조절가능한 받침대(11)로써 지반에 수평으로 지지된다. 상기 베이스플레이트(10)의 적어도 4모서리부에는 각각 마운트(41)가 구비되고, 마운트(41)위에는 제진테이블(20)이 지지블록(42)을 통하여 상하로 유동가능하게 설치된다. 상기 제진테이블(20)위에는 정밀광학측정장비, 반도체장비 등과 같은 피제진대상물(W)가 얹혀져 지지된다. The
또한 상기 제진테이블(20)의 아래쪽에는 상기 제진테이블(20)의 적어도 4모서리부의 각 레벨값을 검출하는 복수개의 레벨감지센서(25)와, 이 레벨감지센서(25)에서 검출한 제진테이블의 레벨편차를 제거하기 위한 복수개의 레벨조절기구(30)가 설치된다.Further, below the vibration damping table 20, a plurality of
상기 각 레벨감지센서(25)는 소위 '홀센서'(Hall Sensor)라고 불리워지는 센서로서, 제진테이블(20)의 저면에 설치된 제1영구자석(22)과, 상기 제1영구자석(22)에 대향하도록 베이스플레이트(10)위에 직립설치된 지지대(21)위에 구비된 제2영구자석(23)과, 제진테이블(20)의 저면에 일정한 간격을 두고 평행하게 부착된 인쇄회로기판(26)상에 구비되어 상기 제1영구자석(22)의 제2영구자석(23)에 대한 위치변화에 따른 자기장의 세기에 따라 제진테이블(20)의 레벨값을 검출하는 레벨감지부(24)로 이루어진다. 상기 레벨감지센서(25)의 레벨감지부(24)에서 검출한 제진 테이블(20)에 대한 레벨값은 인쇄회로기판(26)의 레벨제어부(27)로 전달된다. Each
상기 레벨조절기구(30)는 상기 레벨제어부(27)에서 제공하는 제진테이블(20)의 레벨신호에 따라 제진테이블(20)의 각 모서리의 높이를 개별적으로 조절함으로써 제진테이블(20)을 수평으로 유지시켜 준다. The
이러한 각 레벨조절기구(30)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제진테이블(20)의 각 모서리부에 대응하는 위치에서 상단은 제진테이블(20)의 모서리부 저면에 맞닿고 하단은 베이스플레이트(10)에 직립설치된 이송축(31)을 따라 상하로 슬라이드 왕복이동하는 스프링시트(32)에 지지되어 상기 제진테이블(20)의 모서리부를 탄력적으로 지지하는 스프링(33), 상기 이송축(31)과 서로 외접하게 맞물린 일련의 기어(33a-33c)들을 통하여 연결되고, 상기 레벨제어부(27)의 제어신호에 따라 회전구동되어 상기 이송축(31)을 정방향 또는 역방향으로 회전시켜 스프링시트(32)를 상하로 이송시키는 구동모터(34)와, 상기 구동모터의 회전각도량과 제진테이블의 레벨값을 비교하여 그 차이값을 상기 레벨제어부(27)로 피이드백시키는 포텐셔미터(35)를 포함한다. 본 실시예는 상기 레벨조절 피이드백기구로서 포텐셔미터(potentiometer)를 사용하지만 이에 한정되지 않고 동일한 기능을 하는 다른 종류의 기구의 사용도 가능하다. As shown in FIGS. 3 and 4, each of the
상기한 바와 같은 구성으로 된 본 발명의 제진테이블 수평조절장치의 작동을 설명하면 아래와 같다. Referring to the operation of the vibration damping table horizontal adjustment device of the present invention having the configuration as described above is as follows.
상기 제진테이블(20)위에 피제진대상물(W)가 얹혀지면 피제진대상장치(W)가 제진테이블(20)위에 얹혀지는 위치가 중심에서 편향되어 제진테이블(20)이 어느 한 쪽으로 레벨편차가 발생하게 되면 그 제진테이블(20)의 레벨편차는 레벨감지센서(25)에서 감지되어 레벨제어부(27)로 전달된다. When the to-be-damped object W is placed on the damping table 20, the position where the to-be-damped object W is placed on the damping table 20 is deflected from the center so that the level deviation of the damping table 20 is either. When generated, the level deviation of the vibration damping table 20 is detected by the
즉, 상기 레벨제어부(27)는 상기 레벨감지센서(25)에서 검출한 레벨값과 수평기준값을 비교하여 그 레벨차이값에 대응하는 제어신호를 구동모터(34)로 전달한다. 상기 구동모터(34)는 상기 레벨제어부(27)의 제어신호에 따라 어느 한방향으로 회전하여 이송축(31)을 회전시킴으로써 스프링시트(32)을 상하로 이동시키고, 이에 따라 제진테이블(20)의 각 모서리를 지지하는 스프링(33)의 힘이 개별적으로 조절되어 제진테이블(20)의 레벨을 수평으로 자동조절하게 되는 것이다. That is, the
예컨대 제진테이블(20)의 어느 한쪽 모서리부가 수평위치보다 위로 상승하게 되면 그 모서리부에 구비된 레벨감지센서(25)는 해당 모서리부의 레벨을 감지하여 레벨제어부(27)로 신호를 보내고, 레벨제어부(27)는 레벨감지센서(25)에서 검출한 해당 모서리부의 레벨값과 수평기준값을 비교하여 그 레벨편차량에 해당하는 제어신호를 구동모터(34)로 보내고, 구동모터(34)는 레벨제어부(27)의 제어신호에 따라 스프링시트를 아래쪽으로 하강시키는 방향으로 이송축(31)을 회전시킴으로써 수평보다 위로 상승한 제진테이블(20)의 해당 모서리부를 수평위치로 낮추어 주게 된다. 반대로 수평위치보다 아래쪽으로 내려간 제진테이블(20)의 모서리부는 상기한 바와 같은 과정을 거쳐 수평으로 유지하게 되고, 그 동작원리는 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다. For example, if one edge portion of the vibration damping table 20 rises above the horizontal position, the
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 제진테이블(20)과 베이스플레이트(10) 사이 에는 서로 대향하는 3쌍의 제진액츄에이터(50A-50F)가 설치된다. 상기 제진액츄에이터(50A-50F)들은 제진테이블(20)의 6자유도의 진동을 억제하도록 서로 다른 방향으로 편향되고 동시에 베이스플레이트(10)에 대하여 소정의 각도로 기울어져 있다. On the other hand, as shown in Figure 4, between the vibration damping table 20 and the
각 제진액츄에이터(50A-50F)는 도 5에 도시된 바와 같이, 제진테이블(20)의 저면에 보울트(도시안됨) 등과 같은 고정수단으로 고정되는 케이싱(51)과, 상기 케이싱(51)의 내부 상측에 설치되고, 케이싱(51)을 통하여 전달되는 제진테이블(20)의 진동을 감지하여 그 진동량에 비례하는 전기적신호를 출력하는 진동감지부(60)와, 상기 진동감지부(60)에서 검출한 제진테이블(20)의 진동량에 대응하는 진동제어신호를 출력하는 진동제어부(43)와, 상기 진동제어부(43)의 진동제어신호에 따라 제진테이블(20)의 진동을 감쇠시키기 위한 추력을 제진테이블(20)에 작용시키는 액츄에이터부(70)로 이루어진다. As shown in FIG. 5, each of the
상기 진동감지부(60)는 케이싱(51)의 내측벽에 고정된 고정판(71)과, 상기 고정판(71)에 고정된 가이드봉(61)을 따라 상하방향으로 자유롭게 요동가능하게 설치되고, 가이드봉(61)의 상하부에 각각 설치된 스프링(62a,62b)들에 의해 탄력지지된 진동판(58)과, 상기 진동판(58)의 내부에 구비된 압전센서(59)와, 상기 고정판(71)에서 연장되어 선단이 진동판(58)의 저면에 맞닿게 설치되어 진동판(58)이 진동함에 따라 그 진동량에 비례하는 전기신호를 출력하도록 압전센서(59)를 가압하는 가압봉(65)으로 이루어진다. The
상기 진동제어부(43)는 도 3에 도시된 바와 같이, 제진테이블(20)의 저면에 고정된 회로기판(26)에 구비되어 상기 진동감지부(60)의 압전센서(59)와 전기적으 로 연결된다. 진동제어부(43)는 제진테이블(20)의 저면에 고정된 회로기판(26)상에 설치되어 압전센서(59)에서 제공하는 제진테이블(20)의 진동에 대응하는 진동제어신호를 후술하는 액츄에이터부(70)로 출력한다. As shown in FIG. 3, the
상기 액츄에이터부(70)는 케이싱(51)의 하부에 고정설치된 링형 자석부(52), 링형 자석부(52)의 중앙구멍 안에 내측벽과 일정한 간극을 유지하여 상하방향으로 요동가능하게 설치된 요크부(53), 상기 요크부(53)에 권취되고 상기 진동제어부(43)로부터 진동제어신호를 인가받아 상기 간극 안팎으로 출입하는 코일부(54), 상기 코일부(54)의 선단에 연결되어 코일부(54)와 연동하는 폴피스(55), 상기 폴피스(55)의 중심축방향으로 형성된 관통구멍안으로 슬라이드 이동가능하게 설치되고 일측 선단은 베이스플레이트(10)의 경사면(12)에 맞닿아 외주면과 폴피스(55)의 저면 사이에 설치된 제1댐퍼스프링(56b)와, 타측 선단과 요크부(53)의 저면 사이에 설치된 제2댐퍼스프링(56a)에 의해 제진액츄에이터(50A-50F)를 탄력적으로 지지하는 한편 상기 진동감지부(60)에 외부로부터 전달되는 음파에 의한 진동을 차폐하기 위하여 진동감지부(60)의 외측에는 커버(64)가 덮여져 있다. The
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 3쌍의 제진액츄에이터(50A-50F)중 첫번째 제진액츄에이터 쌍(50A,50B)은 베이스플레이트(10)의 한쪽 가장자리에 배치되는 제1제진액츄에이터(50A)와, 상기 제1제진액츄에이터(50A)와 대향하게 베이스플레이트(10)의 반대쪽 가장자리에 설치되는 제2제진액츄에이터(50B)로 이루어진다. 상기 제1제진액츄에이터(50A)는 감쇠봉(57)이 베이스플레이트(10)의 가상의 가로수 평축(H-H)에 대하여 도 4에서 보아 반시계방향을 따라 소정 각도만큼(실시예에서는 45°로 예시함) 편향되고, 동시에 도 5에 도시된 바와 같이, 베이스플레이트(10)의 평면에 대하여 소정의 각도(α)만큼 상향 경사지게 설치된다. 제2제진액츄에이터(50B)는 베이스플레이트(10)의 반대쪽 가장자리에서 상기 제1제진액츄에이터(50A)와 대향하게 배치되어 가상의 가로수평축에 대하여 도 4에서 볼 때 시계방향을 따라 45°방향으로 향하고 동시에 베이스플레이트(10)의 평면에 대하여 소정의 각도(α)만큼 상향하게 기울어져 있다. On the other hand, as shown in Figure 4, the first pair of vibration damping actuator (50A, 50B) of the three pairs of vibration damping actuator (50A-50F) is disposed on one edge of the
두번째 제진액츄에이터의 쌍(50C,50D)은 베이스플레이트(10)의 양측 모서리에 서로 대향하게 배치되는 제3제진액츄에이터(50C) 및 제4제진액츄에이터(50D)로 이루어진다. 제3제진액츄에이터(50C)는 감쇠봉(57)이 베이스플레이트(10)의 한쪽 가장자리에서 제4제진액츄에이터(50D)와 마주보는 방향에 대하여 직교하는 방향으로 편향하고 동시에 베이스플레이트(10)의 평면에 대하여 소정의 각도(바람직하게는 45°)만큼 상향 경사지게 설치되며, 제4제진액츄에이터(50D)는 제3제진액츄에이터(50C)와 동일한 방향으로 기울어져 있다.The pair of second
세번째 제진액츄에이터의 쌍은 베이스플레이트(10)의 양측 모서리에 서로 대향하게 배치되되 서로 반대방향으로 향하도록 설치된 제5제진액츄에이터(50E)와 제6제진액츄에이터(50F)로 이루어진다. 제5제진액츄에이터(50E)는 감쇠봉(57)이 베이스플레이트(10)의 한쪽 가장자리에서 가상의 가로수평축에 대하여 반시계방향의 45°방향으로 향하고 동시에 베이스플레이트(10)의 평면에 대하여 소정의 각도(바람직하게는 45°)만큼 상향하게 기울어지며, 제6제진액츄에이터(50F)는 베이스플레이 트(10)의 반대쪽 가장자리에서 상기 제5제진액츄에이터(50E)와 대향하게 배치되어 가상의 가로수평축에 대하여 도 4에서 볼 때 시계방향을 따라 45°방향으로 향하고 동시에 베이스플레이트(10)의 평면에 대하여 소정의 각도(α)만큼 상향하게 기울어져 있다.The third pair of vibration damping actuators includes a fifth vibration damping actuator 50E and a sixth
상기한 바와 같이 구성된 3쌍의 제진액츄에이터(50A-50F)들은 다양한 방향으로 설치되어 제진테이블(20)에 전달되는 6자유도의 진동을 모두 억제하게 된다. The three pairs of
이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 작동을 설명한다.Hereinafter, the operation of the present invention configured as described above.
제진테이블(20)위에 정밀계측장비나 반도체 장비와 같은 하중체를 얹어 설치하면, 이 하중체가 제진테이블(20)위에 얹혀지는 위치에 따라 제진테이블(20)이 한쪽으로 기울어지게 된다. 이 때 상기 제진테이블(20)의 각 모서리부에 구비된 레벨감지센서(25)들이 제진테이블(20)의 각 모서리부의 레벨을 감지하여 레벨제어부(27)로 전달하고, 상기 레벨제어부(27)는 레벨감지센서(25)에서 검출한 제진테이블(20)의 각 모서리의 레벨값과 기준값을 비교하여 그 차이에 대응하는 제어신호를 구동모터(34)로 전달하여 기울어진 쪽 모서리부의 구동모터(34)를 구동한다. 상기 레벨제어부(27)의 제어신호를 제공받은 구동모터(34)는 어느 한방향으로 회전하면서 이송축(31)을 회전시켜 스프링시트(32)을 상측 또는 하측으로 이동시키고, 이에 따라 제진테이블(20)의 각모서리를 지지하는 스프링(33)의 힘이 조절되어 제진테이블(20)의 레벨을 수평으로 자동조절하게 되는 것이다.When a load member such as a precision measurement device or a semiconductor device is placed on the vibration damping table 20, the vibration damping table 20 is inclined to one side according to the position where the load is placed on the vibration damping table 20. At this time, the
이와 같은 동작을 거쳐 제진테이블(20)이 수평으로 조절된 상태에서 제진테 이블(20)위에 얹혀진 하중체의 자체 진동이나 외부(지면)에서 전달되는 진동에 의해 제진테이블(20)이 진동하게 되면, 제진테이블(20)의 진동은 제진테이블(20)의 저면에 연결된 각 제진액츄에이터(50A-50F)로 전달된다. When the vibration damping table 20 is vibrated by the vibration of the load body mounted on the vibration damping table 20 or the vibration transmitted from the outside (ground) in the state where the vibration damping table 20 is horizontally adjusted through the above operation. The vibration of the vibration damping table 20 is transmitted to each
제진액츄에이터(50A-50F)에 전달된 진동은 진동판(58)을 진동시켜 진동판(58)에 구비된 압전센서(59)가 가압봉(65)에 의해 가압되게 하고, 압전센서(59)는 가압봉(65)에 의해 가압되는 힘의 세기에 대응하는 진동감지신호를 전기적신호로 출력하여 진동제어부(43)로 전달한다. The vibration transmitted to the
진동제어부(43)는 진동감지부(60)에서 검출한 제진테이블(20)의 진동에 대응하는 제어신호를 액츄에이터부(70)의 코일부(54)로 출력하고, 코일부(54)는 진동제어부(43)의 제어신호를 인가받아 제어신호의 전류세기에 따라 링형 자석부(52)의 자기장내에서 상하로 요동하게 되고, 이 코일부(54)의 요동은 코일부(54)에 연결된 폴피스(55)에 전달되어 감쇠봉(57)을 상하로 요동시키게 된다. 감쇠봉(57)은 폴피스(55)와 요크부(53)에 댐퍼스프링(56a,56b)으로 탄력지지되어 있으므로 코일부(54) 및 폴피스(55)의 요동에 대응하는 추력을 제진테이블(20)에 전달하여 제진테이블(20)의 진동을 능동적으로 감쇠시키게 되는 것이다. The
한편, 본 실시예는 제진테이블(20)의 진동을 감쇠시키는 제진액츄에이터(50A-50F)를 도 4에 도시된 바와 같이, 복수개를 배치하고, 이들 제진액츄에이터(50A-50F)를 다양한 방향으로 기울어져 배치하였으므로 제진테이블(20)의 6자유도의 진동을 이들 복수개의 제진액츄에이터(50A-50F)들이 각각 제진함으로써 6자유도의 진동을 제진하게 된다. Meanwhile, in the present embodiment, as illustrated in FIG. 4, a plurality of
상기한 본 발명의 실시예에 따른 제진장치의 개략적인 개념도로 나타내면 도 6에 도시된 바와 같다. 도 6에 도시된 개념도에 따라 본 발명의 제진장치의 제진특성을 나타내는 진동전달함수를 구하면 아래의 수학식 4와 같다.6 is a schematic conceptual diagram of a vibration suppression apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention as described above. According to the conceptual diagram shown in Figure 6 to obtain the vibration transfer function representing the vibration damping characteristics of the vibration suppression apparatus of the present invention as shown in
여기서, u는 제진테이블의 고유진동수에 대한 제진테이블의 진동수의 비이고, ξeff는 본 발명에 따른 제진장치의 감쇠비를 나타낸다. Where u is the ratio of the vibration frequency of the vibration damping table to the natural frequency of the vibration damping table, and ξeff denotes the damping ratio of the vibration suppression apparatus according to the present invention.
본 발명에 따른 능동형 제진장치의 제진특성을 상기 수학식 4와 도 7의 그래프를 참조하여 설명하면, 본 발명의 능동형 제진장치는 종래 수동형 제진장치의 감쇠계수(Z)에 해당하는 기구를 보이스코일모터형 제진액츄에이터(50A-50F)로 대체함으로써 진동전달함수에서 종래의 감쇠비를 제어가능한 감쇠비로 대체한 형태가 된다. Referring to the vibration suppression characteristics of the active vibration suppression apparatus according to the present invention with reference to the graphs of
따라서 제진액츄에이터(50A-50F)의 제어를 통하여 제진테이블에 적절한 추력을 가하면, 도 7의 그래프(실선으로 도시된 곡선)와 같이, 공진점(u=1)에서의 진동증폭을 거의 소거할 수 있으며, 뿐만아니라 진동수비가 1.414 이상(u>1.414)에서도 종래 수동형 제진장치보다 감쇠효율을 높일 수 있다. Therefore, if an appropriate thrust is applied to the vibration damping table through the control of the
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 제진장치에 따르면, 자동수평조절장치에 의하여 제진테이블의 초기 수평맞춤에 시간이 단축되며, 피측정대상장비를 설치한 경우에 피측정대상장비의 작동에 따른 진동이나 지반으로부터 전달되는 진동을 6자유도에서 제진하므로 제진성능이 우수하고, 특히 보이스코일모터형 제진액츄에이터가 다양한 방향으로 설치되어 제진테이블의 6자유도의 진동을 모두 효과적으로 제진하므로 제진성능이 우수하다. As described above, according to the vibration suppression apparatus according to the present invention, the time for the initial horizontal alignment of the vibration suppression table is shortened by the automatic horizontal adjustment device, and the vibration caused by the operation of the equipment under measurement when the equipment under measurement is installed. In this case, the vibration transmitted from the ground is damped at 6 degrees of freedom, so the vibration damping performance is excellent. In particular, the voice coil motor type vibration damping actuator is installed in various directions, which effectively damps all vibrations of the 6 degrees of freedom of the vibration damping table.
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