KR102214590B1 - Control system for controlling fluid actuators - Google Patents
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Abstract
워크피스 (22) 를 포지셔닝시키기 위한 스테이지 어셈블리 (10) 는 스테이지 (14), 베이스 (12), 유체 액추에이터 어셈블리 (24), 및 제어 시스템 (20) 을 포함한다. 유체 액추에이터 어셈블리 (24) 는 베이스 (12) 에 대하여 이동 축 (30) 을 따라서 스테이지 (14) 를 이동시킨다. 유체 액추에이터 어셈블리 (24) 는, 피스톤 챔버 (34) 를 정의하는 피스톤 하우징 (32), 피스톤 챔버 (34) 내에 포지셔닝되고 피스톤 축 (36A) 을 따라서 피스톤 챔버 (34) 에 대하여 이동하는 피스톤 (36), 및 피스톤 챔버 (34) 내로의 피스톤 유체의 유동을 제어하는 밸브 어셈블리 (38) 를 포함한다. 밸브 어셈블리 (38) 는 유입 밸브 특성을 갖는 유입 밸브 (38C) 를 포함한다. 제어 시스템 (20) 은 피스톤 챔버 (34) 내로의 피스톤 유체의 유동을 제어하기 위해 밸브 어셈블리 (38) 를 제어한다. 제어 시스템 (20) 은 밸브 어셈블리 (38) 를 제어하기 위해 유입 밸브 특성의 역을 이용할 수 있다.The stage assembly 10 for positioning the workpiece 22 comprises a stage 14, a base 12, a fluid actuator assembly 24, and a control system 20. The fluid actuator assembly 24 moves the stage 14 along the movement axis 30 relative to the base 12. The fluid actuator assembly 24 comprises a piston housing 32 defining a piston chamber 34, a piston 36 positioned within the piston chamber 34 and moving relative to the piston chamber 34 along the piston axis 36A. , And a valve assembly 38 that controls the flow of the piston fluid into the piston chamber 34. The valve assembly 38 includes an inlet valve 38C having inlet valve characteristics. The control system 20 controls the valve assembly 38 to control the flow of the piston fluid into the piston chamber 34. The control system 20 can use the reverse of the inlet valve characteristics to control the valve assembly 38.
Description
관련 출원Related application
이 출원은, 2016년 6월 1일 출원되고 "CONTROL SYSTEM FOR CONTROLLING A FLUID ACTUATOR" 라는 제목의 미국 가 출원 제 62/344,262 호에 대해 우선권을 주장한다. 허용되는 한, 미국 가 출원 제 62/344,262 호의 내용은 참조에 의해 본원에 통합된다.This application claims priority to US Provisional Application No. 62/344,262, filed on June 1, 2016 and entitled "CONTROL SYSTEM FOR CONTROLLING A FLUID ACTUATOR". To the extent permitted, the contents of US Provisional Application No. 62/344,262 are incorporated herein by reference.
노광 장치는 통상적으로 마스크로부터의 이미지들을 LCD 평판 디스플레이 또는 반도체 웨이퍼와 같은 워크피스 (workpiece) 상으로 전사하기 위해 사용된다. 통상적인 노광 장치는 조명 소스 (illumination source), 마스크를 유지하고 정확하게 포지셔닝시키는 마스크 스테이지 어셈블리, 렌즈 어셈블리, 워크피스를 유지하고 정확하게 포지셔닝시키는 워크피스 스테이지 어셈블리, 및 마스크 및 워크피스의 포지션 및 이동을 모니터링하는 측정 시스템을 포함한다. 마스크 및/또는 워크피스를 정확하게 포지셔닝시키면서도 이들 컴포넌트들을 포지셔닝시키기 위해 사용되는 액추에이터들의 비용을 감소시키고자 하는 끊임 없는 바램이 존재한다.Exposure apparatus is typically used to transfer images from a mask onto a workpiece such as an LCD flat panel display or semiconductor wafer. Typical exposure devices include an illumination source, a mask stage assembly that holds and accurately positions the mask, a lens assembly, a workpiece stage assembly that holds and accurately positions the workpiece, and monitors the position and movement of the mask and workpiece. It includes a measuring system. There is a constant desire to reduce the cost of actuators used to position these components while accurately positioning the mask and/or workpiece.
본 발명은 이동 축을 따라 워크피스를 포지셔닝 (positioning) 시키기 위한 스테이지 어셈블리에 관한 것이다. 일 실시형태에서, 스테이지 어셈블리는 스테이지, 베이스, 유체 액추에이터 어셈블리 (fluid actuator assembly), 및 제어 시스템을 포함한다. 스테이지는 워크피스에 커플링되고 그 워크피스를 유지하도록 구성된다. 유체 액추에이터 어셈블리는 스테이지에 커플링되고 그 스테이지를 베이스에 대하여 이동 축을 따라서 이동시킨다. 유체 액추에이터 어셈블리는 피스톤 챔버를 정의하는 피스톤 하우징 (housing), 피스톤 챔버 내에 포지셔닝되고 피스톤 축을 따라서 피스톤 챔버에 대하여 이동하는 피스톤, 및 피스톤 챔버 내로의 피스톤 유체 (fluid) 의 유동 (flow) 을 제어하는 밸브 어셈블리를 포함할 수 있다. 밸브 어셈블리는 제 1 유입 밸브 특성 (characteristic) 을 갖는 제 1 유입 (inlet) 밸브를 포함한다. 제어 시스템은 피스톤 챔버 내로의 피스톤 유체의 유동을 제어하기 위해 밸브 어셈블리를 제어한다. 특정 실시형태들에서, 제어 시스템은 밸브 어셈블리를 제어하기 위해 제 1 유입 밸브 특성의 역 (inverse) 을 이용한다.The present invention relates to a stage assembly for positioning a workpiece along an axis of movement. In one embodiment, the stage assembly includes a stage, a base, a fluid actuator assembly, and a control system. The stage is coupled to and configured to hold the workpiece. The fluid actuator assembly is coupled to the stage and moves the stage along an axis of movement relative to the base. The fluid actuator assembly comprises a piston housing defining a piston chamber, a piston positioned within the piston chamber and moving relative to the piston chamber along the piston axis, and a valve that controls the flow of piston fluid into the piston chamber. May contain assembly. The valve assembly includes a first inlet valve having a first inlet valve characteristic. The control system controls the valve assembly to control the flow of the piston fluid into the piston chamber. In certain embodiments, the control system uses an inverse of the first inlet valve characteristic to control the valve assembly.
하나의 실시형태에서, 피스톤 유체는 가스이고, 본 발명은 공압 제어 애플리케이션으로서 기술된다. 대안적으로, 피스톤 유체는 오일과 같은 액체일 수 있고, 다른 공식들이 이용될 수 있다.In one embodiment, the piston fluid is a gas, and the invention is described as a pneumatic control application. Alternatively, the piston fluid may be a liquid such as oil, and other formulations may be used.
본원에서 제공된 바와 같이, 제어 시스템은 스테이지를 정확하게 구동하고 포지셔닝시키기 위해 요망되는 포스 (force) 를 발생시키기 위해 피스톤의 각 편의 유체 압력을 정확하게 제어한다. 특정 실시형태들에서, 밸브 어셈블리는 시스템에 내재된 비선형성들을 식별하기 위해 평가된다. 이들 비선형성들은 각 밸브의 밸브 특성들을 포함한다. 밸브 특성들의 비배타적인 예들은 (i) 챔버 체적들과 유체 압력 변화들, (ii) 비례제어 밸브들 (proportional valves) 의 백래시 (backlash) 및 차분 압력 의존성, 및 (iii) 업스트림 (upstream) 및 다운스트림 (downstream) 압력과 연관된 유체 유동 비선형성 (nonlinearity) 을 포함한다. 비선형성들은 테스팅 (testing), 모델링 (modeling), 또는 시뮬레이션 (simulation) 에 의해 식별될 수 있다. 결과적으로, 밸브 특성들은 시스템을 선형화 (linearize) 하고 유체 액추에이터 어셈블리를 정확하게 제어하기 위해 제어 시스템의 제어 루프에서 반전되고 (inverted) 사용된다.As provided herein, the control system accurately controls the fluid pressure on each piece of the piston to generate the desired force to accurately drive and position the stage. In certain embodiments, the valve assembly is evaluated to identify nonlinearities inherent in the system. These nonlinearities include the valve characteristics of each valve. Non-exclusive examples of valve properties include (i) chamber volumes and fluid pressure changes, (ii) backlash and differential pressure dependence of proportional valves, and (iii) upstream and It includes fluid flow nonlinearity associated with downstream pressure. Nonlinearities can be identified by testing, modeling, or simulation. As a result, the valve characteristics are inverted and used in the control loop of the control system to linearize the system and accurately control the fluid actuator assembly.
따라서, 유체 실린더 압력 및 스테이지 궤적 운동에 대한 유체 실린더의 애플리케이션과 연관된 밸브 동역학의 시스템 비선형성 (nonlinearity) 의 문제는 식별된 시스템 동역학 모델들을 제어 설계 내로 통합함으로써 해결되었다.Thus, the problem of system nonlinearity of valve dynamics associated with the application of fluid cylinders to fluid cylinder pressure and stage trajectory motion was solved by incorporating the identified system dynamics models into the control design.
특정 실시형태들에서, 피스톤은 피스톤 챔버를 그 피스톤의 대향 편들 (opposite sides) 에 있는 제 1 챔버 및 제 2 챔버로 분리한다. 또한, 밸브 어셈블리는 제 1 챔버 및 제 2 챔버 내로의 그리고 밖으로의 피스톤 유체의 유동을 제어한다.In certain embodiments, the piston separates the piston chamber into a first chamber and a second chamber on opposite sides of the piston. The valve assembly also controls the flow of the piston fluid into and out of the first and second chambers.
하나의 실시형태에서, 밸브 어셈블리는 (i) 제 1 챔버 내로의 피스톤 유체의 유동을 제어하는 제 1 유입 밸브; (ii) 제 1 챔버 밖으로의 피스톤 유체의 유동을 제어하는 제 1 유출 밸브; (iii) 제 2 챔버 내로의 피스톤 유체의 유동을 제어하는 제 2 유입 밸브; 및 (iv) 제 2 챔버 밖으로의 피스톤 유체의 유동을 제어하는 제 2 유출 밸브를 포함한다. 또한, 제 1 유출 밸브는 제 1 유출 밸브 특성을 가지고; 제 2 유입 밸브는 제 2 유입 밸브 특성을 가지며; 제 2 유출 밸브는 제 2 유출 밸브 특성을 갖는다. 이 실시형태에서, 제어 시스템은 또한, 밸브 어셈블리를 제어하기 위해 제 1 유출 밸브 특성의 역, 제 2 유입 밸브 특성의 역, 및 제 2 유출 밸브 특성의 역을 이용한다.In one embodiment, the valve assembly comprises: (i) a first inlet valve that controls the flow of the piston fluid into the first chamber; (ii) a first outlet valve that controls the flow of the piston fluid out of the first chamber; (iii) a second inlet valve that controls the flow of the piston fluid into the second chamber; And (iv) a second outlet valve that controls the flow of the piston fluid out of the second chamber. Further, the first outlet valve has a first outlet valve characteristic; The second inlet valve has a second inlet valve characteristic; The second outlet valve has a second outlet valve characteristic. In this embodiment, the control system also uses the reverse of the first outlet valve feature, the reverse of the second inlet valve feature, and the reverse of the second outlet valve feature to control the valve assembly.
하나의 비배타적인 예로서, 제 1 유입 밸브 특성은 제 1 유입 밸브의 실험적 테스팅 (experimental testing) 을 이용하여 결정될 수 있고, 제 1 유출 밸브 특성은 제 1 유출 밸브의 실험적 테스팅을 이용하여 결정될 수 있으며, 제 2 유입 밸브 특성은 제 2 유입 밸브의 실험적 테스팅을 이용하여 결정될 수 있고, 제 2 유출 밸브 특성은 제 2 유출 밸브의 실험적 테스팅을 이용하여 결정될 수 있다.As one non-exclusive example, the first inlet valve characteristic can be determined using experimental testing of the first inlet valve, and the first outlet valve characteristic can be determined using experimental testing of the first outlet valve. In addition, the second inlet valve characteristics may be determined using experimental testing of the second inlet valve, and the second outlet valve characteristics may be determined using experimental testing of the second outlet valve.
본원에서 제공된 바와 같이, 각 밸브 특성은 (i) 밸브에 대한 전류 커맨드 (current command) 와 유효 오리피스 면적 (effective orifice area) 사이의 관계; (ii) 밸브에 대한 전류 커맨드와 밸브 포지션 사이의 관계; 및/또는 (iii) 밸브에 대한 유효 오리피스 면적과 밸브 포지션 사이의 관계일 수 있다.As provided herein, each valve characteristic includes (i) a relationship between the current command and the effective orifice area for the valve; (ii) the relationship between the current command for the valve and the valve position; And/or (iii) the relationship between the effective orifice area for the valve and the valve position.
본 발명은 또한, 노광 장치, 및, 기판을 제공하는 단계 및 그 노광 장치로 기판에 이미지를 형성하는 단계를 포함하는 디바이스를 제조하기 위한 프로세스에 관한 것이다.The present invention also relates to an exposure apparatus, and a process for manufacturing a device comprising providing a substrate and forming an image on the substrate with the exposure apparatus.
본 발명은 또한, 이동 축을 따라 워크피스를 포지셔닝시키기 위한 방법에 관한 것이다. 하나의 실시형태에서, 이 방법은, (i) 베이스를 제공하는 단계; (ii) 워크피스를 스테이지에 커플링 (coupling) 하는 단계; (iii) 피스톤 챔버를 정의하는 피스톤 하우징, 피스톤 챔버 내에 포지셔닝되고 피스톤 축을 따라서 피스톤 챔버에 대하여 이동하는 피스톤, 및, 피스톤 챔버 내로의 피스톤 유체의 유동을 제어하는 밸브 어셈블리로서, 상기 밸브 어셈블리는 제 1 유입 밸브 특성을 갖는 제 1 유입 밸브를 포함하는, 상기 밸브 어셈블리를 포함하는 유체 액추에이터 어셈블리로, 이동 축을 따라서 스테이지를 이동시키는 단계; 및, (iv) 피스톤 챔버 내로의 피스톤 유체의 유동을 제어하기 위해 제어 시스템으로 밸브 어셈블리를 제어하는 단계로서, 제어 시스템은 밸브 어셈블리를 제어하기 위해 제 1 유입 밸브 특성의 역을 이용하는, 상기 밸브 어셈블리를 제어하는 단계를 포함한다.The invention also relates to a method for positioning a workpiece along an axis of movement. In one embodiment, the method comprises the steps of: (i) providing a base; (ii) coupling the work piece to the stage; (iii) a piston housing defining a piston chamber, a piston positioned within the piston chamber and moving relative to the piston chamber along the piston axis, and a valve assembly that controls the flow of the piston fluid into the piston chamber, the valve assembly comprising: a first A fluid actuator assembly comprising the valve assembly, comprising a first inlet valve having inlet valve characteristics, moving the stage along an axis of movement; And, (iv) controlling the valve assembly with a control system to control the flow of the piston fluid into the piston chamber, wherein the control system uses an inverse of the first inlet valve characteristic to control the valve assembly. It includes controlling.
이 발명의 신규한 특징들, 및 본 발명 그 자체는, 그것의 구조 및 그것의 동작 양자에 관해, 유사한 참조 부호들은 유사한 부분들을 가리키는, 첨부하는 설명과 함께 취해진, 첨부 도면들로부터 가장 잘 이해될 것이다.
도 1 은 본 발명의 특징들을 갖는 스테이지 어셈블리의 단순화된 측면 도시이다.
도 2a 는 유체 액추에이터 어셈블리를 제어하기 위한 방법을 나타내는 제어 블록도이다.
도 2b 는 챔버 제어기의 제어 블록도이다.
도 3 은 본 발명의 특징들을 갖는 밸브 서브-어셈블리들 중 하나 및 피스톤 챔버들 중 하나의 단순화된 도시이다.
도 4 는 오리피스를 포함하는 파이프의 단순화된 도시이다.
도 5a 내지 도 5c 는 밸브의 하나의 비배타적인 예의 단순화된 절개도들이다.
도 6a 는 도 5a 내지 도 5c 의 밸브의 밸브 특성을 나타내는 그래프이다.
도 6b 는 도 5a 내지 도 5c 의 밸브의 반전된 밸브 특성을 나타내는 그래프이다.
도 7a 내지 도 7d 는 다양한 밸브 포지션들에서의 다른 타입의 밸브의 단순화된 도시들이다.
도 7e 는 부분적으로 개방 포지션에서의 유출구 및 밸브 보디 (body) 의 단순화된 도시이다.
도 8a 는 도 7a 내지 도 7d 에서 도시된 밸브에 대한 계산된, 정규화된 유효 오리피스 면적 대 정규화된 스풀 포지션을 나타내는 그래프이다.
도 8b 는 스풀 포지션 대 정규화된 유효 오리피스 면적을 플로팅하는 그래프이다.
도 9a 는 스풀 밸브의 테스트 결과들을 나타내는 그래프이다.
도 9b 는 스풀 밸브의 시뮬레이션된 결과들을 나타내는 그래프이다.
도 10a 는 스풀 밸브의 2 가지 밸브 특성들을 나타낸다.
도 10b 는 2 가지 반전된 밸브 특성들을 나타낸다.
도 11 은 본 발명의 특징들을 갖는 노광 장치의 개략적 도시이다.
도 12 는 본 발명에 따른 디바이스를 제조하기 위한 프로세스를 개괄하는 플로우 차트이다.The novel features of this invention, and the invention itself, will be best understood from the accompanying drawings, taken in conjunction with the accompanying description, where like reference numerals indicate like parts, both in terms of its structure and its operation. will be.
1 is a simplified side view of a stage assembly having features of the present invention.
2A is a control block diagram illustrating a method for controlling a fluid actuator assembly.
2B is a control block diagram of the chamber controller.
3 is a simplified illustration of one of the piston chambers and one of the valve sub-assemblies with features of the present invention.
4 is a simplified illustration of a pipe including an orifice.
5A-5C are simplified cutaway views of one non-exclusive example of a valve.
6A is a graph showing valve characteristics of the valves of FIGS. 5A to 5C.
6B is a graph showing inverted valve characteristics of the valves of FIGS. 5A to 5C.
7A-7D are simplified illustrations of different types of valves at various valve positions.
7E is a simplified illustration of the valve body and outlet in a partially open position.
8A is a graph showing the calculated, normalized effective orifice area versus normalized spool position for the valve shown in FIGS. 7A-7D.
8B is a graph plotting spool position versus normalized effective orifice area.
9A is a graph showing test results of a spool valve.
9B is a graph showing simulated results of a spool valve.
10A shows two valve characteristics of a spool valve.
10B shows two inverted valve characteristics.
11 is a schematic illustration of an exposure apparatus having features of the present invention.
12 is a flow chart outlining a process for manufacturing a device according to the present invention.
본 발명의 실시형태들은 스테이지를 포함하는 스테이지 어셈블리, 및 그 스테이지를 이동시키는 유체 액추에이터 어셈블리를 제어하는 제어 시스템의 맥락에서 본 명세서에서 기술된다. 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자 (이하, '통상의 기술자' 라 함) 는, 본 발명의 이하의 상세한 설명이 오직 예시적인 것이고, 어떤 방식으로도 제한하는 것으로 의도되지 아니함을 인식할 것이다. 본 발명의 다른 실시형태들은 이 개시물의 혜택을 갖는 이러한 통상의 기술자에게 그 자신들을 쉽게 제안할 것이다. 첨부 도면들에서 예시된 바와 같이 본 발명의 구현들에 대한 참조가 이제 상세하게 이루어질 것이다. 동일 또는 유사한 참조 표시자들은 동일 또는 유사한 부분들을 가리키기 위해서 도면들 전체에 걸쳐서 그리고 이하의 상세한 설명에서 사용될 것이다.Embodiments of the present invention are described herein in the context of a stage assembly comprising a stage, and a control system that controls a fluid actuator assembly that moves the stage. Those of ordinary skill in the art (hereinafter referred to as'common technician') will recognize that the following detailed description of the present invention is illustrative only and is not intended to be limiting in any way. . Other embodiments of the present invention will readily suggest themselves to those skilled in the art who have the benefit of this disclosure. Reference will now be made in detail to implementations of the invention as illustrated in the accompanying drawings. The same or similar reference indicators will be used throughout the drawings and in the detailed description below to indicate the same or similar parts.
명확성을 위해, 본 명세서에서 기술되는 구현들의 일반적인 특징들의 전부가 도시되고 설명되지는 않는다. 물론, 이러한 실제 구현의 전개에서, 애플리케이션 관련된 그리고 비지니스 관련된 제약들의 준수와 같은, 개발자의 특정 목표들을 달성하기 위해 수많은 구현-특정적 결정들이 이루어져야만 하고, 이들 특정 목표들은 구현마다 그리고 개발자마다 변화할 것임을 이해할 것이다. 더욱이, 이러한 개발 노력은 복잡하고 시간 소모적인 것일 수도 있을 것이지만, 그럼에도 불구하고, 이 개시물의 혜택을 갖는 통상의 기술자에 대해 공학의 일상적인 실시일 것임을 이해할 것이다.For the sake of clarity, not all of the general features of implementations described herein are shown and described. Of course, in the deployment of these actual implementations, numerous implementation-specific decisions must be made to achieve the specific goals of the developer, such as compliance with application-related and business-related constraints, and these specific goals will vary from implementation to implementation and from developer to developer. You will understand Moreover, while this development effort may be complex and time consuming, it will be understood that it will nevertheless be a routine practice of engineering for those skilled in the art having the benefit of this disclosure.
도 1 은 베이스 (12), 스테이지 (14), 스테이지 이동자 (mover) 어셈블리 (16), 측정 시스템 (18), 및 (박스로서 도시된) 제어 시스템 (20) 을 포함하는 스테이지 어셈블리 (10) 의 단순화된 도시이다. 이들 컴포넌트들의 각각의 설계는 스테이지 어셈블리 (10) 의 설계 요건들에 맞도록 변화될 수 있다. 스테이지 어셈블리 (10) 는 제조 및/또는 검사 프로세스 동안 워크피스 (22) (또한 때로는 디바이스로서 지칭됨) 를 정확하게 포지셔닝하기 위해 특히 유용하다.1 shows a
개관으로서, 특정 실시형태들에서, 스테이지 이동자 어셈블리 (16) 는 제조하기에 비교적 비싸지 않은 유체 액추에이터 어셈블리 (24) 를 포함한다. 또한, 본원에서 제공된 고유한 교정 (calibration) 및 식별 (identification) 프로세스 후에, 제어 시스템 (20) 은 워크피스 (22) 를 정확하게 포지셔닝시키기 위해 유체 액추에이터 어셈블리 (24) 를 제어할 수 있다. 그 결과로서, 스테이지 어셈블리 (10) 는 제조하기에 덜 비싸고, 워크피스 (22) 는 여전히 요망되는 정확도의 수준으로 포지셔닝된다.As an overview, in certain embodiments, the
스테이지 어셈블리 (10) 에 의해 포지셔닝되고 이동되는 워크피스 (22) 의 타입은 변화될 수 있다. 예를 들어, 워크피스 (22) 는 LCD 평판 디스플레이, 반도체 웨이퍼, 또는 마스크일 수 있고, 스테이지 어셈블리 (10) 는 노광 장치의 일부로서 사용될 수 있다. 대안적으로, 예를 들어, 스테이지 어셈블리 (10) 는 제조 및/또는 검사 동안 다른 타입들의 디바이스들을 이동시키기 위해서, 전자 현미경 (미도시) 하에서 디바이스를 이동시키기 위해서, 또는 정밀 측정 동작 (미도시) 동안 디바이스를 이동시키기 위해서 사용될 수 있다.The type of
본원에 제공된 도면들의 일부는 X 축, Y 축, 및 Z 축을 지정하는 방향 시스템을 포함한다. 방향 시스템은 단지 참조를 위한 것이고 변화될 수 있음을 이해하여야 한다. X 축은 Y 축으로 전환될 수 있고 및/또는 스테이지 어셈블리 (10) 는 회전될 수 있다. 또한, 이들 축들은 대안적으로 제 1, 제 2, 또는 제 3 축으로서 지칭될 수 있다.Some of the drawings provided herein include a directional system designating the X, Y, and Z axes. It should be understood that the orientation system is for reference only and can be varied. The X axis can be switched to the Y axis and/or the
베이스 (12) 는 스테이지 (14) 를 지지한다. 도 1 에서 예시된 비배타적인 실시형태에서, 베이스 (12) 는 강성이고 일반적으로 직사각형 플레이트 형상이다. 또한, 베이스 (12) 는 베이스 마운트 (mount) (26) 에 단단히 고정될 수 있다. 대안적으로, 베이스 (12) 는 다른 구조에 고정될 수 있다.The
스테이지 (14) 는 워크피스 (22) 를 유지한다. 하나의 실시형태에서, 스테이스테이지 (14) 및 워크피스 (22) 를 정밀하게 포지셔닝시키기 위해서 스테이지는 베이스 (12) 에 대하여 스테이지 이동자 어셈블리 (16) 에 의해 정밀하게 이동된다. 도 1 에서, 스테이지 (14) 는 일반적으로 직사각형 형상이고, 워크피스 (22) 를 유지하기 위한 디바이스 홀더 (미도시) 를 포함한다. 디바이스 홀더는 진공 척, 정전 척, 또는 워크피스 (22) 를 스테이지 (14) 에 직접 커플링하는 몇몇 다른 타입의 클램프일 수 있다. 본원에서 예시된 실시형태들에서, 스테이지 어셈블리 (10) 는 워크피스 (22) 를 유지하는 단일 스테이지 (14) 를 포함한다. 대안적으로, 예를 들어, 스테이지 어셈블리 (10) 는 독립적으로 이동되고 포지셔닝되는 다수의 스테이지들을 포함하도록 설계될 수 있다. 일 예로서, 스테이지 어셈블리 (10) 는 스테이지 이동자 어셈블리 (16) 에 의해 이동되는 조동 스테이지 (coarse stage) (미도시), 및 워크피스 (22) 를 유지하고 정밀 스테이지 이동자 어셈블리 (미도시) 로 조동 스테이지에 대하여 이동되는 미동 스테이지 (fine stage) (미도시) 를 포함할 수 있다.The
추가로, 도 1 에서, 스테이지 (14) 는 베이스 (12) 에 대하여 상대적인 스테이지 (14) 의 이동을 허용하는 베어링 어셈블리 (28) 로 베이스 (12) 에 대하여 지지될 수 있다. 예를 들어, 베어링 어셈블리 (28) 는 롤러 베어링, 유체 베어링, 리니어 베어링, 또는 다른 타입의 베어링일 수 있다.Additionally, in FIG. 1,
측정 시스템 (18) 은 광학 어셈블리 (도 1 에 미도시) 또는 베이스 (12) 와 같은 레퍼런스 (reference) 에 대한 스테이지 (14) 의 이동 및/또는 포지션을 모니터링하고, 측정 정보를 제어 시스템 (20) 에 제공한다. 이 정보로, 스테이지 이동자 어셈블리 (16) 는 스테이지 (14) 를 정밀하게 포지셔닝시키기 위하여 제어 시스템 (20) 으로 제어될 수 있다. 측정 시스템 (18) 의 설계는 스테이지 (14) 의 이동 요건들에 따라 변화될 수 있다. 하나의 실시형태에서, 측정 시스템 (18) 은 Y 축을 따른 스테이지 (14) 의 이동을 모니터링하는 리니어 인코더를 포함할 수 있다. 대안적으로, 측정 시스템 (18) 은 간섭계, 또는 다른 타입의 움직임 또는 포지션 센서를 포함할 수 있다.The
스테이지 이동자 어셈블리 (16) 는 베이스 (12) 에 대하여 스테이지 (14) 를 이동시키도록 제어 시스템 (20) 에 의해 제어된다. 도 1 에서, 스테이지 이동자 어셈블리 (16) 는 단일 이동 축 (30), 예컨대, Y 축을 따라 스테이지 (14) 를 이동시키는 유체 액추에이터 어셈블리 (24) 를 포함한다.The
유체 액추에이터 어셈블리 (24) 의 설계는 본원에서 제공된 교시들에 따라서 변화될 수 있다. 하나의, 비배타적인 실시형태에서, 유체 액추에이터 어셈블리 (24) 는 (i) 피스톤 챔버 (34) 를 정의하는 피스톤 하우징 (32), 및 피스톤 챔버 (34) 에서 포지셔닝되는 피스톤 (36) 을 포함하는 피스톤 어셈블리 (31); 및 (ii) 피스톤 챔버 (34) 내로의 및 밖으로의 (작은 원들로 도시된) 피스톤 유체 (40) 의 유동을 제어하는 밸브 어셈블리 (38) 를 포함한다. 예를 들어, 피스톤 유체 (40) 는 공기 또는 다른 타입의 유체일 수 있다. 이들 컴포넌트들의 설계는 본원에 제공된 교시에 따라서 변화될 수 있다.The design of the
하나의 실시형태에서, 피스톤 하우징 (32) 은 강성이고, 일반적으로 똑바른, 실린더 형상의 피스톤 챔버 (34) 를 정의한다. 이 실시형태에서, 피스톤 하우징 (32) 은 튜브 형상의 측벽 (32A); 디스크 형상의 제 1 단부 벽 (32B), 및 제 1 단부 벽 (32B) 으로부터 이격된 디스크 형상의 제 2 단부 벽 (32C) 을 포함한다. 하나 또는 양 단부 벽들 (32B, 32C) 은 피스톤 (36) 의 부분을 수용하기 위한 벽 개구 (32D) 를 포함할 수 있다.In one embodiment, the
피스톤 하우징 (32) 은 피스톤 마운트 (42) 에 단단히 고정될 수 있다. 대안적으로, 피스톤 하우징 (32) 은 베이스 (12) 와 같은 다른 구조에 고정될 수 있다. 또 대안적으로, 피스톤 하우징 (32) 은 스테이지 이동자 어셈블리 (16) 에 의해 발생되는 반작용력들을 받기 때문에, 피스톤 하우징 (32) 은 다른 구조들의 포지션 상에서 스테이지 이동자 어셈블리 (16) 로부터의 반작용력들의 영향을 상쇄하고, 감소시키고 최소화하는 반작용 어셈블리에 커플링될 수 있다. 예를 들어, 피스톤 하우징 (32) 은, 이동 축 (30) 을 따른 피스톤 하우징 (32) 의 운동을 허용하는 반작용 베어링 (미도시) 으로 카운터매스 (countermass) 지지부 (미도시) 위에 유지되는 큰 카운터매스 (미도시) 에 커플링될 수 있다.The
피스톤 (36) 은 피스톤 챔버 (34) 내에 포지셔닝되고, 피스톤 축 (36A) 을 따라 피스톤 챔버 (34) 에 대하여 상대적으로 이동하다. 특정 실시형태들에서, 피스톤 축 (36A) 은 이동 축 (30) 과 동축이다. 도 1 에서 도시된 비배타적인 실시형태에서, 피스톤 (36) 은 (i) 강성의, 디스크 형상의 피스톤 보디 (36B), (ii) 피스톤 보디 (36B) 와 피스톤 하우징 (32) 사이의 영역을 시일링하는 피스톤 시일 (seal) (36C), (iii) 피스톤 보디 (36B) 에 부착되고 피스톤 보디 (36B) 로부터 멀리 외팔보 지지되며 제 1 단부 벽 (32B) 에서의 벽 개구 (32D) 를 통해 연장되는 강성의 제 1 빔 (36D), 및 (iv) 피스톤 보디 (36B) 에 부착되고 피스톤 보디 (36B) 로부터 멀리 외팔보 지지되며 제 2 단부 벽 (32C) 에서의 벽 개구 (32D) 를 통해 연장되는 강성의 제 2 빔 (36E), (iv) 제 1 빔 (36D) 과 제 1 단부 벽 (32B) 사이의 영역을 시일링하는 제 1 빔 시일 (미도시), 및 (v) 제 2 빔 (36E) 과 제 2 단부 벽 (32C) 사이의 영역을 시일링하는 제 2 빔 시일 (미도시) 을 포함한다.The
이 실시형태에서, 제 2 빔 (36E) 은 또한 스테이지 (14) 에 단단히 고정된다. 다른 방식으로 진술하면, 제 2 빔 (36E) 은 피스톤 보디 (36B) 의 이동이 스테이지 (14) 의 이동을 초래하도록 피스톤 보디 (36B) 와 스테이지 (14) 사이에 연장된다. 추가로, 이 실시형태에서, 피스톤 보디 (36B) 의 각 편의 유효 면적이 계산의 용이함을 위해 동일하도록 제 1 빔 (36D) 이 포함된다. 대안적으로, 예를 들어, 유체 액추에이터 어셈블리 (24) 는 제 1 빔 (36D) 없이 설계될 수 있다. 이러한 대안적인 설계에서, 피스톤 보디 (36B) 의 좌측의 유효 면적은 피스톤 보디 (36B) 의 우측의 유효 면적보다 더 크다.In this embodiment, the
피스톤 보디 (36B) 는 피스톤 챔버 (34) 를 피스톤 보디 (36B) 의 대향 편들에 있는 제 1 챔버 (34A) (또한 "챔버 1" 로서 지칭됨) 및 제 2 챔버 (34B) (또한 "챔버 2" 로서 지칭됨) 로 분리한다. 도 1 에서, 제 1 챔버 (34A) 는 피스톤 보디 (36B) 의 좌측에 있고, 제 2 챔버 (34B) 는 피스톤 보디 (36B) 의 우측에 있다. 추가로, 제 1 챔버 (34A) 는 챔버 1 유효 피스톤 면적 (A1) 을 가지고, 제 1 온도 (T1) 에서 제 1 압력 (P1) 에 있는 피스톤 유체 (40) 로 충전 (fill) 되며, 제 1 체적 (V1) 을 갖는다. 유사하게, 제 2 챔버 (34B) 는 챔버 2 유효 피스톤 면적 (A2) 을 가지고, 제 2 온도 (T2) 에서 제 2 압력 (P2) 에 있는 피스톤 유체 (40) 로 충전되며, 제 2 체적 (V2) 을 갖는다. 도 1 에 예시된 비배타적인 예에서, 유체 액추에이터 어셈블리 (24) 는 챔버 1 유효 피스톤 면적 (A1) 이 챔버 2 유효 피스톤 면적 (A2) 과 대략적으로 동일하도록 설계된다.The
제 1 챔버 (34A) 의 피스톤 유체 (40) 의 제 1 압력 (P1) 은 피스톤 보디 (36B) 에 대해 제 1 포스 (F1) 를 발생시키고, 제 2 챔버 (34B) 의 피스톤 유체 (40) 의 제 2 압력 (P2) 은 피스톤 보디 (36B) 에 대해 제 2 포스 (F2) 를 발생시킨다. 유체 액추에이터 어셈블리 (24) 에 의해 생성된 (화살표에 의해 도시된) 총 포스 (F) (44) 는 제 1 포스 (F1) 마이너스 제 2 포스 (F2) 와 동일하다 (F =Fi - F2).The first pressure P 1 of the
도 1 에서 예시된 비배타적인 설계에 있어서, 제 1 압력 (P1) 이 제 2 압력 (P2) 보다 더 클 때, 제 1 포스 (F1) 는 제 2 포스 (F2) 보다 더 크고, 총 포스 (F) 는 양의 값이고, 피스톤 보디 (36B) 및 스테이지 (14) 를 좌측에서 우측으로 민다. 반면에, 제 1 압력 (P1) 이 제 2 압력 (P2) 보다 더 작을 때, 제 1 포스 (F1) 는 제 2 포스 (F2) 보다 더 작고, 총 포스 (F) 는 음의 값이고, 피스톤 보디 (36B) 및 스테이지 (14) 를 우측에서 좌측으로 민다.In the non-exclusive design illustrated in FIG. 1, when the first pressure (P 1 ) is greater than the second pressure (P 2 ), the first force (F 1 ) is greater than the second force (F 2 ) , The total force F is a positive value, pushing the
하나의 실시형태에서, 밸브 어셈블리 (38) 는 각 챔버 (34A, 34B) 에서의 압력을 정확하게 그리고 개별적으로 제어하기 위해 제어 시스템 (20) 에 의해 제어된다. 하나의 비배타적인 실시형태로서, 밸브 어셈블리 (38) 는 (i) 제 1 압력 (P1) 을 정확하게 제어하기 위해 제 1 챔버 (34A) 내로의 그리고 밖으로의 피스톤 유체 (40) 의 유동을 제어하기 위해 제어되는 제 1 밸브 서브-어셈블리 (38A); 및 (ii) 제 2 압력 (P2) 을 정확하게 제어하기 위해 제 2 챔버 (34B) 내로의 그리고 밖으로의 피스톤 유체 (40) 의 유동을 제어하기 위해 제어되는 제 2 밸브 서브-어셈블리 (38B) 를 포함한다. 이 실시형태에서, 제 1 밸브 서브-어셈블리 (38A) 는 제 1 챔버 (34A) 내로의 피스톤 유체 (40) 의 유동을 제어하기 위해 제어되는 제 1 유입 밸브 (38C), 및 제 1 챔버 (34A) 밖으로의 피스톤 유체 (40) 의 유동을 제어하기 위해 제어되는 제 1 유출 밸브 (38D) 를 포함한다. 유사하게, 제 2 밸브 서브-어셈블리 (38B) 는 제 2 챔버 (34B) 내로의 피스톤 유체 (40) 의 유동을 제어하기 위해 제어되는 제 2 유입 밸브 (38E), 및 제 2 챔버 (34B) 밖으로의 피스톤 유체 (40) 의 유동을 제어하기 위해 제어되는 제 2 유출 밸브 (38F) 를 포함한다.In one embodiment, the
이 실시형태에서, 유체 액추에이터 어셈블리 (24) 는 가압된 피스톤 유체 (40) 를 유입 밸브들 (38C, 38E) 에 제공하는 하나 이상의 유체 압력 소스들 (46) (2 개가 도시됨) 을 포함할 수 있다. 또한, 유체 압력 소스들 (46) 의 각각은 유체 탱크 (46A), 탱크 (46A) 에서 가압된 피스톤 유체 (40) 를 발생시키는 콤프레서 (46B), 및 유입 밸브들 (38C, 38E) 에 전달되는 피스톤 유체 (40) 의 압력을 제어하는 압력 조정기 (46C) 를 포함할 수 있다. 추가로, 유출 밸브들 (38D, 38F) 은 대기에 또는 진공 챔버와 같은 저 압력 영역에 배출될 수 있다.In this embodiment, the
특정 실시형태들에서, 밸브들 (38C, 38D, 38E, 38F) 의 각각은 이들 밸브들 (38C, 38D, 38E, 38F) 의 제어에 영향을 미치는 하나 이상의 밸브 특성들을 포함한다. 예를 들어, (i) 제 1 유입 밸브 (38C) 는 하나 이상의 제 1 유입 밸브 특성들을 가지고; (ii) 제 1 유출 밸브 (38D) 는 하나 이상의 제 1 유출 밸브 특성들을 가지며; (iii) 제 2 유입 밸브 (38E) 는 하나 이상의 제 2 유입 밸브 특성들을 가지고; 및/또는 (iv) 제 2 유출 밸브 (38F) 는 하나 이상의 제 2 유출 밸브 특성들을 갖는다. 하나의 실시형태에서, 각 밸브 (38C, 38D, 38E, 38F) 는 각각의 밸브 (38C, 38D, 38E, 38F) 의 개별 밸브 특성들을 결정하기 위해 개별적으로 테스팅된다. 이러한 설계로, 각각의 밸브 (38C, 38D, 38E, 38F) 의 개별 밸브 특성들은 각각의 밸브 (38C, 38D, 38E, 38F) 를 제어하기 위해 이용된다. 대안적으로, 각각의 밸브 (38C, 38D, 38E, 38F) 가 유사하고 유사한 밸브 특성들을 갖는 경우에, 밸브들 (38C, 38D, 38E, 38F) 중 하나가 테스팅될 수 있고, 그 밸브의 밸브 특성들이 밸브들 (38C, 38D, 38E, 38F) 의 전부를 제어하기 위해 이용될 수 있다.In certain embodiments, each of the
밸브 (38C, 38D, 38E, 38F) 의 타입은 변화될 수 있다. 비배타적인 예들로서, 각각의 밸브 (38C, 38D, 38E, 38F) 는 포핏 ("버섯") 타입 밸브 또는 스풀-타입 밸브와 같은 비례제어 밸브일 수 있다.The types of
밸브 특성들의 타입은 이용되는 밸브 (38C, 38D, 38E, 38F) 의 타입에 따라 변화할 것이다. 밸브들 (38C, 38D, 38E, 38F) 의 비배타적인 타입들 및 밸브 특성들의 비배타적인 예들의 커플은 이하에서 자세히 설명된다. 밸브들 (38C, 38D, 38E, 38F) 은 본원에서 제공된 예들과 상이할 수 있고, 밸브 특성들은 본원에서 제공된 예들과 상이할 수 있음에 유의하여야 한다.The type of valve characteristics will vary depending on the type of
본원에서 제공된 바와 같이, 각각의 밸브 (38C, 38D, 38E, 38F) 에 대해, 그것의 대응하는 밸브 특성(들)은 실험적 테스팅을 통해서, 시뮬레이션을 통해서, 또는 양자의 조합으로 결정될 수 있다.As provided herein, for each
제어 시스템 (20) 은 각 챔버 (34A, 34B) 내로의 그리고 밖으로의 피스톤 유체 (40) 의 유동을 제어하기 위해 밸브 어셈블리 (38) 를 제어한다. 각 챔버 (34A, 34B) 내로의 그리고 밖으로의 피스톤 유체 (40) 의 유동을 선택적으로 제어함으로써, 밸브 어셈블리 (38) 는 피스톤 보디 (36B) 및 스테이지 (14) 를 정확하게 이동시키는 피스톤 보디 (36B) 에 대한 제어가능한 포스 (44) ("F") 를 발생시키도록 제어될 수 있다.The
제어 시스템 (20) 은 스테이지 (14) 및 워크피스 (22) 를 정밀하게 포지셔닝시키기 위해서 밸브 어셈블리 (38) 에 전기적으로 접속되고 그 밸브 어셈블리 (38) 로 향하는 전류를 제어한다. 하나의 실시형태에서, 제어 시스템 (20) 은 (i) 스테이지의 포지션 ("x") 을 끊임없이 결정하기 위해서; 그리고 (ii) 스테이지 (14) 를 포지셔닝시키기 위해서 밸브 어셈블리 (38) 에 전류를 보내기 위해서, 측정 시스템 (18) 으로부터의 정보를 이용한다. 제어 시스템 (20) 은 하나 이상의 프로세서들 (20A) 및 전자적 데이터 스토리지 (20B) 를 포함할 수 있다. 제어 시스템 (20) 은 본원에서 제공되는 단계들을 수행하기 위해 하나 이상의 알고리즘들을 이용한다.The
특정 실시형태들에서, 제어 시스템 (20) 은 원하는 제 1 포스 (F1) 를 발생시키기 위해서 제 1 챔버 (34A) 에서의 제 1 압력 (P1) 을 제어하기 위해서 제 1 밸브들 (38C, 38D) 의 각각을 개별적으로 제어한다. 유사하게, 제어 시스템 (20) 은 원하는 제 2 포스 (F2) 를 발생시키기 위해서 제 2 챔버 (34B) 에서의 제 2 압력 (P2) 을 제어하기 위해서 제 2 밸브들 (38E, 38F) 의 각각을 개별적으로 제어한다. 따라서, 밸브들 (38C, 38D, 38E, 38F) 을 제어함으로써, 제어 시스템 (20) 은 스테이지 (14) 에 대해 원하는 총 포스 (F) (44) 를 발생시키기 위해서 유체 액추에이터 어셈블리 (24) 를 제어할 수 있다.In certain embodiments, the
특정 실시형태들에서, 제어 시스템 (20) 이 제 1 챔버 (34A) 에 피스톤 유체 (40) 를 추가할 필요가 있다고 결정하는 경우에, 제어 시스템 (20) 은 피스톤 유체 (40) 를 추가하기 위해 적절한 양으로 제 1 유입 밸브 (38C) 가 열리도록 그리고 제 1 유출 밸브 (38D) 가 닫히도록 제어한다. 추가로, 제어 시스템 (20) 이 제 1 챔버 (34A) 로부터 피스톤 유체 (40) 를 제거할 필요가 있다고 결정하는 경우에, 제어 시스템 (20) 은 피스톤 유체 (40) 를 배출하기 위해 적절한 양으로 제 1 유출 밸브 (38D) 가 열리도록 그리고 제 1 유입 밸브 (38C) 가 닫히도록 제어한다. 이 예에서, 제 1 밸브들 (38C, 38D) 중 하나는 임의의 주어진 시간에서 닫히도록 제어된다. 대안적으로, 제어 시스템 (20) 은 제 1 챔버 (34A) 로부터 피스톤 유체 (40) 를 추가 및/또는 제거하는 동안 양 제 1 밸브들 (38C, 38D) 이 열리도록 제어할 수 있다.In certain embodiments, in the event that the
유사하게, 제어 시스템 (20) 이 제 2 챔버 (34B) 에 피스톤 유체 (40) 를 추가할 필요가 있다고 결정하는 경우에, 제어 시스템 (20) 은 피스톤 유체 (40) 를 추가하기 위해 적절한 양으로 제 2 유입 밸브 (38E) 가 열리도록 그리고 제 2 유출 밸브 (38F) 가 닫히도록 제어한다. 추가로, 제어 시스템 (20) 이 제 2 챔버 (34B) 로부터 피스톤 유체 (40) 를 제거할 필요가 있다고 결정하는 경우에, 제어 시스템 (20) 은 피스톤 유체 (40) 를 배출하기 위해 적절한 양으로 제 2 유출 밸브 (38F) 가 열리도록 그리고 제 2 유입 밸브 (38E) 가 닫히도록 제어한다. 이 예에서, 제 2 밸브들 (38E, 38F) 중 하나는 임의의 주어진 시간에서 닫히도록 제어된다. 대안적으로, 제어 시스템 (20) 은 제 2 챔버 (34B) 로부터 피스톤 유체 (40) 를 추가 및/또는 제거하는 동안 양 제 2 밸브들 (38E, 38F) 이 열리도록 제어할 수 있다.Similarly, if the
스테이지 (14) 를 구동하기 위해 요망되는 포스 (44) 를 발생시키기 위해 2 개의 챔버들 (34A, 34B) 의 정밀한 유체 압력 제어를 취한다. 유체 액추에이터 어셈블리 (24) 를 정확하게 제어하기 위해서, (i) 챔버 체적들과 유체 압력 변화들, (ii) 비례제어 밸브들 (38C, 38D, 38E, 38F) 의 백래시 및 차분 압력 의존성, 및 (iii) 업스트림 및 다운스트림 압력과 연관된 유체 유동 비선형성과 같은, 시스템에 내재된 비선형성들을 결정하는 것이 중요하다. 실험적 테스팅 및/또는 모델링을 통해서, 이들 비선형성들이 제어 시스템 (20) 에 의해 식별되고 보정될 수 있다.It takes precise fluid pressure control of the two
예를 들어, 제어 시스템 (20) 은 (i) 제 1 유입 밸브 (38C) 를 제어하기 위해 제 1 유입 밸브 특성의 역을; (ii) 제 1 유출 밸브 (38D) 를 제어하기 위해 제 1 유출 밸브 특성의 역을; (iii) 제 2 유입 밸브 (38E) 를 제어하기 위해 제 2 유입 밸브 특성의 역을; 그리고 (iv) 제 2 유출 밸브 (38F) 를 제어하기 위해 제 2 유출 밸브 특성의 역을 이용할 수 있다. 제어 시스템 (20) 은 각 밸브 특성의 역을 이용하고, 각각의 밸브 (38C, 38D, 38E, 38F) 는 향상된 정확도로 제어될 수 있다.For example, the
도 2a 는 스테이지 (14) 를 정확하게 포지셔닝시키기 위해 유체 액추에이터 어셈블리 (24) 를 제어하기 위한 방법의 하나의 비배타적인 예를 나타내는 제어 블록도 (220) 이다. 보다 구체적으로, 제어 블록도 (220) 는 스테이지 (14) 를 정밀하게 포지셔닝시키기 위해 피스톤 어셈블리 (31) 를 제어하기 위해 밸브 어셈블리 (38) 에 전류를 보내기 위한 하나의 비배타적인 방법을 나타낸다. 제어 블록도 (220) 에서, 스테이지 (14) 는 (도 1 에서 도시된) 측정 시스템 (18) 에 의해 측정되는 바와 같이 (예컨대, (도 1 에서 도시된) 측정 축 (30) 을 따라서) 측정된 순간적 스테이지 포지션 ("x") 을 갖는다.2A is a control block diagram 220 illustrating one non-exclusive example of a method for controlling the
이 실시형태에서, 제어 블록도 (220) 는 (i) 스테이지 (14) 의 (예컨대, (도 1 에서 도시된) 측정 축 (30) 을 따른) 스테이지, 요망되는 레퍼런스 포지션 또는 궤적 ("xd"), 요망되는 속도 ("") , 요망되는 가속도 (""), 및 스테이지 저크 (jerk) 레퍼런스 ("") 를 제공하는 스테이지 레퍼런스 블록 (260); (ii) 스테이지 피드백 ("FB") 제어기 (262); (iii) 스테이지 피드포워드 ("FF") 제어기 (264); (iv) 피드백 포스 커맨드 (force command) 를 피드백 압력 커맨드로 변환하는 피드백 컨버터 (converter) (266); (v) 피드포워드 포스 커맨드를 피드포워드 압력 커맨드로 변환하는 피드포워드 컨버터 (268); (vi) 제 1 챔버 제어기 (270); (vii) 제 2 챔버 제어기 (272); 및 (viii) 스테이지 (14) 의 측정된 포지션 ("x") 에 기초하여 제 1 챔버의 현재의 제 1 챔버 체적 ("V1") 및 제 1 체적 변화율 ("") 을 추정하고, 스테이지 (14) 의 측정된 포지션에 기초하여 제 2 챔버의 현재의 제 2 챔버 체적 ("V2") 및 제 2 체적 변화율 ("") 을 추정하는 챔버 체적 추정기 (278) 를 포함한다.In this embodiment, the control block diagram 220 shows (i) a stage of stage 14 (eg, along the measurement axis 30 (shown in FIG. 1)), a desired reference position or trajectory (“x d "), desired speed (" "), desired acceleration (" "), and stage jerk reference (" A
도 2a 의 제어 블록도 (220) 의 블록들의 일부는 선택적이고 및/또는 제어 블록도 (220) 는 추가적인 제어 블록들을 포함할 수 있음에 유의하여야 한다. 예를 들어, 제어 블록도 (220) 는 스테이지 피드포워드 제어기 (264) 루프 없이 설계될 수 있다. 추가적으로, 또는 대안적으로, 제어 블록도 (220) 는 반복 학습 루프 (미도시) 를 포함하도록 설계될 수 있다.It should be noted that some of the blocks of control block diagram 220 of FIG. 2A are optional and/or control block diagram 220 may include additional control blocks. For example, the control block diagram 220 can be designed without a stage feedforward controller 264 loop. Additionally, or alternatively, the control block diagram 220 can be designed to include an iterative learning loop (not shown).
제어 블록도 (220) 에서, 좌측에서 우측으로 이동하면, 스테이지 (14) 의 요망되는 포지션과 측정된 포지션 사이의 에러를 나타내는 스테이지 추종 에러 ("e") 를 생성하기 위해 스테이지 요망되는 레퍼런스 (260) 포지션 또는 궤적 ("xd") 은 스테이지 측정되는 포지션 ("x") 에 대해 비교된다. 다음으로, 스테이지 추종 에러 ("e") 는, 스테이지 (14) 를 측정된 포지션으로부터 레퍼런스 포지션으로 이동시키기 위해 필요한 포스 커맨드를 나타내는 스테이지, 피드백 포스 커맨드 ("Ffb") 를 생성하는 스테이지 피드백 제어기 (262) 에 공급된다. 동시에, 요망되는 레퍼런스 포지션 ("xd"), 스테이지 속도 레퍼런스 ("") , 스테이지 가속도 레퍼런스 (""), 및 스테이지 저크 레퍼런스 ("") 는 시스템 시간 지연, 및 궤적과 같은 것들에 대해 보정하기 위해 필요한 포스 커맨드를 나타내는 스테이지, 피드포워드 포스 커맨드 ("Fff") 를 생성하는 스테이지 피드포워드 제어기 (264) 에 공급된다.In the control block diagram 220, moving from left to right, the stage desired
다음으로, 이 실시형태에서, 스테이지, 피드백 포스 커맨드 ("Ffb") 및 피드포워드 포스 커맨드 ("Fff") 는 결합되어서, 피드백 컨버터 (266) 에 공급되는 결합된 포스 커맨드 ("Fcmd") 를 생성하고, 이 피드백 컨버터 (266) 는 결합된 포스 커맨드를 제 1 챔버에 대한 제 1 피드백 압력 커맨드 ("P1fb" 또는 "P1,cmd"), 및 제 2 챔버에 대한 제 2 피드백 압력 커맨드 ("P2fb" 또는 "P2,cmd") 로 변환한다. 유사하게, 스테이지, 피드포워드 포스 커맨드 ("Fff") 는 피드포워드 컨버터 (268) 에 공급되고, 이 피드포워드 컨버터 (268) 는 피드포워드 포스 커맨드를 제 1 챔버에 대한 제 1 피드포워드 압력 변화율 커맨드 (""), 및 제 2 챔버에 대한 제 2 피드포워드 압력 변화율 커맨드 ("") 로 변환한다.Next, in this embodiment, the stage, the feedback force command ("F fb ") and the feedforward force command ("F ff ") are combined so that the combined force command supplied to the feedback converter 266 ("F cmd "), and this feedback converter 266 sends the combined force command to a first feedback pressure command for the first chamber ("P1 fb " or "P 1,cmd "), and a second for the second chamber. It converts to a feedback pressure command ("P2 fb " or "P 2,cmd "). Similarly, a stage, a feedforward force command ("F ff ") is supplied to a
후속하여, 제 1 챔버 제어기 (270) 는 제 1 밸브 서브어셈블리에 보내지는 제 1 밸브 서브어셈블리 전류 커맨드 ("u1") 를 결정하기 위해 제 1 피드백 압력 커맨드 ("P1,cmd"), 제 1 피드포워드 압력 커맨드 (""), 제 1 측정된 압력 ("P1"), 제 1 챔버 체적 ("V1"), 및 제 1 체적 변화율 ("") 을 이용한다. 유사하게, 제 2 챔버 제어기 (272) 는 제 2 밸브 서브어셈블리에 보내지는 제 2 밸브 서브어셈블리 전류 커맨드 ("u2") 를 결정하기 위해 제 2 피드백 압력 커맨드 ("P2,cmd"), 제 2 피드포워드 압력 커맨드 (""), 제 2 측정된 압력 ("P2"), 제 2 챔버 체적 ("V2"), 및 제 2 체적 변화율 ("") 을 이용한다. 밸브 어셈블리 (38) 에 대한 전류는 피스톤 어셈블리 (31) 에 대한 피스톤 유체를 제어하고 스테이지 (14) 에 대한 포스 ("F") 를 발생시킨다.Subsequently, the first chamber controller 270 performs a first feedback pressure command ("P 1,cmd ") to determine the first valve subassembly current command ("u 1 ") sent to the first valve subassembly. First feedforward pressure command (" "), the first measured pressure ("P 1 "), the first chamber volume ("V 1 "), and the first volume rate of change (" Similarly, the second chamber controller 272 uses a second feedback pressure command ("P 2 ") to determine the second valve subassembly current command ("u 2 ") sent to the second valve subassembly. ,cmd "), second feedforward pressure command (" "), the second measured pressure ("P 2 "), the second chamber volume ("V 2 "), and the second volume change rate (" The current to the
본원에서 제공되는 바와 같이, 챔버 제어기들 (270, 272) 은 2 개의 챔버들에서의 압력을 정확하게 제어하기 위해 필요한 각각의 전류 커맨드들을 정확하게 결정하기 위해서 밸브 특성들의 역을 이용한다. 이 프로세스는 도 2b 를 참조하여 이하에서 보다 자세히 설명된다.As provided herein, chamber controllers 270, 272 use the inverse of valve characteristics to accurately determine the respective current commands required to accurately control the pressure in the two chambers. This process is described in more detail below with reference to FIG. 2B.
실시형태들에서, 각각의 밸브 서브어셈블리의 밸브들 중 하나는 임의의 주어진 시간에서 닫히고, 각각의 밸브 서브어셈블리에 대해 필요한 것은 단일의 전류 커맨드가 전부라는 점에 유의하여야 한다. 대안적으로, 각각의 밸브 서브어셈블리의 밸브들의 양자가 임의의 주어진 시간에서 열릴 수 있는 경우에는, 챔버 제어기들 (270, 272) 은 각 밸브에 별도의 전류 커맨드들을 제공하도록 설계될 필요가 있을 것이다.It should be noted that, in embodiments, one of the valves of each valve subassembly closes at any given time, and all that is required for each valve subassembly is a single current command. Alternatively, if both of the valves of each valve subassembly can be opened at any given time, the chamber controllers 270, 272 will need to be designed to provide separate current commands for each valve. .
스테이지 이동자 어셈블리 (16) 에 의해 생성된 포스들을 이해하기 위해서 그리고 제어 시스템 (20) 에 의한 스테이지 이동자 어셈블리 (16) 의 제어를 이해하기 위해서 다수의 식들이 유용하다. 상기 제공된 바와 같이, 스테이지 이동자 어셈블리 (16) 에 의해 발생되는 총 포스는 다음과 같이 제공된다:A number of equations are useful to understand the forces generated by the
식 1
상기 제공된 바와 같이, F 는 총 포스이고; F1 은 제 1 챔버에 의해 발생된 포스이며; F2 는 제 2 챔버에 의해 발생된 포스이다.As provided above, F is the total force; F 1 is the force generated by the first chamber; F 2 is the force generated by the second chamber.
식 1 은 다음과 같이 다시 쓰여질 수 있다:
식 2
상기 제공된 바와 같이, P1 은 제 1 챔버에서의 제 1 챔버 압력이고; A1 은 제 1 챔버에 대한 유효 피스톤 면적이며; P2 는 제 2 챔버 (34B) 에서의 제 2 챔버 압력이고; 그리고, A2 는 제 2 챔버 (34B) 에 대한 유효 피스톤 면적이다.As provided above, P 1 is the first chamber pressure in the first chamber; A 1 is the effective piston area for the first chamber; P 2 is the second chamber pressure in the
또한, 스테이지에 대한 포스는 다음과 같이 표현될 수 있다:Also, the force on the stage can be expressed as:
식 3
식 3 및 다른 곳에서, M 은 (워크피스를 포함하는) 스테이지의 질량이고, C 는 댐핑 계수이며, 는 스테이지의 질량의 가속도이고, 는 스테이지의 속도이다. In
기체 방정식은 다음과 같이 표현될 수 있다:The gas equation can be expressed as:
식 4
식 4 및 다른 곳에서, i 는 각각의 챔버 (제 1 챔버 ("1") 또는 제 2 챔버 ("2") 중 어느 일방) 이고; Pi 는 각 챔버에서의 압력이고; Vi 는 각 챔버에서의 체적이며; R 은 기체 상수이고; mi 는 각 챔버에서의 기체 질량이고; 그리고, Ti 는 각 챔버에서의 온도이다.In
식 4 는 다음과 같이 다시 쓰여질 수 있다:
식 5
식 5 및 다른 곳에서, 는 각 챔버에서의 압력 변화율이고; 는 각 챔버에서의 체적 변화율이며, 는 각 챔버에서의 질량 유량 (mass flow rate) 이다.
식 5 는 다음과 같이 챔버 압력 모델링으로서 다시 쓰여질 수 있다:
식 6
또한, 식 5 는 다음과 같이 챔버 질량 유량 제어로서 다시 쓰여질 수 있다: Also,
식 7
제 1 챔버 (34A) 의 제 1 체적 (V1) 은 다음과 같이 스테이지 포지션의 함수로서 쓰여질 수 있다:The first volume V 1 of the
식 8
유사하게, 제 2 챔버 (34B) 의 제 2 체적 (V2) 은 다음과 같이 스테이지 포지션의 함수로서 쓰여질 수 있다:Similarly, the second volume V 2 of the
식 9
식 8 및 식 9, 및 다른 곳에서, A1 은 제 1 챔버의 유효 피스톤 면적이고; A2 는 제 2 챔버의 유효 피스톤 면적이며; x 는 스테이지의 현재 포지션이고; 는 제 1 챔버의 데드 렝스 (dead length) 이고; 는 제 2 챔버의 데드 렝스이다.In
식 8 은 다음과 같이 다시 쓰여질 수 있다:
식 10
유사하게, 식 9 는 다음과 같이 다시 쓰여질 수 있다:Similarly,
식 11 Equation 11
이들 식들 및 다른 곳에서, 은 제 1 챔버에서의 체적 변화율이고, 는 제 2 챔버에서의 체적 변화율이다.In these equations and elsewhere, Is the rate of volume change in the first chamber, Is the rate of volume change in the second chamber.
각 챔버 (34A, 34B) 의 챔버 압력 제어는 다음과 같이 표현될 수 있다:The chamber pressure control of each
식 12
식 13 Equation 13
식 12 및 식 13, 및 다른 곳에서, Fcmd 는 포스 커맨드이고; Ffeedforward 는 피드포워드 포스 커맨드이며; Ffeedback 은 피드백 포스 커맨드이고; 는 스테이지 가속도 레퍼런스이고; 는 스테이지 속도 레퍼런스이며; 는 스테이지 저크 레퍼런스이고, xd 는 레퍼런스 포지션이고; C 는 스테이지 및 액추에이터 시스템의 댐핑 비율이고; Cfb(s) 는 스테이지 피드백 제어 필터이고; x 는 스테이지의 현재 측정된 포지션이고; P1,cmd 는 제 1 챔버에 대한 압력 커맨드이고; 그리고, P2,cmd 는 제 2 챔버에 대한 압력 커맨드이다.In
식 12 및 식 13 은 다음과 같이 다시 쓰여질 수 있다:
및 식 14 And
식 15 Equation 15
식 14 및 식 15, 및 다른 곳에서, FO 는 오프셋 포스 커맨드이고; r 은 제 1 챔버와 제 2 챔버 사이의 분배 비율이다. 특정 실시형태들에서, r 은 0 보다 더 크지만 1 보다 더 작은 값을 가지고 (0<r<1) 공칭 r = 0.5 이다.In
식 14 및 식 15 는 다음과 같이 쓰여질 수 있다:
및 식 16 And
식 17 Equation 17
챔버 압력 제어는 다음과 같이 표현될 수 있다:Chamber pressure control can be expressed as:
식 18
또한, 식 18 은 다음과 같이 표현될 수 있다:Also,
및 식 19 And Equation 19
식 20
식 7 과 유사하게, 챔버 질량 유동 제어는 다음과 같이 표현될 수 있다:Similar to
식 21 Equation 21
식 21, 및 다른 곳에서, 는 제 1 챔버 및 제 2 챔버 중 하나에 대한 질량 유량 커맨드이다.Equation 21, and elsewhere, Is the mass flow command for one of the first chamber and the second chamber.
도 2b 는 (도 2a 에서 도시된) 챔버 제어기들 (270, 272) 중 하나가 어떻게 구성될 수 있는지를 예시하는 제어 블록도이다. 이 실시형태에서, 챔버 제어기는 (i) 압력 피드백 제어기 (290); (ii) 압력 대 질량 유동 컨버터 (292); (iii) 유입 질량 유동 대 오리피스 면적 컨버터 (294); (iv) 유출 질량 유동 대 오리피스 면적 컨버터 (296); (v) 유입 오리피스 면적 대 전류 컨버터 (297); 및 (vi) 유출 오리피스 면적 대 전류 컨버터 (298) 를 포함한다. 이 실시형태에서, 압력 피드백 제어기 (290) 는 각각의 챔버에 대한 압력 에러 (Pi,err) 를 수신하고, 압력 변화 피드백의 비율 ("") 을 생성한다. 압력 대 질량 유동 컨버터 (292) 는 압력 변화율 커맨드 (""), 챔버 압력 ("Pi"), 현재 챔버 체적 ("Vi") 및 체적 변화율 ("") 을 수신하고, 유입 밸브에 대한 질량 유량 커맨드 ("") 및 유출 밸브에 대한 질량 유량 커맨드 ("") 를 생성한다. 압력 대 질량 유동 컨버터 (292) 는 본원에서 제공된 식 21 및 식 22 를 이용할 수 있다.2B is a control block diagram illustrating how one of the chamber controllers 270, 272 (shown in FIG. 2A) may be configured. In this embodiment, the chamber controller includes (i) a
유입 질량 유동 대 오리피스 면적 컨버터 (294) 는 질량 유량 커맨드 ("") 및 챔버 압력 ("Pi") 을 수신하고, 유입 밸브에 대한 유입 오리피스 면적 커맨드 ("") 를 생성한다. 유입 질량 유동 대 오리피스 면적 컨버터 (294) 는 본원에서 제공된 식 24 를 이용할 수 있다. 다소 유사하게, 유출 질량 유동 대 오리피스 면적 컨버터 (296) 는 질량 유량 커맨드 ("") 및 챔버 압력 ("Pi") 을 수신하고, 유출 밸브에 대한 유출 오리피스 면적 커맨드 ("") 를 생성한다. 유출 질량 유동 대 오리피스 면적 컨버터 (296) 는 본원에서 제공된 식 25 를 이용할 수 있다.Inlet mass flow to
다음으로, 유입 오리피스 면적 대 전류 컨버터 (297) 는 유입 밸브에 대한 유입 전류 커맨드 ("") 를 생성하기 위해 유입 오리피스 면적 커맨드 ("") 를 이용한다. 유입 오리피스 면적 대 전류 컨버터 (297) 는 본원에서 제공된 식 27 을 이용할 수 있다. 유사하게, 유출 오리피스 면적 대 전류 컨버터 (298) 는 유출 밸브에 대한 유출 전류 커맨드 ("") 를 생성하기 위해 유출 오리피스 면적 커맨드 ("") 를 이용한다. 유출 오리피스 면적 대 전류 컨버터 (298) 는 본원에서 제공된 식 28 을 이용할 수 있다.Next, the inlet orifice area to
도 3 은 피스톤 챔버들 (334i) 중 하나 및 밸브 서브-어셈블리들 (338i) 중 하나의 단순화된 도시이다. 도 3 에서 예시된 바와 같이, 이 실시형태에서, 챔버 (334i) 내로의 그리고 밖으로의 챔버 질량 유량 커맨드는 유입 밸브 (338ii) 및 유출 밸브 (338io) 에 의해 제어된다. 이 실시형태에서, 압력 소스 (346) 는 유입 밸브 (338ii) 의 유입구에 Psource 로서 지칭되는 압력에서 가압된 피스톤 유체 (340) 를 제공한다. 또한, 유출 밸브 (338io) 의 유출구는 Pdrain 의 압력에 있다. 식 21 의 챔버 질량 유동 제어는 다음과 같이 다시 쓰여질 수 있다:3 is a simplified illustration of one of the piston chambers 334i and one of the
식 22
식 22, 및 다른 곳에서, 는 선택된 챔버 (334i) 에 대한 유입 밸브 (338ii) 에 대한 질량 유량 커맨드이고; 는 선택된 챔버 (334i) 에 대한 유출 밸브 (338io) 에 대한 질량 유량 커맨드이다. 본원에서 제공된 바와 같이, 특정 실시형태들에서, 챔버 (334i) 내로의 질량 유량을 증가 () 시키는 것이 요망되는 경우에는, 유출 밸브 (338io) 는 닫히고 () 질량 유량 커맨드는 유입 밸브 (338ii) 의 질량 유량 커맨드와 동일하도록 설정되고, 질량 유량 커맨드 () 로 설정된다. 유사하게, 특정 실시형태들에서, 챔버 (334i) 밖으로의 질량 유량을 증가 () 시키는 것이 요망되는 경우에는, 유입 밸브 (338ii) 는 닫히고 () 질량 유량 커맨드는 유출 밸브 (338io) 의 질량 유량 커맨드와 동일하도록 설정되고, 질량 유량 커맨드 () 로 설정된다.
밸브 유동 식은 다음과 같이 쓰여질 수 있다:The valve flow equation can be written as:
식 23 Equation 23
식 23, 및 다른 곳에서, a 는 열리는 밸브 오리피스의 면적이고; f 는 수학적 함수이며; Pupstream 은 밸브 오리피스의 업스트림 압력이고; 그리고, Pdownstream 은 밸브 오리피스의 다운스트림 압력이다. 따라서, 질량 유량은 열리는 밸브 오리피스의 면적 곱하기 업스트림 압력과 다운스트림 압력의 함수와 동일하다.Equation 23, and elsewhere, a is the area of the valve orifice that opens; f is a mathematical function; P upstream is the upstream pressure of the valve orifice; And, P downstream is the pressure downstream of the valve orifice. Thus, the mass flow rate is equal to a function of the area of the valve orifice that opens times the upstream and downstream pressures.
도 4 는 열릴 때 밸브의 밸브 오리피스와 유사한 오리피스 (402) 를 포함하는 파이프 (400) 의 단순화된 도시이다. 이 예에서, 업스트림 압력과 다운스트림 압력이 라벨링되고, 오리피스 (402) 는 오리피스 면적을 갖는다. 도 3 및 도 4 를 참조하여, 식 23 은 다음과 같은 밸브 오리피스 면적 커맨드들로서 다시 쓰여질 수 있다:4 is a simplified illustration of a
및 식 24 And
식 25 Equation 25
이들 식들, 및 다른 곳에서, 는 선택된 챔버 (334i) 의 유입 밸브 (338ii) 에 대한 밸브 오리피스 커맨드이고; 는 선택된 챔버 (334i) 의 유출 밸브 (338io) 에 대한 질량 유량 커맨드이다.In these equations, and elsewhere, Is the valve orifice command for the inlet valve 338ii of the selected chamber 334i; Is the mass flow command for the outlet valve 338io of the selected chamber 334i.
밸브 면적 식은 다음과 같이 쓰여질 수 있다:The valve area equation can be written as:
식 26
식 26 에서, a 는 밸브 오리피스 면적이고; A 는 밸브 면적 식이며; 그리고, u 는 밸브 전류이다. 밸브 면적 식은 이하에서 보다 자세히 설명된다.In
식 26 은 다음과 같이 밸브 전류 커맨드들로서 다시 쓰여질 수 있다:
및 식 27 And equation 27
식 28
식 27 및 식 28, 및 다른 곳에서, 는 유입 밸브에 대한 밸브 전류 커맨드이고; 는 유입 밸브에 대한 밸브 면적 식의 역이며; 는 유입 밸브의 밸브 오리피스 면적이고; 는 유출 밸브에 대한 밸브 전류 커맨드이고; 는 유출 밸브에 대한 밸브 면적 식의 역이고; 그리고, 는 유출 밸브의 밸브 오리피스 면적이다.
식 24 및 식 25 는 다음과 같이 보다 일반적으로 쓰여질 수 있다:
식 29 Equation 29
아음속 유동에 대해, 업스트림 압력 나누기 다운스트림 압력은 세타 ("θ") 이하이고 (), 그러면,For subsonic flow, the upstream pressure divided by the downstream pressure is less than or equal to theta ("θ") ( ), then,
식 30
초음속 유동에 대해, 업스트림 압력 나누기 다운스트림 압력이 세타 ("θ") 이상 () 일 때, 그러면,For supersonic flow, the upstream pressure divided by the downstream pressure is equal to or greater than theta ("θ") ( ), then,
식 31
이들 식들에서, ; ; 및 이고, c 는 방출 계수이고; Mm 은 가스 분자 질량이며; Z 는 가스 압축성 인자이고; k 는 비열비이며; R 은 일반 기체 법칙 상수이고; T 는 온도이다.In these equations, ; ; And And c is the emission coefficient; M m is the gas molecular mass; Z is the gas compressibility factor; k is the specific heat ratio; R is a general gas law constant; T is the temperature.
도 5a 는 도 1 로부터의 밸브들 (38C, 38D, 38E, 38F) 중 하나로서 사용될 수 있는 밸브 (538) 의 하나의 비배타적인 예의 단순화된 절개도이다. 이 실시형태에서, 밸브 (538) 는 밸브 하우징 (539A), 가동 밸브 보디 (539B), 유입 도관 (539C), 유출 도관 (539D), 유입 도관 (539C) 에 대하여 밸브 보디 (539B) 를 미는 탄성 부재 (539E) (예컨대, 스프링), 및 솔레노이드 (539F) 를 포함하는 포핏 타입 밸브이다.5A is a simplified cutaway view of one non-exclusive example of a
이 단순화된 예에서, 밸브 하우징 (539A) 은 다소 실린더 형상이고, 밸브 보디 (539B) 는 디스크 형상이며, 도관들 (539C, 539D) 은 튜브 형상이다. 또한, 도 5a 에서, 밸브 (538) 는 제어 시스템 (도 5a 에서 미도시) 이 솔레노이드 (539F) 에 전류를 보내고 있지 않을 때 폐쇄된 위치로 도시된다. 그 결과로서, 탄성 부재 (539E) 는 유입 도관 (539C) 의 상부에 대하여 밸브 보디 (539B) 를 밀어서 밸브 (538) 를 닫는다.In this simplified example, the
전류가 솔레노이드 (539F) 로 보내지지 않을 때, 스프링 프리로드 포스가 업스트림 압력과 다운스트림 압력 사이의 압력 차이에 의해 생기는 포스보다 더 큰 한 밸브는 폐쇄된 채로 유지됨에 유의하여야 한다.It should be noted that when no current is sent to the
도 5b 는 밸브 (538) 가 개방 포지션에 있을 때 도 5a 의 밸브 (538) 의 단순화된 절개도이다. 이 때, 제어 시스템 (도 5b 에 미도시) 은 솔레노이드 (539F) 에 전류를 보내고 있다. 전류가 솔레노이드로 보내질 때, 이것은 밸브 보디 (539B) 를 유입 도관 (539C) 의 상부로부터 멀리 위로 미는 (끌어당기는) 솔레노이드 포스 Fsolenoid 를 발생시킨다. 통상적으로, 솔레노이드 포스의 크기는 전류에 비례한다. 솔레노이드 (539F) 에 충분한 전류가 보내질 때, 탄성 부재 (539E) 의 스프링 프리로드 포스는 극복되고, 밸브 보디 (539B) 는 유입 도관 (539C) 의 상부로부터 멀리 이동되고, 밸브 (538) 는 개방된다. 또한, 전류의 양은 밸브 (538) 가 얼마나 멀리 열리는지를 결정할 것이다. 일반적으로, 밸브 개도 크기는 전류가 증가함에 따라 증가한다.5B is a simplified cutaway view of the
도 5b 에서 예시된 바와 같이, 밸브 보디 (539B) 가 폐쇄 포지션으로부터 개방 포지션으로 이동된 양은 "y" 로서 지칭된다.As illustrated in FIG. 5B, the amount by which the
도 5c 는, 유입 도관 (539C) 이 제거되고, 솔레노이드 (539F) 가 활성화되지 않으며, 도관들 (539C, 539D) 에서 압력이 존재하지 않는 상태에서 도 5a 의 밸브 (538) 의 단순화된 절개도이다. 이 때, 탄성 부재 (539E) 는 밸브 보디 (539B) 를 아래로 프리로드 거리 y0 만큼 민다. 밸브 보디 (539B) 는 레퍼런스에 대해 점선에서 폐쇄 포지션에 있는 것으로 도시된다. (도 5a 에서 도시된 바와 같이) 유입 도관 (539D) 이 제 자리에 있을 때, 탄성 부재 (539E) 는 탄성 부재 (539E) 의 스프링 상수 Ks 곱하기 프리로드 거리 y0 와 동일한 스프링 프리로드 포스를 인가한다.5C is a simplified cutaway view of the
밸브 (538) 의 제어는 다음과 같이 표현될 수 있다:The control of
식 32
식 32 및 다른 곳에서, Mv 는 밸브 보디 (539B) 의 질량이고; 는 밸브 보디 (539B) 의 가속도이며; Cv 는 스프링 마찰에 의해 야기되는 감쇠이고; 는 밸브 보디 (539B) 의 속도이고; Ks 는 탄성 부재 (539E) 의 스프링 상수이고; y0 는 프리로드 거리이며; kf 는 솔레노이드 포스 상수이고; u 는 솔레노이드에 보내지는 전류 커맨드이고; r 은 유입 도관 (539C) 의 상부에서의 반경이고; 델타 압력은 업스트림 압력과 다운스트림 압력 사이의 차이 () 이다.In
도 5a 내지 도 5c 에서 예시된 밸브 (538) 의 유효 오리피스 면적 "a" 는 다음과 같이 표현될 수 있다:The effective orifice area “a” of the
및 식 33 And Equation 33
식 34 Equation 34
식 33 및 식 34, 그리고 다른 곳에서, A 는 밸브 면적 식이고; 그리고 은 밸브 면적 식의 역이다.Equations 33 and 34, and elsewhere, A is the valve area equation; And Is the inverse of the valve area equation.
스프링 프리로드 포스를 극복하기 위해 필요한 데드-존 전류 u0 는 다음과 같이 표현될 수 있다:The dead-zone current u 0 required to overcome the spring preload force can be expressed as:
식 35 Equation 35
도 5a 내지 도 5c 에서 예시된 밸브 (538) 에 있어서, 누설 없이 최대 허용되는 압력 차이 ΔPmax 는 다음과 같이 표현될 수 있다:For the
식 36
도 5a 내지 도 5c 에 예시된 밸브 (538) 에 있어서, 정적 제어 전류는 다음과 같이 표현될 수 있다:For the
식 37 Equation 37
상기 제공된 바와 같이, 유체 액추에이터 어셈블리 (24) 를 정확하게 제어하기 위해서, 밸브들 (38C, 38D, 38E, 38F) 의 각각에 내재된 비선형성들을 결정하는 것이 중요하다. 특정 실시형태들에서, 각각의 밸브 (38C, 38D, 38E, 38F) 는 각 밸브 (38C, 38D, 38E, 38F) 의 밸브 특성들을 식별하기 위해서 분해되지 않는다. 대신에, 밸브 어셈블리 (24) 의 각각의 물리적 밸브 (38C, 38D, 38E, 38F) 가 그것의 각각의 밸브 특성(들)을 결정하기 위해서 테스팅된다. 예를 들어, 각각의 밸브 (38C, 38D, 38E, 38F) 에 대해, 다양한 유입/유출 압력 차이들로 다양한 밸브 전류 커맨드들과 함께 유량이 측정된다. 후속하여, 각각의 밸브 (38C, 38D, 38E, 38F) 에 대해, 유효 오리피스 면적이 유동 방정식 (식들 24-31 참조) 을 이용하여 유량 정보로부터 계산될 수 있다.As provided above, in order to accurately control the
도 6a 는 다양한 델타 압력들 ("ΔP") 에 대한 밸브 유효 오리피스 면적 대 전류 커맨드를 나타내는 그래프이다. 이 그래프는 다양한 델타 압력들에서 포핏 밸브를 실험적으로 테스팅함으로써 생성되었다. 예를 들어, 350kPa 의 델타 압력을 유지하면서, 솔레노이드에 대한 복수의 상이한 전류 커맨드들에서 유량이 측정되었다. 후속하여, 각각의 측정된 유량에 대해 유효 오리피스 면적이 계산되었고, 작은 박스로서 도 6a 에서 플로팅되었다. 후속하여, 라인 (600A) 이 이들 데이터 포인트들을 커브 피팅함으로써 생성되었다. 라인 (600A) 은 350kPa 의 델타 압력에 대한 밸브 오리피스 면적 대 전류 커맨드 사이의 관계를 나타낸다.6A is a graph showing valve effective orifice area versus current command for various delta pressures (“ΔP”). This graph was created by experimentally testing the poppet valve at various delta pressures. For example, while maintaining a delta pressure of 350 kPa, the flow rate was measured at a plurality of different current commands for the solenoid. Subsequently, the effective orifice area was calculated for each measured flow rate and plotted in FIG. 6A as a small box. Subsequently,
다음으로, 300kPa 의 델타 압력을 유지하면서, 솔레노이드에 대한 복수의 상이한 전류 커맨드들에서 유량이 측정되었다. 후속하여, 각각의 측정된 유량에 대해 유효 오리피스 면적이 계산되었고, 작은 원으로서 도 6a 에서 플로팅되었다. 후속하여, 라인 (602A) 이 이들 데이터 포인트들을 커브 피팅함으로써 생성되었다. 라인 (602A) 은 300kPa 의 델타 압력에 대한 밸브 오리피스 면적 대 전류 커맨드 사이의 관계를 나타낸다.Next, while maintaining a delta pressure of 300 kPa, the flow rate was measured at a plurality of different current commands for the solenoid. Subsequently, the effective orifice area was calculated for each measured flow rate and plotted in FIG. 6A as a small circle. Subsequently,
유사하게, 250kPa 의 델타 압력을 유지하면서, 솔레노이드에 대한 복수의 상이한 전류 커맨드들에서 유량이 측정되었다. 후속하여, 각각의 측정된 유량에 대해 유효 오리피스 면적이 계산되었고, 작은 "x" 로서 도 6a 에서 플로팅되었다. 후속하여, 라인 (604A) 이 이들 데이터 포인트들을 커브 피팅함으로써 생성되었다. 라인 (604A) 은 250kPa 의 델타 압력에 대한 밸브 오리피스 면적 대 전류 커맨드 사이의 관계를 나타낸다.Similarly, while maintaining a delta pressure of 250 kPa, flow rates were measured at multiple different current commands for the solenoid. Subsequently, the effective orifice area was calculated for each measured flow rate and plotted in FIG. 6A as a small “x”. Subsequently,
추가로, 200kPa 의 델타 압력을 유지하면서, 솔레노이드에 대한 복수의 상이한 전류 커맨드들에서 유량이 측정되었다. 후속하여, 각각의 측정된 유량에 대해 유효 오리피스 면적이 계산되었고, 작은 "z" 로서 도 6a 에서 플로팅되었다. 후속하여, 라인 (606A) 이 이들 데이터 포인트들을 커브 피팅함으로써 생성되었다. 라인 (606A) 은 200kPa 의 델타 압력에 대한 밸브 오리피스 면적 대 전류 커맨드 사이의 관계를 나타낸다.Additionally, while maintaining a delta pressure of 200 kPa, the flow rate was measured at a plurality of different current commands for the solenoid. Subsequently, the effective orifice area was calculated for each measured flow rate and plotted in FIG. 6A as a small “z”. Subsequently,
또한, 150kPa 의 델타 압력을 유지하면서, 솔레노이드에 대한 복수의 상이한 전류 커맨드들에서 유량이 측정되었다. 후속하여, 각각의 측정된 유량에 대해 유효 오리피스 면적이 계산되었고, 작은 삼각형으로서 도 6a 에서 플로팅되었다. 후속하여, 라인 (608A) 이 이들 데이터 포인트들을 커브 피팅함으로써 생성되었다. 라인 (608A) 은 150kPa 의 델타 압력에 대한 밸브 오리피스 면적 대 전류 커맨드 사이의 관계를 나타낸다.In addition, while maintaining a delta pressure of 150 kPa, the flow rate was measured at a plurality of different current commands for the solenoid. Subsequently, the effective orifice area was calculated for each measured flow rate and plotted in FIG. 6A as a small triangle. Subsequently,
추가적으로, 100kPa 의 델타 압력을 유지하면서, 솔레노이드에 대한 복수의 상이한 전류 커맨드들에서 유량이 측정되었다. 후속하여, 각각의 측정된 유량에 대해 유효 오리피스 면적이 계산되었고, 작은 "+" 로서 도 6a 에서 플로팅되었다. 후속하여, 라인 (610A) 이 이들 데이터 포인트들을 커브 피팅함으로써 생성되었다. 라인 (610A) 은 100kPa 의 델타 압력에 대한 밸브 오리피스 면적 대 전류 커맨드 사이의 관계를 나타낸다.Additionally, while maintaining a delta pressure of 100 kPa, flow rates were measured at multiple different current commands for the solenoid. Subsequently, the effective orifice area was calculated for each measured flow rate and plotted in FIG. 6A as a small “+”. Subsequently,
마지막으로, 50kPa 의 델타 압력을 유지하면서, 솔레노이드에 대한 복수의 상이한 전류 커맨드들에서 유량이 측정되었다. 후속하여, 각각의 측정된 유량에 대해 유효 오리피스 면적이 계산되었고, D 로서 도 6a 에서 플로팅되었다. 후속하여, 라인 (612) 이 이들 데이터 포인트들을 커브 피팅함으로써 생성되었다. 라인 (612) 은 50kPa 의 델타 압력에 대한 밸브 오리피스 면적 대 전류 커맨드 사이의 관계를 나타낸다.Finally, while maintaining a delta pressure of 50 kPa, the flow rate was measured at multiple different current commands to the solenoid. Subsequently, the effective orifice area was calculated for each measured flow rate and plotted as D in FIG. 6A. Subsequently, line 612 was created by curve fitting these data points. Line 612 shows the relationship between valve orifice area versus current command for a delta pressure of 50 kPa.
이 예에서, 이 밸브의 밸브 특성 (614) 은 다수의 상이한 델타 압력들에 대한 유효 밸브 오리피스 면적 대 전류 커맨드 사이의 관계를 나타낸다. 대안적으로, 예를 들어, 밸브 특성 (614) 은 (i) 다수의 상이한 델타 압력들에 대한 유효 밸브 오리피스 면적 대 전압 사이의 관계; (ii) 다수의 상이한 델타 압력들에 대한 유량 대 전류 커맨드 사이의 관계; 및/또는 (iii) 다수의 상이한 델타 압력들에 대한 유량 대 전압 사이의 관계일 수 있다.In this example, the
상기 제공된 바와 같이, 특정 실시형태들에서, 밸브 특성 (614) 은 그 밸브의 제어에 후속하여 사용되는 반전된 밸브 특성 (616) 을 생성하기 위하여 반전된다. 예를 들어, 도 6a 에서의 데이터는 도 6b 에서 도시된 반전된 밸브 특성 (616) 을 생성하기 위해서 반전 (그래프의 X 및 Y 축들이 전환) 될 수 있다.As provided above, in certain embodiments, the
보다 구체적으로, 도 6b 는 도 6a 에서의 그래프의 역 (inversion) 인 밸브 전류 커맨드 대 유효 오리피스 면적을 나타내는 그래프이다. 이 예에서, 도 6a 로부터의 데이터는 도 6b 에서의 그래프를 생성하기 위해서 반전된다. 후속하여, 도 6b 에서의 곡선들을 생성하기 위해서 커브 피팅 (curve fitting) 이 사용된다.More specifically, FIG. 6B is a graph showing the effective orifice area versus valve current command, which is the inversion of the graph in FIG. 6A. In this example, the data from Fig. 6A is inverted to produce the graph in Fig. 6B. Subsequently, curve fitting is used to generate the curves in FIG. 6B.
예를 들어, 350kPa 의 델타 압력에서, 데이터는 작은 박스들로서 표현된다. 후속하여, 라인 (600B) 은 이들 데이터 포인트들을 커브 피팅함으로써 생성되었다. 라인 (600B) 은 350kPa 의 델타 압력에 대한 밸브 전류 커맨드와 밸브 오리피스 면적 사이의 관계를 나타낸다.For example, at a delta pressure of 350 kPa, the data are presented as small boxes. Subsequently,
다음으로, 300kPa 의 델타 압력에서, 데이터는 작은 원들로서 표현된다. 후속하여, 라인 (602B) 은 이들 데이터 포인트들을 커브 피팅함으로써 생성되었다. 라인 (602B) 은 300kPa 의 델타 압력에 대한 밸브 전류 커맨드와 밸브 오리피스 면적 사이의 관계를 나타낸다.Next, at a delta pressure of 300 kPa, the data are represented as small circles. Subsequently,
유사하게, 250kPa 의 델타 압력에서, 데이터는 작은 "x" 들로서 표현된다. 후속하여, 라인 (604B) 은 이들 데이터 포인트들을 커브 피팅함으로써 생성되었다. 라인 (604B) 은 250kPa 의 델타 압력에 대한 밸브 전류 커맨드와 밸브 오리피스 면적 사이의 관계를 나타낸다.Similarly, at a delta pressure of 250 kPa, the data are expressed as small "x"s. Subsequently,
추가로, 200kPa 의 델타 압력에서, 데이터는 작은 "z" 들로서 표현된다. 후속하여, 라인 (606B) 은 이들 데이터 포인트들을 커브 피팅함으로써 생성되었다. 라인 (606B) 은 200kPa 의 델타 압력에 대한 밸브 전류 커맨드와 밸브 오리피스 면적 사이의 관계를 나타낸다.Additionally, at a delta pressure of 200 kPa, the data are expressed as small "z"s. Subsequently,
또한, 150kPa 의 델타 압력에서, 데이터는 작은 삼각형들로서 표현된다. 후속하여, 라인 (608B) 은 이들 데이터 포인트들을 커브 피팅함으로써 생성되었다. 라인 (608B) 은 150kPa 의 델타 압력에 대한 밸브 전류 커맨드와 밸브 오리피스 면적 사이의 관계를 나타낸다.Also, at a delta pressure of 150 kPa, the data are represented as small triangles. Subsequently,
추가적으로, 100kPa 의 델타 압력에서, 데이터는 작은 "+" 들로서 표현된다. 후속하여, 라인 (610B) 은 이들 데이터 포인트들을 커브 피팅함으로써 생성되었다. 라인 (610B) 은 100kPa 의 델타 압력에 대한 밸브 전류 커맨드와 밸브 오리피스 면적 사이의 관계를 나타낸다.Additionally, at a delta pressure of 100 kPa, the data are expressed as small "+"s. Subsequently,
마지막으로, 50kPa 의 델타 압력에서, 데이터는 작은 "D" 들로서 표현된다. 후속하여, 라인 (612B) 은 이들 데이터 포인트들을 커브 피팅함으로써 생성되었다. 라인 (612B) 은 50kPa 의 델타 압력에 대한 밸브 전류 커맨드와 밸브 오리피스 면적 사이의 관계를 나타낸다.Finally, at a delta pressure of 50 kPa, the data are expressed as small "Ds". Subsequently,
도 6b 그래프로부터의 반전된 밸브 특성 (616) 데이터는 밸브를 정확하게 제어하기 위해 제어 시스템에 의해 사용될 수 있음에 유의하여야 한다. 제어 시스템은 다른 델타 압력들에서 밸브를 정확하게 제어하기 위해서 다른 델타 압력들에 대한 데이터를 생성하기 위해 보간 (interpolation) 을 이용할 수 있음에 또한 유의하여야 한다.It should be noted that the inverted valve characteristic 616 data from the FIG. 6B graph can be used by the control system to accurately control the valve. It should also be noted that the control system can use interpolation to generate data for different delta pressures to accurately control the valve at different delta pressures.
도 7a 내지 도 7d 는 도 1 로부터의 밸브들 (38C, 38D, 38E, 38F) 중 하나로서 사용될 수 있는 다양한 밸브 포지션들에서의 다른 타입의 밸브 (738) 의 단순화된 절개 도시들이다. 보다 구체적으로, 도 7a 는 완전히 폐쇄된 포지션에서의 스풀 타입 밸브 (738) 의 단순화된 측면 도시이고; 도 7b 는 폐쇄된, 베이스라인 (개방 준비) 포지션에서의 스풀 타입 밸브 (738) 의 단순화된 측면 도시이며; 도 7c 는 부분적으로 열린 포지션에서의 스풀 타입 밸브 (738) 의 단순화된 측면 도시이고; 그리고, 도 7d 는 완전히 열린 포지션에서의 스풀 타입 밸브 (738) 의 단순화된 측면 도시이다.7A-7D are simplified cutaway views of another type of
이 실시형태에서, 밸브 (738) 는 밸브 하우징 (739A), 가동 밸브 보디 (739B) (때로는 "스풀 (spool)" 로서 지칭됨), 유입 개구 (미도시), 유출 개구 (739D), 밸브 보디 (739B) 를 우측에서 좌측으로 미는 탄성 부재 (739E) (예컨대, 스프링), 및 밸브 보디 (739B) 를 좌측에서 우측으로 이동시키는 솔레노이드 (739F) 를 포함하는 스풀 타입 밸브이다.In this embodiment, the
이 단순화된 예에서, 밸브 하우징 (739A) 은 약간 중공의 실린더 형상이고, 밸브 보디 (739B) 는 디스크 형상이며, 개구들 (739D) 은 원 형상이고 밸브 하우징 (738A) 의 대향 측들 상에 위치되고 그들 사이에 밸브 보디 (739B) 가 위치된다.In this simplified example, the
업스트림 압력과 다운스트림 압력이 밸브 보디 (739B) 에 대해 직교하기 때문에, 델타 압력은 밸브 (738) 의 개방 또는 폐쇄에 영향을 미치지 않을 것임에 유의하여야 한다.It should be noted that since the upstream and downstream pressures are orthogonal to the
추가로, 도 7a 에서, 밸브 (738) 는 제어 시스템 (도 7a 에서 미도시) 이 솔레노이드 (739F) 에 전류를 보내고 있지 않을 때 완전히 폐쇄된 포지션에서 도시된다. 이 때, 밸브 보디 (739B) 는 밸브 (738) 를 닫기 위해서 유입구 및 유출구 (739D) 양자를 커버한다.Additionally, in Fig. 7A, the
도 7b 는 밸브 (738) 가 그것이 열리기 직전에 베이스라인 포지션에 있는 상태에서 도 7a 의 밸브 (738) 의 단순화된 절개도이다. 이 때, 제어 시스템 (도 7b 에서 미도시) 은 솔레노이드 (739F) 에 전류를 보내고 있다. 전류가 솔레노이드로 보내질 때, 이것은 밸브 (738) 가 열릴 준비가 된 베이스라인 포지션 (yb) 으로 밸브 보디 (739B) 를 미는 솔레노이드 포스 Fsolenoid 를 생성한다.7B is a simplified cutaway view of the
도 7c 는 밸브 (738) 가 부분적으로 열린 포지션에 있는 상태에서 도 7a 의 밸브 (738) 의 단순화된 절개도이다. 이 때, 제어 시스템 (도 7c 에서 미도시) 은 솔레노이드 (739F) 에 전류를 보내고 있다. 전류가 솔레노이드로 보내질 때, 이것은 밸브 (738) 가 부분적으로 열린 포지션 (y) 으로 밸브 보디 (739B) 를 미는 솔레노이드 포스 Fsolenoid 를 생성한다.7C is a simplified cutaway view of the
통상적으로, 솔레노이드 포스의 크기는 전류에 비례한다. 충분한 전류가 솔레노이드 (739F) 에 보내질 때, 탄성 부재 (739F) 의 스프링 프리로드 포스가 극복되고, 밸브 보디 (739B) 가 이동된다. 또한, 전류의 양은 밸브 (738) 가 얼마나 멀리 열리는지를 결정할 것이다. 일반적으로, 밸브 개구의 크기는 전류가 증가함에 따라 증가한다.Typically, the magnitude of the solenoid force is proportional to the current. When sufficient current is sent to the
도 7d 는 밸브 (738) 가 완전히 열린 포지션에 있는 상태에서 도 7a 의 밸브 (738) 의 단순화된 절개도이다.7D is a simplified cutaway view of the
이 실시형태에서, 도 7a 내지 도 7d 에서 도시된 밸브 (738) 에 대한 밸브 기계 동역학은 다음과 같이 표현될 수 있다:In this embodiment, the valve mechanical dynamics for the
식 38
식 38 및 다른 곳에서, Mv 는 밸브 보디 (739B) 의 질량이고; 는 밸브 보디 (739B) 의 가속도이며; Cv 는 스프링 마찰에 의해 야기되는 감쇠이고; 는 밸브 보디 (739B) 의 속도이고; Ks 는 탄성 부재 (739E) 의 스프링 상수이고; y0 는 프리로드 거리이며; kf 는 솔레노이드 포스 상수이고; u 는 솔레노이드에 보내지는 전류 커맨드이고; fpreload 는 탄성 부재 (739E) 의 프리-로드 포스이다.In
도 7e 는 부분적으로 열린 포지션에서의 유출구 (739D) 및 밸브 보디 (739B) 의 단순화된 도시이고, 이는 유효 오리피스 면적의 설명에 도움이 된다. 이 예에서, 이다. 추가로, 이 타입의 밸브 (738) 의 유효 오리피스 면적 (Aeff) 은 다음과 같이 계산될 수 있다:7E is a simplified illustration of the
및 식 39 And equation 39
식 40
도 8a 는 도 7a 내지 도 7d 에서 도시된 밸브에 대해 상기 공식들을 이용하여 계산된 정규화된 유효 오리피스 면적 대 정규화된 스풀 포지션을 나타내는 그래프이다. 이 예에서, 이 밸브의 밸브 특성 (814) 은 정규화된 유효 오리피스 면적 대 정규화된 스풀 포지션의 관계를 나타낸다.8A is a graph showing normalized effective orifice area versus normalized spool position calculated using the above formulas for the valve shown in FIGS. 7A-7D. In this example, the
상기 제공된 바와 같이, 특정 실시형태들에서, 밸브 특성 (814) 은 그 밸브의 제어에 후속하여 사용되는 도 8b 에서 도시된 반전된 밸브 특성 (816) 을 생성하기 위해 반전된다. 예를 들어, 도 8a 에서의 데이터는 스풀 포지션 대 정규화된 유효 오리피스 면적을 플로팅하는 도 8b 에서 도시된 반전된 밸브 특성 (816) 을 생성하기 위해 반전 (그래프의 X 및 Y 축들이 전환) 될 수 있다.As provided above, in certain embodiments, the
소정 밸브들 (예컨대, 스풀 밸브들) 은 백래시-유사 히스테리시스를 갖는다. 이들 밸브들에서, 동일한 전류 커맨드에 대해, 스풀 포지션은 이전의 커맨드 이력에 의존하여 상이할 수 있다.Certain valves (eg, spool valves) have backlash-like hysteresis. In these valves, for the same current command, the spool position can be different depending on the previous command history.
도 9a 는 스풀 밸브의 테스트 결과들을 나타내는 그래프이다. 도 9a 에서, 그래프는 스풀 포지션 대 전압을 나타낸다. 또한, 도 9b 는 스풀 밸브의 시뮬레이션된 결과들을 나타내는 그래프이다. 도 9b 에서, 그래프는 스풀 포지션 대 전류를 나타낸다. 이들 도면들은 동일한 전류 커맨드 (또는 전압 커맨드) 에 대해, 이전의 커맨드 이력에 의존하여 스풀 포지션이 상이할 수 있음을 나타낸다. 예를 들어, 도 9a 를 참조하면, 동일한 커맨드 (예컨대, 5 볼트) 에 대해, 스풀 포지션은 이전의 커맨드에 의존하여 상이할 것이다. 유사하게, 도 9b 를 참조하면, 동일한 커맨드 (예컨대, 0.5 암페어) 에 대해, 스풀 포지션은 이전의 커맨드에 의존하여 상이할 것이다.9A is a graph showing test results of a spool valve. In Fig. 9A, the graph shows the spool position versus voltage. Also, FIG. 9B is a graph showing the simulated results of the spool valve. In Figure 9B, the graph shows the spool position versus current. These figures show that for the same current command (or voltage command), the spool position may be different depending on the previous command history. For example, referring to FIG. 9A, for the same command (eg, 5 volts), the spool position will be different depending on the previous command. Similarly, referring to FIG. 9B, for the same command (eg, 0.5 amps), the spool position will be different depending on the previous command.
본원에서 제공된 바와 같이, 도 9a 를 참조하면, 이 밸브의 다른 밸브 특성 (914) 이 스풀 포지션 대 전압의 관계에 의해 표현된다. 도 9b 를 참조하면, 이 밸브의 또 다른 밸브 특성 (915) 이 스풀 포지션 대 전류의 관계에 의해 표현된다. 따라서, 본원에서 제공된 바와 같이, 스풀 밸브 비선형성들 (백래시 및 유효 오리피스 지오메트리) 이 교정되고 모델링될 수 있다. 후속하여, 그것들의 역이 스풀 밸브를 선형화하기 위해서 제어 소프트웨어에 적용될 수 있다.As provided herein, referring to FIG. 9A, another
밸브의 백래시를 계산하기 위해 이용되는 방법은 변화될 수 있다. 하나의 실시형태에서, 전류 (또는 전압) 커맨드를 제로에서 최대로 점진적으로 증가시키고 그 다음에 그것을 밸브 보디의 포지션을 모니터링하면서 제로로 점진적으로 감소시킴으로써 교정이 수행될 수 있다. 전류 (또는 전압) 커맨드 대 스풀 포지션 데이터는 후속하여 보정 맵 (compensation map) 으로서 사용된다.The method used to calculate the backlash of the valve can be varied. In one embodiment, calibration may be performed by gradually increasing the current (or voltage) command from zero to maximum and then gradually decreasing it to zero while monitoring the position of the valve body. The current (or voltage) command versus spool position data is subsequently used as a compensation map.
특정 실시형태들에서, 밸브의 베이스라인 포지션 (y0) 은 백래시를 교정하는 동안 결정될 수 있다. 베이스라인 포지션은 오리피스가 열리기 시작하는 때를 결정하기 위해 밸브의 유출 유동을 체크하면서, 전류 커맨드를 약간 증가시킴으로써 결정될 수 있다.In certain embodiments, the valve's baseline position (y 0 ) can be determined during backlash correction. The baseline position can be determined by slightly increasing the current command while checking the outflow flow of the valve to determine when the orifice begins to open.
도 10a 는 스풀 밸브의 2 가지 밸브 특성들을 나타낸다. 보다 구체적으로, 도 10a 는 (i) 제 1 밸브 특성 (1014), 예컨대, 정규화된 유효 오리피스 면적 대 정규화된 스풀 포지션을 나타내는 그래프; 및 (ii) 제 2 밸브 특성 (1015), 예컨대, 스풀 포지션 대 전류를 나타내는 그래프를 포함한다. 그래프들 (1014, 1015) 에 대한 데이터는 실험적으로 획득되거나 계산될 수 있다.10A shows two valve characteristics of a spool valve. More specifically, FIG. 10A is a graph showing (i) a first valve characteristic 1014, eg, normalized effective orifice area versus normalized spool position; And (ii) a graph showing the second valve characteristic 1015, eg, spool position versus current. Data for
상기 제공된 바와 같이, 특정 실시형태들에서, 밸브 특성들 (1014, 1015) 은, 후속하여 그 밸브의 제어에 사용되는 도 10b 에서 도시된 반전된 밸브 특성들 (1016, 1017) 을 생성하기 위해 반전된다. 예를 들어, 그래프 (1014) 로부터의 데이터는 정규화된 스풀 포지션 대 정규화된 유효 오리피스 면적을 플로팅하는 그래프 (1016) 를 생성하기 위해 반전 (그래프의 X 및 Y 축들이 전환) 된다. 또한, 그래프 (1015) 로부터의 데이터는 전류 대 스풀 포지션을 플로팅하는 그래프 (1017) 를 생성하기 위해 반전 (그래프의 X 및 Y 축들이 전환) 된다. 본원에서 제공된 바와 같이, 반전된 밸브 특성들 (1016, 1017) 은 밸브의 비선형성들에도 불구하고 밸브의 유효 오리피스 면적을 정확하게 제어하기 위해 도움이 된다.As provided above, in certain embodiments, the
반전된 밸브 특성들 (1016, 1017) 은 룩-업 테이블, 맵, 그래프들, 차트들, 또는 분석적 또는 피팅된 모델의 형태일 수 있다.
도 11 은 본 발명에 있어서 유용한 노광 장치 (1170) 를 나타내는 모식도이다. 노광 장치 (1170) 는 장치 프레임 (1172), 조명 시스템 (1182) (조사 장치), 마스크 스테이지 어셈블리 (1184), 광학 어셈블리 (1186) (렌즈 어셈블리), 플레이트 스테이지 어셈블리 (1110), 및 마스크 스테이지 어셈블리 (1184) 및 플레이트 스테이지 어셈블리 (1110) 를 제어하는 제어 시스템 (1120) 을 포함한다.11 is a schematic diagram showing an
노광 장치 (1170) 는 마스크 (1188) 로부터 워크피스 (1122) 상으로 액정 디스플레이 디바이스의 패턴 (미도시) 을 전사하는 리소그래픽 디바이스로서 특히 유용하다.The
장치 프레임 (1172) 은 강성이고, 노광 장치 (1170) 의 컴포넌트들을 지지한다. 장치 프레임 (1172) 의 설계는 노광 장치 (1170) 의 나머지에 대한 설계 요건들에 맞게 변화될 수 있다.The
조명 시스템 (1182) 은 조명 소스 (1192) 및 조명 광학 어셈블리 (1194) 를 포함한다. 조명 소스 (1192) 는 광 에너지의 빔 (광선) 을 방출한다. 조명 광학 어셈블리 (1194) 는 광 에너지의 빔을 조명 소스 (1192) 로부터 마스크 (1188) 로 가이드한다. 빔은 마스크 (1188) 의 상이한 부분들을 선택적으로 조명하고 워크피스 (1122) 를 노광한다.The
광학 어셈블리 (1186) 는 워크피스 (1122) 에 마스크 (1188) 를 통과하는 광을 투영 및/또는 포커싱한다. 노광 장치 (1170) 의 설계에 의존하여, 광학 어셈블리 (1186) 는 마스크 (1188) 상에 조명되는 이미지를 확대 또는 축소할 수 있다.The
마스크 스테이지 어셈블리 (1184) 는 광학 어셈블리 (1186) 및 워크피스 (1122) 에 대하여 마스크 (1188) 를 유지 및 포지셔닝시킨다. 유사하게, 플레이트 스테이지 어셈블리 (1110) 는 마스크 (1188) 의 조명된 부분들의 투영된 이미지에 대해 워크피스 (1122) 를 유지하고 포지셔닝시킨다.The
다수의 상이한 타입들의 리소그래픽 디바이스들이 존재한다. 예를 들어, 노광 장치 (1170) 는 마스크 (1188) 및 워크피스 (1122) 가 동기적으로 이동하면서 마스크 (1188) 로부터의 패턴을 유리 워크피스 (1122) 상에 노광하는 스캐닝 타입의 포토리소그래피 시스템으로서 사용될 수 있다. 대안적으로, 노광 장치 (1170) 는 마스크 (1188) 및 워크피스 (1122) 가 정지하는 동안 마스크 (1188) 를 노광하는 스텝-앤드-리피트 타입의 포토리소그래피 시스템일 수 있다. There are many different types of lithographic devices. For example, the
하지만, 본원에서 제공되는 노광 장치 (1170) 및 스테이지 어셈블리들의 사용은 액정 디스플레이 디바이스 제조를 위한 포토리소그래피 시스템에 한정되지 않는다. 노광 장치 (1170) 는, 예를 들어, 웨이퍼 상에 집적 회로 패턴을 노광하는 반도체 포토리소그래피 시스템 또는 박막 자기 헤드를 제조하기 위한 포토리소그래피 시스템으로서 사용될 수 있다. 추가로, 본 발명은 렌즈 어셈블리의 사용 없이 마스크 및 기판을 가깝게 위치시킴으로써 마스크 패턴을 노광하는 근접 포토리소그래피 시스템에 또한 적용될 수 있다. 추가적으로, 본원에서 제공된 본 발명은 다른 평판 디스플레이 프로세싱 장비, 엘리베이터들, 머신 툴들, 금속 절단 머신들, 검사 머신들 및 디스크 드라이브들을 포함하는 다른 디바이스들에서 사용될 수 있다.However, the use of the
상기 기술된 실시형태들에 따른 포토리소그래피 시스템은, 규정된 기계적 정확도, 전기적 정확도, 및 광학적 정확도가 유지되는 방식으로, 첨부된 청구항들에서 열거된 각 요소를 포함하는 다양한 시스템들을 어셈블링함으로써 구축될 수 있다. 다양한 정확도들을 유지하기 위해, 어셈블리 이전에 그리고 어셈블리에 이어서, 모든 광학 시스템은 그것의 광학적 정확도를 달성하기 위해서 조정된다. 유사하게, 모든 기계적 시스템 및 모든 전기적 시스템은 그것들의 각각의 기계적 및 전기적 정확도들을 달성하도록 조정된다. 각 서브시스템을 포토리소그래피 시스템 내로 어셈블링하는 프로세스는 각 서브시스템 사이의 기계적 인터페이스들, 전기적 회로 배선 접속들 및 공기 압력 배관 접속들을 포함한다. 물론, 다양한 서브시스템들로부터 포토리소그래피 시스템을 어셈블링하기 이전에 각 서브시스템이 어셈블링되는 프로세스가 또한 존재한다. 일단 포토리소그래피 시스템이 다양한 서브시스템들을 이용하여 어셈블링되고 나면, 완성된 포토리소그래피 시스템에서 정확도가 유지되도록 확실히 하기 위해 총체적인 조정이 수행된다. 추가적으로, 온도 및 청정도가 제어되는 클린 룸에서 노광 시스템을 제조하는 것이 바람직하다.A photolithographic system according to the above-described embodiments can be built by assembling various systems including each element recited in the appended claims in such a way that the specified mechanical, electrical, and optical accuracy are maintained. I can. In order to maintain various accuracies, prior to assembly and following assembly, all optical systems are adjusted to achieve their optical accuracy. Similarly, all mechanical systems and all electrical systems are tuned to achieve their respective mechanical and electrical accuracy. The process of assembling each subsystem into a photolithographic system includes mechanical interfaces, electrical circuit wiring connections, and air pressure piping connections between each subsystem. Of course, there is also a process in which each subsystem is assembled prior to assembling the photolithographic system from the various subsystems. Once the photolithography system has been assembled using the various subsystems, a total adjustment is made to ensure that accuracy is maintained in the finished photolithography system. Additionally, it is desirable to manufacture an exposure system in a clean room in which temperature and cleanliness are controlled.
또한, 디바이스는 도 12 에서 일반적으로 나타낸 프로세스에 의해 상기 설명된 시스템들을 이용하여 제조될 수 있다. 단계 1201 에서, 디바이스의 기능 및 성능 특성들이 설계된다. 다음으로, 단계 1202 에서, 패턴을 갖는 마스크 (레티클) 가 이전 설계 단계에 따라 설계되고, 병렬적 단계 1203 에서, 유리 플레이트가 만들어진다. 단계 1202 에서 설계된 마스크 패턴은 본 발명에 따른 상기 본 명세서에서 설명된 포토리소그래피 시스템에 의해 단계 1204 에서 단계 1203 으로부터의 유리 플레이트 상으로 노광된다. 단계 1205 에서, 평판 디스플레이 디바이스가 조립되고 (다이싱 프로세스, 본딩 프로세스 및 패키징 프로세스 포함), 최종적으로, 디바이스가 그 다음에 단계 1206 에서 검사된다.Further, the device can be manufactured using the systems described above by the process generally shown in FIG. 12. In
스테이지 어셈블리 (10) 의 다수의 상이한 실시형태들이 본 명세서에서 예시되고 설명되었지만, 임의의 하나의 실시형태의 하나 이상의 특징들은, 결합이 본 발명의 의도를 만족시킨다면, 다른 실시형태들 중 하나 이상의 실시형태들의 하나 이상의 특징들과 결합될 수 있음을 이해하여야 한다.While a number of different embodiments of
스테이지 어셈블리 (10) 의 다수의 예시적인 양태들 및 실시형태들이 상기 본 명세서에서 나타나고 개시되었지만, 통상의 기술자는 그것의 어떤 변형들, 치환들, 부가들 및 하위-조합들을 인식할 것이다. 따라서, 다음의 첨부된 청구항들 및 이하에서 도입되는 청구항들은 그것들의 진정한 사상 및 범위 내에 있는 것으로서 모든 이러한 변형들, 치환들, 부가들 및 하위-조합들을 포함하는 것으로 해석되는 것으로 의도되고, 본 명세서에서 나타난 구성 또는 설계들에 대해 어떤 제한들도 의도되지 아니한다.While a number of exemplary aspects and embodiments of
Claims (20)
상기 스테이지 어셈블리는,
상기 워크피스에 커플링하도록 구성되는 스테이지;
베이스;
상기 스테이지에 커플링되고 상기 스테이지를 상기 베이스에 대하여 상기 이동 축을 따라서 이동시키는 유체 액추에이터 어셈블리로서, 상기 유체 액추에이터 어셈블리는 피스톤 챔버를 정의하는 피스톤 하우징, 상기 피스톤 챔버 내에 포지셔닝되고 피스톤 축을 따라서 상기 피스톤 챔버에 대하여 이동하는 피스톤, 및 상기 피스톤 챔버 내로의 피스톤 유체의 유동을 제어하는 밸브 어셈블리를 포함하고, 상기 밸브 어셈블리는 제 1 유입 밸브 특성을 갖는 제 1 유입 밸브를 포함하는, 상기 유체 액추에이터 어셈블리; 및
상기 피스톤 챔버 내로의 상기 피스톤 유체의 상기 유동을 제어하기 위해 상기 밸브 어셈블리를 제어하는 제어 시스템으로서, 상기 제어 시스템은 상기 밸브 어셈블리를 제어하기 위해 상기 제 1 유입 밸브에 대한 적어도 두 변수들의 관계로 정의되는 상기 제 1 유입 밸브 특성의 역 (inverse) 을 이용하는, 상기 제어 시스템을 포함하고,
상기 제 1 유입 밸브 특성은 상기 제 1 유입 밸브의 실험적 테스팅에 의해 결정되는, 스테이지 어셈블리.A stage assembly for positioning a workpiece along an axis of movement,
The stage assembly,
A stage configured to couple to the workpiece;
Base;
A fluid actuator assembly coupled to the stage and moving the stage with respect to the base along the axis of movement, the fluid actuator assembly being positioned within the piston housing defining a piston chamber, and positioned in the piston chamber along the piston axis. A piston moving relative to the piston, and a valve assembly for controlling a flow of the piston fluid into the piston chamber, the valve assembly comprising a first inlet valve having a first inlet valve characteristic; And
A control system for controlling the valve assembly to control the flow of the piston fluid into the piston chamber, the control system defined as a relationship of at least two variables to the first inlet valve to control the valve assembly. The control system using an inverse of the first inlet valve characteristic to be,
The first inlet valve characteristic is determined by experimental testing of the first inlet valve.
상기 피스톤은 상기 피스톤 챔버를 상기 피스톤의 대향 편들에 있는 제 1 챔버 및 제 2 챔버로 분리하고; 상기 밸브 어셈블리는 상기 제 1 챔버 및 상기 제 2 챔버 내로의 상기 피스톤 유체의 상기 유동을 제어하는, 스테이지 어셈블리.The method of claim 1,
The piston separates the piston chamber into a first chamber and a second chamber on opposite sides of the piston; Wherein the valve assembly controls the flow of the piston fluid into the first chamber and the second chamber.
상기 밸브 어셈블리는 상기 제 1 챔버 및 상기 제 2 챔버 밖으로의 상기 피스톤 유체의 유동을 제어하는, 스테이지 어셈블리.The method of claim 2,
The valve assembly controls the flow of the piston fluid out of the first chamber and the second chamber.
상기 밸브 어셈블리는 (i) 상기 제 1 챔버 내로의 상기 피스톤 유체의 상기 유동을 제어하는 상기 제 1 유입 밸브; (ii) 상기 제 1 챔버 밖으로의 상기 피스톤 유체의 상기 유동을 제어하는 제 1 유출 밸브; (iii) 상기 제 2 챔버 내로의 상기 피스톤 유체의 상기 유동을 제어하는 제 2 유입 밸브; 및 (iv) 상기 제 2 챔버 밖으로의 상기 피스톤 유체의 상기 유동을 제어하는 제 2 유출 밸브를 포함하는, 스테이지 어셈블리.The method of claim 3,
The valve assembly comprises: (i) the first inlet valve for controlling the flow of the piston fluid into the first chamber; (ii) a first outlet valve that controls the flow of the piston fluid out of the first chamber; (iii) a second inlet valve for controlling the flow of the piston fluid into the second chamber; And (iv) a second outlet valve that controls the flow of the piston fluid out of the second chamber.
상기 제 1 유출 밸브는 제 1 유출 밸브 특성을 가지고, 상기 제 2 유입 밸브는 제 2 유입 밸브 특성을 가지며, 상기 제 2 유출 밸브는 제 2 유출 밸브 특성을 가지고; 상기 제어 시스템은 또한, 상기 밸브 어셈블리를 제어하기 위해 상기 제 1 유출 밸브에 대한 적어도 두 변수들의 관계로 정의되는 상기 제 1 유출 밸브 특성의 역, 상기 제 2 유입 밸브에 대한 적어도 두 변수들의 관계로 정의되는 상기 제 2 유입 밸브 특성의 역, 및 상기 제 2 유출 밸브에 대한 적어도 두 변수들의 관계로 정의되는 상기 제 2 유출 밸브 특성의 역을 이용하는, 스테이지 어셈블리.The method of claim 4,
The first outlet valve has a first outlet valve characteristic, the second inlet valve has a second inlet valve characteristic, and the second outlet valve has a second outlet valve characteristic; The control system is also further configured to control the valve assembly with an inverse of the first outlet valve characteristic, defined as a relationship of at least two variables for the first outlet valve, with a relationship of at least two variables for the second inlet valve A stage assembly using an inverse of the second inlet valve characteristic defined, and an inverse of the second outlet valve characteristic defined by a relationship of at least two variables to the second outlet valve.
상기 제 1 유출 밸브 특성은 상기 제 1 유출 밸브의 실험적 테스팅을 이용하여 결정되며, 상기 제 2 유입 밸브 특성은 상기 제 2 유입 밸브의 실험적 테스팅을 이용하여 결정되고, 상기 제 2 유출 밸브 특성은 상기 제 2 유출 밸브의 실험적 테스팅을 이용하여 결정되는, 스테이지 어셈블리.The method of claim 4,
The first outlet valve characteristic is determined using experimental testing of the first outlet valve, the second inlet valve characteristic is determined using experimental testing of the second inlet valve, and the second outlet valve characteristic is the Stage assembly as determined using experimental testing of the second outlet valve.
상기 제 1 유입 밸브 특성은 상기 제 1 유입 밸브에 대한 전류 커맨드와 유효 오리피스 면적 사이의 관계인, 스테이지 어셈블리.The method of claim 1,
Wherein the first inlet valve characteristic is a relationship between an effective orifice area and a current command for the first inlet valve.
상기 제 1 유입 밸브 특성은 상기 제 1 유입 밸브에 대한 전류 커맨드와 밸브 포지션 사이의 관계인, 스테이지 어셈블리.The method of claim 1,
Wherein the first inlet valve characteristic is a relationship between a current command for the first inlet valve and a valve position.
상기 제 1 유입 밸브 특성은 상기 제 1 유입 밸브에 대한 유효 오리피스 면적과 밸브 포지션 사이의 관계인, 스테이지 어셈블리.The method of claim 1,
Wherein the first inlet valve characteristic is a relationship between a valve position and an effective orifice area for the first inlet valve.
기판을 제공하는 단계 및 제 11 항에 기재된 상기 노광 장치로 상기 기판에 이미지를 형성하는 단계를 포함하는, 디바이스를 제조하기 위한 프로세스.As a process for manufacturing a device,
A process for manufacturing a device comprising providing a substrate and forming an image on the substrate with the exposure apparatus according to claim 11.
상기 방법은,
베이스를 제공하는 단계;
상기 워크피스를 스테이지에 커플링하는 단계;
피스톤 챔버를 정의하는 피스톤 하우징, 상기 피스톤 챔버 내에 포지셔닝되고 피스톤 축을 따라서 상기 피스톤 챔버에 대하여 이동하는 피스톤, 및 상기 피스톤 챔버 내로의 피스톤 유체의 유동을 제어하는 밸브 어셈블리로서 상기 밸브 어셈블리는 제 1 유입 밸브 특성을 갖는 제 1 유입 밸브를 포함하는 상기 밸브 어셈블리를 포함하는 유체 액추에이터 어셈블리로, 상기 이동 축을 따라서 상기 베이스에 대하여 상기 스테이지를 이동시키는 단계; 및
상기 피스톤 챔버 내로의 상기 피스톤 유체의 상기 유동을 제어하기 위해 제어 시스템으로 상기 밸브 어셈블리를 제어하는 단계로서, 상기 제어 시스템은 상기 밸브 어셈블리를 제어하기 위해 상기 제 1 유입 밸브에 대한 적어도 두 변수들의 관계로 정의되는 상기 제 1 유입 밸브 특성의 역 (inverse) 을 이용하는, 상기 밸브 어셈블리를 제어하는 단계를 포함하고,
상기 제 1 유입 밸브의 실험적 테스팅을 이용하여 상기 제 1 유입 밸브 특성을 결정하는 단계를 더 포함하는, 이동 축을 따라 워크피스를 포지셔닝시키기 위한 방법.A method for positioning a workpiece along an axis of movement, comprising:
The above method,
Providing a base;
Coupling the workpiece to the stage;
A piston housing defining a piston chamber, a piston positioned within the piston chamber and moving relative to the piston chamber along a piston axis, and a valve assembly for controlling the flow of a piston fluid into the piston chamber, the valve assembly comprising a first inlet valve A fluid actuator assembly comprising the valve assembly comprising a first inlet valve having a characteristic, moving the stage with respect to the base along the moving axis; And
Controlling the valve assembly with a control system to control the flow of the piston fluid into the piston chamber, the control system comprising a relationship of at least two variables to the first inlet valve to control the valve assembly Controlling the valve assembly using an inverse of the first inlet valve characteristic defined as,
And determining the first inlet valve characteristic using experimental testing of the first inlet valve. 2. A method for positioning a workpiece along an axis of movement.
상기 스테이지를 이동시키는 단계는 상기 피스톤이 상기 피스톤 챔버를 상기 피스톤의 대향 편들에 있는 제 1 챔버 및 제 2 챔버로 분리하는 것, 및 상기 밸브 어셈블리가 상기 제 1 챔버 내로의 그리고 상기 제 2 챔버 내로의 상기 피스톤 유체의 상기 유동을 제어하는 것을 포함하는, 이동 축을 따라 워크피스를 포지셔닝시키기 위한 방법.The method of claim 13,
The step of moving the stage comprises the piston separating the piston chamber into a first chamber and a second chamber on opposite sides of the piston, and the valve assembly into the first chamber and into the second chamber. A method for positioning a workpiece along an axis of movement comprising controlling the flow of the piston fluid of.
상기 스테이지를 이동시키는 단계는 상기 밸브 어셈블리가 상기 제 1 챔버 밖으로의 그리고 상기 제 2 챔버 밖으로의 상기 피스톤 유체의 유동을 제어하는 것을 포함하는, 이동 축을 따라 워크피스를 포지셔닝시키기 위한 방법.The method of claim 14,
Wherein the step of moving the stage includes the valve assembly controlling the flow of the piston fluid out of the first chamber and out of the second chamber.
상기 스테이지를 이동시키는 단계는, 상기 밸브 어셈블리가 (i) 상기 제 1 챔버 내로의 상기 피스톤 유체의 상기 유동을 제어하는 상기 제 1 유입 밸브; (ii) 상기 제 1 챔버 밖으로의 상기 피스톤 유체의 상기 유동을 제어하는 제 1 유출 밸브; (iii) 상기 제 2 챔버 내로의 상기 피스톤 유체의 상기 유동을 제어하는 제 2 유입 밸브; 및 (iv) 상기 제 2 챔버 밖으로의 상기 피스톤 유체의 상기 유동을 제어하는 제 2 유출 밸브를 포함하는 것을 추가로 포함하는, 이동 축을 따라 워크피스를 포지셔닝시키기 위한 방법.The method of claim 15,
The step of moving the stage comprises: (i) the first inlet valve for controlling the flow of the piston fluid into the first chamber; (ii) a first outlet valve that controls the flow of the piston fluid out of the first chamber; (iii) a second inlet valve for controlling the flow of the piston fluid into the second chamber; And (iv) a second outlet valve that controls the flow of the piston fluid out of the second chamber. 2. A method for positioning a workpiece along an axis of movement.
상기 스테이지를 이동시키는 단계는, 상기 제 1 유출 밸브가 제 1 유출 밸브 특성을 갖는 것, 상기 제 2 유입 밸브가 제 2 유입 밸브 특성을 갖는 것, 및 상기 제 2 유출 밸브가 제 2 유출 밸브 특성을 갖는 것을 추가로 포함하고; 상기 밸브 어셈블리를 제어하는 단계는, 상기 제어 시스템이 상기 제 1 유출 밸브에 대한 적어도 두 변수들의 관계로 정의되는 상기 제 1 유출 밸브 특성의 역, 상기 제 2 유입 밸브에 대한 적어도 두 변수들의 관계로 정의되는 상기 제 2 유입 밸브 특성의 역, 및 상기 제 2 유출 밸브에 대한 적어도 두 변수들의 관계로 정의되는 상기 제 2 유출 밸브 특성의 역을 또한 이용함으로써 상기 밸브 어셈블리를 제어하는 것을 포함하는, 이동 축을 따라 워크피스를 포지셔닝시키기 위한 방법.The method of claim 16,
The step of moving the stage includes the first outlet valve having a first outlet valve characteristic, the second inlet valve having a second inlet valve characteristic, and the second outlet valve having a second outlet valve characteristic Further comprising having; The step of controlling the valve assembly, wherein the control system is an inverse of the first outlet valve characteristic defined by the relationship of at least two variables with respect to the first outlet valve, with a relationship between the at least two variables with respect to the second inlet valve Controlling the valve assembly by also using an inverse of the second inlet valve characteristic defined, and an inverse of the second outlet valve characteristic defined as a relationship of at least two variables for the second outlet valve. Method for positioning the workpiece along an axis.
상기 제 1 유출 밸브의 실험적 테스팅을 이용하여 상기 제 1 유출 밸브 특성을 결정하는 단계; 상기 제 2 유입 밸브의 실험적 테스팅을 이용하여 상기 제 2 유입 밸브 특성을 결정하는 단계; 및 상기 제 2 유출 밸브의 실험적 테스팅을 이용하여 상기 제 2 유출 밸브 특성을 결정하는 단계를 더 포함하는, 이동 축을 따라 워크피스를 포지셔닝시키기 위한 방법.The method of claim 16,
Determining the first outlet valve characteristics using experimental testing of the first outlet valve; Determining the characteristics of the second inlet valve using experimental testing of the second inlet valve; And determining the second outlet valve characteristics using experimental testing of the second outlet valve. 2. A method for positioning a workpiece along an axis of movement.
상기 스테이지를 이동시키는 단계는, 상기 제 1 유입 밸브 특성이 (i) 상기 제 1 유입 밸브에 대한 전류 커맨드와 유효 오리피스 면적 사이의 관계, (ii) 상기 제 1 유입 밸브에 대한 전류 커맨드와 밸브 포지션 사이의 관계, 및 (iii) 상기 제 1 유입 밸브에 대한 유효 오리피스 면적과 밸브 포지션 사이의 관계 중 하나인 것을 포함하는, 이동 축을 따라 워크피스를 포지셔닝시키기 위한 방법.The method of claim 13,
The step of moving the stage may include: (i) a relationship between a current command for the first inlet valve and an effective orifice area, and (ii) a current command for the first inlet valve and a valve position. A relationship between, and (iii) a relationship between the valve position and the effective orifice area for the first inlet valve. 2. A method for positioning a workpiece along an axis of movement.
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Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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---|---|---|---|---|
US5385041A (en) * | 1992-08-12 | 1995-01-31 | Gemcor Engineering Corporation | Piston rod stabilizing device for a riveting apparatus ram assembly |
DE19523645A1 (en) * | 1995-06-29 | 1997-01-02 | Stihl Maschf Andreas | Valve for aerating and ventilating vehicle fuel tank of hand-held work tools |
JPH09144705A (en) * | 1995-11-27 | 1997-06-03 | Nippon Kuatsu Syst Kk | Negative pneumatic pressure servo unit |
US6289259B1 (en) * | 1998-10-16 | 2001-09-11 | Husky Injection Molding Systems Ltd. | Intelligent hydraulic manifold used in an injection molding machine |
TWI284785B (en) * | 2002-04-24 | 2007-08-01 | Nikon Corp | Exposure system and device manufacturing method |
US7021191B2 (en) * | 2003-01-24 | 2006-04-04 | Viking Technologies, L.C. | Accurate fluid operated cylinder positioning system |
CN101158365A (en) * | 2007-11-13 | 2008-04-09 | 辽宁鑫宇装备自动化有限公司 | Direct driving type volume servo control power installation |
US8375989B2 (en) * | 2009-10-22 | 2013-02-19 | Eaton Corporation | Method of operating a control valve assembly for a hydraulic system |
JP5460764B2 (en) * | 2012-02-29 | 2014-04-02 | 富士重工業株式会社 | Range switching device |
JP5978985B2 (en) * | 2012-12-26 | 2016-08-24 | コベルコ建機株式会社 | Hydraulic control device and construction machine equipped with the same |
CN203373716U (en) * | 2013-06-26 | 2014-01-01 | 上海利策海洋工程技术有限公司 | Self-installation suction pile type movable platform structure |
CN103481093B (en) * | 2013-09-13 | 2015-09-09 | 中联重科股份有限公司 | A kind of organisation of working of workpiece and system of processing |
CN103738882B (en) * | 2014-01-24 | 2016-01-06 | 长安大学 | A kind of space orientation platform |
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CN205207305U (en) * | 2015-12-04 | 2016-05-04 | 上海创力集团股份有限公司 | Entry driving machine hydraulic actuating system |
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Patent Citations (1)
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---|---|---|---|---|
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