KR102524277B1 - Active damping device - Google Patents
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Abstract
능동형 제진장치(A)는, 탑재물(S)의 위치를 결정하는 스테이지(4)와, 스테이지(4)를 지지하는 제진대(1)와, 제진대(1)에 대하여, 그 진동을 억제하는 제어력을 부여하는 서보 밸브(24)와, 스테이지(4)의 이동 제어에 관한 정보에 기초한 스테이지 상태 신호를 사전에 취득하는 스테이지정보 취득부(6d)와, 그 스테이지 상태 신호에서 공진 주파수 성분을 제거하는 공진 억제부(6f)와, 공진 주파수 성분이 제거된 스테이지 상태 신호에 기초하여, 스테이지(4)의 이동에 수반하여 제진대(1)에 발생하는 진동에 상응하는 제어력이 되도록 서보 밸브(24)를 피드포워드 제어하는 제진FF 제어부(6e)를 구비한다.An active damping device (A) suppresses the vibration of a stage (4) for determining the position of a mounted object (S), a vibration isolation table (1) supporting the stage (4), and the vibration isolation table (1). a servo valve 24 that provides a control force for controlling the movement of the stage 4; a stage information acquisition unit 6d that acquires in advance a stage state signal based on information related to movement control of the stage 4; and a resonant frequency component from the stage state signal The servo valve ( 24) is provided with a damping FF controller 6e that feed-forward controls.
Description
여기에 개시하는 기술은 능동형 제진(除振)장치에 관한 것이다.The technology disclosed herein relates to an active damping device.
종래, 반도체나 액정패널 등, 각종 정밀기기 제조장치에서는 정확하면서 고속으로 위치 결정을 실현하기 위하여, 그 제조 대상을 가동식 스테이지 위에 탑재하는 것이 널리 알려져 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조).[0003] Conventionally, in manufacturing apparatuses for various precision instruments such as semiconductors and liquid crystal panels, it is widely known to mount an object to be manufactured on a movable stage in order to realize accurate and high-speed positioning (see Patent Document 1, for example).
일반적으로, 스테이지 위의 탑재물은 제조 도중의 정밀기기이므로 진동을 꺼린다. 그래서, 상기 특허문헌 1에는, 바닥으로부터의 진동 전달을 가능한 한 억제하기 위하여 능동형 제진장치를 이용하는 것이 개시되어 있다.In general, the payload on the stage is a precision instrument during manufacturing, so vibration is avoided. Therefore, Patent Document 1 discloses using an active damping device in order to suppress transmission of vibration from the floor as much as possible.
구체적으로, 상기 특허문헌 1에는, 가동식 스테이지(이동물)와, 그 스테이지를 지지하는 제진대(정반)와, 이 제진대에 대하여 제진대의 진동을 억제하는 제어력을 부여하는 액추에이터(서보 밸브)와, 제진대에 설치된 진동센서(가속도센서)를 구비한 능동형 제진장치가 기재되어 있다. 이 능동형 제진장치는, 진동센서로부터의 신호에 기초하여 액추에이터를 피드백 제어하도록 구성되어 있다.Specifically, in Patent Document 1, a movable stage (moving object), a vibration isolation table (tablen) supporting the stage, and an actuator (servo valve) that imparts a control force to the vibration isolation table to suppress vibration of the vibration isolation table and an active vibration isolation device having a vibration sensor (acceleration sensor) installed on a vibration isolation table. This active damping device is configured to feedback-control the actuator based on a signal from the vibration sensor.
또한, 바닥으로부터 전달되는 진동뿐만 아니라, 스테이지의 이동에 수반하여 발생하는 진동도 억제하기 위하여, 상기와 같은 피드백 제어와 더불어, 제진대에 대하여 피드 포워드(Feed Forward) 제어도 실시하는 것도 알려져 있다.It is also known that in addition to the feedback control described above, feed forward control is also performed on the vibration isolation table in order to suppress not only the vibration transmitted from the floor but also the vibration generated along with the movement of the stage.
구체적으로, 상기 특허문헌 1에 기재된 능동형 제진장치는, 스테이지의 이동 제어를 실시할 때, 그 이동 제어에 관한 정보(스테이지 제어 정보)에 기초하여 스테이지 위치 및 가속도를 사전에 추정한다. 그리고, 이 능동형 제진장치는, 사전의 추정 결과에 기초한 피드포워드 제어를 실시한다. 이로써, 제진대에 대한 피드포워드 제어를 빠른 타이밍으로 실행할 수 있게 된다.Specifically, in the active damping device disclosed in Patent Document 1, when performing stage movement control, the stage position and acceleration are estimated in advance based on information related to the movement control (stage control information). Then, this active damping device performs feed-forward control based on the pre-estimation result. In this way, it is possible to perform feedforward control of the vibration isolation table at a quick timing.
그런데, 상기 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 제진대에 의해 가동식 스테이지를 지지한 경우, 제진대와 스테이지 사이의 진동이나, 스테이지와 탑재물 사이의 진동 등이 공진에 이를 가능성이 있다. 이러한 공진은, 그것이 실제로 발생하기 전에 미연에 억제하는 것이 요구된다.However, as described in Patent Literature 1, when a movable stage is supported by a vibration isolation table, there is a possibility that vibration between the vibration isolation table and the stage, vibration between the stage and a mounted object, or the like may lead to resonance. Such resonance is required to be suppressed in advance before it actually occurs.
또한 일반적으로, 상기 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같은 가동식 스테이지에서는, 그 스테이지에 발생하는 진동을 억제하기 위하여, 제진대에 대한 피드포워드 제어와는 별도로, 스테이지 자체에 대하여 피드포워드 제어(이른바 스테이지 FF 제어)를 실시하는 것도 알려져 있다.Further, in general, in a movable stage as described in Patent Document 1, in order to suppress vibration generated in the stage, feedforward control is performed for the stage itself (so-called stage), apart from feedforward control for the vibration isolation table. FF control) is also known.
따라서, 스테이지 FF 제어를 이루는 제어 루프 중에, 스테이지에 관련된 공진을 유발하는 주파수 성분(본 명세서에서는, 그러한 주파수 성분을 "공진 주파수 성분"으로 호칭함)을 제거하기 위한, 노치 필터 등의 디지털 필터를 개재시키는 것을 생각할 수 있다. 이 경우, 예를 들어 스테이지에 관련된 피드포워드 신호에서 공진 주파수 성분을 제거함으로써, 공진의 발생을 미연에 억제할 수 있을 것으로 생각된다.Therefore, in the control loop constituting the stage FF control, a digital filter such as a notch filter is provided to remove a frequency component that causes resonance related to the stage (in this specification, such a frequency component is referred to as a "resonant frequency component"). You can think of intervening. In this case, it is considered that the occurrence of resonance can be suppressed beforehand by, for example, removing the resonance frequency component from the feed forward signal related to the stage.
그러나 일반적으로, 디지털 필터를 투과시킨 디지털 신호에는, 위상의 지연이 발생해버린다. 이는, 스테이지 FF 제어에 시간적 지연을 초래하게 되므로, 스테이지의 응답성 등을 확보하는 데 있어서 부적합하다.However, in general, a phase delay occurs in a digital signal transmitted through a digital filter. Since this causes a time delay in stage FF control, it is unsuitable for securing the responsiveness of the stage and the like.
또한, 단순히 노치 필터를 투과시키는 것만으로는, 공진 주파수 성분을 제거한 양만큼, 디지털 신호의 게인이 부족해질 가능성도 있다. 이는, 상술한 스테이지 FF 제어 등, 스테이지의 이동 제어 성능(특히, 스테이지에 부여하는 추력·가속도의 확보)의 관점에서는 부적합하다. 이에 대하여, 가령, 디지털 신호 게인을 보완하기 위한 신호 처리를 추가시켜버리면, 위상의 지연이 한층 더 현저한 것이 되므로 바람직하지 않다.In addition, there is a possibility that the gain of the digital signal becomes insufficient by the amount by which the resonant frequency component is removed simply by passing through the notch filter. This is unsuitable from the viewpoint of stage movement control performance (in particular, securing of thrust and acceleration applied to the stage), such as the stage FF control described above. On the other hand, adding signal processing for supplementing the digital signal gain, for example, is undesirable because phase delay becomes even more remarkable.
여기에 개시하는 기술은, 이러한 점을 감안하며 이루어진 것이고, 그 목적으로 하는 바는, 가동식 스테이지를 구비한 능동형 제진장치에서, 시간적 지연을 초래하는 일 없이, 스테이지에 관련된 공진의 발생을 억제하는 데 있다.The technology disclosed herein was made in view of these points, and its object is to suppress the occurrence of stage-related resonance without causing time delay in an active damping device provided with a movable stage. there is.
본원 발명자들은, 예의 검토를 거듭한 결과, 스테이지측 제어 루프와, 제진대측 제어 루프가 상호 독립되어 있는 점과, 상기 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 스테이지의 이동 제어보다 빠른 타이밍으로 제진대를 제어 가능한 점에 착안하여, 본 개시를 찾아내기에 이르렀다.As a result of repeated intensive studies, the present inventors have found that the stage-side control loop and the damping table-side control loop are mutually independent, and, as described in Patent Literature 1 above, control is performed at a faster timing than stage movement control. I paid attention to the fact that it was controllable, and came to discover this indication.
구체적으로, 여기에 개시하는 기술은 능동형 제진장치에 관한 것이다. 이 능동형 제진장치는, 추력을 받아 이동함으로써, 탑재물의 위치를 결정하는 스테이지와, 상기 스테이지에 추력을 부여하는 제 1 액추에이터와, 상기 제 1 액추에이터로 제어 신호를 입력함으로써, 당해 제어 신호에 따른 추력을 발생시키는 제 1 제어부와, 상기 스테이지를 지지하는 제진대와, 상기 제진대에 대하여, 그 진동을 억제하는 제어력을 부여하는 제 2 액추에이터와, 상기 제 1 제어부가 상기 제 1 액추에이터를 개재하고 상기 스테이지를 이동시킬 때, 그 이동 제어에 관한 정보에 기초한 스테이지 상태 신호를 사전에 취득하는 스테이지정보 취득부와, 상기 스테이지정보 취득부에 의해 취득된 스테이지 상태 신호가 입력됨과 더불어, 당해 스테이지 상태 신호로부터, 상기 스테이지에 관한 공진의 공진 주파수 성분을 제거하도록 구성된 공진 억제부와, 상기 공진 억제부에 의해 상기 공진 주파수 성분이 제거된 스테이지 상태 신호에 기초하여, 상기 스테이지의 이동에 수반하여 상기 제진대에 발생하는 진동에 상응하는 제어력이 되도록, 상기 제 2 액추에이터를 피드포워드 제어하는 제 2 제어부를 구비한다.Specifically, the technology disclosed herein relates to an active damping device. This active damping device includes a stage for determining the position of a mounted object by receiving thrust and moving, a first actuator for applying thrust to the stage, and a thrust according to the control signal by inputting a control signal to the first actuator. A first control unit that generates a vibration isolation table supporting the stage, a second actuator that applies a control force to suppress the vibration of the vibration isolation table, and the first control unit via the first actuator When the stage is moved, a stage information acquisition unit that acquires in advance a stage state signal based on the movement control-related information, and the stage state signal acquired by the stage information acquisition unit is input, and from the stage state signal , a resonance suppression unit configured to remove a resonance frequency component of resonance with respect to the stage, and the vibration isolation table is moved along with the movement of the stage based on a stage state signal from which the resonance frequency component has been removed by the resonance suppression unit. and a second control unit that feed-forward controls the second actuator so that a control force corresponding to the generated vibration is provided.
여기서, 스테이지 상태 신호는, 스테이지에 부여되는 가속도나 추력 등, 스테이지의 공진과 직접적으로 관련된 물리량을 나타내는 신호로 하여도 되고, 이러한 가속도나 추력을 연산 가능한 스테이지의 위치 등, 스테이지의 공진과 간접적으로 관련된 물리량을 나타내는 신호로 하여도 된다.Here, the stage state signal may be a signal representing a physical quantity directly related to the resonance of the stage, such as acceleration or thrust applied to the stage, or indirectly related to the resonance of the stage, such as the position of the stage where such acceleration or thrust can be calculated. It may be used as a signal representing a related physical quantity.
또한, "스테이지에 관한 공진"이란, 예를 들어, 스테이지 이동에 수반하여 발생하는 공진으로 하여도 되고, 제 2 액추에이터로부터 제진대에 부여되는 제어력이 스테이지에 전달된 결과 발생하는 공진으로 하여도 된다. "스테이지에 관련된 공진"이라는 말도 마찬가지의 의미로 사용한다.Further, "resonance related to the stage" may be, for example, resonance that occurs with stage movement, or may be resonance that occurs as a result of transmission of a control force applied to the vibration isolation table from the second actuator to the stage. . The term "resonance related to the stage" is used in the same sense.
상기 구성에 따르면, 스테이지정보 취득부는, 스테이지 상태 신호를 사전에 취득한다. 공진 억제부는, 사전에 취득된 스테이지 상태 신호에서 공진 주파수 성분을 제거한 후, 제 2 제어부로 출력한다. 제 2 제어부는, 그렇게 하여 입력된 신호를 이용함으로써, 제 2 액추에이터를 피드포워드 제어한다.According to the above configuration, the stage information acquisition unit acquires the stage state signal in advance. The resonance suppression unit removes the resonance frequency component from the stage state signal obtained in advance, and then outputs it to the second control unit. The second controller performs feedforward control of the second actuator by using the thus inputted signal.
이로써, 스테이지 상태 신호에서 공진 주파수 성분을 제거한 결과, 이 신호에 위상의 지연이 발생하였다 하더라도, 그에 기인한 시간적 지연은, 스테이지 상태 신호를 사전 타이밍에 취득함으로써 감쇄된다. 이로써, 시간적 지연을 초래하는 일 없이, 스테이지에 관련된 공진의 발생을 억제할 수 있다.As a result, even if a phase delay occurs in the stage state signal as a result of removing the resonant frequency component from the stage state signal, the resulting temporal delay is attenuated by obtaining the stage state signal at an advance timing. Thereby, generation of resonance related to the stage can be suppressed without causing a time delay.
전술한 바와 같이, 스테이지측 제어 루프와, 제진대측 제어 루프는 상호 독립되므로, 제진대측 제어 루프에서 공진 주파수 성분을 제거하였다 하더라도, 스테이지측에서는 위상의 지연은 발생하지 않는다. 이는, 스테이지에 대하여 이루어지는 이동 제어의 성능을 확보하는 데 있어서 유효하다.As described above, since the stage-side control loop and the damping table-side control loop are independent of each other, even if the resonance frequency component is removed in the damping table-side control loop, no phase delay occurs on the stage side. This is effective in securing the performance of the movement control performed with respect to the stage.
또한, 상기 구성에 의하면, 공진 주파수 성분이 제거된 스테이지 상태 신호에 대하여, 이 신호의 게인을 보완하기 위한 신호 처리를 추가하였다 하더라도, 상기와 마찬가지의 사정으로, 그에 기인한 시간적 지연이 감쇄되어, 제진대의 피드포워드 제어를 조기에 실시할 수 있게 된다. 그 결과, 스테이지의 이동 제어뿐만 아니라, 제진대에 대하여 이루어지는 피드포워드 제어의 성능을 확보하는 데 있어서도 유리해진다.Further, according to the above configuration, even if signal processing for supplementing the gain of this signal is added to the stage state signal from which the resonant frequency component has been removed, the temporal delay caused by it is attenuated due to the same circumstances as above, It becomes possible to carry out the feed forward control of the vibration isolation table at an early stage. As a result, it is advantageous not only for controlling the movement of the stage but also for ensuring the performance of the feedforward control performed with respect to the vibration isolation table.
또한, 상기 스테이지정보 취득부는, 상기 스테이지 상태 신호로서, 상기 스테이지에 부여되는 가속도를 나타내는 가속도 지령값을 사전에 추정함과 더불어, 상기 공진 억제부는, 상기 가속도 지령값에서 상기 공진 주파수 성분을 제거하도록 구성되어도 된다.In addition, the stage information acquisition unit preliminarily estimates an acceleration command value representing the acceleration applied to the stage as the stage state signal, and the resonance suppression unit removes the resonance frequency component from the acceleration command value. may be configured.
상기 구성에 의하면, 가속도 지령값에서 공진 주파수 성분을 제거함으로써, 스테이지에 관련된 공진(스테이지에 관한 공진)이 유발되지 않도록 할 수 있다.According to the above configuration, resonance related to the stage (resonance with respect to the stage) can be prevented from being induced by removing the resonance frequency component from the acceleration command value.
또한, 상기 스테이지정보 취득부는, 상기 스테이지 상태 신호로서, 상기 스테이지에 부여되는 추력을 나타내는 추력 지령값을 사전에 추정함과 더불어, 상기 공진 억제부는, 상기 추력 지령값에서 상기 공진 주파수 성분을 제거하도록 구성되어도 된다.In addition, the stage information acquisition unit preliminarily estimates a thrust command value representing thrust applied to the stage as the stage state signal, and the resonance suppression unit removes the resonance frequency component from the thrust command value. may be configured.
상기 구성에 의하면, 추력 지령값에서 공진 주파수 성분을 제거함으로써, 스테이지에 관련된 공진이 유발되지 않도록 할 수 있다.According to the above configuration, by removing the resonance frequency component from the thrust command value, it is possible to prevent the resonance related to the stage from being induced.
또한, 상기 공진 억제부는, 상기 공진 주파수 성분의 제거에 전후하여, 상기 스테이지 상태 신호의 게인을 증대시켜도 된다.Further, the resonance suppression unit may increase the gain of the stage state signal before and after removing the resonance frequency component.
이 구성에 의하면, 공진 주파수 성분이 제거된 후, 또는, 제거되기 전의 스테이지 상태 신호에 대하여, 이 신호의 게인을 보완한다. 이로써, 제진대에서의 피드포워드 제어의 성능을 확보하는 데 있어서 유리해진다.According to this configuration, the gain of the stage state signal is compensated for after or before the resonance frequency component is removed. This becomes advantageous in ensuring the performance of feedforward control in the vibration isolation table.
또한, 여기에 개시하는 그 밖의 기술은, 능동형 제진장치에 관한 것이다. 이 능동형 제진장치는, 추력을 받아 이동함으로써, 탑재물의 위치를 결정하는 스테이지와, 상기 스테이지에 추력을 부여하는 제 1 액추에이터와, 상기 제 1 액추에이터로 제어 신호를 입력함으로써, 당해 제어 신호에 따른 추력을 발생시키는 제 1 제어부와, 상기 스테이지를 지지하는 제진대와, 상기 제진대에 대하여, 그 진동을 억제하는 제어력을 부여하는 제 2 액추에이터와, 상기 제 1 제어부가 상기 제 1 액추에이터를 개재하고 상기 스테이지를 이동시킬 때, 그 이동 제어에 관한 정보에 기초한 스테이지 상태 신호를 사전에 취득하는 스테이지정보 취득부와, 상기 스테이지정보 취득부에 의해 취득된 스테이지 상태 신호에 기초하여, 상기 스테이지의 이동에 수반하여 상기 제진대에 발생하는 진동에 상응하는 제어력이 되도록, 상기 제 2 액추에이터를 피드포워드 제어하기 위한 피드포워드 신호를 출력하는 제 2 제어부와, 상기 제 2 제어부로부터 출력된 피드포워드 신호가 입력됨과 더불어, 당해 피드포워드 신호로부터 상기 스테이지에 관한 공진의 공진 주파수 성분을 제거한 후에 상기 제 2 액추에이터로 출력하도록 구성된 공진 억제부를 구비한다.In addition, other technologies disclosed herein relate to active damping devices. This active damping device includes a stage for determining the position of a mounted object by receiving thrust and moving, a first actuator for applying thrust to the stage, and a thrust according to the control signal by inputting a control signal to the first actuator. A first control unit that generates a vibration isolation table supporting the stage, a second actuator that applies a control force to suppress the vibration of the vibration isolation table, and the first control unit via the first actuator When a stage is moved, a stage information acquisition unit that acquires in advance a stage state signal based on information related to the movement control; A second control unit outputting a feed forward signal for feed forward controlling the second actuator so that the control force corresponding to the vibration generated in the vibration isolation table is input, and the feed forward signal output from the second control unit is input. , a resonance suppression unit configured to remove a resonance frequency component of a resonance related to the stage from the feedforward signal and output it to the second actuator.
상기 구성에 의하면, 스테이지정보 취득부는, 스테이지 상태 신호를 사전에 취득하여 제 2 제어부로 출력한다. 제 2 제어부는, 그렇게 하여 입력된 신호에 기초하여 피드포워드 신호를 출력한다.According to the above configuration, the stage information acquisition unit acquires the stage state signal in advance and outputs it to the second control unit. The second control unit outputs a feed forward signal based on the thus input signal.
이로써, 피드포워드 신호에서 공진 주파수 성분을 제거한 결과, 이 신호에 위상의 지연이 발생하였다 하더라도, 그러한 위상의 지연에 기인한 시간적 지연은, 스테이지정보 취득부가 스테이지 상태 신호를 사전 타이밍에 취득함으로써 감쇄된다. 이로써, 시간적 지연을 초래하는 일 없이, 스테이지에 관련된 공진의 발생을 억제할 수 있다.As a result, even if a phase delay occurs in the feed-forward signal as a result of removing the resonance frequency component, the temporal delay due to the phase delay is attenuated by the stage information acquiring unit acquiring the stage state signal in advance. . Thereby, generation of resonance related to the stage can be suppressed without causing a time delay.
또한, 상기 공진 억제부는, 상기 공진 주파수 성분을 투과시키지 않도록 구성된 디지털 필터를 구비하여도 된다.Further, the resonance suppression unit may include a digital filter configured not to transmit the resonance frequency component.
상기 디지털 필터로는, 일반적인 저역 통과 필터(Low-pass filter), 대역 제거 필터(Band Elimination Filter), 노치 필터(Notch Filter) 등을 이용할 수 있다.As the digital filter, a general low-pass filter, a band elimination filter, a notch filter, or the like can be used.
또한, 상기 공진 억제부는, 상기 공진 주파수 성분을 포함한 대역을 저지하도록 구성된 노치 필터를 구비하여도 된다.Further, the resonance suppression unit may include a notch filter configured to suppress a band including the resonance frequency component.
일반적으로, 노치 필터는, 대역 제거 필터와 비교하여 저지 가능한 대역이 좁다. 따라서, 노치 필터를 이용함으로써, 공진 주파수 성분을 정확하게 제거할 수 있게 된다.In general, a notch filter has a narrower rejectable band than a band-reject filter. Therefore, the resonant frequency component can be accurately removed by using the notch filter.
이상 설명한 바와 같이, 상기 능동형 제진장치에 의하면, 가동식 스테이지를 구비한 능동형 제진장치에 있어서, 시간적 지연을 초래하는 일 없이, 스테이지에 관련된 공진의 발생을 억제할 수 있다.As described above, according to the active damping device, in an active damping device having a movable stage, generation of resonance related to the stage can be suppressed without causing a time delay.
도 1은, 능동형 제진장치의 개략 구성을 예시하는 도면이다.
도 2는, 스테이지에 관한 제어의 구성을 예시하는 블록도이다.
도 3은, 제진대에 관한 제어의 구성을 예시하는 블록도이다.
도 4는, 공진 주파수 성분 제거에 관련된 처리를 예시하는 도면이다.
도 5는, 가속도 지령값과, 가속도 지령값에서 공진 주파수 성분을 제거한 후에 게인을 증대시켜 얻은 신호를 비교하여 나타내는 도면이다.
도 6은, 스테이지 위치의 목표값과 실측값과의 차를 예시하는 도면이다.
도 7은, 능동형 제진장치의 제 2 실시형태를 나타내는 도 3에 대응하는 도면이다.
도 8은, 스테이지에 관련된 제어의 변형예를 나타내는 도 2에 대응하는 도면이다.1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an active damping device.
Fig. 2 is a block diagram illustrating a configuration of control related to a stage.
3 is a block diagram illustrating a configuration of control related to a vibration isolation table.
4 is a diagram illustrating processing related to resonant frequency component removal.
5 is a diagram showing a comparison between an acceleration command value and a signal obtained by increasing a gain after removing a resonant frequency component from the acceleration command value.
6 is a diagram illustrating a difference between a target value and an actual measurement value of a stage position.
Fig. 7 is a view corresponding to Fig. 3 showing an active damping device according to a second embodiment.
Fig. 8 is a diagram corresponding to Fig. 2 showing a modified example of stage-related control.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다. 여기서, 이하의 설명은 예시이다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this invention is described based on drawing. Here, the following description is an example.
<<제 1 실시형태>><<First Embodiment>>
먼저, 본 발명의 제 1 실시형태에 대하여 설명한다.First, the first embodiment of the present invention will be described.
-능동형 제진장치의 전체 구성--Overall configuration of active damping device-
도 1은, 본 실시형태에 따른 능동형 제진장치(A)(이하, 단순히 "제진장치"로 호칭함)의 개략 구성을 예시하는 도면이다. 또한, 도 2는, 제진장치(A)의 스테이지(4)에 관한 제어의 구성을 예시하는 블록도이고, 도 3은, 제진장치(A)의 제진대(1)에 관한 제어의 구성을 예시하는 블록도이다.Fig. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an active damping device A (hereinafter simply referred to as "damping device") according to the present embodiment. 2 is a block diagram illustrating the configuration of control for the
제진장치(A)는, 예를 들어 반도체 관련 제조 장치 등과 같이 진동의 영향을 받기 쉬운 정밀한 장치(D)를 제진대(1) 위에 탑재하도록 구성된다. 여기서, 장치(D)(이하, "탑재 장치"로도 호칭함)는, 실리콘 웨이퍼 등, 각종 탑재물(S)을 가동식 스테이지(4)로 지지하는 것으로, 그 스테이지(4)를 적절히 이동시킴으로써, 스테이지(4) 위의 탑재물(S)을 정확하면서 고속으로 위치 결정하도록 구성된다.The damping device A is configured to mount a precise device D, which is easily affected by vibration, such as a semiconductor-related manufacturing device, on a vibration damping table 1, for example. Here, the device D (hereinafter also referred to as a “mounting device”) supports various types of mounted objects S, such as silicon wafers, on a
일반적으로, 스테이지(4) 위의 탑재물(S)은, 제조 도중의 정밀기기이므로 진동을 꺼린다. 그래서, 이 제진장치(A)는, 바닥으로부터의 진동 전달을 가능한 한 억제하기 위하여 능동형의 제진장치로서 구성된다.In general, since the mounted object S on the
구체적으로, 본 실시형태에 따른 제진장치(A)는, 추력을 받아 이동함으로써 탑재물(S)의 위치를 결정하는 스테이지(4)와, 스테이지(4)를 지지하는 제진대(1)와, 이 제진대(1)에 대하여 그 진동을 억제하는 제어력을 부여하는 서보 밸브(24)를 구비한다.Specifically, the damping apparatus A according to the present embodiment includes a
이하, 각 부의 구성에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, the structure of each part is explained in detail.
스테이지(4)는 장치(D)의 본체(3) 위에 배치되고, 본 구성예에서는 볼스크류 기구에 의해, 소정의 이동 궤적(이 예에서는 수평방향을 가리킴)을 따라 이동 가능한 지지대로 구성된다. 스테이지(4)의 상면에는, 전술한 탑재물(S)이 지지된다. 여기서, 스테이지(4)의 안내 기구는, 볼스크류 기구로 한정되지 않는다. 예를 들어, 이른바 리니어 가이드나 공기 정압 가이드를 이용하여도 된다.The
이 구성예에서, 전술한 볼스크류 기구는, 스테이지(4) 내에 형성된 내측 나사부(도시하지 않음)에 나사 결합됨과 더불어, 스테이지(4)를 관통하여 수평으로 연장되는 나사봉(도시하지 않음)과, 이 나사봉에 구동 연결된 리니어모터(31)(도 2에만 도시)로 구성된다. 리니어모터(31)가 나사봉을 회전시킴으로써, 스테이지(4)는 나사봉이 연장되는 방향을 따라 이동한다.In this configuration example, the above-described ball screw mechanism is screwed into an inner threaded portion (not shown) formed in the
이 실시형태에서는, 후술하는 스테이지 컨트롤러(5)가 리니어모터(31)의 구동을 제어함으로써, 스테이지(4)에 대하여 수평방향의 추력을 부여하고, 이로써, 탑재 장치(D)에서 스테이지(4)의 위치 결정을 구현할 수 있도록 구성된다.In this embodiment, a
여기서, 리니어모터(31)는 "제 1 액추에이터"의 예시이다. 또한, 볼스크류 기구 대신 리니어 가이드 또는 공기 정압 가이드를 이용한 경우, 리니어모터(31)에서 회전형 모터가 아닌 직동(直動)형 모터를 이용할 수 있다.Here, the
리니어모터(31)의 구동을 제어하기 위하여, 스테이지(4) 부근에는, 이동 궤적 상의 스테이지(4) 위치(탑재 장치(D)에서의 스테이지(4) 변위에 상당)와, 스테이지(4)가 실제로 받는 추력을 각각 검출하기 위한 스테이지 위치센서(S4) 및 스테이지 추력센서(S5)가 부설된다. 이들 센서(S4, S5)로부터 출력되는 검지 신호가 각각 스테이지 컨트롤러(5)에 입력되도록 구성된다. 여기서, 스테이지 컨트롤러(5)는 "제 1 제어부"의 예시이다.In order to control the drive of the
제진대(1)는 이른바 정반으로 구성되고, 복수(통상 4개지만 3개 이상이면 됨)의 공기스프링 유닛(2, 2, …)에 의해 하방으로부터 탄성적으로 지지된다. 제진대(1) 위에는, 장치(D)의 본체(3)가 배치된다. 이는, 제진대(1)가 본체(3)를 개재하고 스테이지(4)를 지지하는 것과 같다.The vibration isolation table 1 is constituted by a so-called table, and is supported elastically from below by a plurality of
상세하게는, 복수의 공기스프링 유닛(2, 2, …)은 각각, 도시한 바와 같이 상하방향의 하중을 지지하는 공기스프링에 의해 구성되고, 바닥면 등에 배치되며 상단이 개구되는 케이스(20)와, 그 상단 개구에 다이어프램(21)을 개재하고 기밀상태로 내측 삽입되어, 케이스(20) 내에 공기실을 구획하는 피스톤(22)을 구비한다. 이와 같이 공기스프링을 이용하여 하중을 지지하는 점에서, 제진장치(A)는 기본적으로 우수한 제진(除振) 성능을 갖는 것이나, 추가로, 본 실시형태에서는, 공기스프링의 내압을 제어하여, 제진대(1)에 대하여 진동을 감쇄하는 제어력을 부여하도록 구성된다.In detail, each of the plurality of
이를 위해, 각 공기스프링 유닛(2)에는, 그 지지 위치 근방에서의 제진대(1)의 가속도와 그 변위를 각각 검출하기 위한 FB가속도센서(S1) 및 변위센서(S2)가 부설된다. 또한, 케이스(20) 하부의 가속도(바닥 진동)를 검출하기 위한 FF가속도센서(S3)도 부설되어, 이들 각 센서(S1~S3)로부터 출력되는 검지 신호가 각각 컨트롤러(6)에 입력된다.To this end, each
또한, 각 공기스프링 유닛(2)에는, 도시하지 않은 공기압원으로부터 압축공기를 공급하기 위한 배관이 접속되고, 이 배관 중간에 설치된 서보 밸브(24)에 의해 공기스프링으로의 압축공기의 공급 유량 및 배기 유량을 조정할 수 있다. 그리고, 각 센서(S1~S4)로부터 입력되는 신호 등에 기초하여, 컨트롤러(6)에 의해 서보 밸브(24)를 제어하고, 이에 따라 압축공기의 공급 유량 및 배기 유량을 조정함으로써, 공기스프링의 내압을 조정한다. 공기스프링의 내압을 조정함으로써, 후술하는 바와 같이, 제진대(1) 및 탑재 장치(D)의 진동을 억제하도록 구성된다. 여기서, 서보 밸브(24)는 "제 2 액추에이터"의 예시이다.In addition, a pipe for supplying compressed air from an air pressure source (not shown) is connected to each
그리고, 도 1에서는 우측의 공기스프링 유닛(2)에만, 그 제어계인 상하방향의 FB가속도센서(S1), 변위센서(S2), FF가속도센서(S3), 배관, 서보 밸브(24) 등을 나타내는데, 이와 같은 제어계는 각 공기스프링 유닛(2)에 부설된다.And, in FIG. 1, only the
또한, 도시하지 않으나, 이와 같은 공기스프링 유닛(2, 2, …)을 제진대(1) 주위에 수평방향의 제어력을 발생시키기 위한 액추에이터로서 설치하거나, 또는, 공기스프링 유닛(2, 2, …)에서 복수의 공기스프링을 수평방향의 액추에이터로서 설치하거나 하여, 그 내압을 제어함으로써 탑재 장치(D)의 수평방향의 진동도 억제할 수 있다.In addition, although not shown, such
-스테이지에 관한 제어--Controls related to the stage-
다음으로, 리니어모터(31)를 개재한 스테이지(4) 제어에 대하여 구체적으로 설명한다.Next, control of the
이 구성예에서, 스테이지 컨트롤러(5)는, 스테이지 위치FB 제어부(5a)와, 스테이지 추력FB 제어부(5b)와, 스테이지 진동 추정부(5c)와, 스테이지 진동FF 제어부(5d)를 구비하며, 리니어모터(31)로 제어 신호를 입력함으로써, 그 제어 신호에 따른 추력을 발생시키도록 구성된다. 스테이지 컨트롤러(5)는, 이와 같이 하여 스테이지(4)의 이동을 제어한다.In this configuration example, the
도 2에 나타내는 바와 같이, 리니어모터(31)로의 입력은, 주로, 스테이지 위치센서(S4)로부터의 신호에 기초하여 스테이지 위치FB 제어부(5a)에 의해 연산되는 위치피드백 조작량과, 스테이지 추력센서(S5)로부터의 신호에 기초하여 스테이지 추력FB 제어부(5b)에 의해 연산되는 추력피드백 조작량과, 스테이지 진동 추정부(5c)로부터의 신호에 기초하여 스테이지 진동FF 제어부(5d)에 의해 연산되는 추력피드포워드 조작량을 가산함으로써 이루어진다. 여기서, 스테이지 진동 추정부(5c)는, 스테이지 추력센서(S5)로부터의 신호에 기초하여 생성된 신호를 스테이지 진동FF 제어부(5d)로 출력하도록 구성된다.As shown in Fig. 2, the input to the
스테이지 위치FB 제어부(5a)는, 스테이지 위치센서(S4)의 검출값, 즉, 이동 궤적 상의 스테이지(4)의 실제 위치(위치 실측값)에 기초하여, 그 위치 검출값이 소정의 목표값(이하, "위치 지령값"으로도 함)으로 수렴되도록 리니어모터(31)를 작동시키는 것이다. 예를 들어, 위치 실측값의 미분값 및 적분값에 각각 피드백 게인을 곱하고, 이들을 더한 후에 위치 지령값에서 감하여, 리니어모터(31)로의 제어 입력(위치피드백 조작량)으로 하면 된다. 이로써, 스테이지(4)의 위치에 관한 피드백 제어를 실시할 수 있다.The stage
또한, 스테이지 추력FB 제어부(5b)는, 스테이지 추력센서(S5)의 검출값, 즉, 그 이동 시에 스테이지(4)가 실제로 받는 추력(추력 실측값)에 기초하여, 그 추력 실측값이 소정의 목표값(이하, "추력 지령값"으로도 함)으로 수렴되도록 리니어모터(31)를 작동시키는 것이다. 예를 들어, 추력 실측값의 미분값 및 적분값에 각각 피드백 게인을 곱하고, 이들을 더한 후에 추력 지령값에서 감하여, 리니어모터(31)로의 제어 입력(추력피드백 조작량)으로 하면 된다. 이로써, 스테이지(4)에 부여하는 추력에 관한 피드백 제어를 실시할 수 있다.In addition, the stage
또한, 스테이지 진동 추정부(5c)는, 스테이지 추력센서(S5)의 검출값에 기초하여, 스테이지(4)로의 추력 부여에 수반하여 발생하는 진동을 추정한다. 예를 들어, 스테이지 진동 추정부(5c)에는, 스테이지(4)가 받는 추력과, 스테이지(4)에 발생하는 진동을 연관시킨 모델이나 맵 등이 기억되어 있어, 전술한 추력 실측값에 대응한 진동을 나타내는 신호를 산출하여, 스테이지 진동FF 제어부(5d)로 입력할 수 있다.Further, the stage
그리고, 스테이지 진동FF 제어부(5d)는, 스테이지 진동 추정부(5c)로부터의 출력 신호, 즉, 추력 부여에 수반하여 스테이지(4)에 발생하는 흔들림의 크기에 기초하여, 그 진동을 감쇄하도록 리니어모터(31)를 작동시키는 것이다. 예를 들어, 흔들림의 크기를 나타내는 신호에 피드포워드 게인을 곱하고, 그 부호를 반전시켜, 리니어모터(31)로의 제어 입력(추력피드포워드 조작량)으로 하면 된다. 이로써, 스테이지(4)에 부여하는 추력에 관한 피드포워드 제어를 실시할 수 있다.Then, the stage
여기서, 스테이지 추력센서(S5)를 이용한 구성 대신, 예를 들어 리니어모터(31)에 입력되는 전류를 검출함과 더불어, 그 전류에 대하여 피드백 제어를 실시하도록 구성하여도 된다. 이와 같이, 스테이지 추력센서(S5)를 이용하지 않아도, 추력에 관련된 물리량(예를 들어, 전류의 크기 등, 추력의 크기에 비례하는 물리량)을 통하여 추력을 간접적으로 제어하여도 된다.Here, instead of the configuration using the stage thrust sensor S5, for example, the current input to the
이 구성예에서, 스테이지 컨트롤러(5)는, 위치피드백 조작량, 추력피드백 조작량, 및 추력피드포워드 조작량에 따라 결정된 전기적 제어 신호를 리니어모터(31)에 입력한다. 리니어모터(31)는, 그 제어 신호의 강도, 즉 제어 신호를 전류로 간주했을 때의 강약에 따라, 스테이지(4)에 부여하는 추력의 크기를 조정한다. 즉, 제어 신호의 진폭이 커질수록 리니어모터(31)가 전술한 나사봉에 부여하는 토크가 커지고, 이에 따라, 스테이지(4)가 받는 추력도 커진다. 이때, 추력 실측값이 스테이지 추력센서(S5)에 의해 검출되어, 스테이지 컨트롤러(5)에 피드백된다.In this configuration example, the
이와 같이 하여 추력을 피드백하면, 실제 추력을 나타내는 신호, 즉 추력 실측값에는, 스테이지(4)가 받는 마찰의 영향 등이 반영되게 된다. 한편, 추력을 피드포워드하면, 추력 실측값에는, 스테이지(4)에 발생하는 흔들림을 감쇄한 영향 등이 반영되게 된다.When the thrust is fed back in this way, the effect of friction on the
또한, 리니어모터(31)는, 제어 신호가 나타내는 회전 수만큼 회전하여, 현재 회전 상태, 즉 위치 실측값이 스테이지 위치센서(S4)에 의해 검출되고, 스테이지 컨트롤러(5)에 피드백된다.Further, the
-제진대에 관한 제어--Control for vibration isolation table-
다음으로, 서보 밸브(24)를 개재한 제진대(1)의 제어에 대하여 구체적으로 설명한다. 편의상, 상하방향의 공기스프링의 제어에 대해서만 설명하나, 수평방향으로도 공기스프링을 설치한 경우, 이에 대해서도 마찬가지의 제어가 이루어진다.Next, control of the vibration isolation table 1 via the
이 구성예에서, 컨트롤러(6)는, 제진FB 제어부(6a), 제진FB 제어부(6b), 제진FF 제어부(6c), 스테이지정보 취득부(6d) 등을 구비하며, 서보 밸브(24)로 제어 신호를 입력함으로써, 제진대(1)에 대하여, 그 진동을 억제하는 제어력을 부여하도록 구성된다.In this configuration example, the
도 3에 나타내는 바와 같이, 서보 밸브(24)로의 입력은, 주로, FB가속도센서(S1)로부터의 신호에 기초하여 제진FB 제어부(6a)에 의해 연산되는 제진피드백 조작량과, 변위센서(S2)로부터의 출력에 기초하여 제진FB 제어부(6b)에 의해 연산되는 제진피드백 조작량과, FF가속도센서(S3)로부터의 신호에 기초하여 제진FF 제어부(6c)에 의해 연산되는 제진피드포워드 조작량으로 이루어진다.As shown in Fig. 3, the input to the
도 2~도 3에서 알 수 있듯이, 스테이지 컨트롤러(5)에 의해 구성되는 스테이지(4)측 제어 루프와, 컨트롤러(6)에 의해 구성되는 제진대(1)측 제어 루프는, 상호 독립된다.2 and 3, the stage 4-side control loop constituted by the
제진FB 제어부(6a)는, FB가속도센서(S1)의 검출값, 즉 제진대(1)의 상하방향 가속도에 기초하여, 그 진동을 감쇄하는 제어력을 공기스프링에 의해 발생시키는 것으로, 예를 들어, 가속도 검출값의 미분값 및 적분값 각각에 피드백 게인을 곱하고, 이들을 더한 후에 부호를 반전시켜, 서보 밸브(24)로의 제어 입력(제진피드백 조작량)으로 하면 된다. 이로써, 제진대(1)에 강성을 가하거나, 제진대(1)의 질량을 증가시키는 것과 마찬가지의 효과를 발휘하는 피드백 제어(제진피드백 제어)를 실시할 수 있다.The damping
또한, 제진FB 제어부(6b)는, 변위센서(S2)의 검출값, 즉 제진대(1)의 상하 위치의 변화량에 기초하여, 상하 위치의 변화량이 작아지도록 공기스프링의 내압을 제어함으로써, 당해 제진대(1)의 기울기나 이에 따라 발생하는 흔들림을 억제하는 것이다. 예를 들어, 변위의 검출값을 목표값(0, zero)에서 감한 후에 PID 제어방식에 따라, 서보 밸브(24)로의 제어 입력(제진피드백 조작량)을 구하도록 하면 된다. 이로써, 제진대(1)의 높이에 관한 피드백 제어(제진피드백 제어)를 실시할 수 있다.In addition, the damping
또한, 제진FF 제어부(6c)는, FF가속도센서(S3)에 의한 검출값, 즉 바닥의 진동 상태에 기초하여, 이로부터 제진 대상물로 전달되는 진동을 소거하는 역위상의 진동을 발생시키기 위한 것으로, 예를 들어 디지털 필터를 이용하여 서보 밸브(24)로의 제어 입력(제진피드포워드 조작량)을 구할 수 있다. 이 디지털 필터의 특성은, 바닥 진동이 공기스프링 유닛(2)을 개재하고 제진대(1)에 전달될 때의 전달함수 H(s)와, 당해 공기스프링 유닛(2)에 의해 구성되는 보상 전달함수 K(s)를 이용하며, -H(s)·K(s)-1로 나타낸다. 이로써, 바닥의 진동에 관한 피드포워드 제어(제진피드포워드 제어)를 실시할 수 있다.In addition, the damping
그리고, 전술한 바와 같은 제어 입력을 수신하여 서보 밸브(24)가 작동하고, 공기스프링 유닛(2)의 내압이 제어됨으로써, 제진 대상물인 제진대(1)에 적절한 제어력이 부여되게 된다. 즉, 바닥으로부터 전달되는 진동에 대해서는, 제진FF 제어부(6c)가 제진피드포워드 제어를 실시함으로써 진동의 전달을 억제하면서, 그럼에도 불구하고 전달되는 미세한 진동에 대해서는, 제진FB 제어부(6a)가 제진피드백 제어를 실시함으로써 감쇄하므로, 매우 높은 제진 성능이 얻어진다.Then, the
한편, 탑재 장치(D)의 작동으로 발생하는 비교적 큰 진동, 즉, 스테이지(4)의 이동에 수반하여 제진대(1)에 발생하는 진동(흔들림)에 대해서는, 전술한 제진피드백 제어와 더불어, 제진FB 제어부(6b)가 제진피드백 제어를 실시함으로써, 제진대(1)의 흔들림이 감쇄되게 되나, 피드백 제어는 변위나 진동이 실제로 발생한 후에 이루어지기 때문에, 그 효과는 한정적인 것으로 될 수밖에 없다. 특히, 전술한 바와 같이 공기스프링을 이용하여 제어력을 발생시키도록 한 경우에는, 그 응답 지연이 큰 점에서, 충분한 효과는 기대할 수 없다.On the other hand, for the relatively large vibration generated by the operation of the mounting device D, that is, the vibration (shake) generated in the vibration isolation table 1 accompanying the movement of the
그래서, 이 구성예에서는, 스테이지(4)의 이동에 수반하여 발생하는 진동을 억제하기 위하여, 상기와 같은 제진피드백 제어와 더불어, 제진피드포워드 제어를 빠른 타이밍으로 실시하도록 구성된다.Therefore, in this configuration example, in order to suppress the vibration generated along with the movement of the
즉, 이 구성예에 따른 스테이지정보 취득부(6d)는, 스테이지 컨트롤러(5)가 리니어모터(31)를 개재하고 스테이지(4)를 이동시킬 때, 그 이동 제어에 관한 정보(스테이지 제어 정보)에 기초한 스테이지 상태 신호를 사전에 취득한다. 컨트롤러(6)는, 이 스테이지 상태 신호를 이용함으로써, 조작량(제진피드포워드 조작량)을 사전에 연산한다. 제진대(1)는, 이와 같이 하여 연산된 제어 신호를, 공기스프링의 제어 시간이 지연된 만큼, 빠른 타이밍으로 서보 밸브(24)에 입력한다. 이로써, 스테이지(4)의 이동에 수반하여 제진대(1)에 발생하는 진동에 상응하는 제어력이 되도록, 서보 밸브(24)가 빠른 타이밍으로 피드포워드 제어된다.That is, when the
이와 같은 스테이지 상태 신호는, 스테이지 컨트롤러(5)로부터 리니어모터(31)로 출력되는 제어 신호에 관련된 신호이고, 스테이지정보 취득부(6d)에서 사전에 추정된다. 스테이지 상태 신호로는, 스테이지(4)에 부여되는 가속도를 나타내는 가속도 지령값이나, 스테이지(4)의 목표 위치를 나타내는 위치 지령값이나, 전술한 추력 지령값 등을 이용할 수 있다. 스테이지 상태 신호는, 스테이지(4)의 사양이나, 각종 센서에 의한 검지 결과에 기초하여 검지, 연산, 추정 등이 가능한 신호면 된다. 이하의 설명에서는, 스테이지 상태 신호로서 가속도 지령값과 위치 지령값을 병용한 경우에 대하여 예시한다.Such a stage state signal is a signal related to the control signal output from the
그런데, 본 개시와 같이, 제진대(1)에 의해 가동식 스테이지(4)를 지지한 경우, 제진대(1)와 스테이지(4) 사이의 진동, 스테이지(4)와 탑재물(S) 사이의 진동, 상기 나사봉과 스테이지(4) 사이의 진동 등이, 공진에 이를 가능성이 있다. 이러한 공진은, 공진이 실제로 발생하기 전에, 미연에 억제하는 것이 요구된다.However, as in the present disclosure, when the
여기에, 스테이지 진동FF 제어부(5d)를 구성하는 제어 루프 중에, 스테이지(4)에 관련된 공진 주파수를 제거하기 위한, 노치 필터 등의 디지털 필터를 개재하는 것을 생각할 수 있다. 이로써, 공진의 발생을 미연에 억제할 수 있을 것으로 생각된다.Here, in the control loop constituting the stage
그러나 일반적으로, 디지털 필터를 투과시킨 디지털 신호에는, 위상의 지연이 발생해버린다. 이는, 스테이지(4)의 피드포워드 제어에 시간적 지연을 초래하게 되므로, 스테이지(4)의 응답성 등을 확보하는 데 있어 부적합하다.However, in general, a phase delay occurs in a digital signal transmitted through a digital filter. Since this causes a time delay in the feed forward control of the
또한, 단순히 노치 필터를 투과시키는 것만으로는, 공진 주파수 성분을 제거한 양만큼, 디지털 신호의 게인이 부족해질 가능성도 있다. 이는, 추력 등의 저하를 초래하게 되므로, 스테이지(4)의 피드포워드 제어의 성능이라는 관점에서는 부적합하다. 이에 대하여, 가령, 디지털 신호 게인을 보완하기 위한 신호 처리를 추가시켜버리면, 위상의 지연이 한층 더 현저한 것이 되므로 바람직하지 않다.In addition, there is a possibility that the gain of the digital signal becomes insufficient by the amount by which the resonant frequency component is removed simply by passing through the notch filter. Since this causes a decrease in thrust or the like, it is unsuitable from the viewpoint of the performance of the feedforward control of the
따라서, 이 구성예에서는, 본 발명의 특징 부분으로서, 스테이지(4)측의 제어 루프뿐만 아니라, 제진대(1)측의 제어 루프에서, 공진 주파수 성분을 제거하는 것으로 하였다.Therefore, in this configuration example, as a characteristic part of the present invention, the resonant frequency component is removed not only in the control loop on the
즉, 컨트롤러(6)에는, 스테이지정보 취득부(6d)에 의해 취득된, 스테이지 상태 신호로서의 위치 지령값 및 가속도 지령값이 입력됨과 더불어, 그 중 가속도 지령값에서, 스테이지(4)의 이동에 수반하여 발생하는 공진의 공진 주파수 성분을 제거하도록 구성된 공진 억제부(6f)와, 공진 억제부(6f)에 의해 공진 주파수 성분이 제거된 후의 가속도 지령값에 기초하여, 스테이지(4)의 이동에 수반하여 제진대(1)에 발생하는 진동에 상응하는 제어력이 되도록, 서보 밸브(24)를 피드포워드 제어하는 제진FF 제어부(6e)가 배치된다.That is, the
여기서, 제진FF 제어부(6e)는, 스테이지(4)의 이동 제어 시에 스테이지 컨트롤러(5)로부터 송신되는 타이밍 신호를 수신하여, 스테이지 상태 신호로서의 가속도 지령값과 위치 지령값에 기초하여 구한 제진피드포워드 조작량에 대응하는 제어 신호(피드포워드 신호)를, 스테이지(4)의 이동 제어보다 빠른 타이밍으로 서보 밸브(24)로 입력한다. 이 제진FF 제어부(6e)는, "제 2 제어부"의 예시이다.Here, the damping
또한, 공진 억제부(6f)는, 게인의 부족을 보완하기 위하여, 공진 주파수 성분의 제거에 전후하여, 스테이지 상태 신호(구체적으로는 가속도 지령값)의 게인을 증대시킨다.Further, the
-공진 주파수 성분 제거에 관련된 처리--Process related to the elimination of resonant frequency components-
전술한 바와 같이, 스테이지정보 취득부(6d)는, 스테이지(4)의 이동 제어에 관한 정보에 기초한 스테이지 상태 신호로서, 위치 지령값과 가속도 지령값을 사전에 취득하여, 공진 억제부(6f)로 출력한다.As described above, the stage
상세하게는, 스테이지정보 취득부(6d)는, 스테이지 컨트롤러(5)로부터 출력되는 신호(예를 들어, 리니어모터(31)로 출력되는 제어 신호)와, 스테이지 위치센서(S4) 및 스테이지 추력센서(S5)의 검출 결과와의, 적어도 한쪽을 조합하여 이루어지는 스테이지 제어 정보에 기초하여 위치 지령값과 가속도 지령값을 추정하여, 이를 스테이지 상태 신호로서 출력한다.In detail, the stage
공진 억제부(6f)는, 스테이지 상태 신호로서의 위치 지령값, 및 가속도 지령값 중, 위치 지령값에 대해서는 그대로 투과시킴에 반해(구체적으로는, 디지털 처리를 실시하지 않고 출력함), 가속도 지령값에 대해서는 디지털 처리를 통하여 공진 주파수 성분을 제거한 후에 출력하도록 구성된다.Among the position command value and acceleration command value as the stage state signal, the
상세하게는, 공진 억제부(6f)는, 가속도 지령값을 구성하는 각 주파수 성분 중, 소정의 공진 주파수 성분을 투과시키지 않도록 구성된 디지털 필터를 구비한다. 이 구성예에서는, 이러한 디지털 필터로서, 이른바 노치 필터가 구성된다.In detail, the
이 노치 필터는, 가속도 지령값 중, 공진 주파수 성분을 포함한 대역에 대해서는 투과시키지 않는 한편, 그 이외의 대역에 대해서는 투과시키도록 구성된다.This notch filter is configured not to transmit a band including a resonant frequency component among acceleration command values, but to transmit a band other than that.
도 4는 공진 주파수 성분 제거에 관련된 처리를 예시하는 도면이다. 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이, 공진 주파수 성분을 포함한 삼각파형 가속도 지령값(점선 참조)에 노치 필터를 통과시키면, 공진 주파수 성분이 제거된 결과로서 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같은 사다리꼴형 파형을 나타내는 신호(실선 참조)가 얻어진다.4 is a diagram illustrating processing related to resonant frequency component removal. As shown in Fig. 4(a), when the triangular waveform acceleration command value (see dotted line) including the resonant frequency component is passed through a notch filter, the resonant frequency component is removed as shown in Fig. 4(b). A signal representing a trapezoidal waveform (see solid line) is obtained.
그러나, 도 4의 (b)에서 알 수 있듯이, 실선으로 나타내는 파형의 피크는, 점선으로 나타내는 파형의 피크보다, 약간, 도면 우측으로 이동한다. 이는, 노치 필터에 의한 디지털 처리 결과, 위상에 지연이 발생한 것을 나타낸다. 이에 대하여, 공진 억제부(6f)는, 소정의 디지털 처리를 실시함으로써, 실선으로 나타낸 신호의 피크 위치를, 약간, 도면 좌측으로 이동시킨다(도 4의 (c) 참조). 이로써, 위상의 지연이 해소된다. 이러한 처리를 실시할 때에 시간적 지연의 발생이 우려되기는 하지만, 이미 설명한 바와 같이, 스테이지 상태 신호는 사전에 얻어지는 신호이므로, 스테이지 상태 신호를 빠른 타이밍으로 얻은 양만큼, 이러한 지연을 감쇄시킬 수 있다.However, as can be seen from (b) of FIG. 4 , the peak of the waveform indicated by the solid line is slightly shifted to the right side of the drawing than the peak of the waveform indicated by the dotted line. This indicates that a phase delay occurs as a result of digital processing by the notch filter. In contrast, the
또한, 도 4의 (b)~(c)에서 알 수 있듯이, 실선의 시간 적분은, 공진 주파수 성분을 제거한 것에 기인하여, 파선의 시간 적분보다 감소되어버린다. 이는, 그 가속도 지령값에 대응하여 실현되는 속도(특히, 스테이지(4)의 속도)가 감소하는 것을 나타낸다. 상세한 것은 생략하지만, 이러한 적분량이 감소되어버리면, 서보 밸브(24)를 개재하고 제진대(1)로 부여되는 제어력 또한 감소하게 된다. 이는, 제진대(1)측에서 이루어지는 피드포워드 제어의 성능을 확보하는 데 있어서 바람직하지 않다.Further, as can be seen from (b) to (c) of FIG. 4 , the time integral of the solid line is reduced than the time integral of the broken line due to the removal of the resonance frequency component. This indicates that the speed realized corresponding to the acceleration command value (in particular, the speed of the stage 4) decreases. Although details are omitted, if this integral amount is reduced, the control force applied to the vibration isolation table 1 via the
그래서, 공진 억제부(6f)는 소정의 디지털 처리를 실시함으로써, 실선으로 나타낸 신호의 피크 높이, 즉, 당해 신호의 게인을 증대시킨다(도 4의 (d) 참조). 이로써, 제진대(1)에 대하여 이루어지는 피드포워드 제어의 성능을 확보하는 데 있어서 유리해진다.Therefore, the
-제진 피드포워드 조작량의 연산 방법--Calculation method of damping feedforward manipulated variable-
이하, 제진 피드포워드 조작량의 연산 방법을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a method of calculating the damping feedforward manipulated variable will be described in detail.
설명의 편의상, 스테이지(4)에 일정한 가속도 a가 부여되고, 도 1에 화살표로 나타내는 바와 같이 스테이지(4)가 x축 상을 직선 운동하는 경우에 대하여 생각하면, 먼저, 스테이지(4)의 기준 위치로부터의 이동 거리 Δx는, 전술한 위치 지령값과 실질적으로 일치한다. 이와 같이 스테이지(4)가 이동하면, 제진 대상물인 제진대(1) 전체의 중심 위치가 x축 방향으로 변화하여, 공기스프링 유닛(2, 2, …)으로의 정적인 하중의 배분이 변화한다. 이는, 스테이지(4)의 질량(정확하게는, 스테이지(4)의 질량과 탑재물(S) 질량의 합)을 m, 중력 가속도를 g로 하고, 제진 대상물의 중심을 지나는 y축 주변으로 도면의 시계방향(θ 방향)으로 회전력 N1=m·g·Δx이 발생한다고 할 수 있다.For convenience of description, considering the case where a constant acceleration a is given to the
여기서, 공기스프링의 내압을 제어하여, 전술한 회전력 N1과 동일한 크기로 반대방향(-θ)의 회전력을 발생시키면, 스테이지(4)의 이동에 수반하는 공기스프링 유닛(2, 2, …)으로의 하중 배분의 변화에 상응하도록, 이들 공기스프링의 내압을 제어하여, 제진 대상물인 제진대(1)의 기울기(변위)를 억제하고, 이에 수반하는 흔들림을 억제할 수 있다. 도면의 예에서는, 우측 공기스프링의 내압을 높이는 한편, 좌측에서는 내압을 저하시키게 되나, 실제로는 각각의 공기스프링의 내압 제어량은, 이들의 배치(제진 대상물의 무게중심을 기준으로 하는 위치)에 따라 기하학적으로 특정된다.Here, when the internal pressure of the air spring is controlled to generate a rotational force in the opposite direction (-θ) with the same magnitude as the above-mentioned rotational force N1, the
또한, 전술한 바와 같이 스테이지(4)에 일정 가속도 a가 부여되었을 때에는, 이 스테이지(4)의 이동에 수반하는 반력 F=-m·a가 장치 본체(3)를 개재하고 제진대(1)에 작용하게 된다. 이 반력 F의 작용선은, 대략 수평이며, 또 제진 대상물의 무게중심을 지나지 않으므로, 이 작용선과 무게중심과의 상하방향 거리를 h로 하면, y축 주위에는 회전력 N2=-m·a·h가 발생하게 된다. 상하방향 거리 h는 미리 실측하여도 된다. 스테이지(4)가 수평방향으로 이동하는 것을 고려하면, 상하방향 거리 h는 대략 일정하게 유지된다.In addition, as described above, when a constant acceleration a is applied to the
반력 F에 의해 발생하는 회전력 N2를 받아들이기 위해서는, 전술한 회전력 N1과 마찬가지로, 상하방향의 공기스프링의 내압을 제어하여, 회전력 N2와 동일한 크기로 반대방향의 회전력을 발생시키면 된다. 여기서 회전력 N2의 방향은 회전력 N1과는 반대방향(-θ)이 되므로, 일반적으로 공기스프링 유닛(2)(서보 밸브(24))으로의 제어 입력 U와 공기스프링 유닛(2)(서보 밸브(24))이 발생시키는 Fa와의 사이에 하기 식(1)로 나타내는 관계가 있음을 고려하면, 조작량 Uθ는 이하의 식(2)로 표시된다.In order to receive the rotational force N2 generated by the reaction force F, as in the above-mentioned rotational force N1, the internal pressure of the air spring in the vertical direction is controlled to generate a rotational force in the opposite direction with the same magnitude as the rotational force N2. Here, the direction of the rotational force N2 is the opposite direction (-θ) to the rotational force N1, so in general, the control input U to the air spring unit 2 (servo valve 24) and the air spring unit 2 (servo valve ( Considering that there is a relationship expressed by the following equation (1) between Fa and Fa generated by 24)), the manipulated variable U θ is expressed by the following equation (2).
[식 1][Equation 1]
[식 2][Equation 2]
여기서, 식(1)~(2)에서 Kv, Tv, Am는, 각각 서보 밸브(24)의 게인, 시정수(time constant), 공기스프링의 수압 면적을 나타낸다.Here, in equations (1) to (2), Kv, Tv, and Am represent the gain, time constant, and pressure receiving area of the air spring of the
또한, 수평방향으로도 공기스프링을 배치할 경우는, 이에 의해 스테이지(4)가 받는 반력 F와 동일한 크기로 반대방향(-x 방향)의 힘을 발생시키는 것이 바람직하고, 수평방향의 공기스프링에 대한 조작량 Ux는, 하기 식(3)으로 나타낸다.In the case of arranging the air springs in the horizontal direction as well, it is preferable to generate a force in the opposite direction (-x direction) equal in magnitude to the reaction force F received by the
[식 3][Equation 3]
여기서, 조작량 Uθ, Ux는, 전술한 바와 같이 각각의 공기스프링 배치에 따라 구해지는 소정의 변환식에 의해, 이들 각각의 공기스프링에 대한 조작량으로 변환된다. 제진FF 제어부(6e)는, 이동거리 Δx로서 스테이지 위치센서(S4)의 출력 등에 기초하여 추정된 위치 지령값을 이용하는 한편, 가속도 a로서 스테이지 추력센서(S5)의 출력 등에 기초하여 추정된 가속도 지령값에서 공진 주파수 성분을 제거한 것을 이용함으로써, 조작량 Uθ, Ux를 연산한다.Here, the manipulated variables U θ and U x are converted into manipulated variables for each air spring by a predetermined conversion equation obtained according to the arrangement of each air spring as described above. The damping
-능동형 제진장치의 작동--Operation of active damping device-
그리고, 이 구성예에서는, 상기와 같이 구한 제진 피드포워드 조작량에 기초한 공기스프링의 내압 제어를, 전술한 바와 같이, 스테이지(4)의 이동 제어보다 빠른 타이밍으로 실행하도록 구성된다.And, in this configuration example, the internal pressure control of the pneumatic spring based on the damping feedforward operation amount obtained as described above is configured to be executed at a timing earlier than the movement control of the
즉, 탑재 장치(D)에서 스테이지(4)의 이동 제어가 이루어질 때에는, 먼저, 그 이동 제어에 관련된 제어 신호가 스테이지 컨트롤러(5)로부터 출력되고, 컨트롤러(6)에 입력된다. 이를 수신하여, 컨트롤러(6)의 스테이지정보 취득부(6d)는, 스테이지(4)의 이동 제어가 실제로 이루어지는 것보다 빠른 타이밍으로, 스테이지 상태 신호로서의 위치 지령값과 가속도 지령값을 추정 연산하여, 공진 억제부(6f)로 보낸다. 공진 억제부(6f)는, 위치 지령값에 대해서는 디지털 처리를 실시하지 않고 제진FF 제어부(6e)로 보내는 한편, 가속도 지령값에 대하여 공진 주파수 성분 제거 등을 포함하여 이루어지는 디지털 처리를 실시한 후에 제진FF 제어부(6e)로 보낸다. 이를 수신하여, 제진FF 제어부(6e)는, 전술한 바와 같이, 공기스프링의 내압을 제어하기 위한 조작량 Uθ, Ux를 구한다.That is, when movement control of the
그리고, 스테이지(4)를 이동 제어하기에 앞서 스테이지 컨트롤러(5)로부터 타이밍 신호가 출력되면, 이를 수신한 제진FF 제어부(6e)는, 전술한 바와 같이 하여 구한 조작량 Uθ, Ux을, 공기스프링 제어에서의 시간 지연만큼, 스테이지(4)의 제어보다 빠른 타이밍으로 서보 밸브(24)로 출력한다. 스테이지(4)의 이동에 수반하여, 탑재 장치(D)를 개재하고 제진대(1)가 흔들리려 할 때, 제진대(1)에 대하여 적절한 제어력을 부여하여, 그 흔들림을 충분히 억제할 수 있다. 그리고, 그럼에도 불구하고 발생하는 약간의 흔들림은, 제진FB 제어부(6a) 및 제진FB 제어부(6b)에 의한 가속도 및 변위의 피드백 제어에 의해 감쇄되게 된다. 또한, 제진대(1)에 대하여 부여한 제어력에 기인하여 발생할 수 있는 공진에 대해서는, 공진 억제부(6f)에 의해 그 발생이 억제된다.Then, when a timing signal is output from the
도 5는, 가속도 지령값과, 가속도 지령값에서 공진 주파수 성분을 제거하여 게인을 증대시킨 후의 신호를 비교하여 나타내는 도면이다. 구체적으로, 도 5는, 공진 억제부(6f)에서 디지털 처리를 실시하기 전의 가속도 지령값(점선)과, 공진 주파수 성분 제거나 게인 증대 등의 디지털 처리를 실시한 후의 가속도 지령값(실선)을 비교하여 나타낸다.5 is a diagram showing a comparison between an acceleration command value and a signal after a gain is increased by removing a resonant frequency component from the acceleration command value. Specifically, FIG. 5 compares the acceleration command value (dotted line) before digital processing in the
또한, 도 6은, 스테이지(4) 위치의 목표값과 실측값과의 차(위치 편차)를 예시하는 도면이다. 구체적으로, 도 6은, 도 5에 나타내는 가속도 지령값에 기초하여 연산한 제진 피드포워드 조작량을 이용했을 때의, 제진 피드포워드 제어에 의한 흔들림 억제 효과를 나타낸다.6 is a diagram illustrating the difference (position deviation) between the target value and the measured value of the
여기서, 도 6에서, 단파선은 제진 피드포워드 제어를 실시하지 않는 경우(수평 변위 MFF 없음)의 위치 편차의 추이를 나타내고,장파선은 제진 피드포워드 제어를 실시하기는 하지만, 공진 주파수 성분을 제거하기 전의 가속도 지령값(도 5의 점선으로 나타내는 가속도 지령값)을 이용한 경우(수평 변위 MFF 있음)의 위치 편차의 추이를 나타내며, 실선은 제진 피드포워드 제어를 실시하고 또 공진 주파수 성분을 제거한 후의 가속도 지령값(도 5의 실선으로 나타내는 가속도 지령값)을 이용한 경우(수평 변위 trajectory_filter)의 위치 편차의 추이를 나타낸다. 또한, 1점 쇄선은 스테이지(4)를 이동시킬 때의 속도(Theoretical speed)의 이론값을 나타낸다.Here, in Fig. 6, the short-dashed line represents the transition of the position deviation when vibration suppression feedforward control is not performed (no horizontal displacement MFF), and the long-dashed line shows the vibration suppression feedforward control, but the resonant frequency component is removed. The transition of the position deviation when the acceleration command value (the acceleration command value indicated by the dotted line in FIG. 5) before the movement is used (with horizontal displacement MFF) is shown, and the solid line is the acceleration after vibration suppression feedforward control is performed and the resonance frequency component is removed. Transition of the position deviation in the case of using the command value (the acceleration command value indicated by the solid line in Fig. 5) (horizontal displacement trajectory_filter) is shown. In addition, the dotted line represents the theoretical value of the speed (Theoretical speed) at the time of moving the
도 6의 타원형으로 둘러싼 부분(R)에 나타내는 바와 같이, 제진 피드포워드 제어를 실시했을 때에는, 제진 피드포워드 제어를 실시하지 않았을 때와 비교하여, 위치 편차가 빠르게 수렴된다. 그러나, 공진 주파수 성분을 제거하기 전의 가속도 지령값을 이용한 경우, 도 6의 장파선으로 나타내는 바와 같이, 공진 주파수 성분에 기인한 주기적인 변동이 잔존하게 된다. 한편, 도 6의 실선으로 나타내는 바와 같이, 공진 주파수 성분을 제거한 후의 가속도 지령값을 이용한 경우, 이러한 주기적인 변동이 제거되어, 다른 구성보다 빠른 타이밍으로 0에 수렴되는(즉, 상대적으로 조정이 빠른) 것을 알 수 있다.As shown in the part R surrounded by an ellipse in FIG. 6 , when vibration suppression feedforward control is performed, position deviations converge quickly compared to when vibration suppression feedforward control is not implemented. However, when the acceleration command value before removing the resonant frequency component is used, periodic fluctuations due to the resonant frequency component remain, as indicated by the long dashed line in FIG. 6 . On the other hand, as indicated by the solid line in FIG. 6 , when the acceleration command value after removing the resonance frequency component is used, this periodic fluctuation is eliminated and converges to 0 at a faster timing than other configurations (that is, the adjustment is relatively fast). ) can be seen.
-결론--conclusion-
이상 설명한 바와 같이, 스테이지 상태 신호로서의 가속도 지령값에서 공진 주파수 성분을 제거한 결과, 이 신호에 위상의 지연이 발생하였다 하더라도, 그에 기인한 시간적 지연은, 스테이지정보 취득부(6d)가 스테이지 상태 신호를 사전 타이밍에 취득함으로써 감쇄된다. 이로써, 시간적 지연을 초래하는 일 없이, 스테이지(4)에 관련된 공진의 발생을 억제할 수 있다.As described above, as a result of removing the resonance frequency component from the acceleration command value as the stage state signal, even if a phase delay occurs in this signal, the resulting time delay is caused by the stage
또한, 도 2~도 3에 나타내는 바와 같이, 스테이지(4)측 제어 루프와, 제진대(1)측 제어 루프는 상호 독립되므로, 제진대(1)측 제어 루프에서 공진 주파수 성분을 제거하였다 하더라도, 스테이지(4)측에서는 위상의 지연은 발생하지 않는다. 이는, 스테이지(4)에 대하여 이루어지는 이동 제어의 성능을 확보하는 데 있어서 유효하다.2 and 3, since the control loop on the
또한, 공진 주파수 성분이 제거된 가속도 지령값에 대하여, 이 신호의 게인을 보완하기 위한 신호 처리를 추가하였다 하더라도, 상기와 마찬가지의 사정으로, 이에 기인한 시간적 지연이 감쇄되어, 제진대(1)의 피드포워드 제어를 빠르게 실시할 수 있게 된다. 그 결과, 스테이지(4)의 이동 제어뿐만 아니라, 제진대(1)에 대하여 이루어지는 피드포워드 제어의 성능을 확보하는 데 있어서도 유리해진다.In addition, even if signal processing for supplementing the gain of this signal is added to the acceleration command value from which the resonance frequency component has been removed, the time delay caused by this is attenuated due to the same circumstances as above, and the vibration isolation table 1 It is possible to quickly perform feed-forward control of As a result, it is advantageous not only for the movement control of the
또한 일반적으로, 노치 필터는, 대역 제거 필터와 비교하여 저지 가능한 대역이 좁다. 따라서, 노치 필터를 이용함으로써, 공진 주파수 성분을 정확하게 제거할 수 있게 된다.Also, in general, a notch filter has a narrower blocking band than a band-reject filter. Therefore, the resonant frequency component can be accurately removed by using the notch filter.
<<제 2 실시형태>><<Second Embodiment>>
다음으로, 본 개시의 제 2 실시형태에 대하여 설명한다. 이하의 설명에서, 제 1 실시형태와 마찬가지로 구성된 부분에 대해서는, 동일한 부호를 붙임과 더불어, 그 설명을 적절히 생략한다.Next, a second embodiment of the present disclosure will be described. In the following description, the same code|symbol is attached|subjected about the part structured similarly to 1st Embodiment, and the description is abbreviate|omitted suitably.
도 7은 능동형 제진장치의 제 2 실시형태를 나타내는 도 3에 대응되는 도면이다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 이 제 2 실시형태에 따른 제진FF 제어부(6e')는, 제 1 실시형태와 비교하여, 공진 억제부(6f')와의 상대 위치 관계가 변경되어, 공진 억제부(6f')로부터의 출력을 수신하지 않고, 스테이지정보 취득부(6d)로부터 출력된 스테이지 상태 신호를 직접 수신하도록 구성된다.FIG. 7 is a view corresponding to FIG. 3 showing an active damping device according to a second embodiment. As shown in Fig. 7, the damping
상세하게는, 제 2 실시형태에 따른 제진FF 제어부(6e')는, 스테이지정보 취득부(6d)에 의해 취득된 스테이지 상태 신호에 기초하여, 스테이지(4)의 이동에 수반하여 제진대(1)에 발생하는 진동에 상응하는 제어력이 되도록, 서보 밸브(24)를 피드포워드 제어하기 위한 피드포워드 신호를 출력한다.In detail, the damping
또한, 제 2 실시형태에 따른 공진 억제부(6f')는, 제진FF 제어부(6e')로부터 출력된 피드포워드 신호가 입력됨과 더불어, 당해 피드포워드 신호에서, 스테이지(4)에 관한 공진의 공진 주파수 성분을 제거한 후에 서보 밸브(24)로 출력하도록 구성된다.Further, the
이로써, 피드포워드 신호에서 공진 주파수 성분을 제거한 결과, 이 신호에 위상의 지연이 발생하였다 하더라도, 그것에 기인한 시간적 지연은, 스테이지정보 취득부(6d)가 스테이지 상태 신호를 사전 타이밍에 취득함으로써 감쇄된다. 이로써, 제진대(1)의 피드포워드 제어를 조속히 실행할 수 있게 된다. 그 결과, 시간적 지연을 초래하는 일 없이, 스테이지(4)에 관련된 공진의 발생을 억제할 수 있다.Thus, even if a phase delay occurs in this signal as a result of removing the resonant frequency component from the feedforward signal, the temporal delay caused by it is attenuated by the stage
<<스테이지에 관련된 제어의 변형예>><<Example of modification of stage-related control>>
상기 제 1 실시형태에서는, 스테이지 추력센서(S5)에 의한 검출 결과에 기초하여, 스테이지(4)에 발생하는 추력을 추정하도록 구성되었으나, 이러한 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 8에 나타내는 바와 같이, 스테이지 가속도센서(S6)를 이용한 구성으로 하여도 된다. 이 경우, 스테이지 진동 추정부(5c)는, 스테이지 추력센서(S5) 및 스테이지 가속도센서(S6)로부터 출력되는 신호의 적어도 한쪽에 기초하여, 스테이지(4)에 발생하는 진동을 추정할 수 있다.In the first embodiment described above, it is configured to estimate the thrust generated on the
또한, 스테이지 진동 추정부(5c), 스테이지 추력센서(S5), 및 스테이지 가속도센서(S6)는, 공진 주파수 성분의 동정에 이용할 수 있다. 이 경우, 스테이지 가속도센서(S6)를 제진대(1) 위에 배치된 각 부(볼스크류 기구, 스테이지(4), 탑재물(S) 등)에 장착함으로써, 보다 정밀한 동정을 실시할 수 있게 된다.Further, the stage
<<그 밖의 실시형태>><<Other Embodiments>>
상기 실시형태에서는, 제진대(1)용 액추에이터로서 서보 밸브(24)를 예시하였으나, 이 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어, 서보 밸브(24) 대신 리니어모터를 이용하여도 된다.In the above embodiment, the
또한, 상기 실시형태에서는, 스테이지정보 취득부(6d) 및 제진FF 제어부(6e)는, 양쪽 모두 컨트롤러(6)의 일부가 되었으나, 이 구성에 한정되지 않는다. 스테이지정보 취득부(6d) 및 제진FF 제어부(6e) 중 적어도 한쪽을 스테이지 컨트롤러(5)의 일부로 하여도 된다.In the above embodiment, both the stage
또한, 공진 억제부(6f)가 구비하는 노치 필터는 1개로 한정되지 않는다. 복수의 노치 필터를 이용하여도 된다. 이 경우, 복수의 공진 주파수 성분에 대응시킨 구성으로 할 수 있게 된다.In addition, the notch filter included in the
또한, 공진 주파수 성분의 제거와, 피크 위치의 조정이나 게인의 증대 등을 실시하는 순서에 대해서는, 도 4에 나타낸 것에 한정되지 않고, 적절히 변경할 수 있다.In addition, the procedure for removing the resonance frequency component, adjusting the peak position, increasing the gain, and the like is not limited to that shown in FIG. 4 and can be changed as appropriate.
또한, 공진 억제부(6f)는, 노치 필터 대신, 저역 통과 필터 등, 다른 디지털 필터를 구비한 구성으로 하여도 된다. 공진 억제부(6f)의 구성은, 적절히 변경 가능하다. 예를 들어, 게인의 증대를 실시하는 디지털 필터에 대해서는, 공진 억제부(6f)가 아니라, 스테이지정보 취득부(6d)에 구비하거나 제진FF 제어부(6e)에 구비하여도 된다.Further, the
A : 능동형 제진장치
D : 탑재 장치
S : 탑재물
1 : 제진대
2 : 공기스프링 유닛
3 : 탑재 장치의 본체
4 : 스테이지
5 : 스테이지 컨트롤러(제 1 제어부)
6 : 컨트롤러
6d : 스테이지정보 취득부
6e : 제진FF 제어부(제 2 제어부)
6f : 공진 억제부
24 : 서보 밸브(제 2 액추에이터)
31 : 리니어모터(제 1 액추에이터)A: Active damping device
D : Mounting device
S : Payload
1 : Vibration isolation table
2: Air spring unit
3: The body of the mounting device
4: Stage
5: Stage controller (first control unit)
6:Controller
6d: stage information acquisition unit
6e: Damping FF control unit (second control unit)
6f: resonance suppression unit
24: Servo valve (2nd actuator)
31: Linear motor (first actuator)
Claims (7)
상기 스테이지에 추력을 부여하는 제 1 액추에이터와,
상기 제 1 액추에이터로 제어 신호를 입력함으로써, 당해 제어 신호에 따른 추력을 발생시키는 제 1 제어부와,
상기 스테이지를 지지하는 제진대와,
상기 제진대에 대하여, 그 진동을 억제하는 제어력을 부여하는 제 2 액추에이터와,
상기 제 1 제어부가 상기 제 1 액추에이터를 개재하고 상기 스테이지를 이동시킬 때, 그 이동 제어에 관한 정보에 기초한 스테이지 상태 신호를 사전에 취득하는 스테이지정보 취득부와,
상기 스테이지정보 취득부에 의해 취득된 스테이지 상태 신호가 입력됨과 더불어, 당해 스테이지 상태 신호에서, 상기 스테이지에 관한 공진의 공진 주파수 성분을 제거하도록 구성된 공진 억제부와,
상기 공진 억제부에 의해 상기 공진 주파수 성분이 제거된 스테이지 상태 신호에 기초하여, 상기 스테이지의 이동에 수반하여 상기 제진대에 발생하는 진동을 억제하는 제어력이 되도록, 상기 제 2 액추에이터를 피드포워드 제어하는 제 2 제어부를 구비하고,
상기 공진 억제부는, 상기 공진 주파수 성분의 제거에 전후하여, 상기 스테이지 상태 신호의 게인을 증대시키고,
상기 제 1 제어부는, 상기 스테이지를 이동 제어하기에 앞서 타이밍 신호를 출력하고,
상기 제 2 제어부는, 상기 타이밍 신호를 수신하여, 상기 공진 억제부에 의해 상기 공진 주파수가 제거된 상기 스테이지 상태 신호에 기초하여 구한 피드포워드 신호를, 상기 스테이지의 이동 제어보다 빠른 타이밍으로 상기 제 2 액추에이터에 입력하는
것을 특징으로 하는 능동형 제진장치.A stage that determines the position of the payload by moving under thrust;
a first actuator that applies thrust to the stage;
A first controller for generating thrust according to the control signal by inputting a control signal to the first actuator;
a vibration isolation table supporting the stage;
a second actuator for imparting a control force to suppress the vibration of the vibration isolation table;
a stage information acquisition unit for acquiring in advance a stage state signal based on information related to movement control when the first control unit moves the stage via the first actuator;
a resonance suppression unit configured to input the stage state signal obtained by the stage information acquisition unit and to remove a resonance frequency component of resonance related to the stage from the stage state signal;
Based on the stage state signal from which the resonance frequency component has been removed by the resonance suppression unit, feed-forward control of the second actuator to provide a control force for suppressing vibration generated in the vibration isolation table along with the movement of the stage. A second control unit is provided;
The resonance suppression unit increases a gain of the stage state signal before and after removing the resonance frequency component;
The first control unit outputs a timing signal prior to controlling the movement of the stage;
The second control unit receives the timing signal and transmits a feed forward signal obtained based on the stage state signal from which the resonance frequency has been removed by the resonance suppression unit to the second control unit at a timing earlier than that of the movement control of the stage. input to the actuator
An active damping device characterized in that.
상기 스테이지정보 취득부는, 상기 스테이지 상태 신호로서, 상기 스테이지에 부여되는 가속도를 나타내는 가속도 지령값을 사전에 추정함과 더불어,
상기 공진 억제부는, 상기 가속도 지령값에서 상기 공진 주파수 성분을 제거하도록 구성되는
것을 특징으로 하는 능동형 제진장치.According to claim 1,
The stage information acquisition unit preliminarily estimates an acceleration command value representing an acceleration applied to the stage as the stage state signal, and
The resonance suppression unit is configured to remove the resonance frequency component from the acceleration command value
An active damping device characterized in that.
상기 스테이지정보 취득부는, 상기 스테이지 상태 신호로서, 상기 스테이지에 부여되는 추력을 나타내는 추력 지령값을 사전에 추정함과 더불어,
상기 공진 억제부는, 상기 추력 지령값에서 상기 공진 주파수 성분을 제거하도록 구성되는
것을 특징으로 하는 능동형 제진장치.According to claim 1,
The stage information acquisition unit preliminarily estimates a thrust command value representing thrust applied to the stage as the stage state signal, and
The resonance suppression unit is configured to remove the resonance frequency component from the thrust command value
An active damping device characterized in that.
상기 공진 억제부는, 상기 공진 주파수 성분을 투과시키지 않도록 구성된 디지털 필터를 구비하는
것을 특징으로 하는 능동형 제진장치.According to any one of claims 1 to 3,
The resonance suppression unit includes a digital filter configured not to transmit the resonance frequency component.
An active damping device characterized in that.
상기 공진 억제부는, 상기 공진 주파수 성분을 포함한 대역을 저지하도록 구성된 노치 필터를 구비하는
것을 특징으로 하는 능동형 제진장치.According to claim 4,
The resonance suppression unit includes a notch filter configured to block a band including the resonance frequency component.
An active damping device characterized in that.
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