TWI802630B - 主動隔振裝置 - Google Patents

Abstract

本發明主旨在於提供一種主動隔振裝置A，係包括：對承載物S定位的工作台4、支撐工作台4的隔振台1、對隔振台1施加抑制其振動之控制力的伺服閥24、事先獲取基於與控制工作台4移動相關之資訊決定的工作台狀態訊號的工作台資訊獲取部6d、從該工作台狀態訊號去除共振頻率成分的共振抑制部6f、以及基於共振頻率成分已被去除的工作台狀態訊號對伺服閥24進行前饋控制而使控制力與伴隨工作台4移動產生於隔振台1的振動相平衡的減振前饋控制部6e。

Description

主動隔振裝置

本說明書所揭示技術係關於一種主動隔振裝置。

迄今為止，已知半導體、液晶面板等各種精密機器之製造裝置為實現準確且高速之定位，而於活動式工作台上承載其製造對象物（例如參照專利文獻1）。

一般而言，工作台上之承載物是製造過程中之精密機器，而不宜振動。於是，前述專利文獻1中係揭示以下內容：為了盡可能地抑制來自地面之振動的傳遞而使用主動式隔振裝置。

具體而言，前述專利文獻1中記載之主動隔振裝置包括：活動式工作台（移動物）、支撐該工作台的隔振台（托板）、對該隔振台施加抑制該隔振台振動之控制力的致動器（伺服閥：servo valve）、以及設於隔振台之振動感測器（加速度感測器）。該主動隔振裝置構成為根據來自振動感測器的訊號對致動器進行回饋控制。

此外已知不僅為了抑制從地面傳來之振動，還為了抑制伴隨著工作台移動所產生的振動，而不僅進行前述回饋控制，還對隔振台進行前饋控制。

具體而言，於控制工作台移動時，前述專利文獻1中記載之主動隔振裝置係基於與該移動控制相關之資訊（工作台控制資訊）事先推測工作台的位置與加速度。然後，該主動隔振裝置根據事先之推測結果進行前饋控制。藉此可於較早時刻實行隔振台之前饋控制。

專利文獻1：日本專利第4970904號公報

－發明欲解決之技術問題－

如前述專利文獻1所記載，於由隔振台支撐活動式工作台之情形，隔振台與工作台之間的振動、工作台與承載物之間的振動等可能導致共振。要求於上述共振實際發生前，事前抑制該共振。

亦已知一般情形下，前述專利文獻1所記載活動式工作台為抑制產生於該工作台之振動，除了對隔振台進行前饋控制以外，還對工作台本身進行前饋控制（亦即工作台FF控制）。

於是考慮以下做法：於構成工作台FF控制的控制環路中設置凹口濾波器等數位濾波器，其係用於去除會誘發與工作台相關連之共振的頻率成分（本說明書中稱上述頻率成分為「共振頻率成分」）。一般認為於此情形下，例如藉由從與工作台相關連之前饋訊號去除共振頻率成分，而可事前抑制共振之發生。

然而，一般情形下，已透過數位濾波器的數位訊號會產生相位延遲。這將導致工作台FF控制有時間上的延遲，不利於確保工作台的回應性等。

若只讓數位訊號透過凹口濾波器而僅去除共振頻率成分，數位訊號的增益可能不足，不足量相當於被除去的共振頻率成分。從確保前述工作台FF控制等控制工作台移動的性能（特別是確保施加給工作台之推力、加速度）之觀點來看，此係不良現象。對此，即使追加用於補償數位訊號增益的訊號處理，則相位延遲會更加明顯，因此不理想。

本說明書所揭示之技術是鑒於上述各點而完成，其目的在於：提供一種包括活動式工作台之主動隔振裝置，抑制與工作台相關連之共振的發生，且不會導致時間上的延遲。

－用於解決技術問題之技術手段－

本申請發明人等進行反覆研究，著眼於以下兩點而完成本發明。第一點為工作台側的控制環路與隔振台側的控制環路相互獨立；第二點為如前述專利文獻1所記載，可於較控制工作台移動更早時刻對隔振台進行控制。

具體而言，這裡所公開的技術係關於主動隔振裝置。係包括：工作台，係受到推力而移動並藉此定位承載物；第一致動器，係對前述工作台施加推力；第一控制部，係將控制訊號輸入前述第一致動器，藉此產生對應前述控制訊號的推力；隔振台，係支撐前述工作台；第二致動器，係對前述隔振台施加抑制前述隔振台振動的控制力；工作台資訊獲取部，係在前述第一控制部經由前述第一致動器使前述工作台移動時，事先獲取基於與前述控制移動相關的資訊而決定的工作台狀態訊號；共振抑制部，係構成為：輸入由前述工作台資訊獲取部獲取的工作台狀態訊號，並且從前述工作台狀態訊號去除與前述與工作台相關之共振的共振頻率成分；以及第二控制部，係基於前述共振頻率成分已被前述共振抑制部去除的工作台狀態訊號，對前述第二致動器進行前饋控制，以保證控制力與伴隨前述工作台移動產生的前述隔振台的振動相平衡。

在此，工作台狀態訊號可為表示施加給工作台之加速度、推力等與工作台共振直接相關連的物理量的訊號，也可為表示可計算加速度、推力之工作台位置等與工作台共振間接相關的物理量的訊號。

「與工作台相關之共振」例如可為伴隨著工作台移動而產生的共振，也可為第二致動器施加給隔振台的控制力傳遞至工作台之結果而產生的共振。「與工作台相關連之共振」之用語與「與工作台相關之共振」之用語意思相同。

根據前述構成方式，工作台資訊獲取部事先獲取工作台狀態訊號。共振抑制部從事先獲取之工作台狀態訊號去除共振頻率成分後輸出給第二控制部。第二控制部利用如此輸入之訊號對第二致動器進行前饋控制。

藉此，從工作台狀態訊號去除共振頻率成分，結果即使該訊號產生了相位延遲，起因於該相位延遲之時間上的延遲也會藉由於較早時刻獲取工作台狀態訊號而減小。藉此可抑制與工作台相關連之共振的發生，且不會導致時間上的延遲。

如上所述，因為工作台側的控制環路與隔振台側的控制環路相互獨立，所以即使於隔振台側的控制環路去除了共振頻率成分，工作台側也不會發生相位延遲。這對於確保控制工作台移動的性能很有效。

根據前述構成方式，即使對共振頻率成分已被去除的工作台狀態訊號追加用於補償該訊號增益的訊號處理，起因於該訊號處理的時間上的延遲也會由於與上述一樣的理由而減小，因此可較早地對隔振台進行前饋控制。其結果不僅有利於控制工作台移動，還有利於確保對隔振台進行的前饋控制之性能。

可以如此：前述工作台資訊獲取部構成為：事先推測表示施加給前述工作台之加速度的加速度指令值並作為前述工作台狀態訊號；前述共振抑制部構成為：從前述加速度指令值去除前述共振頻率成分。

根據前述構成方式，藉由從加速度指令值去除共振頻率成分，便可做到不誘發與工作台相關連之共振（與工作台相關之共振）。

可以如此：前述工作台資訊獲取部構成為：事先推測表示施加給前述工作台之推力的推力指令值並作為前述工作台狀態訊號；前述共振抑制部構成為：從前述推力指令值去除前述共振頻率成分。

根據前述構成方式，藉由從推力指令值去除共振頻率成分，便可做到不誘發與工作台相關連之共振。

可以如此：前述共振抑制部在去除前述共振頻率成分以前或以後，使前述工作台狀態訊號的增益增大。

根據該構成方式，對去除共振頻率成分以後或者去除以前的工作台狀態訊號補償該訊號的增益。藉此有利於確保對隔振台進行的前饋控制之性能。

這裡所公開的技術係關於一種主動隔振裝置。該主動隔振裝置係包括：工作台，係受到推力而移動藉此定位承載物；第一致動器，係對前述工作台施加推力；第一控制部，係將控制訊號輸入前述第一致動器，藉此產生對應前述控制訊號的推力；隔振台，係支撐前述工作台；第二致動器，係對前述隔振台施加抑制前述隔振台振動的控制力；工作台資訊獲取部，係在前述第一控制部經由前述第一致動器使前述工作台移動時，事先獲取基於與前述控制移動相關的資訊而決定的工作台狀態訊號；第二控制部，係基於前述工作台資訊獲取部獲取的工作台狀態訊號輸出用於對前述第二致動器進行前饋控制的前饋訊號，以保證控制力與伴隨前述工作台移動產生的前述隔振台的振動相平衡；以及共振抑制部，其構成為：輸入從前述第二控制部輸出的前饋訊號，並且從前述前饋訊號去除與前述與工作台相關之共振的共振頻率成分後，輸出給前述第二致動器。

根據前述構成方式，工作台資訊獲取部事先獲取工作台狀態訊號並輸出給第二控制部。第二控制部係基於如此輸入之訊號輸出前饋訊號。

藉此，從前饋訊號去除共振頻率成分之結果，即使該訊號產生了相位延遲，起因於該相位延遲之時間上的延遲也會藉由工作台資訊獲取部於較早時刻獲取了工作台狀態訊號而減小。藉此可抑制與工作台相關連之共振的發生，且不會導致時間上的延遲。

可以如此：前述共振抑制部具有數位濾波器，前述數位濾波器構成為：不讓前述共振頻率成分通過。

前述數位濾波器可使用普通的低通濾波器、帶阻濾波器、凹口濾波器等。

可以如此：前述共振抑制部具有凹口濾波器，前述凹口濾波器構成為：阻止含有前述共振頻率成分的帶域。

一般而言，凹口濾波器可阻止的帶域比帶阻濾波器窄。因此，使用凹口濾波器可更準確地去除欲去掉之共振頻率成分。

－發明之效果－

如上所述，根據前述主動隔振裝置，於包括活動式工作台的主動隔振裝置中可抑制與工作台相關連之共振的發生，且不會導致時間上的延遲。

以下參照圖式說明本發明的實施方式。又，以下說明僅為例示。

（第一實施方式）

首先說明本發明的第一實施方式。

－主動隔振裝置的整體構成－

圖1係例示本實施方式之主動隔振裝置A（以下簡稱為「隔振裝置」）的簡略構成的圖。圖2係例示與隔振裝置A的工作台4相關之控制構成的方塊圖，圖3係例示與隔振裝置A的隔振台1相關之控制構成的方塊圖。

隔振裝置A係將例如半導體相關製造裝置等容易受振動影響之精密裝置D放在隔振台1上。在此，裝置D（以下稱為「承載裝置」）係用活動式工作台4支撐矽晶圓等各種承載物S，藉由適當地讓該工作台4移動而準確且高速地定位工作台4上的承載物S。

一般而言，工作台4上的承載物S因係製造過程中的精密機器而不宜振動。於是，為了盡可能地抑制來自地面之振動的傳遞，該隔振裝置A係主動式隔振裝置。

具體而言，本實施方式之隔振裝置A包括工作台4、隔振台1以及伺服閥24。其中，該工作台4承受推力而移動並定位承載物S；該隔振台1支撐工作台4；該伺服閥24將抑制該隔振台1振動的控制力施加給該隔振台1。

以下詳細說明各部分之構成。

工作台4設在裝置D的本體3上，本構成例中，工作台4係為利用滾珠螺桿機構而可沿規定的移動軌跡（該例中係指水平方向）移動的支撐台。前述承載物S係由工作台4的上表面支撐。又，工作台4的引導機構並不限於滾珠螺桿機構。例如可以使用直線導軌或空氣靜壓導軌。

於該構成例中，前述滾珠螺桿機構係由螺桿（未圖示）與線性馬達31（僅示於圖2）構成。其中，該螺桿螺合在設於工作台4內的內螺紋部（未圖示）上且貫穿工作台4水平延伸；該線性馬達31連結在該螺桿並對線性馬達31進行驅動。線性馬達31讓螺桿旋轉，藉此使工作台4沿螺桿延伸的方向移動。

該實施方式構成為：由後述工作台控制器5控制線性馬達31工作而對工作台4施加水平方向之推力，藉此實現承載裝置D中工作台4之定位。

又，線性馬達31係「第一致動器」之例示。於使用線性導軌或者空氣靜壓導軌取代滾珠螺桿機構之情形，係可使用直線移動型馬達作線性馬達31而不使用旋轉型馬達。

為控制線性馬達31工作，於工作台4附近設有工作台位置感測器S4與工作台推力感測器S5。該工作台位置感測器S4係用於檢測工作台4在移動軌跡上的位置（相當於工作台4在承載裝置D中之位移）；該工作台推力感測器S5係用於檢測工作台4實際承受的推力。從前述感測器S4、S5輸出的檢測訊號分別輸入工作台控制器5。又，工作台控制器5係「第一控制部」之例示。

隔振台1由所謂的托板構成，藉由複數（通常為四個，但三個以上即可）空氣彈簧單元2、2……從下方彈性地支撐著。在隔振台1上設有裝置D的本體3。這相當於隔振台1經由本體3支撐工作台4。

詳細而言，複數空氣彈簧單元2、2……分別由圖示般承受上下方向載荷的空氣彈簧構成，且包括殼體20與活塞22。其中，該殼體20佈置在地面等上且上端開口；該活塞22透過隔膜21氣密性地插入上端開口並在殼體20內劃分出空氣室。因為如此般用空氣彈簧承受載荷，所以隔振裝置A基本上具有優異隔振性能，而且，在本實施方式中，還控制空氣彈簧的內壓而對隔振台1施加可減小振動的控制力。

因此，在各空氣彈簧單元2都設有加速度感測器S1與位移感測器S2。其中，該加速度感測器S1用於檢測隔振台1在各空氣彈簧單元2的受力位置附近的加速度；該位移感測器S2用於檢測隔振台1在各空氣彈簧單元2的受力位置附近的位移。還設置有用於檢測殼體20下部的加速度（地面振動）的FF加速度感測器S3。從前述各感測器S1～S3輸出的檢測訊號分別輸入控制器6。

各空氣彈簧單元2上都連接有配管，該配管係用以自未圖示的空壓源供給壓縮空氣。利用設在該配管的伺服閥24可調節供往空氣彈簧的壓縮空氣的供給流量與排出流量。接著由控制器6基於從各感測器S1～S4輸入的訊號等對伺服閥24進行控制，藉此調節壓縮空氣的供給流量與排出流量，從而調節空氣彈簧的內壓。藉由調節空氣彈簧的內壓而如後述抑制隔振台1與承載裝置D的振動。又，伺服閥24係「第二致動器」之例示。

又，圖1中僅在右側的空氣彈簧單元2顯示其控制系統之上下方向的FB加速度感測器S1、位移感測器S2、FF加速度感測器S3、配管、伺服閥24等，但各空氣彈簧單元2都設有同様的控制系統。

雖未圖示，但將同樣的空氣彈簧單元2、2……作為用於產生水平方向控制力的致動器而設在隔振台1的周圍，或者將複數空氣彈簧作為水平方向的致動器而設在空氣彈簧單元2、2……中並控制空氣彈簧單元2、2……的內壓，藉此亦可抑制承載裝置D在水平方向上的振動。

－與工作台相關的控制－

接著具體說明如何透過線性馬達31控制工作台4。

該構成例中，工作台控制器5具有工作台位置FB控制部5a、工作台推力FB控制部5b、工作台振動推測部5c、以及工作台振動FF控制部5d。工作台控制器5構成為：藉由將控制訊號輸入線性馬達31而產生對應該控制訊號的推力。工作台控制器5如此控制工作台4移動。

如圖2所示，對線性馬達31之輸入主要為位置回饋操作量、推力回饋操作量以及推力前饋操作量之相加結果。其中，該位置回饋操作量係由工作台位置FB控制部5a基於來自工作台位置感測器S4的訊號計算得出；該推力回饋操作量係由工作台推力FB控制部5b基於來自工作台推力感測器S5的訊號計算得出；推力前饋操作量係由工作台振動FF控制部5d基於來自工作台振動推測部5c的訊號計算得出。在此，工作台振動推測部5c將基於來自工作台推力感測器S5的訊號而生成的訊號輸出給工作台振動FF控制部5d。

工作台位置FB控制部5a係基於工作台位置感測器S4的檢測值，亦即工作台4在移動軌跡上的實際位置（位置實測值）讓線性馬達31運轉，以保證該位置檢測值收斂於規定的目標值（以下稱作「位置指令值」）內。例如，用位置實測值、其微分值及積分值分別乘以回饋增益後，相加得到三者的總和，從位置指令值減去該總和，以二者之差作對線性馬達31的控制輸入（位置回饋操作量）即可。藉此可進行與工作台4的位置相關的回饋控制。

工作台推力FB控制部5b係基於工作台推力感測器S5的檢測值，亦即工作台4移動時實際承受的推力（推力實測值）讓線性馬達31t運轉，以保證該推力實測值收斂於規定的目標值（以下稱作「推力指令值」）內。例如用推力實測值、其微分值及積分值分別乘以回饋增益後，相加得到三者的總和，從推力指令值減去該總和，以二者之差作對線性馬達31的控制輸入（推力回饋操作量）即可。藉此可進行與賦予給工作台4的推力相關的回饋控制。

工作台振動推測部5c係基於工作台推力感測器S5的檢測值推測伴隨施加給工作台4推力而產生之振動。例如，工作台振動推測部5c中記憶有使工作台4承受的推力與產生於工作台4的振動相關連的模型、圖表等，可計算出表示對應前述推力實測值的振動的訊號並輸入工作台振動FF控制部5d。

工作台振動FF控制部5d係基於來自工作台振動推測部5c的輸出訊號，亦即伴隨著施加推力而產生於工作台4之搖動的大小，讓線性馬達31運轉，以保證減小該振動。例如，將表示搖動大小的訊號與前饋增益相乘，乘積的正負相反並以此作為對線性馬達31的控制輸入（推力前饋操作量）即可。藉此可進行與施加給工作台4之推力相關的前饋控制。

又，例如還可以採用檢測輸入線性馬達31的電流並對該電流進行回饋控制的構成，取代採用工作台推力感測器S5的構成。如此即使不使用工作台推力感測器S5也可透過與推力相關連的物理量（例如電流大小等與推力大小成正比的物理量）間接地控制推力。

於該構成例中，工作台控制器5係將對應位置回饋操作量、推力回饋操作量以及推力前饋操作量而決定的電控制訊號輸入線性馬達31。線性馬達31對應該控制訊號的強度，也就是將控制訊號看作電流時的強弱，調節對工作台4施加的推力大小。也就是說，控制訊號的振幅越大，線性馬達31施加給前述螺桿的扭距越大，工作台4承受的推力也隨之相應地增大。此時，係由工作台推力感測器S5檢測出推力實測值並將其回饋給工作台控制器5。

若如此回饋推力，工作台4受摩擦之影響等會反映到表示實際推力的訊號，亦即推力實測值。另一方面，如果對推力進行前饋，則減小了產生於工作台4之搖動的影響等會反映到推力實測值。

線性馬達31以控制訊號所顯示之轉速旋轉，並藉由工作台位置感測器S4檢測目前的旋轉狀態，亦即位置實測值，並回饋給該工作台控制器5。

－與隔振台相關的控制－

接著具體說明如何透過伺服閥24控制隔振台1。為了方便而僅說明如何控制上下方向之空氣彈簧，但於水平方向上也設有空氣彈簧之情形，亦對該等進行同樣的控制。

於該構成例中，控制器6具有隔振FB控制部6a、減振FB控制部6b、隔振FF控制部6c、以及工作台資訊獲取部6d等。控制器6構成為：藉由將控制訊號輸入伺服閥24，而對隔振台1施加抑制隔振台1振動的控制力。

如圖3所示，對伺服閥24的輸入主要由隔振回饋操作量、減振回饋操作量以及隔振前饋操作量構成。其中，該隔振回饋操作量係由隔振FB控制部6a基於來自加速度感測器S1的訊號計算得出；該減振回饋操作量係由減振FB控制部6b基於來自位移感測器S2的輸出計算得出；該隔振前饋操作量係由隔振FF控制部6c基於來自加速度感測器S3的訊號計算得出。

由圖2～圖3可知，由工作台控制器5構成的工作台4側的控制環路與由控制器6構成的隔振台1側的控制環路係相互獨立。

隔振FB控制部6a係基於FB加速度感測器S1的檢測值，亦即隔振台1上下方向之加速度，由空氣彈簧產生減小隔振台1之振動的控制力。例如，將加速度的檢測值、其微分值及積分值分別乘以回饋增益後，相加得到三者的總和，使該總和之正負符號相反，以此作對伺服閥24的控制輸入（隔振回饋操作量）即可。藉此可進行下述回饋控制（隔振回饋控制），亦即，進行該回饋控制收到的效果與施加給隔振台1剛性或者增加防振台1的質量相同。

減振FB控制部6b係基於位移感測器S2的檢測值，亦即隔振台1上下位置的變化量，控制空氣彈簧的內壓，以保證上下位置的變化量變小，藉此來抑制該隔振台1傾斜或者由於傾斜而發生的搖動。例如，從目標值（零）減去位移的檢測值後，按照PID控制規則求出對伺服閥24的控制輸入（減振回饋操作量）即可。藉此可進行與隔振台1的高度相關的回饋控制（減振回饋控制）。

隔振FF控制部6c係基於加速度感測器S3的檢測值，亦即地面的振動狀態，產生可抵消從地面傳給隔振對象物的振動的反相振動，例如可用數位濾波器求出對伺服閥24的控制輸入（隔振前饋操作量）。該數位濾波器的特性係用地面振動經由空氣彈簧單元2傳給隔振台1時的傳遞函數H（s）與由該空氣彈簧單元2構成的補償系統的傳遞函數K（s），且以-H（s）·K（s）-1表示。藉此可進行與地面振動相關的前饋控制（隔振前饋控制）。

伺服閥24接收到上述控制輸入後開始運轉，空氣彈簧單元2的內壓得到控制，藉此對隔振對象物之隔振台1施加適當的控制力。也就是說，針對從地面傳來的振動，讓隔振FF控制部6c進行隔振前饋控制來抑制振動的傳遞；針對即便如此還是會傳來的微小振動，讓隔振FB控制部6a進行隔振回饋控制來減少該微小振動。由此而可得到非常高的隔振性能。

另一方面，對於因承載裝置D運轉而產生的較大振動，亦即伴隨工作台4移動而產生於隔振台1之振動（搖動），不僅進行上述隔振回饋控制，還讓減振FB控制部6b進行減振回饋控制，藉此會減小隔振台1的搖動。但因為回饋控制係於實際產生位移或者振動後才進行，所以其效果是有限的。特別是於以上前述用空氣彈簧產生控制力之情形，因為回應延遲很大，所以無法期待得到充分的效果。

於是，該構成例構成為：為抑制伴隨著工作台4移動而產生的振動，不僅進行前述減振回饋控制，還在較早時刻進行減振前饋控制。

也就是說，該構成例之工作台資訊獲取部6d係在工作台控制器5經由線性馬達31讓工作台4移動時，事先獲取與控制該移動相關之資訊（工作台控制資訊）的工作台狀態訊號。控制器6係利用該工作台狀態訊號而事先計算操作量（減振前饋操作量）。隔振台1於較早時刻將如此計算得出的控制訊號輸入伺服閥24，該較早時刻係相當於對空氣彈簧的控制時間之延遲。藉此，伺服閥24於較早時刻進行前饋控制，以保證控制力與伴隨著工作台4移動而產生的隔振台1的振動相平衡。

上述工作台狀態訊號為與從工作台控制器5輸出給線性馬達31的控制訊號相關連的訊號，在工作台資訊獲取部6d事先對該工作台狀態訊號進行推測。作為工作台狀態訊號，可使用表示賦予工作台4之加速度的加速度指令值、表示工作台4的目標位置的位置指令值、以及前述推力指令值等。工作台狀態訊號只要為可基於工作台4的規格、各種感測器的檢測結果進行檢測、計算、推測等之訊號即可。以下舉例說明同時使用加速度指令值與位置指令值作為工作台狀態訊號之情形。

如本揭示般，於由隔振台1支撐活動式工作台4之情形，隔振台1與工作台4之間的振動、工作台4與承載物S之間的振動、前述螺桿與工作台4之間的振動等都有可能導致共振。要求於上述共振實際發生之前，事前抑制該共振。

於是可考慮以下做法：於包括工作台振動FF控制部5d的控制環路中設置用於去除與工作台4相關連之共振頻率的凹口濾波器等數位濾波器。一般認為藉此可事前抑制共振之發生。

然而，一般情形下，已透過數位濾波器的數位訊號會產生相位延遲。這將導致工作台4的前饋控制有時間上的延遲，故不利於確保工作台4的回應性等。

若僅讓數位訊號透過凹口濾波器並去除共振頻率成分，則數位訊號的增益可能不足，不足量相當於被去除的共振頻率成分。因為上述做法會導致推力等減小，所以從對工作台4進行前饋控制之性能的觀點來看，上述做法為不良做法。假定針對此現象追加用於補償數位訊號的增益的訊號處理，相位延遲會更加明顯。因此追加用於補償數位訊號增益的訊號處理並不理想。

因此，該構成例中，將本發明的特徴部分定為於隔振台1側的控制環路中去除共振頻率成分，而不是於工作台4側的控制環路中去除共振頻率成分。

也就是說，於控制器6設置共振抑制部6f與減振FF控制部6e。該共振抑制部6f構成為：輸入由工作台資訊獲取部6d獲取的工作台狀態訊號之位置指令值與加速度指令值並從其中的加速度指令值去除伴隨工作台4移動產生共振的共振頻率成分；該減振FF控制部6e係基於由共振抑制部6f去除共振頻率成分後的加速度指令值對伺服閥24進行前饋控制，以保證控制力與伴隨工作台4移動產生的振動相平衡。

在此，減振FF控制部6e在控制工作台4移動時接收由工作台控制器5送來的定時訊號（timing signal），於較控制工作台4移動時刻早的時刻，將控制訊號（前饋訊號）輸入伺服閥24。其中，前述控制訊號對應基於工作台狀態訊號的加速度指令值與位置指令值求得的減振前饋操作量。該減振FF控制部6e係為「第二控制部」之例示。

共振抑制部6為了補償增益的不足，在除去共振頻率成分之前，或者在除去共振頻率成分之前之後，增大工作台狀態訊號（具體而言為加速度指令值）的增益。

－與共振頻率成分之除去相關連的處理－

如上所述，工作台資訊獲取部6d事先獲取位置指令值與加速度指令值並輸出給共振抑制部6f。其中，位置指令值與加速度指令值為基於與控制工作台4移動相關的資訊而決定的工作台狀態訊號。

詳細而言，工作台資訊獲取部6d基於工作台控制資訊推測位置指令值與加速度指令值，並將其作為工作台狀態訊號輸出。其中，工作台控制資訊係從工作台控制器5輸出的訊號（例如，輸出給線性馬達31的控制訊號）、工作台位置感測器S4與工作台推力感測器S5的檢測結果中之至少一方。

共振抑制部6f構成為：讓作為工作台狀態訊號之位置指令值與加速度指令值中的位置指令值直接通過（具體而言為不施加數位訊號而輸出），另一方面讓加速度指令值經過數位處理將共振頻率成分去除後再輸出。

詳細而言，共振抑制部6f具有數位濾波器，該數位濾波器構成為：不讓構成加速度指令值之各頻率成分中規定的共振頻率成分透過。於該構成例中，作為上述數位濾波器設置的是所謂的凹口濾波器。

該凹口濾波器不讓加速度指令值中含有共振頻率成分之帶域透過，另一方面讓除此以外的帶域透過。

圖4係例示與去除共振頻率成分相關連之處理的圖。若如圖4（a）所示，讓含有共振頻率成分的三角波狀加速度指令值（參照虛線）通過凹口濾波器，去除共振頻率成分，結果則可得顯示圖4（b）所示般梯形狀波形的訊號（參照實線）。

但是如圖4（b）所示，實線表示的波形之峰值較虛線表示的波形之峰值稍微朝紙面右側偏移。這表示由凹口濾波器進行數位處理之結果，相位產生延遲。有鑑於此，共振抑制部6f藉由進行規定的數位處理，使實線表示的訊號峰值的位置稍微朝紙面左側偏移（參照圖4（c））。藉此消除相位之延遲。儘管進行上述處理時可能產生時間上的延遲，但如上所述，因為工作台狀態訊號為事先得到的訊號，所以在較早時刻得到工作台狀態訊號並可以此減小上述相位延遲。

又，如圖4（b）～圖4（c）所示，由於去除了共振頻率成分，實線的時間積分較虛線的時間積分少。這表示對應該加速度指令值而實現的速度（特別是工作台4的速度）降低。若上述積分量減少，經伺服閥24施加給隔振台1的控制力也會減小，在此省略詳細說明。從確保在隔振台1側進行的前饋控制之性能來看，上述做法並不理想。

於是，共振抑制部6f藉由進行規定的數位處理，使實線表示的訊號峰值的高度，亦即該訊號的增益增大（參照圖4（d））。藉此有利於確保對隔振台1進行的前饋控制之性能。

－減振前饋操作量的計算方法－

以下具體說明減振前饋操作量的計算方法。

為便於說明，係考慮對工作台4施加一定的加速度a，並如圖1中的箭頭所示工作台4沿x軸做直線運動之情形。首先，工作台4從基準位置起移動的移動距離Δx與上述位置指令值實質上一致。如果工作台4這樣移動，隔振對象物之隔振台1整體的重心位置會沿x軸方向變化，作用於空氣彈簧單元2、2……的靜載荷的分配狀況發生變化。這等同於：設工作台4的質量（準確而言係工作台4的質量與承載物S的質量之和）為m，設重力加速度為g，在繞通過隔振對象物重心的y軸之圖中順時針方向（θ方向）上產生旋轉力N1=m·g·Δx。

於是，如果控制空氣彈簧的內壓而產生與上述旋轉力N1大小相等且方向相反（-θ）的旋轉力，便可控制這些空氣彈簧的內壓使內壓與隨工作台4移動而產生的對空氣彈簧單元2、2……的載荷分配的變化相平衡，而抑制隔振對象物之隔振台1傾斜（位移），可抑制隨之產生的搖動。圖例中，一方面提高右側空氣彈簧的內壓，另一方面降低左側空氣彈簧的內壓。但實際上對每個空氣彈簧的內壓的控制量係對應該等之佈置狀況（以隔振對象物的重心為基準的位置）從幾何學角度加以確定。

當如上所述對工作台4施加一定加速度a時，伴隨著該工作台4移動而產生的反作用力F＝-m·a係經裝置本體3作用於隔振台1。因為該反作用力F的作用線大致水平且沒有通過隔振對象物的重心，所以若設作用線與重心在上下方向上的距離為h，則會繞y軸產生旋轉力N2=-m·a·h。上下方向上的距離h也可以事先進行實測。考慮工作台4沿水平方向移動，故上下方向的距離h大致固定不變。

為承受住因反作用力F而產生的旋轉力N2，與前述旋轉力N1同樣地，只要控制上下方向的空氣彈簧的內壓而產生與旋轉力N2大小相等且方向相反的旋轉力即可。在此，因為旋轉力N2的方向與旋轉力N1方向相反（-θ），且一般情形下對空氣彈簧單元2（伺服閥24）的控制輸入U與該控制輸入U所產生的力Fa之間存在下式（1）所示的關係，考慮上述條件操作量U_θ 可由下式（2）表示。 [公式1]

在此，式（1）~（2）中，Kv、Tv、Am分別表示伺服閥24的增益、時間常數、空氣彈簧的受壓面積。

於在水平方向上也設有空氣彈簧之情形，較佳為產生與工作台4因此而承受的反作用力F大小相等且方向相反（-x方向）的力，對水平方向的空氣彈簧的操作量U_x 可由下式（3）表示。 [公式3]

又，藉由前述般對應各個空氣彈簧的佈置狀況求得的規定變換式，將操作量U_θ 、U_x 變換為對上述各個空氣彈簧的操作量。減振FF控制部6e用基於工作台位置感測器S4的輸出等推測出的位置指令值作移動距離Δx，另一方面，用從基於工作台推力感測器S5的輸出等推測之加速度指令值去除共振頻率成分得到的結果作加速度a，計算操作量U_θ 、U_x 。

－主動隔振裝置的工作情況－

該構成例中，如上所述，在較控制工作台4移動時刻更早的時刻，基於按上述求得的減振前饋操作量控制空氣彈簧的內壓。

也就是說，當在承載裝置D控制工作台4移動時，首先，從工作台控制器5輸出與控制工作台4移動相關連的控制訊號，並輸入控制器6。有鑒於此，控制器6的工作台資訊獲取部6d在較實際控制工作台4移動的時刻更早的時刻，推測與計算作為工作台狀態訊號之位置指令值與加速度指令值，然後送往共振抑制部6f。共振抑制部6f不對位置指令值進行數位處理即送給減振FF控制部6e，另一方面，共振抑制部6f對加速度指令值進行包含去除共振頻率成分等的數位處理後再送往減振FF控制部6e。有鑒於此，減振FF控制部6e如上所述求出用於控制空氣彈簧內壓的操作量U_θ 、U_x 。

如果在控制工作台4移動以前從工作台控制器5輸出時刻訊號，接受了該時刻訊號的減振FF控制部6e就會在較控制工作台4移動的時刻更早的時刻將按上述求出的操作量U_θ 、U_x 輸出給伺服閥24，該更早時刻相當於控制空氣彈簧的時間延遲。當伴隨著工作台4移動隔振台1經由承載裝置D而欲搖動時，對隔振台1施加適當的控制力，即可充分抑制該搖動。即便如此也會產生的微小振動，係會藉由讓隔振FB控制部6a與減振FB控制部6b進行加速度與位移的回饋控制而減小。而且，會藉由共振抑制部6f抑制因施加給隔振台1的控制力而產生的共振發生。

圖5係將加速度指令值、及從該加速度指令值去除共振頻率成分後又將增益增大後之訊號兩者比較且顯示的圖。具體而言，圖5係將於共振抑制部6f中進行數位處理前的加速度指令值（虛線）、及去除共振頻率成分且進行增大增益等數位處理後的加速度指令值（實線）兩者比較且顯示。

圖6係例示工作台4位置的目標值與實測值之差（位置偏）的圖。具體而言，圖6係顯示使用基於圖5所示的加速度指令值計算得出的減振前饋操作量時，減振前饋控制帶來的搖動抑制效果。

又，圖6中，短虛線係顯示於不進行減振前饋控制之情形（無水平位移MFF），位置偏差之推移狀況；長虛線係顯示於雖進行減振前饋控制但使用去除共振頻率成分前的加速度指令值（圖5的虛線所示的加速度指令值）之情形（有水平位移MFF），位置偏差的推移狀況；實線係顯示於進行減振前饋控制且使用去除共振頻率成分後的加速度指令值（圖5的實線所示的加速度指令值）之情形（水平位移軌跡濾波器（trajectory_filter））位置偏差的推移。單點虛線係顯示讓工作台4移動時之速度（理論速度：Theoretical speed）的理論值。

如圖6的畫圈部R所示，與不進行減振前饋控制時相比，進行減振前饋控制時位置偏差會較早地收斂。但是，於使用去除共振頻率成分前的加速度指令值之情形，如圖6中的長虛線所示，殘存有起因於共振頻率成分之週期性變化。相對於此，由圖6中的實線可知，於使用去除共振頻率成分後的加速度指令值之情形，上述週期性變化被去除，於較其他構成更早之時刻收斂為0（即穩定相對較快）。

－總結－

如上所述，從作為工作台狀態訊號之加速度指令值去掉共振頻率成分之結果，即使該訊號產生了相位推遲延遲，起因於該相位延遲的時間上的延遲也會藉由工作台資訊獲取部6d在較早時刻獲取了工作台狀態訊號而減小。藉此可抑制與工作台4相關連之共振發生，且不會導致時間上的延遲。

如圖2～圖3所示，工作台4側的控制環路與隔振台1側的控制環路係相互獨立。因此，即使在隔振台1側的控制環路中去除共振頻率成分，在工作台4側也不會產生相位延遲。這對於確保控制工作台4移動的性能很有效。

即使對共振頻率成分已被去除的加速度指令值追加用於補償該訊號增益的訊號處理，起因於該訊號處理時間上的延遲也會由於與上述理由一樣的理由而減小，而可較早地對隔振台1進行前饋控制。其結果，不僅有利於控制工作台4移動，還有利於確保對隔振台1進行的前饋控制之性能。

一般而言，凹口濾波器可阻止的帶域比帶阻濾波器窄。因此，使用凹口濾波器可更準確地去除共振頻率成分。

（第二實施方式）

接著說明本說明發明之第二實施方式。以下說明中用同一符號表示與第一實施方式構成相同之部分，並適當地省略其說明。

圖7對應圖3，係顯示主動隔振裝置的第二實施方式。如該圖所示，與第一實施方式相比，該第二實施方式之減振FF控制部6e’與共振抑制部6f’之相對位置關係改變了，減振FF控制部6e’並非接收來自於共振抑制部6f’的輸出，而是馬上接收從工作台資訊獲取部6d輸出的工作台狀態訊號。

詳細而言，第二實施方式之減振FF控制部6e’基於由工作台資訊獲取部6d獲取的工作台狀態訊號輸出用於對伺服閥24進行前饋控制的前饋訊號，以保證控制力與伴隨工作台4移動產生的隔振台1的振動相平衡。

第二實施方式之共振抑制部6f’構成為：從減振FF控制部6e’輸出的前饋訊號輸入該共振抑制部6f’，該共振抑制部6f’從該前饋訊號去除與工作台4相關之共振的共振頻率成分後，再將該前饋訊號輸出給伺服閥24。

藉此，從前饋訊號去除共振頻率成分之結果，即使該訊號產生相位延遲，起因於該相位延遲之時間上的延遲也會藉由工作台資訊獲取部6d在較早時刻獲取了工作台狀態訊號而減小。藉此，可較早地對隔振台1進行前饋控制。其結果，可抑制與工作台4相關連之共振發生，且不會導致時間上的延遲。

（與工作台相關連之控制的變形例）

前述第一實施方式構成為：基於工作台推力感測器S5的檢測結果推測產生於工作台4之推力，但並不限於該構成。例如，如圖8所示，可為使用工作台加速度感測器S6之構成。於此情形，工作台振動推測部5c可基於從工作台推力感測器S5及從工作台加速度感測器S6輸出的訊號中之至少一者推測產生於工作台4的振動。

可用工作台振動推測部5c、工作台推力感測器S5、以及工作台加速度感測器S6確定共振頻率成分。於此情形，將工作台加速度感測器S6安裝在佈置在隔振台1上的各部（滾珠螺桿機構、工作台4、承載物S等）上，藉此可更精密地加以確定。

（其他實施方式）

前述實施方式中，用於隔振台1的致動器之例為伺服閥24，但並不限於該構成。例如可以用線性馬達代替伺服閥24。

前述實施方式中，讓工作台資訊獲取部6d與減振FF控制部6e二者皆為控制器6之一部分，但並不限於該構成。可讓工作台資訊獲取部6d與減振FF控制部6e中之至少一者為工作台控制器5的一部分。

共振抑制部6f所具有的凹口濾波器並不限於一個。可使用複數凹口濾波器。於此情形，可形成對應複數共振頻率成分之構成。

去除共振頻率成分、調整峰值位置、增大增益等的順序並不限於圖4所示的順序，可適當地改變。

共振抑制部6f可為具備低通濾波器等其他位濾波器來取代凹口濾波器之構成。可適當地改變共振抑制部6f的構成。例如可將增大增益的數位濾波器設在工作台資訊獲取部6d、或者設在減振動FF控制部6e，而不設在共振抑制部6f。

A‧‧‧主動隔振裝置 D‧‧‧承載裝置 S‧‧‧承載物 1‧‧‧隔振台 2‧‧‧空氣彈簧單元 3‧‧‧承載裝置的本體 4‧‧‧工作台 5‧‧‧工作台控制器（第一控制部） 6‧‧‧控制器 6d‧‧‧工作台資訊獲取部 6e‧‧‧減振FF控制部（第二控制部） 6f‧‧‧共振抑制部 24‧‧‧伺服閥（第二致動器） 31‧‧‧線性馬達（第一致動器）

圖1係例示主動隔振裝置之大致構成的圖。 圖2係例示與工作台相關之控制構成的方塊圖。 圖3係例示與隔振台相關之控制構成的方塊圖。 圖4係例示與去除共振頻率成分相關連之處理的圖。 圖5係將加速度指令值、及從該加速度指令值去除共振頻率成分後又將增益增大後而得到的訊號兩者進行比較並顯示的圖。 圖6係例示工作台位置的目標值與實測值之差的圖。 圖7對應圖3，係顯示主動隔振裝置的第二實施方式。 圖8對應圖2，係顯示與工作台相關連之控制變形例。

1‧‧‧隔振台

5‧‧‧工作台控制器

6a‧‧‧隔振FB控制部

6b‧‧‧減振FB控制部

6c‧‧‧隔振FF控制部

6d‧‧‧工作台資訊獲取部

6e‧‧‧減振FF控制部

6f‧‧‧共振抑制部

24‧‧‧伺服閥

S1‧‧‧FB加速度感測器

S2‧‧‧位移感測器

S3‧‧‧FF加速度感測器

S4‧‧‧工作台位置感測器

Claims (5)

1. 一種主動隔振裝置，係包括：工作台，係受到推力而移動並藉此定位承載物；第一致動器，係對前述工作台施加推力；第一控制部，係將控制訊號輸入前述第一致動器，藉此產生對應前述控制訊號的推力；隔振台，係支撐前述工作台；第二致動器，係對前述隔振台施加抑制前述隔振台振動的控制力；工作台資訊獲取部，係在前述第一控制部經由前述第一致動器使前述工作台移動時，事先獲取基於與前述控制移動相關的資訊而決定的工作台狀態訊號；共振抑制部，係構成為：輸入由前述工作台資訊獲取部獲取的工作台狀態訊號，並且從前述工作台狀態訊號去除與前述與工作台相關之共振的共振頻率成分；以及第二控制部，係基於前述共振頻率成分已被前述共振抑制部去除的工作台狀態訊號，對前述第二致動器進行前饋控制，以保證控制力與伴隨前述工作台移動產生的前述隔振台的振動相平衡；其中前述共振抑制部在去除前述共振頻率成分以前或以後，使前述工作台狀態訊號的增益增大。
2. 如請求項1之主動隔振裝置，其中：前述工作台資訊獲取部構成為：事先推測表示施加給前述工作台之加速度的加速度指令值並作為前述工作台狀態訊號；前述共振抑制部構成為：從前述加速度指令值去除前述共振頻率成分。
3. 如請求項1之主動隔振裝置，其中：前述工作台資訊獲取部構成為：事先推測表示施加給前述工作台之推力的推力指令值並作為前述工作台狀態訊號；前述共振抑制部構成為：從前述推力指令值去除前述共振頻率成分。
4. 如請求項1到3中任一項之主動隔振裝置，其中：前述共振抑制部具有數位濾波器，前述數位濾波器構成為：不讓前述共振頻率成分通過。
5. 如請求項4之主動隔振裝置，其中：前述共振抑制部具有凹口濾波器，前述凹口濾波器構成為：阻止含有前述共振頻率成分的帶域。

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