DE3718630A1

DE3718630A1 - Verfahren und vorrichtung zur isolation einer tischplatte vor mechanischen schwingungen

Info

Publication number: DE3718630A1
Application number: DE19873718630
Authority: DE
Inventors: Geoffrey L Greene
Original assignee: Technical Manufacturing Corp
Current assignee: Technical Manufacturing Corp
Priority date: 1986-06-03
Filing date: 1987-06-03
Publication date: 1987-12-10
Also published as: US4730541A; GB8710035D0; GB2191876A; JPS62297552A; GB2191876B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Isolation einer Tischplatte vor mechanischen Schwingungen. Vibrationsisolierte Tische werden benötigt, um darauf empfindliche Meßinstrumente zu lagern. Die Tischplat te eines vibrationsisolierten Tisches wird mittels eines vibrationsisolierenden Systems gelagert. Das System enthält pneumatische Luftpolster-Schwingungsisolatoren, Sensoren, pneumatische Steuerungen und eine Halterung. Die Luft polster-Vibrationsisolatoren sind insofern "Luft-Federn", indem sie die Luftkompressibilität einer Kammer verwenden, ein flexibles Dichtelement und einen lasttragenden Kolben besitzen, um die Charakteristika einer niederfrequenten Feder zu erzeugen, d. h. eine weiche Auflage für das ge tragene Objekt. Anders als bei Metallfedern und Gummibändern können Luftfederungen je nach Belastung ohne übergroße Aus lenkung verwendet werden, indem sie die Druckluft in den dafür vorgesehenen Kammern variieren (und damit die Hubkraft).

Die Schwingungsisolatoren arbeiten nur bei Unterstützung einer trägen Masse. Die Vibrationskräfte, die durch den Vibrationsisolator an die träge Masse übertragen werden, nehmen mit größer werdender Vibrationsfrequenz oberhalb der Resonanzfrequenz (Eigenfrequenz) der Luftfederung ab. Mit anderen Worten, der Durchlaßgrad des Luftfederungs- Massesystems nimmt mit größer werdender Vibrationsfrequenz oberhalb der Resonanzfrequenz ab.

Um die Position der getragenen Masse zu erfassen und zu regeln, dient ein Fühlersystem, das mit der unterstützten Masse und den Vibrationsisolatoren zusammenarbeitet. Luft gesteuerte Ventile bilden typischerweise einen Teil des Fühlersystems und sind so ausgelegt, daß sie die geforderte Empfindlichkeit für eine effektive Arbeitsweise haben. Das Fühlersystem kann so ausgelegt werden, daß die Positionie rung innerhalb 2×10^-6 m (1/10 000 Inch) geschieht.

Nachdem die träge Masse oder die unterstützte Tischplatte in dem vibrationsisolierenden System ihren Gleichgewichtszu stand erreicht hat, wird die Positionierung der Tischplatte mit Hilfe des Fühlersystems geregelt. Insbesondere sind im Stand der Technik Systeme mit einer mechanischen Verbindung zwischen einer Stütze, die die Last trägt und einem Ventil bekannt, welches den Luft-Zu- und -Ausstrom des Vibrations isolators steuert. Die Stütze ist durch den Druck in der Isolationskammer in Aufwärtsrichtung vorgespannt. Wenn eine Last auf die Tischplatte gebracht wird, so gibt die Stütze in Abwärtsrichtung nach. Die mechanische Verbindung führt die Bewegung der Stütze und regelt direkt den Luftstrom durch das Ventil in Reaktion auf die Bewegung der Verbin dung. Wenn das Ventil geöffnet wird, kann Luft in den Isolator strömen. Der die Last tragende Kolben hebt sich, die Stütze, die die Bewegung der Tischplatte führt, bewegt sich und die Verbindung folgt der Stütze und bewirkt letzt lich die Schließung des Ventils. Deshalb liegt eine mecha nische Korrespondenz zwischen der Stütze, der Verbindung und dem Öffnen und dem Schließen des Ventils vor. Um eine sta bile Konfiguration im Gleichgewichtspunkt zu erzielen, hat das Regelsystem in der Nähe des Gleichgewichtspunkts einen Bereich, in welchem Druckluft im Isolator weder ein- noch austreten kann. Die Größe dieses Unempfindlichkeitsbereichs legt die Grenzgenauigkeit fest, die für die Ortsbestimmung der isolierten trägen Masse oder der gestützten Tischplatte maßgeblich ist.

Im allgemeinen ist die beste zu erwartende Empfindlichkeit rund 2×10^-6 m (1/10 000 Inch). Diesen Unempfindlichkeitsbe reich muß die Bewegung der gestützten Last überschreiten, bevor eine Reaktion erwartet werden kann. Allerdings liegt der Unempfindlichkeitsbereich im Stand der Technik typischer bei 1 bis 1,2×10^-5 m (1/40 000 bis 1/60 000 Inch).

Zusammenfassend ist zu sagen, daß die Systeme im Stand der Technik drei Regelzustände umfassen. Diese drei Zustände sind:

- Lufteintritt in den Schwingungsisolator,
- Aktivierung des Schwingungsisolators oder
- der Schwingungsisolator ist tatsächlich abgedichtet,

wobei der letzte Zustand zum Auftreten des Unempfindlich keitsbereichs führt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung und Regelung der Position einer pneumatisch unterstützten Last anzugeben, wobei die Sensoren des Systems nicht an der zu stützenden Last angrei fen müssen. Das heißt mit anderen Worten, daß keine Notwen digkeit besteht, eine mechanische Korrespondenz zwischen der zu unterstützten Last und dem Sensor herzustellen.

Die Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst. Weitere Ausführungs formen sind in den Unteransprüchen enthalten.

Ein vom Sensor geliefertes Signal wird verarbeitet und aktiviert ein Ventil, welches den Luftstrom zum bzw. vom Isolator steuert. Der Unempfindlichkeitsbereich im Stand der Technik ist im wesentlichen eliminiert. In einem bevorzugten Aufbau wurde eine Empfindlichkeit von 10^-6 m (4/100 000 Inch) erzielt. Der Sensor ist beabstandet von einer Referenzebene oder dergleichen positioniert. Eine Bewegung zwischen der Referenzebene und dem Sensor resultiert in einem Ausgangs signal des Sensors, welches der relativen Bewegung ent spricht. In einem bevorzugten Aufbau ist der Sensor im Ab stand von der pneumatisch gestützten Last angebracht. In einem alternativen Aufbau ist der Sensor an der pneumatisch gestützten Last befestigt und von einer Referenzlinie beabstandet.

Die vorliegende Erfindung enthält also einen Sensor, der die Position einer pneumatisch positionierten Last erfaßt. Der Sensor ist mit einem Abstand von der Last angeordnet und gibt am Ausgang ein Signal ab, welches der Position oder der Orientierung der Last entspricht. Das Ausgangssignal des Sensors wird verarbeitet und modifiziert als Regelsignal verwendet. Ein Ventil reagiert auf das modifizierte Signal und regelt den Druckluftstrom in und aus dem Schwingungs isolator, der die Last unterstützt. Die Regelung des Luft stromes ist derart, daß kein Unempfindlichkeitsbereich ent steht.

In einer alternativen Ausführung der Erfindung ist der Sensor an der unterstützten Last befestigt und von einem festen Referenzpunkt, einer Referenzebene oder Linie beabstandet.

Im folgenden werden anhand der Zeichnungen Ausführungsbei spiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines vibrationsisolierten Systems mit einem erfindungsgemäßen Fühlersystem,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Fig. 1 mit einer Tischplatte,

Fig. 3 einen perspektivischen Ausschnitt aus Fig. 1 und 2, bestehend aus der Kombination des Isolators und des Sensors mit der Tisch platte,

Fig. 4 ein funktionales Blockdiagramm des erfindungs gemäßen Fühlersystems,

Fig. 5 ein schematisches Diagramm des Fühlersystems der Fig. 4,

Fig. 6 eine Illustration des Fühlersystems, welches die Position einer pneumatisch gestützen Last in Abstand und Verdrehung regeln kann,

Fig. 7 eine schematische Ansicht einer Modifikation der Schaltung in Fig. 5,

Fig. 8 eine Darstellung des Fühlersystems, welches die Position der pneumatisch gestützten Last in Auf- und Abbewegung und Verdrehung erfassen und regeln kann und

Fig. 9 eine Darstellung des Fühlersystems, welches die Position der pneumatisch gestützten Last in sechs Freiheitsgraden erfassen und regeln kann.

Im folgenden soll nun eine bevorzugte Ausführungsart be schrieben werden. Das erfindungsgemäße Fühlersystem wird als Bestandteil eines Vibrationsisolationssystems beschrieben, das insbesondere micro-g ® Dual-Post-Isolatoren, Typ 4, er hältlich bei der Firma Technical Manufacturing Corporation, mit einer Tischplatte von 60 cm (24 Inch) Tiefe und einem Gewicht von 13 230 kg verwendet. Die Erfassung und die Rege lung der Position der Tischplatte wird entlang der Z-Achse mit Bezug auf die XY-Ebene vollzogen. Darüber hinaus wird eine alternative Ausführungsform beschrieben, in der das Fühlersystem die Position einer pneumatisch gestützten Last in jedem der sechs Freiheitsgrade der Last erfassen und re geln kann, d. h. drei Freiheitsgrade der Lage X, Y und Z und drei Freiheitsgrade in Rotation XY, XZ und YZ.

Mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 wird ein vibrationsiso lierendes System 10 gezeigt, das zwei Sätze der oben genannten Dual-Post-Isolatoren (im folgenden kurz: Isolatoren) 12 a und 12 b, und 14 a und 14 b, alle mit einem gewölbten Kolben aufweist. Die Isolatoren 12 a und 12 b sind durch zwei Streben 16 a und 16 b zusammengefügt und die Isolatoren 14 a und 14 b sind durch Streben 18 a und 18 b zusammengefügt. Die Sätze sind mit Hilfe von Verbin dungsstangen 20 und 22 zusammengefügt. Die Sensoren sind allgemein mit 36 a, 36 b und 36 c gekennzeichnet. Die drei Sensoren 36 a, 36 b und 36 c sind identisch, so daß nur ein Sensor 36 a in Einzelheiten beschrieben werden soll.

Mit Bezug auf die Fig. 2 ist hier eine Tischplatte 26 mit den die Tischplatte tragenden abgerundeten Kappen der Iso latoren 12 und 14 dargestellt. Bezugnehmend auf die Fig. 3 hat der Isolator 14 a eine Durchführung 32 a, durch welche die Druckluft für den Isolator entweder ein- oder ausströmen kann. Der Luftstrom durch die Durchführung ist durch ein Zwei-Zustands-Dreiwegventil 28 a des Regelsystem geregelt, welches schematisch in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist. Die Sensoren definieren drei Punkte in der X-Y-Ebene und er fassen die Bewegung der Tischplatte in Richtung der Z-Achse. In Systemen aus dem Stand der Technik steuert ein Sensor ein Ventil, welches mit einem Paar von Isolatoren verbunden ist, und jeder der anderen Sensoren liefert ein Ausgangssignal zu zugehörigen Ventilen und zu jedem der anderen Isolatoren.

In der vorliegenden Erfindung steuert der Sensor 36 a das Ventil 28 a, welches mit dem Isolator 14 a verbunden ist. Der Sensor 36 b steuert das Ventil 28 b, welches mit dem Isolator 14 b verbunden ist; und der Sensor 36 c steuert das Ventil 28 c, welches mit dem Isolator 12 a und 12 b verbunden ist. (In Systemen aus dem Stand der Technik wird die Steuerung des Luftstroms durch die Führungen 32 a, 32 b und 32 c mit Hilfe von mechanischen Ventilen geregelt.) Die Fluidic kreise zur Einführung von Druckluft in den Isolator und das Problem des Entlüftens des Isolators ist im Stand der Tech nik bekannt und soll hier nicht näher beschrieben werden.

Mit Bezug auf die Fig. 4 ist der Sensor 36 a (Abstandssensor) mit einem Abstand d von der Tischplatte 26 (unterstützte Last) angebracht und liefert ein Signal als Reaktion auf eine Bewegung der Tischplatte 26. Das Signal wird in der Regelschaltung 38 verarbeitet. Das Signal am Ausgang der Regelschaltung aktiviert ein Zwei-Zustand-Dreiwegeventil 28 a, wobei Druckluft entweder in den Isolator 14 a eingelas sen (1) wird oder aus dem Isolator austritt (2). Wenn die isolierte Masse nahe der Gleichgewichtslage des Kolbens ist, bewirkt die Regelschaltung, daß das Ventil zwischen den beiden Zuständen mit einer Frequenz alterniert, die sehr viel größer als die Resonanzfrequenz der isolierten Masse ist. In der bevorzugten Ausführungsform war diese Frequenz 100 Hz, während die Resonanzfrequenz des Tisches ungefähr 1 Hz betrug. Wegen des oben bereits diskutierten Ansprechver haltens des Isolators reagiert die isolierte Masse nicht auf den schnellen Wechsel (1/100 Sekunde) des Zu- und Ausflusses des Gases. Dagegen reagiert die isolierte Masse nur auf den gemittelten Netto-Zu- und -Ausstrom des Gases im Isolator ge mittelt über viele Wechselzyklen. Die Regelung dieses Netto gasflusses ist bestimmt durch die Variation des Verhältnis ses zwischen der Periodendauer, in welcher das Gas eintritt und der Periodendauer, in der das Gas austritt. In der Gleichgewichtsposition ist der Nettogasstrom des Isolators ausgeglichen und bewirkt deshalb keine Bewegung der iso lierten Masse. Wenn die Masse aus ihrer Gleichgewichts position gebracht wird, ist die Balance zwischen ein- und ausströmendem Gas gestört, bis zu dem Zeitpunkt, wo sich ein neuer Gleichgewichtszustand einstellt. Dieser wird nur er reicht, wenn sich die isolierte Masse in einer genauen Distanz vom Abstandsdetektor befindet.

Es ist ein vorteilhaftes Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß das Regelsystem um den die Gleichgewichtsposition arbeitet und somit ein direktes Null ("live zero") hat.

Letzlich wird die Empfindlichkeit, mit der die Masse posi tioniert wird, durch das Rauschen und die endliche Verstär kung des Regelsystems limitiert. Es gibt keinen Unempfind lichkeitsbereich.

Ein anderes vorteilhaftes Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß das Regelsystem als echter Integrator ausgelegt ist. Dies ist der Fall in der bevorzugten Ausfüh rungsform. Das heißt, daß die Position der schwingungsiso lierten Masse von der totalen Gesamtdurchflußmenge des Gases, welches in den Schwingungsisolator eintritt, abhängig ist. Das Regelverhalten eines solchen integrierenden Servosystems ist im Stand der Technik bekannt. Es hat eine sehr hohe Verstärkung bei niedriger Frequenz. Das heißt mit anderen Worten, die Genauigkeit, mit der die Masse positioniert wird, verbessert sich mit der Zeit.

Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal der bevorzugten Ausfüh rung der Erfindung ist die Verwendung einer Modulationsfre quenz, welche sehr viel größer ist, als die Resonanzfrequenz des freien Systems aus Masse und Pneumatik. Dieses garan tiert, daß die isolierte Masse nur auf den Nettowert des Gasdurchflusses, über viele Wechselzyklen gemittelt, rea giert, jedoch nicht auf jeden Ein- und Auslaß eines Zyklus. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Gesamtver stärkung des Systems so gewählt, daß keine Oszillationen möglich sind. Das Verhalten des integrierenden Servosystems ist im Stand der Technik bekannt und soll hier nicht in al len Einzelheiten diskutiert werden. In der bevorzugten Aus führungsform ist es ausreichend, sicherzustellen, daß die Gesamtverstärkung des Systems nicht den Wert Eins bei der Resonanzfrequenz (rund 1 Hz) übersteigt. Die maximal zuläs sige Verstärkung der bevorzugten Ausführungsform wird nun abgeschätzt.

Es sei

A = effektive Fläche des Isolatorkolbens (cm²) V = effektives Volumen des Isolators (cm³) V _max = maximale netto Volumendurchflußrate (cm³s^-1) durch das Steuerventil. Dies ist die Durchflußrate, wenn das Ventil vollkommen geöffnet ist. Es sei angenommen, daß die Durchflußraten des Zu- und Abflusses gleich sind. K = Kenngröße des Abstandssensors (Volt · cm^-1) G _elec = elektronische Verstärkung des Regelverstärkers R = Proportionalresponse des Impulsdauermodulators (Volt^-1).

Bezugnehmend auf Fig. 4 soll angenommen werden, daß ein kleines Signal δ am Eingang des Verstärkers (V₁) liegt. Der Ausgang des Verstärkers wird gegeben durch G _elec δ. Die Änderung in der Modulationsimpulsdauer ist gegeben durch G _elec R δ. Die Nettodurchflußrate des Dämpfungsgliedes ist gegeben durch G _elec RV _max δ. In der Zeit T ist das Nettovolumen in dem Dämpfungsglied erhöht und durch G _elec RV _max T δ gegeben. Die isolierte Masse wird um G _elec RV _max A ^-1 T δ angehoben. Die Höhenänderung wird eine Signaländerung des Sensors bewirken und ist gegeben durch G _elec RV _max A ^-1 KT δ. Somit ist die Gesamtverstärkung bei der Frequenz T ^-1 gegeben durch G = G _elec RV _max A ^-1 KT.

In der bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung haben die Komponenten folgende Kennwerte:

A = 200 cm² K = 10 Volt/mm = 10² Volt/cm R = 1/2,5 Volt (0,4^-1) = 100% mod für 2,5 Volt V _max = 2 Liter · min^-1 = 33 cm³s^-1

Für die Verstärkung Eins bei 1 Hz, T = 1 Sekunde gilt: 1 = G _elec (0,4 Volt^-1) (33 cm³s^-1) (200 cm²)^-1 (100 Volt cm^-1). Dies ergibt G _elec = 6,6. Somit ist es für eine stabile Operation ausreichend, daß die elektronische Nettoverstärkung der Regelschaltung kleiner oder gleich 6,6 ist. In anderen Ausführungsformen kann diese Maximalverstär kung in der Größe unterschiedlich sein.

Im folgenden wird nun die Reaktion der bevorzugten Ausfüh rung auf eine Störung beschrieben. In Fig. 5 ist die Regel schaltung 38 im allgemeinen gezeigt und die Regelschaltung 38 a im besonderen. Die Teile der Schaltung 38, die identisch sind, sind als 40 a, 40 b und 40 c und 42 a, 42 b und 42 c gekenn zeichnet.

Die isolierte Masse wird abwärts um 1/100 mm versetzt. Diese Bewegung würde eine Änderung in der Spannung des Fehlersignals vom Sensor (Metrix Modell 3068, Sensor Modell Nr. 2877-07b Verlängerungskabel und Modell 5331-01b Sensor treiber) von minus 80 mV erzeugen, welches am Eingang der Regelschaltung 38 am Punkt A liegt. Nach einer Spannungs halbierung ist das Spannungssignal minus 40mV am Eingang B der ersten Verstärkerstufe. Diese Verstärkerstufe (z. B. ein Operationsverstärker in einem Texas Instruments-Schalt kreis TL084ACN) ist ein invertierender Verstärker, mit der Verstärkung Eins, der eine Ausgangsspannungsänderung von plus 40mV am Punkt C produziert. Von hier aus wird das Eingangssignal einer zweiten Verstärkerstufe (z. B. ein Operationsverstärker in dem Texas Instruments-Schaltkreis TL084ACN) eingegeben, der ein invertierender Verstärker mit einstellbarer Verstärkung ist und der einen justierbaren Setzpunkt besitzt. Mit einer typischen Verstärkung von fünf differiert das von diesem Verstärker erzeugte Signal von der gesetzten Spannung um minus 200 mV, die am Ausgang des Punktes D erscheinen. Diese Spannung wird zu einer Spannung von minus 2,5 V addiert und von der dritten Verstärkerstufe invertiert (unter Verwendung eines Operationsverstärkers in einem Texas Instruments-Schaltkreis TL084ACN). (Diese drei Stufen bewirken die vorher beschriebene Gesamtverstärkung.) Diese Ausgangsspannung erscheint am Punkt E als plus 2,7 V. Dieses Signal liegt am Eingang eines Analog/Digitalumsetzers (z. B. Texas Instruments TL507CP). Dieser Eingang ist durch eine 3,9-V-Zenerdiode F gegen Über- und Unterspannungen ge schützt. Der Ausgang des A/D-Wandlers ist ein Impulszug zwi schen 0 und 5,5 Volt, dessen Frequenz durch den Zeitgeber und dessen Tastverhältnis durch die Eingangsspannung festgelegt ist. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Zeit, in welcher der Ausgang hoch liegt, anfangs um etwa 8% ansteigen. Der Ausgangsimpulszug, der am Punkt H erscheint, ist durch eine Folgestufe gepuffert (z. B. unter Anwendung eines Operationsverstärkers in einem Texas Instruments-Schaltkreis TL084ACN).

Das Impulszugsignal kann durch ein NAND-Gatter I (TTL7400) ein- und ausgeschaltet werden. Dieser Schalter steuert auch die Isolation des Ventils, welches effektiv den Isolator ab dichtet. Dies ist nicht nur zweckdienlich, sondern auch wich tig, um nicht eine zu hohe Verstärkung oder Verluste an Gas vom Isolator zu bekommen, wenn der Regelkreis gesperrt ist. Der Impulszug wird einem optoelektronischen Isolator (4N 35) eingegeben, dessen Ausgang einen Treiber K speist (Texas Instruments-Schaltkreis SN75451BP). Der Treiberausgang be wirkt beim Zwei-Zustands-Dreiwegeventil 28 a (Norgren NC- V321P7-5BNN), daß das Gas in den Isolator mit einer anfäng lichen mittleren Rate von ungefähr 2,6 cm³s^-1 gelangt. Dies bewirkt eine Versetzung der isolierten Masse nach oben.

Wenn die Masse aufwärt bewegt wird, wird das Fehlersignal reduziert, was letzlich eine Erniedrigung in der mittleren Durchflußrate in den Isolator bewirkt. Somit wird die Masse asymptotisch zu ihrer Ausgangsposition zurückkehren. Die Festlegung der Verstärkung unterhalb des berechneten Wertes stellt sicher, daß kein Überschwingen auftritt. In der Praxis kehrt die isolierte Masse mit einer Genauigkeit von 1 µm innerhalb weniger Sekunden in ihre Ausgangsposition zurück.

In einem tatsächlich durchgeführten Test mit einer Tischplatte von 13 230 kg wurde diese über mehrere Tage innerhalb einer Genauigkeit von plus/minus 1 µm in ihrer Position gehalten. Diese genaue Regelung ist aufgrund der integrierenden Eigenschaft des Fühlersystems und dessen direkten Nullpunkt möglich, welches eine sehr große Verstärkung bei einer niedrigen Frequenz bietet.

In der bevorzugten Ausführungsform wurde ein Tisch mit Bezug auf drei Referenzpositionen (d. h. einer festen Distanz von 3 Abstandssensoren) positioniert. Dieses System legt die Ebene der Tischplatte fest.

In Fig. 6 ist in einer alternativen Ausführungsform die Position der Tischplatte 100 in einem Punkt P 1 (Abstands sensor) mit Hilfe eines Regelkreises festgelegt, wie in der bevorzugten Ausführungsform gezeigt wurde. Zwei weitere Freiheitsgrade werden dann durch Erfassung der Dreh- und Auf- und Abbewegung des Tisches 100 festgelegt, indem der Tisch 100 mit Hilfe von Inklinometern 102 und 104 justiert wird, wie beispielsweise mit elektronischen Niveauwandlern (Precision Level Vial model ELT-300-1), um Fehlersignale zu erhalten, wenn sich der Tisch aus der Vertikalen, bezogen auf die Gravitationsvertikale, bewegt. Die elektronischen Niveauwandler 102 und 104 sind rechtwinklig zu den Verbin dungslinien der Isolatoren 106 und 108 mit dem Punkt P 1, der durch den Abstandssensor festgelegt ist, orientiert. Die Be wegung eines Isolators wird einen minimalen Effekt auf den elektronischen Niveauwandler, der den anderen Isolator steuert, ausüben.

Eine Modifikation der Regelschaltung der bevorzugten Aus führungsform kann mit dem ELT-300-1 realisiert werden und ist in Fig. 7 gezeigt.

Die Orientierung der Inklinometer ist nicht durch die in Fig. 6 angegebene Anordnung begrenzt. Andere Orientierungen für reine Auf- und Ab- und reine Drehbewegungen können eben falls angewandt werden. In einem derartigen Aufbau würde die Regelelektronik Summier- und Differenzverstärker beinhalten, um ein brauchbares Fehlersignal für jeden Isolator zu erhal ten.

In Fig. 8 ist ein anderer Aufbau der Erfindung gezeigt. In diesem Aufbau ist die Position der isolierten Masse 150 bezüglich des Punktes P 1 bei Verwendung der bevorzugten Regelschaltung festgelegt. Die Senkung und Hebung bzw. die Drehung des Tisches wird mit Hilfe elektronischer Niveau wandler 152 und 154 gesteuert, so wie im Aufbau der Fig. 6 und 7 beschrieben wurde. In diesem Aufbau sind die elektro nischen Niveauwandler rechtwinklig zueinander orientiert, um somit eine direkte Regelung der Auf- und Abbewegung und der Drehbewegung zu ermöglichen. Um die Stabilität zu sichern, ist ein vierter passiver Isolator 156 als eine Stütze ver wendet. In diesem passiven Isolator wird entweder mit konstantem Druck oder konstantem Gaszufluß gearbeitet.

In Fig. 9 wird ein weiterer Aufbau der Erfindung gezeigt, wobei die isolierte Masse 200 mit Bezug auf alle möglichen sechs Freiheitsgrade festgelegt ist. Die Höhen- und Niveau regelung des Tisches werden so wie in der bevorzugten Aus führungsform beibehalten. Die Orientierung des Tisches innerhalb der durch die drei vertikalen Sensoren definierten Ebene wird mit drei zusätzlichen Regelschaltungen erhalten, deren Sensoren nahe den drei Isolatoren 202, 204 und 206 angebracht sind. Da die rückstellende Gravitationskraft in der horizontalen Ebene wegfällt, werden drei zusätzliche Luftisolatoren 208, 210 und 212 benötigt, um eine Gegenkraft für die durch die Regelschaltung gesteuerten Kolben bereit zustellen. Diese Ausführung ermöglicht eine sehr präzise Lagebestimmung für alle möglichen Bewegungen einer isolier ten Masse vor.

Die Erfindung wurde mit einer Tischplatte beschrieben, die vier Schwingungsisolatoren als Stützen verwendet. Ebenfalls in den Bereich der Erfindung fallen Vibrationsisolations systeme, die sowohl mehr als auch weniger isolierende Stützen verwenden.

Die Erfindung wurde in bezug auf einen induktiven Abstands sensor beschrieben. Andere Typen von Sensoren, wie kapazitiv arbeitende Abstandssensoren, Interferometern, Splitdioden und Diodenreihen, Infrarotnäherungsdetektoren, fiberoptische Abstandsdetektoren, Ultraschallnäherungsdetektoren und opti sche Näherungsdetektoren können ebenfalls bei der vorliegen den Erfindung benutzt werden. Ebenfalls bei dieser Erfindung können auch Sensoren, die einen direkten Kontakt herstellen (wenn die Verbindung zum Ventil nicht direkt mechanisch ist) verwendet werden, wie lineare Potentiometer, linear-variable Differentialumformer, lineare Codierer und lineare Inductosyns ®. In Ausführungen, in denen die Drehbewegung geregelt werden soll, sind Inklinometer, Niveaufühler, Win kelsensoren, Rotationscodierer, Rotations-Inductosyns ®, variable Differentialumformer, Rotationspotentiometer, Interferometer und Autokollimatoren verwendbar.

Die Schaltungen der Fig. 4 und 5 sind Proportional-Regel kreise. Andere Systeme, die in der gleichen Art funktionie ren und zu dem gleichen Ergebnis kommen, enthalten Propor tional-Integral-Differential-Regler (PID-Regler), die aus dem Stand der Technik bekannt sind. Ferner kann der Regel kreis 38 modifiziert werden, um zweimal den Luftstrom durch die Durchführung 32 c zu den zwei Isolatoren 12 a und 12 b zu leiten.

Die bevorzugte Ausführung der Erfindung und die alternativen Ausführungsformen sind in bezug auf Sensoren, die beabstan det von der zu unterstützenden Last angebracht sind, be schrieben worden. Es liegt im Bereich dieser Erfindung, daß der Sensor bzw. die Sensoren auch an der zu unterstützenden Last angebracht werden können und sich somit in einem Ab stand von einem Referenzpunkt befinden, so daß bei Bewegung der zu unterstützenden Last die Distanz zwischen Sensor und Referenzpunkt variiert und somit ein Ausgangssignal am Sensor geliefert wird. Zum Beispiel kann die Referenz eine Distanz zu einem Fixpunkt, zu einer Linie mit Hilfe eines gespannten Drahtes gezogenen Geraden oder zu einem Referenz laserstrahl oder die örtliche Gravitationsvertikale etc. sein. Vorzugsweise kann die Last oder eine Reihe von Lasten mit Bezug auf einen Referenzlaserstrahl ausgerichtet werden. Es liegt auch innerhalb des Erfindungsbereichs, wenn mehrere Sensoren im Abstand von der unterstützten Last oder alter nativ dazu alle an der unterstützten Last und im Abstand zu einem festen Referenzpunkt angebracht sind. Jede sinnvolle Kombination von Abstandssensoren, die in einem Abstand von der unterstützten Last und/oder an der unterstützten Last im Abstand zu einem Referenzpunkt oder zu einer Referenzlinie angebracht sind, ist bei der Erfindung einsetzbar.

Claims

1. Vorrichtung zur Erfassung und Regelung der Position einer Last, die durch pneumatisch arbeitende, stützende Schwingungsisolatoren getragen wird, gekennzeichnet durch

- einen Sensor, der im Abstand von einem Referenzpunkt angebracht ist, und ein der Position der getragenen Last entsprechendes Signal liefert;
- eine Einrichtung, die das Signal des Sensors verarbei tet und ein Ausgangssignal liefert;
- ein Ventil, das auf das Ausgangssignal anspricht und den Luftaus- und -zustrom in dem Schwingungsisolator regelt, womit die Position der unterstützten Last ge regelt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil so ausgelegt ist, daß es in Reaktion auf das Ausgangssignal zwischen zwei Zuständen wechselt und die Frequenz des Ausgangssignals größer ist als die Resonanzfrequenz der zu isolierenden Masse.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die das Verhältnis zwischen Gaszu- und Gasausstrom zum Schwingungsisolator variiert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die die Frequenz des Ausgangssignals regelt, wobei die zu isolierende Masse nur auf den Netto- Gasstrom, gemittelt über viele Wechselzyklen, reagiert.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Regelung des Ein- und Ausstroms des Gases des Schwingungsisolators derart, daß die versetzte Masse asymptotisch zu ihrer Nullposition zurückkehrt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor zur Erfassung der Versetzung der unter stützten Masse in Richtung der Z-Achse liegt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Sensoren jeweils in Kombination mit einem zu gehörigen Luft-Schwingungsisolator an drei verschiedenen Punkten zur Messung der entsprechenden Versetzung der unterstützten Last vorgesehen sind, die in Richtung der Z-Achse liegen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor so positioniert ist, daß er die Versetzung der Masse in der XY-Ebene erfaßt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei vertikale Sensoren und drei horizontale Senso ren, die die Position der unterstützten Masse in ihren sechs möglichen Freiheitsgraden messen, vorgesehen sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzpunkt die unterstützte Last ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor an der unterstützten Last im Abstand von einem Referenzpunkt angebracht ist.

12. Verfahren zur Erfassung und Regelung der Position einer pneumatisch unterstützten Last, die von mindestens einem Luftschwingungsisolator gehalten wird, wobei ein Sensor im Abstand von einem Referenzpunkt angebracht ist und in Verbindung mit einem Ventil, welches den Zu- und Ausstrom der Luft des Luft-Schwingungsisolators regelt, steht, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Position der unterstützten Last erfaßt wird;
- der Senor ein Signal liefert, das der Position der unterstützten Last entspricht;
- das Signal verarbeitet und daraus ein Ausgangssignal erzeugt wird und auf der Basis des Ausgangssignals der Zu- und Ausstrom der Luft im Luft-Schwingungsisolator geregelt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal so erzeugt wird, daß seine Frequenz größer als die Resonanzfrequenz der unterstützten Masse ist.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen dem Gaszu- und -ausstrom im Schwingungsisolator variiert wird.

15. Verfahren nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Nettogasfluß über eine Vielzahl von Wechselzyklen gemittelt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasein- und -ausstrom im Schwingungsisolator so geregelt ist, daß die Versetzung der unterstützten Masse asymptotisch zu ihrer Nullposition zurückkehrt.

17. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Versetzung der unterstützten Masse in der XY- Ebene erfaßt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Versetzung der unterstützten Masse in jedem ihrer sechs möglichen Freiheitsgrade erfaßt wird.