DE69014750T2

DE69014750T2 - Verfahren zur Positions- und Vibrationssteuerung und eine aktive Vibrationssteuervorrichtung.

Info

Publication number: DE69014750T2
Application number: DE69014750T
Authority: DE
Inventors: Fumiaki Itojima; Masashi Yasuda
Original assignee: Tokkyokiki Corp
Current assignee: Tokkyokiki Corp
Priority date: 1989-07-24
Filing date: 1990-07-19
Publication date: 1995-07-06
Anticipated expiration: 2010-07-20
Also published as: DE69014750D1; EP0410647B1; EP0410647A1; US5121898A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Vibrationspegels einer Steuerungsgrundplatte. Eine solche Grundplatte könnte für Präzisionsmaschinen und Präzisionsgeräte jeder Art verwendet werden, wie z. B. für ein holographisches Gerät, ein Elektronenmikroskop, eine Einrichtung zur Halbleiterproduktion, eine Maschine mit Lasermeßeinrichtung, eine Maschine mit Superpräzisionsmeßeinrichtung und so weiter.
Auf eine Präzisionsmaschine bzw. ein Präzisionsinstrument, die auf einem Fußboden montiert ist, werden vom Boden die verschiedensten Erschütterungen übertragen.
Wenn beispielsweise ein auf dem Boden montiertes Meßgerät mit Antriebseinrichtungen ausgestattet ist, und wenn ein von dem Gerät zu messendes Werkstück bewegt wird, treten Vibrationen auf, und manchmal kann eine Neigung des Geräts auftreten.
Wenn das Gerät oder die Maschine eine gewöhnliche Werkzeugmaschine ist, braucht der Einfluß solcher auf die Maschine übertragener Vibrationen nicht berücksichtigt zu werden. Ist jedoch das Gerät oder die Maschine zum Beispiel eine Lehrenbohrmaschine, eine Superpräzisions-Werkzeugmaschine, eine Einrichtung zur Produktion von höchstintegrierten Schaltkreisen oder eine Maschine mit Lasermeßeinrichtung, dann sind derartige Vibrationen äußerst schädlich für diese Geräte.
Demnach wird in solchen Fällen die Vibrationssteuerung zu einem sehr wichtigen Element. Da die auf die bodenmontierte Superpräzisionsmaschine übertragenen Vibrationen die verschiedensten Frequenzen enthält und die Maschine manchmal mit einer bestimmten Frequenz in Resonanz gerät, kann eine gewöhnliche Feder solche Vibrationen nicht steuern.
Daher ist statt der herkömmlichen Idee der Vibrationssteuerung vorgeschlagen worden, die vom Boden übertragenen Vibrationen in elektronische Signale umzuwandeln, um die Vibration der Steuerungsgrundplatte zu steuern.
In der JP-A-63-35829 wird eine Vibrationssteuervorrichtung zur Steuerung der Vibrationen einer Steuerungsgrundplatte mittels eines digitalen Steuerungssystems offenbart, das in der vorliegenden Patentbeschreibung anhand von Fig. 28 beschrieben wird.
Die Vorrichtung ist mit einer digitalen Pegelsteuerschaltung 100 zur Pegelsteuerung ausgestattet. Die digitale Steuerschaltung erfaßt die Verschiebung einer Vibrationssteuerungsplatte 131 gegenüber einem Bezugspegel mit Hilfe eines Pegelsensors 120, das Ausgangssignal des Pegelsensors 120 wird durch einen Komparator 132 mit einer Bezugspegelspannung verglichen, und die dabeierhaltene Differenz wird in einen Impulsgeber 121 eingegeben, so daß der Geber Analogsignale erzeugt, die dem Verschiebungswert entsprechen. Während der Erzeugung der Analogsignale erzeugt der Verschiebungsimpulsgeber 121 synchron zu einem darin vorgesehenen Taktgeber 122 einheitliche Impulse, und die konstanten Impulse werden in ein Addierglied 123 eingegeben. Das Addierglied 123 zählt die Eingabesignale und gibt diese dann als Verschiebungssignale aus, wodurch der Wert der Pegelverschiebung digital erfaßt werden kann.
Als nächstes können vertikale Mikrovibrationen mittels einer digitalen Vibrationssteuerschaltung 101 gesteuert werden. Mikrovibrationen, die vom Boden auf eine Vibrationssteuerungsplatte 131 übertragen werden, oder Vibrationen eines auf der Grundplatte montierten Präzisionsgeräts werden durch einen Vibrationssensor 124 erfaßt und die Vibrationssignale vom Vibrationssensor 124 werden über ein Tiefpaßfilter 133 in eine Rechenschaltung 125 eingegeben. Die Phasen der von der Rechenschaltung 125 ausgegebenen erfaßten Signale werden durch einen Phaseninverter 126 um 180º invertiert. Die vom Phaseninverter 126 invertierten Signale werden nach ihrer Umwandlung in Analogsignale in ein Höhenverschiebungs- und Mikrovibrations-Addierglied 127 eingegeben. Mit Hilfe des Höhenverschiebungs- und Mikrovibrations-Addierglieds 127 werden die phaseninvertierten Signale zu den vom Addierglied 123 der Höhensteuerschaltung 100 ausgegebenen Höhenverschiebungssignalen addiert, und zusammen mit einer Höhenausgleichkorrektur wird eine Störungssteuerng ausgeführt. Die Ausgangssignale des Höhenverschiebungs- und Mikrovibrations- Addierglieds 127 werden in eine Treiberschaltung 128 eingegeben, um über ein Steuerventil 129 den Druck einer Luftfeder 132 zu steuern. Dem Steuerventil 129 wird Druckluft aus einer Druckluftquelle 110 über einen Regler zugeführt, um den Luftdruck der Luftfeder 132 zu steuern.
Entsprechend der digitalen Höhensteuerschaltung 100 gibt die Treiberschaltung ein Anhebesignal an das Steuerventil 129 aus, um die Vibrationssteuerungsplatte 131 mit Hilfe der Luftfeder 132 anzuheben, wenn die Vibrationssteuerungsplatte 131 unter eine Bezugshöhe H absinkt, und wenn die Vibrationssteuerungsplatte 131 über die Bezugshöhe H ansteigt. wird ein Absenksignal ausgegeben.
Solange das Anhebesignal ausgegeben wird, addiert das Addierglied 123 die Ausgabesignale des Verschlebungsimpulsgebers 121, und wenn das Absenksignal ausgegeben wird, subtrahiert es die Ausgabesignale. Die addierten oder subtrahierten Signale werden schließlich durch einen D/A- Umsetzer 130 in Analogsignale umgewandelt und dann ausgegeben. Die Addition bzw. Subtraktion wird so lange fortgesetzt, wie die Vibrationssteuerungsplatte 131 gegenüber der Bezugshöhe H verschoben ist.
Beieinem solchen digitalen Steuerungssystem läßt sich jedoch eine Pendel bewegung (Anheben und Absenken) der Vibrationssteuerungsplatte 131 um die Bezugshöhe H herum nicht vermeiden, da die Anhebe- und Absenksignale auf der Basis eines einzigen Bezugshöhenpunktes verändert werden. Das digitale Steuerungssystem muß daher durch eine andere Einrichtung erweitert werden, um die Zählung des Addierglieds 123 innerhalb eines Bereichs zu stoppen, der auf sehr kurze Abstände oberhalb und unterhalb der Bezugshöhe begrenzt ist. Auf diese Weise wird jedoch die Vibrationssteuerungsplatte 131 innerhalb des begrenzten Bereichs frei angehoben und abgesenkt so daß innerhalb des begrenzten Bereichs häufig eine Höhenabweichung auftritt. Mit anderen Worten, das digitale Steuerungssystem weist beider Bezugshöhe H eine Steuerungsgenauigkeit von ± X% auf.
Um die Abweichung zu minimieren und die Nivelliergenauigkeit zu erhöhen, muß ein D/A-Umsetzer 130 mit einer großen Bitzahl verwendet werden. Ein derartiger Umsetzer erhöht jedoch die Kosten des Geräts.
Beidem oben beschriebenen Steuerungsverfahren werden die vom Verschiebungsimpulsgeber 121 erzeugten Impulse konstant gehalten. Dieses Verfahren läßt sich zusammenfassend als ein Verfahren zur Steuerung der Vibration einer auf Luftfedern gelagerten Steuerungsgrundplatte beschreiben, das die folgenden sequentiellen Schritte aufweist:
Erfassen der Verschiebung gegenüber einer Bezugsposition der Steuerungsgrundplatte in Achsenrichtung der Luftfederstützen und Erzeugen einer Spannung als Antwort auf die gemessene Verschiebung;
Integration der Spannung; und
Regulieren der Luftdrucks der Federn als Antwort auf eine aus der integrierten Spannung abgeleitete Steuerspannung.
Die vorliegende Erfindung verbessert in einer Ausführungsform dieses Verfahren durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 dargelegten Merkmale. Die Erfindung schafft in einer anderen Ausführungsform eine Vorrichtung, wie sie in Anspruch 7 beschrieben ist.
Die EP-A-162448 offenbart eine dynamische Vibration, die an einer Kraftfahrzeugkarosserie beider Fahrt auf einer Straße auftritt, und befaßt sich nicht mit der Steuerung einer waagerechten Grundplatte mit hohem Präzisionsgrad.
Die GB-A-2025572 behandelt gleichfalls Fahrzeugvibrationen und befaßt sich ausschließlich mit dem Beschleunigungsanteil der Vibrationen.
Nach der US-A-4635892 werden Vibration und Position erfaßt, und das Positionssignal wird in einer Niederfrequenz-Rückführungsschaltung zurückgeführt, um einen angenäherten Zentriereffekt zu erzielen, wobei allerdings darauf hingewiesen wird, daß eine solche Schaltung von geringer Bedeutung ist.
Nachstehend werden anhand der beigefügten Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung und ein bekanntes Beispiel beschrieben. Dabei zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild, das zum Konstanthalten einer Höhe und zur Unterdrückung von Mikrovibrationen dient;
Fig. 2 ein Blockschaltbild, das zum Konstanthalten einer Bezugshöhe und zur Steuerung von Vibrationen in horizontalen Richtungen dient;
Fig. 3 ein Blockschaltbild, das eine Modifikation des Blockschaltbilds gemäß Fig. 2 darstellt;
Fig. 4 ein Blockschaltbild, das beieiner Höhensteuerung, für eine normale Luftfeder anstelle einer Metallfeder verwendet wird;
Fig. 5 ein Blockschaltbild für eine Gegentakt-Höhensteuerung;
Fig. 6 eine seitliche Teilansicht der Luftfedern, die in entgegengesetzter Richtung zu den Luftfedern in Fig. 5 angeordnet sind;
Fig. 7 eine seitliche Teilansicht, in der die Luftfedern von Fig. 5 auf beiden Seiten einer Vibrationssteuerungsplatte angeordnet sind;
Fig. 8 eine Draufsicht der Vibrationssteuerungsplatte;
Fig. 9 eine Querschnittsdarstellung der Vorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 10 eine seitliche Schnittdarstellung der Vorrichtung gemäß Fig. 9;
Fig. 11 ein Blockschaltbild nach dem ersten Ausführungsbeispiel zur vertikalen und horizontalen Steuerung der Vibrationssteuerungsplatte;
Fig. 12 ein Blockschaltbild nach dem zweiten Ausführungsbeispiel zur vertikalen und horizontalen Steuerung der Vibrationssteuerungsplatte mit Hilfe einer Gegentaktsteuerung;
Fig. 13 eine Schnittdarstellung der Vibrationssteuervorrichtung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel;
Fig. 14 eine Schnittdarstellung der Vibrationssteuervorrichtung nach dem dritten Ausführungsbeispiel;
Fig. 15 einen Querschnitt der Vibrationssteuervorrichtung nach dem vierten Ausführungsbeispiel
Fig. 16 einen seitlichen Schnitt der Vorrichtung gemäß Fig. 15;
Fig. 17 einen Querschnitt der Vibrationssteuervorrichtung nach dem fünften Ausführungsbeispiel;
Fig. 18 einen seitlichen Schnitt der Vorrichtung gemäß Fig. 17;
Fig. 19 einen Querschnitt der Vibrationssteuervorrichtung nach dem sechsten Ausführungsbeispiel;
Fig. 20 eine Schnittdarstellung der Vibrationssteuervorrichtung nach dem siebenten Ausführungsbeispiel;
Fig. 21 eine Schnittdarstellung der Vibrationssteuervorrichtung nach dem achten Ausführungsbeispiel;
Fig. 22 eine Schnittdarstellung der Vibrationssteuervorrichtung nach dem neunten Ausführungsbeispiel;
Fig. 23 einen Querschnitt der Vibrationssteuervorrichtung nach dem zehnten Ausführungsbeispiel;
Fig. 24 einen seitlichen Schnitt der Vibrationssteuervorrichtung nach dem zehnten Ausführungsbeispiel;
Fig. 25 einen Querschnitt der Vibrationssteuervorrichtung nach dem elften Ausführungsbeispiel;
Fig. 26 einen seitlichen Schnitt der Vibrationssteuervorrichtung nach dem elften Ausführungsbeispiel;
Fig. 27 einen seitlichen Schnitt der Vibrationssteuervorrichtung nach dem zwölften Ausführungsbeispiel; und
Fig. 28 ein Blockschaltbild für eine herkömmliche Digitalsteuerung.
Nachstehend werden die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Eine Vibrationssteuerungsplatte oder Vibrationsdämpfungsplatte 2 ist so aufgebaut, daß darauf Präzisionsgeräte, wie z. B. ein holographisches Gerät, ein Elektronenmikroskop oder eine Einrichtung zur Halbleiterproduktion, montiert werden. Zur Unterstützung der Vibrationssteuerungsplatte 2 sind vier aktive Vibrationssteuervorrichtungen A sowie eine aktive Vibrationssteuerschaltung vorgesehen.
Die Vibrationssteuervorrichtung A schließt eine Steuervorrichtung für vertikale Vibrationen und eine Steuervorrichtung für horizontale Vibrationen ein, die als eine Einheit zu einem Block zusammengefaßt sind. Wie in Fig. 8 dargestellt, sind bei Verwendung von vier Vibrationssteuervorrichtungen A diese Vorrichtungen so angeordnet, daß die horizontalen Steuerungsrichtungen der jeweils einander benachbarten Steuervorrichtungen A senkrecht zueinander stehen. Bei Verwendung von drei Vibrationssteuervorrichtungen A sind diese so angeordnet, daß die gleichen horizontalen Steuerungsrichtungen auf der Verbindungslinie zum Massenmittelpunkt der Vibrationssteuerungsplatte senkrecht stehen und miteinander einen Winkel von 120º einschließen, oder so, daß ihre Richtungen zum Massenmittelpunkt hin weisen und miteinander einen Winkel von 120º einschließen.
Die Vibrationssteuervorrichtungen A können mit Luftfedern, piezoelektrischen Kristallen oder Linearmotoren ausgestattet sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden für die vertikalen Vibrationssteuervorrichtungen und die horizontalen Vibrationssteuervorrichtungen der Vibrationssteuervorrichtung A die Luftfedern 3 verwendet. Ferner werden die Verbundmaterialstützen 7 als Halterungen B2 in vertikaler Richtung und Drähte 8 als Halterungen B1 in horizontaler Richtung verwendet.
In Fig. 9 bis 12 wird die Vorrichtung in zwei Richtungen, d. h. in vertikaler und in horizontaler Richtung, gesteuert. Wie in Fig. 15 und 16 dargestellt, kann die Vorrichtung natürlich auch in drei Richtungen gesteuert werden, d. h. in vertikaler Richtung und in zweihorizontalen Richtungen.
Nachstehend wird anhand von Fig. 8 bis 11 ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Wie in Fig. 9 und 10 gezeigt, wird auf eine der vier Vibrationssteuervorrichtungen A Bezug genommen, um die Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels zu vereinfachen.
Die aktive Vibrationssteuervorrichtung weist auf: eine vertikale Luftfeder 3e, vertikale Halterungen B2, die in diesem Ausführungsbeispiel eine Verbundmaterialstütze 7 aufweisen, zweihorizontale Luftfedern 3a und 3b, einen Höhensensor 9, einen Vertikalbeschleunigungssensor 10, einen Horizontalpositionssensor 1 und einen Horizontalbeschleunigungssensor 11.
Die vertikale Luftfeder 3e und die horizontalen Luftfedern 3a und 3b weisen einen Membranteil 5 und Luftbehälter 4 auf, die jeweils mit dem Membranteil 5 in Verbindung stehen. Der äußere Rand des Membranteils 5 ist über einen ringförmigen festen Sitz 24 an eine feste Unterlage 25 angeschraubt, die mit dem Luftbehälter 4 oder einer Trennwand 26 verbunden ist, und im beweglichen Mittelteil der Membran sind kreisförmige Sitze 27a, 27b, 27c und 27d angebracht.
Die Luftbehälter 4 für die horizontalen Luftfedern 3a und 3b sind unabhängig voneinander auf der rechten und linken Seite einer mittleren Trennwand 26 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel sind die horizontalen Luftfedern 3a und 3b voneinander getrennt und bilden eine steuerbare Feder und eine Bezugsfeder, und die Bezugsfeder 3a ist über einen Präzisionsregler 19 mit einer Druckluftquelle 16 verbunden. Andererseits ist die steuerbare Luftfeder 3b über ein Steuerventil 6a mit der Druckluftquelle 16 verbunden, und das Steuerventil 6a wird durch eine aktive Vibrationssteuerschaltung gesteuert.
Wie aus Fig. 9 ersichtlich, sind die horizontalen Luftfedern 3a und 3b in einem Gehäuse 30 eingeschlossen, und die kreisförmigen Sitze 27a und 27b sind an der Innenwand des Gehäuses 30 befestigt. Das Gehäuse 30 und die Vibrationssteuerplatte 2 sind durch dünne Drähte 8 miteinander verbunden. Die Drähte 8 werden auf die folgende Weise angeschlossen. Wie in Fig. 9 dargestellt, steht von jeder Außenseite des Gehäuses 30 ein Arm 29 vor, und die Drähte 8, die als Überbrückung zwischen den Seitenwänden 2a angeordnet sind, werden an den Armen 29 befestigt. Andererseits können, wie in Fig. 9 durch gestrichelte Linien dargestellt, die von einem Mittelteil des Gehäuses 30 vorstehenden Drähte 8 an der jeweiligen Seitenwand 2a der Vibrationssteuerplatte 2 befestigt werden.
Die vertikale Luftfeder 3e ist auf den Vertikalhalterungen B2 angebracht, die auf der festen Unterlage 25 montiert sind. Die Vertikalhalterungen B2 weisen Verbundmaterialstützen 7 auf. Jede der Verbundmaterialstützen 7 weist eine Anzahl lagenweise miteinander verbundener Gummiplatten 31 und Metallplatten 32 auf und ist in horizontalen Richtungen flexibel, in vertikaler Richtung aber fast nicht komprimierbar.
In diesem Ausführungsbeispiel sind die Vertikalhalterungen B2 in zwei Etagen angeordnet.
Die aktive Vibrationssteuervorrichtung oder -einrichtung A wird gewöhnlich an vier Ecken einer Grundplatte 28 angeordnet, wie in Fig. 8 dargestellt. Wie durch die Pfeile in Fig. 8 gezeigt, werden die Vorrichtungen so angeordnet, daß die einander benachbarten horizontalen Luftfedern 3a und 3b im rechten Winkel zueinander stehen.
Als nächstes wird eine Schaltung zum Konstanthalten der horizontalen oder seitlichen Position des horizontalen Richtungssteuerungsteils bzw. der horizontalen Richtungssteuervorrichtung beschrieben.
Ein Horizontalpositionssensor 1 und ein Horizontalbeschleunigungssensor 11 sind an dem Arm 29 der Vibrationssteuervorrichtung A in Fig. 9 befestigt, wobeider Arm zusammen mit der Vibrationssteuerplatte 2 vorwärts und rückwärts, nach links und rechts beweglich und drehbar ist. Die Sensoren können jedoch auch an einer anderen Stelle befestigt werden. Wie in Fig. 11 gezeigt, ist der Horizontalpositionssensor 1 so konstruiert, daß er eine Verschiebung der Vibrationssteuerplatte 2 gegenüber einer horizontalen Normal- oder Bezugsposition So sofort erfaßt und einen Verschiebungswert in einen Eingang eines Horizontalpositions-Differenzverstärkers 12a eingibt. Als Horizontalpositionssensor 1 wird beispielsweise ein kontaktfreier Sensor mit analogem Ausgangssignal verwendet.
In einen anderen Anschluß des Horizontalpositions-Differenzverstärkers 12a wird eine Horizontal-Bezugspositionsspannung eingegeben, die der horizontalen Bezugsposition So der Vibrationssteuerplatte 2 entspricht. Die Ausgänge des Horizontalpositions- Differenzverstärkers 12a (Fig. 2) sind mit einem analogen Horizontalpositions-Integrierverstärker 13a, einer Kompensationsschaltung mit Rückführung XFb und einer Steuerschaltung mit Störgrößenaufschaltung XFf verbunden, die mit einer Treiberschaltung 17 verbunden ist und weiter unten ausführlich beschrieben wird, und auf der Grundlage eines Ausgangssignals der Treiberschaltung 17 wird die Luftfeder 3b über ein Addierglied Ka gesteuert. Die Kompensationsschaltung mit Rückführung XFb weist einen Horizontalpositions-Proportionalverstärker 14a und einen Horizontalpositions-Differenzierverstärker 15a oder den Horizontalpositions-Proportionalverstärker 14a und/oder eine Phasenkompensationsschaltung 15a auf, auf die weiter unten Bezug genommen wird.
Die Steuerschaltung mit Störgrößenaufschaltung XFf ist so gebaut, daß sie die Steuerung von Vibrationen zu Beginn der Vibration auf der Grundlage von Vorgaben für Horizontalverschiebungen der Vibrationssteuerplatte 2 erleichtert, indem sie ein Ausgangssignal des analogen Horizontalpositionssteuerungs-Integrierverstärkers 13a oder die Summe aus diesem Ausgangssignal und einem Ausgangssignal der Kompensationsschaltung mit Rückführung XFb empfängt.
Falls nur der analoge Horizontalpositionssteuerungs-Integrierverstärker 13a eingesetzt wird, dann wird die Vibrationssteuerplatte 2 entsprechend einer Zeitkonstanten des Integrierverstärkers 13a mit ziemlich geringer Rückführungsgeschwindigkeit in die horizontale Bezugsposition So zurückgeführt. Wenn jedoch der analoge Horizontalpositionssteuerungs-Integrierverstärker 13a in Kombination mit der Kompensationsschaltung mit Rückführung XFb eingesetzt wird, dann erhöht sich ihre Rückführungsgeschwindigkeit.
Wie in Fig. 2 gezeigt weist die Kompensationsschaltung mit Rückführung XFb in einem ersten Beispiel einen Horizontalpositions- Proportionalverstärker 14a und/oder einen Horizontalpositions- Differenzierverstärker 15a auf, und in einem zweiten Beispiel weist die Kompensationsschaltung mit Rückführung XFb den Horizontalpositions- Proportionalverstärker 14a und eine Phasenkompensationsschaltung 15a' auf.
Im ersten Beispiel werden die folgenden Kombinationen verwendet:
(1) Der Horizontalpositions-Integrierverstärker 13a und der Horizontalpositions-Proportionalverstärker 14a.
(2) Der Horizontalpositions-Integrierverstärker 13a und der Horizontalpositions-Differenzierverstärker 15a.
(3) Der Horizontalpositions-Integrierverstärker 13a und der Horizontalpositions-Proportionalverstärker 14a sowie der Horizontalpositions-Differenzierverstärker 15a.
Im zweiten Beispiel werden die folgenden Kombinationen verwendet:
(1) Der Horizontalpositions-Integrierverstärker 13a und der Horizontalpositions-Proportionalverstärker 14a sowie die Phasenkompensationsschaltung 15a.
Wie weiter oben erwähnt, wird es möglich, die Positionierung und die Rückführung der Vibrationssteuerplatte 2 in ihre Bezugs- oder Ausgangsposition durch Verkürzen einer Integrationszeitkonstanten zu beschleunigen, indem man im Unterschied zur analogen Integration die Proportional verstärkung, die Differenzierverstärkung und die Phasenkompensation zu einer relativen Verschiebung addiert.
Ferner wird die effektive Ausführung einer Steuerung der relativen Verschiebung möglich, indem man eine Rückführung eines differenzierten Wertes verwendet, falls die Vibrationsfrequenzen höher sind als eine Zeitkonstante der Luftfeder 3, beispielsweise höher als 0,1 Hz, wogegen eine Rückführung eines Proportionalwertes verwendet werden kann, falls die Vibrationsfrequenzen niedriger sind als die Zeitkonstante. Entsprechend den Steuereinrichtungen mit Rückführung wird es möglich, Vibrationsverschiebungen beiniedrigen Frequenzen zu steuern, beidenen es sich um leichte Vibrationen der Vibrationssteuerungsplatte 2 in horizontalen Richtungen um die horizontale Bezugsposition So während der Rückkehr in die horizontale Bezugsposition handelt. Es ist sehr schwierig, solche Vibrationsverschiebungen unter ausschließlicher Verwendung einer Rückführung der Daten zu steuern die man durch einen Horizontalbeschleunigungssensor 11 erhält, auf den weiter unten Bezug genommen wird.
Ferner ist es nur begrenzt möglich, eine Anfangsreaktion auf eine Störung nur mit Hilfe der Steuerung mit Rückführung oder Rückführungsregelung für horizontale Vibrationsrichtungen abzuschwächen, und diesem Nachteil läßt sich wirksam abhelfen, indem man zur Steuerung mit Rückführung eine Steuerung mit Störgrößenaufschaltung oder Vorwärtsregelung hinzunimmt. Die Steuerschaltung mit Störgrößenaufschaltung XFf wird weiter unten im Detail beschrieben.
Die Steuerschaltung mit Störgrößenaufschaltung kann auf eine erste Weise wie folgt verwendet werden: Höhenverschiebungen der Vibrationssteuerungsplatte 2, die aufgrund des Antriebs von zu steuernden Instrumenten oder Vorrichtungen auftreten, werden im voraus durch Nachbilden oder Simulieren der Horizontalverschiebungen in Form von Mustern abgespeichert, beispielsweise mit Hilfe einer Zentraleinheit (CPU). Wenn die Horizontalverschiebungen auftreten, erfaßt die Steuerschaltung Anfangssignale der Horizontalverschiebungen, wählt sofort ein günstigstes Muster aus und steuert dann ein Steuerventil 6a entsprechend dem Muster. Beider zweiten Regelungsart wird ein Horizontalverschiebungsbetrag der Vibrationssteuerungsplatte 2 unmittelbar vor dem Übergang zur Steuerung der Vibrationssteuerungsplatte 2 erfaßt oder gemessen, ohne die Horizontalverschiebungen abzuspeichern oder nachzubilden, und der erfaßte Wert wird dann verarbeitet, um das Steuerventil 6a im Echtzeitbetrieb zu steuern. Im Ergebnis kann dadurch der Nachteil der Steuerung mit Rückführung, daß die Horizontalpositionssteuerung nicht früh genug zu Beginn der Vibrationen ausgeführt wird, gemindert werden.
Das Steuerventil 6a ist mit dem Druckluftbehälter 4 der Steuerungsluftfeder 3b verbunden, und die Steuerungsluftfeder 3a ist über den Regler 19 mit der Druckluftquelle 16 verbunden. Das Steuerventil 6a wird durch einen Strom wie ein Servoventil gesteuert, um einen Öffnungswinkel präzise zu regulieren und dadurch den Luftdruck des Druckluftbehälters 4 der Steuerungsluftfeder 3b zu steuern.
Als nächstes werden der analoge Horizontalpositions-Integrierverstärker 13a, der Horizontalpositions-Proportionalverstärker 14a und der Horizontalpositions-Differenzierverstärker 15a beschrieben.
Der analoge Horizontalpositions-Integrierverstärker 13a multipliziert das Ausgangssignal des Horizontalpositions-Differenzverstärkers 12a mit K&sub1; und integriert dann das Ergebnis, um ein analoges Ausgangssignal (K&sub1; 1/s) zu erhalten, und steuert entsprechend einer Zeitkonstanten des Verstärkers das Steuerventil 6a mit Hilfe einer Treiberschaltung 17, um die Vibrationssteuerungsplatte 2 in ihre horizontale Bezugsposition zurückzuführen. Das Steuerventil 6a wird nämlich mit Hilfe der Treiberschaltung 17 so betätigt daß die Ausgangsspannung des Horizontalpositionssensors 1 in Übereinstimmung mit der Spannung der horizontalen Normal- oder Bezugsposition gebracht wird, so daß das Ausgangssignal des Horizontalpositions-Differenzverstärkers 12a gleich null wird.
Der Horizontalpositions-Proportionalverstärke 14a multipliziert, wie weiter oben erwähnt, das Ausgangssignal des Horizontalpositions- Differenzverstärkers 12a mit k&sub2;, um die Rückkehr in die horizontale Bezugsposition zu beschleunigen und Vibrationen oder Ausschläge in horizontalen Richtungen aufgrund der Rückkehr der Vibrationssteuerungsplatte 2 zu steuern. Infolgedessen wird das Steuerventil 6a mit Hilfe der Treiberschaltung 17 so gesteuert, daß das multiplizierte Ausgangssignal mit der Spannung der horizontalen Bezuzgsposition in genaue Übereinstimmung gebracht wird.
Der Horizontalpositions-Differenzierverstärker 15a multipliziert das Ausgangssignal des Horizontalpositions-Differenzverstärkers 12a mit k&sub0; und differenziert den multiplizierten Wert (k&sub0; S), um die Reaktion auf die Horizontalpositionsverschiebung durch Härten der Luftfeder zu vermindern. Normalerweise ist dies beider Steuerung der Horizontalpositionsverschiebung (Ausschlag in horizontalen Richtungen) mit hohen Frequenzen, die höher sind als eine Zeitkonstante der Luftfeder, wirkungsvoll.
Die Phasenkompensationsschaltung 15a' funktioniert ebenso wie der Horizontalpositions-Differenzierverstärker 15a.
Die Rückführungs-Kompensationsschaltung XFb weist den Horizontalpositions-Proportionalverstärker 14a und/oder den Horizontalpositions-Differenzierverstärker 15a und den Horizontalpositions- Proportionalverstärker 14a auf und funktioniert als Filter, wie z. B. als Überbrückungsfilter, als Tiefpaßfilter und als Bandsperrfilter zum Ausgleich einer Phase.
Die Funktionen der Steuerschaltung mit Störgrößenaufschaltung XFf wurden weiter oben bereits erwähnt.
Wenn sich die Vibrationssteuerungsplatte 2 durch den Betrieb eines Geräts auf der Vibrationssteuerungsplatte 2 oder durch darauf einwirkende äußere Kräfte aus der horizontalen Bezugsposition So in eine Plus-Richtung bewegt, wird der Verschiebungsbetrag mit Hilfe des analogen Horizontalpositionssensors 1 erfaßt und als analoge Horizontalpositionsspannung ausgegeben. Die analoge Horizontalpositionsspannung wird in den Horizontalpositions- Differenzverstärker 12a eingegeben und dann mit einer Horizontal- Bezugspositionsspannung verglichen, um eine Differenz der Plus-Spannungen als Verschiebungsbetrag auszugeben.
Wenn die analoge Horizontalpositionsspannung höher wird als die Horizontal-Bezugspositionsspannung, dann wird die Differenz der beiden Größen in den analogen Horizontalpositions-Integrierverstärker 13a beziehungsweise in den analogen Horizontalpositions-Integrierverstärker 13a und in die Rückführungs-Kompensationsschaltung XFb eingegeben.
Wenn nur der analoge Horizontalpositions-Integrierverstärker 13a arbeitet, wird der integrierte Analogwert ausgegeben, und wenn der analoge Horizontalpositions-Integrierverstärker 13a und die Rückführungs- Kompensationsschaltung XFb kombiniert arbeiten, wird die Summe aus dem integrierten Analogwert und dem Rückführungs-Kompensationswert ausgegeben, und das eine oder das andere Ausgangssignal wird über das Addierglied Ka in die Treiberschaltung 17 eingegeben.
Bei Hinzunahme der Steuerschaltung mit Störgrößenaufschaltung XFf zur Erhöhung der Steuerungswirkung zu Beginn der Vibration wird der eine oder der andere der obenerwähnten Störgrößenaufschaltungs-Kompensationswerte zum Rückführungs-Kompensationswert, oder nur zum integrierten Analogwert addiert, wodurch das Steuerventil 6a über die Treiberschaltung 17 gesteuert und die Druckluft den Druckluftbehältern 4 der Steuerungs-Luftfeder 3b zugeführt wird. Infolgedessen ist die Vibrationssteuerungsplatte 2 bestrebt, gegen den Normaldruck der Standard-Luftfeder 3a in die horizontale Bezugsposition So zurückzukehren. Wenn die Vibrationssteuerungsplatte 2 beginnt, in die horizontale Bezugsposition So zurückzukehren, wird der Ausgangsspannungspegel des Horizontalpositionssensors 1 allmählich größer, nähert sich der Horizontal- Bezugspositionsspannung und erreicht schließlich den gleichen Wert, so daß das Ausgangssignal des Horizontalpositions-Differenzverstärkers 12a gleich null wird. Daher wird die Vibrationssteuerungsplatte 2 stabil in der horizontalen Bezugsposition So gehalten.
Falls eine Spiralfeder 3f als Standardlast verwendet wird, wie in Fig. 2, 3 und 22 gezeigt spricht sie schnell auf die Steuerungs-Luftfeder 3b an und steigert die Stellgeschwindigkeit.
Falls sich die Vibrationssteuerungsplatte 2 aus der horizontalen Bezugsposition So in eine zur Plus-Richtung entgegengesetzte Richtung bewegt wird das Ausgangssignal des Horizontalpositions- Differenzverstärkers 12a negativ. Wenn die Vibrationssteuerungsplatte 2 in die horizontale Bezugsposition So zurückkehrt, wird das Ausgangssignal des Horizontalpositions-Differenzverstärkers 12a gleich null, so daß die Vibrationssteuerungsplatte 2 in der horizontalen Bezugsposition So fixiert werden kann, ohne daß ein Ausschlag oder eine Vibration infolge von Funktionen des Horizontalpositions-Proportionalverstärkers 14a auftritt.
Als nächstes wird nachstehend die Mikrovibrationssteuerung der an Luftfedern aufgehängten Vibrationssteuerungsplatte 2 beschrieben.
Zusätzlich zu der obenerwähnten Horizontal verschiebungssteuerung kann eine Mikrovibrationssteuerung der Vibrationssteuerungsplatte 2 ausgeführt werden. Wie nämlich in Fig. 11 dargestellt, ist im Mittelpunkt der Vibrationssteuerungsplatte 2 ein Horizontalbeschleunigungssensor 11 angeordnet, um eine Vibrationsbeschleunigung in horizontalen Richtungen der Vibrationssteuerungsplatte 2 zu erfassen. Im Gegensatz zu Fig. 11 ist der Sensor 11 jedoch in Wirklichkeit an jeder der Steuervorrichtungen A angebracht. Um das Ausgangssignal des Horizontalbeschleunigungssensors 11 zu integrieren, zu verstärken oder zu differenzieren, sind mindestens ein Horizontalvibrations- Integrierverstärker 20a, ein Horizontalvibrations- Proportionalverstärker 21a und ein Horizontalvibrations- Differenzierverstärker 22a vorgesehen oder zur Phasenkompensation mit einer Vibrations-Rückführungskompensationsschaltung XSFb kombiniert.
Diese Verstärker können in den folgenden Kombinationen eingesetzt werden:
(1) Der Horizontalvibrations-Integrierverstärker 20a arbeitet allein.
(2) Der Horizontalvibrations-Differenzierverstärker 22a arbeitet allein.
(3) Der Horizontalvibrations-Proportionalverstärker 21a arbeitet allein.
(4) Der Horizontalvibrations-Integrierverstärker 20a arbeitet in Kombination mit dem Horizontalvibrations-Differenzierverstärker 22a.
(5) Der Horizontalvibrations-Integrierverstärker 20a arbeitet in Kombination mit dem Horizontalvibrations-Proportionalverstärker 21a.
(6) Der Horizontalvibrations-Differenzierverstärker 22a arbeitet in Kombination mit dem Horizontalvibrations-Proportionalverstärker 21a.
(7) Der Horizontalvibrations-Integrierverstärker 20a arbeitet in Kombination mit dem Horizontalvibrations-Differenzierverstärker 22a und dem Horizontalvibrations-Proportional verstärker 21a.
(8) Mit den im Punkt 7 angegebenen Elementen wird eine Phasenkompensationsschaltung 22a' kombiniert.
Jedes der Ausgangssignale dieser Verstärker wird mit Hilfe des Addierglieds Ka addiert und danach zusammen mit dem Horizontalpositionssteuerungs-Ausgangssignal in die Treiberschaltung 17 eingegeben, um das Steuerventil 6a so zu steuern, daß sein Öffnungswinkel und damit der Luftdruck der Druckluftbehälter 4 der Luftfeder 3b reguliert werden.
Als nächstes wird die Arbeitsweise jedes der Verstärker beschrieben.
Der Horizontalvibrations-Integrierverstärker 20a multipliziert einen Horizontalbeschleunigungswert [ ] mit K&sub3;, integriert das Ergebnis (K&sub3; 1/S) und gibt das Ergebnis ([ ] K&sub3; 1/S) aus.
Die Ausführung einer Durchflußmengensteuerung durch Regulieren des Öffnungswinkels des Steuerventils 6a bedeutet, daß die Durchflußmenge integriert wird. Dies läßt sich durch die folgende Gleichung darstellen:
α / (1 + Ta S) ≈ 1/S (1)
In einem Frequenzbereich, der höher liegt als eine Zeitkonstante der Luftfeder 3b, gilt die Beziehung S > 1/Ta.
Wenn das Ausgangssignal ([ ] K&sub3; 1/S) in die Treiberschaltung 17 eingegeben wird, um die Luftfeder 3b zu steuern, dann wird das Ausgangssignal weiter integriert, und daher wird die Vibrationssteuerungsplatte 2 ungeachtet ihrer Horizontalposition in ihre Eigenposition gesteuert. Dies läßt sich durch die folgende Gleichung ausdrücken:
[ ] K&sub3; 1/S 1/S = Y K&sub3; (2)
Mit anderen Worten, der Verstärker steuert Vibrationen der Vibrationssteuerungsplatte 2 durch Dämpfung von Mikrovibrationen, die von einem Fußboden übertragen oder von einem Instrument auf der Vibrationssteuerungsplatte 2 erzeugt werden. Diese Funktion entspricht weitgehend dem Härten einer Feder im Sinne der Eigenschaften einer Metallfeder.
Der Horizontalvibrations-Proportionalverstärker 21a multipliziert eine Beschleunigung der Vibrationssteuerungsplatte 2 mit K&sub4; um die Dämpfungswirkung der Luftfeder 3b auf die Vibrationen zu verstärken.
Der Horizontalvibrations-Differenzierverstärker 22a multipliziert eine Beschleunigung [ ] der Vibrationssteuerungsplatte 2 mit K&sub5;, differenziert das Ergebnis (K&sub5; S) und gibt das Ergebnis ([ ] K&sub5; S) aus, und der Ausgabewert wird in die Treiberschaltung 17 eingegeben, um die Luftfeder 3b zu steuern. Diese Funktion entspricht einer Vergrößerung der Masse der Vibrationssteuerungsplatte 2. Dies läßt sich durch die folgende Gleichung ausdrücken:
[ ] K&sub5; S 1/S = [ ] K&sub5; (3)
Durch Anwendung der obenerwähnten Verstärker können die Mikrovibrationen der Vibrationssteuerungsplatte 2 entsprechend den Charakteristiken jedes der Verstärker gesteuert werden.
Die Funktionen der Vibrationssteuerungs-Kompensationsschaltung XSFb mit Rückführung und der Vibrationssteuerungs-Kompensationsschaltung XSFf sind im wesentlichen die gleichen wie beider Rückführungs- Kompensationsschaltung XFb und der Störgrößenaufschaltungs- Kompensationsschaltung XFf, die weiter oben beschrieben wurden, und daher wird auf eine ausführliche Beschreibung dieser Schaltungen verzichtet.
Wenn erforderlich, kann eine Phasenkompensationsschaltung 22a', die beider Vibrationssteuerung von Horizontalvibrationen wirkungsvoll ist, mit dem Differenzierverstärker 22a, dem Proportionalverstärker 21a und dem Integrierverstärker 20a in Serie geschaltet werden. Die Phasenkompensationsschaltung 22a' bewirkt einen Phasenvorlauf oder eine Phasenverzögerung eines Beschleunigungssignals [ ] für horizontale Richtungen, um Zwischenfunktionen der obenerwähnten Verstärker 20a, 21a und 22a auszuführen. Daher wird die Phasenkompensationsschaltung 22a' mit diesen Verstärkern kombiniert, um die Horizontalschwingungen der Vibrationssteuerungsplatte 2 ohne Resonanz zu steuern, die manchmal bei bestimmten Frequenzen des Beschleunigungssignals [ ] in horizontalen Richtungen auftritt, wenn die obenerwähnten Verstärker 20a, 21a und 22a allein verwendet werden.
Die Steuerung mit Störgrößenaufschaltung ist im wesentlichen die gleiche wie im Falle einer Höhenrückführungssteuerung und funktioniert daher auf zwei Arten. Einerseits steuert sie Vibrationen der Vibrationssteuerungsplatte 2, indem sie ein Vibrationssteuerungsmuster auswählt, das entsprechend den Mustern der Horizontalvibrationen voreingestellt wird. Andererseits steuert sie Vibrationen der Vibrationssteuerungsplatte 2, indem sie eine Vibrationsklasse im voraus erfaßt und zur Steuerung der Vibrationen ein Steuerungssignal in die Treiberschaltung 17 eingibt. In einem in Fig. 5 dargestellten Gegentaktsystem werden ein Paar rechte und linke Luftfedern 3 und 3' verwendet. Diese Luftfedern 3 und 3' werden durch Steuersignale, deren Phasen um 180º gegeneinander invertiert sind, in gleicher Richtung gegeneinander gesteuert, so daß eine Steuerkraft verstärkt wird. Die Bezugszahl 33 bezeichnet einen Inverter, und 6a' bezeichnet ein Steuerventil.
Auf diese Weise kann die Steuervorrichtung die Vibrationssteuerungsplatte 2 in eine horizontale Bezugsposition zurückführen und gleichzeitig Mikrovibrationen in horizontalen Richtungen steuern.
Als nächstes wird die erfindungsgemäße Höhensteuerung ausführlich beschrieben.
Diese Höhensteuerung ist die gleiche wie die Horizontalpositionssteuerung. Die Vibrationssteuervorrichtung oder -einrichtung A weist einen Höhensensor 9 auf, der an einem Teil angebracht ist, der sich zusammen mit der Vibrationssteuerungsplatte 2 auf und ab bewegt, und ein Ausgangssignal des Höhensensors 9 wird in einen Eingang eines Höhendifferenzverstärkers 12b eingegeben. Der Höhensensor 9 weist ebenso wie der Horizontalpositionssensor 1 einen kontaktfreien Analogausgang auf. Ein weiterer Eingang des Höhendifferenzverstärkers 12b empfängt eine Bezugshöhenspannung, die einer Bezugshöhe Ho der Vibrationssteuerungsplatte 2 entspricht. Der Ausgang des Höhendifferenzverstärkers 12b ist mit einer Kombination aus einem Höhenintegrierverstärker 13b, einem Höhenproportionalverstärker 14b und einem Höhendifferenzierverstärker 15b verbunden. Um die Vibrationssteuerung zu Beginn der Vibrationen der Vibrationssteuerungsplatte 2 zu verstärken, ist nötigenfalls eine Störgrößenaufschaltungs-Steuerschaltung YFf vorgesehen.
Die Verbindung des Höhensensors 9 ist die gleiche wie die des Horizontalpositionssensors 1 und wird daher nicht ausführlich beschrieben.
Die Ausgangssignale der obigen Verstärker werden mit Hilfe eines Addierglieds Kb addiert und in eine Steuerschaltung 18 eingegeben, um das Steuerventil 6b zu steuern. Das Steuerventil ist mit den Druckluftbehältern 4 der Luftfeder 3e zur Beibehaltung der Höhe der Vibrationssteuerungsplatte 2 verbunden. Das Steuerventil 6b ist so konstruiert, daß es die Fähigkeit besitzt, wie ein Servoventil durch genaues Regulieren seines Öffnungswinkels entsprechend dem Eingangsstrom einen Luftdruck in den Druckbehältern 4 der Luftfeder 3e präzise zu steuern.
Ferner sind die Funktionen des Höhenintegrierverstärkes 13b, des Höhenproportionalverstärkers 14b, des Höhendifferenzierverstärkers 15b bzw. der Phasenkompensationsschaltung 15' die gleichen wie beider Horizontalpositionssteuerung. Die Steuervorrichtung kann nötigenfalls mit der Störgrößenaufschaltungs-Steuerschaltung YFf ausgestattet werden, und die Schaltung ist ebenso aufgebaut wie in Fig. 11, weshalb hier auf ihre ausführliche Beschreibung verzichtet wird.
Als nächstes wird nachstehend die Höhenkonstanthaltungsfunktion beschrieben.
Wenn eine Last an der Vibrationssteuerungsplatte 2 angreift und diese sich nach unten bewegt oder wenn die Vibrationssteuerungsplatte 2 entlastet wird und sich nach oben bewegt, oder wenn die Vibrationssteuerungsplatte 2 wegen der Bewegung einer daran angreifenden Last schräggestellt oder gekippt wird, erfaßt der Höhensensor 9 einen Verschiebungsbetrag ΔY in vertikaler Richtung bezüglich der Bezugshöhe Ho, und gibt dann eine Höhenspannung aus, die in den Höhendifferenzverstärker 12b einzugeben ist. Die ausgegebene Differenz wird mit der Bezugshöhenspannung verglichen. Falls die Vibrationssteuerungsplatte 2 unter die Bezugshöhe Ho absinkt, wird die Bezugshöhenspannung größer als die Höhenspannung, das Ausgangssignal des Höhendifferenzverstärkers wird positiv, und die positive Differenz wird in den Höhenintegrierverstärker 13b eingegeben.
Falls der analoge Höhenintegrierverstärker 13b allein verwendet wird, wird der integrierte Analogwert ausgegeben, und bei kombinierter Verwendung des analogen Höhenintegrierverstärkers 13b und der Rückführungs- Kompensationsschaltung YFb werden beide Ausgangssignale addiert und die Summe wird ausgegeben, und das eine oder das andere Ausgangssignal wird in die Treiberschaltung 18 eingegeben. Um die Vibrationssteuerungswirkung zu Beginn der Vibrationen der Vibrationssteuerungsplatte 2 zu erhöhen, wird ferner die Störgrößenaufschaltungs-Steuerschaltung YFf vorgesehen, und der Störgrößenaufschaltungswert wird zum Rückführungs-Kompensationswert addiert. Als Ergebnis wird das Steuerventil 6b mit Hilfe der Treiberschaltung 18 gesteuert, und dem Drucklufttank 4 der Luftfeder 3e wird Druckluft zugeführt, um die Vibrationssteuerungsplatte 2 anzuheben.
Die Vibrationssteuerungsplatte 2 beginnt sich nach oben zu bewegen, die Ausgangsspannung des Höhensensors 10 nimmt allmählich zu, nähert sich an die Bezugshöhenspannung an und wird dieser mindestens gleich, so daß das Ausgangssignal des Höhendifferenzverstärkes 12b gleich null wird. Zu diesem Zeitpunkt wird der Eingabewert für die Treiberschaltung 18 stabil, und die Vibrationssteuerungsplatte 2 wird unveränderlich auf der Bezugshöhe Ho gehalten. Umgekehrt wird das Ausgangssignal des Höhendifferenzverstärkes 12b negativ, wenn die Vibrationssteuerungsplatte 2 über die Bezugshöhe Ho angehoben wird, Wie oben erwähnt, wird das Ausgangssignal des Höhendifferenzverstärkers 12b gleich null, wenn die Vibrationssteuerungsplatte 2 sich nach unten bewegt und die Bezugshöhe Ho erreicht, so daß die Vibrationssteuerungsplatte 2 mit Hilfe der Funktionen des Höhenproportionalverstärkers 14b und so weiter ohne Ausschläge oder Vibrationen auf der Bezugshöhe fixiert werden kann.
Als nächstes wird die Vibrationssteuerung einer durch Luftfedern unterstützten Vibrationssteuerungsplatte 2 gegen Mikrovibrationen in vertikalen Richtungen ausführlich beschrieben.
Ein Vertikalbeschleunigungssensor 10 ist mit einem Teil versehen, der zusammen mit der Vibrationssteuerungsplatte 2 in Schwingung versetzt wird, um eine Vibrationsbeschleunigung [ ] der Vibrationssteuerungsplatte 2 in vertikalen Richtungen zu erfassen. Ein Vertikalvibrations- Integrierverstärker 20b zum Integrieren des Ausgangssignals [ ] des Vertikalbeschleunigungssensors 10 und zur Multiplikation dieses Signals mit K&sub9;, ein Vertikalvibrations-Differenzierverstärker 22b zum Differenzieren des Ausgangssignals [ ] sowie ein Vertikalvibrations-Proportionalverstärker 21b werden allein oder in Kombination vorgesehen, und außerdem wird eine Vibrationssteuerungs-Rückführungskompensationsschaltung YSFb mit Phasenkompensation mit den Verstärkern kombiniert. Eine Phasenkompensationsschaltung 22b' für vertikale Richtungen ist ebenso aufgebaut wie beider Horizontalvibrationssteuerung und wird daher hier nicht ausführlich beschrieben.
Ferner ist die Kombinationsweise dieser Verstärker die gleiche wie beider Horizontalpositionssteuerung, so daß ihre ausführliche Beschreibung hier ebenfalls weggelassen wird. Die Ausgangssignale der obenerwähnten Verstärker werden zusammen mit den Höhensteuersignalen in die Höhentreiberschaltung eingegeben, um den Öffnungswinkel eines Steuerventils 6b zu steuern und den Luftdruck des Druckluftbehälters 4 der Luftfeder 3e zu regulieren.
Die jeweiligen Verstärkerfunktionen und andere Funktionen werden hier nicht weiter erläutert, da sie die gleichen sind wie im Falle der Höhenpositionssteuerung. Ferner wird ein Ausgangssignal einer Rückführungs- Steuerschaltung YSFf zur Vibrationssteuerung nach Bedarf zu den Ausgangssignalen der Verstärker addiert.
Außerdem haben im Falle von Fig. 13 die Luftfedern 3a und 3b (3, 3') für Horizontalrichtungen und die Luftfeder 3e die umgekehrte Anordnung wie im Falle von Fig. 3, und eine Trennwand zwischen den Luftfedern 3a und 3b (3, 3') für horizontale Richtungen überbrückt die Luftfeder 3e für vertikale Richtungen.
Im Falle von Fig. 14 sind die Luftfedern 3a und 3b (3, 3') für horizontale Richtungen und die Luftfeder 3e auf einer gemeinsamen Grundplatte 28 angeordnet.
Fig. 15 und 16 zeigen einen Fall einer dreiachsigen Steuerung in vertikaler Richtung und in zwei horizontalen Richtungen.
Fig. 17 und 18 zeigen im wesentlichen die gleiche dreiachsige Steuerung, wobei aber die Luftfedern 3a bis 3d im Vergleich zu Fig. 15 und 16 in umgekehrter Anordnung angebracht sind.
Fig. 19 zeigt einen Fall, wo die Luftfeder 3a im Gegensatz zu der Anordnung in Fig. 16 abgetrennt und unabhängig ausgeführt ist und eine feste Grundplatte 25 direkt auf eine Unterlage 28 aufgesetzt ist. Der Druckluftbehälter 4 der Luftfeder 3e und eine Gummifeder 5 stehen über eine Vertikalstütze B2 oder durch irgendeine Umgehungsleitung direkt miteinander in Verbindung.
Fig. 20 zeigt einen Fall. in dem die feste Grundplatte 25 auf der Vertikalstütze B2 steht und von außen durch die Luftfeder 3e gesteuert wird.
Fig. 22 zeigt ein Beispiel, in dem piezoelektrische Kristalle 3ap und 3bp für die Höhensteuerung verwendet werden.
Fig. 23 und 24 zeigen gleichfalls ein Beispiel, in dem piezoelektrische Kristalle 3ap, 3bp . . . 3ep als Steuervorrichtungen für horizontale und vertikale Richtungen verwendet werden.
Fig. 25 und 26 zeigen ein Beispiel, in dem Linearmotoren 3al, 3bl für horizontale Richtungen und der piezoelektrische Kristall 3ap für vertikale Richtungen eingesetzt werden.
Fig. 27 zeigt ein Beispiel, in dem eine Luftfeder 3e für die Vertikalsteuerung und Linearmotoren 3al, 3bl für die Steuerung in horizontalen Richtungen verwendet werden.
Ferner beziehen sich Fig. 8 bis 11 auf eine Vorrichtung, die tatsächlich für die Steuerung in vertikalen und horizontalen Richtungen eingesetzt wird. Sie kann jedoch auch so konstruiert werden, daß sie nur eine Höhenkonstanthaltung oder eine Höhenkonstanthaltung und Vibrationssteuerung in vertikalen Richtungen bewirkt, wie in Fig. 1 dargestellt, und sie wird ferner so modifiziert, daß sie ausschließlich die Horizontalposition und Vibrationen in horizontalen Richtungen steuert.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung der Vibration einer an Luftfedern aufgehängten Steuerungsgrundplatte mit den folgenden sequentiellen Schritten:

Erfassen der Verschiebung der Steuerungsgrundplatte gegen eine Bezugsposition in axialer Richtung der Luftfederaufhängung und Erzeugen einer Spannung als Antwort auf die gemessene Verschiebung;

Integration der Spannung; und

Einstellen des Luftdrucks der Federn als Antwort auf eine aus der integrierten Spannung abgeleitete Steuerspannung, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ferner aufweist: Rückführen der Ausgangsspannung proportional zu einem Ausgangssignal eines Frequenzbandes, dessen Frequenzen niedriger liegen als eine Zeitkonstante der Luftfedern, und/oder Rückführen der Ausgangsspannung mittels Differentiation des Ausgangssignals oder Phasenausgleich des Ausgangssignals eines Frequenzbandes, dessen Frequenzen höher liegen als eine Zeitkonstante der Luftfedern, um einen kompensierten Rückführungswert zu erzeugen; Bilden einer ersten Summe durch Addition der integrierten Spannung und des kompensierten Rückführungswertes;

Erzeugen einer Spannung, die der gemessenen Verschiebungsbeschleunigung der Steuerungsgrundplatte in axialer Richtung der Luftfederaufhängung entspricht, und Erzeugen einer entsprechenden Beschleunigungsspannung;

Ermittlung eines Vibrationssteuerungswertes durch Ausführung mindestens einer Integration, Differentiation, Proportionsbestimmung oder durch Ausführung eines Phasenausgleichs der Beschleunigungsspannung; und Einstellen des Luftdrucks auch als Antwort auf eine zweite Summe, die aus der ersten Summe und dem ersten Vibrationssteuerungswert gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobeiein auf Vorgaben für den Verschiebungsbetrag basierender Störgrößenaufschaltungswert zu dem Wert für die Steuerung des Verschiebungsbetrags addiert wird; und wobei ein auf Vorgaben für die Vibration basierender Störgrößenaufschaltungswert zu den Vibrationssteuerungsdaten addiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobeiein auf Vorgaben für den Positionsverschiebungsbetrag basierender Störgrößenaufschaltungswert zu dem Wert für die Steuerung des Positionsverschiebungsbetrags addiert wird; und wobei ein auf Vorgaben für die Vibration in horizontaler Richtung basierender Störgrößenaufschaltungswert zu dem Wert für die Vibrationssteuerung in horizontaler Richtung addiert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Achsenrichtung für die Luftfederaufhängung senkrecht nach unten gerichtet ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Achsenrichtung für die Luftfederaufhängung horizontal liegt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Federn paarweise angeordnet sind, wobeider Einstellungsschritt das Einstellen des Luftdrucks einer Luftfeder jedes Luftfederpaares anhand der zweiten Summe und durch Steuerung des Luftdrucks der anderen Feder des Paares umgekehrt proportional zur zweiten Summe einschließt.

7. Aktive Vibrationssteuerungsvorrichtung, die aufweist:

eine feste Grundplatte (25)

eine Steuerungsgrundplatte (2), die oberhalb der festen Grundplatte (25) angeordnet ist;

vertikale Stützen B&sub2;, die senkrecht an der festen Grundplatte (25) befestigt sind und sich in horizontaler Richtung freibiegen können, zur Unterstützung der Steuerungsgrundplatte (2);

vertikale Vibrationssteuereinrichtungen A&sub2;, die zwischen den vertikalen Stützen B&sub2; und der Steuerungsgrundplatte (2) angeordnet sind, um die Vibration der Steuerungsgrundplatte (2) in vertikaler Richtung zu steuern;

horizontale Vibrationssteuereinrichtungen A&sub1;, die an der festen Grundplatte (25) befestigt sind;

seitliche Stützen B&sub1;, welche die horizontalen Vibrationssteuereinrichtungen A&sub1; mit der Steuerungsgrundplatte (2) verbinden, indem sie in Kontakt mit den horizontalen Enden der horizontalen Vibrationssteuereinrichtungen A&sub1; und der Steuerungsgrundplatte (2) bleiben;

eine Gruppe von Sensoren, die aufweist: einen Höhensensor (9), der den Verschiebungsbetrag der vertikalen Höhe der Steuerungsgrundplatte (2) gegen eine Bezugsposition erfaßt und den Betrag als Spannung ausgibt; einen Vertikalbeschleunigungssensor (10), der einen veränderlichen Betrag der Vertikalbeschleunigung der Steuerungsgrundplatte (2) erfaßt und den Betrag als Spannung ausgibt; einen Positionssensor (1), der den Verschiebungsbetrag der Horizontalposition der Steuerungsgrundplatte (2) erfaßt und den Betrag als Spannung ausgibt; und einen Horizontalbeschleunigungssensor (11), der einen veränderlichen Betrag der Horizontalbeschleunigung der Steuerungsgrundplatte (2) erfaßt und den Betrag als Spannung ausgibt;

eine Vertikalsteuereinrichtung mit einer Integrationsschaltung (13b), welche die vom Höhensensor (9) erfaßte Spannung integriert;

und eine Horizontalsteuereinrichtung mit einer Integrationsschaltung (13a), welche die vom Positionssensor (1) erfaßte Spannung integriert;

dadurch gekennzeichnet, daß die Vertikalsteuereinrichtung eine Verschiebungsbetrag-Rückführungskompensationsschaltung (YFb) aufweist, die durch Rückführung der von dem Höhensensor (9) erfaßten Spannung proportional zu einem Ausgangssignal in einem Frequenzband, dessen Frequenzen niedriger liegen als eine Zeitkonstante der Vertikalsteuereinrichtung, und/oder durch Rückführung des Ausgangssignals mittels Differentiation des Ausgangssignals oder Phasenausgleich des Ausgangssignals in einem Frequenzband, dessen Frequenzen höher liegen als eine Zeitkonstante der Vertikalsteuereinrichtung, einen kompensierten Rückführungswert berechnet; eine Kompensationsschaltung mit veränderlichem Rückführungsbetrag (YSFb), die durch Ausführen mindestens einer Integration, Differentiation, Proportionsbestimmung oder durch Ausführen eines Phasenausgleichs der Spannung, die einer vom Vertikalbeschleunigungssensor (10) erfaßten veränderlichen Vertikalbeschleunigung entspricht, einen Wert zur Steuerung des vertikalen Verschiebungsbetrags ausgibt; eine Vertikalsteuerungswert- Berechnungsschaltung (Kb) die den integrierten Wert zu dem kompensierten Rückführungswert und dem vertikalen Vibrationssteuerungswert addiert; eine Vertikalsteuerungs-Treiberschaltung (18), welche die Vibration der Steuerungsgrundplatte in vertikaler Richtung anhand des Vertikalsteuerungswertes steuert; und daß die Horizontalsteuereinrichtung ferner aufweist: eine Verschiebungsbetrag-Rückführungskompensationsschaltung (XFb), die durch Rückführung der vom Positionssensor (1) erfaßten Spannung proportional zu einem Ausgangssignal in einem Frequenzband, dessen Frequenzen niedriger sind als eine Zeitkonstante der Horizontal steuereinrichtung, und/oder durch Rückführung der Ausgangsspannung mittels Differentiation des Ausgangssignals oder Phasenausgleich des Ausgangssignals in einem Frequenzband, dessen Frequenzen höher sind als eine Zeitkonstante der Horizontalsteuereinrichtung A&sub1;, einen kompensierten Rückführungswert berechnet; eine Kompensations-schaltung mit veränderlicher Rückführung (XSFb), die durch Ausführen mindestens einer Integration, Differentiation, Proportionsbestimmung oder durch Ausführen eines Phasenausgleichs der Spannung einer durch den Horizontalbeschleunigungssensor (11) erfaßten veränderlichen Horizontalbeschleunigung einen Wert zur Steuerung der Horizontalvibration ausgibt; eine Horizontalsteuerungswert- Berechungsschaltung (Ka), die den integrierten Wert zu dem kompensierten Rückführungswert und dem horizontalen Vibrationssteuerungswert addiert; eine Horizontalsteuerungs-Treiberschaltung (17), welche die Horizontalvibration der Steuerungsgrundplatte anhand des Horizontalsteuerungswerts steuert.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die vertikalen Vibrationssteuereinrichtungen vertikal an der festen Grundplatte befestigt sind und die vertikalen Stützen tragen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, wobei die Vertikalsteuerung eine Höhenverschiebungsbetrag-Berechnungsschaltung aufweist, die den integrierten Wert und den kompensierten Rückführungswert addiert und dann das Ergebnis als Wert für die Steuerung des Höhenverschiebungsbetrags ausgibt, wobei die Vertikalsteuerungswert-Berechnungsschaltung den Höhenverschiebungs -Steuerungswert und den Vertikal vibrations-Steuerungswert addiert.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Horizontalsteuereinrichtung eine Positionsverschiebungsbetrag-Berechnungsschaltung aufweist, die den integrierten Wert und den kompensierten Rückführungswert addiert und dann das Ergebnis als Wert für die Steuerung des Positionsverschiebungsbetrags ausgibt, wobei die Horizontalsteuerungswert- Berechnungsschaltung den Positionsverschiebungs-Steuerungswert und den Horizontalvibrations-Steuerungswert addiert.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die vertikalen Stützen aus einem Verbundstoff aus mehreren Gummiplatten und Metallplatten bestehen.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei die vertikalen Vibrationssteuereinrichtungen und die horizontalen Vibrationssteuereinrichtungen aus mehreren Luftfedern zusammengesetzt sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei die vertikalen Vibrationssteuereinrichtungen und die horizontalen Vibrationssteuereinrichtungen entweder aus mehreren piezoelektrischen Kristallen oder aus mehreren Linearmotoren zusammengesetzt sind.