JP2002526730A - 振動絶縁テーブルのための絶縁システム - Google Patents
振動絶縁テーブルのための絶縁システムInfo
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- F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
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Abstract
Description
関する。特に、本発明は振動の外乱を制御するために振動絶縁テーブル又は同様
の構造物に容易に取付けできるてい低コストで自立した、能動振動絶縁システム
を提供する。
している。電磁石が低コストで運転するのに費用がかからないという利点も持っ
ている。振動振動絶縁テーブルに電磁石を使用する既知のシステムが、過度に複
雑ですえ付け又は調整が容易でない。さらに、既知のシステムは、既存の振動絶
縁テーブル又は他の構造物を改造して用いるのに容易には適用できない。
ム又は脚)によって伝えられる絶縁された物体(例えばテーブルトップ)内の振
動を相殺する力を発生させるための少なくとも一つの電磁石を基礎とした絶縁シ
ステムを提供する。本発明によれば、このシステムは、電磁石を有する装置、運
動センサ、及び絶縁された物体に容易に取付けられる単一のハウジング内に全部
入っている制御装置を備えている。どんな振動モードが問題であるかに依って、
この装置を一つ以上を絶縁される物体に取付けることができる。
取付けるのが容易になり、すえ付け費用及び複雑さがを減る。ハウジングは、装
置を目立ちにくくし、使用者の邪魔にならなくする。本発明によれば、ハウジン
グはテーブルトップ(それは、普通は鉄合金でできている)に永久磁石で取付け
でき、磁石は、瞬間的に取付けでき、必要があればハウジングを容易に取りはず
して別の場所に移すことを可能にする。他の取付け手段(例えば接着剤又はねじ
固定具)を代替物として用いてもよい。
くように振動絶縁テーブル上にすえ付けるのに都合がよい。このようなバネ・シ
ステムは、普通は空気であるが、本発明は他の種類のばね支持体で働かせること
ができる。
発生する加速度計である。その信号は、電磁石に振動を相殺させる力を発生させ
るための電磁石用の制御信号を発生する制御装置によって処理される。好適な制
御モードは、加速度信号を積分して速度を得、次に比例した加速度と速度の和を
帰還することである。代わりに、もう一つの運動センサを適当な制御機構と共に
使うこともできるだろう。例えば、地中聴音器、速度計又は変位センサをテーブ
ルトップの動きを検出するために用いてもよい。
逆作用する。好適な実施例によれば、ターゲット要素は、永久磁石である。ター
ゲット要素は支持フレーム又は脚に取り付けられ、すき間が電磁石と永久磁石と
の間に作られるように、ハウジングはテーブルトップに磁石に近接して取付けら
れる。永久磁石は、電磁石が永久磁石に押力又は引張力を発生できるようにする
バイアスを生じ、振動相殺力をより効果的にする。振動絶縁テーブルは、普通は
テーブルトップの近くに水平な支持レールを備えている。上下振動の場合、ター
ゲット要素は、都合のよいことにレールに取付けられる。脚間にレールのないシ
ステムの場合、ターゲット要素を提供するためにブラケットを脚に取付けること
ができる。水平振動の場合、ターゲット要素は、テーブルの脚又はブラケット類
に取付けることができる。ハウジングは、電磁石がすき間を横切ってターゲット
要素に作用する力を発生する位置に置かれるように適当に向きを定められている
。
力を生ずる相手になる磁気に感応する要素であってもよい。従って、バイアスを
直流入力を適用することによって又は、電磁石内に永久磁石を装着することによ
って電磁石に加えることができるので、有効な振動相殺を行うための引力と反発
力の両方を発生できる。
在する可能性のあるいかなる直流バイアスをも微調整し、それによって入力信号
の処理から生ずることがあるいかなる直流ドリフトをも調整する手段を含む。さ
らに、入出力信号処理は、少なくとも一方、そして、好ましくは両方とも、第1
の低利得値と第2のより高利得値との間を、好ましくはプログラム可能な利得増
幅器によって、切り換える能動ゲイン切換手段を含んでいてもよい。これは、広
範囲の伝達振動レベルに対して適切な強さの信号を制御法及び/又はアクチュエ
ータに与える。さらに、入出力処理の一方又は両方は、システムの健全性を監視
するための信号を監視する手段を含んでいてもよい。
できる。代わりに、装置のハウジングは、相対的に異なる方向へ減衰するように
向けられた二つの電磁石を収容できる。各方向の運動を測定するためのセンサが
ハウジング内に含まれる。なお、ターゲット要素が各電磁石に付随し、各ターゲ
ット要素を離すとき、テーブル・フレームに適当な位置で取り付けられる。
の方向の水平運動、及び偏揺れ運動を含むテーブルトップの異なる運動を生じる
可能性のあるさまざまな振動外乱を受ける。本発明によるシステムは、これらの
異なる振動モードを制御するための複数の装置を備えた振動絶縁テーブルを含む
。
線形垂直振動、ピッチ振動及びロール振動、を制御するための3つの振動減衰装
置が設けられている。各装置は、単一の電磁石及び関連のターゲット永久磁石を
備えている。一つの{装置がテーブルの2本の前脚の各々に配置され、一つの装
置が、両後ろ脚の中間にテーブルトップの後縁に沿って配置される。各装置は、
独立してさまざまな位置で作用し、上述の3つの振動運動を制御するための制動
力を作る。テーブルトップの周りの能動減衰ユニットの相対的な間隔及び位置決
めによって必要な制御力が最適化される。
に、一つのテーブルが4つの振動減衰装置を備えることができ、より力の要る減
衰制御のために各々のテーブルの脚に一つづつ配置される、すなわち、各々の装
置に必要な制御力を小さくする。
を備えることができる。各装置は、隣接した各脚に取付けられた、又はそれらと
一体の、ターゲット要素を付けた隣接脚のところでテーブルトップに取付けられ
る。好ましくは、各装置をできるだけ人目につかないように配置するために、各
装置は、後ろ脚に配置される。各装置は、テーブルの重心(CG)を通る対角線
の力ベクトルを発生するように適当に一直線に並べられる。このようにして、縦
及び横の方向の運動を制御できる。
平に向いた電磁石を含み、振動絶縁テーブルは、6つ全てのモードにある垂直及
び水平の振動の制御のためために構成されている。都合のよいことに、6つ全て
の方式の制御が、各前脚に一つづつ及び後脚の中間の後縁に第3のものというよ
うにテーブルに取付けられた3つの装置で達成できる。ターゲット要素が前脚の
各々と前脚に隣接した支持レールとに配置される。なお、ターゲット要素が垂直
制御のために後部支持体レール上に配置され、後部のレールに取り付けられたブ
ラケットが後部に配置された装置によって水平制御をするための追加のターゲッ
ト要素を支持するために垂直に上方へ延びている。
動減衰装置を使用することなど。なお、例えば、機器が振動絶縁テーブルに載っ
ているなどのために、振動又は運動の特定の形が問題の場合、装置をそれに応じ
て配置することができる。一つの例として、縦に振動絶縁テーブル上で長手方向
に向けられたロボットの場合、多数の装置をテーブルに取付けて水平相殺力を作
るように配向できる。
成要素が入っているので、既存の振動絶縁テーブル又はその他の構造を簡単に改
造できるということであり、なお、磁石取付装置が使われるとき、振動絶縁テー
ブルにおける減衰は、装置をテーブルに追加するか又は装置のテーブル上の位置
又は向きを変えることによって容易に調整できるし又は一時的に特定の用途に適
応させることさえできる。
を示す。当業者に明らかになるように、本発明による装置は、第1の部材から伝
えられる振動から第2の部材を第2の部材にある振動を相殺する力を発生するこ
とによって絶縁する。本発明は、本願明細書において記載されているように、絶
縁テーブルに特に適しているが、他の装置(例えばエンジンマウント、回転機械
装置及びターボ機器)への適用があるので、説明は、制限というよりはむしろ例
示的であるといえる。
を有するフレーム11で支えられたテーブルトップ12がある。テーブル・フレ
ーム11の隣接した脚を水平レール18によって相互接続してフレームに剛性を
与えるのが好ましい。レールは、通常、テーブル10の前縁から除かれて作業者
の脚がテーブルの下で延びる余地を与えている。バネ装置16が脚14とテーブ
ルトップ12との間に取り付けられてテーブルトップを脚から離す。普通は、バ
ネ装置16は低いばねこわさを持っている空気式振動絶縁装置である。不減衰の
バネ装置における問題は、システムの共振振動数で、又はその近くで、起こる振
動を扱えないことである。さらに、それらは低周波振動を拡大する可能性がある
。本発明(バネ装置と並列に使われる)は、共振振動数及び/又は低周波数にお
いてに又は付近での振動を相殺する。
22及び容器に近接しかつ電磁石30の下でフレーム11に関連してフレームに
取り付けられたターゲット要素24を備えている。したがって、容器22及びタ
ーゲット要素24は、容易にすえ付けられかつ直接見えず、テーブルを使用して
いる作業者の邪魔にならないように都合よく配置される。容器22は装置の力発
生電磁石30を含む作動構成要素を収容する。容器22は、後述の作動構成要素
を収容するための内部空間を与える堅固な箱である。容器は、アルミ鋳物として
、折り重ねられるか打ち抜かれた薄板金箱として又は他の適切な構造として形成
することができる。
び振動減衰装置34を含んでいる。電磁石30は、極片27及びコイル23を含
み、ハイランド・ミシガン(Highland Michigan)のマグネテ
ィック・プロダクツ社(Magnetic Products,Inc.)によ
って製造された形式のものである。具体的には、最大引張り荷重定格(35lb
f)(156.8のN)のモデルRE−12121が、装置20において特に有
効であるとわかった。運動センサ32は、テーブルトップ12の運動を検出して
、制御装置34に運動を表わす入力信号を送る。できれば、運動センサは、バー
ジニヤ州バージニヤ・ビーチ(Virginia Beach,VA)の(Oc
eana Sensors Technologies,Inc.)オセアナ・
センサーズ・テクノロジーズ社によって製造された加速度計であるのがよい。1
V/gの感度をもつモデル番号A8000−0lが特に効果的であるとわかった
。本制御装置は、入力信号を処理して制御信号を発生し、それを電磁石30に送
って磁気力を出す。電源コード36は、電力を容器22にある作動構成要素に与
える。容器内の構成要素の配置が例示的であって、それらの位置は変る可能性が
あると理解すべきである。
ねじ、ボルト又はリベット)、接着剤及び両面テープを含む)によって取り付け
できる。テーブルトップ12が鉄合金でできているとき、容器22を一つ以上の
取付磁石26で取り付けることは、特に便利であり、それは、テーブル上に何の
用意もせずに瞬時に取付けること及び、必要に応じて、容易に容器22を取り外
したり又は容器22の位置を変える機能の両方を可能にする。図1は、容器22
の外側にある取付磁石26を例示しているが、外観をきれいにするために磁石2
6を容器内部に配置することも可能である。
き間28を空けて取り付けられ、この場合、ターゲット要素24はレール18に
取付けられている。図1に示すように、電磁石30は、すき間28を横切ってタ
ーゲット要素24に向き合って配置されている。電磁石30によって発生される
力は、ターゲット要素24上に作用してセンサ32によって検出される外乱運動
を打ち消すので、テーブルトップ12における振動を相殺する。すき間28の幅
は、最適の力の有効性を得るるために、容器22とターゲット要素24とが接触
しないようにできるだけ小さくなければならない。
対しておよそ0.2〜20のミクロン(0.000008〜0.0008のイン
チ)である。空気力学的テーブル共振のために、許容できない高さの振動レベル
がテーブルトップ12に伝えられる。しかし、テーブルトップの小さい運動には
振動を減衰させるためには小さい力だけしか電磁石によって発生する必要がない
。この装置が、例えば、ニューポート(Newport)社製のモデルVH、V
W及びLW絶縁テーブルと一緒に使われると。き、0。27〜0。54kgf(
0.5〜1.0lbf)の範囲の力が効果的であるとわかった。この種類のテー
ブルと一体化されたシステムにおいて、すき間28は、約1.27mm(0.0
5インチ)と11.4mm(0.45インチ)の間にあるのが好ましく、約3.
18mm(0.125インチ)のすき間が、非常に効果的であり、若干の動揺空
間が能動減衰ユニットとフレーム11の間のひどい接触を避けることを可能にす
るとわかった。できれば、すき間28は、空気ばねへの空気圧の損失若しくは遮
断及び/又はテーブルトップ12に加えられる過渡荷重のために、静的動きにな
お適応させながら、実行可能な程度に小さく作られる。アクチュエータ30は、
アクチュエータとターゲット要素24との間のすき間28を最小にしようとして
、図10に示されているように、容器22を通ってわずかに突き出てもよい。さ
らに、テーブルトップ12を、適当なすき間28を設定するために、それの調整
ねじを用いて上げ下げできる。
検出する圧電加速度計である。代わりに、他の運動検出装置、例えば、地中聴音
器、速度計又は他の検出装置、を用いることもできよう。選ばれた特定のセンサ
は、当業者によって理解されるように、制御アルゴリズムに補正を行う必要があ
ろう。
ドバック制御法を使うことができる。テーブルトップ12の加速度(例えば垂直
の)はセンサ32によって検出され、ライン33の加速度を表している入力信号
が制御装置34に伝えられる。制御装置内では、この明細書において更に詳細に
後述するように、入力信号はブロック29aにおいて増幅されて、調整される。
この非常に増幅・調整された信号は、テーブルの速度を表わす信号を得るために
積分が行われる積分器35に与えられる。ライン41の代表的な速度信号及びラ
イン45の代表的な加速度信号は、次に、第1及び第2のゲイン・ブロック37
、38においてゲイン調整されて相対重みの付いたライン43及び44の代表的
加速度及び速度それぞれを作るために再び拡大・縮小される(増幅するか又は減
衰させて)。ゲイン37、38は、そのシステムに関する経験に基づいて選ばれ
、マイクロ制御装置にハード符号化されるのが好ましい。
加算に続いて、加算された信号は、ブロック29bにおいて再び増幅されて調整
されて、電磁石アクチュエータ30に与える制御信号40を発生する。電磁石3
0は、テーブルトップ12の運動を相殺する制御力Fを生ずる。結合された加速
度と速度の制御は、速度フィードバックだけ(図2cに関して記載された)より
ずっと良い高周波振動制御を与えるので制御の有効範囲を広げる。
る。補償器31は、低周波における位相進みを生じる低周波進相補償器である。
より具体的には、補償器は0.5Hzに中心を置いた最高15度の位相進みを与
える。この補償器31は、装置20の性能をセンサ32及び入力信号の調整と増
幅29aによって生じた位相遅れを補償することによって改良する。図示のよう
に、図2のブロック線図は、垂直振動制御を表す。しかし、本発明及び本願明細
書において記載された制御が、テーブル12の水平振動を制御するために等しく
有効であることを理解すべきである。さらに、並列で使われるときに、本願明細
書において後述するように、多重モードを制御できる。本発明による装置20は
、テーブル・システム10の共振振動数、普通は約1〜4Hzの間である、で減
衰を行うように制御される。できれば、装置20は0.2〜10Hzの間の範囲
にある振動数で働くのがよい。用いられた上述の制御法は非常に安定であり、テ
ーブルトップ12に加わるどんな過渡荷重も効果的に減衰されるようなものであ
る。
12の加速度は、加速度計センサ32によって検出される。ライン33の加速度
を表すこの信号は、ブロック29aにおいて増幅・調整され、それから積分器ブ
ロック35において積分されてライン41にテーブルトップ12の速度を表す信
号を発生する。ライン41のこの信号は、ゲイン・ブロック38において適当に
増幅されるか又は減衰される。また、ゲイン値は、システムの知識及びそれに関
する経験に基づいて決められる。ゲインを乗じられた信号44は、つぎに、また
ブロック29bにおいて増幅・調整され、次いで制御信号40として電磁石アク
チュエータ30に通される。速度フィードバックは、テーブルトップの共振の良
好な制御を行う。特に、速度計又は地中聴音器がセンサとして使われる場合、積
分器35は削除されるだろう。
されている、すなわち、電磁石30は容器22とターゲット要素24との間の垂
直に一直線に並べられたすき間28を横切って作用するように配向される。装置
20は、水平に一直線に並べられたすき間ができるように単にターゲット要素2
4を鉛直面に配置すること及び電磁石30がすき間28を挟んでターゲット要素
24に向かい合うように容器22を向けることによって水平方向の振動を減衰さ
せるようにように配置されてもよい。
は連続的バイアスを電磁石30に与える。バイアスは、テーブル・フレーム18
に対して押す力と引く力の両方を発生させる電磁石30の動作を可能にし、その
ことは、振動運動を相殺するのを容易にする。ターゲット要素24として永久磁
石を追加する利点は、フレームが鉄金属で形成されているとき、それをテーブル
・フレーム11に瞬間的に取り付けできることである。
磁石の力が引きつける材料であってもよいだろうし、又は、それはフレーム11
の鉄の脚、レール又はその他の部分であってもよいだろう。このような実施例に
おいては、直流入力を供給することによってバイアスを電磁石に加えることがで
きる。勿論、これは、より高い動力を必要とするので、永久磁石を用いることよ
り望ましくない。
に配置されている別の実施例を例示している。ターゲット要素24は、磁石及び
電磁石の力場と磁気的に反応することができる透磁性の極片である。これに対し
て、レール18が十分に高い透磁率を有する材料で形成されている場合、ターゲ
ット要素24は取り除くことができるし、レール18はターゲット要素として働
くことができる。この代替品は、装置の構成要素の全てが容器22に入っている
という効果を与え、このことは、さらにすえ付けを簡単にする。
要素24を保持するのに十分にテーブルトップ12に近くにない場合の本発明の
特徴を例示している。ブラケット42は、テーブルトップ12に近接してターゲ
ット要素24を支持するためにフレーム11の脚14に取り付けられている。ブ
ラケット42は、ターゲット要素24が取り付けられる面を与えている。ブラケ
ット42は、容器を取り付けるために使用されるものと同様の取付け磁石26に
よって取付けられのが好ましく、このことはブラケットの位置決め及び装着を容
易にできるようにする。図6はまた、ターゲット要素24に対するもう一つの代
替品、すなわち、磁極片27に取付けられた永久磁石25からなるターゲット要
素を例示している。磁極片と永久磁石の組合わせは、電磁場が作用することがで
きる有効面積を増やしている。
施例を例示している。容器22は、2つのセンサ32V,32Hを含み、第1の
32Vは垂直方向の振動を検知するように配向され、第2の32Hは、水平方向
の振動を検知するように配向されている(図示の矢印は、検知方向を示す)。2
つの電磁石30V、30Hが与えられる、すなわち、第1の30Vは鉛直力を発
生するために配置され、第2の30Hは、水平力を発生するために配置されてい
る。従って、2つのターゲット要素24H、24Lがフレーム11に取り付けら
れる、すなわち、一つは水平力電磁石30Hと相互作用するためにテーブルの脚
14に、もう一つは垂直力電磁石30Vと相互作用するためにレール18に取付
けられている。単一制御装置34は、センサ32V、32Hから入力信号を受け
て、2つの電磁石30V、30Hのための制御信号を発生するのに適応している
。個々の方向に対する制御は、図2に関して説明した制御法によって達成される
。
を例示するための基準座標フレームを含む絶縁テーブル10を透視図で例示して
いる。テーブルトップ12に伝えられる外乱は、Z軸に沿った単純垂直振動(す
なわち簡単な上下運動)をもたらす可能性がある。垂直外乱が振幅又はテーブル
トップ12を横切る時間において等しくない場合、ゆれ運動、例えば、YZ平面
内のピッチ運動、XZ平面内のロール運動又はピッチとロールを組合せた運動が
起こる可能性がある。
Y平面内の偏揺れ運動を含む水平又はXY平面内の振動をもたらすことができる
だろう。これらの外乱を相殺するための本発明のシステムによる装置20、20
aを取り付けるさまざまな方法を以下に説明する。
振動である。図8及び9に示されるシステムは、これらの3つの垂直方向の振動
のどれをも相殺するように配置されている。例えば、図9はテーブル10の下面
図を示す。テーブル10は、図1、5又は6にて説明したように、3つの互いに
離れた、垂直に作用する能動減衰ユニット装置20を備えている。一方の装置2
0は、2つの前脚14a、14bの各々に隣接してテーブルトップ12に取り付
けられている。付随ターゲット要素(図示せず)(好ましくは永久磁石)が、図
1、5又は6に関連して説明したように、振動減衰装置20の各々に近接して横
のレール(図示せず)に取付けられるか又は、それらと一体に取付けられる。第
3の振動減衰装置20がそして、ターゲット要素を後部レール(やはり図示せず
)に隣接して又はそれと一体に取付けて2つの後脚l4c、14dの中間に配置
されている。装置20が独立に作用する、すなわち、それぞれの装置の制御装置
は、調整作用するように接続されないので、各々の装置20は、その個々の取付
け位置で検出される振動を相殺するように働く。図9に示された電源ケーブル3
6は、床に位置する電源装置からテーブルまでの配線を最小限に保つように図示
の方法で行われている。これは、振動がテーブル12に多重電気コードを通して
与えられる傾向を減らす。
軸運動)を相殺するように働くことを理解できる。YZ平面内のピッチ運動は、
テーブルトップの対向する前後縁に作用する前部の振動減衰装置20と後部の振
動減衰装置20の累積作用によって扱われる。XZ平面内のロール運動は、前部
の脚l4aとl4bにおけるテーブルの向かい合わせ側にある振動減衰装置20
の累積作用によって扱われ、例示された配置は、3自由度の振動を相殺するため
の振動減衰装置の最小必要数である。勿論、より強い減衰が必要な場合、追加の
振動減衰装置を取り付けてもよく、例えば、1つの振動減衰装置を各々の脚に配
置することができよう。
るのに有効な配置を例示している。振動減衰装置20は、後部の脚14c、14
dの各々に隣接して配置され、それぞれの脚の方に向いた水平な力を与えるよう
に配向されている。振動減衰装置はまた、各軸に関して斜めに配向され、そのこ
とは、振動減衰装置がZ軸のまわりにトルクを作ることなく重心CGを通って力
ベクトルを作用することを可能にする。関連のターゲット要素(図示せず)は、
脚に取付けられるか又は脚と一体である。あるいは、追加の装置をテーブルトッ
プに減衰を大きくするため又は偏揺れ動きを制御するために取付けることもでき
よう。
衰させる振動減衰装置20aを備えることができるので、テーブルトップにある
全6振動モードの運動を相殺するように作用する。図11は、たとえば、6モー
ド全ての減衰を達成するために最小数の振動減衰装置20aを用いている実施例
を例示している。振動減衰装置20aは、各々、図7と関連して説明したように
、容器22に取付けられた2つの電磁石を備えている。振動減衰装置20aは、
前部の脚14aと14bに隣接して、そして好ましくは、後部の脚14cと14
dとの中間に配置されている。2つのターゲット要素24は、各々の振動減衰装
置20aと関連している。前側においては、ターゲット要素が垂直減衰のために
レール(図示せず)に又はそれらと一体に、そしてX軸に沿う水平減衰のために
脚14a、14bに配置されている。後部の振動減衰装置20aは、第1の関連
ターゲット要素を後部レール(図示せず)に又は、それと一体に取り付けてテー
ブルトップ12に取付けられている。ブラケット42は、レール(図示せず)に
取り付けられ、Y軸に沿う水平減衰のために第2のターゲット要素24を支持す
るために上方へ延びている。
aに、そして、X軸に沿う水平振動を相殺するためにテーブルの背後にある単一
の振動減衰装置20aに依存する。図12は、2つの振動減衰装置20aがX軸
に沿う改良された減衰のために後脚14c、l4dに置かれている配置を例示し
ている。同様に、前部の振動減衰装置20aは、脚14a、14bに、又はそれ
らと一体に含まれているターゲット要素と連動してY軸に沿う減衰のために配向
されている。後部と側部のフレーム・レール(図示せず)に又はそれと一体に装
着された追加のターゲット要素がZ軸に沿う垂直振動を相殺するために前後部の
振動減衰装置20aと一緒に働く。したがって、図12に示された配置において
、テーブルの前部の2つの振動減衰装置20aは、垂直振動とY軸水平振動を相
殺するために働き、テーブルの後部の2つの振動減衰装置は、垂直振動とX軸振
動に作用する。振動減衰装置20aの累積作用は、X、Y及びZ軸に沿う振動と
同様に上記したようにピッチ、ロール及び偏揺れ運動に作用する。
る。図13は、Y軸に沿う強い減衰のための配置である。振動減衰装置20は、
水平配位の電磁石がY軸に沿って作用するように配置されている。この配置は、
幅全体にテーブルトップ12上に支持され、Y軸に沿う強い振動を適宜に発生す
る 装置(例えばロボット)の場合に有用である。
場合などの超過X軸振動の場合に有用な配置である。振動減衰装置20は、水平
配位の電磁石がX軸に沿って作用するように適宜に配置される。図13と12に
示された配置において、振動減衰装置20は、また、図7に例示された装置を用
いて水平と垂直の減衰に備えて装備することができる。
5において、ユニット20、20aは水平に作用するだけの装置又は図7に示さ
れたような多軸装置であってもよい。この図15の実施例は、図9に示されたも
のに代わる実施例である。図15の配置は、Z軸の回りの偏揺れと同様にX軸と
Y軸に沿う振動を減衰させることができる。ユニットが図7に記載された種類の
ものである場合、Z軸に沿う垂直運動、YZ平面内の縦揺れ運動及びXZ平面内
のロール運動もまた制御できる。この配置は、Y軸振動を制御するのに特によく
適している。特に、システムが垂直減衰を含まないとき、各ユニットはテーブル
10の脚14a、14b及び14cに直接に作用するのが好ましい、すなわち、
ターゲット要素はそれぞれの脚である。あるいは、図1、5又は6に示されたの
と類似のターゲット要素が脚に取付けられてもよい。図16は、図15と比較し
てわずかに異なる構成をもったシステムを例示している。一般に、図16のシス
テムは、図7に示されたようなユニット20aが利用される場合、X、Y、Z、
ピッチ、ロール及び偏揺れ運動を減衰させることができる。ユニット20aが利
用される場合、この実施例は図11の実施例に必要なブラケットをなくす。この
システムは、一般に、X軸振動を減衰させるときに最も効果的である。
を例示している。センサ32(好ましくは上述の加速度計)は、加速度を表わす
信号を与える。電流源21は、センサ32を動かすための電流を与え、それによ
って入力調整と増幅ブロック29aへの入力信号を与える。入力調整と増幅ブロ
ック29aは、信号調整器46を備え、また選択的のプログラマブル・ゲイン増
幅器(Programmable Gain Amplifier)52aを含
でもよい。図19に最もよく示されているように、信号調整器46は、高域フィ
ルタ、低域フィルタ、コンデンサ(約10マイクロファラッド)及び演算増幅器
を含むゲイン−フィルタ・ブロック48を備えている。効果的には、ゲイン−フ
ィルタ・ブロック48は、ゲイン(最も好ましくは5)を乗じられ、所望の演算
範囲外の信号を除かれた出力信号を与える。絶縁テーブルの場合、約0.04H
zと90Hzとの間の範囲外の信号を除くことが望まれる。このろ波され増幅さ
れた信号は、次に、信号に追加のゲイン値を乗じる ゲイン・ブロック50に与
えられる。できれば、絶縁テーブルの場合、追加のゲイン値は、約50に設定さ
れるのがよい。
える手段に与えられるのが好ましい。この場合、能動切換手段は、低い値と高い
値のゲインの間で能動的に切り替えができる選択的プログラマブル・ゲイン増幅
器(PGA)52から成る。例としてで制限と考えられるべきでないが、低い値
は、好ましくは約3.52であり、高い値は、約30−60の間にあるのが好ま
しいが、250程の大きさであってもよい。選ばれたゲイン値は、それの全ダイ
ナミックレンジの関数として入力A/D58aへ入る信号の大きさに関係する。
入力D/Aは、マイクロ制御装置54と一体であって、約1000Hzの選択的
入力PGA52aから与えられる信号を標本化するのが好ましい。現在の信号の
大きさが未知であるか広い範囲にわたって変えられる場合には、プログラマブル
・ゲイン増幅器(PGA)52を利用することが望ましい。信号の平均パワが域
値より上にある場合、次に、ゲインは第1の設定値にセットされ、一方、平均パ
ワが域値の下にある場合、ゲインは第2のより高い値にセットされる。これは、
適当な信号強度の信号がマイクロ制御装置54に与えられることを確実にする。
同様のPGAが、入力処理部分について記載されたように、装置20の出力処理
部分に与えられるのが好ましく、同様であるが反対のロジックによって同時に切
り換えられる、すなわち、入力PGA52aが信号を大きくした場合、出力PG
A52bは好ましくは同じ量だけその信号を引き下げる。特に、PGAが使われ
ない場合は、約880の全システム入力ゲインが達成されるように、ゲイン・ブ
ロック50のゲイン値は、それ以上(たとえば約176)に設定されることを必
要とするだろう。約2〜10ミクロンの間のベース外乱を受けるとき及び8−ビ
ット・マイクロ制御装置を使用するときに、750以上というような高いゲイン
が良好なシステム性能を達成するために望まれる。
れる。図19に示すように、マイクロ制御装置54は、入力D/A58aに与え
られる信号の公称直流レベルを監視し、直流電圧を結果として与える能動トリム
D/A変換器(Active Trim Digital−Analog Co
nverter)(DAC)65への一つの値を出力し、その直流電圧は、接続
点64においてゲインーフィルタ・ブロック48から出力される直流電圧に対し
て加算又は減算される。この能動トリム機能は、入力信号電圧を公称値、例えば
約2.5ボルト、に維持する。これは、電圧範囲内の中心に直流電圧を維持し、
それによってダイナミックレンジを最大に使用することを可能にする。
タ30の故障を検出するのに有効な監視手段を含んでいてもよい。入力監視手段
は、生の加速度計信号表わす接続点67における信号を抽出することを含む。こ
の信号は、線68aを介してマイクロ制御装置54にある監視用A/D70aに
与えられる。その信号は、次に,それが予め設定された範囲内に入るかるかどう
かを決めるために試験される。それが入れば、それはセンサ32が適切に働いて
いることを表している。
である)内で、例えば図2〜4に関して記載された方法のいずれかのような制御
法が実行される。一つの出力信号が制御D/A58bから選択的出力PGA52
bに約200Hzのサンプル振動数で与えられる。制御装置は、好ましくは本願
明細書に引用しているHamoその他の係属出願の「動的システムモデル制御装
置」という名称の米国出願番号第09/053478号において記載されている
ような多重速度サンプリングを含むのが好ましい。PGA52bからの信号は、
次にアンプ60a、60bへの制御信号が現実に指令されているものであること
を確実にするためにフィードバック制御を行う電流制御ブロック62のいずれか
の側に配置されるマルチプル電力増幅器60a、60bを含むブリッジ増幅器5
6及び電磁石30に与えられる。PGA52bからの制御信号は、直接に電力ア
ンプ60aを駆動する。反対に,制御信号を逆にする抵抗インバータ63を介し
て電力アンプ60bが反対方向に駆動され、それによって電磁石アクチュエータ
30の巻線を通る交流シナリオを作る。好ましくは、フィードバック手段が電力
アンプ60a、60bを通って供給される電流を測定するために利用され、次に
それを適切に調整するために制御信号と加法的である信号を帰還する。各電力ア
ンプ60a、60bに供給された電流に比例するフィードバック信号が電流制御
ブロック62にフィードバック線61a、6lbを介して送られる。これらの信
号は、次に出力を線68bに発生するために結合される。この出力は、接続点6
9に与えられて、そこで制御信号と加算される。これは、電磁石を通る電流を、
それが制御(指令)された電流にほぼ等しくなるように常に修正する。68bに
ある信号は、また、電磁石30への電流をモニタする手段を与えるためにマイク
ロ制御装置54内のA/D変換器70bに与えられる。現在の電圧値が指令され
た制御信号の予め定められた公差内にあれば、電磁石30及びブリッジ・パワー
アンプ56は、適切に働いている。信号が変わらない場合、それはショート又は
他の回路機能障害を表す。
る。ろ波及び増幅された入力信号は、PGA52aからアナログ信号をディジタ
ルの形で上述のサンプルレートで転換する入力A/D58aへ与えられる。90
Hz未満、そしてより好ましくは約40Hzの折点周波数を有する低域フィルタ
ー(好ましくは一次)であるデシメーション・フィルタ72が設けられている。
約0.125Hzの折点周波数を有する追加の高域フィルタ74が低周波ノイズ
をさらに拒否するために設けられている。信号は、デシメーション・フィルタ7
2から出るほぼ5つ目のサンプルごとに標本化することによってダウンサンプリ
ング・ブロック73において200Hzでダウン標本化される。ダウンサンプル
・ブロック73の出力は、次に第1の経路にある積分器35において積分されて
、ブロック38の第1のゲイン1を乗じられる。同様に、ダウンサンプルされた
信号がブロック37にある第2のゲイン2を乗じられる第2の経路が提供される
。第1及び第2の経路にある信号は、次に加算接続点39において加算され、次
いで、アクチュエータ30に送るために制御D/A58bに与えられる。図2a
−2cの増幅及び調整ブロック29aは、信号調整ブロック46、PGA52a
、A/D58a、デシメーション・フィルタ72、HPフィルタ74及びダウン
サンプル73からなることに注意すべきである。同様に増幅及び調整ブロック2
9bは、制御D/A58b、出力PGA52b及びブリッジ電力アンプ56を含
む。ブリッジ電力アンプ56は、電力アンプ60a、60b及び電流制御62を
含む。
示的であって制限的でないつもりである。当業者に思いつく代替品及び相当品が
、以下の請求の範囲に定められた本発明の範囲内に含まれている。例えば、ユニ
ットの数及び配置は、システム内の支配的な運動を効果的に減衰させるために変
えられてもよい。なお、絶縁テーブルに関して説明したが、本発明が、エンジン
又は機械取り付け構造物におけるなどの、一つの部材をもう一つのの部材から絶
縁する任意の構造物に対して用いることができる。
ようになる。
の振動減衰装置の側面図である。
プの略回路図である。
一つの実施例の略回路図である。
もう一つの実施例の略回路図である。
置の側面図である。
縁テーブルに取付けられた振動減衰装置の側面図である。
側面図である。
ルを備える本発明のシステムを例示している斜視図である。
。
るブロック線図である。
ある。
Claims (30)
- 【請求項1】第1の部材と第2の部材との間の振動を絶縁する振動絶縁装置に
おいて、 前記装置は、 第1の部材と関連する磁場を感知できるターゲット要素、 及び 第2の部材に取付け可能な容器を備え、前記容器は、 磁極片及びコイルを備える電磁石、 第2の部材の運動を表わす入力信号を発生するセンサ 及び 前記ターゲット要素に作用して第2の部材の振動を制御するための磁場
を前記磁極片に生成するために前記コイルを付勢する制御信号を誘導するように
前記入力信号を受けて処理するための制御装置を備えることを特徴とする振動振
動絶縁装置。 - 【請求項2】ターゲット要素は、前記第1の部材に取付けられた永久磁石であ
る請求項1に記載の振動絶縁装置。 - 【請求項3】ターゲット要素は磁気的に応答する材料で形成される請求項1に
記載の振動絶縁装置。 - 【請求項4】電磁石はバイアスを与える永久磁石を備えている請求項3に記載
の振動絶縁装置。 - 【請求項5】前記センサは前記第2の部材の加速度を表わす前記入力信号を生
成する加速度計である請求項1に記載の振動絶縁装置。 - 【請求項6】前記加速度信号は次に前記制御信号を与えるためにフィードバッ
クされる速度を表わす信号を生成するために積分される請求項5に記載の振動絶
縁装置。 - 【請求項7】前記加速度信号が速度を表わす信号を生成するために積分され、
加速度を表わす前記信号及び速度信号を表わす前記信号はそれぞれ次に第1及び
第2のゲインを乗じられて、ゲインを調整した加速度信号及びゲインを調整した
速度信号を生成し、次に、前記ゲインを調整した加速度及び速度信号は、前記制
御信号を与えるために加算される請求項5に記載の振動絶縁装置。 - 【請求項8】第1の部材と関連する追加のターゲット要素は更に備え、容器は
さらに追加の電磁石及び制御装置に接続している追加のセンサを収容し、電磁石
及び追加の電磁石は異なる軸上の力を発生するように配向されている請求項1に
記載の振動絶縁装置。 - 【請求項9】容器を第2の部材に取り付けるために複数の磁石を更に備える請
求項1に記載の振動絶縁装置。 - 【請求項10】前記センサは速度計又は地中聴音器であって速度を表わす信号
を与える請求項1に記載の振動絶縁装置。 - 【請求項11】前記入力信号から直流バイアスを能動的にトリムするフィード
バック手段を更に備える請求項1に記載の振動絶縁装置。 - 【請求項12】システムの健全さを決定するために前記入力信号と前記制御信
号の少なくとも一方を監視する手段を更に備える請求項1に記載の振動絶縁装置
。 - 【請求項13】第1の低レベルと可変大きさの入力に応答する第2のより高い
値との間で入力ゲインを切り換える作動手段を更に備える請求項1に記載の振動
絶縁装置。 - 【請求項14】第1の低レベルと第2のより高い値との間で出力ゲインを切り
換える作動手段を更に備える請求項13に記載の振動絶縁装置。 - 【請求項15】前記電磁石を駆動するブリッジ電力増幅器を更に備える請求項
1に記載の振動絶縁装置。 - 【請求項16】下に作動ユニットが固定されているテーブルを更に備え、前記
作動ユニットは、前記電磁石、、前記センサ、及び前記制御装置の入っている前
記ハウジングを備えており フレームに対してテーブルを支持している複数の低いこわさの振動絶縁装置
を含んでいるフレーム、前記ターゲット要素が前記フレームと結合されており、 前記作動ユニットは、前記ターゲット要素に近接してすき間をそれらの間に
置いて配置されている 請求項1の振動絶縁装置を含んでいる振動絶縁テーブル。 - 【請求項17】テーブル及びフレームを備え、 前記フレームはフレームに対してテーブルを支持する複数の低いこわさの振
動絶縁装置を含み、さらに フレームと関連した磁場に応答するターゲット要素と、 前記ターゲット要素に近接してすき間をそれらの間に置いて取付けられた作
動ユニットとを備え、 前記作動ユニットは、磁場を発生させるためのコイル及び磁場を向ける磁極
片を含む電磁石の入っているハウジングを備え、 前記電磁石は、すき間を挟んでターゲット要素の反対側に配置され、 テーブル内の振動を表わす入力信号を生成するためのセンサ 及び 磁場を発生させるためにコイルを付勢する制御信号を生成するために入力信
号を処理する制御装置をさらに備え、 そこにおいて、 磁場はテーブル内の振動を相殺するようにターゲット要素に対して作用するよう
に磁極片によって向けられる 能動的に制御された振動絶縁テーブル。 - 【請求項18】フレームにターゲット要素を支持するために取付けられたブラ
ケットを更に備える請求項17に記載の能動的に制御された振動絶縁テーブル。 - 【請求項19】ターゲット要素はフレームに取付けられた永久磁石である請求
項17に記載の能動的に制御された振動絶縁テーブル。 - 【請求項20】ターゲット要素は磁極片であり、電磁石は永久磁石を含む請求
項17に記載の能動的に制御された振動絶縁テーブル。 - 【請求項21】ハウジングはテーブルに永久磁石で取り付けられている請求項
17に記載の能動的に制御された振動絶縁テーブル。 - 【請求項22】ターゲット要素は第1のターゲット要素であり、作動ユニット
は第1の作動ユニットであり、そして フレームと関連した第2のターゲット要素、テーブルに第2のターゲット要素に
近接して取り付けられた第2の作動ユニット、フレームと関連した第3のターゲ
ット要素及びテーブルに第3のターゲット要素に近接して取り付けられた第3の
作動ユニットをさらに備え、第1、第2及び第3の作動ユニットは、相互に間隔
を置いた関係に配置されている請求項17に記載の能動的に制御された振動絶縁
テーブル。 - 【請求項23】フレームは4本の脚を有し、第1の作動ユニットは第1の脚に
隣接してテーブルに取り付けられ、第2の作動ユニットは第2の脚に隣接してテ
ーブルに取り付けられ、第3の作動ユニットは第3の脚と第4の脚との間のテー
ブル縁に隣接してテーブルに取り付けられている請求項22に記載の能動的に制
御された振動絶縁テーブル。 - 【請求項24】フレームは4本の脚を有し、第1の作動ユニットは第1の脚に
隣接してテーブルに取り付けられ、第2の作動ユニットは第2の脚に隣接してテ
ーブルに取り付けられ、そして、第3の作動ユニットは第3の脚に隣接してテー
ブルに取り付けられている請求項22の能動的に制御振動絶縁テーブル。 - 【請求項25】フレームと関連した少なくとも一つの追加のターゲット要素及
び少なくとも一つの追加のターゲット要素に近接してテーブルに取り付けられた
少なくとも一つの追加の作動ユニットを備え、作動ユニット及び少なくとも一つ
の追加の作動ユニットは相互に間隔を置いている請求項17に記載の能動的に制
御された振動絶縁テーブル。 - 【請求項26】フレームと関連した追加のターゲット要素を更に備え、作動ユ
ニットには追加の電磁石及び追加のセンサがさらに入っており、ターゲット要素
及び電磁石は垂直に向いた振動を相殺するために垂直に並べてに配置され、追加
のターゲット要素及び追加の電磁石は水平に向いた振動を相殺するために水平に
並べて配置されている請求項17に記載の能動的に制御された振動絶縁テーブル
。 - 【請求項27】請求項26に記載のターゲット要素を有する少なくとも一つの
追加の作動ユニットを更に備え、第1の作動ユニット及びターゲット要素はフレ
ームの第1の脚に配置され、第2の作動ユニット及びターゲット要素はフレーム
の第2の脚に配置されている請求項26の能動的に制御振動絶縁テーブル。 - 【請求項28】能動的に制御された振動絶縁テーブルであって、 一つのテーブル、 一つのフレーム、 各々が磁場に応答する複数の第1及び第2のターゲット要素、及び 各々がターゲット要素に近接しかつ垂直のすき間及び水平すき間を間に置い
てテーブルに堅固に取り付けられたハウジングを備える複数の運動制御装置を備
え、 前記フレームは各々が前記フレームに対してテーブルを支持している低いこ
わさの防振装置を有する4本の脚を備え、 前記第1のターゲット要素は、フレームの水平面に対して配向され、前記第
2のターゲット要素は、フレームの鉛直面に対して配向されており、 前記各ハウジングには、 各々が磁場を発生させるためのコイル及び磁場を導くための磁極片を備え
る第1及び第2の電磁石、 、 テーブル内の上下振動を表わす第1の入力信号を生成するための第1のセ
ンサ テーブル内の水平振動を表わす第2の入力信号を生成するための第2のセ
ンサ及び 上下振動を相殺するための磁場を発生させるために第1の電磁石を付勢す
る制御信号を生成するために第1の入力信号を処理し、水平振動を相殺するため
の磁場を発生させるために第2の電磁石を付勢する制御信号を生成するために第
2の入力信号を処理する制御装置があり、 前記第1の電磁石は、垂直のすき間を横切って第1のターゲット要素に向か
い合って配置され、前記第2の電磁石は、垂直のすき間をを挟んで第2のターゲ
ット要素に向かい合って配置されている 能動的に制御された振動絶縁テ−ブル. - 【請求項29】前記複数の運動制御装置が、少なくとも3つのユニットを備え
、前記複数の運動制御装置の各々は、フレームの異なる脚に隣接して取付けられ
ている請求項28に記載の能動的に制御された振動絶縁テーブル。 - 【請求項30】前記複数の運動制御装置は3つのユニットを備え、前記第1の
ユニットは第1の脚隣接してテーブルに取り付けられ、前記第2のユニットは第
2の脚に隣接してテーブルに取り付けられ、前記第3の作動ユニットは第3と第
4の脚の間のテーブル縁に隣接してテーブルに取り付けられ、前記フレームは第
3の脚と第4の脚との間に水平な部材を含む請求項28に記載の能動的に制御さ
れた振動絶縁テーブル。
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