JP3046696B2 - 鉛直方向空気ばね式除振台の制御装置 - Google Patents
鉛直方向空気ばね式除振台の制御装置Info
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- JP3046696B2 JP3046696B2 JP5231135A JP23113593A JP3046696B2 JP 3046696 B2 JP3046696 B2 JP 3046696B2 JP 5231135 A JP5231135 A JP 5231135A JP 23113593 A JP23113593 A JP 23113593A JP 3046696 B2 JP3046696 B2 JP 3046696B2
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- Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)
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Description
で使用される空気ばね式支持脚4台から成る鉛直方向空
気ばね式除振台の制御装置に関する。
使用せねばならない機器群が搭載される。例えば、露光
用XYステージなどである。適切かつ迅速な露光を行わ
せるため、この機器は外部から伝達する振動を極力除去
した除振台上に搭載されねばならない。何故ならば、露
光は露光用XYステージが完全停止の状態で行われねば
ならないからである。さらに、露光用XYステージはス
テップ&リピートという間欠運転を特徴としているの
で、繰り返しのステップ振動を自身が発生しこれが除振
台の揺れを惹起することにも注意せねばならない。この
種の振動が整定しきれないで残留する場合も、露光動作
に入ることは不可能である。従って、除振台には、外部
振動に対する除振と、強制振動に対する制振とをバラン
スよく実現することが求められる。
置には除振台変位を検出しその量に応じて除振台を駆動
するという能動的フィードバック制御が導入されてい
る。図5は、空気ばね式支持脚4台を用いて除振台8を
鉛直方向に位置決め制御する従来の鉛直方向空気ばね式
除振台の制御装置の構成図であり、空気ばね式支持脚は
除振台8の4隅に配置されている。図5において、空気
ばね2aへ動作流体の空気を給気・排気するサーボバル
ブ1a、支持台4aの鉛直方向変位を計測する位置セン
サ3a、支持台4aの鉛直方向加速度を計測する加速度
センサ5a、予圧用機械ばね6a、空気ばね2aと機械
ばね及び図示していない機構全体の粘性を表現する粘性
要素7aから成る機構は空気ばね式支持脚と呼ばれる。
図5に示すように、空気ばね式支持脚は除振台8を鉛直
方向に支持するために4台使用されるが、それらの要素
部品番号の次にa,b,c,dの記号を付けて区別しよ
う。
バック装置15aの構成とその動作を記号aを付けた部
位を取り上げて説明する。まず、加速度センサ5aの出
力は適切な増幅度と時定数とを有するローパスフィルタ
9aを通ってサーボバルブ1aの弁開閉用の電圧電流変
換器10aの前段に負帰還される。この加速度フィード
バックループにより機構の安定化がはかられる。すなわ
ち、ダンピングが付与される。さらに、位置センサ3a
の出力は変位増幅器11aを通って比較回路12aの入
力となっている。ここでは、地面に対する支持台4aの
目標位置と等価な目標電圧13aと比較されて位置偏差
信号ea となる。この位置偏差信号eaはPI補償器1
4aを通って電圧電流変換器10aを励磁する。する
と、サーボバルブ1aの弁開閉によって空気ばね2a内
の圧力が調整されて支持台4aは所定位置に定常偏差零
で保持可能となる。ここで、Pは比例、Iは積分動作を
それぞれ意味する。他の3個の空気ばね式支持脚に対し
ても、フィードバック装置15aと同様の構成が採られ
る。すなわち、図5においてフィードバック装置15
b,15c,15dは15aと同様の装置構成となる。
振動を極力排除せねばならない機器群が搭載される。し
たがって、一般に除振台8は極めて剛に作る必要があ
る。これは除振台8とその上に搭載した機器群を含めた
装置全体重量の著しい増加を招く。また、大重量物でし
かも精密機器を搭載する装置なので、その搬出・搬入作
業は危険かつ細心の注意を必要とする。搬送用の特別な
機械が必要にもなる。さらには、大重量物の装置設置場
所を堅固と成すことも必要になってくる。具体的には、
耐床荷重の大きな建物を準備せねばならない。結局、除
振台8を剛に作らねばならないことが、それ自身のコス
トを上げるのみならず、装置の搬出・搬入あるいは設置
場所などを含めた総合コストを引き上げる結果を招来す
るのである。
気ばね式除振台に対する制御として状態フィードバック
をベースにした方式が開示されている。また、特開平3
−189710号公報にもボイスコイルモータをアクチ
ュエータとした除振装置を対象としているがやはり最適
制御理論に基づく状態フィードバックベースの制御装置
構成が開示されている。しかし、状態フィードバックは
制御対象の物理パラメータに強く依存した制御となるた
め産業用機器として実用的なものとはならないことは周
知である。
に作る本質的必要性を排除し、剛に作らなかったことに
よって発生する柔軟な振動モードの捻り運動も剛体の振
動モードとともに効果的に抑制する、鉛直方向空気ばね
式除振台の制御装置を提供することにある。
気ばね式除振台の制御装置は、位置センサと、加速度セ
ンサと、空気ばねと、前記空気ばねの内圧を制御するサ
ーボバルブとを有する空気ばね式支持脚が平板状除振台
の4隅に配置され、空気ばね式支持脚4台毎の独立のフ
ィードバック装置を具備して成る鉛直方向空気ばね式除
振台の制御装置において、4箇所の位置偏差信号を入力
とする演算によって並進1自由度、回転2自由度、及び
捻り1自由度の運動モードを抽出する、位置に関する4
自由度の運動モード抽出回路と、4箇所の加速度センサ
出力を入力とする演算によって並進1自由度、回転2自
由度、及び捻り1自由度の運動モードを抽出する、加速
度に関する4自由度の運動モード抽出回路と、位置に関
する4自由度の運動モード抽出回路の出力に対して適切
な補償、例えばPI補償を施した補償信号出力に対して
加速度に関する4自由度の運動モード抽出回路の出力を
負帰還してなる運動モード駆動信号を入力とした演算に
よって4箇所の空気ばねへの駆動力を生成する4自由度
の運動モード分配回路とが空気ばね式支持脚4台毎の独
立のフィードバック装置内に挿入されている。
とした演算によって、位置に関する並進1自由度と回転
2自由度という合計3個の剛体運動モードのみならず柔
軟な捻り運動モードをも抽出する。同時に、4箇所の加
速度信号を入力とした演算によって並進1自由度、回転
2自由度、及び捻り1自由度の加速度に関する運動モー
ドも抽出する。位置に関する運動モード偏差信号はPI
補償器を通った後、負帰還の運動モード加速度信号と加
算されて運動モード駆動信号となり、この信号は運動モ
ード分配回路を通って4箇所の空気ばねに対して駆動力
を発生させるように構成される。従って、位置に関する
運動モード毎に最適な補償を施すことが可能となり、か
つ加速度に関しては運動モード毎に最適なダンピングが
掛けられる。空気ばね式支持脚1台毎に独立なフィード
バック装置を有する制御装置においては、他の空気ばね
式支持脚の運動が及ぼす影響のために姿勢制御が効果的
に掛けられなかったが、本発明によればそうした問題は
解決される。
振台を鉛直方向に安定に支持する調整作業は相互干渉の
ために煩雑であった。すなわち、ある空気ばね式支持脚
に対する目標電圧の調整による目標位置の設定、制御ル
ープゲイン調整、あるいはPI補償器の時定数調整など
は、他の空気ばね式支持脚の運動にも相互に影響を及ぼ
すために、除振台を安定に支持する調整作業は煩雑であ
った。しかし、本発明によれば、空気ばね式支持脚の取
り付け部位という局所的な安定化作業とは異なり、除振
台の大局的運動をみた調整が可能となる。すなわち、本
発明によれば、並進運動に関する制御系のパラメータ調
整や回転運動に関する制御系のパラメータ調整などが各
々独立して実施できる。つまり、安定化の調整作業、性
能の追い込みの調整作業は随分と見通しよくなり従来に
比して簡便となる。
物の機器を搭載するため剛に作られ、これは装置全体の
重量を著しく増加せしめていた。このため、装置の搬出
・搬入は不便であるし、かつ大重量物設置に耐える床工
事を必要としていた。本発明によれば、捻り運動モード
を効果的に抑制できるので除振台を剛に作る本質的必要
性はなくなる。この場合、装置全体重量を増加させるこ
とがないので、装置の搬出・搬入に苦労はなくなるし、
かつ耐荷重の大きな床を準備することもない。つまり、
総合的コスト上昇を抑えることができる。また、除振台
を如何に剛に作ろうとも、所詮は捻り運動のような柔軟
な運動モードは存在する。従って、剛に作られた従来か
らの除振台に対して本発明を適用した場合も姿勢制御は
好適に実現される。
て説明する。
ね式除振台の制御装置の構成図である。
較回路12a,12b,12c,12dとPI補償器1
4a,14b,14c,14dの間に挿入され、また空
気ばね式支持脚の位置偏差信号
及び捻り1自由度の運動モード偏差信号
路16と、それぞれ加速度センサ5a,5b,5c,5
dの次段に設けられ、オフセットと高周波ノイズ除去を
目的とした前置補償器18a,18b.18c,18d
と、各空気ばね式支持脚に取り付けられた加速度センサ
5a,5b,5c,5dの出力
度、及び捻り1自由度の加速度に関する運動モード信号
4a,14b,14c,14dの出力に対して運動モー
ド抽出回路16’の出力、すなわち加速度に関する運動
モード信号と
b,.10c,10dを経て4箇所のアクチュエータに
駆動信号
えている点である。なお、ローパスフィルタ9a,9
b,9c,9dは除かれている。
また、位置に関する運動モード抽出回路16と、加速度
に関する運動モード抽出回路16’とは同一の演算を行
う。
位する並進運動モード、図2(b)は除振台8全体がx
軸回りに回転する回転運動モード、図2(c)は除振台
8全体がy軸回りに回転する回転運動モードをそれぞれ
示す図である。これらの3自由度の運動は何れも除振台
8の変形を伴わない剛体運動モードである。最後に残っ
た図2(d)は除振台8が柔らかであることに原因して
発生する変形を伴う捻り運動モードを示す図である。
る運動モード偏差信号
導かれている。
補償器14a,14b,14c,14dに対しては各空
気ばね式支持脚の局所的な位置偏差信号
台8の並進、回転及び捻り運動成分が全て存在するの
で、PI補償器14a,14b,14c,14dの出力
信号のなかにも様々な運動成分が含まれる。しかし、図
1に示すPI補償器14a,14b,14c,14dは
順番に並進、x軸回りの回転、y軸回りの回転、及び捻
り運動成分だけに対する補償の役割を有する。
4b,14c,14dの出力に対して加速度に関する運
動モード信号
動力を発生させるための信号となる。すなわち、並進、
回転、及び捻り運動モードそれぞれに対する運動モード
駆動信号
振台8の4隅に配置された空気ばね式支持脚部位での駆
動力に変換するのである。
6の演算は(1)式に、加速度に関する運動モード抽出
回路16’の演算は(1’)式に、運動モード分配回路
17の演算は(2)式にそれぞれ示される。これらの演
算は、演算増幅器と抵抗を使って容易に実現できる。
制御装置の運転性能と対比することによって、図1に示
す本発明の鉛直方向空気ばね式除振台の制御装置の優位
性を明らかにする。そこで、電圧電流変換器10a〜1
0dの入力段に加算端子を設け、ここにステップ電圧を
印加して除振台8にとってステップ状の捻り運動となる
ような外乱を印加した。運動モード偏差信号
り運動を引き起こす外乱印加に対して捻り偏差信号
認められる。ところが、図1の制御装置の場合には、捻
り偏差信号
運動モード偏差信号
同じ運動モードの並進運動偏差信号zg だけが卓越して
おり、x及びy軸周りの運動モード偏差信号zθx,zθ
y と捻りの運動モード偏差信号
は、全ての運動モード偏差信号が励振されているのであ
る。しかし、図5の従来の鉛直方向空気ばね式除振台の
制御装置においても空気ばね式支持脚a〜dに対するフ
ィードバック装置15a,15b,15c,15dの閉
ループ特性が同一で、かつ目標電圧13a,13b,1
3c,13dによる位置の目標値が正しく設定されてい
るならば、ステップ状の並進外乱印加に対して並進の運
動モード偏差信号zg だけが卓越し他の運動モード偏差
信号の励振は殆ど無い筈である。図4のように、図5の
制御装置の場合において全ての運動モード偏差信号が励
振されている理由は、フィードバック装置15a,15
b,15c,15dの閉ループ特性に差異があり、しか
も位置の目標値設定が正しくないことを示している。制
御装置の閉ループがこのような状態であるにもかかわら
ず、目標電圧13a,13b,13c,13dやPI補
償器14a,14b,14c,14dなどの制御系のパ
ラメータを一切変更せずに、図1のように位置に関する
運動モード抽出回路16と加速度に関する運動モード抽
出回路16’と運動モード分配回路17とを挿入して静
的にも動的にも非干渉化するだけで外乱印加の運動モー
ド以外が抑圧されている。この実験事実は本発明の制御
装置の優位性を示す証左である。
クチュエータとした鉛直方向空気ばね式除振台の制御装
置において、剛体運動モードのみならず柔軟運動モード
までも含めた運動を静的にも動的にも非干渉化する制御
が施されている。従って、本発明は空気ばねをアクチュ
エータとする能動的除振台の制御装置に限定されるもの
ではない。例えば、ボイスコイルモータをアクチュエー
タとした能動的除振台の制御装置への適用も本発明の範
囲に属することは言うまでもない。
振台の制御装置を対象として動的非干渉化制御装置の構
成を開示したが、勿論水平方向除振台の制御装置へも動
的非干渉化制御は適用可能である。水平方向の並進運動
1自由度と水平面内の回転運動1自由度の合計2自由度
を制御すべき数とした場合、2入力2出力の位置に関す
る運動モード抽出回路、2入力2出力の加速度に関する
運動モード抽出回路、及び2入力2出力の運動モード分
配回路を備えることになる。
整のために、次式のようなゲイン調整機構を運動モード
抽出回路16,16’と運動モード分配回路17の中に
備えてもかまわない。
(3’)式、及び(4)式において
及び(2)式に対応することは容易に了解されよう。
制御系を構成しているが、このうちの一部もしくは全部
を電子計算機のようなディジタル演算装置で置き換えて
もよい。
関する4自由度の運動モード抽出回路と、加速度に関す
る4自由度の運動モード抽出回路と、4自由度の運動モ
ード分配回路とをフィードバック装置に挿入することに
より、下記のような効果がある。 (1)位置に関する運動モード毎に最適な補償を施すこ
とが可能となり、かつ加速度に関しては運動モード毎に
最適なダンピングがかけられる。 (2)並進運動に関する制御系のパラメータ調整や回転
運動に関する制御系のパラメータ調整を各々独立して実
施できる。 (3)捻り運動モードを効果的に抑制できるので、除振
台を剛体に作る必要がなくなり、装置全体の重量を減ら
すことができる。
の制御装置のブロック図である。
たときの運動モード偏差信号の収束の様子を示す図であ
る。
たときの運動モード偏差信号の収束の様子を示す図であ
る。
のブロック図である。
置 16,16’ 運動モード抽出回路 17 運動モード分配回路 18a,18b,18c,18d 前置補償器
Claims (1)
- 【請求項1】 位置センサと、加速度センサと、空気ば
ねと、前記空気ばねの内圧を制御するサーボバルブとを
有する空気ばね式支持脚が平板状除振台の4隅に配置さ
れた鉛直方向空気ばね式除振台の制御装置であって、前
記空気ばね式支持脚4台毎の独立のフィードバック装置
を有する鉛直方向空気ばね式除振台の制御装置におい
て、 4箇所の位置偏差信号を入力とする演算によって並進1
自由度、回転2自由度、及び捻り1自由度の運動モード
を抽出する、位置に関する4自由度の運動モード抽出回
路と、 4箇所の加速度センサ出力を入力とする演算によって並
進1自由度、回転2自由度、及び捻り1自由度の運動モ
ードを抽出する、加速度に関する4自由度の運動モード
抽出回路と、 前記位置に関する4自由度の運動モード抽出回路の出力
に対して適切な補償を施した補償信号出力に対して前記
加速度に関する4自由度の運動モード抽出回路の出力を
負帰還してなる運動モード駆動信号を入力とした演算に
よって4箇所の空気ばねへの駆動力を生成する4自由度
の運動モード分配回路とが、空気ばね式支持脚4台毎の
前記独立のフィードバック装置に挿入されていることを
特徴とする鉛直方向空気ばね式除振台の制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5231135A JP3046696B2 (ja) | 1993-09-17 | 1993-09-17 | 鉛直方向空気ばね式除振台の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5231135A JP3046696B2 (ja) | 1993-09-17 | 1993-09-17 | 鉛直方向空気ばね式除振台の制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0783276A JPH0783276A (ja) | 1995-03-28 |
JP3046696B2 true JP3046696B2 (ja) | 2000-05-29 |
Family
ID=16918834
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5231135A Expired - Lifetime JP3046696B2 (ja) | 1993-09-17 | 1993-09-17 | 鉛直方向空気ばね式除振台の制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JPH09184537A (ja) * | 1996-01-05 | 1997-07-15 | Canon Inc | 除振装置 |
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US6128552A (en) * | 1996-11-08 | 2000-10-03 | Canon Kabushiki Kaisha | Anti-vibration apparatus and method |
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EP2202426A3 (en) | 2008-12-23 | 2017-05-03 | ASML Netherlands B.V. | A method for damping an object, an active damping system, and a lithographic apparatus |
WO2018192759A1 (en) | 2017-04-20 | 2018-10-25 | Asml Netherlands B.V. | Support structure, method and lithographic apparatus |
-
1993
- 1993-09-17 JP JP5231135A patent/JP3046696B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPH0783276A (ja) | 1995-03-28 |
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