JP3159023B2 - 精密除振装置 - Google Patents
精密除振装置Info
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- JP3159023B2 JP3159023B2 JP33311995A JP33311995A JP3159023B2 JP 3159023 B2 JP3159023 B2 JP 3159023B2 JP 33311995 A JP33311995 A JP 33311995A JP 33311995 A JP33311995 A JP 33311995A JP 3159023 B2 JP3159023 B2 JP 3159023B2
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- Vibration Prevention Devices (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えばLSIの
縮小露光装置や電子顕微鏡あるいは走査型トンネル顕微
鏡といった精密機器を載せる目的で使われる精密除振装
置に関し、とくに振動の高調波成分も効果的に抑制する
技術改良に関する。
縮小露光装置や電子顕微鏡あるいは走査型トンネル顕微
鏡といった精密機器を載せる目的で使われる精密除振装
置に関し、とくに振動の高調波成分も効果的に抑制する
技術改良に関する。
【0002】
【従来の技術】よく知られているように、LSI工場な
どではつぎのような精密除振装置が使われている。電子
顕微鏡などを載せるテーブルは設置床に対して適宜な弾
性マウントとサーボアクチュエータを介して支持されて
いる。振動を検知する振動センサの出力をコンピュータ
で処理し、その処理結果に応じて前記サーボアクチュエ
ータを駆動して前記テーブルの振動を抑制する。これは
周知のアクティブ制振技術である。アクティブ制振制御
系には、前記テーブルの振動に感応する振動センサの出
力に応じてアクチュエータを駆動するフィードバック制
御系と、前記設置床の振動に感応する振動センサの出力
に応じてアクチュエータを駆動するフィードフォワード
制御系とがある。いずれか一方の制御系だけしかない装
置も知られているが、一般にはフィードバックとフィー
ドフォワードの両方の制御系を含んでいる。
どではつぎのような精密除振装置が使われている。電子
顕微鏡などを載せるテーブルは設置床に対して適宜な弾
性マウントとサーボアクチュエータを介して支持されて
いる。振動を検知する振動センサの出力をコンピュータ
で処理し、その処理結果に応じて前記サーボアクチュエ
ータを駆動して前記テーブルの振動を抑制する。これは
周知のアクティブ制振技術である。アクティブ制振制御
系には、前記テーブルの振動に感応する振動センサの出
力に応じてアクチュエータを駆動するフィードバック制
御系と、前記設置床の振動に感応する振動センサの出力
に応じてアクチュエータを駆動するフィードフォワード
制御系とがある。いずれか一方の制御系だけしかない装
置も知られているが、一般にはフィードバックとフィー
ドフォワードの両方の制御系を含んでいる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前述のようなアクティ
ブ制振機構で、テーブルの振動をミクロン・レベル以下
まで抑制しようとした場合、低い振動数から無限に高い
振動数までミクロン・オーダー以下の精度で変位を制御
可能なアクチュエータが必要となる。比較的高い振動数
まで追従するアクチュエータ(ピエゾ・アクチュエータ
等)は、アクチュエータ自身の剛性が高く、アクチュエ
ータが追従出来ない床のより高い振動数成分の振動がア
クチュエータを介して、除振台に伝わることになる。更
に、このようなアクチュエータの場合、低い振動数では
アクチュエータのストローク不足によって振動が伝わる
ことにもなる。また、アクチュエータ自身の剛性が低い
空気圧アクチュエータ等では除振台の2次や3次の高い
振動数での追従性が悪く、効果的な制振ができないとい
う問題点があった。
ブ制振機構で、テーブルの振動をミクロン・レベル以下
まで抑制しようとした場合、低い振動数から無限に高い
振動数までミクロン・オーダー以下の精度で変位を制御
可能なアクチュエータが必要となる。比較的高い振動数
まで追従するアクチュエータ(ピエゾ・アクチュエータ
等)は、アクチュエータ自身の剛性が高く、アクチュエ
ータが追従出来ない床のより高い振動数成分の振動がア
クチュエータを介して、除振台に伝わることになる。更
に、このようなアクチュエータの場合、低い振動数では
アクチュエータのストローク不足によって振動が伝わる
ことにもなる。また、アクチュエータ自身の剛性が低い
空気圧アクチュエータ等では除振台の2次や3次の高い
振動数での追従性が悪く、効果的な制振ができないとい
う問題点があった。
【0004】この発明は以上の問題点に鑑みなされたも
ので、精度は粗いがストローク的に充分大きく、低い振
動数から比較的高い振動数まで追従するごく一般的なア
クチュエータを用いて、ミクロン・レベル以下まで制御
可能で高調波振動成分にも大きな除振効果を発揮するよ
うにした精密除振装置を提供することにある。
ので、精度は粗いがストローク的に充分大きく、低い振
動数から比較的高い振動数まで追従するごく一般的なア
クチュエータを用いて、ミクロン・レベル以下まで制御
可能で高調波振動成分にも大きな除振効果を発揮するよ
うにした精密除振装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明の一実施例によ
る精密除振装置の概略構成を図1に示している。ベース
テーブル1は積層ゴムや空気バネなどの弾性マウント2
を介して設置床3に支持されている。また、サーボ式油
圧シリンダからなるサーボアクチュエータ4の基端部
(シリンダ部)が設置床3に固定され、ピストンロッド
の先端部が結合バネ5を介してベーステーブル1に連結
されている。図ではサーボアクチュエータ4は1つしか
示しておらず、ベーステーブル1を水平1軸方向にしか
励振しないように見えるが、これは説明を簡単にするた
めである。もちろん通常は、水平面で直交二軸方向にベ
ーステーブル1を励振する2系統のアクチュエータ機構
を設けるし、さらにはベーステーブル1を垂直方向に励
振するアクチュエータ機構を付加することも多い。ただ
し、以下では水平1軸方向のアクチュエータ4しかない
ような説明をするが、2次元または3次元のアクティブ
制振制御を行うの場合は、以下に説明する制御系の構成
を2軸分あるいは3軸分設ければよい。
る精密除振装置の概略構成を図1に示している。ベース
テーブル1は積層ゴムや空気バネなどの弾性マウント2
を介して設置床3に支持されている。また、サーボ式油
圧シリンダからなるサーボアクチュエータ4の基端部
(シリンダ部)が設置床3に固定され、ピストンロッド
の先端部が結合バネ5を介してベーステーブル1に連結
されている。図ではサーボアクチュエータ4は1つしか
示しておらず、ベーステーブル1を水平1軸方向にしか
励振しないように見えるが、これは説明を簡単にするた
めである。もちろん通常は、水平面で直交二軸方向にベ
ーステーブル1を励振する2系統のアクチュエータ機構
を設けるし、さらにはベーステーブル1を垂直方向に励
振するアクチュエータ機構を付加することも多い。ただ
し、以下では水平1軸方向のアクチュエータ4しかない
ような説明をするが、2次元または3次元のアクティブ
制振制御を行うの場合は、以下に説明する制御系の構成
を2軸分あるいは3軸分設ければよい。
【0006】ベーステーブル1の直下の設置床3の振動
に感応する振動センサ6aと、ベーステーブル1の振動
に感応する振動センサ6bとが付設されている。また、
サーボアクチュエータ4の可動部(ピストンまたはピス
トンロッド)の変位を検出する変位センサ6cが付設さ
れている。アクティブ制振制御の中枢であるコンピュー
タ7が振動センサ6a・6bおよび変位センサ6cの出
力を読み込み、設定されたアルゴリズムに従ってフィー
ドフォワード制御およびフィードバック制御の演算処理
を行い、前記サーボアクチュエータ4を駆動してベース
テーブル1の振動を抑制する。
に感応する振動センサ6aと、ベーステーブル1の振動
に感応する振動センサ6bとが付設されている。また、
サーボアクチュエータ4の可動部(ピストンまたはピス
トンロッド)の変位を検出する変位センサ6cが付設さ
れている。アクティブ制振制御の中枢であるコンピュー
タ7が振動センサ6a・6bおよび変位センサ6cの出
力を読み込み、設定されたアルゴリズムに従ってフィー
ドフォワード制御およびフィードバック制御の演算処理
を行い、前記サーボアクチュエータ4を駆動してベース
テーブル1の振動を抑制する。
【0007】サーボアクチュエータ4の駆動力はベース
テーブル1に直接伝わるのではなく、結合バネ5を介し
て伝わる。結合バネ5はきわめて柔らかいバネであり
(弾性率がきわめて小さく、剛性率がきわめて小さ
い)、ベーステーブル1を支持する弾性マウント2のず
れ剛性率の約1万分の1程度の剛性率である。これによ
り、サーボアクチュエータ4をセンチメートル・オーダ
ーの大きな振幅で往復変位させても、ベーステーブル1
はミクロン・オーダー以下の振幅でしか変位しない。ま
た、アクチュエータ4が追従できない非常に高い振動数
の除振は、アクチュエータ4に取り付けられた結合バネ
5によって、パッシブ的に除振される。
テーブル1に直接伝わるのではなく、結合バネ5を介し
て伝わる。結合バネ5はきわめて柔らかいバネであり
(弾性率がきわめて小さく、剛性率がきわめて小さ
い)、ベーステーブル1を支持する弾性マウント2のず
れ剛性率の約1万分の1程度の剛性率である。これによ
り、サーボアクチュエータ4をセンチメートル・オーダ
ーの大きな振幅で往復変位させても、ベーステーブル1
はミクロン・オーダー以下の振幅でしか変位しない。ま
た、アクチュエータ4が追従できない非常に高い振動数
の除振は、アクチュエータ4に取り付けられた結合バネ
5によって、パッシブ的に除振される。
【0008】ここまで説明したベーステーブル1に付帯
するアクティブ制振機構の振動特性(除振性能)を数式
モデルを使って詳しく説明する。
するアクティブ制振機構の振動特性(除振性能)を数式
モデルを使って詳しく説明する。
【0009】ベーステーブル1に設置床3の振動とアク
チュエータ4による制振力が作用したときの振動方程式
は数式1となる。
チュエータ4による制振力が作用したときの振動方程式
は数式1となる。
【0010】
【数1】 これを絶対座標から見た応答(z+y)でまとめると数
式2となる。
式2となる。
【0011】
【数2】 ここで簡単のためc=0とすると、絶対応答の数式2の
右辺外力項をアクチュエータ4の変位zで打ち消すため
には数式3を満たす必要がある。
右辺外力項をアクチュエータ4の変位zで打ち消すため
には数式3を満たす必要がある。
【0012】
【数3】 結合バネ5の剛性率Ksが弾性マウント2の剛性率Kの
1万分の1だとすると、設置床3の振動yの1万倍の動
きにアクチュエータ4のストロークを拡大して用いるこ
とが可能となる。この説明は床振動に対するフィードフ
ォワード制御(入力相殺)に関したものだが、ベーステ
ーブル1の動きを感知して制御するフィードバック制御
の場合も振幅(x+y)を拡大して制御することが可能
となる。ここでC’を制御減衰とし、
1万分の1だとすると、設置床3の振動yの1万倍の動
きにアクチュエータ4のストロークを拡大して用いるこ
とが可能となる。この説明は床振動に対するフィードフ
ォワード制御(入力相殺)に関したものだが、ベーステ
ーブル1の動きを感知して制御するフィードバック制御
の場合も振幅(x+y)を拡大して制御することが可能
となる。ここでC’を制御減衰とし、
【数4】 数式4の特性をアクチュエータ4のストローク制御で実
現するためには、フィードバック項のみのストロークは
数式5となる。
現するためには、フィードバック項のみのストロークは
数式5となる。
【0013】
【数5】 最終的に数式4を満たすアクチュエータ4のストローク
は数式3を加えて数式6となる。
は数式3を加えて数式6となる。
【0014】
【数6】 これらの数式も(k+ks)に対してksが小さいほ
ど、アクチュエータ4のストロークZが大きくなること
を示している。つまり、アクチュエータ4の大振幅作動
によりテーブル1の振動をミクロン・オーダー以下に制
御できる。
ど、アクチュエータ4のストロークZが大きくなること
を示している。つまり、アクチュエータ4の大振幅作動
によりテーブル1の振動をミクロン・オーダー以下に制
御できる。
【0015】さらに図1に示すように、この発明におい
ては、前記ベーステーブル1に精密機器11を直接載せ
るのではない。ベーステーブル1の上には積層ゴムある
いは空気バネなどの弾性マウント8を介して機器載置テ
ーブル9が搭載されている。このテーブル9の上に精密
機器11を載せる。機器載置テーブル9はベーステーブ
ル1より質量が小さく、弾性マウント8は前記弾性マウ
ント2より柔らかい特性である。また、ベーステーブル
1と機器載置テーブル9とをパッシブ制振機構としての
粘性ダンパー10で結合している。パッシブ制振機構と
しては粘性ダンパー10に限定されず、各種のダンパー
が使用可能である。このパッシブ制振機構により、ベー
ステーブル1に対する機器載置テーブル9の振動(とく
に100Hz以上の高い周波数成分)を吸収する。
ては、前記ベーステーブル1に精密機器11を直接載せ
るのではない。ベーステーブル1の上には積層ゴムある
いは空気バネなどの弾性マウント8を介して機器載置テ
ーブル9が搭載されている。このテーブル9の上に精密
機器11を載せる。機器載置テーブル9はベーステーブ
ル1より質量が小さく、弾性マウント8は前記弾性マウ
ント2より柔らかい特性である。また、ベーステーブル
1と機器載置テーブル9とをパッシブ制振機構としての
粘性ダンパー10で結合している。パッシブ制振機構と
しては粘性ダンパー10に限定されず、各種のダンパー
が使用可能である。このパッシブ制振機構により、ベー
ステーブル1に対する機器載置テーブル9の振動(とく
に100Hz以上の高い周波数成分)を吸収する。
【0016】なお図1に示すように、機器載置テーブル
9の振動に感応する振動センサ6dを設け、コンピュー
タ7がこのセンサ6dの出力情報を利用して前述のアク
ティブ制振制御を行うようにすれば、さらに良好な制振
効果が実現できる。
9の振動に感応する振動センサ6dを設け、コンピュー
タ7がこのセンサ6dの出力情報を利用して前述のアク
ティブ制振制御を行うようにすれば、さらに良好な制振
効果が実現できる。
【0017】
【発明の効果】この発明によれば、変位制御精度があま
り高くない油圧シリンダなどの大パワーのサーボアクチ
ュエータを用いてミクロン・オーダー以下までテーブル
の振動を抑制でき、質量の大きな電子顕微鏡などを載せ
る精密除振装置としてきわめて優れた除振性能を発揮す
る。またこの発明の精密除振装置では、アクティブ制振
機構によりベーステーブルの振動を抑制するのに加え
て、ベーステーブルの上に搭載されている機器載置テー
ブルの振動を両者間を結合するパッシブ制振機構で抑制
する。
り高くない油圧シリンダなどの大パワーのサーボアクチ
ュエータを用いてミクロン・オーダー以下までテーブル
の振動を抑制でき、質量の大きな電子顕微鏡などを載せ
る精密除振装置としてきわめて優れた除振性能を発揮す
る。またこの発明の精密除振装置では、アクティブ制振
機構によりベーステーブルの振動を抑制するのに加え
て、ベーステーブルの上に搭載されている機器載置テー
ブルの振動を両者間を結合するパッシブ制振機構で抑制
する。
【図1】この発明の一実施例による精密除振装置の概略
構成図である。
構成図である。
1 テーブル 2 弾性マウント 3 設置床 4 サーボアクチュエータ 5 結合バネ 6a・6b・6d 振動センサ 6c 変位センサ 7 コンピュータ 8 弾性マウント 9 機器載置テーブル 10 粘性ダンパ(パッシブ制振機構) 11 精密機器
Claims (2)
- 【請求項1】 設置床に対して弾性マウントを介して支
持されたベーステーブルと、基端部が前記設置床に固定
されたサーボアクチュエータと、前記弾性マウントより
はるかに小さな弾性率であり、前記サーボアクチュエー
タの先端部と前記ベーステーブルとを連結する結合バネ
と、前記設置床の振動に感応する振動センサと、前記テ
ーブルの振動に感応する振動センサと、前記サーボアク
チュエータの可動部の変位を検出する変位センサと、こ
れら3つのセンサの出力に応じて前記サーボアクチュエ
ータを駆動して前記テーブルの振動を抑制するアクティ
ブ制振制御手段と、前記メインテーブルに対して弾性マ
ウントを介して支持された機器載置テーブルと、この機
器載置テーブルと前記ベーステーブルとを結合するパッ
シブ制振機構とを備えたことを特徴とする精密除振装
置。 - 【請求項2】 請求項1において、前記アクティブ制振
制御手段は、前記機器載置テーブルの振動に感応する加
速度センサの出力に応じて前記サーボアクチュエータを
駆動する制御系も含んでいることを特徴とする精密除振
装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33311995A JP3159023B2 (ja) | 1995-12-21 | 1995-12-21 | 精密除振装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33311995A JP3159023B2 (ja) | 1995-12-21 | 1995-12-21 | 精密除振装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09177872A JPH09177872A (ja) | 1997-07-11 |
JP3159023B2 true JP3159023B2 (ja) | 2001-04-23 |
Family
ID=18262509
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP33311995A Expired - Fee Related JP3159023B2 (ja) | 1995-12-21 | 1995-12-21 | 精密除振装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3159023B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000120765A (ja) * | 1998-10-09 | 2000-04-25 | Fujita Corp | アクティブ型除振装置 |
JP6151927B2 (ja) * | 2012-02-17 | 2017-06-21 | キヤノン株式会社 | アクティブ除振装置 |
CN106436560A (zh) * | 2016-08-31 | 2017-02-22 | 江苏路博减振技术有限公司 | 一种具有伺服隔震***的隔震支座 |
WO2022196743A1 (ja) * | 2021-03-19 | 2022-09-22 | 株式会社小糸製作所 | センサシステム |
CN113294487A (zh) * | 2021-06-18 | 2021-08-24 | 中国电子工程设计院有限公司 | 一体化控制的大型精密装备隔振*** |
CN114527298B (zh) * | 2022-02-18 | 2022-08-26 | 广东工业大学 | 一种主/被动抑振融合的纳米平台 |
-
1995
- 1995-12-21 JP JP33311995A patent/JP3159023B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH09177872A (ja) | 1997-07-11 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |