JP4890196B2

JP4890196B2 - Vibration removal device

Info

Publication number: JP4890196B2
Application number: JP2006295643A
Authority: JP
Inventors: 隆佐々木; 敏文原; 勝美佐々木
Original assignee: PNEUMATIC SERVO CONTROLS Ltd
Current assignee: PNEUMATIC SERVO CONTROLS Ltd
Priority date: 2006-10-31
Filing date: 2006-10-31
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2026-10-31
Also published as: JP2008111507A

Description

本発明は振動除去装置に係り、対象物の振動を除去する振動除去装置に関する。 The present invention relates to a vibration removing apparatus, and more particularly to a vibration removing apparatus that removes vibration of an object.

精密な測定、加工、作業等を行なう際に、対象物が微小振動していると、その精度が確保できない。外部からの振動を対象物に与えないようにするために、防振台、あるいは除振台が用いられる。防振台、あるいは除振台は、大きな質量を有する定盤を、空気バネ等で支持し、テーブルに伝達される外部からの振動を抑制するように工夫される。さらに、定盤自身の振動を抑制し、あるいは、定盤上の対象物の振動が定盤に伝達されないように工夫がなされる。 When performing precise measurement, processing, work, etc., the accuracy cannot be ensured if the object vibrates minutely. In order to prevent external vibration from being applied to the object, a vibration isolation table or a vibration isolation table is used. The anti-vibration table or the vibration isolation table is devised to support a surface plate having a large mass with an air spring or the like and suppress external vibration transmitted to the table. Furthermore, the device is devised so as to suppress the vibration of the surface plate itself or prevent the vibration of the object on the surface plate from being transmitted to the surface plate.

例えば、特許文献１には、定盤の加速度のＤＣ成分を除去するための振動除去装置が開示されている。ここでは、定盤の下部にコイルアクチュエータを床面に固定された基台との間に設けている。コイルアクチュエータは、空気バネを介して基台の上に立設したコイルと、定盤の下部に固定されたマグネット及び磁性体から構成されている。定盤上の制御対象の加速度が加速度センサで検出されると、時系列信号として記憶し、その平均値を求め、最新の加速度との差分をとって、加速度のＤＣ成分を除去することが述べられている。 For example, Patent Literature 1 discloses a vibration removing device for removing a DC component of acceleration of a surface plate. Here, a coil actuator is provided at a lower part of the surface plate between a base fixed to the floor surface. The coil actuator is composed of a coil standing on a base via an air spring, and a magnet and a magnetic body fixed to the lower part of the surface plate. When the acceleration to be controlled on the surface plate is detected by the acceleration sensor, it is stored as a time series signal, the average value is obtained, and the difference from the latest acceleration is taken to remove the DC component of the acceleration. It has been.

また、特許文献２には、移動体の加減速に伴う反力を定盤に伝えなくするステージ装置が開示されている。ここでは、定盤の上に設置されるＸＹステージとその駆動源であるＸＹリニアモータの加減速に伴う反力を打ち消すため、力補償素子を設けている。この力補償素子は、Ｘリニアモータのコイルを支持するＸ固定子である連結フレームの先端に力補償素子用コイルが設けられ、定盤が置かれる床面に固定された基台側に永久磁石とヨークが設けられている。そして、力補償用コイルは、Ｘリニアモータのコイルと同じ特性のものとし、それに与える指令値もＸリニアモータのコイルに与えるものと同じとすることで、簡単にＸリニアモータが定盤に与える反力を打ち消すことができると述べられている。 Patent Document 2 discloses a stage device that does not transmit a reaction force accompanying acceleration / deceleration of a moving body to a surface plate. Here, a force compensation element is provided in order to cancel reaction force accompanying acceleration / deceleration of the XY stage installed on the surface plate and the XY linear motor that is the driving source thereof. This force compensation element is provided with a coil for a force compensation element at the tip of a connecting frame which is an X stator that supports a coil of an X linear motor, and a permanent magnet on the base side fixed to the floor on which the surface plate is placed. And a yoke is provided. The force compensation coil has the same characteristics as the coil of the X linear motor, and the command value given thereto is the same as that given to the coil of the X linear motor, so that the X linear motor easily gives the surface plate. It is stated that the reaction force can be counteracted.

特開平６−１３７３７１号公報JP-A-6-137371 特開平１０−１２５５９３号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-125593

特許文献１においては、定盤の振動を除去するために、定盤と基台との間にコイルアクチュエータが設けられる。また、特許文献２においては、ＸＹステージの移動反力を定盤に伝えないように、基台側とＸＹステージの連結フレームとの間に力補償素子が設けられる。これらによって、定盤の振動を抑制することができる。 In Patent Document 1, a coil actuator is provided between the surface plate and the base in order to remove the vibration of the surface plate. In Patent Document 2, a force compensation element is provided between the base side and the connecting frame of the XY stage so as not to transmit the movement reaction force of the XY stage to the surface plate. By these, the vibration of the surface plate can be suppressed.

しかし、これらの従来技術は、定盤の振動を抑制するために、定盤とは別の基台に、コイルアクチュエータあるいは力補償素子の一端を固定し、これらから、振動抑制のための力を定盤に与えている。すなわち、従来技術は、振動がない基台を基準として、定盤の振動を抑制していることになる。しかし、実際の精密機器等では、振動がない基台を基準とできない場合がある。このような場合には、精密機器自体の振動を抑制または除去することが困難である。 However, in these conventional techniques, in order to suppress vibration of the surface plate, one end of a coil actuator or a force compensation element is fixed to a base different from the surface plate, and from these, a force for suppressing vibration is applied. It is given to the surface plate. That is, the conventional technique suppresses the vibration of the surface plate with reference to a base that does not vibrate. However, there are cases where an actual precision instrument or the like cannot be based on a base that does not vibrate. In such a case, it is difficult to suppress or remove the vibration of the precision instrument itself.

本発明の目的は、振動がない基台を基準として用いることなく、対象物の振動を抑制または除去することを可能とする振動除去装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a vibration removing device that can suppress or remove vibration of an object without using a base without vibration as a reference.

本発明に係る振動除去装置は、振動除去の対象である対象物に取り付けられて固定される筐体と、流体支持によって筐体に対し移動可能に支持される慣性体と、慣性体に移動駆動力を非接触で与えるアクチュエータ機構と、筐体を介して慣性体の移動の反力を対象物に伝えて対象物の振動の加速度を打ち消すように、対象物の加速度に応じてアクチュエータ機構を駆動制御する制御部と、慣性体が移動駆動されることで生じる変位を検出する変位センサと、を備え、制御部は、アクチュエータ機構に対する加速度指令を適当なゲインを用いて位置指令に変換するメイン制御ループと、変位センサによって検出される慣性体の位置情報を適当なフィードバックゲインを用いて加速度にフィードバックし、減算器によってもともとの加速度指令に対し減算し、減算の結果を適当なゲインで速度指令に変換し、変換された速度指令を適当なゲインで位置指令に変換し、変換された位置指令をメイン制御ループの位置指令に加算して、慣性体を中立位置に保持するように、メイン制御ループの位置指令を補正するフィードバックループと、を有することを特徴とする。 A vibration removing device according to the present invention includes a housing that is attached and fixed to an object that is a target of vibration removal, an inertial body that is movably supported with respect to the housing by fluid support, and is driven to move by the inertial body. Actuator mechanism that applies force in a non-contact manner and drives the actuator mechanism according to the acceleration of the object so that the reaction force of inertial body movement is transmitted to the object through the housing to cancel the acceleration of the object's vibration A control unit for controlling, and a displacement sensor for detecting a displacement generated when the inertial body is driven to move. The control unit converts an acceleration command for the actuator mechanism into a position command using an appropriate gain. The position information of the inertial body detected by the loop and displacement sensor is fed back to the acceleration using an appropriate feedback gain, and the original acceleration command is obtained by the subtractor. The subtraction result is converted into a speed command with an appropriate gain, the converted speed command is converted into a position command with an appropriate gain, and the converted position command is added to the position command of the main control loop. And a feedback loop for correcting the position command of the main control loop so as to hold the inertial body at the neutral position .

本発明に係る振動除去装置において、筐体は、慣性体を内部に収容し、流体供給穴と流体排出穴を除いて、流体を漏らさないようにシールされ、筐体の内壁面と慣性体の外周面との間の隙間に流体支持用の流体が供給される流体供給手段を備え、慣性体の内部に、慣性体の移動方向の両側と筐体との間に形成される両流体室を連通する連通路が設けられることが好ましい。 In the vibration removing device according to the present invention, the casing contains the inertial body therein, is sealed so as not to leak fluid except for the fluid supply hole and the fluid discharge hole, and the inner wall surface of the casing and the inertial body Fluid supply means for supplying a fluid for supporting fluid in a gap between the outer peripheral surface and a fluid chamber formed between both sides of the inertial body in the moving direction and the housing is provided inside the inertial body. It is preferable that a communication path that communicates is provided .

本発明に係る振動除去装置において、流体供給手段は、さらに、アクチュエータ機構に冷却用の流体を供給することが好ましい。 In the vibration removing device according to the present invention, the fluid supply means further includes a Turkey to supply cooling fluid to the actuator mechanism is preferred.

上記構成により、振動除去装置は、振動除去の対象である対象物に取り付けられて固定される筐体と、流体支持によって筐体に対し移動可能に支持される慣性体と、慣性体に移動駆動力を非接触で与えるアクチュエータ機構と、筐体を介して慣性体の移動の反力を対象物に伝えて対象物の振動の加速度を打ち消すように、対象物の加速度に応じてアクチュエータ機構を駆動制御する制御部とを有する。慣性体は、流体支持によって移動可能であるので、滑らかに質量の移動を行うことができ、この質量の移動による反力を、筐体を介して対象物に伝え、これによって、対象物の振動の加速度を打ち消すことができる。この構成では、振動がない基台を基準とすることなく、単に、振動除去装置を対象物に取り付けるだけで、対象物の微小な振動を除去できる。 With the above-described configuration, the vibration removing device has a housing that is attached and fixed to an object that is the object of vibration removal, an inertial body that is movably supported by the fluid support, and is driven to move to the inertial body. Actuator mechanism that applies force in a non-contact manner and drives the actuator mechanism according to the acceleration of the object so that the reaction force of inertial body movement is transmitted to the object through the housing to cancel the acceleration of the object's vibration A control unit for controlling. Since the inertial body can be moved by the fluid support, it can move the mass smoothly, and the reaction force due to the movement of the mass is transmitted to the object through the housing, thereby vibrating the object. Can cancel the acceleration. In this configuration, minute vibrations of the object can be removed simply by attaching the vibration removing device to the object without using a base having no vibration as a reference.

また、慣性体の移動方向の両側と筐体との間に形成される両流体室を連通する連通路を有するので、慣性体の両側の流体室の流体圧が同じとなり、慣性体の移動に対する流体圧の影響を抑制することができる。 In addition, since there is a communication path that connects both fluid chambers formed between both sides of the moving direction of the inertial body and the housing, the fluid pressures of the fluid chambers on both sides of the inertial body are the same, and the movement of the inertial body The influence of fluid pressure can be suppressed.

また、流体供給手段は、筐体の内壁面と慣性体の外周との間の隙間に流体支持用の流体を供給するとともに、アクチュエータ機構に冷却用の流体を供給するので、アクチュエータ機構の発熱に対する特別な冷却手段を設ける必要がない。 Further, the fluid supply means supplies the fluid for supporting the fluid to the gap between the inner wall surface of the housing and the outer periphery of the inertia body, and supplies the cooling fluid to the actuator mechanism. There is no need to provide special cooling means.

また、慣性体を筐体に対し中立位置に支持する支持部材は、そのバネ定数と、慣性体の質量とで定まる固有振動数が０．１Ｈｚ以上１０Ｈｚ以下である。つまり、支持部材は、振動特性から言うと、弱いバネであって、慣性体の駆動力は、このバネの付勢力の影響をほとんど受けず、アクチュエータ機構への指令加速度にほぼ比例する駆動力を受ける。したがって、慣性体の移動による反力も、この指令加速度にほぼ比例することになり、振動除去装置の特性として、入力指令加速度にほぼ比例した振動除去加速度を出力することができる。 Further, the support member that supports the inertial body in a neutral position with respect to the casing has a natural frequency determined by the spring constant and the mass of the inertial body of 0.1 Hz to 10 Hz. In other words, the support member is a weak spring in terms of vibration characteristics, and the driving force of the inertial body is hardly affected by the urging force of the spring and has a driving force that is substantially proportional to the commanded acceleration to the actuator mechanism. receive. Accordingly, the reaction force due to the movement of the inertial body is also substantially proportional to the commanded acceleration, and as a characteristic of the vibration removing device, a vibration removing acceleration that is substantially proportional to the input commanded acceleration can be output.

また、振動除去装置は、慣性体の変位を検出する変位センサを有し、制御部は、変位センサの検出値に応じて、慣性体を筐体に対し中立位置に支持する支持加速度を演算によって算出し、算出された支持加速度をアクチュエータ機構の指令加速度にフィードバックする。これによって、支持部材を用いることなく、制御技術によって、慣性体を支持することができる。 Further, the vibration removing device has a displacement sensor for detecting the displacement of the inertial body, and the control unit calculates a support acceleration for supporting the inertial body at a neutral position with respect to the housing according to a detection value of the displacement sensor. The calculated support acceleration is fed back to the command acceleration of the actuator mechanism. Accordingly, the inertial body can be supported by the control technique without using the support member.

以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、振動除去の対象物を、定盤として説明するが、微小振動を除去する必要がある対象物であれば、定盤以外のものであってもよい。例えば、精密測定器の筐体あるいはステージ、露光装置のステージ、精密引張試験機の筐体、精密加工機のステージ、精密組立機のステージ等であってもよい。なお、以下では、除去する振動を、例えば、変位でμｍあるいはｎｍ程度の微小振動として説明するが、これは小型の振動除去装置を想定しての説明のためであって、除去すべき対象物の加速度の大きさに対応して、慣性体の質量の大きさ、駆動力を設定することで、一般的な振動の除去に用いることができることはもちろんである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the object for vibration removal is described as a surface plate. However, any object other than the surface plate may be used as long as the object needs to remove minute vibrations. For example, it may be a casing or stage of a precision measuring instrument, a stage of an exposure apparatus, a casing of a precision tensile tester, a stage of a precision processing machine, a stage of a precision assembly machine, or the like. In the following, the vibration to be removed will be described as a micro vibration having a displacement of about μm or nm, for example, but this is for the purpose of assuming a small vibration removing device, and the object to be removed. Of course, it can be used to remove general vibrations by setting the mass of the inertial body and the driving force in accordance with the magnitude of the acceleration.

図１は、振動除去装置１０の構成を説明する図である。図１には、振動除去装置１０の構成要素ではないが、振動除去の対象である定盤８と、定盤８が空気バネ等で据え付けられる基台６が図示されている。振動除去装置１０は、振動除去の対象である対象物に取り付けて、その対象物の微小振動を除去する機能を有する。微小振動とは、対象物の変位に換算して、ｎｍからμｍ程度の大きさの振動で、対象物の機能、例えば、精密測定、精密加工、精密組立等の観点から無視できない振動である。なお、図１に示すＹ方向は、重力方向で、Ｘ方向は重力方向に垂直な水平方向である。以下の各図においても同様である。以下では、定盤８について除去対象の振動の加速度方向は、定盤８の面に平行な方向としてある。図１においては、定盤８の面は水平面であるので、除去対象の微小振動の加速度方向は、Ｘ方向である。 FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of the vibration removing device 10. FIG. 1 shows a surface plate 8 that is not a component of the vibration removal device 10 but is a vibration removal target, and a base 6 on which the surface plate 8 is installed by an air spring or the like. The vibration removing device 10 has a function of being attached to an object that is an object of vibration removal and removing minute vibrations of the object. Micro-vibration is vibration having a size of about nm to μm in terms of displacement of an object, and is vibration that cannot be ignored from the viewpoint of the function of the object, for example, precision measurement, precision processing, precision assembly, and the like. The Y direction shown in FIG. 1 is the gravity direction, and the X direction is a horizontal direction perpendicular to the gravity direction. The same applies to the following drawings. Hereinafter, the acceleration direction of the vibration to be removed with respect to the surface plate 8 is a direction parallel to the surface of the surface plate 8. In FIG. 1, since the surface of the surface plate 8 is a horizontal plane, the acceleration direction of the minute vibration to be removed is the X direction.

振動除去装置１０は、振動除去対象物である定盤８の加速度を検出する加速度センサ１２と、後述する慣性体と慣性体を駆動するアクチュエータ機構とを含んで構成される装置本体部２０と、加速度センサ１２の検出値に応じて装置本体部２０のアクチュエータ機構を駆動制御する制御部１６と、装置本体部２０において慣性体を流体支持等するための流体を供給する流体供給部１４とを含んで構成される。 The vibration removing apparatus 10 includes an apparatus main body 20 configured to include an acceleration sensor 12 that detects acceleration of the surface plate 8 that is a vibration removing object, an inertial body that will be described later, and an actuator mechanism that drives the inertial body, A control unit 16 that drives and controls an actuator mechanism of the apparatus main body unit 20 according to a detection value of the acceleration sensor 12, and a fluid supply unit 14 that supplies a fluid for fluid supporting the inertial body in the apparatus main body unit 20. Consists of.

加速度センサ１２は、定盤８の加速度を検出できるものであればよく、例えば、適当な半導体加速度センサ等を用いることができる。あるいは、レーザ変位測定器の検出データを処理して、加速度として出力する精密加速度検出システムを用いてもよい。 The acceleration sensor 12 may be any sensor that can detect the acceleration of the surface plate 8. For example, a suitable semiconductor acceleration sensor can be used. Alternatively, a precision acceleration detection system that processes the detection data of the laser displacement measuring device and outputs it as acceleration may be used.

流体供給部１４は、装置本体部２０において、慣性体を流体支持するために適当な流体圧に制御された流体を生成する機能を有する装置で、例えば、気体源とレギュレータ等で構成することができる。さらに精密な流体圧を必要とするときは、流体圧制御弁等を用いることができる。流体としては、例えば、乾燥空気、乾燥窒素、乾燥不活性ガス等の気体を用いることができるほか、場合によっては、オイル、水等の液体を用いることができる。
The fluid supply unit 14 is a device having a function of generating a fluid controlled to an appropriate fluid pressure for fluidly supporting the inertial body in the device main body unit 20, and may be composed of, for example, a gas source and a regulator. it can. When more precise fluid pressure is required, a fluid pressure control valve or the like can be used. As the fluid, for example, a gas such as dry air, dry nitrogen, or dry inert gas can be used, and in some cases, a liquid such as oil or water can be used.

図２は、装置本体部２０の構成を示す図である。装置本体部２０は、筐体２２と、筐体２２の内部に、流体支持される慣性体３０と、慣性体３０をＸ方向に移動駆動するアクチュエータ機構４０を含んで構成される。 FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the apparatus main body 20. The apparatus main body 20 includes a housing 22, an inertia body 30 that is fluid-supported inside the housing 22, and an actuator mechanism 40 that moves and drives the inertia body 30 in the X direction.

筐体２２は、外形がほぼ直方体の部材で、その内部には、慣性体３０をＸ方向に移動可能に流体支持するための断面円形の空間が形成されている。筐体２２は、中央部２４と、その両側をふさぐ側板２６，２８とから構成される。中央部２４と、側板２６，２８とは、流体を内部に保持し、漏らさないように、しっかりシールされて組立固定される。 The casing 22 is a member having a substantially rectangular parallelepiped shape, and a space having a circular cross section for fluidly supporting the inertial body 30 so as to be movable in the X direction is formed therein. The housing 22 includes a central portion 24 and side plates 26 and 28 that cover both sides of the central portion 24. The central portion 24 and the side plates 26 and 28 are firmly sealed and assembled and fixed so that the fluid is held inside and does not leak.

中央部２４は、直方体外形で、慣性体３０を流体支持するための穴を有する部材である。その穴の直径は、慣性体３０の外径よりやや大きめに設定される。穴の内壁面は、慣性体３０の外周とで、流体軸受機構を形成する面であり、滑らかに表面処理が施される。 The central portion 24 is a member having a rectangular parallelepiped outer shape and a hole for fluidly supporting the inertial body 30. The diameter of the hole is set slightly larger than the outer diameter of the inertial body 30. The inner wall surface of the hole is a surface that forms a hydrodynamic bearing mechanism with the outer periphery of the inertial body 30, and is subjected to a smooth surface treatment.

筐体２２の一方の側板２６と、慣性体３０の一方端側との間に設けられるアクチュエータ機構４０は、制御部１６の制御の下で、筐体２２に対し、慣性体３０を所定の加速度で移動駆動する機能を有し、具体的にはいわゆるフォースモータの構成を有する。すなわち、アクチュエータ機構４０は、筐体２２の側板に、固定子であるコイル４２が取り付けられ、慣性体３０の一方端側に可動子である永久磁石４４が取り付けられる。コイル４２の各端子は、筐体２２に設けられた端子台を経由して制御部１６に接続される。 The actuator mechanism 40 provided between one side plate 26 of the casing 22 and one end side of the inertial body 30 causes the inertial body 30 to move to a predetermined acceleration with respect to the casing 22 under the control of the control unit 16. And has a function of moving and driving, specifically, a so-called force motor configuration. That is, in the actuator mechanism 40, a coil 42 that is a stator is attached to the side plate of the housing 22, and a permanent magnet 44 that is a mover is attached to one end side of the inertial body 30. Each terminal of the coil 42 is connected to the control unit 16 via a terminal block provided in the housing 22.

慣性体３０は、円柱状の部材で、比質量の比較的大きな材料で形成される質量体である。例えば、ステンレス鋼等を円柱状に加工し、さらに必要な形状加工を加えたものを用いることができる。慣性体３０の円柱状外周面は、筐体２２の内壁面との間で流体軸受機構を形成する面であるので、滑らかに精度よく加工される。 The inertia body 30 is a cylindrical member and is a mass body formed of a material having a relatively large specific mass. For example, it is possible to use a material obtained by processing stainless steel or the like into a cylindrical shape and further adding necessary shape processing. Since the cylindrical outer peripheral surface of the inertial body 30 is a surface that forms a hydrodynamic bearing mechanism with the inner wall surface of the housing 22, it is processed smoothly and accurately.

慣性体３０の両端部と、筐体２２の側板２６，２８との間に設けられる保持バネ５０，５２は、慣性体３０を筐体２２に対し、Ｘ方向について中立位置に支持するための支持部材である。保持バネ５０，５２は、その両端部においてボール座によって支持されている。これによって、保持バネ５０，５２と、慣性体３０、両側板２６，２８との間の摩擦を低減することができる。なお、保持バネ５２と側板２８との間には、中立位置を微調整するための調整ネジ５４が設けられる。 Holding springs 50 and 52 provided between both end portions of the inertial body 30 and the side plates 26 and 28 of the housing 22 support the inertial body 30 with respect to the housing 22 in a neutral position in the X direction. It is a member. The holding springs 50 and 52 are supported by ball seats at both ends thereof. As a result, friction between the holding springs 50 and 52, the inertial body 30, and the side plates 26 and 28 can be reduced. An adjustment screw 54 for finely adjusting the neutral position is provided between the holding spring 52 and the side plate 28.

保持バネ５０，５２は、振動特性的に弱いバネとして構成される。具体的には、慣性体３０の質量Ｍと、保持バネ５０，５２のバネ定数ｋとで定まる固有振動数が、０．１Ｈｚから１０Ｈｚ程度となるように、バネ定数ｋが設定される。好ましくは、固有振動数が１Ｈｚ程度となるバネ定数がよい。このようにすることで、アクチュエータ機構４０によって慣性体３０がＸ方向に移動駆動されるときに、保持バネ５０，５２の付勢力の影響を抑制することができる。つまり、慣性体３０をαの加速度で移動させるためには、保持バネ５０，５２の影響を考慮せずに、アクチュエータ機構４０が、慣性体３０にＭαの駆動力を与えればよい。したがって、慣性体３０の移動駆動の制御が簡単になる。 The holding springs 50 and 52 are configured as springs having weak vibration characteristics. Specifically, the spring constant k is set so that the natural frequency determined by the mass M of the inertial body 30 and the spring constant k of the holding springs 50 and 52 is about 0.1 Hz to 10 Hz. Preferably, a spring constant with a natural frequency of about 1 Hz is good. By doing in this way, when the inertial body 30 is driven to move in the X direction by the actuator mechanism 40, the influence of the urging force of the holding springs 50 and 52 can be suppressed. That is, in order to move the inertial body 30 with the acceleration of α, the actuator mechanism 40 may apply the driving force of Mα to the inertial body 30 without considering the influence of the holding springs 50 and 52. Therefore, the control of the movement drive of the inertial body 30 is simplified.

筐体２２の外側に設けられるマニフォールド６０は、流体供給部１４に接続され、流体を筐体２２の内部に導き、筐体２２の内部から外部に排出する機能を有する部材である。マニフォールド６０には、筐体２２の中央部２４におけるほぼ中央の側面に設けられる流体供給貫通穴６５に対応して、供給流路６２が設けられ、筐体２２の中央部２４の端部に設けられる流体排出貫通穴に対応して、排出流路６４が設けられる。供給流路６２、排出流路６４には、必要に応じ、適当な絞り機構を設けることができる。 The manifold 60 provided outside the housing 22 is a member that is connected to the fluid supply unit 14, has a function of guiding fluid into the housing 22 and discharging the fluid from the inside of the housing 22 to the outside. The manifold 60 is provided with a supply flow path 62 corresponding to the fluid supply through hole 65 provided in the substantially central side surface of the central portion 24 of the housing 22, and is provided at the end of the central portion 24 of the housing 22. A discharge passage 64 is provided corresponding to the fluid discharge through-hole. The supply flow path 62 and the discharge flow path 64 can be provided with an appropriate throttle mechanism as required.

筐体２２の中央部２４の流体供給貫通穴６５から供給される流体は、筐体２２の内壁面と慣性体３０の外周面との間の隙間６６に吹き出し、いわゆる流体軸受機構によって、慣性体３０を筐体２２の内壁面から浮上させる。このようにして、慣性体３０は、筐体２２との間で流体支持され、アクチュエータ機構４０によって、滑らかにＸ方向に移動駆動されることができる。 The fluid supplied from the fluid supply through hole 65 in the central portion 24 of the housing 22 is blown out into the gap 66 between the inner wall surface of the housing 22 and the outer peripheral surface of the inertia body 30, and the inertia body is generated by a so-called fluid bearing mechanism. 30 is lifted from the inner wall surface of the housing 22. In this way, the inertial body 30 is fluid-supported between the casing 22 and can be driven to move smoothly in the X direction by the actuator mechanism 40.

筐体２２の中央部２４の流体供給貫通穴６５に対応して、慣性体３０に設けられる内部流路６８は、アクチュエータ機構４０のコイル４２のところに流体を導く機能を有する。これによって、コイル４２の発熱による温度上昇を抑制することができる。なお、内部流路６８には、必要に応じ、適当な絞り機構を設けることができる。 Corresponding to the fluid supply through hole 65 in the central portion 24 of the housing 22, the internal flow path 68 provided in the inertial body 30 has a function of guiding the fluid to the coil 42 of the actuator mechanism 40. Thereby, the temperature rise due to the heat generation of the coil 42 can be suppressed. The internal flow path 68 can be provided with an appropriate throttle mechanism as required.

また、慣性体３０の内部をＸ方向に貫通して設けられる連通路７０は、慣性体３０の両端部と、筐体２２との間に形成される流体室７２，７４を連通する機能を有する。これにより、両流体室７２，７４の流体圧を同じにすることができ、慣性体３０のＸ方向の移動に対する流体圧の影響を抑制することができる。 Further, the communication passage 70 provided through the inertia body 30 in the X direction has a function of communicating the fluid chambers 72 and 74 formed between both ends of the inertia body 30 and the housing 22. . Thereby, the fluid pressure of both the fluid chambers 72 and 74 can be made the same, and the influence of the fluid pressure on the movement of the inertial body 30 in the X direction can be suppressed.

再び図１に戻り、制御部１６は、加速度センサ１２の検出値に応じて、図２で説明したアクチュエータ機構４０のコイル４２に駆動電流を供給して、慣性体３０をＸ方向に移動駆動させる機能を有する。 Returning to FIG. 1 again, the control unit 16 supplies a drive current to the coil 42 of the actuator mechanism 40 described with reference to FIG. 2 according to the detection value of the acceleration sensor 12 to drive the inertial body 30 to move in the X direction. It has a function.

ここで、上記構成の振動除去装置１０の作用を説明する。上記のように、保持バネ５０，５２は、この移動駆動に対し、ほとんど影響を与えない程度に振動特性的に弱いバネ定数を有している。したがって、加速度センサ１２の検出値が−α（図１参照）であるとすれば、慣性体３０の質量をＭとして、制御部１６は、アクチュエータ機構４０に対し、慣性体３０への駆動力が−Ｍαとなるような駆動電流を与える。これにより、慣性体３０は、−αの加速度で、筐体２２に対し移動する。この移動の反力であるＭαは、コイル４２を経て、筐体２２に伝えられ、筐体２２が固定される定盤８に伝えられる。すなわち、定盤８には、振動除去装置１０から＋αの加速度が与えられることになる。これによって、定盤８の振動の加速度−αが、相殺され、除去される。このように、定盤８の振動を除去するための慣性体３０の駆動は、オープンループで実行される。 Here, the operation of the vibration removing apparatus 10 having the above configuration will be described. As described above, the holding springs 50 and 52 have spring constants that are weak in vibration characteristics to such an extent that they hardly affect the moving drive. Therefore, if the detection value of the acceleration sensor 12 is −α (see FIG. 1), the control unit 16 sets the mass of the inertial body 30 as M and the driving force to the inertial body 30 is applied to the actuator mechanism 40. A drive current that gives −Mα is applied. Thereby, the inertial body 30 moves with respect to the housing | casing 22 with the acceleration of-(alpha). Mα which is a reaction force of this movement is transmitted to the casing 22 through the coil 42 and is transmitted to the surface plate 8 to which the casing 22 is fixed. That is, the surface plate 8 is given an acceleration of + α from the vibration removing device 10. As a result, the acceleration -α of the vibration of the surface plate 8 is canceled out and removed. As described above, the driving of the inertial body 30 for removing the vibration of the surface plate 8 is executed in an open loop.

図３は、振動除去対象の定盤８の面がＹ方向、すなわち、重力方向である場合の装置本体部８０の構成を示す図である。装置本体部８０以外の構成要素は、図１と同様の内容である。なお、以下では、図１、図２と共通の要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。ここでは、除去すべき定盤８の振動加速度方向をＹ方向とする。 FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the apparatus main body 80 when the surface of the surface plate 8 to be subjected to vibration removal is in the Y direction, that is, the gravity direction. Components other than the apparatus main body 80 are the same as those in FIG. In the following, elements common to those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Here, the vibration acceleration direction of the surface plate 8 to be removed is the Y direction.

この場合、装置本体部８０も、慣性体３０がＹ方向に移動駆動されるように、図２の場合に対し、角度にして９０度回転して、筐体２２が定盤８に取り付けられる。このように取り付けると、慣性体３０の移動が重力の影響を受けるので、新しく、慣性体３０の内部に、釣合流体用流路８２が設けられる。釣合流体用流路８２は、内部流路６８から分岐して、慣性体３０の下部側に位置する流体室７４に開口する流路である。これにより、流体供給部１４から、流体室７４に、適当な圧力の流体が供給され、慣性体３０を重力方向と逆方向に浮上させることができる。したがって、慣性体３０のＹ方向移動に対する重力の影響を抑制することができる。 In this case, the apparatus main body 80 is also rotated 90 degrees with respect to the case of FIG. 2 so that the inertial body 30 is driven to move in the Y direction, and the housing 22 is attached to the surface plate 8. When mounted in this manner, the movement of the inertial body 30 is affected by gravity, so that a new balancing fluid channel 82 is provided inside the inertial body 30. The balancing fluid channel 82 is a channel that branches from the internal channel 68 and opens to the fluid chamber 74 located on the lower side of the inertial body 30. Thereby, the fluid of an appropriate pressure is supplied from the fluid supply unit 14 to the fluid chamber 74, and the inertial body 30 can be floated in the direction opposite to the direction of gravity. Therefore, the influence of gravity on the movement of the inertial body 30 in the Y direction can be suppressed.

上記では、慣性体３０の中立位置の保持及び調整は、保持バネ５０，５２で行うものとして説明した。慣性体３０の中立位置の調整方向は、アクチュエータ機構４０の駆動方向と同じ方向であるので、アクチュエータ機構４０に対する加速度指令を修正することで、保持バネ５０，５２を用いずに、慣性体３０の中立位置の保持を行うことができる。この場合には、慣性体３０は、流体軸受機構と、アクチュエータ機構４０からの支持加速度による支持力によって、中立位置に保持されることになる。 In the above description, it has been described that the neutral position of the inertial body 30 is held and adjusted by the holding springs 50 and 52. Since the adjustment direction of the neutral position of the inertial body 30 is the same direction as the drive direction of the actuator mechanism 40, the acceleration command for the actuator mechanism 40 is corrected so that the inertial body 30 can be adjusted without using the holding springs 50 and 52. The neutral position can be maintained. In this case, the inertial body 30 is held at the neutral position by the support force by the hydrodynamic bearing mechanism and the support acceleration from the actuator mechanism 40.

図４は、保持バネを用いずに慣性体３０を中立位置に保持する装置本体部９０の構成を示す図である。図２と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。この装置本体部９０は、図２の装置本体部２０から保持バネ５０，５２を省略し、慣性体３０の端部と、側板２８との間にＸ方向の変位を検出する変位センサ９２を設けたものである。変位センサ９２は、慣性体３０側に取り付けられる磁性プローブ９４と、側板２８に設けられる検出コイル９４を含んで構成される。変位センサ９２の出力は、筐体２２に設けられる端子台を経由して、制御部１６に伝送される。 FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of the apparatus main body 90 that holds the inertial body 30 in a neutral position without using a holding spring. Elements similar to those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The apparatus main body 90 omits the holding springs 50 and 52 from the apparatus main body 20 of FIG. 2, and is provided with a displacement sensor 92 that detects a displacement in the X direction between the end of the inertial body 30 and the side plate 28. It is a thing. The displacement sensor 92 includes a magnetic probe 94 attached to the inertial body 30 side and a detection coil 94 provided on the side plate 28. The output of the displacement sensor 92 is transmitted to the control unit 16 via a terminal block provided in the housing 22.

図５は、慣性体３０の駆動制御を示すブロックダイアグラムである。このブロックダイアグラムは、主ルートとしてのオープンループと、変位をフィードバックするフィードバックループとを有する。主ループは、図２の装置本体部２０における慣性体３０のオープンループ制御に相当する。すなわち、加速度指令１０２は、ゲイン１０４によって位置指令に変換され、電流ブースタ１１６によって駆動電流指令値に変換されてアクチュエータ機構４０に供給され、これによって慣性体３０を移動駆動すると共に、定盤８に振動除去のための補償力１１８を与える。 FIG. 5 is a block diagram showing drive control of the inertial body 30. This block diagram has an open loop as a main route and a feedback loop for feeding back displacement. The main loop corresponds to the open loop control of the inertial body 30 in the apparatus main body 20 of FIG. That is, the acceleration command 102 is converted into a position command by the gain 104, converted into a drive current command value by the current booster 116, and supplied to the actuator mechanism 40, thereby driving the inertial body 30 to move, and A compensation force 118 for removing vibration is provided.

フィードバックループは、慣性体３０に中立位置の保持のための保持力を与えるためのものである。すなわち、慣性体３０の変位は、変位センサ９２によって検出され、適当なフィードバックゲイン１２０によって加速度に変換され、減算器１０６において、もともとの加速度指令１０２に対し減算が行われる。減算の結果は、ゲイン１０８によって速度指令に変換され、ゲイン１１２によって位置指令に変換され、ゲイン１０４によって変換された主ループの位置指令と、加算器１１４によって加算され、電流ブースタ１１６に供給される。電流ブースタ１１６の以後の作用は、主ループで説明した内容である。これによって、慣性体３０の位置情報が保持力に相当する加速度としてフィードバックされ、中立位置に保持するように位置指令が修正される。 The feedback loop is for giving the inertial body 30 a holding force for holding the neutral position. That is, the displacement of the inertial body 30 is detected by the displacement sensor 92, converted to acceleration by an appropriate feedback gain 120, and subtracted from the original acceleration command 102 by the subtractor 106. The result of the subtraction is converted into a speed command by the gain 108, converted into a position command by the gain 112, added by the adder 114 with the position command of the main loop converted by the gain 104, and supplied to the current booster 116. . The subsequent operation of the current booster 116 is as described in the main loop. Thereby, the position information of the inertial body 30 is fed back as an acceleration corresponding to the holding force, and the position command is corrected so as to be held at the neutral position.

なお、変位センサ９２の出力を微分ゲイン１２２で速度指令に変換し、これを減算器１１０において、ゲイン１０８の速度指令に対し減算することで、適当なダンピング成分を、慣性体３０の運動に付与することができる。 The output of the displacement sensor 92 is converted into a speed command by the differential gain 122, and this is subtracted from the speed command of the gain 108 by the subtractor 110, thereby giving an appropriate damping component to the motion of the inertial body 30. can do.

このように、保持バネ５０，５２を用いることなく、制御技術によって、慣性体３０を中立位置に保持することができる。また、必要に応じ、ダンピング素子を用いることなく、制御技術によって、慣性体３０の運動にダンピング要素を付加することができる。 Thus, the inertial body 30 can be held at the neutral position by the control technique without using the holding springs 50 and 52. Further, if necessary, a damping element can be added to the motion of the inertial body 30 by a control technique without using a damping element.

本発明に係る実施の形態において、振動除去装置の構成を説明する図である。In the embodiment according to the present invention, it is a diagram for explaining the configuration of the vibration removing device. 本発明に係る実施の形態において、装置本体部の構成を示す図である。In embodiment which concerns on this invention, it is a figure which shows the structure of an apparatus main-body part. 他の実施の形態における装置本体部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the apparatus main-body part in other embodiment. 別の実施の形態における装置本体部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the apparatus main body part in another embodiment. 別の実施の形態において、慣性体の駆動制御を示すブロックダイアグラムである。In another embodiment, it is a block diagram which shows the drive control of an inertial body.

符号の説明Explanation of symbols

６基台、８定盤、１０振動除去装置、１２加速度センサ、１４流体供給部、１６制御部、２０，８０，９０装置本体部、２２筐体、２４中央部、２６，２８側板、３０慣性体、４０アクチュエータ機構、４２コイル、４４永久磁石、５０，５２保持バネ、５４調整ネジ、６０マニフォールド、６２供給流路、６４排出流路、６５流体供給貫通穴、６６隙間、６８内部流路、７０連通路、７２，７４流体室、８２釣合流体用流路、９２変位センサ、９４検出コイル、９４磁性プローブ、１０２加速度指令、１０４，１０８，１１２ゲイン、１０６，１１０減算器、１１４加算器、１１６電流ブースタ、１１８補償力、１２０フィードバックゲイン、１２２微分ゲイン。 6 base, 8 surface plate, 10 vibration removing device, 12 acceleration sensor, 14 fluid supply unit, 16 control unit, 20, 80, 90 device main unit, 22 housing, 24 center, 26, 28 side plate, 30 inertia Body, 40 Actuator mechanism, 42 Coil, 44 Permanent magnet, 50, 52 Holding spring, 54 Adjustment screw, 60 Manifold, 62 Supply flow path, 64 Discharge flow path, 65 Fluid supply through hole, 66 Clearance, 68 Internal flow path, 70 communication path, 72, 74 fluid chamber, 82 balancing fluid flow path, 92 displacement sensor, 94 detection coil, 94 magnetic probe, 102 acceleration command, 104, 108, 112 gain, 106, 110 subtractor, 114 adder 116 current booster, 118 compensation power, 120 feedback gain, 122 differential gain.

Claims

振動除去の対象である対象物に取り付けられて固定される筐体と、
流体支持によって筐体に対し移動可能に支持される慣性体と、
慣性体に移動駆動力を非接触で与えるアクチュエータ機構と、
筐体を介して慣性体の移動の反力を対象物に伝えて対象物の振動の加速度を打ち消すように、対象物の加速度に応じてアクチュエータ機構を駆動制御する制御部と、
慣性体が移動駆動されることで生じる変位を検出する変位センサと、
を備え、
制御部は、
アクチュエータ機構に対する加速度指令を適当なゲインを用いて位置指令に変換するメイン制御ループと、
変位センサによって検出される慣性体の位置情報を適当なフィードバックゲインを用いて加速度にフィードバックし、減算器によってもともとの加速度指令に対し減算し、減算の結果を適当なゲインで速度指令に変換し、変換された速度指令を適当なゲインで位置指令に変換し、変換された位置指令をメイン制御ループの位置指令に加算して、慣性体を中立位置に保持するように、メイン制御ループの位置指令を補正するフィードバックループと、
を有することを特徴とする振動除去装置。 A housing that is attached and fixed to an object that is a target of vibration removal;
An inertial body supported movably with respect to the housing by the fluid support;
An actuator mechanism that provides a non-contact movement driving force to the inertial body;
A control unit that drives and controls the actuator mechanism in accordance with the acceleration of the object so as to cancel the acceleration of the vibration of the object by transmitting a reaction force of the movement of the inertial body to the object through the housing;
A displacement sensor that detects displacement caused by the movement of the inertial body;
With
The control unit
A main control loop for converting an acceleration command for the actuator mechanism into a position command using an appropriate gain;
The position information of the inertial body detected by the displacement sensor is fed back to acceleration using an appropriate feedback gain, subtracted from the original acceleration command by a subtractor, and the result of subtraction is converted to a speed command with an appropriate gain. The converted speed command is converted into a position command with an appropriate gain, and the converted position command is added to the position command of the main control loop, so that the inertial body is held in the neutral position. A feedback loop to correct
A vibration removing device comprising:

請求項１に記載の振動除去装置において、
筐体は、慣性体を内部に収容し、流体供給穴と流体排出穴を除いて、流体を漏らさないようにシールされ、
筐体の内壁面と慣性体の外周面との間の隙間に流体支持用の流体が供給される流体供給手段を備え、
慣性体の内部に、慣性体の移動方向の両側と筐体との間に形成される両流体室を連通する連通路が設けられることを特徴とする振動除去装置。 The vibration removing device according to claim 1,
The housing accommodates the inertial body inside and is sealed so as not to leak fluid except for the fluid supply hole and the fluid discharge hole,
Fluid supply means for supplying a fluid for fluid support to the gap between the inner wall surface of the housing and the outer peripheral surface of the inertial body;
A vibration removing device, characterized in that a communication path that communicates both fluid chambers formed between both sides of the inertial body in the moving direction and the housing is provided inside the inertial body.

請求項２に記載の振動除去装置において、
流体供給手段は、さらに、アクチュエータ機構に冷却用の流体を供給することを特徴とする振動除去装置。 The vibration removing apparatus according to claim 2 ,
Fluid supply means further vibration removing device comprising a Turkey to supply cooling fluid to the actuator mechanism.