JP5457821B2

JP5457821B2 - Active vibration isolator

Info

Publication number: JP5457821B2
Application number: JP2009291026A
Authority: JP
Inventors: 正博関場; 誠村山; 雅由井上
Original assignee: 明立精機株式会社
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2009-12-22
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2029-12-22
Also published as: JP2011132990A

Description

本発明は、アクティブ除振装置に関し、より詳細には、精密加工、計測等の分野における各種機器の搭載テーブルを外乱から絶縁する空気圧制御式のアクティブ除振装置に関する。 The present invention relates to an active vibration isolator, and more particularly to a pneumatically controlled active vibration isolator that insulates a mounting table of various devices from disturbances in the fields of precision machining, measurement, and the like.

近年、半導体デバイス製造システムや極微小領域計測システムでは、急速に高精度化、高性能化してきており、これらのシステムにおいて、振動等の外乱を除去するための除振、防振装置の重要性が増大してきている。このような除振装置で除去すべき振動外乱は、設置床からの振動に起因する地動外乱と、装置の防振部材に入力される直動外乱とに大きく分けることができる。前者には低剛性の機構が適しており、後者には高剛性の機構が適している。 In recent years, semiconductor device manufacturing systems and ultra-small area measurement systems have rapidly increased in accuracy and performance, and in these systems, the importance of vibration isolation and vibration isolation devices for removing disturbances such as vibrations is important. Is increasing. Such vibration disturbances to be removed by the vibration isolator can be broadly divided into ground disturbances caused by vibrations from the installation floor and linear motion disturbances input to the vibration isolation member of the apparatus. A low-rigidity mechanism is suitable for the former, and a high-rigidity mechanism is suitable for the latter.

従来の除振装置として、地動外乱を絶縁して除振するパッシブ型除振装置が知られている。ここで、床からの振動伝達率を低くするためにばね定数を小さくしてばね剛性を低くすると、除振テーブル上の質量変化や、除振テーブルに作用する荷重の変化等のばね上での外乱に対して弱くなってしまう。このため、ばね上での外乱に対してはある程度ばね剛性を高くする必要がある。しかし、パッシブ型の除振装置では、ばね上での外乱に対して高い剛性を確保することは困難であることから、アクティブ型除振装置が提案されている。 As a conventional vibration isolator, a passive vibration isolator that isolates and isolates ground disturbance is known. Here, if the spring constant is reduced and the spring rigidity is lowered in order to reduce the vibration transmissibility from the floor, the mass change on the vibration isolation table, the load acting on the vibration isolation table, etc. It becomes weak against disturbance. For this reason, it is necessary to increase the spring rigidity to some extent against disturbance on the spring. However, since it is difficult for a passive vibration isolator to secure high rigidity against disturbance on a spring, an active vibration isolator has been proposed.

このアクティブ型除振装置によれば、空気ばねの内圧を制御する圧力制御弁等のアクチュエータに対して、除振台の振動をセンサで検出してフィードバック回路によるフィードバック制御を行い、制御対象に直接または間接に制御力を加えることにより、能動的な振動制御を行うことができる（例えば、特許文献１を参照）。 According to this active vibration isolator, an actuator such as a pressure control valve that controls the internal pressure of the air spring detects the vibration of the vibration isolation table with a sensor and performs feedback control using a feedback circuit, and directly controls the control target. Alternatively, active vibration control can be performed by indirectly applying a control force (see, for example, Patent Document 1).

特開平１−２１０６３４号公報Japanese Patent Laid-Open No. 1-210634

しかしながら、空気ばねの内圧を制御する空気圧制御式のアクチュエータは１次遅れ系のため、ダンピング効果を得るためには制御対象の加速度信号を検出する必要があり、一般的にはサーボ型加速度センサが用いられている。従来の空気圧制御式のアクティブ型除振装置では、一般的に、制御対象の加速度を検出するサーボ型加速度センサ、制御対象の相対変位を検出する非接触変位センサ、圧力制御弁によるアクチュエータ、及び制御コントローラ等が必要となり、装置のトータルコストが高いものになってしまうという問題がある。サーボ型加速度センサは比較的高価であり、通常の場合、１つの装置で９〜１０個程度使用するため、コストを押し上げる大きな要因となっている。 However, since the pneumatic control actuator that controls the internal pressure of the air spring is a first-order lag system, it is necessary to detect the acceleration signal to be controlled in order to obtain a damping effect. It is used. In a conventional pneumatically controlled active vibration isolator, generally, a servo-type acceleration sensor that detects acceleration of a controlled object, a non-contact displacement sensor that detects relative displacement of the controlled object, an actuator using a pressure control valve, and control There is a problem that a controller or the like is required and the total cost of the apparatus becomes high. Servo-type acceleration sensors are relatively expensive, and usually 9 to 10 pieces are used in one device, which is a major factor that increases the cost.

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、空気圧制御式のアクティブ除振装置において、サーボ型加速度センサの代わりに、比較的安価な動電型速度センサで加速度を検出することにより、構造をシンプルにして低コスト化を実現できるようにしたこと、を目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a pneumatically controlled active vibration isolator, acceleration is detected by a relatively inexpensive electrodynamic speed sensor instead of a servo acceleration sensor. Therefore, the object is to realize a low cost by simplifying the structure.

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、空気圧制御式のアクティブ除振装置であって、機器の搭載を可能とした機器搭載テーブルと、該機器搭載テーブルを設置基準面に対して支持する支持手段と、前記機器搭載テーブルと前記支持手段との間に設けられ且つ前記機器搭載テーブルを駆動するアクチュエータと、前記機器搭載テーブルの振動を検出する動電型速度センサと、該動電型速度センサの出力信号を加速度信号に変換する制御手段とを備え、前記機器搭載テーブルが前記動電型速度センサの固有振動数以下の振動数で振動している場合、前記制御手段は、前記動電型速度センサから出力される加加速度信号を積分して加速度信号に変換し、前記機器搭載テーブルが前記動電型速度センサの固有振動数より大きな振動数で振動している場合、前記制御手段は、前記動電型速度センサから出力される速度信号を微分して加速度信号に変換することを特徴としたものである。 In order to solve the above-described problems, the invention of claim 1 is a pneumatically controlled active vibration isolator, an equipment mounting table capable of mounting equipment, and the equipment mounting table with respect to an installation reference plane. supporting means for supporting an actuator and driving the device mounting table disposed between said support means and said device mounting table, and electrodynamic velocity sensors for detecting vibration of the device mounting table, animal electrostatic Control means for converting the output signal of the mold speed sensor into an acceleration signal, and when the device mounting table vibrates at a frequency equal to or lower than the natural frequency of the electrodynamic speed sensor, the control means includes: The jerk signal output from the electrodynamic speed sensor is integrated and converted into an acceleration signal, and the device mounting table vibrates at a frequency greater than the natural frequency of the electrodynamic speed sensor. If it has, the control means is obtained by the features that you converted into acceleration signals by differentiating the velocity signal output from the electro-dynamic velocity sensor.

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記動電型速度センサの固有振動数が８Ｈｚ以上の範囲であることを特徴としたものである。 The invention of claim 2 is characterized in that, in the invention of claim 1 , the dynamic frequency of the electrodynamic speed sensor is in a range of 8 Hz or more.

本発明によれば、空気圧制御式のアクティブ除振装置において、サーボ型加速度センサの代わりに、比較的安価な動電型速度センサを用いることにより、構造をシンプルにして低コスト化を実現することができる。 According to the present invention, in a pneumatically controlled active vibration isolator, by using a relatively inexpensive electrodynamic speed sensor instead of a servo-type acceleration sensor, the structure can be simplified and the cost can be reduced. Can do.

本発明によるアクティブ除振装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the active vibration isolator by this invention. 本発明に係る動電型速度センサを模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the electrodynamic speed sensor which concerns on this invention.

以下、添付図面を参照しながら、本発明のアクティブ除振装置に係る好適な実施の形態について説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments according to an active vibration isolation device of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図１は、本発明によるアクティブ除振装置の構成例を示すブロック図で、図中、１はアクティブ除振装置を示す。アクティブ除振装置１は、空気圧制御式のアクティブ型除振装置であって、大きく分けて、本体部２、コントローラ３、排気ポート４、レギュレータ５で構成される。 FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of an active vibration isolator according to the present invention. In the figure, 1 indicates an active vibration isolator. The active vibration isolator 1 is a pneumatically controlled active vibration isolator, and is roughly composed of a main body 2, a controller 3, an exhaust port 4, and a regulator 5.

本体部２は、機器の搭載を可能とした機器搭載テーブル２１と、機器搭載テーブル２１を設置基準面に対して支持する支持手段に相当する架台２２と、機器搭載テーブル２１と架台２２との間に設けられ且つ機器搭載テーブル２１を駆動する空気アクチュエータ２３とを備える。 The main body 2 includes a device mounting table 21 that enables mounting of devices, a gantry 22 that corresponds to a support means that supports the device mounting table 21 with respect to the installation reference plane, and a space between the device mounting table 21 and the gantry 22. And an air actuator 23 that drives the device mounting table 21.

また、本体部２は、機器搭載テーブル２１の振動を検出する振動センサに相当する第１の速度センサ２４と、第１の速度センサ２４の出力を増幅する第１のアンプ２５と、架台２２の振動を検出する第２の速度センサ２６と、第２の速度センサ２６の出力を増幅する第２のアンプ２７と、設置基準面に対する機器搭載テーブル２１の相対変位ｇを検出する変位センサ２８と、空気アクチュエータ２３の内圧を制御するサーボバルブ２９とを備える。なお、設置基準面とは例えば本体部２を設置する床面であり、相対変位ｇはこの床面に対する機器搭載テーブル２１の相対的な変位量である。 The main body 2 includes a first speed sensor 24 corresponding to a vibration sensor that detects vibration of the device mounting table 21, a first amplifier 25 that amplifies the output of the first speed sensor 24, A second speed sensor 26 that detects vibration; a second amplifier 27 that amplifies the output of the second speed sensor 26; a displacement sensor 28 that detects a relative displacement g of the device mounting table 21 with respect to the installation reference plane; And a servo valve 29 for controlling the internal pressure of the air actuator 23. The installation reference plane is, for example, the floor surface on which the main body 2 is installed, and the relative displacement g is a relative displacement amount of the device mounting table 21 with respect to the floor surface.

空気アクチュエータ２３は、ピストン２３ａと、空気ばね室２３ｂとで構成され、サーボバルブ２９により空気ばね室２３ｂの内圧を調整することでピストン２３ａを動作させ、機器搭載テーブル２１の位置や振動を制御する。サーボバルブ２９には、空気を排気する排気ポート４と、空気を供給するレギュレータ５とが接続され、コントローラ３による制御に基づいて空気ばね室２３ｂに対する空気の排気／供給を制御する。 The air actuator 23 includes a piston 23a and an air spring chamber 23b. The piston 23a is operated by adjusting the internal pressure of the air spring chamber 23b by a servo valve 29, and the position and vibration of the device mounting table 21 are controlled. . The servo valve 29 is connected to an exhaust port 4 for exhausting air and a regulator 5 for supplying air, and controls exhaust / supply of air to the air spring chamber 23 b based on control by the controller 3.

上記において、第１の速度センサ２４及び第２の速度センサ２６は以下の図２に示すような動電型の速度センサで構成される。
図２は、本発明に係る動電型速度センサを模式的に示した図である。ここでは、第１の速度センサ２４を例示して説明するが、第２の速度センサ２６も同様の構成であるものとする。第１の速度センサ２４は、ケース２４１、コイル２４２、磁石２４３、ばね２４４、おもり２４５、ダンパ２４６を備える。この第１の速度センサ２４は、センサが持つ固有振動数以下では加加速度信号を出力し、また、固有振動数より大きい振動数では速度信号を出力するように構成されている。 In the above, the first speed sensor 24 and the second speed sensor 26 are constituted by electrodynamic speed sensors as shown in FIG.
FIG. 2 is a diagram schematically showing an electrodynamic speed sensor according to the present invention. Here, the first speed sensor 24 is described as an example, but the second speed sensor 26 is assumed to have the same configuration. The first speed sensor 24 includes a case 241, a coil 242, a magnet 243, a spring 244, a weight 245, and a damper 246. The first speed sensor 24 is configured to output a jerk signal when the sensor has a natural frequency or less, and to output a speed signal at a frequency higher than the natural frequency.

図２のような、ばね-質量系について説明する。ケース２４１の絶対変位と、ケース２４１とおもり２４５の相対変位の関係を考える。これは、おもり２４５とばね２４４とから決定される固有振動数によって異なる。すなわち、この固有振動数以下の周波数でケース２４１が振動した場合、おもり２４５には慣性力が働き、ケース２４１の絶対加速度に比例してばね２４４が変位する。つまり、ケース２４１とおもり２４５の相対変位は、ケース２４１の絶対加速度に比例する。一方、固有振動数より大きい周波数でケース２４１が振動した場合、おもり２４５は慣性により絶対座標で静止する。つまり、ケース２４１とおもり２４５の相対変位は、ケース２４１の絶対変位に比例する。 A spring-mass system as shown in FIG. 2 will be described. Consider the relationship between the absolute displacement of the case 241 and the relative displacement of the case 241 and the weight 245. This depends on the natural frequency determined from the weight 245 and the spring 244. That is, when the case 241 vibrates at a frequency equal to or lower than the natural frequency, an inertial force acts on the weight 245, and the spring 244 is displaced in proportion to the absolute acceleration of the case 241. That is, the relative displacement between the case 241 and the weight 245 is proportional to the absolute acceleration of the case 241. On the other hand, when the case 241 vibrates at a frequency higher than the natural frequency, the weight 245 stops at an absolute coordinate due to inertia. That is, the relative displacement between the case 241 and the weight 245 is proportional to the absolute displacement of the case 241.

上記により、ケース２４１とおもり２４５の相対変位を観測することで、固有振動数以下ではケース２４１の絶対加速度を、固有振動数より大きい場合にはケース２４１の絶対変位を検出できる。これを時間微分すると、ケース２４１とおもり２４５の相対速度（すなわち、ケース２４１のおもり２４５に対する相対速度）を観測することで、固有振動数以下ではケース２４１の絶対加加速度を、固有振動数より大きい場合にはケース２４１の絶対速度を検出できると言うことができる。 As described above, by observing the relative displacement between the case 241 and the weight 245, it is possible to detect the absolute acceleration of the case 241 below the natural frequency, and to detect the absolute displacement of the case 241 above the natural frequency. When this is time-differentiated, the absolute jerk of the case 241 is larger than the natural frequency below the natural frequency by observing the relative speed between the case 241 and the weight 245 (that is, the relative speed of the case 241 with respect to the weight 245). In this case, it can be said that the absolute speed of the case 241 can be detected.

具体的には、第１の速度センサ２４に外力が印加され、この外力により加速度Ａ（ｔ）が発生すると、慣性力ｍＡ（ｔ）（ｍはおもり２４５の質量）が発生する。数式で記述すると以下の通りである。 Specifically, when an external force is applied to the first speed sensor 24 and an acceleration A (t) is generated by the external force, an inertial force mA (t) (m is the mass of the weight 245) is generated. It is as follows when described in mathematical formulas.

ケース２４１の絶対変位をｘ_０、おもり２４５の絶対変位をｘ_１、おもり２４５の質量をｍ、ばね２４４のばね剛性をｋ、ダンパ２４６の粘性係数をｃとする。おもり２４５のケース２４１に対する相対変位をｙ_１とすると、
ｙ_１＝ｘ_１−ｘ_０・・・式（１）
おもり２４５の運動方程式は、
ｍ（ｄ^２／ｄｔ^２）ｘ_１＋ｃ（ｄ／ｄｔ）ｙ_１＋ｋ・ｙ_１＝０・・・式（２）
ラプラス変換して、
（ｍ・ｓ^２＋ｃ・ｓ＋ｋ）Ｘ_１＝（ｃ・ｓ＋ｋ）Ｘ_０・・・式（３） The absolute displacement of the case 241 is x ₀ , the absolute displacement of the weight 245 is x ₁ , the mass of the weight 245 is m, the spring stiffness of the spring 244 is k, and the viscosity coefficient of the damper 246 is c. When the relative displacement with respect to the case 241 of the weight 245 and _{y 1,}
y ₁ = _x ₁ _-x 0 ··· formula (1)
The equation of motion of the weight 245 is
m (d ² / dt ² ) x ₁ + c (d / dt) y ₁ + k · y ₁ = 0 Equation (2)
Laplace transform
(M · s ² + c · s + k) X ₁ = (c · s + k) X ₀ Formula (3)

ここで、Ｘ_１（ｓ）、Ｘ_０（ｓ）はそれぞれｘ_１、ｘ_０のラプラス変換である。式（３）より、
Ｘ_１＝Ｘ_０・（ｃ・ｓ＋ｋ）／（ｍ・ｓ^２＋ｃ・ｓ＋ｋ）・・・式（４） Here, X ₁ (s) and X ₀ (s) are Laplace transforms of x ₁ and x ₀ , respectively. From equation (3),
X ₁ = X ₀ · (c · s + k) / (m · s ² + c · s + k) (4)

よって、
Ｙ＝Ｘ_１−Ｘ_０＝Ｘ_０・（ｍ・ｓ^２）／（ｍ・ｓ^２＋ｃ・ｓ＋ｋ) ・・・式（５） Therefore,
Y = X ₁ −X ₀ = X ₀ · (m · s ² ) / (m · s ² + c · s + k) (5)

ここで、ω_ｎ＝√（ｋ／ｍ）、ζ＝ｃ／（２・√（ｍ・ｋ））とおくと、
Ｙ＝Ｘ_０・ｓ^２／（ｓ^２＋２ζ・ω_ｎ・ｓ＋ω_ｎ ^２）・・・式（６） Here, when ω _n = √ (k / m) and ζ = c / (2 · √ (m · k)),
Y = X ₀ · s ² / (s ² + 2ζ · ω _n · s + ω _n ² ) (6)

よって、
ω≫ω_ｎのときＹ＝Ｘ_０・・・式（７）
ω≪ω_ｎのときＹ＝Ｘ_０・ｓ^２／ω_ｎ ^２・・・式（８）
となる。 Therefore,
When ω >> ω _n Y = X ₀ Expression (7)
When _{_{^{ω«ω n Y = X 0 · s}}} 2 / ω n 2 ··· formula (8)
It becomes.

上記において、式（７）は、ケース２４１の振動数ωが第１の速度センサ２４の固有振動数ω_ｎより十分高いときは相対変位ｙはケース２４１の絶対変位に比例することを示す。また、式（８）は、ケース２４１の振動数ωが第１の速度センサ２４の固有振動数ω_ｎより十分低いときは、相対変位ｙはケース２４１の絶対加速度に比例することを示す。 In the above, equation (7) indicates that the relative displacement y is proportional to the absolute displacement of the case 241 when the frequency ω of the case 241 is sufficiently higher than the natural frequency ω _n of the first speed sensor 24. Equation (8) indicates that the relative displacement y is proportional to the absolute acceleration of the case 241 when the frequency ω of the case 241 is sufficiently lower than the natural frequency ω _n of the first speed sensor 24.

次に、動電型速度センサの検出原理について説明する。ケース２４１には磁石２４３が固定され、おもり２４５にはコイル２４２が巻回されており、外力によりおもり２４５が磁石２４３間の磁束を横切る方向に運動する際に運動の速度に比例した誘導起電力をコイル２４２に発生させる。すなわち、おもり２４５が運動すると、おもり２４５に巻回されたコイル２４２には、Ｖ＝ｖＢＬ（Ｖ：誘導起電力、ｖ：コイル２４２の運動速度、Ｂ：磁石２４３間の磁束密度、Ｌ：コイル２４２のコイル長）で示される誘導起電力Ｖが発生する。そして、図示しない検出部がこの誘導起電力Ｖを検出し、検出した誘導起電力Ｖから速度を得ることができる。つまり、誘導起電力Ｖはケース２４１のおもり２４５に対する相対速度に比例する。 Next, the detection principle of the electrodynamic speed sensor will be described. A magnet 243 is fixed to the case 241, and a coil 242 is wound around the weight 245. When the weight 245 moves in a direction across the magnetic flux between the magnets 243 by an external force, an induced electromotive force proportional to the speed of movement is generated. Is generated in the coil 242. That is, when the weight 245 moves, the coil 242 wound around the weight 245 has V = vBL (V: induced electromotive force, v: movement speed of the coil 242, B: magnetic flux density between the magnets 243, L: coil. An induced electromotive force V indicated by a coil length of 242 is generated. And the detection part which is not illustrated can detect this induced electromotive force V, and can obtain a speed from the detected induced electromotive force V. That is, the induced electromotive force V is proportional to the relative speed of the case 241 with respect to the weight 245.

以上により、誘導起電力Ｖを測定することでケース２４１のおもり２４５に対する相対速度を求めることができるため、固有振動数以下ではケース２４１の絶対加加速度を、また、固有振動数より大きい場合にはケース２４１の絶対速度を検出することができる。 As described above, the relative speed of the case 241 with respect to the weight 245 can be obtained by measuring the induced electromotive force V. Therefore, when the absolute jerk of the case 241 is lower than the natural frequency, The absolute speed of the case 241 can be detected.

ここで、第１の速度センサ２４は、ケース２４１内に収められたおもり２４５及びそのおもり２４５を支持するばね２４４で定まる固有振動数を持つが、機器搭載テーブル２１が第１の速度センサ２４の固有振動数以下の振動数で振動している場合、第１の速度センサ２４は、出力信号として、加加速度信号を出力する。この場合、本発明の制御手段に相当するコントローラ３は、第１の速度センサ２４から出力された加加速度信号を一階積分して加速度信号に変換する。 Here, the first speed sensor 24 has a natural frequency determined by a weight 245 housed in the case 241 and a spring 244 that supports the weight 245, but the device mounting table 21 has the first speed sensor 24. When vibrating at a frequency equal to or lower than the natural frequency, the first speed sensor 24 outputs a jerk signal as an output signal. In this case, the controller 3 corresponding to the control means of the present invention first integrates the jerk signal output from the first speed sensor 24 and converts it into an acceleration signal.

また、機器搭載テーブル２１が第１の速度センサ２４の固有振動数より大きな振動数で振動している場合、第１の速度センサ２４は、出力信号として、速度信号を出力する。この場合、コントローラ３は、第１の速度センサ２４から出力された速度信号を一階微分して加速度信号に変換する。そして、コントローラ３は、このようにして得られた加速度信号に基づいて機器搭載テーブル２１の振動制御を行う。 When the device mounting table 21 vibrates at a frequency greater than the natural frequency of the first speed sensor 24, the first speed sensor 24 outputs a speed signal as an output signal. In this case, the controller 3 first-order differentiates the speed signal output from the first speed sensor 24 and converts it into an acceleration signal. And the controller 3 performs vibration control of the apparatus mounting table 21 based on the acceleration signal obtained in this way.

上記において、加速度信号を得るために、速度信号を微分処理するよりも、加加速度信号を積分処理するほうが、ノイズを少なくすることができる。また、空気圧制御式のアクティブ除振装置の場合、一般的に、制御対象の振動数として、１〜８Ｈｚの範囲を精度良く振動制御することが重要となる。そこで、８Ｈｚ以上の固有振動数を持つ動電型速度センサを使用することが望ましい。これにより動電型速度センサからは１〜８Ｈｚの範囲で加加速度信号が出力されるため、ノイズを減らし、高精度な振動制御を行うことができる。 In the above, in order to obtain the acceleration signal, the noise can be reduced by integrating the jerk signal rather than differentiating the speed signal. In the case of a pneumatically controlled active vibration isolator, it is generally important to accurately control vibration within the range of 1 to 8 Hz as the frequency of the controlled object. Therefore, it is desirable to use an electrodynamic speed sensor having a natural frequency of 8 Hz or higher. Accordingly, since the jerk signal is output in the range of 1 to 8 Hz from the electrodynamic speed sensor, noise can be reduced and highly accurate vibration control can be performed.

ここで特筆すべきことは、通常、動電型速度センサを使用する場合、固有振動数より大きい振動数域においてのみ使用し、固有振動数以下の加加速度が出力される振動数域の信号を使用しないのに対し、本発明では通常使用されない加加速度信号を１階積分することで活用していることである。もちろん固有振動数より大きい振動数域も利用するのは言うまでもない。動電型速度センサは固有振動数及び減衰比に若干の個体差を有し、加加速度域を積分し、あるいは、速度域を微分した後の加速度信号としての特性に若干の個体差が生じ、特性がフラットでない可能性がある。アクティブ除振装置の性能で重要なのは１〜８Ｈｚ付近であり、この振動数域よりも高い固有振動数の動電型速度センサを用いることで、上記のように特性がフラットでないことによる影響が除振性能に与える変動があったとしてもそれがアクティブ除振装置の性能に深刻な影響を与えないようにすることができる。 What should be noted here is that when an electrokinetic speed sensor is used, it is usually used only in a frequency range higher than the natural frequency, and a signal in the frequency range where a jerk below the natural frequency is output. In contrast to the fact that it is not used, in the present invention, a jerk signal that is not normally used is utilized by first-order integration. Needless to say, a frequency range larger than the natural frequency is also used. The electrodynamic speed sensor has a slight individual difference in the natural frequency and damping ratio, and there is a slight individual difference in the characteristics as an acceleration signal after integrating the jerk region or differentiating the speed region, The characteristic may not be flat. What is important in the performance of the active vibration isolator is around 1 to 8 Hz. By using an electrodynamic speed sensor with a natural frequency higher than this frequency range, the influence due to the non-flat characteristics as described above is eliminated. Even if there is a fluctuation in the vibration performance, it can be prevented from seriously affecting the performance of the active vibration isolator.

ここで、従来のサーボ型加速度センサの場合、信号処理アンプにおいて、ＤＣ成分をカットするためのＨＰＦ（ハイパスフィルタ）を必要とし、また、高周波ノイズをカットするためのＬＰＦ（ローパスフィルタ）も必要としていた。これに対して、動電型速度センサの場合、ＤＣ成分を検出しないため、信号処理アンプにＨＰＦを必要としない。また、構造上電気回路を内蔵しないため外部電源も必要としない。そのため、自身からノイズを発生する恐れもなく、出力インピーダンスが低いため外部からのノイズの影響を受けにくい。したがって、ＬＰＦを不要にすることもできる。このように動電型速度センサの場合、従来のサーボ型加速度センサと比較して、センサ自体の構造がシンプル且つ安価なことに加えて、信号処理アンプのフィルタを不要にできるため、装置の低コスト化を実現することができる。 Here, in the case of a conventional servo acceleration sensor, the signal processing amplifier requires an HPF (high pass filter) for cutting a DC component, and also requires an LPF (low pass filter) for cutting high frequency noise. It was. On the other hand, in the case of an electrodynamic speed sensor, since no DC component is detected, no HPF is required for the signal processing amplifier. In addition, since no electric circuit is built in the structure, no external power source is required. Therefore, there is no fear of generating noise from itself, and since the output impedance is low, it is difficult to be influenced by external noise. Therefore, the LPF can be eliminated. In this way, in the case of an electrodynamic speed sensor, the structure of the sensor itself is simple and inexpensive as compared with a conventional servo type acceleration sensor. Cost reduction can be realized.

また、図１において、コントローラ３は、第１の速度センサ２４から出力された加加速度信号を一階積分して加速度信号に変換し、また、第１の速度センサ２４から出力された速度信号を一階微分して加速度信号に変換する微分／積分部３１と、予め定められた空気アクチュエータ２３の浮上目標値から変位センサ２８により検出された相対変位ｇを減算して偏差を算出する偏差算出部３２と、偏差算出部３２で算出された偏差と第１の速度センサ２４からの出力値（加速度信号）とに基づいて位置制御及び振動制御を行うＦＢ（フィードバック）制御部３３と、第２の速度センサ２６からの出力値（加速度信号）に基づいて床からの振動制御を行う床ＦＦ（フィードフォワード）制御部３４とを備える。 Further, in FIG. 1, the controller 3 performs first-order integration of the jerk signal output from the first speed sensor 24 to convert it into an acceleration signal, and the speed signal output from the first speed sensor 24 is converted into an acceleration signal. A differential / integrator 31 that performs first-order differentiation and converts it into an acceleration signal, and a deviation calculator that calculates a deviation by subtracting the relative displacement g detected by the displacement sensor 28 from a predetermined flying target value of the air actuator 23 32, an FB (feedback) control unit 33 that performs position control and vibration control based on the deviation calculated by the deviation calculation unit 32 and the output value (acceleration signal) from the first speed sensor 24, and a second A floor FF (feed forward) control unit 34 that performs vibration control from the floor based on an output value (acceleration signal) from the speed sensor 26 is provided.

また、コントローラ３は、ＦＢ制御部３３からの出力値と床ＦＦ制御部３４からの出力値とを加算する加算部３５と、加算部３５からの出力に基づいてサーボバルブ２９を駆動するサーボアンプ３６と、偏差算出部３２，微分／積分部３１，及び加算部３５からの出力をモニタするアナログモニタ３７とを備える。このコントローラ３は、ＡＣ電源６から電力が供給されるものとする。 The controller 3 also includes an adder 35 that adds the output value from the FB controller 33 and the output value from the floor FF controller 34, and a servo amplifier that drives the servo valve 29 based on the output from the adder 35. 36, and an analog monitor 37 that monitors the outputs from the deviation calculation unit 32, the differentiation / integration unit 31, and the addition unit 35. The controller 3 is supplied with power from an AC power source 6.

アナログモニタ３７は、オシロスコープやＦＦＴ(Fast Fourier Transform)等と接続され、オシロスコープやＦＦＴ(Fast Fourier Transform)等は、アナログモニタ３７からの各種出力を表示することができる。 The analog monitor 37 is connected to an oscilloscope, FFT (Fast Fourier Transform), or the like, and the oscilloscope, FFT (Fast Fourier Transform), or the like can display various outputs from the analog monitor 37.

アクティブ除振装置１のフィードバック（ＦＢ）制御系について説明する。
まず、変位センサ２８は、設置基準面に対する機器搭載テーブル２１の相対変位ｇを検出する。そして、偏差算出部３２は、予め定められた空気アクチュエータ２３の浮上目標値から、変位センサ２８で検出された相対変位ｇを減算して偏差を算出する。ＦＢ制御部３３は、偏差算出部３２で算出された偏差がゼロになるように位置制御を行い、機器搭載テーブル２１を一定の位置に制御する。また、ＦＢ制御部３２は、微分／積分部３１から出力された加速度信号に基づいて、機器搭載テーブル２１の振動を抑制するように制御する。 A feedback (FB) control system of the active vibration isolator 1 will be described.
First, the displacement sensor 28 detects the relative displacement g of the device mounting table 21 with respect to the installation reference plane. Then, the deviation calculating unit 32 calculates the deviation by subtracting the relative displacement g detected by the displacement sensor 28 from the predetermined flying target value of the air actuator 23. The FB control unit 33 performs position control so that the deviation calculated by the deviation calculation unit 32 becomes zero, and controls the device mounting table 21 to a fixed position. Further, the FB control unit 32 performs control to suppress vibration of the device mounting table 21 based on the acceleration signal output from the differentiation / integration unit 31.

また、アクティブ除振装置１の床フィードフォワード（ＦＦ）制御系について説明する。
上記のＦＢ制御系における振動制御は、機器搭載テーブル２１の振動を抑制するのに対して、この床ＦＦ制御系は、架台２２から機器搭載テーブル２１へ振動が伝わらないように制御するようにしたものである。すなわち、架台２２に設置された第２の速度センサ２６から出力される加加速度信号または速度信号を微分／積分部３１で加速度信号に変換する。床ＦＦ制御部３４は、微分／積分部３１から出力された加速度信号に基づいて、架台２２から機器搭載テーブル２１に伝わる振動を打ち消すように制御することにより、架台２２から機器搭載テーブル２１へ伝わる振動が抑制される。なお、床ＦＦ制御系は、単独で用いられることはなく、ＦＢ制御系と併用して用いられる。 A floor feedforward (FF) control system of the active vibration isolator 1 will be described.
The vibration control in the above FB control system suppresses the vibration of the equipment mounting table 21, whereas the floor FF control system controls the vibration so that the vibration is not transmitted from the gantry 22 to the equipment mounting table 21. Is. That is, the jerk signal or speed signal output from the second speed sensor 26 installed on the gantry 22 is converted into an acceleration signal by the differentiation / integration unit 31. The floor FF control unit 34 transmits the vibration transmitted from the gantry 22 to the device mounting table 21 based on the acceleration signal output from the differentiation / integration unit 31, thereby transmitting the signal from the gantry 22 to the device mounting table 21. Vibration is suppressed. The floor FF control system is not used alone but is used in combination with the FB control system.

加算部３５は、ＦＢ制御部３３からの出力値と床ＦＦ制御部３４からの出力値とを加算して出力し、サーボアンプ３６は、加算部３５からの出力値に基づいて、サーボバルブ２９を駆動する。サーボバルブ２９は、空気ばね室２３ｂの内圧を調整することでピストン２３ａを動作させ、機器搭載テーブル２１の位置や振動を制御する。 The adding unit 35 adds the output value from the FB control unit 33 and the output value from the floor FF control unit 34 and outputs the result. The servo amplifier 36 is based on the output value from the adding unit 35. Drive. The servo valve 29 operates the piston 23a by adjusting the internal pressure of the air spring chamber 23b, and controls the position and vibration of the device mounting table 21.

このように本発明によれば、空気圧制御式のアクティブ除振装置において、サーボ型加速度センサの代わりに、比較的安価な動電型速度センサを用いることにより、構造をシンプルにして低コスト化を実現することができる。 As described above, according to the present invention, in a pneumatically controlled active vibration isolator, a relatively inexpensive electrodynamic speed sensor is used instead of a servo acceleration sensor, thereby simplifying the structure and reducing the cost. Can be realized.

１…アクティブ除振装置、２…本体部、３…コントローラ、４…排気ポート、５…レギュレータ、２１…機器搭載テーブル、２２…架台、２３…空気アクチュエータ、２３ａ…ピストン、２３ｂ…空気ばね室、２４…第１の速度センサ、２５…第１のアンプ、２６…第２の速度センサ、２７…第２のアンプ、２８…変位センサ、２９…サーボバルブ、３１…微分／積分部、３２…偏差算出部、３３…ＦＢ制御部、３４…床ＦＦ制御部、３５…加算部、３６…サーボアンプ、３７…アナログモニタ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Active vibration isolator, 2 ... Main-body part, 3 ... Controller, 4 ... Exhaust port, 5 ... Regulator, 21 ... Equipment mounting table, 22 ... Mount, 23 ... Air actuator, 23a ... Piston, 23b ... Air spring chamber, 24 ... 1st speed sensor 25 ... 1st amplifier 26 ... 2nd speed sensor 27 ... 2nd amplifier 28 ... Displacement sensor 29 ... Servo valve 31 ... Differential / integral part 32 ... Deviation Calculation part, 33 ... FB control part, 34 ... Floor FF control part, 35 ... Addition part, 36 ... Servo amplifier, 37 ... Analog monitor.

Claims

空気圧制御式のアクティブ除振装置であって、
機器の搭載を可能とした機器搭載テーブルと、該機器搭載テーブルを設置基準面に対して支持する支持手段と、前記機器搭載テーブルと前記支持手段との間に設けられ且つ前記機器搭載テーブルを駆動するアクチュエータと、前記機器搭載テーブルの振動を検出する動電型速度センサと、該動電型速度センサの出力信号を加速度信号に変換する制御手段とを備え、
前記機器搭載テーブルが前記動電型速度センサの固有振動数以下の振動数で振動している場合、前記制御手段は、前記動電型速度センサから出力される加加速度信号を積分して加速度信号に変換し、
前記機器搭載テーブルが前記動電型速度センサの固有振動数より大きな振動数で振動している場合、前記制御手段は、前記動電型速度センサから出力される速度信号を微分して加速度信号に変換することを特徴とするアクティブ除振装置。 A pneumatically controlled active vibration isolator,
A device mounting table capable of mounting devices, a support means for supporting the device mounting table with respect to an installation reference plane, and provided between the device mounting table and the support means and driving the device mounting table comprising an actuator for the electrodynamic velocity sensors for detecting vibration of the device mounting table, and control means for converting the output signal of the animal electrodynamic velocity sensors acceleration signal,
When the device mounting table vibrates at a frequency less than or equal to the natural frequency of the electrodynamic speed sensor, the control means integrates the jerk signal output from the electrodynamic speed sensor to obtain an acceleration signal Converted to
When the device mounting table vibrates at a frequency greater than the natural frequency of the electrodynamic speed sensor, the control means differentiates the speed signal output from the electrodynamic speed sensor into an acceleration signal. active anti-vibration apparatus is characterized that you conversion.

請求項１に記載のアクティブ除振装置において、前記動電型速度センサの固有振動数は、８Ｈｚ以上の範囲であることを特徴とするアクティブ除振装置。 2. The active vibration isolator according to claim 1 , wherein a natural frequency of the electrodynamic speed sensor is in a range of 8 Hz or more.