(57)【要約】【課題】  機器の移動に伴う除振台の振れ、揺れを減少させる。【解決手段】  搭載機器Ｍに入力される移動指令Ｄ１の有無をチェックし（ステップＳ１）、搭載機器Ｍに移動指令Ｄ１が発せられているときには、タイマーを動作させ（ステップＳ２）、移動方向の空気ばねの比例ソレノイドバルブに対し、給気・排気指令を出す（ステップＳ３）。設定時間経過後タイマーを停止させ、（ステップＳ４）、ついで変位センサの検知信号Ｄ２による姿勢制御に切り替え（ステップＳ５）、変位センサに得られた検知信号Ｄ２をもって比例ソレノイドバルブによる給気・排気制御に切り替え（ステップＳ６）、空気ばねの高さを変えて除振台を水平姿勢に調整する（ステップＳ７）。なお、搭載機器Ｍに移動指令Ｄ１が発せられていないときには、変位センサに得られた検知信号Ｄ２に基づいて除振台の姿勢をチェックし（ステップＳ８）、ステップＳ７に戻る。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１段制御手段と、第２段制御手段とを有し、機器を搭載した除振台の要所を支える２以上のそれぞれの空気ばねに給気し、あるいは空気ばねより排気しつつ搭載機器の移動に伴う除振台の姿勢変動を補償して水平姿勢に制御するアクティブ姿勢制御方法であって、
第１制御手段は、搭載機器の移動開始初期の一定時間の間、搭載機器の移動によって生じる除振台の重心位置の変化を予想し、搭載機器の移動によって荷重が加わる側の空気ばねに給気し、搭載機器の移動によって荷重が減少する側の空気ばねを排気して除振台を水平姿勢に制御する処理であり、
第２制御手段は、第１制御手段による制御期間の終了後、除振台の高さを検知し、その検知信号をもって空気ばねに給・排気することによって除振台を水平姿勢に制御する処理であることを特徴とするアクティブ姿勢制御方法。
【請求項２】
第１制御手段は、除振台上の搭載機器に与えられた移動指令をトリガーとして開始されるものであり、
第２制御手段は、除振台の高さを検知する変位センサの検知信号を選択的に利用するものであり、
第１制御手段の移動指令と第２制御手段の検知信号との信号の切り替えのタイミングは搭載機器の移動量、移動のタイミングとの関係で自由に設定されるものであることを特徴とする請求項１に記載のアクティブ姿勢制御方法。
【請求項３】
第１制御手段の制御期間を設定し、期間の経過後、第２制御手段に切り替える操作は、タイマーによって行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のアクティブ姿勢制御方法。
【請求項４】
除振台上を移動する機器の移動位置を何分割かし、分割された各位置に機器が達する時間と、その位置に達したときに発する移動指令とを設定し、機器の移動変位に従って段階的に発生する移動指令をもって比例制御ソレノイドバルブから空気ばねに給気あるいは排気する空気量を段階的に調整することを特徴とする請求項１に記載のアクティブ姿勢制御方法。
【請求項５】
除振台に搭載された機器に入力される移動指令と、変位センサの検知信号を選択的に利用して空気ばねへの給気、排気の切り替えを行う請求項１に記載のアクティブ姿勢制御方法であって、搭載機器に入力される特定方向の移動指令の有無をチェックするステップと、搭載機器に対して移動指令が発せられているときには、直ちにタイマーを動作させるステップと、搭載機器の移動方向の空気ばねの比例ソレノイドバルブに対し、給気指令を出すステップと、タイマーに設定された一定時間経過後タイマーを停止させるステップと、ついで変位センサによる制御に切り替えるステップと、変位センサに得られた検知信号をもって比例ソレノイドバルブによる給気、排気制御に切り替えるステップと、除振台を水平姿勢に調整するステップと、搭載機器に対して移動指令が発せられていないときは、変位センサに得られた検知信号をもって、除振台の水平姿勢が維持されているかどうかをチェックして除振台を水平姿勢に戻すステップとを有することを特徴とするアクティブ姿勢制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気ばねをアクチュエータとするアクティブ姿勢制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工場、レーザー応用製品製造工場、その他の精密加工工場などに設置された加工装置や測定装置においては、きわめてわずかな微振動であっても加工精度や測定精度に影響を与えることがあるため、微振動を高度に制振する性能が要求される。特に往復移動する機器を除振台に搭載するような場合には、搭載機器の移動によって除振台には荷重変動による浮き沈みが生じ、あるいは搭載機器の移動に加速度が伴うと、除振台には搭載機器の加速度によるテーブルの振れや揺れが生じる。本発明において、搭載機器とは、半導体製造や液晶の製造のためのステッパーやスキャナ、露光装置のように往復動するテーブルあるいはステージを備えた機器を意味している。以下の説明では分かりやすく示すため、機器全体が除振台上を移動する例を図示している。このような搭載機器が移動することによって生じる除振台の浮き沈みや振れ、揺れは可及的速やかに制振しなければならない。
【０００３】
搭載機器が移動することによって生じる除振台の浮き沈みや振れ、揺れは可及的速やかに制振するという要求に対し、変位センサと、アクチュエータとしての空気ばねとの組合せを用いたいわゆるアクティブ姿勢制御装置が実用化されている。変位センサは、搭載機器の移動によって生じるテーブルの振れ、揺れ、浮き沈みによる除振台の上下の変位を検知するものである。空気ばねは、除振台を支え、空気ばねの内圧は、除振台の上下変位の検知信号によって駆動される圧力制御弁によって制御され、除振台は、空気ばねの伸長あるいは収縮によって水平の姿勢に保持される。
【０００４】
アクティブ姿勢制御装置によれば、除振台の姿勢制御ばねとダンパーとの組合せによるパッシブ除振装置では困難とされている除振台の姿勢制御、除振性能と制振性能をバランスよく実現できるものとして期待されている。
【０００５】
空気ばねの内圧を制御する圧力制御弁には、通常メカニカルバルブが用いられる。除振台上には、電子顕微鏡、半導体製造装置の露光機などの機器が搭載されるが、搭載機器が除振台上を移動するテーブルを備える機器Ｍの場合には、図７（ａ）のように搭載機器Ｍの安定支持のために除振台１の四隅が４個の空気ばね３ａ〜３ｄで支持される。しかし、除振台１の上下の変位を除振台１の四隅の変位センサ１０ａ〜１０ｄで個別に検知し、その検知信号をもって除振台１の四隅を支える４個の空気ばね３ａ〜３ｄの内圧を個別に制御する４点検知方式では、除振台１を水平姿勢に制御することは難しい。
【０００６】
このため、図７（ｂ）に示すように除振台１の１辺の両端の２個所と、他辺中央の１箇所とに変位センサ１０ｃ、１０ｄおよび１０ａｂを設置し、除振台１の１辺両端の変位センサ１０ｃ、１０ｄにてそれぞれ除振台１の１辺両端の空気ばね３ｃ、３ｄの高さを個別に制御し、他辺中央の変位センサ１０ａｂにて他辺両端の２つの空気ばね３ａ、３ｂの高さを制御する、いわゆる３点検知方式にて除振台１を水平姿勢に制御していた。３点検知方式によれば１度の調整で除振台１を水平姿勢に調整することが可能となる。
【０００７】
しかしながら、３点検知方式によるときには、除振台１上を搭載機器Ｍが前後、左右さらには斜め方向に移動するときには、３点の水平姿勢は確保できるものの除振台１の板面にひねりが生じて水平面を得ることが難しい。このような問題点を解消するためには、除振台の剛性を高めるなどの対応策も考えられるが、除振台の姿勢制御に高精度を要求されるときには、姿勢制御が難しいのを承知の上で前述の４点検知方式によらざるを得ない。
【０００８】
このため、手数をかけて各空気ばねの内圧調整用のメカニカルバルブを操作して、４個の空気ばねのバランスを保たせるように微調整を繰り返し行なうことによって対応していた。しかし、メカニカルバルブを如何に精密に微調整して除振台を水平姿勢に調整できたとしても、搭載機器の移動による上下変位に応じて空気ばねが伸縮変位を繰り返す間に除振台の経時的変化として姿勢に狂いが生じてくるのは避けられず、除振台の姿勢に狂いが生じるたびに搭載機器の運転を停止して各空気ばねのメカニカルバルブを個別に微調整しなければならない。
【０００９】
このような問題が生じる最大の原因は、圧力調整弁には、給気も排気もしないゾーン（以下これを不感帯という）が存在するからである。図８（ａ）〜（ｃ）に圧力制御弁（メカニカルバルブ）の有する不感帯によって除振台の姿勢に狂いが生ずる原因を４点検知方式を例にとって説明する。
【００１０】
図８（ａ）、（ｂ）において、除振台１は、四隅がそれぞれ空気ばね３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄで支えられ、それぞれの空気ばねの高さは変位センサの高さ検知信号によって個別に制御される４点検知方式を示している。すなわち、図８（ａ）、（ｂ）は、除振台１の四隅の上下変位は除振台１の四隅の変位センサ１０ａ〜１０ｄで個別に検知され、圧力制御弁（メカニカルバルブ）を給気、排気に切り替えて除振台の四隅を支える４個の空気ばねの内圧を個別に制御する。例えば除振台１上で搭載機器Ｍが台の中央から矢印Ｘ１方向に移動すると、空気ばね３ａ，３ｂが伸長し、３ｃ，３ｄが圧縮される。
【００１１】
したがって、それぞれの圧力制御弁が動作し、空気ばね３ａ，３ｂ内は排気、空気ばね３ｃ，３ｄは給気となって、除振台１を水平姿勢に保たせようとする。逆に機器Ｍが矢印Ｘ２方向に移動すると、空気ばね３ａ，３ｂは圧縮されて、給気、空気ばねは３ｃ，３ｄは伸長して排気となり、除振台１は、上面の荷重変動による浮き沈みの傾きに応じてそれぞれの空気ばねへの給・排気が繰り返される。
【００１２】
ところが、メカニカルバルブに限らないが通常圧力制御弁には、給気側から排気側に移るとき、あるいは排気側から給気側に移るときの一定ストローク範囲に、給気も排気もしないゾーン（以下これを不感帯という）があり、この不感帯の位置を全て同一平面にあるように調整することが困難であるために、個々の圧力制御弁の不感帯の位置にずれが生じてしまう。
【００１３】
図８（ｃ）において、除振台１が水平姿勢を保つ高さを仮に基準レベルＬとすると、基準レベルＬの高さを挟んで例えば空気ばね３ａ，３ｂの圧力制御弁が形成する不感帯Ｗ１、Ｗ２の幅や位置は必ずしも同じではない。今空気ばね３ａ，３ｂのバルブが形成する不感帯Ｗ１、Ｗ２の位置に図示のように排気側にｄ１、給気側にｄ２の差があったとすると、両バルブの不感帯Ｗ１、Ｗ２の位置のずれによって空気ばね３ａ，３ｂへの給・排気の停止時間にずれが生じ、空気ばね３ａに対しては、排気が多く、給気が少なく、空気ばね３ｂに対して給気が多く、排気が少ないという現象が生じ、除振台上で搭載機器が移動するたびに各空気ばねへの空気の給・排気量の差が蓄積され、各空気ばね間のバランスが崩れて除振台の四隅の支持にねじれが生じるのである。
【００１４】
このような問題点を解決するため、発明者は先に各空気ばねへの給排気量を制御する流量制御弁に比例制御ソレノイドバルブを用い、変位センサに得られた除振台の高さ検知信号をもって比例制御ソレノイドバルブを制御し、空気ばねへの空気の給・排気を切り替えるとともに各比例制御ソレノイドバルブごとに異なる不感帯の範囲を強制的に一定の範囲に設定することを目的としたアクティブ姿勢制御方法及びアクティブ姿勢制御装置を開発した（特許文献３参照）。
【００１５】
この方法によれば、各比例制御ソレノイドバルブに固有の不感帯の差に起因して経時的に発生する除振台のねじれ現象の発生を防止でき、またこの方法を実施する装置によれば、空気ばねへの給排気量制御用の流量制御弁に比例制御ソレノイドバルブを用いるため、変位センサに得られた除振台の高さ検知の出力電圧の大きさをもって空気ばねに対する給気、排気量を電気的に制御でき、除振台を支える２以上の空気ばねをそれぞれ制御する比例制御ソレノイドバルブの不感帯の位置ずれに関係なく、除振台が水平姿勢に復帰したときには、変位センサの出力電圧をもって空気ばねの給気管路、排気管路を強制的に閉鎖することによって各比例制御ソレノイドバルブの不感帯の位置ずれに影響されずに除振台の姿勢を制御できる。
【００１６】
また、このような制御によって、除振台を支える２以上の空気ばねをそれぞれ制御する比例制御ソレノイドバルブの不感帯の位置ずれを解消し、除振台上の荷重変動にかかわらず、除振台の支持構造に従来困難とされていた４点検知方式を採用しても除振台にねじれを生じさせることがなく、浮き沈みによる除振台の姿勢の変化を高度に姿勢制御して高精度に水平姿勢を保たせることができる。
【００１７】
ところで、上記システムは、変位センサに得られた除振台の高さ検知信号をもって比例制御ソレノイドバルブを制御し、空気ばねへの空気の給・排気を切り替えるとともに各比例制御ソレノイドバルブごとに異なる不感帯の範囲を強制的に一定の範囲に設定するのであるが、搭載機器の移動変化が急峻になるにつれ、空気ばねが受ける支持荷重の変動と変位センサが検知する変位の変化にズレが生じて除振台の浮き沈みの量が大きくなり、水平姿勢に復帰するまでに要する時間が長くなるという問題が生じる。
【００１８】
すなわち、重力による落下速度を上回る速さで搭載機器が水平方向に移動すると、移動した位置に応じた分の重量が遅れて空気ばねに作用するため、変位センサが検知する変位の変化が支持すべき荷重に比べて小さくなり、十分に給気されていない空気ばねに最大の荷重が圧しかかる結果、必要以上に除振台が沈み込む。また、支持荷重が軽減する側では反対の作用によって浮き上がり量が必要以上に大きくなり、結果として水平姿勢に復帰するまでの時間が長くなるという問題が生じる。このような問題は、勿論メカニカルバルブを用いて除振台の姿勢制御を行う場合においても同じである。
【特許文献１】特許公開２００３−２０２０５１
【特許文献２】特許公開２０００−２７８０５
【特許文献３】特願２００４−３０１２１７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
解決しようとする問題点は、搭載機器の移動変位が急峻であればあるほど、除振台の浮き沈みの変位を検知してから比例制御ソレノイドバルブを制御してその変位を補償しようとすると、除振台の浮き沈みの変位量が大きくなって、姿勢制御に時間遅れが生じるという点である。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、第１段制御手段と、第２段制御手段とを有し、機器を搭載した除振台の要所を支える２以上のそれぞれの空気ばねに給気し、あるいは空気ばねより排気しつつ搭載機器の移動に伴う除振台の姿勢変動を補償して水平姿勢に制御するアクティブ姿勢制御方法であって、第１制御手段は、搭載機器の移動開始初期の一定時間の間、搭載機器の移動によって生じる除振台の重心位置の変化を予想し、搭載機器の移動によって荷重が加わる側の空気ばねに給気し、搭載機器の移動によって荷重が減少する側の空気ばねを排気して除振台を水平姿勢に制御する処理であり、第２制御手段は、第１制御手段による制御期間の終了後、除振台の高さを検知し、その検知信号をもって空気ばねに給・排気することによって除振台を水平姿勢に制御する処理である点を最大の特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のアクティブ姿勢制御方法及びその装置によれば、搭載機器の移動による除振台の振れ、揺れによる浮き沈みの変位を最小限に抑え、搭載機器の移動変位に関わらず、除振台をほぼ水平姿勢に保たせた状態での作業が可能となり、ひいては除振台上で作業能率を高め、その作業精度あるいは測定精度を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
搭載機器の移動による除振台の浮き沈みの変位を最小限に抑えるという目的を除振台１上を移動する搭載機器Ｍに対する移動指令をトリガーとして利用し、搭載機器Ｍに対する移動指令と、変位センサによる除振台の変位量の検知信号とを使い分けることによって実現した。
【実施例１】
【００２３】
本発明においても、図８（ａ）に示したように、除振台１はその四隅下面にそれぞれ除振台１を支える空気ばね３（３ａ〜３ｄ）が設置され、除振台１の高さを検知して各空気ばね３ａ〜３ｄの高さを制御する４個の変位センサ１０（１０ａ〜１０ｄ）を有している。図１に、本発明の１実施例を示す要部の構成図を示す。
【００２４】
図１において、機器Ｍを搭載する除振台１は、架台２上に設置した空気ばね３に支えられている。空気ばね３は、図８に示したとおり、除振台１の四隅を支えるもので、除振台１は、空気ばね３に支えられて一定高さに保持されている。各隅の空気ばね３と、空気供給源（エアコンプレッサ）４とは空気管路５にて接続され、空気管路５には、空気ばね３の内圧を制御する流量制御弁として比例制御ソレノイドバルブ６が接続され、比例制御ソレノイドバルブ６の給気ポート７と空気供給源４間の給気側管路５ａ及び比例制御ソレノイドバルブ６の送気ポート８と空気ばね３間の送気側管路５ｂには、それぞれ管路の開閉機構となる電磁弁９ａ、９ｂが接続されている。比例制御ソレノイドバルブ６は、排気ポート１２を有し、空気ばね３に通じる空気管路５は、比例制御ソレノイドバルブ６の排気ポート１２を通して大気に開放される。
【００２５】
変位センサ１０は、空気ばね３の近傍に設置されている。変位センサ１０は、後に説明するように基準レベルＬに対する除振台１の特定部分の上下の高さを検知し、検知信号としてその高さの変化に比例した電圧を出力する。本発明において変位センサ１０には、非接触変位センサを用いている。非接触変位センサは、センサ１９と向き合わせに感知プレート２０を設置し、感知プレート２０とセンサ１９間の間隔を検知して出力電圧を出力するものである。非接触変位センサを用いることによって、除振台１と、架台２間は振動絶縁が図られる。
【００２６】
この実施例では、センサ１９を架台２上に設置し、感知プレート２０を除振台１からバー１１で吊り下げて感知プレート２０を基準レベルＬの高さに支持した例を示している。この目的に適合するセンサとして例えば、株式会社センテックの磁気式スペースセンサがある。このセンサは、渦電流式の非接触センサであり、仕様によれば、検出物体を金属として、測定範囲０〜８ｍｍ、最小分解能８μｍの性能を有している。
【００２７】
本発明によるアクティブ姿勢制御方法を説明するに先立ち、図２を参照して除振台の傾きと、その傾きを変位センサが検知してその検知信号をもって除振台の傾きを補償する要領を説明する。なお、除振台はその四隅が空気ばねで支えられているが、図２は、図８（ａ）のＸ１−Ｘ２方向から視た除振台１の側面を示しており、除振台１の両端は、空気ばね３ａ、３ｄで支えられている。図２（ａ）において、アクティブ姿勢制御装置を組み付けた除振台１を床上に設置する。床は例えば工場内の床である。床面は必ずしも水平面とは限らない。説明を分かりやすくするために、例えば床が水平面に対してθの角度で図上右上がりに傾斜していたとする。以下の説明では、図２に現れた空気ばね３ａ、３ｄ及び変位センサ１０ａ、１０ｄの動作について説明するが、その動作は、空気ばね３ｂ、３ｃ及び変位センサ１０ｂ、１０ｃの動作にもそのまま当てはまる。
【００２８】
除振台１が空気ばね３ａ、３ｄを介して架台２と平行に支えられていたとすると、架台２が傾斜角θの床面に置かれることによって、除振台１は、架台２の姿勢に倣ってθの角度で傾斜する。このとき空気ばね３ａの変位センサ１０ａと空気ばね３ｄの変位センサ１０ｄとの検知高さは同じであり、いずれも高さｄ０を検知し、検知信号として出力電圧Ｖ０を出力しているものとする。
【００２９】
図中Ｈは水準器であり、図２（ａ）では左下がりに水準器Ｈが傾いていることを示している。まず、比例制御ソレノイドバルブ（図示略）をとおして空気ばね３ａ内に給気し、これを伸長させ、水準器Ｈを見て除振台１を図２（ｂ）のように水平姿勢に調整する。このときの除振台１の高さを基準高さＬと定義する。空気ばね３ａの変位センサ１０ａの検知高さｄ１は、ｄ１＞ｄ０で給気となり、出力電圧Ｖ１＞Ｖ０を発生し、空気ばね３ｄの変位センサ１０ｄの検知高さｄ２は、ｄ２＜ｄ０で排気となり、出力電圧Ｖ２＜Ｖ０を出力する。本発明において、空気ばね３ａの変位センサ１０ａの検知信号としての出力電圧Ｖ１、空気ばね３ｄの変位センサ１０ｄの出力電圧Ｖ２が、除振台１の基準高さＬにおける新たに設定された基準電圧である。
【００３０】
図２（ｃ）において、除振台１の搭載機器ＭがＸ２側に移動すると、空気ばね３ａが圧縮され、変位センサ１０ａは、高さ（ｄ１−αｄ）を検知し、出力電圧（Ｖ１−αＶ）を出力する。一方、空気ばね３ｄは伸長し、変位センサ１０ｄは、高さ（ｄ２＋αｄ）を検知し、出力電圧（Ｖ２＋αＶ）を出力する。これによって、空気ばね３ａの比例制御ソレノイドバルブは、変位センサ１０ａの出力電圧（Ｖ１−αＶ）でバルブは給気側に切り替えられて空気ばね３ａに給気し、変位センサ１０ａの検知高さをｄ１に戻す。一方、空気ばね３ｄの比例制御ソレノイドバルブは、変位センサ１０ｄの出力電圧（Ｖ２＋αＶ）で排気側に切り替えられて空気ばね内を排気し、変位センサ１０ｄの検知高さがｄ２となり、図２（ｄ）のように除振台１は水平姿勢に戻る。
【００３１】
逆に搭載機器Ｍの移動方向が反転して空気ばね３ｄ側（Ｘ１側）に移動したときには図２（ｅ）のように空気ばね３ｄが圧縮され、変位センサ１０ｄは、高さ（ｄ２−βｄ）を検知し、出力電圧（Ｖ２−βＶ）を出力する。一方、空気ばね３ａが伸長し、変位センサ１０ａは、高さ（ｄ１＋βｄ）を検知し、出力電圧（Ｖ１＋βＶ）を出力する。出力電圧の変化値βＶが規定値より大きいときには、図２（ｆ）のように空気ばね３ａの比例制御ソレノイドバルブは、変位センサ１０ａの出力電圧（Ｖ１＋βＶ）で給気側に切り替えられて空気ばねに給気し、変位センサ１０ａの検知高さをｄ１に戻し、空気ばね３ｄの比例制御ソレノイドバルブは、変位センサ１０ｄの出力電圧（Ｖ２＋βＶ）で排気側に切り替えられて空気ばね３ｄを排気し、変位センサ１０ｄの検知高さをｄ２に戻し、除振台１は規準高さＬで水平姿勢になる。
【００３２】
ところで、除振台の姿勢が図２（ｃ）の左下がりの姿勢から図２（ｄ）のように水平姿勢に戻るときには、変位センサ１０ａの検知高さは（ｄ１−αｄ）からｄ１に変化し、変位センサ１０ｄの検知高さは（ｄ２＋αｄ）からｄ２に変化する。逆に除振台が図２（ｅ）の右下がりの姿勢から図２（ｆ）の水平姿勢に戻るときには、変位センサ１０ａの検知高さは（ｄ１＋βｄ）からｄ１に変化し、変位センサ１０ｄの検知高さは（ｄ２−βｄ）からｄ２に変化する。この変位量αｄおよびβｄは搭載機器Ｍの移動速さおよびその重量に応じて大きくなり、規準高さＬで水平姿勢に戻るまでに要する時間が長くなる。言い換えれば除振台の振れ、振れが治まるまでに長い時間を要するということである。
【００３３】
そこで、本発明においては、搭載機器Ｍに与えられる移動指令を空気ばねへの給気或いは排気指令信号に利用するものである。すなわち、本発明は、第１段制御手段と、第２段制御手段とを有し、機器を搭載した除振台の要所を支える２以上のそれぞれの空気ばねに給気し、あるいは空気ばねより排気しつつ搭載機器の移動に伴う除振台の姿勢変動を補償して水平姿勢に制御するアクティブ姿勢制御方法である。
【００３４】
本発明において、第１制御手段は、搭載機器の移動開始初期の一定時間の間、搭載機器の移動によって生じる除振台の重心位置の変化を予想し、搭載機器の移動によって荷重が加わる側の空気ばねに給気し、搭載機器の移動によって荷重が減少する側の空気ばねを排気して除振台を水平姿勢に制御する処理である。また、第２制御手段は、第１制御手段による制御期間の終了後、除振台の高さを検知し、その検知信号をもって空気ばねに給・排気することによって除振台を水平姿勢に制御する処理である。
【００３５】
図３において、第１制御手段においては、空気ばね３への給気、排気の切り替えを行う比例制御ソレノイドバルブ６の制御指令を搭載機器Ｍに入力される移動指令Ｄ１を発信し、第２制御手段においては、変位センサ１０の検知信号Ｄ２を選択的に利用する。移動指令Ｄ１と検知信号Ｄ２との信号の切り替えは、タイマー１４によって行う。
【００３６】
図４に給気指令、排気指令が発信されたときの比例制御ソレノイドバルブ６の動作要領を示す。図４（ａ）は、比例制御ソレノイドバルブ６に対して給気指令が発せられた場合である。この例では、比例制御ソレノイドバルブ６のスプール１３がソレノイド２６内に吸引されて排気ポート１２を閉じ、給気ポート７と送気ポート８が開かれ、空気供給源４内の空気が空気ばね３内に供給される。
【００３７】
比例制御ソレノイドバルブ６に対して排気指令が発せられた場合には、図４（ｂ）に示すように比例制御ソレノイドバルブ６のスプール１３がソレノイド２６から押し出され、この結果、給気ポート７が閉じ、送気ポート８と排気ポート１２とが開かれ、空気ばね３内の空気は、送気ポート８から排気ポート１２を経て大気中に放出される。図４（ｃ）は、給気、排気のいずれでもない状態（不感帯という）を示している。この実施例においては、不感帯として決定した範囲内では、比例制御ソレノイドバルブ６のすべてのポートが閉じられるかどうかに関わりなく、電磁弁９ａ、９ｂが作動して比例制御ソレノイドバルブ６と空気ばね間の管路（５ｂ）及び比例制御ソレノイドバルブ６と空気供給源４間の管路（５ａ）を強制的に遮断して空気ばね３内への給気あるいは空気ばね３内からの排気を停止させる。
【００３８】
また、図４（ｂ）の排気の状態においては、電磁弁９ａが動作して比例制御ソレノイドバルブ６と空気供給源４間の送気管路（５ａ）が閉じ、空気供給源４から比例制御ソレノイドバルブ６への給気は強制的に止められる。
【００３９】
図５に第１制御手段における、搭載機器Ｍに入力される移動指令Ｄ１と、第２制御手段における、変位センサ１０の検知信号Ｄ２を選択的に利用して空気ばね３への給気、排気の切り替えを行う制御要領のフローチャートを示す。図５において、まず、第１制御手段においては、搭載機器Ｍに入力される特定方向の移動指令Ｄ１の有無をチェックする（ステップＳ１）。搭載機器Ｍに対して移動指令Ｄ１が発せられているときには、直ちにタイマー１４を動作させ（ステップＳ２）、搭載機器の移動によって生じる除振台の重心位置の変化を予想し、搭載機器の移動によって荷重が加わる側の比例ソレノイドバルブに対し、給気・排気指令を出す（ステップＳ３）。
【００４０】
すなわち、図２の例では、搭載機器の移動によって荷重が加わって沈下する側の空気ばね（３ａ）に対しては、給気指令、搭載機器の移動によって荷重が減少するために浮上する側の空気ばね（３ｄ）に対しては排気指令を発する。タイマーに設定された一定時間経過後タイマーを停止させ、（ステップＳ４）、ついで変位センサの検知信号Ｄ２による第２制御手段による姿勢制御に切り替え（ステップＳ５）、変位センサに得られた検知信号Ｄ２をもって比例ソレノイドバルブによる給気、排気制御に切り替え（ステップＳ６）、変位センサの検知信号Ｄ２が規準電圧になったときに除振台は、規準高さＬで水平姿勢に戻し、（ステップＳ７）水平姿勢にならなければ、ステップ６に戻って比例ソレノイドバルブによる給気、排気制御を行う。一方、搭載機器Ｍに対して移動指令Ｄ１が発せられていないときは、第１制御手段は動作しないが、第２制御手段によって、変位センサに得られた検知信号Ｄ２に基づき、水平が維持されているかどうかのチェックをし（ステップＳ８）、水平が維持されていなければ、ステップ７へ戻して除振台を水平姿勢に維持させる。
【００４１】
図６に具体的にその制御要領を示す。図６（ａ）は、除振台１が規準高さＬで水平姿勢に保たれ、搭載機器Ｍは除振台１の中心位置に置かれている様子を示している。この状態は、図２（ｂ）と同じ状態である。この状態から搭載機器ＭにＸ２側への移動指令が発せられ、搭載機器Ｍが左方への移動を開始すると、第１制御手段が動作し、搭載機器の移動によって生じる除振台の重心位置の変化を予想し、搭載機器の移動によって荷重が加わる側の空気ばね３ａに対し、一定時間の間、給気指令が発せられ、搭載機器の移動によって荷重が減少する側の空気ばね３ｄに排気指令が発せられる。
【００４２】
空気ばね３ａは、給気をうけて浮上しようとするが、ついで搭載機器Ｍが、Ｘ２側へ移動するため、その支持荷重を受けて空気ばね３ａの内圧が上昇するだけで浮上は阻止され、一定時間後、変位センサの検知信号による第２制御手段に切り替わり、図６（ｂ）のように変位センサ１０ａは、実質的に検出高さｄ１を検知してその高さを維持する。一方、空気ばね３ｄに対しては排気となるが、搭載機器Ｍがその直上から遠ざかるために、空気ばね３ｄに加わる荷重が減少するため、排気によっても沈下せず、したがって変位センサ１０ｄは、実質的に検出高さｄ２を維持し、除振台１は、水平姿勢を保つ。
【００４３】
搭載機器Ｍが、Ｘ２側へ移動完了後、引き続き変位センサ１０ａは、図６（ｃ）のように検出高さｄ１を維持し、変位センサ１０ｄは、検出高さｄ２を保つ。
【００４４】
次に図６（ｄ）において、搭載機器Ｍに反対方向の移動指令が発せられ、搭載機器ＭがＸ１側の移動を開始すると、第１制御手段が動作し、移動開始直後の一定時間の間、空気ばね３ｄへの給気指令が発せられ、空気ばね３ａに排気指令が発せられる。空気ばね３ｄへの給気によってその内圧が増大し、空気ばね３ｄは浮上しようとするが、直ちにＸ１側に移動する搭載機器Ｍの重量を受けてその内圧が増すだけで浮上は阻止される。一定時間経過後は、第２制御手段に切り替えられ、変位センサ１０ｄは、実質的に検出高さｄ２を検知してその高さを保持し、荷重が減少した空気ばね３ａは、排気されて殆ど沈下せず、変位センサ１０ａは、検出高さｄ１を検知し、その高さを保つ。
【００４５】
搭載機器ＭがＸ１側へ移動し、そのストロークの終端近くに達すると、空気ばね３ｄには、搭載機器Ｍの重量が加わり、給気による内圧とつりあって、変位センサ１０ｄは、検出高さｄ２を検知して規準電圧Ｖ２を出力し、空気ばね３ａ内は排気され、変位センサ１０ａは検出高さｄ１を検知して規準電圧Ｖ１を出力し、除振台１は水平姿勢を保つ。実際には、搭載機器ＭがＸ２側からＸ１側に移動する際、或いはＸ１側からＸ２側に移動する際には過渡現象として除振台１に多少の浮き沈みが生じたとしても短時間で復帰して除振台１は規準高さＬ−Ｌで水平姿勢に戻る。
【００４６】
以上、実施例では搭載機器が１軸（Ｘ１―Ｘ２）方向に移動変位をする場合について説明したが、さらに（Ｘ１―Ｘ２）軸に直交する方向に移動する場合、さらに互いに直交する２軸方向、或いは除振台の対角線方向に移動する場合においても、搭載機器の移動によって生じる除振台の重心位置の変化を予想し、搭載機器の移動によって荷重が加わる側の空気ばねに給気し、搭載機器の移動によって荷重が減少する側の空気ばねを排気して除振台を水平姿勢に維持し、その後、各変位センサの検知信号をもって空気ばねの高さを変化させて最終的に除振台を水平姿勢に制御する要領は全く同じである。
【００４７】
第１制御手段において、搭載機器Ｍに入力される移動指令Ｄ１と、第２制御手段において、変位センサ１０の検知信号Ｄ２との切り替えのタイミングは搭載機器の移動量、移動のタイミングとの関係で自由に設定することができる。たとえば、機器が往復動するテーブル、あるいはステージを備えている場合に、そのテーブル、あるいはステージの移動位置を何分割かし、各分割されたテーブル、あるいはステージの位置に達する時間と、その位置に達したときに発する移動指令とを設定し、テーブル、あるいはステージの移動ストロークに応じて段階的に発生する移動指令をもって比例制御ソレノイドバルブから空気ばねに給気する空気量を段階的に調整し、一定時間後に変位センサの検知信号による制御に切り替えて除振台の浮き沈みを緩やかに治めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、半導体製造や、液晶の製造のためのステッパーやスキャナ、露光装置のように往復動するテーブルあるいはステージを備えた機器類を搭載した除振台として搭載機器の移動による振れ、揺らぎの変位を最小限に抑えて高度の安定性、水平保持性を実現でき、ひいては搭載機器の作業性、加工精度、測定精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明によるアクティブ姿勢制御方法を実施する装置の基本構成を示す要部を示す図である。
【図２】変位センサの検知信号によるアクティブ姿勢制御要領を示す図である。
【図３】本発明による制御要領を示す図である。
【図４】比例制御ソレノイドバルブの動作説明図である。
【図５】本発明によるアクティブ姿勢制御方法のフローチャートを示す図である。
【図６】本発明によるアクティブ姿勢制御要領を示す図である。
【図７】（ａ）は４点検知方式、（ｂ）は３点検知方式の問題点を説明するための図である。
【図８】（ａ）は除振台上を移動する搭載機器のテーブルの移動方向を示す図、（ｂ）は、同側面図、（ｃ）は２つの空気ばねの流量制御弁間に生ずる不感帯の位置ずれを説明する図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  除振台
２  架台
３  空気ばね
４  空気供給源（エアコンプレッサ）
５  管路
６  比例制御ソレノイドバルブ
７  給気ポート
８  送気ポート
９，９ａ，９ｂ  電磁弁
１０  変位センサ
１１  バー
１２  排気ポート
１３  スプール
１４  タイマー
１９  センサ
２０  感知プレート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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