(57)【要約】  制振装置は、筺体（１）と、駆動側固定子（２）と駆動側可動子（３）とを有し筺体（１）と接続された駆動側アクチュエータ（４）と、制振側固定子（５）と制振側可動子（６）とを有し筺体（１）と接続された制振側アクチュエータ（７）と、制御指令に基づいて駆動側アクチュエータ（４）の駆動信号を生成する第１信号演算部（８）と、制御指令に基づいて、駆動側アクチュエータ（４）の駆動により生じる筺体（１）の固有振動成分を、制振側アクチュエータ（７）の駆動により生じる筺体（１）の振動成分で低減または相殺する振動抑制指令から、駆動側アクチュエータ（４）のジャークが大きい時から小さく変化する場合に、制振側可動子（６）の変位を抑制する変位抑制指令を減算した信号に基づいて、制振側アクチュエータ（７）の駆動信号を生成する第２信号演算部（９）と、を備える。
2020044703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筺体と、
駆動側固定子と駆動側可動子とを有し前記筺体と接続された駆動側アクチュエータと、
制振側固定子と制振側可動子とを有し前記筺体と接続された制振側アクチュエータと、
制御指令に基づいて駆動側アクチュエータの駆動信号を生成する第１信号演算部と、
前記制御指令に基づいて、前記駆動側アクチュエータの駆動により生じる前記筺体の固有振動成分を、前記制振側アクチュエータの駆動により生じる前記筺体の振動成分で低減または相殺する振動抑制指令から、前記駆動側アクチュエータのジャークが大きい時から小さく変化する場合に、前記制振側可動子の変位を抑制する変位抑制指令を減算した信号に基づいて、前記制振側アクチュエータの駆動信号を生成する第２信号演算部と、
を備えることを特徴とする制振装置。
【請求項２】
前記制振側可動子は前記駆動側可動子の質量以下である
ことを特徴とする請求項１に記載の制振装置。
【請求項３】
前記制御指令は位置指令または速度指令である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の制振装置。
【請求項４】
前記第１信号演算部は、
前記制御指令に基づき、前記駆動側アクチュエータの駆動信号を生成するための駆動部制御指令を算出し、
前記第２信号演算部は、
前記制振装置の機械的定数に基づく第１フィルタ処理部および第２フィルタ処理部で構成されるフィルタ処理部を備え、
前記制御指令または前記駆動部制御指令を前記第１フィルタ処理部に通すことにより前記振動抑制指令を算出し、
前記振動抑制指令を前記第２フィルタ処理部に通すことにより前記変位抑制指令を算出し、
前記振動抑制指令から前記振動抑制指令を減算して得られた信号に基づき、前記制振側アクチュエータの駆動信号を生成するための制振部制御指令を算出する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の制振装置。
【請求項５】
前記第２フィルタ処理部は、少なくとも１つのむだ時間要素で構成される
ことを特徴とする請求項４に記載の制振装置。
【請求項６】
前記第１フィルタ処理部は、少なくとも１つのバンドパスフィルタで構成される
ことを特徴とする請求項４または５に記載の制振装置。
【請求項７】
前記第１フィルタ処理部は、前記バンドパスフィルタの通過周波数を前記筺体の共振周波数とする
ことを特徴とする請求項６に記載の制振装置。
【請求項８】
前記第２フィルタ処理部は、少なくとも１つのバンドストップフィルタで構成される
ことを特徴とする請求項４から７のいずれか１項に記載の制振装置。
【請求項９】
前記第２フィルタ処理部は、前記バンドストップフィルタの遮断周波数を前記筺体の共振周波数とする
ことを特徴とする請求項８に記載の制振装置。
【請求項１０】
前記第２フィルタ処理部は、少なくとも１つのローパスフィルタで構成される
ことを特徴とする請求項４から７のいずれか１項に記載の制振装置。
【請求項１１】
前記第２フィルタ処理部は、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を前記筺体の共振周波数以下とする
ことを特徴とする請求項１０に記載の制振装置。
【請求項１２】
前記第２フィルタ処理部は、少なくとも１つの移動平均処理で構成される
ことを特徴とする請求項４から７のいずれか１項に記載の制振装置。
【請求項１３】
前記第２フィルタ処理部は、前記移動平均処理のカットオフ周波数を前記筺体の共振周波数以下とする
ことを特徴とする請求項１２に記載の制振装置。
【請求項１４】
前記フィルタ処理部は、前記駆動側可動子の質量を前記制振側可動子の質量で除して得られる質量比以下であるゲインＫｖを掛ける
ことを特徴とする請求項４から１３のいずれか１項に記載の制振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筺体と接続されたアクチュエータを制御して筺体の振動を抑制する制振装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
今日では、半導体製造装置、工作機械および搬送装置など、様々な装置において、コントローラにより動作を制御されてワークや製品等の物体を所定方向に移動させるアクチュエータが使用されている。短時間でより多くの製品を製造するためには、ワークの移動にかかる時間はできるだけ短縮したいという要求が存在する。要求をみたすためには、アクチュエータの可動部を高速で移動させる必要があり、動作時の加速度が大きいほど装置に大きな反力（加振力）が生じる。特に、加速度の大きいリニアモータでは動作時の推力が大きいため、物体を移動させる際の加速時や減速時の加振力が大きくなる。その場合、ワークと装置の相対位置精度が悪化したり、装置を設置した床に振動が伝達することで他の装置が振動したりするという問題が生じる。【０００３】
この課題に対し、従来の加工装置では、支持装置に錘駆動装置を配置している。配置された錘駆動装置をコントローラにより駆動することで、水平移動部の移動によって加工装置に生じる振動を抑制している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１８１７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。【０００６】
特許文献１に記載された加工装置では、モータ１１ａに出力された電流指令信号あるいは電圧指令信号に基づいて錘１８による慣性力がＸテーブル７移動時の水平加振力によるモーメント力と逆位相になるようにＡＣモータ１１ｂを動作させている。Ｘテーブル７を右方へ移動する場合、Ｘテーブル７を移動させるための推力の反力によってベッド６には左向きの力がかかる。一方、錘１８を左方へ移動させると、錘１８を移動させるための推力の反力によってベッド６には右向きの力がかかる。その結果、ベッド６に作用する力を相殺して振動の発生を抑制しているわけだが、加工装置を小型・軽量にしたい場合には完全に相殺することは難しい。【０００７】
錘１８の質量を小さくしようとすると、同等の推力を得るためには加速度を大きくする必要がある。加速度を大きくすれば、当然速度、変位ともに大きくなるため加工装置が大きくなる。また、錘１８の最大変位を小さくしようとすると、同等の推力を得るためには質量を大きくする必要がある。質量を大きくすれば、錘１８を支える部材の強度を上げる必要があり、加工装置が重くなる。【０００８】
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、駆動側アクチュエータの駆動によって筺体に生じる振動成分を、制振側アクチュエータの駆動によって生じる振動成分で低減または相殺するとともに、制振側アクチュエータの片側変位を抑制する制振装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る制振装置は、筺体と、駆動側固定子と駆動側可動子とを有し前記筺体と接続された駆動側アクチュエータと、制振側固定子と制振側可動子とを有し前記筺体と接続された制振側アクチュエータと、制御指令に基づいて駆動側アクチュエータの駆動信号を生成する第１信号演算部と、前記制御指令に基づいて、前記駆動側アクチュエータの駆動により生じる前記筺体の固有振動成分を、前記制振側アクチュエータの駆動により生じる前記筺体の振動成分で低減または相殺する振動抑制指令から、前記駆動側アクチュエータのジャークが大きい時から小さく変化する場合に、前記制振側可動子の変位を抑制する変位抑制指令を減算した信号に基づいて、前記制振側アクチュエータの駆動信号を生成する第２信号演算部と、を備えるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る制振装置によれば、制御指令に基づいて駆動側アクチュエータの駆動信号および制振側アクチュエータの駆動信号を生成することによって、駆動側アクチュエータの駆動により生じる前記筺体の固有振動成分を、制振側アクチュエータの駆動により生じる前記筺体の振動成分で低減または相殺できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る制振装置の構成の一例を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る制振装置の構成の他の一例を示す概略図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態に係る制振装置の構成の他の一例を示す概略図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態に係る制振装置の第１信号演算部および第２信号演算部のブロック図である。
【図５】図５は、制振側アクチュエータが無く筺体と駆動側アクチュエータで構成された従来の装置の構成の一例を示す概略図である。
【図６】図６は、制振側アクチュエータが無く筺体と駆動側アクチュエータで構成された従来の装置において制御対象を簡易的に示すブロック図である。
【図７】図７は、制振側アクチュエータが無く筺体と駆動側アクチュエータで構成された従来の装置において制御指令を入力したときの時系列波形である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態に係る制振装置において制御対象を簡易的に示すブロック図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態のフィルタ処理部の構成の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態のフィルタ処理部の構成の他の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態に係る制振装置において第２フィルタ処理部を持たない場合に制御指令を入力したときの時系列波形である。
【図１２】図１２は、従来の装置と本発明の実施の形態の制振装置において第２フィルタ処理部を持たない場合に制御指令を入力したときの時系列波形を比較したものである。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態のフィルタ処理部の構成の一例を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施の形態の第１フィルタ処理部の構成の一例を示す図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施の形態の第１フィルタ処理部の構成の他の一例を示す図である。
【図１６】図１６は、本発明の実施の形態の第２フィルタ処理部において振動抑制指令から変位抑制指令を生成する方法を説明する図である。
【図１７】図１７は、本発明の実施の形態の第２フィルタ処理部の構成の一例を示す図である。
【図１８】図１８は、本発明の実施の形態の第２フィルタ処理部において振動抑制指令から変位抑制指令を生成する方法を説明する図である。
【図１９】図１９は、本発明の実施の形態に係る制振装置において制御指令を入力したときの時系列波形である。
【図２０】図２０は、従来の装置と本発明の実施の形態の制振装置において制御指令を入力したときの時系列波形を比較した図である。
【図２１】図２１は、従来の装置と本発明の実施の形態の制振装置において制御指令を入力したときの時系列波形を比較した図である。
【図２２】図２２は、本発明の実施の形態の第２フィルタ処理部の構成の一例を示す図である。
【図２３】図２３は、本発明の実施の形態に係る制振装置において第２フィルタ処理部にローパスフィルタを用いた場合に制御指令を入力したときの時系列波形である。
【図２４】図２４は、本発明の実施の形態に係る制振装置において第２フィルタ処理部に移動平均処理を用いた場合に制御指令を入力したときの時系列波形である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態
図１は、本発明の実施の形態における制振装置の全体構成を示す概略図である。
【００１３】
図１において、この制振装置は、筺体１、駆動側アクチュエータ４、制振側アクチュエータ７、第１信号演算部８および第２信号演算部９を備えており、床１００の上に設置されている。ここでは、駆動側アクチュエータ４と制振側アクチュエータ７が異なる平面に配置されているが、制振装置において駆動側アクチュエータ４を配置した場合に、搭載可能な空間であればよく、例えば、図２のような同一平面上にあっても、図３のように筺体を挟んで反対側の面にあってもよい。
【００１４】
ここでは、制御指令が速度指令の場合について説明する。速度を積分したものが位置であるから、位置指令であっても同様の考え方が適用できることは言うまでも無い。
【００１５】
駆動側アクチュエータ４は、駆動側固定子２と駆動側可動子３から構成され、第１信号演算部８で生成された駆動側アクチュエータの駆動信号に従い駆動される。駆動側アクチュエータ４としては、例えば、サーボモータの出力軸をねじ軸に連結したボールねじ機構や、高速・高位置決め精度が要求される場合にはリニアモータなどが挙げられる。
【００１６】
制振側アクチュエータ７は、制振側固定子５と制振側可動子６から構成され、第２信号演算部９で生成された制振側アクチュエータの駆動信号に従い駆動される。制振側アクチュエータ７としては、ボールねじ機構やリニアモータなどが挙げられる。
【００１７】
図４（ａ）に第１信号演算部８、図４（ｂ）に第２信号演算部９の構成の一例を示す。
【００１８】
第１信号演算部８は、第１速度制御演算部２１と第１推力制御演算部２２から構成される。第１速度制御演算部２１は、入力された制御指令（速度指令）に追従できるよう、例えば２自由度制御あるいはフィードバック制御など公知の方法により推力指令を算出する。第１推力制御演算部２２は、第１速度制御演算部２１で算出された推力指令に追従できるよう、例えば２自由度制御あるいはフィードバック制御など公知の方法により算出した駆動側アクチュエータの駆動信号を出力する。ここでは、直動系を制御対象として説明するので推力指令としたが、電流指令やトルク指令など制御対象に合った指令としてもよい。
【００１９】
第２信号演算部９は、フィルタ処理部２３と第２速度制御演算部２４と第２推力制御演算部２５から構成される。フィルタ処理部２３は、制御指令に対して後述するフィルタ処理を実施し、フィルタ後制御指令を出力する。第２速度制御演算部２４は、入力されたフィルタ後制御指令に追従できるよう、例えば２自由度制御あるいはフィードバック制御など公知の方法により推力指令を算出する。第２推力制御演算部２５は、第２速度制御演算部２４で算出された推力指令に追従できるよう、例えば２自由度制御あるいはフィードバック制御など公知の方法により算出した制振側アクチュエータの駆動信号を出力する。ここでは、直動系を制御対象として説明するので推力指令としたが、電流指令やトルク指令など制御対象に合った指令としてもよい。
【００２０】
まずは、図５に示す、制振側アクチュエータ７が無く筺体１と駆動側アクチュエータ４で構成された装置の動作について説明する。この装置を簡易的に示すブロック図は、図６のようになる。Ｍ１は駆動側可動子の質量、Ｍｂは筺体１の質量、Ｋｂは筺体１の剛性、Ｄｂは筺体１の粘性を表す。ここでは、駆動側可動子にかかる力を慣性力のみとしているが、摩擦力などがある場合であっても本発明で着目している筺体の固有振動成分よりも低周波の成分であるから同様の考え方が適用できる。
【００２１】
駆動側アクチュエータ４に発生した推力Ｆ１は駆動側可動子３に対して作用し、駆動側可動子３の絶対速度ｖ１＿ａｂｓは式（１）で与えられる。
【００２２】
【数１】
2020044703.tif 000003
【００２３】
一方、推力Ｆ１の反力が駆動側固定子２を介して筺体１に入ってくるため、筺体１の速度ｖｂおよび加速度ａｂは式（２）で与えられる。つまり、この制御対象の共振周波数ωｂは、式（３）のように筺体１の固有振動数となる。
【００２４】
【数２】
2020044703.tif 000004
【００２５】
【数３】
2020044703.tif 000005
【００２６】
駆動側アクチュエータ４は、停止状態から加速、減速して停止状態に戻る動作となるので、停止状態から次の停止状態までの期間をＴとすると、その際に生じる推力は、式（４）で表現できる。
【００２７】
【数４】
2020044703.tif 000006
【００２８】
式（４）は時間領域での式なので、ラプラス変換してｓ領域での式に直すと式（５）となる。
【００２９】
【数５】
2020044703.tif 000007
【００３０】
式（２）に式（５）を代入すると式（６）が得られる。
【００３１】
【数６】
2020044703.tif 000008
【００３２】
推力Ｆ１に含まれる信号において、基本波成分の振幅は一般的に他の周波数成分の振幅に比べて大きいので、推力Ｆ１を式（７）のように簡単化する。
【００３３】
【数７】
2020044703.tif 000009
【００３４】
このとき、筺体１の加速度ａｂは式（８）で与えられ、筺体１の加速度ａｂは、推力に含まれる周波数成分に対して共振周波数ωｂの成分が重畳されたものとなることがわかる。
【００３５】
【数８】
2020044703.tif 000010
【００３６】
図７は、図６の装置において制御指令を入力したときの時系列波形である。（ａ）は筺体１に対する駆動側アクチュエータの相対速度ｖ１＿ｒｅｌ、（ｂ）は駆動側アクチュエータの推力Ｆ１、（ｃ）は筺体１に対する駆動側アクチュエータの相対加速度ａ１＿ｒｅｌ、（ｄ）は筺体１に対する駆動側アクチュエータの相対変位ｘ１＿ｒｅｌ、（ｅ）は筺体１の変位ｘｂ、（ｆ）は筺体１の加速度（振動）ａｂを示す。推力が大きく変化するタイミングを起点として、筺体１は、推力と逆位相の信号に対して筺体１の固有振動成分を重畳した振動波形で振動する。
【００３７】
次に、図８のようなブロック図で表現できる、本実施の形態の制振装置において振動抑制する方法について説明する。Ｍ２は制振側可動子の質量を表す。
【００３８】
駆動側アクチュエータ４に発生した推力Ｆ１は駆動側可動子３に対して作用し、駆動側可動子３の絶対速度ｖ１＿ａｂｓは式（１）で与えられる。
【００３９】
制振側アクチュエータ７に発生した推力Ｆ２は制振側可動子６に対して作用し、制振側可動子６の絶対速度ｖ２＿ａｂｓは式（９）で与えられる。
【００４０】
【数９】
2020044703.tif 000011
【００４１】
一方、推力Ｆ１の反力が駆動側固定子２を介して、推力Ｆ２の反力が制振側固定子５を介して筺体１に入ってくるため、筺体１の速度ｖｂおよび加速度ａｂは式（１０）で与えられる。
【００４２】
【数１０】
2020044703.tif 000012
【００４３】
以下では、推力Ｆ１の反力で生じる固有振動成分を低減または相殺するための推力Ｆ２の与え方について説明する。推力Ｆ１および推力Ｆ２は、制御指令に基づいて得られた駆動信号によって生じるものであるから、推力Ｆ１とは推力Ｆ２の関係式を式（１１）とする。
【００４４】
【数１１】
2020044703.tif 000013
【００４５】
式（１１）を式（１０）に代入すると式（１２）が得られる。
【００４６】
【数１２】
2020044703.tif 000014
【００４７】
１＋Ｇ（ｓ）によって式（３）の固有振動成分を低減するためには、例えば共振周波数を遮断する式（１３）のようなバンドストップフィルタとなるようにすればよい。ωｂは遮断域の中心周波数、ζは遮断域の幅、ｄは遮断域の深さを表す。中心周波数ωｂを制振装置の機械的定数である筺体１の共振周波数とすれば固有振動成分を遮断するフィルタとすることが可能である。
【００４８】
【数１３】
2020044703.tif 000015
【００４９】
したがって、式（１３）が成り立つＧ（ｓ）は、式（１４）のような通過周波数がωｂであるバンドパスフィルタであればよい。
【００５０】
【数１４】
2020044703.tif 000016
【００５１】
なお、１＋Ｇ（ｓ）は共振周波数を遮断できるフィルタであればよいので、Ｇ（ｓ）は、例えば式（１５）のようなローパスフィルタとハイパスフィルタを組み合わせたフィルタにしても同様の効果を得られる。ここで、ｋ１およびｋ２は１より大の実数である。
【００５２】
【数１５】
2020044703.tif 000017
【００５３】
制振側アクチュエータの推力Ｆ２は、駆動側アクチュエータの推力Ｆ１に対して式（１４）のようなフィルタＧ（ｓ）を掛けたものとすればよい。
【００５４】
つまり、フィルタ処理部２３は、図９のような構成とすればよく、バンドパスフィルタ３１は式（１４）に基づくフィルタ処理を実施し、バンドパスフィルタ３１から出力された信号にゲイン３２を掛けて振動抑制指令を出力する。所望の周波数成分で構成された振動抑制指令に基づいて生成されたフィルタ後制御指令に対して、図４（ｂ）のように制御して制振側アクチュエータの駆動信号を出力することによって、駆動側アクチュエータの推力による筺体の固有振動成分を制振側アクチュエータの駆動により生じる筺体の振動成分で低減または相殺するという従来に無い効果を得ることができる。
【００５５】
バンドパスフィルタ３１は、図１０のように１からバンドストップフィルタを減算する形で実装しても同様の効果が得られることは言うまでもない。図９では１つのバンドパスフィルタで構成されたものを示したが、これ以外に複数のフィルタを持っていてもよく、式（１５）のフィルタで構成したものでも同様の効果を得られる。
【００５６】
ゲイン３２の決め方について説明する。式（１４）または式（１５）では推力について考えていたが、実際には制御指令に対してフィルタ処理をする必要がある。駆動側可動子の質量の制振側可動子の質量に対する比をＫｍとすると、同一の推力を得ようとすると式（１）および式（９）から、制振側可動子の加速度は駆動側可動子の加速度のＫｍ倍でなければならない。つまり、式（１４）または式（１５）のフィルタ効果を実現するためには、ゲイン３２を式（１６）で与える必要がある。
【００５７】
【数１６】
2020044703.tif 000018
【００５８】
本発明の実施の形態の制振装置では、駆動側アクチュエータの駆動による筺体の固有振動成分を低減または相殺することを目的としているため、駆動側アクチュエータおよび制振側アクチュエータの推力の和に含まれる筺体の固有振動成分を抑制できればよい。推力は可動子の加速度と可動子の質量の積に比例するため、制振側アクチュエータが駆動側アクチュエータよりも高加速度で動作させられる場合には、制振側可動子を駆動側可動子の質量以下にしても筺体の固有振動を抑制できるという従来に無い効果が得られる。
【００５９】
ただし、ゲイン３２を大きく設定すると、制振側可動子の変位が大きくなるので筺体内での配置の制約が出てくる可能性がある。また、速度あるいは加速度が大きくなるので、制振側アクチュエータとして使用できるものが限定されてくる場合もある。したがって、筺体内での配置の制約と制振側アクチュエータの制約に合わせて、ゲイン３２は式（１７）のような値に設定すればよい。
【００６０】
【数１７】
2020044703.tif 000019
【００６１】
図１１は、本発明の実施の形態の制振装置で振動抑制指令をフィルタ後制御指令とした場合の時系列波形である。（ａ）〜（ｄ）において実線は駆動側アクチュエータ、破線は制振側アクチュエータの動きを示す。（ａ）は筺体１に対する駆動側アクチュエータの相対速度ｖ１＿ｒｅｌおよび制振側アクチュエータの相対速度ｖ２＿ｒｅｌ、（ｂ）は駆動側アクチュエータの推力Ｆ１および制振側アクチュエータの推力Ｆ２、（ｃ）は筺体１に対する駆動側アクチュエータの相対加速度ａ１＿ｒｅｌおよび制振側アクチュエータの相対加速度ａ２＿ｒｅｌ、（ｄ）は筺体１に対する駆動側アクチュエータの相対変位ｘ１＿ｒｅｌおよび制振側アクチュエータの相対変位ｘ２＿ｒｅｌ、（ｅ）は筺体１の変位ｘｂ、（ｆ）は筺体１の加速度（振動）ａｂを示す。筺体１の固有振動成分で振動していた図７の結果とは違い、振動成分を低減できている。
【００６２】
図１２は、図７で示した従来の装置と図１１で示した装置の時系列波形を比較したものである。破線は従来の装置、実線は図１１で示した装置の波形である。従来の装置では振動的だった駆動側変位は、図１１で示した装置では良好に収束できている。また、従来の装置では固有振動成分が出ていた筺体振動が、図１１で示した装置では低減できている。
【００６３】
図１１（ｄ）では、制振側可動子の移動方向が負方向のみとなっており、変位の片側振幅を抑制するためには両方向への移動としたい。制振側可動子の加速度を示した図１１（ｃ）において、ジャークが大きい○で囲んだ部分は筺体振動を抑制するために必要であるが、ジャークが小さい矢印で示した部分の加速度は振動抑制に影響が小さく設定の自由度がある。つまり、図９および図１０の制御部３３を適切に設計することで、ジャークが小さいときに制振側可動子の変位の片側振幅を抑制する変位抑制指令を生成可能である。
【００６４】
図１３は、筺体振動抑制を狙った振動抑制指令と、制振側可動子の変位の片側振幅抑制するための変位抑制指令を考慮した、本発明の実施の形態の制振装置のフィルタ処理部２３を示したものである。フィルタ処理部２３は、第１フィルタ処理部４１と第２フィルタ処理部４２と加減算処理部４３で構成から構成される。第１フィルタ処理部４１は、制御指令に基づいて振動抑制指令を出力する。第２フィルタ処理部４２は、振動抑制指令に基づいて変位抑制指令を出力する。加減算処理部４３は、振動抑制指令から変位抑制指令を減算してフィルタ後制御指令を出力する。
【００６５】
第１フィルタ処理部４１は制御指令に基づいて振動抑制指令を算出するブロックであるから、前述の図９あるいは図１０の考え方を適用して、図１４あるいは図１５のような構成にすればよい。
【００６６】
変位抑制指令を算出するための考え方について、図１６を用いて説明する。制御指令に対してフィルタ処理を実施して得られたフィルタ後制御指令に基づいて制御するが、理解しやすいため推力に影響する加速度の次元に変換して論じる。図１６（ａ）は筺体の振動抑制のための加速度指令、（ｂ）は（ａ）をむだ時間分遅らせた信号、（ｃ）は（ａ）から（ｂ）を減算して得られる信号である。枠で囲んだ領域はジャークが大きく筺体の振動抑制のための加速度指令が必要であるが、（ａ）と（ｃ）ではほとんど変化が無く（ｃ）の加速度指令であっても筺体の振動抑制効果はある。一方、枠で囲んだ領域以外のジャークが小さい領域では、（ｃ）では加速度指令の符号を反転させることができており変位の片側振幅を抑制できる。ただし、振動抑制指令を生成するフィルタは、主に制振装置の共振周波数成分を通すものなので、むだ時間だけずらして単に減算すると対象周波数成分の位相がずれて本来得たい振動抑制効果を得ることが難しくなる。
【００６７】
したがって、第２フィルタ処理部４２は、例えば図１７の構成とすればよい。むだ時間要素５１は、振動抑制指令に対してむだ時間遅延させた遅延振動抑制指令を出力する。バンドストップフィルタ５２は、遅延振動抑制指令に対して筺体の振動抑制で必要な周波数成分を遮断して変位抑制指令を出力する。なお、遮断周波数を筺体の共振周波数とすることで良好な効果を得やすい。
【００６８】
図１８は、図１６同様に加速度の次元で振動抑制指令、変位抑制指令およびフィルタ後制御指令を示したものである。（ａ）は振動抑制指令の加速度変換値、（ｂ）は変位抑制指令の加速度変換値、（ｃ）はフィルタ後制御指令の加速度変換値である。枠で囲んだジャークが大きい領域では（ａ）と（ｃ）でほとんど変化が無く、（ｃ）であっても筺体の振動抑制効果はある。一方、枠で囲んだ領域以外のジャークが小さい領域では、（ｃ）では符号を反転させることができており変位の片側振幅を抑制できる。
【００６９】
図１９は、本発明の実施の形態の制振装置において制御指令を入力したときの時系列波形である。（ａ）〜（ｄ）において実線は駆動側アクチュエータ、破線は制振側アクチュエータの動きを示す。（ａ）は筺体１に対する駆動側アクチュエータの相対速度ｖ１＿ｒｅｌおよび制振側アクチュエータの相対速度ｖ２＿ｒｅｌ、（ｂ）は駆動側アクチュエータの推力Ｆ１および制振側アクチュエータの推力Ｆ２、（ｃ）は筺体１に対する駆動側アクチュエータの相対加速度ａ１＿ｒｅｌおよび制振側アクチュエータの相対加速度ａ２＿ｒｅｌ、（ｄ）は筺体１に対する駆動側アクチュエータの相対変位ｘ１＿ｒｅｌおよび制振側アクチュエータの相対変位ｘ２＿ｒｅｌ、（ｅ）は筺体１の変位ｘｂ、（ｆ）は筺体１の加速度（振動）ａｂを示す。筺体１の固有振動成分で振動していた図７の結果とは違い、振動成分を低減できている。また、変位抑制指令を考慮していない図１１の結果とは違い、制振側可動子の変位の片側振幅を低減できている。
【００７０】
図２０は、図７で示した従来の装置と本発明の実施の形態の制振装置の時系列波形を比較したものである。破線は従来の装置、実線は本発明の実施の形態の制振装置の波形である。従来の装置では振動的だった駆動側変位は、本発明の実施の形態の制振装置では良好に収束できている。また、従来の装置では固有振動成分が出ていた筺体振動が、本発明の実施の形態の制振装置では低減できている。
【００７１】
図２１は、図１１で示した装置と本発明の実施の形態の制振装置の時系列波形を比較したものである。破線は図１１で示した装置、実線は本発明の実施の形態の制振装置の波形である。図１１で示した装置では一方向に移動して変位の片側振幅が大きかったが、本発明の実施の形態の制振装置ではジャークが小さい領域での加速度の符号反転によって変位の片側振幅を低減できている。
【００７２】
また、第２フィルタ処理部４２ａは、図２２の構成としてもよい。第２フィルタ処理部４２ａにおいて、むだ時間要素５１は、振動抑制指令に対してむだ時間遅延させた遅延振動抑制指令を出力する。ローパスフィルタ５３は、遅延振動抑制指令に対して筺体の振動抑制で必要な周波数成分を遮断して変位抑制指令を出力する。なお、カットオフ周波数を筺体の共振周波数以下とすることで良好な効果を得やすい。
【００７３】
図２３は、第２フィルタ処理部４２ａを適用した本発明の実施の形態の制振装置において制御指令を入力したときの時系列波形である。筺体１の固有振動成分で振動していた図７の結果とは違い、振動成分を低減できている。また、変位抑制指令を考慮していない図１１の結果とは違い、制振側可動子の変位の片側振幅を低減できている。
【００７４】
また、第２フィルタ処理部４２ｂは、図２２の構成としてもよい。第２フィルタ処理部４２ｂにおいて、むだ時間要素５１は、振動抑制指令に対してむだ時間遅延させた遅延振動抑制指令を出力する。移動平均処理５４は、遅延振動抑制指令に対して筺体の振動抑制で必要な周波数成分を遮断して変位抑制指令を出力する。なお、カットオフ周波数を筺体の共振周波数以下とすることで良好な効果を得やすい。
【００７５】
図２４は、第２フィルタ処理部４２ｂを適用した本発明の実施の形態の制振装置において制御指令を入力したときの時系列波形である。筺体１の固有振動成分で振動していた図７の結果とは違い、振動成分を低減できている。また、変位抑制指令を考慮していない図１１の結果とは違い、制振側可動子の変位の片側振幅を低減できている。
【００７６】
なお、駆動側アクチュエータ４および制振側アクチュエータ７を直動系として扱ったが、回転系の場合も本発明を適用できる。図１３は、図８を回転系の場合に変更したブロック図である。Ｔ１は駆動側アクチュエータ４の出力トルク、Ｔ２は制振側アクチュエータ７の出力トルク、Ｊ１は駆動側可動子のイナーシャ、Ｊ２は制振側可動子のイナーシャ、Ｊｂは筺体１のイナーシャ、Ｋｂは筺体１の剛性、Ｄｂは筺体１の粘性を表す。前述のＦ１をＴ１に、Ｆ２をＴ２に、Ｍ１をＪ１に、Ｍ２をＪ２に、ＭｂをＪｂに読み替えることで、従来の装置では固有振動成分が出ていた筺体振動を、本発明の実施の形態の制振装置では低減することができる。
【００７７】
また、本実施の形態では、ジャークが小さい制振側可動子の変位の片側振幅を抑制する変位抑制指令をフィルタ手段等を用いて算出する構成としたが、例えばジャークが大きい時から小さく変化する場合にのみ、ジャーク変化から所定時間のみ、加速度の符号反転を可能とする固定値の変位抑制指令を振動抑制指令から減算する構成としても良い。このような構成を取ることで、フィルタ演算を用いること無く、より軽い演算負荷で、筐体振動の低減と制振側可動子の変位の片側振幅低減の両立が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
以上のように、本発明に係る制振装置は、駆動側アクチュエータが移動する際の推力が筺体に与える反力によって生じる筺体の固有振動成分を、制振側アクチュエータが移動する際の推力によって低減または相殺するため、駆動側可動子を高速で移動することが可能となり、短時間で多くの製品を製造したい半導体製造装置、実装機、工作機械および搬送装置などの用途に適用できる。
【符号の説明】
【００７９】
１  筐体
２  駆動側固定子
３  駆動側可動子
４  駆動側アクチュエータ
５  制振側固定子
６  制振側可動子
７  制振側アクチュエータ
８  第１信号演算部
９  第２信号演算部
２１  第１速度制御演算部
２２  第１推力制御演算部
２３  フィルタ処理部
２４  第２速度制御演算部
２５  第２推力制御演算部
３１  バンドパスフィルタ
３２  ゲイン
４１  第１フィルタ処理部
４２、４２ａ、４２ｂ  第２フィルタ処理部
４３  加減算処理部
５１  むだ時間要素
５２  バンドストップフィルタ
５３  ローパスフィルタ
５４  移動平均処理
【図１】
2020044703.tif 000020
【図２】
2020044703.tif 000021
【図３】
2020044703.tif 000022
【図４】
2020044703.tif 000023
【図５】
2020044703.tif 000024
【図６】
2020044703.tif 000025
【図７】
2020044703.tif 000026
【図８】
2020044703.tif 000027
【図９】
2020044703.tif 000028
【図１０】
2020044703.tif 000029
【図１１】
2020044703.tif 000030
【図１２】
2020044703.tif 000031
【図１３】
2020044703.tif 000032
【図１４】
2020044703.tif 000033
【図１５】
2020044703.tif 000034
【図１６】
2020044703.tif 000035
【図１７】
2020044703.tif 000036
【図１８】
2020044703.tif 000037
【図１９】
2020044703.tif 000038
【図２０】
2020044703.tif 000039
【図２１】
2020044703.tif 000040
【図２２】
2020044703.tif 000041
【図２３】
2020044703.tif 000042
【図２４】
2020044703.tif 000043
【国際調査報告】
2020044703.tif 000044
2020044703.tif 000045
2020044703.tif 000046