面向未来的主动式解决方案 VAAV series new model

Valuable Advanced Active Vibration isolation system VAAV series

特点

■ Powerful
控制系统中采用了有着1350M(百万)FLOPS计算能力的DSP,以及由TI公司生产的TM S320C6713(225MHz)。
整个产品阵线包含了VAAV-550、1000、2200、4000、7000、10000、30000、550L以及1000L,共9种。
伺服阀包含了标准阀以及能够高速反应的大流量阀,可以根据需要分开使用。
■ Mature
针对半导体制造装置、液晶制造装置、超精密工作机械、电子显微镜等需求的实际成绩与经验能实现最高的完成度。
长期培育的主动式除振技术在这里开花结果。
■ Elegant
装备了完全同步取样16bitA/D=19ch、24bitD/A=10ch。
利用与客户使用的机器平台的加速度、位置成比例的模拟信号来实现平台前馈控制(SFF控制)。
如有需要,可以为您提供SFF控制用信号发生装置。
■ Harmony
控制装置为了方便对应OEM用途,而在后面配置了连接器。
前面板有状态表示和开关、调整用串行接口、外部模拟输出。
后面板有单位输入输出、外部模拟输入、数码输入输出(16bit)。
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能对应平台等加振力的标准系列

不会出现共振现象的主动式除振效果对于各种装置都能产生很大好处。
特别对于平台和精密机器的组合来说,主动式除振是不可欠缺的。
VAAV标准系列最适合于这种用途。
对于类似大型精密工作机械的超高移动负载,我们准备了高速反应的大流量阀,丰富的产品可以对应各种需求。

VAAV标准系列单位外形式样

型 式 搭载可能重量(1台) 1单位规格
VAAV-550 270~900kg 215(W)×160(D)×170(H)mm
VAAV-1000 500~1700kg 240(W)×180(D)×170(H)mm
VAAV-2200 1100~3700kg 280(W)×240(D)×208(H)mm
VAAV-4000 2100~7000kg 330(W)×270(D)×208(H)mm
VAAV-7000 3600~12000kg 425(W)×345(D)×240(H)mm
VAAV-10000 5000~17000kg 465(W)×400(D)×240(H)mm
VAAV-30000 30000~50000kg 700(W)×700(D)×178(H)mm
HA-450(水平促动机) / 480(W)×365(D)×405(H)mm
控制装置(SAC-05) 外形规格 300(W)×300(D)×120(H)mm
调整器单位(RGU-01) 外形规格 250(W)×100(D)×200(H)mm

・除振台的标准构成是4单位/台。
・HA-450是和VAAV-30000组合使用的水平促动机。
・表格中的最大值适用于没有均等负载与动负载的情况。

VAAV系列技术规格

自由度 3轴6自由度
传达特性 参照技术资料
位置精度 ±10μm
一次侧供给压 0.6MPa以上(cleanair)
空气消费量 标准阀60NI/min高速反应阀250NI/min
电源 AC单项100V 100W
  • ●VAAV-30000单位
  • ●控制器前方
  • ●控制器后方
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为需要更加高度振动对策的精密机器提供VAAV series L

对于电子显微镜、通道扫描显微镜、原子力显微镜以及光学装置等对振动特别敏感的精密测定机器,就必须考虑使用这种对策。
VAAV L系列采用了低固有振动数空气弹簧促动机,通过控制频带的低振动数化,给与搭载该装置的机械必要的支持。

振动传达关数

VAAV-L系列单位外形规格(空气预案等技术规格与标准系列相同)

型 式 搭载可能重量(1台) 1单位尺寸
VAAV-550L 270~900kg 225(W)×160(D)×240(H)mm
VAAV-1000L 500~1700kg 240(W)×180(D)×240(H)mm

・除振台的标准构成是4单位/台。
・表格中的最大值适用于没有均等负载与动负载的情况。

特点

■ Soft
内部采用钟摆构造的低固有振动数空气弹簧促动机提升了作为控制前提的被动式的除振性能。能将控制过程中必要的周波数控制在低范围之内,可以实现柔软的除振支持。
■ Optimal
可以做出对将加速度前馈、位置前馈、落地前馈合理组合的机器所必需的振动性状。除振性能已经经过最佳化,非常适合于重要的精密装置的除振对策。
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主动式除振(技术资料)

1.被动式除振台的界限
被动式除振台通过弹簧来支撑重量,通过吸振器来抑制振动。是一种通过简单构造获得卓越效果的除振方法。特别是空气弹簧式除振台,很轻松就能得到非常低的固有振动数,通过与自动级别调整器的组合,即使负载发生变化,也很少出现级别变动,因此被广泛使用。
但是,也有这种空气弹簧式除振台没有办法对应的问题。
被动式除振台会出现共振现象。在这个周波数领域里,除振对象的振动会大于地面振动,导致无法达到除振效果。
一般来说,因为"地面上低周波数的振动很少",所以可以尽可能的通过使用低固有振动数的空气弹簧, 来减小共振现象所带来的负面影响。但是低固有振动数的空气弹簧也会出现问题。
低固有振动数通过减小弹簧恒数就能获得,但是这种做法会导致除振对象由于受到较小的外力而出现很大的变位。而且振动的衰减时间会增加。
类似平台的移动负载出现作用的时候,除振台就开始不停晃动,产生超出空气弹簧允许范围的变位、接触等,导致出现振动。
图1 主动式除振台的工作原理
2.主动式除振台的原理
主动式除振台设有振动与位置变动的传感器,可以指挥促动机减小出现的振动以及位置变化。这就是前馈控制(FB控制)
这样一来,必然出现在被动式除振台的共振现象就消失了。(参照图2)可以使来自外部的振动影响在短时间内减弱。而且通过使促动机输出平衡,也能使施加于面盘上的扭转负载减小。
更进一步说,当地面振动转达到除振对象并使其振动的同时,促动机就会输出由放置在地面的传感器所传达来的力度,以此减小除振台上的振动。
这就是落地前馈控制(FFF控制)。
与FB控制一起使用的话,就能更进一步减少除振台上的振动。(参照图2)
除振台上常常搭载类似于平台的移动物。
高质量的移动会导致出现质量与距离的积成比例的回转力矩。还会导致出现质量与加速度的积成比例的加振力。如果知道移动物的位置与加速度的话,只要产生于此成比例的力与力矩,就能大幅度减低除振对象物的移动负载的影响。这就是平台前馈控制(SFF控制)。
VAAV主动式除振台可以同时进行这3种控制。
图2 VAAV标准系列振动传达关数测定例
3.VAAV的特长
VAAV采用了作为促动机的空气弹簧与伺服阀的组合。
这种构成有可以简单得到巨大力的特长。不需要像线性电机那样在意发热与磁场,从VAAV-550一直到VAAV-30000,都能通过一样的控制装置来控制。
如果有需要高速反应的场合,我们也准备了高速反应阀,也可以接在相同的控制装置上。控制方式方面,有标准的FB控制、FFF控制、SFF控制,我们通过活用高性能DSP,并结合客户的需要提供各种对应方案。
4.VAAV的除振效果(振动传达关数)
图2是通过振动传达关数来表示VAAV的除振效果。
标准系列的VAAV提高了弹簧恒数,使用固有振动数为约5Hz的空气弹簧。
这能有效防止由于存在于平台等除振台上的加振力而导致的较大变位。
仅有位置FB控制的时候,等同于约5Hz的被动式除振台,并有共振点。
一旦进行加速度FB控制,就能发挥主动式除振台的机能。成为不存在共振点的主动式除振台。
所以,即使稍微提高固有振动数的设定也不会造成太多负面影响,能得到良好的除振性能。
再进行FFF控制的话,从低周波开始就能体现出很明显的衰减效果。
L系列的VAAV通过将固有振动数的低空气弹簧主动式化,达到低周波领域的振动传达率的减少以及进行控制频带的低周波数化的效果。通过对各种除振对象的柔软控制来实现更高性能的除振。
5.VAAV的振动控制效果(针对平台移动负载面盘的对应)
图3、4通过针对平台移动负载面盘的对应回转变位与对应回转振动来表示VAAV的振动控制效果。
平台移动负载的作用分为2大类。
第1类是与平台质量和平台位置变化量的积成比例的回转力矩。
第2类是与平台质量和平台加速度的积成比例的加振力。
这些会使平台质量、平台位置变化量、平台加速度发生大的和巨大的对应变位。
用柔软的被动式除振台来支撑的时候,这些摇动会超出空气弹簧的允许变位量,导致接触的发生。
主动式除振台的FB控制效果是通过加速度FB控制使振动减小,并在短时间内结束。
因此,可以实现提高装置的定位精度与缩短节拍时间。(参照图4)
并且,可以将平台位置变化量和平台加速度的实时测定值通过模拟信号传输给VAAV控制器,进行SFF控制。
平台上出现的与回转力矩和加振力成比例的控制力,可以使平台对应变位剧减。(参照图3)
VAAV的SFF控制理论上可以单纯、轻易的获得明显的效果。可以对应最多2轴的平台进行SFF控制。
图3 对应回转变位测定例
图4 对应回转振动测定例
图5、6表示平台位置变化量与平台加速度的实时信号值的例子。
±10V范围通过模拟信号传达。模拟信号发生装置与VAAV控制装置的接地电位必须是相同的。如有需求,可以为您准备模拟信号发生装置。请将本公司指定的标尺与读数器连在平台上使用。
图5 平台位置信号例
图6 平台加速信号例
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