用于主动振动隔离和主动振动消除的系统和方法技术方案

一个减振器系统４００包括一个传感器４３０，一个电子控制器２２９５和一个激励器４１０。传感器４３０测量机械振动并产生一个由振动引起的电子输入信号。传感器４３０位于一个物体和一个参考物体４２２之间。电子控制器２２９５响应该电子输入信号，生成一个电子输出信号。激励器４１０响应该电子输出信号，在所述物体和一个外部物体之间产生一个力。传感器４３０和激励器４１０位于适当的位置，以便减少延时，该延时包括激励器４１０和传感回器路中的声信号延时和电信号延时的总和。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于一种振动隔离和消除的系统和方法，特别适合于高精度晶片芯片的生产和检测设备，但不局限于此应用。采用主动振动隔离和消除技术的产品是市场上可得到的，但是他们的效果有待提高。随着需要更小尺寸的芯片生产的发展，用于IC生产和检测设备的主动振动隔离和消除技术(也称为气垫(air mount)技术)需要更加有效。通常，主动振动隔离/消除系统中的激励器和传感器没有集成在一起。例如，US专利6,286,644，Schubert公开和描述了一个主动振动隔离器，其中在图7中，传感器‘PO’和空气弹簧激励器‘AS’是两个相互分离的元件。本专利技术的目的是提供一个主动振动隔离/消除系统，该系统集成了一个激励器和一个传感器。系统提供了更优秀的振动消除能力。和其他类似系统相同，该系统用于实际应用中的各种类型的高精度生产设备，例如，用于芯片生产设备中的气垫中，高精度显微镜和其他高精度设备。例如，本系统的应用减小了在追求更小尺寸的芯片生产中所遇到的一个重要的障碍。本专利技术基于一个概念，即在一个主动振动隔离/消除系统中的激励器和传感器能够集成在一起，该集成方式能够使许多已知的性能局限(如著名的控制论中的增益和相位关系所述)减少到一个不再是性能局限的水平。本专利技术的另外一个目的是提供一个用于绝对减振器中的所提议的主动振动隔离/消除系统。通过结合减振技术和气垫技术，可以实现大幅度提高的气垫性能。本专利技术的绝对类型的(运动)减振器典型地但不排除性地包括两个部分，这两个部分是至少在减振方向上可以彼此相对移动。该类型减振器的第一个部分连接在第一个物体(通常是要减振的物体)上，该部分可以包含一个激励器线圈和一个完整的传感器装置。在该类型的传感器的感应器件为磁铁和线圈型的情况下，其中一个部分例如线圈感应器连接在第一个物体上，其他部分例如本专利技术的磁铁感应器可以相关于要减振的运动自由地连接在第一个物体上。本专利技术人提议将磁铁感应器附着在一个参考物体上，该物体应该不会受其他物体的振动的负面影响。参考物体可以是一个浮动物体(自由地连接在第一个物体)。在一个绝对减振器中，该浮动物体作为一个绝对参考。该类型减振器的第二个部分牢固地连接在第二个物体(通常为地面或者不移动的参考物)上，其包括一个磁铁激励器。相对于减振器工作时仅仅要求第二个物体用于提供一个反作用力，作为由激励器产生的作用在第一个物体上的作用力的反作用力。也可以使用一个附加物体，用于保存该反作用力。在低频率下，这会造成较低的性能，但是在一定情况下会有极好的表现。在以上和下面的描述中，线圈和磁铁位置能够相换，同时不影响本专利技术的效果。是否交换线圈和磁铁的位置是一个争议性的问题，它是基于许多的实际情况，并且根据不同的实际应用而改变。然而，通常来说，最好的方法是将元件放置在一个给被减振和被控制的物体最小惯性的地方。然而，本专利技术的各个方面还可以应用于相关的减振器，因此并不局限于绝对减震器。通常相关类型的(运动)减振器包括两个部分，这两个部分是至少在减振方向上可以彼此相对移动。该类型减振器的第一部分可以包含一个激励器电圈和一个传感器线圈，该第一部分牢固地连接在第一个物体上。该类型减振器的第二部分包括一个磁铁激励器和磁铁感应器，该第二部分牢固地连接在第二个物体上。在一个优选实施例中，将一个Lorenz型线圈用作一个传感器，另外一个用作激励器，这是由于它们有接近理想的性能。通过采用一个特定的线圈设计，可以将传感器线圈和激励器线圈之间的潜在串扰减少到一个可以忽略的程度。一个减振器提供了一个与运动速度方向相反的力。由于Lorenz型线圈(也称为音圈)能够感知速度并且提供力，因此很明显，它们可以用作传感器和激励器。在实际应用中(例如在一个主动气垫中)，由于以上原因和其他原因，它们被频繁的使用。也能采用其他类型的传感器和激励器。然而，它们可能需要调节信号或者其他操作来使它们可用。其他传感器的一个例子是一个激光干涉仪。通过观察，本专利技术的一个重要方面在于传感器和激励器被优选放置在合适的位置，从而可以使两者的组合(它是减振器的一部分)具有特定的相关属性。一个相关属性是由激励器引起的机械信号到传感器的传递时间很短。在激励器引起一个机械运动后，传感器检测该机械运动。本专利技术的传感器与激励器的组合有一个声延迟，在一个优选实施例中，该声延迟远远小于一毫秒(通常快于40微妙)。同样，在传感器与激励器之间的直接通路的质量应该很小，而它的强度应该很大。通过将传感器和激励器基本彼此靠近，能够得到所有这些规定。由于机械信号的传递时间有限，并且(在传感器与激励器之间)没有任何实际上的串扰，这就使减振器能够有一个十分稳定的高增益的反馈控制回路。此外，本专利技术的减振器优选地但不是排除性地具有一个小于1微妙的电子延时(它在传感器与激励器之间)。这就意味着，在传感器检测由一个机械运动引起的一个信号中，可以有一个很快的响应(该响应命令激励器产生一个力)。本专利技术的另外一个目的是使串扰和干扰最小，特别是在传感器与激励器之间。专利技术人发现，通过使用一个磁性类型的激励器和一个非磁性类型的传感器，在其他元件中的串扰降低了。非磁性类型的传感器的例子是一个光学传感器。实现使不想要的串扰最小的一个额外的新颖方式是将一个激励器线圈和一个传感器线圈相互垂直放置。通过采用该方法，由激励器的激励器线圈产生的磁场会使在传感器线圈中的感应电流最小。传感器线圈不会产生场，因此串扰仅仅由一种方式产生。通过使用两个而不是一个传感器线圈，并且通过使用参考物体中对对极性的磁铁，就会形成两个传感器，在出现一个运动时，这两个传感器产生两个相反的信号，而在出现电子干扰或者磁性干扰时，它们产生一个相等的信号。通过将两个传感器信号相减，就可以放大运动的测量值，同时消除所有的常规干扰。一个具有相同效果的方法是采用相同的磁铁布置和相反的线圈缠绕方向。专利技术人发现，另外一种减少串扰的的方法是在激励器和传感器间采用一个防护罩。当使用一个包含导电体的防护罩(例如铜防护罩)时，可以实现用于EM波的防护罩。后一种防护罩也同样有益于降低由外部EM源造成的(例如由50/60Hz电源线造成的)负面影响。防护罩应该应用在传感器与激励器和或外部EM源之间。例如，能够用铜箔包装激励器和或传感器。为了降低不想要的串扰，需要使用一个磁防护罩。可以通过例如用所谓的μ金属包住传感器线圈的方法来实现该防护罩。专利技术人还发现，当将一个防止噪声的防护罩用在减振器上时，减振器的性能大幅度提高。这是因为，专利技术人发现声波与电流一样在线圈上产生干扰。专利技术人发现，在绝对型的减振器中，特别是在浮动参考物体周围提供一个声学防护罩是有益处的。该防护罩应该不接触参考物体。在一个典型的但不是排除性的实施例中，感应器磁铁自由地连接在要减振的物体上。当将一个理想电流源提供给激励器线圈时，第二个物体的运动不能在激励器线圈中产生电流。第二个物体(激励器磁体安置在其上)仅仅提供激励器的作用力的一个反作用力(否则就不会引起要减振的物体的运动)。当电流源被设计为十分接近理想电流源时，第二个物体的运动的干扰就很小甚至没有(除非由碰撞造成的第二个物体的剧烈运动，在该情况下，就会产生一个结构错误)。在一个优选实施例中，传感器和激励器两者都安装在需要减振的物体上，但是并不互相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种减振器系统，包括一个传感器（２１２０，２２２０），能够测量机械振动并且能够产生一个由振动引起的电子输入信号，并且该传感器被设计成安置在一个物体和参考物体之间；一个电子控制器，响应电子输入信号并产生一个电子输出信号；和一个激励器（２１１０，２２１０），响应该电子输出信号，并由此在所述物体和外部物体间产生一个力；其中传感器和激励器彼此放置很近，由此具有基本上很小的延时；其中该延时基本包括激励器和传感器回路中的声信号延时和电信号延时的总和。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：TPH瓦梅达姆，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]