AOI 與量測設備的被動式與主動式減振比較--羽昌科技股份有限公司-減振器,減震器,氣壓式避震器,主動式避震器

2026-10-11

| AOI 與量測設備的被動式與主動式減振比較

羽昌科技工程團隊｜技術文章｜2026 年 10 月

重點摘要： 被動式減振（空氣彈簧、橡膠）是機械式低通濾波器：在自然頻率 fn 附近會放大振動，要到 √2·fn 以上才開始隔振，所以 fn 約 3 Hz 的空氣彈簧大約從 4.2 Hz 起才有效。主動式減振加上感測器、控制器與致動器，可以壓制共振、把隔振延伸到更低頻，並用平台前饋訊號抵消機台自身運動造成的反作用力。同儕審查文獻指出，選型正確、阻尼足夠的被動式系統已能滿足多數精密設備；主動式主要用在低頻地板振動差，或平台反作用力主導產能的情況。

一、兩種擾動

地板振動：空調、幫浦、交通、鄰近機台，經由減振器向上傳遞。
機台自身力量：平台與機械手臂加減速的反作用力，直接作用在被隔離的質量上，讓軟支撐搖晃。

兩者互相拉扯：支撐越軟、地板隔振越好，但平台加速時機台傾斜越大 [1]。

二、廠房規範：VC 曲線

精密廠房常用 VC 曲線，以 1/3 倍頻程 RMS 速度表示；曲線範圍 4–100 Hz（8 Hz 以上為定速度限值）。Gordon 也指出空氣彈簧的共振頻率多在 1–3 Hz，低於原始曲線範圍 [2]。

曲線	RMS 速度	典型用途（Gordon 1999）
VC-A	50 µm/s	400 倍光學顯微鏡、微量天平、近接／投影曝光機
VC-B	25 µm/s	1000 倍顯微鏡；3 µm 線寬的檢查與微影設備
VC-C	12.5 µm/s	1 µm 尺度的多數微影與檢查設備
VC-D	6 µm/s	TEM／SEM、電子束等最嚴苛設備
VC-E	3 µm/s	長光程雷射等極度敏感系統

實際選型應以機台規格和現場地板實測為準。

三、被動式減振的物理

單自由度系統，阻尼比 ζ、頻率比 r = f/fn：

T = √[(1 + (2ζr)²) / ((1 − r²)² + (2ζr)²)]

區間	行為
r ≪ 1	T ≈ 1，跟著地板動
r ≈ 1	共振，輕阻尼時峰值約 1/(2ζ)
r = √2	不論阻尼 T = 1，從這裡開始隔振
r ≫ 1	無阻尼時趨近每十倍頻 −40 dB；黏性阻尼會使其趨近 −20 dB

例：fn ≈ 3 Hz 的空氣彈簧，在 3 Hz 附近放大，約 4.2 Hz 起隔振，30 Hz（r = 10）時無阻尼模型 T ≈ 1/99 ≈ 1%。阻尼越大共振峰越低，但高頻隔振會變差，這是典型的取捨。

優點：不需電子與電力、可靠、成本低，對數 Hz 以上有效。限制：共振本身；軟支撐在平台移動後搖晃、穩定時間長；√2·fn 以下無法隔振。

四、主動式減振

加上慣性感測器（地震計或加速度計）、即時控制器與致動器（音圈或壓電），通常與空氣彈簧並聯。

回授（天鉤阻尼）壓制共振峰，把隔振延伸到更低頻。
前饋：由平台軌跡產生器提供加速度訊號，同步施加反向力，減少傾斜與穩定時間。
代價：電力、配線、調機、與結構模態的交互作用、價格較高。

五、比較

項目	被動式（空氣彈簧／橡膠）	主動式（感測器＋致動器）
開始隔振	約 √2·fn（3 Hz 系統約 4 Hz）	更低，視感測器與控制器而定
共振	放大峰 1/(2ζ)	主動壓制
平台引起的搖晃	較大，穩定時間較長	前饋可降低
公用設施	乾淨壓縮空氣	電力（混合式另需空氣）
複雜度	調水平與氣壓	控制器設定與調機

六、實務選型

先以 1/3 倍頻程實測地板，對照機台規格。
問題在約 5 Hz 以上：阻尼足夠的被動式系統配上剛性高、質量大的基座通常就夠 [1]。
約 4 Hz 以下地板差，或步進停定產能受平台反作用力限制：評估主動式或混合式。
不論哪種，減振器上方的結構都要夠剛，讓結構共振遠高於伺服與控制頻寬。厚重的花崗石基座也能降低移動質量比，直接減少搖晃。

羽昌的角色

羽昌加工精密花崗石基座與結構件（單件最大 4,000 × 2,500 × 300 mm、10 噸，平面度最高 0.015 mm，依尺寸與等級），以及陶瓷結構件，可配合您選用的任何減振系統，依減振器安裝點與平台配置設計基座。台灣客戶如需氣壓式減振模組的選型與安裝，可另洽羽昌業務。

常見問題

為什麼要到 √2 倍自然頻率才開始隔振？ 低於這個比值時傳遞率大於或等於 1，地板振動會被傳過來甚至放大；高於它才小於 1。

氣壓式減振器的自然頻率大約多少？ Gordon（1999）指出空氣彈簧共振多在 1–3 Hz；3 Hz 系統約從 4.2 Hz（√2 × 3）起隔振。

被動式之後能升級成主動式嗎？ 有空間與承載餘裕時有機會，但控制迴路會與結構模態交互作用，必須重新評估整體結構。

什麼是混合式減振？ 空氣彈簧承擔靜重，並聯的主動致動器負責壓制共振與抵消平台作用力。

基座越重越好嗎？ 對機台自身擾動有幫助：同樣的平台力量，質量越大傾斜越小。但地板隔振取決於 fn 與阻尼，與質量無直接關係。

參考文獻

E. I. Rivin, "Vibration isolation of precision equipment," Precision Engineering 17(1) (1995) 41–56. https://doi.org/10.1016/0141-6359(94)00006-L
C. G. Gordon, "Generic vibration criteria for vibration-sensitive equipment," Proc. SPIE 3786 (1999). https://doi.org/10.1117/12.363802 (full text: https://www.octava.info/files/%D0%A1%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D0%B8/Gordon-SPIE99.pdf)
C. G. Gordon, "Generic criteria for vibration-sensitive equipment," Proc. SPIE 1619 (1992) 71–85. https://doi.org/10.1117/12.56826
E. I. Rivin, "Vibration Isolation of Precision Objects," Sound and Vibration, July 2006. http://www.sandv.com/downloads/0607rivi.pdf

作者：羽昌科技工程團隊（羽昌科技股份有限公司，台中）

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