Products HomeピエゾコントローラーKinesis® K-Cube™、ひずみゲージリーダ内蔵
- Combined Piezo Controller and Strain Gauge Reader
- Closed- or Open-Loop Operation
- Operation via Local Panel Controls or Remote PC via USB
KPC101
Power Supply Sold Separately
Table Mounting Plate
(Included with the KPC101)
Application Idea
KPC101 Piezo Controller and Strain Gauge Reader Used for Closed-Loop Operation of One of Our 3-Axis Nanopositioning Flexure Stages
MAX311D
3-Axis Nanopositioning Stage (Sold Separately)
KPC101
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| K-Cube™ Motion Control Modules |
|---|
| Brushed DC Servo Motor Controller |
| Brushless DC Servo Motor Controller |
| Fiber Alignment Controllers |
| Single- and Four-Channel Piezo Inertia Actuator Controllers |
| PSD Auto Aligner |
| Single-Channel Piezo Controller |
| Single-Channel Combined Piezo Controller and Strain Gauge Reader |
| Solenoid Controller |
| Stepper Motor Controller |
特長
- ピエゾコントローラにひずみゲージリーダを一体化
- コンパクトなサイズ:60.0 mm x 60.0 mm x 47.0 mm
- 閉ループまたは開ループでの動作が可能
- ピエゾアクチュエータに供給する高電圧のレンジが選択可能：75 Vまたは150 V
- ユニット上での制御機能とLCDディスプレイ
- 電圧(開ループ)または位置(閉ループ)の制御と読み取り
- 力センサ信号の読取り
- 電圧または位置のプリセットとジョグ動作の設定
- ゼロ点調整とフィードバックモード
- -10～+10 Vのアナログ入力(SMAメス型、詳細は「ピン配列」タブをご覧ください)
- モニタ出力(SMAメス型、詳細は「ピン配列」タブをご覧ください)
- ピエゾ走査に適したデジタルトリガ信号の入出力
- Kinesis®ソフトウェア一式(詳細は「Kinesis ソフトウェア」タブ参照)
- ソフトウェアは他のKinesisコントローラにも対応しており、統合システムの開発が可能
- シングルチャンネルの電源およびハブベースの電源を別途ご用意
- USBコントローラーハブ(別売り)を用いて多軸制御への拡張も可能
- 磁石と固定用クリップの付いた光学テーブル取付け用アダプタが付属
ピエゾコントローラとひずみゲージリーダを組み合わせたK-Cube KPC101は、当社のKinesis®シリーズにおけるコンパクトで高性能なモーションコントローラです。ピエゾ用高電圧増幅器とひずみゲージリーダの両方の機能を有するため、ピエゾ駆動デバイスを開ループでも閉ループでも制御できます。このシングルチャンネルのコントローラは、当社のチップ型/積層型ピエゾアクチュエータ、ピエゾ組込み型アクチュエータ、ピエゾ駆動ミラーマウント、ピエゾ駆動の1軸および多軸フレクシャーステージなどに対応しています。 BNCコネクタの付いたマウントに接続する場合は、BNC-SMCアダプタが必要です。コントローラKPC101は、ピエゾ慣性モータ付きのアクチュエータやマウントには対応していませんのでご注意ください。それらを駆動するにはピエゾ慣性モーターコントローラが必要です。
ひずみゲージの付いたピエゾアクチュエータやモジュール型ピエゾアクチュエータ(型番DRV120、DRV517、PAZ005、 PAZ009など)を閉ループで操作し、高精度の位置制御を行うことができます。ひずみゲージの付いた裸のピエゾアクチュエータを使用する場合は、小さなひずみゲージ信号を増幅するために、ひずみゲージ用プリアンプ回路AMP002をご使用いただけます。この回路には4本のひずみゲージのリード線を接続するためのはんだ付け部があり、またK-Cube KPC101に接続するための9ピンDサブケーブルが付属しています。そのほか、このK-Cubeを力センサのFSC102やFSC103と組み合わせて使用し、高感度の力測定を行うこともできます。
ユニットは60.0 mm x 60.0 mm x 47.0 mmと非常にコンパクトなため、上面パネルのコントローラを使用してモータの位置を手動で調整する際に、電動システムの近くに配置できるのも便利な点です。また、テーブル上で操作すると駆動用ケーブルの長さが短くなり、ケーブルの管理も楽になります。ユニットの前面には電源スイッチが付いており、このスイッチをオフにしたときは全てのユーザ設定が保存されます。ユニットの電源を切るときには、必ずこのスイッチを使用してオフにするようにしてください。K-Cube KPC101には長さ1.5 mのA-MicroBタイプのUSB 3.0ケーブルが1本付属します。
このK-Cubeは非常にコンパクトな筐体に、すべてのピエゾ制御機能とフィードバック機能を搭載しています。様々なピエゾデバイスに対応できるように、出力電圧範囲は75 Vまたは150 Vに設定できます。また、ソフトウェアでさらに出力電圧範囲を制限することも可能です。デジタルコード化された調整用ポテンショメータには十分な分解能があり、精密な位置制御のための調整が容易です。アナログ入力端子(-10～10 V)を使用すると、高電圧出力を直接制御することができます(EXT IN、詳細は「 ピン配列」タブをご覧ください)。 開ループモードではEXT INの入力電圧でキューブの高電圧増幅器が直接制御され、出力電圧は入力電圧に比例します。一方、閉ループモードではこの入力電圧で位置が制御されます。どちらのモードでも、EXT INに入力された電圧(正または負)がソフトウェアで定められた電圧または位置に加算されます。 低電圧の出力端子(MONITOR)を使用すると、オシロスコープ等を用いて高電圧出力を簡単にモニタできます。 このユニットはプログラム可能な波形生成機能とトリガ信号の入出力機能を合わせ持っているため、ピエゾ走査用に非常に適しています。
内蔵のソフトウェアにより、ユニット上のメニューボタンやLCDディスプレイ、制御ホイール、外部トリガ信号を使用することでフル操作が可能です。ユニットには、出力電圧(開ループ)や位置(閉ループ)の読み出し値が表示されます。ユニット上で制御するだけでなく、USB接続とKinesisソフトウェアパッケージを用いてPC制御を行うことも簡単にできます。
Kinesisソフトウェアでは新しい.NETコントロールが使用できるため、最新のC#、Visual Basic、LabVIEW™、その他の.NET対応言語を使用してカスタムプログラムを作成することができます。 これらのソフトウェアパッケージの詳細については、「Kinesisソフトウェア」タブをご覧ください。
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K-CubeならびにT-Cubeモジュールを取り付けたUSBコントローラーハブKCH601。T-CubeはアダプタープレートKAP101を使用してハブに取り付けています。
光学テーブル取付け用プレート
各ユニットには、コントローラのベース部分をクリップで固定できる取付けプレートが付属します。プレートには2つの磁石が付いており、光学テーブル上に一時的に設置する際にご使用いただけます。また、テーブル面に恒久的に取り付けるためのM6キャップスクリュ用ザグリ穴も2つ付いています。 光学テーブル取付けプレートの図面は「仕様」タブ、取付け方法については「取付けオプション 」タブをご覧ください。
電源の選択
必要な電源(シングルチャンネルまたはハブベース)は、コントローラの使い方とお客様が対応する電源を既にお持ちかどうかに依存します。そのような理由と当社の環境イニシアチブの方針により、当社では電源を別売りにしています。
USBコントローラーハブKCH301またはKCH601(下記参照)を使用すると、複数のユニットを1台のPCに接続することができ、多軸のモーションコントロールが可能になります。KCH301では、最大3台のT-CubeまたはK-Cubeのコントローラを取り付けて使用できます。KCH601(右の写真)では、最大6台まで取り付けて使用できます。
ピエゾコントローラ＆ひずみゲージリーダKPC101に対応するすべての電源は、下記でご案内しています。
| Other Piezo Controllers | ||||
|---|---|---|---|---|
| K-Cube Combined Piezo Controller and Strain Gauge Reader Single-Channel | K-Cube Piezo Controller Single-Channel | Open Loop Benchtop Controller 1- and 3-Channel | Closed Loop Benchtop Controller 1- and 3-Channel | Rack System Module 2-Channel |
| KPC101 Specifications | |
|---|---|
| Piezoelectric Output | |
| Control Mode | Open Loop (Voltage) or Closed Loop (Position) |
| Piezo Drive Voltage | -10 to +150 V Max (SMC Connector) |
| Piezo Drive Current | ±12 mA Continuous |
| Output Noise | < 1 mVrms |
| Typical Piezo Load Capacitance | 1 to 10 µF |
| Unit Internal Capacitance | 100 nF |
| Output Impedance | 15 Ω |
| Drive Bandwidth | 1 kHz (1 µF Load, 1 Vp-p) |
| Drive Input (EXT IN) | ±10 V (SMA Connector) |
| Output Monitor (MONITOR) | -1 to +10 V (SMA Connector) |
| K-Cube Controller Hub Connector | 26-Way ERNI |
| Input Power Requirements | |
| Supply Voltage | 15 VDC |
| Supply Current | 130 mA at Output Current = 0 mA 250 mA at Output Current = 13 mA |
| Compatible Power Suppliesa | Item #s KPS201, KCH301, KCH601 |
| General Data | |
| USB Connector Type | USB 3.0 |
| USB Connection Speed | USB 1.1 Full Speed (12 Mbps) |
| Display Type | 128 x 32 Pixel LCD |
| Weight (Including Baseplate) | 0.21 kg (0.46 lbs) |
| Housing Dimensionsb (W x D x H) | 60.0 mm x 60.0 mm x 47.0 mm (2.36" x 2.36" x 1.85") |
| Compatible Thorlabs Stages, Actuators, and Force Sensors | |
|---|---|
| Translation Stages | 3-Axis and 6-Axis Nanopositioners, NF15AP25, NFL5DP20, NFL5DP20S |
| Piezo Controlled Mountsa | KC1-P, KC1-PZ, POLARIS-K05P2, POLARIS-K1S3P, POLARIS-K1S2P, POLARIS-K2S2P |
| Bare Piezosb | Piezo Chips and Stacks with Drive Voltages up to 150 V |
| Actuators | DRV120, PE4a, DRV517, PK2FSF1, PK2FVF1, PAS005, PAS009, PAZ005, PAZ009 |
| Force Sensors | FSC102 and FSC103 |
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KPC101と付属の光学テーブル取付け用アダプタの外形図
ひずみゲージ I/P コネクタ
Dタイプメス
| Pin | Description | Pin | Description |
|---|---|---|---|
| 1 | Wheatstone Bridge Excitation | 5 | AC Feedback IN |
| 2 | +15 V Outa | 6 | Ground |
| 3 | -15 V Outa | 7 | Actuator ID Signalb |
| 4 | Ground | 8 & 9 | Reserved for Future Use |
PC接続用コネクタ*
*このUSBポートはUSB3.0対応ですが、USB2.0でもご使用いただけます。USB 2.0 を使用する際は、Micro-Bタイプコネクタを上図の網掛け部分に接続します。KPC101にはAタイプ-MicroBタイプのUSB 3.0ケーブルが1本付属します。
モニタ
SMAメス型
この低電圧(-1～+10 V)の出力端子は、HV OUT高電圧出力端子の信号のモニタに使用できます。一般的な用途では、オシロスコープに直接接続し、波形や高電圧出力での電圧レベルがモニタできます。
EXT IN
SMAメス型
外部アナログ信号源に接続して、キューブの動作制御に使用します。入力電圧範囲は±10 Vで、入力インピーダンスは32 kΩです。
HV OUT
SMCオス型
-15～150 V、±13 mA。ピエゾアクチュエータに対する駆動信号を出力します。最大電圧(75 V、または150 V)はKinesis GUIで設定します。
I/O 1
SMAメス型
+5 V TTL
I/O 2
SMAメス型
+5 V TTL
これらのコネクタでは5 Vロジックレベルの入出力を行いますが、外部機器と適切にトリガ信号の入出力ができるように構成することができます。ロジックレベルの調整やトリガの入力/出力の設定は、それぞれのポートごとに独立して行うことができます。
K-Cube取付けオプション
K-Cubeコントローラの光学テーブルへの固定方法を2種類ご用意しております。1つは光学テーブル取付けプレートで、すべてのK-Cubeに付属しており、1台のコントローラを光学テーブルに取り付けることができます。もう1つは、3ポートあるいは6ポートのUSBコントローラーハブ(別売り)で、当社のK-Cubeコントローラを取り付け、それらに電力を供給することができます。詳細は下記をご覧ください。
光学テーブル取付けプレート
各ユニットには、コントローラのベース部分をクリップで固定できる取付けプレートが付属します(右の動画参照)。プレートには2つの磁石が付いており、光学テーブルに一時的に設置する際にご使用いただけます。また、恒久的な取り付けに使用できるM6キャップスクリュ用ザグリ穴も2つ付いています。光学テーブル取付けプレートの図面は「仕様」タブでご覧いただけます。
Kinesis USBコントローラーハブ
USBコントローラーハブKCH301やKCH601を用いると、複数のユニットを取り付けて、それらを1台のPCに接続することができます。 コントローラーハブは、3台(型番KCH301)もしくは6台(型番KCH601)のK-CubeやT-Cubeをサポートするハブ部分と、壁コンセントに接続して電力を供給する電源部分から構成されています。 K-Cubeはユニットについているクリップで簡単にハブに取り付けられますが、T-Cube(現製品および旧製品)の取り付けには、下の動画のようにアダプタープレートKAP101が必要です。 複数のコントローラをお使いになるときには、ハブをご使用になるとUSB用と電源用のケーブル本数を大幅に削減することができます。
K-Cube用光学テーブル取付プレート
T-Cubeとは異なり、すべてのK-Cubeにはコントローラをベースに固定するための取付プレートが付属します。プレートには2つの磁石が付いており、光学テーブルに一時的に設置する際にご使用いただけます。また、恒久的な取り付けに使用できるM6キャップスクリュ用ザグリ穴も2つ付いています。
Kinesis USBコントローラーハブ
3ポートまたは6ポートのUSBコントローラーハブを用いると、多軸の操作をする際に複数のコントローラを1台のPCに接続することができます。K-Cubeはハブに直接取り付けられますが、T-Cubeの取り付けにはアダプタープレートKAP101が必要です。
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閉ループシステムに用いられたピエゾコントローラ
ビーム安定化セットアップに用いられるピエゾコントーラ
実験におけるセットアップでは、ビームドリフト(意図しないビーム偏差)を補正するため、アクティブなビームの安定化という方法が用いられます。ドリフトは、取り付けが不安定な光学素子やレーザ光源の不安定性、あるいはオプトメカニクスのセットアップにおける熱変動などによって発生することがあります。セットアップエラーを修正することに加えてビームをアクティブに安定化させることは、レーザーキャビティ内の高出力の維持や、光学テーブル上で長時間常に一定の光照射を必要とする実験に、良く行われております。アクティブにビーム安定化を図ることは長い光路があるセットアップにも有効です。小さな角度偏差も長い光路の先では著しい変位につながるからです。
ビーム安定化のセットアップ例を左の概略図で示しております。光路に置かれたビームスプリッタにより、ビームの一部がクォドラント位置センサに送られます。クォドラント位置センサは、ディテクタの中央に対するビーム変位をモニタリングします。(適切な安定化のためにビームスプリッタはできるだけディテクタの近くに配置してください)。クォドラントディテクタはビーム変位量に比例したXならびにY位置にエラー信号を出力します。各エラー信号はピエゾコントローラのチャンネルに送られ、ピエゾコントローラはクォドラントセンサの中央にビームを導きます。
ここに描かれたセットアップはビームを空間の1点に安定化しています。光路にわたってビームを安定化させるには、4つの独立した出力チャンネル(つまり少なくとも4台のピエゾコントローラ)、2つのピエゾアジャスタ付きのミラーマウント、2つの位置センサ、および2台の位置センサーコントローラが必要です。ビーム安定化のセットアップに推奨する部品は下記の表に記載されています。
| Suggested Components | |
|---|---|
| Description | Item # |
| Piezoelectric Controller | KPC101 K-Cube Piezo Controller and Strain Gauge Readera |
| Mirror Mount with Piezo Adjusters (Choose One) | POLARIS-K1S3P Polaris® Mirror Mount with 3 Adjusters, POLARIS-K1S2P Polaris® Mirror Mount with 2 Adjusters, KC1-PZ (KC1-PZ/M) Mirror Mount, or KC1-T-PZ (KC1-T-PZ/M) Mirror Mount with SM1-Threaded Bore |
| Position Detector | PDP90A (320 - 1100 nm), PDQ80A (400 - 1050 nm), or PDQ30C (1000 - 1700 nm) |
| K-Cube Position Sensor Controller | KPA101 |
当社のKinesis®ソフトウェアは、KinesisおよびAPT™シリーズのデバイスの制御にご使用いただけます。小型で低出力のシングルチャンネルドライバ(K-CubeやT-Cubeなど)から、高出力でマルチチャンネルの19インチラックナノポジショニングシステム(APTラックシステム)まで、幅広い種類のモーションコントローラに対応しています。
Kinesisソフトウェアでは新しい.NETコントロールが使用でき、最新のC#、Visual Basic、LabVIEW™、あるいはその他の.NETに対応する言語を使用してカスタムプログラムを作成するようなサードパーティの開発者も利用することができます。また、.NETフレームワークを使用しないアプリケーション用にローレベルのDLLライブラリも付属します。中央シーケンスマネージャ(Central Sequence Manager)は、当社のすべてのモーションコントロール用ハードウェアの統合と同期をサポートしています。
これらの共通のソフトウェアプラットフォームにより、1種類のソフトウェアツールを習得するだけで、あらゆるAPTおよびKinesisコントローラを1つのアプリケーションの中で簡単に組み合わせることができます。低出力の1軸システムから高出力の多軸システムまでのあらゆるコントローラを組み合わせ、全てを1台のPCのソフトウェアインターフェイスから制御できます。
このソフトウェアパッケージには2つの使い方があります。1つはGUI(グラフィカルユーザーインターフェイス)ユーティリティを用いる方法で、商品到着後すぐにコントローラの直接的な操作と制御を行なうことができます。もう1つは一連のプログラミングインターフェイスを用いる方法で、ご希望の開発言語によりカスタム仕様の位置決めやアライメント用のプログラムを簡単に作成することができます。
ソフトウェア
Kinesisバージョン1.14.47
このKinesisソフトウェアパッケージには、KinesisおよびAPT™システムコントローラを制御するためのGUIが含まれています。
下記もご用意しております。
- 通信プロトコル
Kinesis用GUI画面
Kinesis®ソフトウェアでは新しい.NETコントロールが使用でき、最新の最新のC#, Visual Basic, LabVIEW™、ほかの.NET対応言語を使用する開発者がカスタムにプログラムを作成することもできます。
C#
このプログラミング言語はマルチプログラミングパラダイムやマルチプログラミング言語が使用可能となるよう設計されているため、複雑な問題が簡単かつ効率的に解決できます。型付け、命令型、宣言型、関数型、ジェネリック、オブジェクト指向、そしてコンポーネント指向が含まれます。 この共通のソフトウェアプラットフォームにより、1セットのソフトウェアツールを習得するだけで、あらゆるKinesisコントローラを簡単に組み合わせることができます。このようにして1軸システムのコントローラから多軸システムのコントローラまで、様々なコントローラを組み合わせ、全てを1台のPCのソフトウェアインターフェイスから制御することが可能となりました。
Kinesisシステムソフトウェアを使用するには2つの手段があります。コントローラを直接つないで制御を行なう付属のGUI(グラフィカルユーザーインターフェイス)ユーティリティ、またはご希望の開発言語でカスタム仕様の位置決めやアライメントを簡単にプログラムできる一連のプログラミングインターフェイスです。
Kinesisモーションコントロールライブラリの構築の参考となる実行可能なプロジェクト機能拡張例については下のリンクをクリックしてください。なお、Quick Startのプロジェクト例の実行には別の統合開発環境(IDE)(Microsoft Visual Studioなど)が必要です。C#のプロジェクト例はKinesisソフトウェアパッケージに付属する.NETコントロールで実行可能です(詳細は「Kinesisソフトウェア」タブをご覧ください)。
 | Click Here for the Kinesis with C# Quick Start Guide Click Here for C# Example Projects Click Here for Quick Start Device Control Examples | |
LabVIEW
LabVIEWは、.Netコントロールを介してKinesisまたはAPTベースのコントローラとの通信に使用できます。LabVIEWでは、ツールとオブジェクトでフロントパネルとして知られるユーザーインターフェイスを構築した後、グラフィカル表記の関数を使ってコードを追加し、フロントパネルのオブジェクトを制御します。下記のLabVIEWチュートリアルでは.Netコントロールを使用してLabVIEW内KinesisまたはAPT駆動デバイス用の制御GUIを作成するための情報をご提供しています。 LabVIEWでコントローラを制御する基本的な方法や、LabVIEW GUIを用いてデバイスを操作する前に行うべき設定の手順についても解説しています。
 | Click Here to View the LabVIEW Guide Click Here to View the Kinesis with LabVIEW Overview Page | |
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ズーム
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K-Cubeモジュールを取り付けたUSBコントローラーハブKCH301(別売り)
- ユニット上での制御が可能なコントロールパネルとLCD画面
- 位置(閉ループ)または電圧(開ループ)の制御と読み出し
- 付属のUSBケーブルでPCに接続
- Kinesis®ソフトウェアに完全対応
- コンパクトな筐体:60.0 mm x 60.0 mm x 47.0 mm
- 電源は付属しません(下記にて別売り)
ピエゾコントローラ＆ひずみゲージリーダKPC101は積層ピエゾ素子やピエゾアクチュエータを駆動することができ、その最大出力電圧は150 Vです。 このコントローラにはひずみゲージリーダが内蔵されており、ひずみゲージを備えたピエゾの精密な閉ループ位置制御を、Kinesisソフトウェアを使用して1 nmの最小読み取り値で行うことができます。上面のコントロールパネルにある速度ホイールを用いて、3段階の速度で前後にジョグ動作をすることができ、さらに電圧または位置のプリセットも可能です。 ユニット前面には双方向性のトリガーポート(I/O)が2つあり、5 Vの外部ロジック信号を読み込んだり、5 Vロジック信号を出力して外部機器を制御したりすることができます。ロジックレベルの調整やトリガ信号の入力/出力の設定は、それぞれのポートごとに独立して行うことができます。
このユニットはKinesisソフトウェアパッケージに完全対応しています。詳細は「Kinesisソフトウェア」タブをご参照ください。
このコントローラには電源が付属しませんのでご注意ください。対応可能な電源は、下の電源をご紹介しているセクションに記載されています。
ズーム- 電源(単体):
- KPS201: For K-Cubes™またはT-Cube用、3.5 mmジャック付き
- 電源供給と通信が可能なUSBコントローラーハブ
- KCH301: 3台までのK-CubeまたはT-Cube用
- KCH601: 6台までのK-CubeまたはT-Cube用
電源KPS201の出力電圧は+15 VDC、最大電流は2.66 Aで、3.5 mmジャックで1台のK-CubeまたはT-Cubeに電力を供給します。標準的な壁コンセントに接続して使用します。
USBコントローラーハブKCH301およびKCH601は次の2つの機能を有しています。1つはハブ機能で、最大3台(型番KCH301)または6台(型番KCH601)までのK-CubeまたはT-Cubeをサポートします。もう1つは電源機能で、標準的な壁コンセントに接続するだけで必要な電力の供給を行います。ただし、ハブが供給できる最大電流は10 Aです。お使いになる全Cubeの必要電流が合計で10 Aを超えないことをご確認ください。さらにこのハブに取り付けられたすべてのK-Cubeを、1本のUSBケーブルを接続するだけで制御することができます。
USBコントローラーハブの詳細については製品ページをご覧ください。
K-Cubeピエゾコントローラ＆ひずみゲージリーダ