ピエゾコントローラーK-Cube®、ひずみゲージリーダ内蔵

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Figure 1.1  K-Cube^® KPC101の背面および上面
(詳細は「ピン配列」タブをご参照ください)

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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Figure 1.2  K-Cubeモジュールを取り付けたUSBコントローラーハブKCH601。

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「取付け例 」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(Figure 1.2参照)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。

K-Cube^®取付け例

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(Video 4.1参照)。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、Video 4.2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。

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Figure 5.1  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Figure 5.1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Table 5.2に記載されています。