50 mm直線移動ステージ(リニアステージ)ORIC®、ピエゾ慣性アクチュエーター付き

ソフトウェア

PDXCバージョン2.2.1

ソフトウェアパッケージPDXCには、GUI、ドライバ、およびサードパーティ開発用のLabVIEW™/C++/Python SDKが含まれています。

当社では、ピエゾステージ用コントローラPDXCを制御するためのPDXCソフトウェアパッケージをご用意しています。このコントローラは下記のピエゾ慣性アクチュエータ付きステージの駆動用に設計されています。

• 光学式エンコーダ付き4.5 mm垂直移動ステージPDXZ1/M
• 5 mm直線移動ステージPD2/M
• 光学式エンコーダ付き5 mm直線移動ステージPDX2/M
• 光学式エンコーダ付き12 mm直線移動ステージPDX4/M
• 20 mm直線移動ステージPD1/M
• 真空対応20 mm直線移動ステージPD1V/M
• 20 mm XY移動モノリシックステージPD1D/M
• 光学式エンコーダ付き20 mm直線移動ステージPDX1/M
• 光学式エンコーダ付き薄型20 mm直線移動ステージPDX1A/M
• 光学式エンコーダ付き薄型真空対応20 mm直線移動ステージPDX1AV/M
• 50 mm直線移動ステージPD3/M
• 回転ステージPDR1C/M
• 光学式エンコーダ付き回転ステージPDXR1/M

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、コントローラの直接的な操作や制御をすぐに行なうことができます。もう1つはサードパーティ開発用の一連のプログラミングインターフェイス(LabVIEW™/C++/Python SDK)を用いる方法で、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ご希望の開発言語で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1.14.52

このKinesisソフトウェアパッケージには、当社のKinesis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

Figure 58A  KinesisソフトウェアのGUI画面

当社のKinesis^®ソフトウェアパッケージを用いて、当社の様々なモーションコントローラを駆動することができます。このソフトウェアは小型で低出力のシングルチャンネルドライバ(K-Cube^®など)から、高出力でマルチチャンネルのベンチトップ型ユニットやモジュール型の19インチラックナノポジショニングシステム(ラックシステムMMR60x)まで、当社Kinesisシリーズの様々なモーションコントローラの制御用にご使用いただけます。

Kinesisソフトウェアでは.NETコントロールを使用できるため、最新のC#、Visual Basic、LabVIEW™、あるいはその他の.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。.NETフレームワークの使用を想定していないアプリケーションのために、ローレベルのDLLライブラリも含まれています。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の機能をサポートしています。

この共通のソフトウェアプラットフォームにより、ユーザは単一のソフトウェアツールを習得するだけで、あらゆるモーションコントロールデバイスを1つのアプリケーション内で組み合わせて使用することができます。このように1軸システム用から多軸システム用までのあらゆるコントローラを組み合わせ、それら全てを1台のPCの統合された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、コントローラの到着後すぐに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。

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

仕様の性能を得るために

このアプリケーションノートでは、K-Cube^®コントローラKIM001またはKIM101を用いて開ループ方式のORIC^®直線移動ステージPD1/MとPD1D/M、および回転ステージPDR1/Mを使用するときに、仕様に示された速度とステップサイズを実現する方法をご説明いたします。下記ではKinesis^®ソフトウェアのコントロールおよびK-Cubeの前面パネルの制御装置を用いた例をご紹介しています。開ループシステムを使用するには様々な制限があり、このアプリケーションノートは速度とステップサイズの変動を最小限に抑えるうえでお役に立てるように作成しました。初期設定時のほか、速度やステップサイズに変動が生じる場合には、こちらのアプリケーションノートをご利用いただくことをお勧めいたします。設定の変更方法の詳細については、各ステージやコントローラのマニュアルをご覧ください。

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図2:ステージPD(R)シリーズには推奨されるチャンネル設定があります。設定はDevice Settings -> Current Device Settings-> Channel 1で変更できます。

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図1:ORICステージを制御する時には、ステージタイプをPD(R)に変更する必要があります。これはKinesis Softwareの Device Settings -> Startupで変更できます。

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図4:黒線で丸く囲まれているJogモードはContinuousに設定する必要があります。これはDevice Settings -> Current -> Channel 1で変更が可能です。

図3:黒線で囲まれた部分はデバイスGUIにあるジョグボタンです。

K-CubeコントローラとKinesisソフトウェアのコントロール

Kinesisソフトウェアのステージタイプの初期設定はPIAになっており、ORICステージには適用できません。そのため、初期設定を変更する必要があります。初期設定は、まずデバイスのGUIパネルのDevice Settingsにアクセスし、Startupタブをクリックします。ConfigurationタブでステージタイプをPD(R)に変更し、右下のPersist Settings to the Deviceのボックスにチェックを入れ、左下のSaveボタンをクリックします。それらの選択は図1に丸で示しています。これらの設定により、KinesisソフトウェアはPD(R)のステージタイプ用として使用できます。他のデバイスやチャンネルの設定も、このStartupで変更可能です。　

ステージタイプPD(R)を用いて仕様の速度、速度変化、力を得るためには、特定のチャンネル設定を行うことを推奨します。これらの設定は図2に示すようにDevice SettingsのChannel 1のタブで変更できます。設定は黒線で囲まれたDriveボックス、および青線で囲まれたJogボックスで行います。

Driveボックスでは、Maximum Voltageを85 V、Rateを2000 steps/s、Accelerationを10000 Steps/s²に設定することを推奨します。Jogボックスでは、Forward Sizeを250 Steps、Reverse Sizeを250 Steps、ModeをContinuous、Step Rateを2000 Steps/s、Step Accelerationを10000 Steps/s²に設定することを推奨します。仕様性能を実現するには、ステージを平坦な面、当社が推奨する取付けプレート、または対応するアダプタープレートなどに適切に取り付けることが重要です。

1000 steps/sのStep Rateよりも速い連続ジョグは、図3の黒線で囲まれたデバイスGUIのJogボタンを使用したときにのみ可能です。K-CubeコントローラKIM101のジョイスティックまたはKIM001のホイールを使用したときの連続ジョグ動作は、1000 step/s以下に制限されます。ジョイスティックまたはホイールを使用するとき、シングルステップ動作あるいはカウントによる動作を行う場合は1000 step/sの制限はありません。　

KinesisソフトウェアのJogモードをContinuousまたはSingleに変更したとき、図3の黒線で囲まれたKinesis GUIのJogボタンにのみ影響を与えます。コントローラKIM001またはKIM101の前面パネルのJoystickのモードは変更しません。KinesisソフトウェアのJogモード設定は、Device Settings -> Channel 1 -> Jogボックス -> Mode(図4参照)で行います。詳細については下記の前面パネルの制御装置のセクションでもご覧いただけます。

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図6:KinesisソフトウェアデバイスGUIのDevice SettingsにおけるDeviceタブ。Maximum Step Rate設定は青線で囲まれています。連続Jogモードでジョイスティックを使用する場合、設定は1000 steps/s未満でなければなりません。KinesisのJoystickモードは黒線で囲まれたドロップダウンメニューから選択できます。

図5:K-CubeコントローラKIM101の前面パネルに表示されるオプション5のJoystickモード

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図8:KinesisソフトウェアのStep Size変更画面。Forward SizeおよびReverse Sizeの設定を変更します。またMode設定はGUIのJogボタンのコントロールにのみ影響し、Joystickモードには影響しません。

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図7:駆動速度はKinesisソフトウェアのDevice Settings -> Current -> Channel 1で変更できます。これは前面パネルにおけるメニューオプション3のSet Velocityに相当します。

KIMx01の前面パネルの制御装置とそれに関連する設定

前面パネルの制御メニューには10個のオプションがあります。K-CubeコントローラKIM101の2つのボタンとジョイスティック、またはK-CubeコントローラKIM001のボタンとホイールでアクセスできます。

オプション5のJoystickモード(図5参照)にはJog to Count、 Jogging in Steps、Velocity Controlの3つのモードがあります。KinesisソフトウェアのJoystickモードは前面パネルのオプション5、Joystickモードに関連しています。KinesisソフトウェアにおけるJoystickモードには、Step Rate、Jog、Goto Positionの3つのオプションがあります。この設定は図6に黒線で囲んで示されています。

Jog to Countモードでは、ステージをターゲットとするカウント(初期設定は0)の位置まで、前面パネルのオプション3のSet Velocityで設定された速度で移動させます。オプション3のSet Velocityでは、ステージがオプション5のJog to Countモードおよびオプション1のGoto Pos Countにおいて移動する速度を設定します。Kinesisソフトウェアでは、Device Settings -> Channel 1 -> Driveボックス -> Rateに相当する設定があります。これは図7でご覧いただけます。

Jogging in Stepsモードでは、オプション3のSet Velocityによってステージの速度は変わりません。このモードでの速度はKinesisソフトウェアで変更する必要があります。その設定はDevice Settings -> Channel 1-> Jogボックス ->Step Rateで変更できます。ステージの速度を上げようとするときに、Step Rateを変更する代わりにStep Sizeを変更することもできます。Step Sizeは、KIMコントローラの前面パネルでは、オプション4のJog Step Sizeで変更できます。Kinesisソフトウェアでは、Device Settings -> Channel 1 -> Jogボックス　-> Forward SizeおよびReverse Sizeで変更できます(図8参照)。

オプション5のVelocity Controlモードではジョイスティックを使用して連続ジョグができますが、速度は1000 step/s未満でなければなりません。この速度は前面パネルのオプション3では変更できません。この速度はKinesisソフトウェアのDevice Settings -> Device -> Maximum Step Rateでのみ変更可能です(図6参照)。初期設定で10000という数値が表示される場合がありますが、この値はソフトウェアでは許容されません。数値を1～1000の間に変更する必要があります。

KinesisソフトウェアにおけるJoystickモードのStep Rateは、前面パネルのVelocity Controlモードに関連しており、Maximum Step Rateの設定にご使用いただけます。Direction Senseはジョイスティックまたはホイールを使用するときの移動方向の変更に使用できます。　

電動リニアステージ

電動の直線移動ステージとしては、ピエゾ駆動の20 µm移動ステージからダイレクトドライブ方式の600 mm移動ステージまで、様々な最大移動量の製品をご用意しております。ステージの多くは、それらを用いてXY軸やXYZ軸などの多軸ステージを構築することができます。ファイバ結合用としては、多軸ステージのページをご覧ください。標準の電動ステージを用いるよりも精密な調整が可能です。直線移動ステージのほかに、電動の回転ステージおよびゴニオステージもご用意しております。また手動移動ステージもございます。

ピエゾステージ

これらのステージでは、様々な駆動機構にピエゾ素子が組み込まれています。ステージORIC^®シリーズでは、「スティック-スリップ」と呼ばれる摩擦特性を利用したピエゾ慣性アクチュエータが用いられており、それにより長い移動距離が得られています。当社のモジュール式クイック接続型移動ステージXR25シリーズは、同じ原理で動作するピエゾ慣性アクチュエータPIA25で駆動できます。移動ステージNanoflex™シリーズは、手動アクチュエータに加えて標準的なピエゾアクチュエータが用いられています。ステージElliptec^®シリーズでは共振ピエゾモータが用いられており、共振に伴うモータ先端の楕円形の動きで可動プラットフォームを押したり引いたりします。Z軸ステージLPS710E/Mにはピエゾ移動に対する機械的な増幅機構が組み込まれており、またそれに適したコントローラが付属しています。

Piezoelectric Stages
Product Family	ORIC® PDXZ1 Closed-Loop 4.5 mm Vertical Stage	ORIC® PD2 Open-Loop 5 mm Stage	ORIC® PDX2 Closed-Loop 5 mm Stage	ORIC® PDX4 Closed-Loop 12 mm Stage
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Travel	4.5 mm	5 mm		12 mm
Speed	1 mm/s (Typ.)a	10 mm/s (Typ. Max)b	8 mm/s (Typ.)c	15 mm/s (Typ.)a
Drive Type	Piezoelectric Inertia Drive
Possible Axis Configurations	Z	X, XY, XYZ
Mounting Surface Size	45.0 mm x 42.0 mm	13.0 mm x 13.0 mm		13.0 mm x 23.0 mm
Additional Details

• この仕様値は周波数20 kHzの閉ループモードで駆動したときの値です。
• ベンチトップ型コントローラPDXCおよびPDXC2使用時。コントローラK-Cube^® KIM001またはKIM101で制御したときの性能については、移動ステージPD2/MまたはPD3/Mの「仕様」タブをご覧ください。
• ベンチトップ型コントローラPDXCおよびPDXC2使用時

Piezoelectric Stages
Product Family	ORIC® PD1 Open-Loop 20 mm Stage	ORIC® PD1D Open-Loop 20 mm Monolithic XY Stage	ORIC® PDX1 Closed-Loop 20 mm Stage	ORIC® PD3 Open-Loop 50 mm Stage	Compact Modular XRN25X 25 mm Stage	Modular XR25X 25 mm Stage
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Travel	20 mm			50 mm	25 mm
Speed	3 mm/s (Typ. Max)a		20 mm/s (Typ. Max)b	10 mm/sc	≤3.6 mm/mind	≤3.6 mm/mind
Drive Type	Piezoelectric Inertia Drive
Possible Axis Configurations	X, XY, XYZ	XY, XYZ	X, XY, XYZ	X, XY, XYZ	X, XY, YZ, XZ, XYZ
Mounting Surface Size	30.0 mm x 30.0 mm			80.0 mm x 30.0 mm	85.0 mm x 50.7 mm	110.0 mm x 75.7 mm
Additional Details

• 表脚注コントローラK-CubeKIM101使用時
• ベンチトップ型コントローラPDXCまたはPDXC2
• ベンチトップ型コントローラPDXCまたはPDXC2使用時。コントローラK-Cube^® KIM001またはKIM101で制御したときの性能については、移動ステージ PD2/Mまたは PD3/Mの「仕様」タブをご覧ください。
• Kinesisで与えられた設定に対して、各デバイスが1方向に移動している間のステップサイズは最大20%変動する可能性があり、また一般にその再現性もありません。開ループ型であるため、コンポーネントのバラツキ、移動方向および使用条件などにより、この変動がさらに大きくなる可能性があります。
• ピエゾ慣性アクチュエータPIA25は、高分解能での相対位置決めとその保持が求められる用途に適しています。
• 光学式エンコーダENCXR25(別売り)をご使用いただくと、精度10.0 µmでの位置の読み出しが可能になります。

Piezoelectric Stages
Product Family	Nanoflex™ 20 µm Stage with 5 mm Actuator	Nanoflex™ 25 µm Stage with 1.5 mm Actuator	Elliptec® 28 mm Stage	Elliptec® 60 mm Stage	LPS710E 1.1 mm Vertical Stage
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Travel	20 µm + 5 mm Manual	25 µm + 1.5 mm Manual	28.0 mm	60.0 mm	1.1 mm
Speed	-		180 mm/s (Max)	90 mm/s (Max)	-
Drive Type	Piezo with Manual Actuator		Resonant Piezoelectric Motor		Amplified Piezo
Possible Axis Configurations	X, XY, XYZ		X		Z
Mounting Surface Size	75.0 mm x 75.0 mm	30.0 mm x 30.0 mm	15.0 mm x 15.0 mm		21.0 mm x 21.0 mm
Additional Details

ステッピングモーターステージ

こちらの移動ステージは脱着型あるいは内蔵型のステッピングモータを用いており、また300 mmまでの長い移動量が可能です。これらのステージの多くは多軸移動機能を有していたり(PLSXY)、あるいは多軸ステージを組み立てることが可能であったりします(PLSX、クイック接続型XR25シリーズ、LNRシリーズ、NRTシリーズ、LTSシリーズ)。ステージMLJ150/Mは高荷重にも対応する垂直移動ステージです。

Stepper Motor Stages
Product Family	MVSN1(/M) 13 mm Vertical Stage	PLS Series 1" Stages	Modular XR25 Series 25 mm Stage	LNR Series 25 mm Stage	LNR Series 50 mm Stage
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Travel	13 mm	1" (25.4 mm)	25 mm	25 mm	50 mm
Maximum Velocity	5.0 mm/s	7.0 mm/s	2.0 mm/s	2.0 mm/s	50 mm/s
Possible Axis Configurations	Z	X, XY	X, XY, YZ, XZ, XYZ	X, XY, XYZ	X, XY, XYZ
Mounting Surface Size	24.5 mm x 50.0 mm	3" x 3" (76.2 mm x 76.2 mm)	110.0 mm x 75.7 mm	60 mm x 60 mm	100 mm x 100 mm
Additional Details

Stepper Motor Stages
Product Family	NRT Series 100 mm Stage	NRT Series 150 mm Stage	LTS Series 150 mm Stage	LTS Series 300 mm Stage	MLJ250 50 mm Vertical Stage
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Travel	100 mm	150 mm	150 mm	300 mm	50 mm
Maximum Velocity	30 mm/s		50 mm/s		3.0 mm/s
Possible Axis Configurations	X, XY, XYZ		X, XY, XYZ		Z
Mounting Surface Size	84 mm x 84 mm		100 mm x 90 mm		148 mm x 131 mm
Additional Details

DCサーボモーターステージ

脱着型あるいは内蔵型のDCサーボモータを用いた直線移動ステージをご用意しております。これらのステージは薄型で、多軸ステージの構築が可能です。

DC Servo Motor Stages
Product Family	MT Series 12 mm Stages	PT Series 25 mm Stages	Compact Modular XNR25X 25 mm Stage	Modular XR25X 25 mm Stage	M30 Series 30 mm Stage	M30 Series 30 mm Monolithic XY Stage
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Travel	12 mm	25 mm	25 mm		30 mm
Max Speed	2.6 mm/s		2.6 mm/sa		2.4 mm/s
Possible Axis Configurations	X, XY, XYZ		X, XY, YZ, XZ, XYZ		X, Z	XY, XZ
Mounting Surface Size	61.0 mm x 61.0 mm	101.6 mm x 76.2 mm	85.0 mm x 50.7 mm	110.0 mm x 75.7 mm	115.0 mm x 115.0 mm
Additional Details

• 速度を2.6 mm/sまで上げると、速度リップルや加減速プロファイルの歪みが発生する可能性があります。制御性能を向上させるには、最大速度を2.3 mm/s以下に制限してください。

DC Servo Motor Stages
Product Family	MTS Series 25 mm Stage	MTS Series 50 mm Stage	MTS Series 100 mm Stage	M150 Series 150 mm XY Stage	KVS30 30 mm Vertical Stage
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Travel	25 mm	50 mm	100 mm	150 mm	30 mm
Max Speed	2.4 mm/s			X-Axis: 170 mm/s Y-Axis: 230 mm/s	8.0 mm/s
Possible Axis Configurations	X, XY, XYZ			XY	Z
Mounting Surface Size	43.0 mm x 43.0 mm			272.4 mm x 272.4 mm	116.2 mm x 116.2 mm
Additional Details

ダイレクトドライブステージ

こちらの薄型ステージにはブラシレスDCサーボモータが内蔵されており、バックラッシュの無い高速移動が可能です。電源が入ってないときは、ステージのプラットフォームにはほとんど慣性が無く、実質的にフリーラン状態になります。そのため電源が入ってないときにステージのプラットフォームが定位置に留まる必要のある用途には適していません。これらのステージを垂直方向に取付けることは推奨しません。

Direct Drive Stages
Product Family	DDS Series 50 mm Stage	DDS Series 100 mm Stage	DDS Series 220 mm Stage	DDS Series 300 mm Stage	DDS Series 600 mm Stage
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Travel	50 mm	100 mm	220 mm	300 mm	600 mm
Maximum Velocity	500 mm/s		300 mm/s	400 mm/s	400 mm/s
Possible Axis Configurations	X, XY		X, XY	X	X
Mounting Surface Size	60 mm x 52 mm		88 mm x 88 mm	120 mm x 120 mm
Additional Details