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APT モジュール型ピエゾコントローラ


  • Two High Power Drive Outputs – 75 V, 500 mA
  • Strain Gauge Closed Loop Nanometer Positioning
  • Seamless Operation with Thorlabs Piezo Actuators

MPZ601

Full Suite of
Software Support
Tools Included

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APTTM Rack System Modules
2-Channel Peizo Control Module
2-Channel Stepper Motor Control Module
2-Channel NanoTrak®Auto-Alignment Module
USB Motion Control 19" Rack Chassis
当社のラックシステムモジュールには、APT™ラックシステム筐体 MMR601をご使用ください。筐体外でモジュールを独立して操作することはできません。

特長

  • 高分解能位置制御 (微調整用途向け)
  • ランプ電圧/波形発生機能 (スキャン用途向け)
  • 高帯域幅 (10 kHz) ピエゾ位置決め
  • 当社のピエゾアクチュエータ用自動設定機能
  • 制御用コントローラーデジタル I/O ポート
  • ユーザI/Oポート(ロジック入力/出力、ポテンショメータ入力)
  • 制御用ソフトウェア一式が付属
  • 直観的に使えるソフトウェアグラフィカル制御パネル
  • 拡張ActiveX® プログラミング・インターフェイス
  • 他のAPT™ シリーズのコントローラとの完全統合(統合システム開発)

APT™ピエゾドライバーモジュールMPZ601は、2チャンネルのパワー(75 V、500 mA)ピエゾコントローラです。この製品は、当社の開ループおよび閉ループピエゾ内蔵ナノポジショニングアクチュエータおよびステージ全製品を駆動するよ うに設計されています(右上の「Related Items」をご参照ください)。このユニットの各チャンネルには、歪みゲージフィードバック回路が装備されているので、当社のアクチュエータと使用して、ナノメー タ領域での閉ループ位置決め操作を行う事ができます。更に、フレキシブルなソフトウエアの設定は、これらの製品の設定を細かく変えられるので、他社製品の様々なピエゾ素子を駆動するのにも適しています。このユニットは、波形発生機能とトリガ出力機能により、ピエゾによるスキャン用途に特に適しています。

このモジュールには、最新の高速デジタル信号プロセッサ(DSP)と低ノイズアナログ電子技術が組み込まれていて、適応性の高いAPT™モーションコントロール19インチモジュールラックシステムMMR601 に合うように設計されています。複数のモジュール型ピエゾコントローラMPZ601をこのラックシステムに装着して(1つのラックにつき、最大12チャ ンネルまでの操作が可能)、ナノメータレベルでのモーションコントロールが必要となる大規模なアライメント用途をサポートすることができます。

ラック筺体MMR601を介したUSB接続により、簡単にPC制御操作が可能です。さらに、複数のユニットを標準のUSBハブを使って、多軸モーションコントロール用途向けに、1台のPCに接続して制御することができます。これを使いやすいAPT™ ソフトウェアに統合することで、短時間でかなり複雑な移動シーケンスを作ることが可能です。例えば、関連するすべての操作パラメータは、当社のステージお よびアクチュエータ製品用に自動設定されています。拡張ActiveX®プログラミング環境を使って、高度なカスタムモーションコントロールやシーケンス も行なうことが可能です。 ActiveX®プログラミング環境の詳細は「モーションコントロールソフトウェア」および「APTチュートリアル」タブに掲載されています。

Other Piezo Driver Controllers
K-Cube™ Controller
Single-Channel
Open Loop Benchtop Controller
1- and 3-Channel
Closed Loop Benchtop Controller
1- and 3-Channel
Rack System Module
2-Channel 

モジュール仕様

SpecificationValue
Piezoelectric Output (SMC Male) - Per Channel
Voltage (Software Control)0 to 75 V DC
Voltage (External Input)-10 to 90 VDC
Current500 mA Max Continuous
Stability100 ppm Over 24 hours (After 30 mins Warm-Up Time)
Noise<3 mV RMS
Typical Piezo Capacitance1 to 10 µF
Bandwidth10 kHz (1 µF Load, 1 Vp-p)
Position Feedback (9-Pin D-type Female) - Per Channel
Feedback TypeAC Bridge or 0-10 V Differential DC (SW Selectable)
AC Feedback Transducer TypeStrain Gauge
AC Detection MethodAC Bridge (18 kHz Excitation)
Typical AC Feedback Resolution5 nm (for 20 µm Actuator e.g. PAZ005)
Auto-ConfigureIdentification Resistance in Actuator
User Input/Output (26-Pin D-type Female)
Potentiometer Input (per channel)Reference + Wiper (50 kΩ 10 Turn Pots)
HV Output Monitor (per channel)0 to 10 VDC
4 Digital InputsTTL Levels
4 Digital OutputsOpen Collector
Trigger Input/OutputTTL
Trigger Input FunctionalityTriggered Voltage Ramps/Waveforms
Trigger Output FunctionalityTrigger Generation During Voltage Ramp Output
User 5 V (with Ground) 250 mA Max
General
HousingSingle apt™ Rack System Bay
Dimensions (W x D x H)190 x 270 x 50 mm (7.5" x 10.6" x 2")
Weight1.5 kg (3.3 lbs)

ユーザI/Oコントローラ

Dタイプメス型

DB26 Female

PinDescriptionReturnPinDescriptionReturnPinDescriptionReturn
1DIG I/P 1a1910DIG O/P 1a1919Isolated Groundb-
2DIG I/P 2a1911DIG O/P 2a1920Ext Trigger I/P22
3DIG I/P 3a1912DIG O/P 3a1921Ext Trigger O/P22
4DIG I/P 4a1913DIG O/P 4a1922Ground-
5Channel 1 RS485 (+)-14Channel 2 RS485 (+)-235 V User O/P (Isolated)-
6Channel 1 RS485 (-)-15Channel 2 RS485 (+)-24Not Used-
7Not Used-16Not Used-25Analog or Potentiometer Ground-
8Channel 2 10 V O/Pc2517Potentiometer Wiper Ch 2-26Potentiometer Reference25
9Channel 1 10 V O/Pc2518Potentiometer Wiper Ch 2-
  • 光アイソレーション、TTLレベルの信号
  • デジタル信号用
  • 外部信号モニタ装置用

ピエゾコントローラ

Dタイプメス型

DB9 Female

PinDescriptionReturnPinDescriptionReturnPinDescriptionReturn
1Wheatstone Bridge Excitation4 or 64d.c.(+) or Equipment Groundc-7d.c.(-) or Actuator ID Signalbc4 or 6
2+15Va4 or 65Feedback Signal In4 or 68RS485 (-)9
3-15Va4 or 66Equiptment Ground-9RS485 (+)8
  • ピエゾアクチュエーターフィードバック回路専用の電源です。 他の回路やデバイスにはお使いいただけません。
  • この信号は、当社のアクチュエータにのみご利用になれます。 この信号によって、システムはアクチュエータに付随するピエゾ素子の伸縮を特定することができます。
  • 歪ゲージ信号またはDCフィードバック信号の切り替えは、ソフトウェアで可能です。

Ext In (+)およびExt In (-)

BNCメス型

BNC Female

差動入力 この2つの入力の差動信号によって、HV増幅回路からの出力電圧を部分的に制御するように設定できます。 「Input Source」としてBNCオプションを含む設定にすると、ユニットは選択された他の入力信号(GUIパネルの「Output」制御でセットされた電圧、および外部ポテンショメータからの電圧)にこの差動信号を加算します。

HV Out

SMC

SMC

0~75 V、0~250 mA。 駆動信号をピエゾアクチュエータに送ります。

こちらのガイドはLabVIEWでAPTシステムソフトウェアを使用するための基礎をプログラミングの観点から説明しており、これにより製品到着後すぐにAPTコントローラを使用することができます。

Labview IconClick here to view the LabVIEW guideLabview Icon

ピエゾアクチュエータの帯域幅に関するチュートリアル

多くの高速用途では、ピエゾ素子の形状変化する速度を知ることが必須となります。 ピエゾコントローラとピエゾ積層の帯域幅は、下記の数値がわかることで、計算で求められるようになります。

  1. コントローラが供給可能な最大電流量。下記で例としてとりあげられているBPCシリーズのピエゾコントローラでは、この数値は0.5 Aです。
  2. ピエゾ素子の負荷容量。容量が大きいほどシステムは遅くなります。
  3. 信号振幅の最適値(V)。この振幅がピエゾ素子の伸長寸法を決定します。
  4. ドライバの最大帯域幅。この数値は駆動負荷に依存しません。

出力コンデンサを駆動する際には、帯電と放電にそれぞれ電流が必要です。 帯電電荷の変化dV/dtはスルーレートと呼ばれています。 静電容量が大きいほど、必要とされる電流量は大きくなります。

Piezo Equation 1

例えば100 µmのピエゾ積層において静電容量が20 µFで、最大電流量が0.5 AのBPCシリーズピエゾコントローラで駆動されるとき、スルーレートは下記の数式で求められます。

Piezo Equation 2

したがって電圧が瞬間的に0 V から75 Vに変化するとき、出力電圧が75 Vに達するには3 msかかります。

注記: これらの計算式においては、ドライバの最大帯域幅は計算によって得られる帯域幅よりもずっと大きな値であり、ドライバの帯域幅は制限要因とならないことを前提としています。 なおこれらの数式が、開ループシステムにしか適用できない点にご注意ください。 閉ループモードでは、フィードバックループの応答の遅延がさらに帯域幅を制限します。

正弦波信号

システムの帯域幅は、通常は所定の振幅の正弦信号に対するシステムの応答により規定します。 正弦信号のピーク振幅がA、ピーク‐ピーク電圧がVpp、そして周波数がfの条件で駆動されているピエゾ素子については、以下の数式が成立します。

Piezo Equation 3

右の図は、時間の経過とともに変化する電圧を表しています。 スルーレートの最大値、または電圧の最大の変化は、t = 2nπ, (n=0, 1, 2,...)が成立する時点となり、右図では点 aで示されています。

Piezo Equation 4

上記の数式から下記が導出できます:

Piezo Equation 5

それゆえに下記が成立します:
Piezo Equation 6

上記の例では最大電圧(75 V)での帯域幅は下記の値になることがわかります:

Piezo Equation 7

ピエゾが小さく、静電容量が1/10になると、結果は10倍向上して約1060 Hzとなります。 また、積層が100 µmのままであっても、ピーク‐ピーク電圧が7.5 V(10% の最大振幅値)であれば、結果は同様に10倍向上して約1060 Hzとなります。

三角波信号

ピエゾアクチュエータが三角波で駆動される場合、最大電圧がVpeakで、最小電圧が 0の時、スルーレートは勾配もしくは下記に等しくなります:

Piezo Equation 8

あるいはf = 1/Tであるので、下記が導出できます:

Equation 9

 

矩形波信号

ピエゾアクチュエータが矩形波で駆動される場合、最大電圧がVpeakで、最小電圧が 0の時、スルーレートが最小の立ち上がりと立ち下がりの数値を制限します: この条件では、信号の立ち上がりまたは立ち下がりの途中では、スルーレートは勾配に等しくなります。 trが最小立ち上がり時間であるとき、下記の数式が成り立ちます:

Equation 11

この式により、下記の数式が成立することもわかります。

Equation 12

 ピエゾの動作や理論についてはピエゾ素子のチュートリアルをご参照ください。

当社では幅広い種類のモーションコントローラを駆動できるよう、Kinesis® ソフトウェアパッケージと従来のAPT™(Advanced Positioning Technology)ソフトウェアパッケージの2種類のプラットフォームをご用意しております。どちらのパッケージも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モジュール式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をカバーするKinesisシリーズのデバイスを制御できます。

Kinesisソフトウェアには、最新のC#、Visual Basic、LabVIEW™またはその他の.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サードパーティの開発者向けに、.NETコントロールが付属しています。また、.NETフレームワークを使用しない用途向けに低級言語用のDLLライブラリも付いています。センターシーケンスマネージャが、当社の全てのモーションコントロールハードウェアの統合と同期をサポートします。

Kinesis Software
KinesisのGUIスクリーン
APT Software
APTのGUIスクリーン

当社従来のAPTシステムソフトウェアプラットフォームは、C#、Visual Basic、LabVIEWまたはその他のActive-X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サードパーティの開発者向けに、ActiveXをベースとしたコントロールが付属しています。また、ハードウェア無しでカスタムプログラムの開発を行うためのシミュレーターモードも付いています。

これらの共通のソフトウェアプラットフォームにより、あらゆるKinesisとAPTコントローラをシングルアプリケーションに簡単に組み込むことができます。ソフトウェアツールは1セット習得するだけで共通した操作が可能です。シングルチャンネルシステムからマルチチャンネルシステムまで、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することが実現可能です。

このソフトウェアパッケージを使用するには2つの手段があります。GUI(グラフィカルユーザーインターフェイス)ユーティリティを使用したコントローラとの直接対話ならびに「out of the box」コントロール、またはご選択の開発言語でカスタム統合の位置決めやアライメントソリューション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。

APTシステムソフトウェアをよりご理解いただけるために様々なチュートリアルビデオもご用意しております。ビデオではソフトウェアの概要とAPT Configユーティリティをご説明しています。また、ソフトウェアのシミュレーターモードを利用すると、コントローラを接続しないでソフトウェアを試すことができます。その方法を説明したビデオもあります。これらのビデオは「APTチュートリアル」タブ内のリンクからご覧いただけます。

ソフトウェア

Kinesis バージョン 1.14.25

このKinesisソフトウェアパッケージには、当社のKinesisならびに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
Software Download

ソフトウェア

APT バージョン 3.21.4

このAPTソフトウェアパッケージには、当社のAPT™および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
Software Download

Posted Comments:
Laurie  (posted 2009-02-05 15:34:15.0)
Response from Laurie at Thorlabs to melsscal: Thank you for your inquiry about our MPZ601, which can work as piezo controller. However, if you want nano track function for auto alignment, youll need to use the MNA601 controller module, which requires either the MMR601 or MMR602 chassis. Each controller module has two channels, so if you wish to control all three channels, youll need two modules. Please contact our technical support department if youd like to discuss your particular application with someone.
melsscal  (posted 2009-02-05 03:51:52.0)
Can we use MPZ601 with MAX313/M as nano track controller ?
+1 数量 資料 型番 - ユニバーサル規格 定価(税抜) 出荷予定日
MPZ601 Support Documentation
MPZ601APTモジュール型2チャンネルピエゾコントローラ、フィードバック付き
¥325,101
5-8 Days
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