取扱説明書 専用 1軸 コントローラー (-10V / +10V) PIEZOCONCEPT
PIEZOCONCEPT
操作マニュアル
コントローラ アナログ インターフェース
-10V～10Vアナログ入力 標準電源（2A）
重要安全情報
高電圧ドライバは、危険な電圧や電流を発生させることがあります。ドライバを操作するとき、およびリニアアクチュエータを取り扱うときは、注意してください。圧電アクチュエータは大きな静電容量を持ち、危険な量の電気エネルギーを長期間にわたって蓄えることができます。また、負荷や温度変化などのさまざまな条件により、圧電アクチュエータに電荷が蓄積されることがあります。
PIEZOCONCEPTコントローラからDB-9コネクタを取り外す際は、まずコマンド電圧を-10.0Vに設定し、PIEZOCONCEPTコントローラのAC電源をOFFにしてから、1分待ってから切断してください。
重要事項
本書に記載されているPIEZOCONCEPT製品に関する技術情報、推奨事項、事例などは、すべて正しいと思われる情報に基づいて作成されています。購入者または使用者は、使用する前に各製品の適合性を判断する必要があります。PIEZOCONCEPTの製品およびサービスの使用に関連するすべてのリスクと責任は、購入者または使用者が負うものとします。
1 はじめに
PIEZOCONCEPTコントローラは、すべてのPIEZOCONCEPTナノポジショニングシステムの操作に必要な完全な制御パッケージで す。PIEZOCONCEPTコントローラは、低ノイズ、低ドリフトの150Vドライバ、位置検出エレクトロニクス、および閉ループ比例積分（PI）フィードバック制御が含まれています。比例積分制御では、フィードバックループの帯域幅は積分項の積分時定数で決定されます。クローズドループの指令位置は，前面パネルの BNC 入力から供給されます。ドライバは 150 V で 150 mA を供給することができます。
各PIEZOCONCEPTコントローラは、工場出荷時に対応するナノポジショ ニングデバイス用に調整されています。この調整には、位置検出エレクトロニクスのオフセットの設定が含まれます。安定した環境条件下では、この設定の再調整は必要ありません。PIEZOCONCEPTコントローラの各ナノポジショニングステージと各チャンネルには、識別のための明確なラベルが貼られています。
表1: PIEZOCONCEPTコントローラ仕様
1.1 フロントパネル接続
各コントローラの前面パネルには，次のような接続があります。
- 入力 : 指令電圧のアナログ入力 (-10.0V～10.0V)
- センサ出力 : 0.0～10.0V バッファ付き BNC コネクタ出力*。
- HV/10 : BNCコネクタによるHV÷10（-1.0～+15.0V）出力
- DB-9 : ナノポジショニングステージへのDタイプ9ピンコネクター
- オフセット：位置検出回路用調整
- USBオプション : TTL出力4系統を備えたUSBコネクター
*センサーの出力信号0.0～10.0Vは、ステージの変位量0～最大変位量に相当します。
オプションとして、1軸システムの場合、ポテンショメータを装備することができます。これにより、ユーザーはナノポジショナの位置を手動で調整することができます。
1.2 リアパネル接続
PIEZOCONCEPT コントローラのリアパネル接続は，以下の仕様となっています。
- AC-Power : 100-220 V
- FUSE : 2Aヒューズ
2 設置方法
単一チャンネルシステムをセットアップするには、以下の手順を使用します。
a) ナノポジショニングステージを、その「設置および操作マニュアル」に記載されている通りに設置します。
b) PIEZOCONCEPTコントローラの電源をオフにします。
c) ナノポジショニングステージの DB-9 コネクタを PIEZOCONCEPT コントローラに接続し、ネジを締 めます。
d) 指令信号電圧を0.0Vに設定します。
e) PIEZOCONCEPTコントローラの電源を入れる。
f) これで、指令信号がナノポジショニングステージの変位を制御するようになります。
g) システムをオフにする前に、コマンド信号を-10.0Vに設定します。
h) 電源が入っている間は、絶対に DB-9 コネクタを外さないでください。DB-9 コネクタを外す前に、PZT が放電するのを 1 分間待ってください。
3 アナログインターフェースによる圧電制御装置の操作 - クローズドループ動作
PIEZOCONCEPTコントローラをアナログモードで動作させるには、フロントパネルのBNCラベル付き入力にコマンド信号を入力します。安定した電源または外部DACを使用します。入力電圧範囲は0～10.00Vで，ゼロ段変位から最大段変位に相当します。この電圧範囲を超えないようにしてください。
使用しないときは、コントローラの電源を切ることをお勧めします。電源が入っているときは、DB-9コネクタを絶対に外さないでください。
4 オフセット調整
位置検出電子機器のレンジとオフセットは、工場で調整されています。多チャンネルシステムでは、正しいナノポジショニングステージをPIEZOCONCEPTコントローラの各チャンネルに接続することが重要です。これらの軸は、PIEZOCONCEPTコントローラとナノポジショニングステージの両方に、明確にマークされています。
クローズドループモードでは、高電圧出力は-0.5Vから135.0Vの間で動作します。高電圧の15Vオーバーヘッドは、Proportional-Integralコントローラが動作するために必要です。比例積分型コントローラは、この電圧を使って、わずかな温度変化や環境変化、クリープやヒステリシスを補正する。
室温が数度変化すると、高電圧出力のオフセットがシフトします。温度の上昇により，出力範囲が-0.5V～135.0Vから0.0V～140.0Vに移行することがあります。このような場合，PI回路がクリープやヒステリシスを補償する十分なオーバーヘッドを持っているため，調整の必要はありません。一般に，温度などの環境変化はオフセットのみに影響し，トータルレンジには影響しません。
このような場合、センシングエレクトロニクスを継続的に調整するよりも、環境条件を制御することが常に最善となります。ナノポジショニングシステムは温度制御された部屋で使用し、ステージの再インストールの回数を最小限に抑えます。
新しいナノポジショニングステージが設置されたら、位置検出回路のオフセットを調整することが推奨されます。一度調整すれば、ステージを再設置するか、温度が5度以上変化しない限り、それ以上の調整は必要ありません。以下の手順でオフセットを設定します。
a) ナノポジショニングステージを設置し、PIEZOCONCEPTコントローラに接続し、PIEZOCONCEPTコントローラの電源を入れた状態で、校正済み電圧計を使用してHV/10出力信号を監視する。
b) 指令信号入力に-10.0Vを印加し、ポテンショメータをゼロの位置に置いて1分間待つ。遅い電圧ドリフトは、比例-積分回路がPZTのクリープを補償しているためである。
c) 絶縁ドライバーを使用して、HV/10 出力信号が -1.0 V ～ -0.5 V の間になるように、フロントパネルのオフセットねじを調整します。信号を監視しながらゆっくりと調整します。時計回りに回すと電圧が上昇します。
オフセットを調整するもう一つの方法は、-10V/+10V の正弦波を送り、センサー信号の片側または反対側に飽和がある場合、ドライバーでオフセットねじを調整することです。
5 トラブルシューティング
PIEZOCONCEPTコントローラは高精度の機器であるため、物理的および電気的に静かな環境で操作する必要があります。電気的および振動的なノイズは、PIEZOCONCEPTコントローラおよび/またはナノポジショニングステージで 拾われる可能性があります。このノイズは、HV/10 BNC出力で観察することができます。
1-5 Hz 低周波ノイズは、一般的に建物の振動によるもので、足の動きや車の動きによって引き起こされることがあります。このタイプのノイズは、しばしば時間依存性がある。ナノポジショニングステージを入念に防振することで除去することができます（これらの製品の見積もりについては、弊社にお問い合わせください）。
50,100 Hz グランドループ干渉により発生するノイズです。ナノポジショニングステージとPIEZOCONCEPTコントローラの接地電位にわずかな差があるために発生します。この問題は、ナノポジショニングステージを紙の上に置くなどして、電気的に絶縁することで確認できます。ノイズレベルが低下した場合、グラウンドの電位が異なっている可能性があります。
6 推奨
PIEZOCONCEPT コントローラからナノポジショナを取り外した場合、付属の電気ジャンパーでピエゾアクチュエータをバイパ スすることをお勧めします（下写真を参照ください）。これにより、寿命が延びます。
日中、ステージを使用せず、コントローラをONにしているときは、-10Vに近い電圧をかけるのがベストです。実際、アナログ入力にかける電圧は-10Vから10Vの間です。この電圧をオフセットして、0Vから150Vの電圧範囲に増幅してから圧電素子に送っている。つまり、-10Vかそれより少し高い電圧（-8Vなど）をかけても、ピエゾアクチュエータに15V以上かかることはなく、ピエゾの老化を早めることはない。逆にアナログ入力に10Vを長時間印加することは避けなければなりません。そのため、静止時には-10V～-8Vを印加するのがベストです。
一日の終わりは、コントローラーの電源を切るのが一番です。電源を切る前に、アナログ入力に-10Vを印加してください。これは、コントローラの静電容量が大きく、電源を切るとピエゾスタックに放電してしまうからです。ピエゾスタックは満充電のときよりも、空のときの方がより多くの追加充電に対応できます。このため、コントローラーの電源を切る前に-10Vを印加するのがベストです。
最後に、コントローラの電源を切るときは、少なくとも1分間待ってから再投入することをお勧めします。
