パラレルキネマティックピエゾ位置決めシステム

牽引質量やケーブルのないコンパクト設計

パラレルキネマティック多軸システムでは、すべてのアクチュエータが単一の可動プラットフォーム上に直接作用します。すなわち、すべての軸を同一の動的特性で設計できるため、移動質量が大幅に低減されます。その他の利点:パラレルキネマティックシステムは、積層システムまたは多層システムと比較して、よりコンパクトに設計することができます。また、個々の軸の誤差および質量が蓄積されることはありません。パラレルキネマティックシステムは、最大6つの自由度で利用できます。また、慣性質量が最小限であるため、すべての軸で高いダイナミクスを提供します。


並列計測:固定基準を使用した多軸計測

パラレルキネマティックを用いた多軸ステージ設計のデザインは、ダイレクトな並列計測を使用できるため、固定基準に対して移動するプラットフォームを6の自由度を計測することができます。そのため、たとえ期待しない応力により発生した、別の軸への意図しないモーションのクロストークを検知し、リアルタイムで能動的に修正することができます。このアクティブなガイドにより、ダイナミックな操作でも、ナノメートル単位の高い軌道追従性が実現します。


多軸チップ/チルトシステムのキネマティクス

PI社のピエゾチップ/チルトミラーシステムは、パラレルキネマティックに基づいており、全方向のモーションに対して単一の可動プラットフォームを使用します。このシステムでは、非常にコンパクトなままで、2つの単軸システムを順次切り替えた場合(ガルバノスキャナーなど)よりも高い直線性が実現します。

ピエゾ駆動のチップ/チルトミラーおよびプラットフォームは、トラッキング、スキャン、画像の手ぶれ補正、ドリフトの除去、振動といった高度に動的な操作だけでなく、光学系や試料の静的な位置決めにも適しています。光学ビーム偏向を最大100 mradにすることが可能で、数マイクロ秒の短い応答時間と、ナノラジアン単位の高い分解能が実現します。PI社は、レーザービーム制御から、天文学で使用される大規模なユニットまで、コンパクトなシステムを幅広く提供しています。

ピエゾ駆動のチップ/チルトミラーおよびプラットフォームは、トラッキング、スキャン、画像の手ぶれ補正、ドリフトの除去、振動といった高度に動的な操作だけでなく、光学系や試料の静的な位置決めにも適しています。光学ビーム偏向を最大100 mradにすることが可能で、数マイクロ秒の短い応答時間と、ナノラジアン単位の高い分解能が実現します。PI社は、レーザービーム制御から、天文学で使用される大規模なユニットまで、コンパクトなシステムを幅広く提供しています。

トライポッドピエゾドライブを備えたチップ/チルトシステム

このプラットフォームは、互いに120°の角度をなして配置された3つのピエゾアクチュエータによって駆動されます。座標変換によって、モーションを複数のアクチュエータ間で分割できます。

このプラットフォームはチルト動作に加えて、Z方向で直線的に使用することもできます。これは、たとえば光学的距離を補正するのに重要です(移相器)。

次の式は、チルト角度とZ方向のトラベルレンジを計算するためのものです。A、B、およびCは、対応するアクチュエータの線形変位です。

差動ピエゾドライブを備えたチップ/チルトシステム(テトラポッド)

このプラットフォームは、互いに90°の角度をなして配置された2組のピエゾアクチュエータによって駆動されます。4つのアクチュエータは、チルトの方向に応じて1組ごとに差動的に制御されます。チルト軸θXとθYは直交して配置されているため、座標変換の必要はありません。

その結果、幅広い温度範囲にわたって、きわめて安定して位置/角度を決定できます。差動バージョンでは、トライポッド設計の場合と同様に、幅広い温度範囲にわたって最良の角度安定性が保証されます。位置制御バージョンでは、軸ごとの2つのセンサーを差分評価することにより、直線性と分解能が向上します。

ピエゾチップ/チルトミラーのダイナミクス

ピエゾチルトシステムの最大動作周波数は、機械の共振周波数に大きく依存します。増幅器、コントローラ、およびセンサーの特性も非常に重要です。システム(プラットフォームとミラーの組み合わせ)の実効共振周波数を見積もるためには、まずミラー基板の慣性モーメントを計算する必要があります。

m ミラー重量 [g]
IM ミラーの慣性モーメント [g × mm2]
L チルト軸に対して直角なミラーの長さ [mm]
H ミラーの厚さ [mm]
T 回転ポイントからプラットフォーム表面までの距離(個々のモデルの技術データを参照してください) [mm]
R ミラーの半径 [mm]

プラットフォームの共振周波数( >>を参照してください) とミラー基板の慣性モーメントによって、システムの共振周波数を算出できます。次の式に従ってください。

f' プラットフォーム(ミラー付き)の共振周波数 [Hz]
f0 プラットフォーム(ミラーなし)の共振周波数 [Hz]
I0 プラットフォームの慣性モーメント(技術データを参照してください) [g × mm²]
IM ミラーの慣性モーメント [g × mm²]

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