超精密位置決めピエゾステージ

Page 1:Nanometer Positioning & SensingNANO CONTROL超精密位置決めピエゾステージ超精密位置決めピエゾステージ超精密位置決めピエゾステージダイジェスト版ダイジェスト版ダイジェスト版歪みゲージセンサ内蔵ピエゾステージステージラインナップ制御コントローラカスタム対応アプリケーション例新製品こちらから価格表がダウンロードできます。http: //www.nanocontrol.co.jp/price/price.html製品総合カタログ3 つのシリーズで構成され、各シリーズの製品ラインナップと詳細仕様がご確認いただけます。ピエゾステージ超音波モータステージフォースセンサ2015 年 9 月株式会社ナノコントロールTEL: 03-5912-7801 e-mail: info@nanocontrol.co.jp掲載製品の「デモ機」、「御見積」、「カスタムご相談」、「技術的なご質問」は下記の Tel または e-mail へお問い合わせください。〒176-0012 東京都練馬区豊玉北 4-11-10　　　Tel 03-5912-7801 Fax 03-5912-7802株式会社ナノコントロール製品についてのお問い合わせhttp://www.nanocontrol.co.jpWEB サイト

Page 2:新シリーズ精密位置決めピエゾステージに歪みゲージ式変位センサタイプが登場。コストを抑えた汎用向け新シリーズ。ピエゾステージの特徴・内蔵変位センサとして歪みゲージを採用した新シリーズです。・50nm分解能とフィードバック制御で高い位置再現性が得られます。・ピエゾのもつ高速応答性はそのままにコストを抑えられます。弾性ヒンジガイド機構 ( 例 )2 3■ステップ応答の例■送り分解能の例■sin 波駆動の例FEM 解析による応力解析で、繰り返し疲労強度を考慮したヒンジ設計を行います。従来の静電容量センサ ＋ 制御コントローラPFHW2020-200UB NCS6101C￥880,000汎用型ピエゾステージ ＋ 制御コントローラPFHW2020-200UB-S NCS6101S￥730,000セット価格比較例￥150,000OFFX 軸ステージ Z 軸ステージXY 軸ステージ 対物レンズフォーカス用超高分解能 と 信頼性高い再現性1高 速 応 答2走り精度の性能劣化無し3・移動テーブルを支えている弾性ヒンジガイドは、摩擦摩耗がなく長期間の繰り返し往復動作 でも走り精度の劣化がありません。・グリスを使用していないため発塵もなく、メンテナンスフリーで使えます。・指令ポジションへミリ秒オーダーの速度で正確に位置決めを行います。・sin波や三角波のようなスキャニング動作でも、アナログ指令信号に同期して追従します。・低ノイズ電源を用いてナノメートルの超微細な移動分解能を備えています。・フィードバック制御用の高精度変位計を内蔵し、信頼性の高い繰り返し位置決めが行えます。2msec入力信号ステージ応答■三角波駆動の例10msec入力信号ステージ応答4msec入力信号ステージ応答408121620408121620※データは一例です。ステージやコントローラの種類、負荷条件により特性は変化します。200 μm50 nm5 N±0.2 %250 g60×60×26 mmアルミ（黒アルマイト処理）±50 nm2”/3”/2”2.0μm/N280 Hzリニアリティ剛性分解能繰り返し位置決め精度ピッチング/ヨーイング/ローリングストローク耐荷重共振周波数 (0g時)質量外形サイズ本体材質型　式 PS1L60-200U-S200 μm50 nm10 N±0.2 %350 gアルミ（黒アルマイト処理）±50 nm2”/3”/2”2.15μm/N100 Hzリニアリティ剛性分解能繰り返し位置決め精度ピッチング/ヨーイング/ローリングストローク耐荷重共振周波数 (0g時)質量本体材質型　式 PS2L80-200U-S200 μm50 nmM20.32 / M25/ M26 / M32±0.2 %200 gアルミ（黒アルマイト処理）±50 nm3”/2”/3”180 Hzリニアリティ分解能繰り返し位置決め精度ピッチング/ヨーイング/ローリング※ねじ径詳細は総合カタログ参照ストローク適用ねじ径※共振周波数 (0g時)質量本体材質型　式 PFHW**-200U-S200 μm50 nm5 N±0.2 %300 gアルミ（黒アルマイト処理）±50 nm2”/2”/2”2.2μm/N230 Hzリニアリティ剛性分解能繰り返し位置決め精度ピッチング/ヨーイング/ローリングストローク耐荷重共振周波数 (0g時)質量本体材質型　式 PSVL60-200U-S■繰り返し再現性の例 ①408121620■繰り返し再現性の例 ②60×60×30 mm外形サイズ80×80×25 mm外形サイズ 74×60×25 mm外形サイズ[nm]移動量変位[nm]移動量[nm]移動量時間変位時間変位時間

Page 3:シリーズラインナップ標準直動ステージ製品例 (X)30μmストローク●サイズ □80×16mm ●分解能 1nm●繰り返し精度 ±1nm ●共振周波数1900Hz(0g) ●耐荷重 10NPS1H80-030U(X)250μmストローク●サイズ □65×15mm ●分解能 10nm●繰り返し精度 ±10nm ●共振周波数360Hz(0g) ●耐荷重 5NPS1L65-250U(XY)20μm,(Z)12μmストローク●サイズ 70×80×65mm ●分解能1nm ●繰り返し精度 ±1nm ●共振周波数 970Hz(0g) ●耐荷重 10NPS3H70-020UA1 軸から 3 軸一体型、コンパクトサイズや長ストロークタイプなど、ラインナップ豊富なピエゾステージの基本シリーズです。対物レンズのフォーカス調整を、高速かつ高精度化できます。各種サイズのレンズに対応します。精密切削によるナノ･マイクロ金型加工が実現します。高剛性で重量物でも安定した位置決めが可能です。テーブルに開口を有し、レーザ光透過デバイスや顕微鏡･分析機器と組み合わせた微細マッピングに最適です。光学ミラーや回折格子などの微小角調整を、高速･高精度にアライメントできます。開口付きステージ回転･チルトステージ対物レンズフォーカス用特　徴超精密位置決めピエゾステージ製品例製品例 200μmストローク●サイズ 60×76×20mm ●分解能5nm ●繰り返し精度 ±5nm ●共振周波数 370Hz(0g) ●各メーカレンズ対応PFHW**-200UB100μmストローク●サイズ 49×71×51.5mm ●分解能2nm ●繰り返し精度 ±2nm ●共振周波数 750Hz(0g) ●各メーカレンズ対応PFVW**-100UB PFB**-300U300μmストローク●サイズ 80×86×50mm ●分解能10nm ●繰り返し精度 ±10nm ●共振周波数 210Hz(0g) ●各メーカレンズ対応製品例特　徴製品例 (X)30μmストローク●サイズ 60×70×16mm ●分解能1nm ●繰り返し精度 ±1nm ●共振周波数 2800Hz(0g) ●耐荷重 10NPK1L60-030U(XY)100μmストローク●サイズ □76×32mm ●分解能 2nm●繰り返し精度 ±2nm ●共振周波数240Hz(0g) ●耐荷重 10NPK2L76F-100U(XY)300μm,(Z)100μmストローク●サイズ □150×30mm ●分解能 10nm/2nm ●繰り返し精度 ±10nm/±2nm ●共振周波数 210Hz(0g) ●耐荷重 10NPK3L150-300UB特　徴高剛性･超精密加工機用ステージ製品例製品例 (X)30μmストローク●サイズ 80×90×35mm ●分解能1nm ●繰り返し精度 ±1nm ●共振周波数 2200Hz(0g) ●耐荷重 50NPU1H80F-030U(X)60μmストローク●サイズ □150×40mm ●分解能 2nm●繰り返し精度 ±2nm ●共振周波数650Hz(0g) ●耐荷重 50NPU1H150F-060UB(XY)30μmストローク●サイズ □90×37mm ●分解能 1nm●繰り返し精度 ±1nm ●共振周波数890Hz(0g) ●耐荷重 30NPU2H90F-030U製品例特　徴製品例 (θx)500 秒(θx)800 秒 ストローク●サイズ □60×30mm ●分解能 0.02秒 ●繰り返し精度 ±0.02 秒 ●共振周波数 1800Hz(0g) ●耐荷重 10NPT1T60-500S(θxy)800 秒ストローク●サイズ 40×60×45mm ●分解能0.05 秒 ●繰り返し精度 ±0.05 秒 ●共振周波数 330Hz(0g) ●耐荷重 1NPT2M40-800Sストローク●サイズ □60×20mm ●分解能 0.05 秒●繰り返し精度 ±0.05 秒 ●共振周波数640Hz(0g) ●耐荷重 10NPT1C60-800S特　徴 アクチュエータの急峻な伸縮を利用し、ワーク（対象物）に打撃力を与えて移動させる電子ハンマーです。インパクトアクチュエータ製品例製品例●最大発生力 850N ●最大変位量9μm ●共振周波数 16kHz※発生力と変位量は、使用する圧電素子への DC 電圧印加時の静的特性値です。●最大発生力 850N ●最大変位量17μm ●共振周波数 7kHz●最大発生力 850N ●最大変位量35μm ●共振周波数 6.5kHzPP102 PP103 PP104製品例特　徴株式会社ナノコントロール製品についてのお問い合わせTEL : 03-5912-7801e-mail : info@nanocontrol.co.jp4 5

Page 4:1. 制御インターフェース2. PI(D) ゲイン調整 と モニタ4. サンプルソフトウェアインターフェースPID ゲイントリマオーバーロードランプサーボ切替アナログ電圧入力差分信号ピエゾドライバモニタ シリアル orパラレル入力センサモニタ位置決めの指令方法として、次の3通りから選べます。 アナログ電圧（標準仕様）：0∼ 10Vの電圧値でステージを駆動  シリアルIF（オプション） ：RS232Cによるシリアル通信でコマンド指令  パラレルIF（オプション）：16bitのパラレルIOでポジション指令ラインナップ単軸専用NCS6000,7000多軸拡張用NCM6000,7000軽量コンパクト安価制御 IF の選択が多い最大 3 軸まで拡張可能RS232C で各軸の制御が容易単軸専用 ×3 より低コストオーバーシュートとリンギング指令信号 指令信号 指令信号ステージ動作 ステージ動作 ステージ動作■ゲインオーバー■低ゲイン ■適正ゲイン鈍い立ち上がりP･I･(D) の各ゲインをユーザにて調節でき、使用条件に合わせて最適なチューニングが行えます。アナログ電圧（標準装備） シリアル IF（オプション）パラレル IF（オプション）・アナログ電圧で位置決めを行います。・入力電圧 0 ∼ 10(V) が移動量の 0 ∼フル ストローク (μm) に相当します。・正弦波や三角波のようなアナログ的追従 動作に適しています。・PC とつなげて簡単に使えます。・2 ∼ 3 軸を 1 つの IF で指令や監視ができます。・波形生成やマクロ , トリガー出力を備えています。・デジタル信号のためノイズの影響を受けにくい。・パラレルのバイナリデータ指令により高速通信です。・通信ケーブルの延長で上位ホストと距離が離せます。※定点トリガ出力、パルス入力駆動等もカスタム対応いたします。3. 動作を視覚化できるモニタ出力ステージに内蔵する変位センサの信号を0 ∼ 10V の電圧として出力できるため、リアルタイムに動作が監視できます。シリアル IF 用のサンプルソフトウェアで すぐに PC と接続して動作できます（無償）。※Labview 用も用意しています。コントローラ出力端子差分信号センサモニタセンサモニタ差分信号※縦軸の電圧倍率は各ライン毎に異なります。株式会社ナノコントロール製品についてのお問い合わせTEL : 03-5912-7801e-mail : info@nanocontrol.co.jp制御コントローラ超精密位置決めピエゾステージ①①②③②③Over LoadInputMon.Set.Err.OffOnSensorOffsetPowerOutputSensorInputO.F.MonitorSerial　I/OPiezo ControllerNANO CONTROL CO.,LTD.6 7シリアル パラレル

Page 5:ダイヤモンドバイト精密送り精密金型加工微細切削／研削加工高荷重ワークの精密位置決め●●●●超精密加工機用ピエゾステージダイヤモンドバイト加工物θxθyピエゾステージの使用事例の一部をご紹介します。顕微鏡試料テーブル走査型プローブ顕微鏡画像取得マッピング高速ラスタースキャン走査円軌道動作CCD 画素ずらし（ピクセルシフト）●●●●●●開口付き XY 軸ステージ対物レンズのフォーカス用対物レンズ用ステージ（横型タイプ）白色干渉顕微鏡ラマン装置イメージ取得分析、検査測定機器共焦点顕微鏡レーザー加工高速、高精度フォーカシング●●●●●●精密スキャニング・マッピング測定開口付き XY 軸ステージレーザー／オプティクス関連機器、光学装置超精密ナノ加工・高速切削加工干渉計のミラー微調●光学ミラー高精度角度調整● レーザー加工などのミラー高速あおり調整●光ファイバの光軸調整● 光透過デバイスのアライメント● 各種の精密位置調整を要求する用途HDD テスタ● 微小試験片の引っ張り､圧縮● 高精度平行面合わせ●「東芝機械株式会社」製 高速微細加工システム UVM-450C 取付例株式会社ナノコントロール製品についてのお問い合わせTEL : 03-5912-7801e-mail : info@nanocontrol.co.jpアプリケーション例8 9

Page 6:真空仕様本体の材質変更真空仕様にも対応いたします。カタログ標準品はアルミ合金または鉄鋼を用いていますが、用途に適した材質で製作可能です。■ sin 波駆動データ例（クローズドループ制御時）ステージ　　：PS1H60-060Uコントローラ：NCS6101C［測定条件］搭載負荷　： 100g共振周波数： 1kHz（100g 負荷時）指令振幅　： 0 ～ 7μmアルミ合金　　： 軽量で加工性が良く、当社で最もよく使用されます。鉄鋼　　　　　： 高剛性で耐荷重性を備える場合に適しています。ステンレス　　： 耐環境性、非磁性の用途に適しています。チタン合金　　： 非磁性特性を必要とする機器への組み込みに使用します。スーパーインバ： 周囲温度変化の影響を小さくしたい場合に最適です。【構成例】ピエゾステージ 絶縁型 BNC ( メス )絶縁型 BNC( メス ) を　　2 個取り付けたフランジ例BNC コネクタ大気側BNC コネクタ BNC コネクタBNC コネクタピエゾケーブル(0.5m)センサケーブル(0.5m)ピエゾケーブル(1.5m)センサケーブル(1.5m)アルミ合金とスーパーインバの熱的歪み量の FEM 解析（開口付きステージの比較例）負荷最適化設計ピエゾステージの特徴の 1 つとして応答性の速さがあげられます。応答性は主にステージの機構によって決まる共振周波数に大きく依存します。弾性ヒンジ機構のピエゾステージをばねマスの等価モデルとしたとき、共振周波数が単振動の式で表されるとします。ここから、剛性 K が高く、稼働部質量 M と搭載負荷 m が小さいほど f が高くなります。ご要望のストロークや本体サイズ、搭載負荷などの情報をいただければ、FEM 解析で最適設計したピエゾステージをご提案いたします。mMKf =π21 剛性 [N/m]K :稼働部 ( 移動テーブル部 ) 質量 [kg]M :搭載負荷 [kg]m :共振周波数 [Hz]:fMm Mm等価モデル1Hz110.51.5100 200 300 400指令信号100Hz 200Hz 300Hz5000200 400搭載負荷 m [g][Hz]600 800 1000100015002000共振周波数f200msec 2msec 1msec 1msecステージ実動作 駆動周波数 [Hz]振幅減衰比【付記】・データは一例です。ステージの種類により特性は異なります。・コントローラの PID ゲイン調整によって応答特性は変化します。真空隔壁真空内コントローラ『 装置組み込み 』から『研究・開発』まで、  ご要求仕様に合わせてカスタム製作いたします。株式会社ナノコントロール製品についてのお問い合わせTEL : 03-5912-7801e-mail : info@nanocontrol.co.jpカスタム対応10 11搭載負荷による共振周波数変化の例