Digitaler Motion Controller

PI verbessert die Positioniergenauigkeit um bis zu eine Größenordnung

15. April 2010

Der einkanalige Piezocontroller E-709 von Physik Instrumente (PI) erschließt die Digitaltechnik und ihre Vorteile nun auch preisgünstigeren Systemen der Genauigkeitsklasse von einem bis 10 Nanometern. Er unterstützt zunächst die in preisgünstigeren Piezosystemen verwendeten Dehnmessstreifen-Sensoren (Metallfolien oder piezoresistiv). Aufgrund der Anforderungen an diese Systeme, werden im E-709 Komponenten mit ausgewogenem Preis-Leistungs-Verhältnis verwendet. Die D/A Wandlung beträgt 16 Bit, der 32 Bit Prozessor mit 150 MHz Taktrate ermöglich eine Servorate von 10 kHz. Der Verstärker liefert 5 W Dauerleistung, z.B. für den dynamischen Betrieb klassischer Nanopositioniersysteme wie des P-721 PIFOC® Objektivscanners.

Der digitale Controller arbeitet mit Linearisierungsalgorithmen, die die Genauigkeit des Piezosystems um einen Faktor 10 von etwa 0,2% auf 0,02% verbessert. Der E-709 wird über USB und RS-232 Schnittstellen kommandiert und ermöglicht das Setzen der Bewegungs- und Regelparameter und die Programmierung der digitalen I/Os über Software.

Wichtig für den Einsatz in der Mikroskopie, wo der E-709 einachsige Piezosysteme wie den Objektivpositionierer P-721 oder die Probenscanner P-736 und P-737 betreiben kann, ist die Kompatibilität zu Softwareplattformen wie LabView, µManager, MATLAB oder Metamorph sowie die Programmierbarkeit über DLLs.

Digitale Piezocontroller waren bislang High-End Anwendungen vorbehalten: Für Servo-Raten von bis zu 25 kHz in nahezu Echtzeit ist eine schnelle Datenverarbeitung und eine hohe Prozessorleistung erforderlich. Sub-Nanometer Auflösung macht eine Datenkonvertierung mit bis zu 24 Bit unumgänglich, sodass digitale Servocontroller häufig kostspieliger sind als ihre analogen Verwandten.