圧電ナノポジショニングプラットフォームのヒステリシスクリープ補償方法

精密位置決め技術は精密製造、走査顕微鏡、半導体などの分野に広く応用されており、位置決め精度、分解能、応答時間などに対してより高い要求を提出している。

圧電ナノポジショニングプラットフォームは圧電セラミックスを駆動源とし、無摩擦フレキシブルヒンジガイド機構を採用している。それは位置決め精度が高く、剛性が高く、応答速度が速く、解像度が高いなどの特徴がある。精密位置決め技術のコアデバイスとなっています。しかし、圧電セラミックスのヒステリシスとクリープ特性のため、位置決めシステムの精度と安定性は深刻な影響を受けている。

じきヒステリシス

圧電セラミックスの昇圧曲線と降圧曲線の間には変位差がある。同じ電圧値では、上昇曲線と下降曲線上の変位値との間に顕著な変位差が存在し、この変位差は電圧変化範囲の変化に応じて変化する。駆動電圧が小さいほど変位差は小さくなる。局所ヒステリシス曲線切換点間の傾きを圧電大信号変形係数d(GS)と定義する:

よじ登る

クリープとは、圧電セラミックスに印加される電圧が変化しない場合、変位値が一定値に安定せず、時間とともに徐々に変化し、一定時間後に安定値に達することを意味する。

上記特性が圧電ナノポジショニングテーブルのポジショニング精度に与える影響を低減または除去するために、閉ループシステム制御を選択して補正することができる。

へいループほせい

閉ループシステムはセンサを用いて位置を検出し、コントローラは電圧によって検出されたオフセットを補正する。したがって、閉ループシステムにはヒステリシスやクリープの問題は存在しない。CoreMorrowクローズドループセンサは主に3つのタイプに使用されています。SGS、LVDT、CAP、特に位置決め精度の要件に応じています。\

CoreMorrow P66圧電ナノポジショニングプラットフォームの例:

P66圧電ナノポジショニングプラットフォームの閉ループバージョンには、高分解能、高速応答の歪みセンサ(SGS)が搭載されており、このセンサは駆動機構の適切な位置に配置され、高帯域幅、高精度の電圧信号をコントローラにフィードバックする。このセンサは全ブリッジ構成を用いて熱ドリフトを除去し、0.1%F.Sの閉ループ線形を実現する。

P66.X30 S閉ループ線形曲線

CoreMorrow圧電レベルには閉ループバージョンがあり、閉ループ制御システムがある。圧電制御器はPIDアルゴリズムを通じて変位をリアルタイムに補正し、電圧調整を行い、ナノ測位精度、良好な安定性と高信頼性を実現した。