【7つの製品事例付】ドイツPI社製Hexapod(6軸ステージ)数Kg〜数トンの荷重を6軸駆動で精密位置決め

表紙は⾃社の商品がよく映った写真に変更してください。 PI社製ヘキサポッドステージシリーズの ご紹介 ピーアイ・ジャパン株式会社

PI社のヘキサポッド PI社のヘキサポッドについて PI社のヘキサポッドはピエゾステージ同様独⾃開発はもちろんのこと、エンコーダ・ヒンジ及びソフトウエアに関しても独⾃ 開発・⾃主⽣産をしています。そのためあらゆるカスタマイズも対応可能です。 ⼀⾒設置が複雑に⾒えるかもしれませんが、PI社のヘキサポッドは設置後すぐに付属のソフトウエアPIMikroMoveに て動作が可能です。 ヘキサポッドの主な特徴 ■⼤⼝径 ■3本の直線軸、3本の回転軸 ■低移動質量、低慣性 ■加振機またはポイントtoポイントでの制御 ■軸クロストークの最⼩化 ■⾮常に優れた再現性 ■積み重ねステージに⽐べて狭い設置スペース ■⾼剛性 ■⾃由に定義できる安定した仮想ピボットポイント ■個々のアクチュエータに対して移動距離を指定する必要はなく、直交座標による座標⼊⼒のみで制御 ■モーターブレーキ、アブソリュート測定に対応 BiSSインターフェース付きセンサ PI社ついて PI社（Physik Instrumente社）はドイツ・カールスルーエを本拠地とし45年以上に渡りピエゾス テージ・アクチュエータ・多軸ステージを提供してきました。精密位置決め技術分野では、グローバル市 場を常に牽引しています。 精密位置決めのエキスパートが対応いたしますので、ぜひお気軽に御相談ください。 Website:http://www.pi-japan.jp/ info@pi-japan.jp TEL:042-526-7300

特徴 動作原理 PI社製ヘキサポッドは圧電ドライブまたは電気機械ドライブをベースとしており、フライトシミュレータやドライブシミュレータで 知られる油圧式ヘキサポッドよりもはるかに⾼い精度を誇ります。⾼精度のリードネジドライブ、もしくは磁気またはピエゾ ベースのリニアモータを使⽤しています。ほとんどのシステムがセルフロッキング式です。直接駆動式のヘキサポッドではより⾼ い速度が得られ、産業⽤途にはブラシレスモータ(BLDC)が特に適しています。圧電式のPiezoWalkステッピングドライブ を備えたヘキサポッドは超⾼真空⽤途に適しており、⾮常に強い磁界内でも動作可能です。 ワークスペース ヘキサポッドが任意の位置から実施可能な平⾏移動、および回転の組み合わせすべてを総称してワークスペースと⾔い、 使⽤する座標系の原点を基準として指定します。 ワークスペースは、障害物や搭載物の⼨法および位置などの外的要因により制限されます。 さまざまなヘキサポッドワークスペースのシミュレーション ⾼度なモーションコントロール ヘキサポッドの各ドライブは、必ずしも移動⽅向を向いているわけで はありません。このため、リアルタイムに必要な座標変換を処理でき る⾼性能なコントローラが必要になります。 弊社では、ユーザーフレンドリーなソフトウェアを備えた⾼性能デジ タルコントローラーを⽤意しています。モーションコマンドはすべて直 交座標で指定し、各アクチュエータに対する座標変換はすべてコン トローラ内部で⾏われます。 ⾼精度ヘキサポッドH-824のZ⽅向における位置決め精度は25 mmのトラベル レンジ全体で数マイクロメートルであり、再現性は±0.1 µmよりもはるかに⼩さい。 オートメーションでのヘキサポッド： 統合を容易にする制御装置とインターフェイス ・ジャーク制限付きの⾼精度経路制御 速度および加速度を定義した複雑な軌道に基づいて動作させることができま す。 • ユーザー定義の座標系 ワークピースまたはツールの位置などを参照するさまざまな座標系を定義可能 です。 • EtherCATインターフェイス フィールドバスインターフェイスにより親PLCまたはCNC制御装置へ簡単に接 続でき、オートメーションラインの別のコンポーネントと同期させて動作させること が可能です。 ヘキサポッドの⽬標値の基準として使⽤する座標系は 任意に定義可能

ヘキサポッドの特徴 パラレルキネマティックと積上ステージの違い 連続的に積層したシステムの1番下の軸は、ペイロードの質量だけでなく、上にある他すべてのドライブの質量も移動させる ことになります。 パラレルキネマティック(左)と⽐較対象の連続積層構造(右)のモーション⽅向 パラレルキネマティック 連続積上設計 サイズ コンパクト構造 ⽐較的⼤サイズ、ベース部に安定化機構必須 ダイナミクス/剛性 プラットフォーム搭載時 各ステージで搭載物に加えて上部に搭載されているス テージも動かすため、適切に設計する必要あり 精度 すべての動作軸で同じ 「最下部」から「最上部までの」すべての誤差が積算され、 構造の⾼さのため並列誤差が⼤きい ケーブル接続 ケーブルの移動がなく精度に影響 必須 なし コマンド PI社コントローラにより直交座標系でコマン 軸ごとに直交座標で指定 ドを記録し、各ストラットのモーションに変換 可能 回転中⼼ PI社製ソフトウエア使⽤により空間内のあ 選択したステージ形状により固定 らゆる点を選択可能 ワークスペース 通常は制御あり 選択したステージ形状により固定

製品ラインナップ 型式 H-811型 H-820型 H-825型 外観 ⼨法 上⾯：100mmΦ 底⾯：350mmΦ 上⾯：210mmΦ 底⾯：136mmΦ ⾼さ：308mm 底⾯：320mmΦ ⾼さ：114.3mm ⾼さ：195mm トラベル X,Y :±17, ±16mm X,Y :±50 ±50mm X,Y :±27.5, ±25mm レンジ Z:±6.5mm Z:±25mm Z:±14mm θx,θy:±10,±10° θx,θy:±15° θx,θy:±11.5,±10.5° θZ:±21° θZ:±30° θZ:±19° 最⼤速度 X,Y,Z : X,Y,Z : X,Y,Z :2.5/25mm/sec 20mm/sec 2.8〜25mm/ sec θx,θy,θz: θx,θy,θz: θx,θy,θz: 27/ 270mrad/s 500mrad/s 25/270mrad/s 最⼤荷重 ５kg 20kg 30kg ⾃重 2.2kg 15kg 10kg 特徴 ⼩型・⾼速動作 コストパフォーマンス コンパクト・ブラシレスDCモータと ブラシレスDCモータ 良 ブラシレスDCモータ アブソリュートエンコーダを使⽤し たバリエーション

製品ラインナップ H-840型 H-845型 H-850型 H-855型 上⾯：260mmΦ 上⾯：520mmΦ 上⾯：250mmΦ 上⾯：300〜360mmΦ 底⾯：348mmΦ 底⾯：750mmΦ 底⾯：348mmΦ 底⾯：450〜570mmΦ ⾼さ：320mm ⾼さ：663.5mm ⾼さ：328.27mm ⾼さ：380〜450mm X,Y :±50 X,Y : X,Y :±50 ±50mm X,Y :±10〜75mm ±50mm ±110〜170mm Z:±25mm Z:±12.5〜50mm Z:±25mm Z:±50〜105mm θx,θy:±15° θx,θy:±6.5〜15° θx,θy:±15° θx,θy: θZ:±30° θZ:±10〜30° θZ:±30° ±15〜20° θZ:±30° X,Y,Z : X,Y,Z :20〜 X,Y,Z :6/100mm/se X,Y,Z :2.8〜25mm/sec 2.5/60mm/sec 50mm c /sec θx,θy,θz: θx,θy,θz: θx,θy,θz: 25〜270mrad/s 30/ 700mrad/s θx,θy,θz: 3/ 50mrad/s 50〜120mrad/s 30kg 1000kg 250kg 500kg 12kg 120kg 17kg 35〜45kg ⾼速動作・ブラシレス 最⼤１トンまで搭載 ブラシレスDCモータとアブ 新製品 DCモータとアブソ 可能。繰返し精度： ソリュートエンコーダを使 リュートエンコーダを使 ±0.5μm ⽤したバリエーション ⽤したバリエーション

応⽤事例のご紹介 【ALMA望遠鏡配列⽤50のヘキサポッドシステム】 ALMA天⽂台の50基のアンテナは、PI社の⾼精度ヘキサポッドを使⽤していま す。アタカマ砂漠の過酷な環境条件の下、電波望遠鏡の副反射鏡を⾼精度に 位置合わせするため採⽤されました。 副反射鏡の背⾯に6⾃由度を持つヘキサポッドシステムが設置され、サブミクロン 秒⾓の分解能で位置決めをすることができます。低気圧、最⼤50 度の温度差、 強⾵、埃、⾬、海抜5000メートルという過酷な環境条件に適合し、⾼剛性で 頑丈なジョイントをALMA向けヘキサポッド⽤に開発しました。このヘキサポッドは、 数ミリメートルまで⾼い精度で副反射鏡の位置を調節することができます。 ALMA望遠鏡の副反射鏡でPIのヘキサポッドを設置するエンジニア 【ヘキサポッドによるモーションシミュレーション】 加振機としてのヘキサポッドは、耐振動性を評価するために使⽤されます。 例えば、⼿振れ補正の機能を持つスマートフォンや携帯電話、カメラなどに 使われる、加速度センサやジャイロセンサを持つデバイスの評価です。 H-811ヘキサポッドは、CIPA （⼀般社団法⼈カメラ映像機器⼯業会） 基準に従って画像安定化システムを試験するためにカメラのぶれをシミュレー ションします。PI社は、画像安定化システム向けにCIPAで認定された、事 前定義モーションによる⾼ダイナミクスシミュレーション⽤途として、ヘキサポッ ドを提供しています。 Image Engineeringから提供されているテスト設備 (画像: Image Engineering） 【メカニカルエンジニアリングツールとしてのヘキサポッド】 メカニカルエンジニアリングの位置決めタスクに多軸システムとして ヘキサポッドを利⽤することができます。利⽤分野としては、電⼦ 部品⽣産現場での精密なハンドリングシステムや、⽳あけやミリ ングの精密機械加⼯機のツールやワークの制御、⾞、航空機、 重機の取り付け作業が挙げられます。

応⽤事例のご紹介 【オートメーション⽤ヘキサポッド】 Dymaco Groupの⼨法計測装置DM401シリーズ：⾃動 ⾞のヘッドランプ向けインライン⾃動⼨法計測⽤にPI社のヘキ サポッドが採⽤されています。ランプのCADデータに基づき規定 測定ポイントが決定、ランプは⽣産ラインから抜き取られ、検査 装置内の位置決めシステム上に配置されます。測定はキャリブ レ―ションデータに従い⾃動完了、測定対象は決められた配置 に調整されます。位置決め作業は⾮常に迅速かつミクロンレン ジの⾼精度、⾼スループット率が必要です。 このタスク⽤にH-820型が採⽤されています。 ヘキサポッドを使⽤することにより、モーションロボティクスに必要 な空間が最⼩化され、インライン式オートメーションにおける幅 広い事例に対応できる優れた柔軟性が提供可能です。 ３次元測定器DM401シリーズは、ヘッドランプの位置決めにH-820ヘキサポッドを採⽤しています (画像: Dymaco Group) 【⾼真空下での薄層成⻑のIn-situ 調査】 PI社のヘキサポッドはシンクロトロン放射光において、X線回析とX線 反射は薄膜形成プロセスで薄膜の構造解析をするために使われて います。パラレルキネマティックヘキサポッドは、サンプルの位置決めを ⾼精度に⾏うためには最適です。 コンパクトなPLD (Pulsed Laser Deposition) システムにおいて、 ⾼真空ヘキサポッドは、⼊射X線に対してサンプルを位置決めするの に使われます。サンプルはXY⽅向に分解能0.001°で±5°に傾け ることができます。 加えて、薄膜の厚みを補正するためにZ軸⽅向に動かすことができ、 最⼤3 mm調整することができます。また、XおよびY⽅向には±6 mm動かすことができ、サンプル表⾯を幅広くスキャンすることができ ます。直径はたった130 mmのコンパクトなヘキサポッドは、⾼さはわ ずか115 mmです。 【材料研究⽤⾼荷重パラレルキネマティクス】 ビームラインの⾼エネルギーＸ線により、溶接の継ぎ⽬の確認、加⼯ 物の疲労状況など、材料研究の可能性が広がります。 これにはマイ クロメータ精度で重量物の位置決めをする必要があります。ドイツ・ ハンブルグにあるPETRA IIIストレージリングはその⼀例です。測定 結果から材料の使⽤年数、使⽤可能年数、または寿命等の情報 を得ることが可能です。ドメインや結晶構造までのレベルの影響を実 証することができます。 最⼤1トンの⾼荷重容量があるヘキサポッド により設備全体を400 mmのストロークで±1 µmの精度で位置 決めすることができます。設備にはシリンダーブロック、タービン、焼結 炉、低温チャンバー、溶接装置、加⼯ツールが含まれます。 PETRA IIIのP07ビームラインのEH3実験装備にあるヘキサポッド: チタン アルミナイドレーザー溶接をするために、真空チャンバーの位置を 決めます。 (画像: PI / Helmholtz-Zentrum Geesthacht)

【フォトニクスパッケージング】 ⼤容量化、⾼速化を求める世界のデータ需要を満たす上でシリコンフォトニクス（SiP）は不可⽋な技術です。 PI社のオートメーションサブシステムにより、SiP製品のメーカーは、必要なナノスケールの精度と⾼い⽣産スルー プットを維持しながら、優れたコスト効率と信頼性で新世代のフォトニクスデバイスのテストおよびパッケージングを 実現しています。 この技術の鍵を握るのが複数の⼊出⼒と⾃由度の同時⾼速アライメントを⾃動化し、最適化を通常わずか数 百ミリ秒で完了するPI社独⾃の機能です。その並列処理により、テストおよびパッケージングにおいてマルチチャネ ルSiPコンポーネントのポジショニングに従来必要だった時間のかかる反復的アプローチが不要になり、2桁を超える 時間短縮が可能になります。またモジュール型アーキテクチャを採⽤しているため、デバイスおよび⽣産アプリケー ションによって要件の異なるあらゆる⽣産テストおよびパッケージングのニーズに応えることができます。 ⾃動化された組⽴およびアライメントシステムはシリコンフォトニクスの製造プロセスを数分に短縮することができま す。 しかし、デリケートな導波管の取扱い、光源の組み込み、光の⼊出経路の接続は⾮常に難しく、⼤きな課 題となっています。 シリコン ウエハ上の導波管の直径は150〜200 nmであり、コア径が9 µm の光ファイバーと⽐較するとはるか にデリケートです。（50 倍の⼤きさ）また、⼤量消費市場に供給するには最速の⽣産速度が必要とされ、ハン ドリング、位置決め、アライメントには最⾼の精度が要求されます。 PI社は、SiP製品の重要な平⾯テストからパッケージング⼯程に必要となる、⾼速、平⾏、ナノレベルの精度、マル チ光学アライメント等の最適化に取り組んでいます。 この重要性は、2016 Photonics Prism Award“Oscars of Photonics”のファイナリストにノミネートされたこ とからもわかります。この画期的なシステムには、⾼速ピエゾナノポジショニングテクノロジーと斬新なアルゴリズムで制 御された超⾼精度モーションコントロールがインテグレーションされています。Photonics West 2015で紹介され た画期的な技術は、⻑年に渡りフォトニクスアライメントの⾃動化及び基礎技術に携わってきたPI社のエンジニア チームより開発されました。 PI社が提供しているフォトニクスアライメントシステムは、ソフトウエア駆動ステージソ リューションからアライメント機能が内蔵された６軸ヘキサポッドまで幅広いセレクションがあり、このシステムはその⼀ つです。 PI社の⾼速多軸フォトニクスアライメントシステムは、SPIE Photonics West 2015で紹介された画期的な技術は、⻑年に渡り Photonics Westにて2016Prism Awardのファイナリストにノミ フォトニクスアライメントの⾃動化に携わってきたPI社のエンジニアチーム ネートされました。 より開発されました。 PI社が提供しているフォトニクスアライメントシステ ムは、ソフトウエア駆動ステージソリューションからアライメント機能が内蔵 された６軸ヘキサポッドまで幅広いセレクションがあります。

ソフトウェアツール 【ヘキサポッドシミュレーションツール】 パラレルキネマティックの作業空間の境界は、現在位置(並進座標および回転座標)回転中⼼の現在の座標、 および選択した座標系によって異なります。PI社のヘキサポッドには、これらの境界を楽に計算でき、境界を視 覚的に表⽰できるプログラムが別にあります。 「PIMikroMove」⾼速アライメントのサポート PI社の位置決め装置は「PIMikroMove」で制御可能 です。駆動原理、軸数には左右されません。接続済み のコントローラと軸はすべて同⼀のインターフェースに表⽰ されます。複数軸を様々なコントローラで制御し、同⼀ ウィンドウから「PIMikroMove」を使って制御できます。 ポジションパッドを使⽤すると、複数の別々の軸のモー ションをマウスやジョイスティックで制御できます。ベクトル モーションも可能です。 PIVeriMoveにおける複雑なセットアップ表現 【ヘキサポッド向けソフトウェアツール / PIVeriMove】オプション料⾦が発⽣します 限られた空間で作業する場合、モーションプラットフォームとその周辺のセットアップの両⽅で問題が発⽣する可能性 があります。実験段階のセットアップや本稼働ユニットの設計時によく注意したとしても、常に衝突のリスクを回避でき るとは限りません。「PIVeriMove」は、プローブセットアップ、その他の可動パーツ、真空チャンバーの壁⾯のいずれで あっても、動作範囲内に何かしらの障害物がある場合、ヘキサポッドの許容トラベルレンジを計算します。 作成した設定は、ヘキサポッドコントローラーの幾何学計算のベースとして保存され、障害物に対する安全な空間 ができ、モーションまたはポジションコマンドごとにオンラインでチェックできます。結果、ヘキサポッドが占有できる位置の 新しい境界を把握することができます。 ターゲット位置と、衝突が発⽣する可能性がある軌跡に沿ったすべての点が実⾏前に確認されます。衝突が差し 迫っている場合、動作しません。 更に安全策として余剰空間指定が可能です。余剰空間は空間の⽅向とは関係なく距離に加えられます。プラット フォームの回転の基準点となる回転中⼼は、いつでも変更できます。 衝突の表現(⾚⾊の領域)

制御について システム分析のためのデータレコーダー • ユーザーが定義する周期的なモーションプロファイルを簡単に⽣ 成できるファンクションジェネレーター • パラレルキネマティックの位置の視覚化 • コントローラーのマクロの追加機能として利⽤できるGCSベース のホストマクロ • 1つのマクロで任意数のコントローラに対応可能 • デジタルピエゾコントローラのチューニングツール • スキャニングウィンドウ。1軸以上の位置に応じて値(アナログ⼊ ⼒、デジタル⼊⼒、別軸の位置など)の指定と表⽰が可能 • 指定したデータ表現での⾼速アラインメントタスクをサポート PIMikroMoveでの⾼速アライメントのサポート データレコーダー さまざまなデータを保存、時間関数としてデータを表⽰、迅速な視覚化を実現。 全てのコントローラが内部データストレージを備えています。よって⾮常に⾼速な操作でも正確なストレージが可能です。データ ソースおよびトリガーの種類は「PIMikroMove」のデータレコーダ画⾯で設定および選択できます。 典型的なデータソース： ・軸の指定された現在の位置 ・指⽰された軸の速度と加速度 ・軸あたりのモーター出⼒量 ・ステータス情報 ・アナログ⼊⼒の⼊⼒量 ・システム関連の内部信号 測定された値はPIMikroMoveのデータレコーダ画⾯に 即座に表⽰されます。優れた機能により正確な分析と 評価を直接実⾏できます。 データ分析に使⽤できる機能例： • カーソル位置での測定機能 • 最⼩の信号モーションにもアクセスできるズーム機能 • フィルターおよび分析機能。FFT、代数、微分、統計など PIMikroMoveのデータレコーダー • カスタマイズ可能なデータ表現オプション • csvなどの⼀般的なデータ形式での記録データのインポートおよびエクスポート • グラフィックファイルへのエクスポートおよび標準プリンター出⼒ 【プログラミングサポート】 すべてのPIコントローラをアプリケーションとシームレスに統合できるよう、独⾃のプログラムをプログラミングできます。そしてカプ セル化された関数呼び出しの形でコントローラにアクセスできる様々なライブラリーとドライブバーを利⽤できます。コントローラ への接続と通信はわずかな作業で確⽴できます。コントローラの通信インターフェースは問いません。PIコントローラの総合的 なソフトウェアパッケージでは次のような⼀般的なプログラム⾔語に対応するライブラリーとドライバーを利⽤できます。 ・C、C++、C#、VB.NET ・Python ・MATLAB ・LabVIEW Visual Basic (VB)やDelphiなどのあまり⼀般的ではないプログラミング⾔語についてはお気軽にお問い合わせください。コ ントローラによっては利⽤できない機能があります。詳細については、該当する製品のデータシートをご覧ください。

御⾒積・お問合せ ピーアイ・ジャパン株式会社 〒190-0012 東京都⽴川市曙町2-38-5 ⽴川ビジネスセンタービル5F TEL:042-526-7300 info@pi-japan.jp ⼤阪営業所 〒 532-0011 ⼤阪市淀川区⻄中島4-11-27花原第2ビル703号 TEL:06-6304-5605 ウエブサイト http://www.pi-japan.jp *本冊⼦の情報は2019/4/1現在のものです。仕様は予告なく変更される可能性があります。 BROJP_HEXA_2019.001