數位電容感應器提供閉環壓電定位控制

簡介

21世紀的電子製造業需要快速、精準的定位微型元件,對於很多的組裝製程來說,元件尺寸已經從毫米變成微米甚至是亞微米。為了達到更高精度的要求,需要壓電定位致動器和/或具有閉環回饋控制的音圈馬達。

 

挑戰

傳統上,電容感應器的類比回饋實現了對傳統定位級的閉環控制,而利用音圈馬達或壓電系統可以達到更高精度的要求,但是需要來自數位定位傳感器的動態回饋。與類比系統相比,數位閉環控制可以提供更高的效率、降低雜訊、干擾和/或失真。

 

解決方法

數位電容傳感器系統是MTI Instruments最新開發的產品,替涉及壓電致動器或音圈馬達的精密定位等應用提供了閉環回饋。這些傳感器系統包括數位電容探頭和數位Accumeasure電容放大器。

在操作過程中,探頭即時測量壓電平台位置,數位式測量放大器透過乙太網輸出將平台位置發送到可編程動作控制器。

動作控制器能將這些回饋訊號與指令位置設定點進行比較,使控制器能在亞微米的精度條件下,進行壓電平台的調節。如果命令設定點的過程中發生變化或干擾,則控制器需要根據變化執行計算並傳回一個新的值,該值將能精確地調整平台移動位置。總體性能取決於控制器、所有定位組件和回饋傳感器的整體響應速度。

 

特色

MTI的數位電容探頭採用非接觸式測量原理,並不會干擾到主體運作,可作為精準的數位位置控制傳感器。也由於採用乙太網傳輸,放大器可以放在距離控制器較遠的位置,只要可以在控制器的環路控制週期內讀取位置,就可以同時將多個探頭聯網,且不會出現信號衰減。

在這種典型的閉環設置中,高壓放大器用來驅動馬達。對於精確定位的應用中,馬達可以採用壓電式或音圈式,可編程運動控制器採用傳統的PID迴路。

控制迴路測試配置採用Piezo System Jena的壓電級,由Piezo System Jena的高壓放大器驅動。可編程動作控制器是帶有即時操作系統軟體的Intel Atom CPU。RTOS避免了典型Windows作業環境中的延遲。

具有MTI ASP-500M-ILA(嵌入在Piezo系統的Jena PX-100平台中)的數位電容放大器,能量測平台的動作並提供平台回饋資訊,用以精確的閉環定位控制。與類比回饋相比,數位回饋系統能降低雜訊、失真與干擾的狀況,且具有非凡的精度、線性。此外,現成的控制程序使其更易於調整數位回饋。