l'XPS est un contrôleur haut de gamme, facile d'utilisation, intégrant la partie puissance et communication à haut débit basée sur une 10/10 base-T ethernet afin de permettre des trajectoires trés précises et des fonctions de programmation trés puissantes. Il combine une interface web avec des commandes de trajectoire et de synchronisation allant des plus simples aux plus complexes. Des entrées et sorties analogiques ou digitales, des échantillonages, des entrées codeurs et les synchronisations completent l'ensemble des données disponible à l'utilisateur afin de lui permettre d'améliorer les applications les plus exigeantes.
Pouvant recevoir jusqu’à 8 cartes moteurs, l'XPS est capable de gérer de 1 à 8 axes motorisés de notre catalogue et de nombreux autres éléments motorisés que ceux-ci utilisent des moteurs pas-à-pas, à courant continu, linéaires, à courant continu sans balais, à bobine mobile ou piézo-électriques.
L'XPS utilise la communication Ethernet 10/100 Base-T avec le protocole TCP/IP, un site Web intégré pour l'accès à tous les outils logiciels ainsi qu'un serveur FTP pour le transfert de données. L'XPS devient ainsi accessible à tous, indépendamment du système d’exploitation utilisé. Pour les configurations réseau, les utilisateurs Unix, Linux ou Windows (Win 2000, Win XP, Win NT, etc.) ont la possibilité d'accéder à un même contrôleur, quelle que soit leur situation géographique, pour assurer le contrôle à distance, le développement du code, le transfert de données ou les diagnostics. Le logiciel interne de l'XPS et ses puissantes commandes rendent son utilisation plus cohérente et intuitive que les contrôleurs faisant appel à des commandes mnémoniques.
Groupes de mouvement et fonctions de compensations
Les axes motorisés (positionneurs) sont associés à des groupes (XY, XYZ,...) pour faciliter l'accès à des fonctions de positionnement de pointe, telles que les Interpolations Linéaires/Circulaires, les Splines ou les trajectoires encore plus complexes comme le mode PVT. Un vaste choix de fonctions de compensation, telles que le jeu, l'erreur linéaire, les mappings un axe, 2D, 3D, offre un large champ d’options pour optimiser la précision de votre application.Un générateur de profil de déplacement, doté d'une fonction d'adaptation automatique de la durée de Jerk, réduit considérablement les résonances mécaniques et les contraintes exercées sur le système, ce qui optimise le temps de stabilisation, la précision des trajectoires et la durée de vie de l'appareil sans nuire à la durée des déplacements. Une boucle d'asservissement très évoluée corrige tous les écarts de déplacement par rapport à la trajectoire théorique à une vitesse de 10kHz. (Pour plus de détails, voir le chapitre "Notes" concernant l'XPS sur notre site web).
Trajectoires complexes et boucles d'asservissement
Un générateur de profil de déplacement, doté d'une fonction d'adaptation automatique de la durée de Jerk, réduit considérablement les résonances mécaniques et les contraintes exercées sur le système, ce qui optimise le temps de stabilisation, la précision des trajectoires et la durée de vie de l'appareil sans nuire à la durée des déplacements. Une boucle d'asservissement très évoluée corrige tous les écarts de déplacement par rapport à la trajectoire théorique. Outre les paramètres PID traditionnels, l'utilisateur peut optimiser son système de positionnement via l'application de gains "feedforward", la définition d'une zone morte, de filtres passe-bas et coupe-bandes. De plus, l'XPS intègre des PID variables qui s’ajustent en fonction de la distance à la position finale. Ces PID variables permettent un réglage fin de l'asservissement à la fois pour des petits et grands déplacements améliorant ainsi la performance du système. (Pour de plus amples informations, voir le chapitre "Notes" concernant l'XPS sur notre site web.)
Exécution à grande vitesse et synchronisation
Mais l'XPS est beaucoup plus qu'un simple contrôleur. Exploitant la technologie du multitâche en temps réel, il peut exécuter des applications définies par l'utilisateur en temps réel via l'utilisation de scripts TCL (Tool Command Language; pour plus d'informations sur le TCL, consultez www.tcl.tk). Le processeur Pentium P4 cadencé à 2 GHz est suffisamment puissant pour prendre en charge les scripts TCL sans que cela n'affecte le traitement des tâches prioritaires. Grâce à cette fonctionnalité multitâche en temps réel, l'XPS peut gérer votre application, non seulement en tant que contrôleur de positionnement, mais aussi en tant que contrôleur de processus.
L'XPS possède 30 entrées numériques et 30 sorties numériques (collecteur ouvert) pour lire des signaux externes ou contrôler d'autres appareils ainsi que 4 entrées analogiques (+/-10V) et 4 sorties analogiques (+/-10V). L' utilisation d’un script TCL permet de répondre à toutes les exigences fonctionnelles requises sur un automate programmable externe : avec l'XPS, vous disposez d'une solution totalement intégrée. Ses 4 sorties analogiques synchrones (sur 16 bits) peuvent permettre, par exemple, un suivi précis de la position, la vitesse ou l'accélération de chaque axe.
L'XPS offre une méthode simple et efficace de synchronisation des sorties et des déplacements à l’aide des fonctions spécifiques permettant d’associer des actions à des évènements. Ainsi, à l'aide d'une simple commande, l'utilisateur peut programmer l'XPS afin que celui-ci déclenche une action spécifique lorsqu'un événement donné survient. Exemple: il est possible de paramétrer une sortie numérique lorsqu'une vitesse constante est atteinte ou encore de lancer l'exécution d'un script TCL lorsqu'un mouvement est effectué. Une fois configuré, l'XPS contrôle, sans aucune intervention extérieure, l'état de l'événement et déclenche l'action de manière synchrone en moins de 100 ms. Cette puissante fonction ne nécessite aucune programmation complexe et n'est pas consommatrice de ressources pour l'ordinateur hôte ou la liaison de communication. (Pour de plus amples informations, voir le chapitre "Notes" concernant l'XPS sur notre site web.)
Acquisition et intégration des données à grande vitesse
L'un des autres avantages du contrôleur XPS réside dans sa grande capacité d'acquisition de données. Il est équipé de convertisseurs Analogique/Numérique 14 bits à 4 voies avec gains programmables qui peuvent, par exemple, être utilisés pour générer un mouvement via un script TCL. Ainsi, l'utilisateur peut créer sa propre routine d'alignement ou de focalisation automatique en utilisant le langage TCL très intuitif et l'exécuter de façon totalement autonome. Les avantages d'une telle configuration résident dans une plus grande rapidité d'exécution tout en ne surchargeant pas la charge de l'ordinateur hôte ou de la liaison de communication. Ces entrées analogiques peuvent également être configur es pour contrôler directement la position ou la vitesse d'un axe.
Pour les applications qui nécessitent l'analyse des relations exactes entre les données analogiques et la position, l'XPS propose un mode d'acquisition de données. Lorsque ce mode est activé, l'XPS capture toutes les données importantes relatives aux axes, ainsi que toutes les Entrées/Sorties analogiques avec une synchronisation inférieure à 50 ns et les enregistre dans un tableau personnalisable. Idéal pour les applications à grande vitesse et haut débit de données, l'acquisition de données peut s'effectuer à une fréquence pouvant atteindre 10 kHz avec l'enregistrement de près d’un million d’entrées dans le tableau de données.
Avec l'XPS, la capture de la position des axes peut être déclenchée par une entrée numérique (événement externe) avec un délai d'attente entre l'événement déclencheur et l'acquisition des positions inférieur à 50 ns (soit une incertitude de moins de 10 nm pour un mouvement à 200 mm/s).
Il est également possible de synchroniser des appareils externes avec le mouvement. À cet effet, l'XPS propose, pour chacun des axes, une sortie numérique configurable pour la génération d'une impulsion unique à une position spécifique ou d'impulsions successives à des distances prédéfinies. On peut aussi obtenir des pulses de sortie à temps constant ou longueue de trajectoire constante.
Puissant et cependant facile d'utilisation
Fort de ces puissantes fonctions, l'XPS reste cependant très simple à utiliser. La configuration de l'intégralité du système est prise en charge par un logiciel intégré au contrôleur sous la forme d’un site Web. Lorsque le contrôleur est utilisé conjointement avec des platines et cartes moteurs de notre catalogue, tous les réglages peuvent être effectués en quelques clics de souris, voire même de façon totalement automatisée en utilisant la fonction "configuration automatique". Une fois votre système configuré, l'XPS vérifiera à chaque redémarrage que la configuration correspond aux composants connectés, y compris les cartes moteurs et les platines Newport. Cette vérification systématique élimine le risque d'endommagement de votre équipement pouvant résulter d'un paramétrage erroné, d'une incompatibilité matérielle ou de modifications matérielles accidentelles. En effet, si, par exemple, vous disposez d'un système (X,Z) composé de deux tables de translation M-IMS500 et M-ILS200 et qu'une personne inverse accidentellement la connexion des tables, le contrôleur XPS détectera l'inversion au redémarrage du système et ne lancera pas votre application et évitera tout endommagement des appareils. Cette fonction, particulièrement utile, constitue une véritable sécurité.
Entre autres outils logiciels, une face avant virtuelle permet des mouvements simples, la visualisation des positions et de l’état des axes.
Un utilitaire de réglage convivial facilite l'optimisation de tous les paramètres d'asservissement. Celui-ci permet d'afficher simultanément le signal de contrôle analogique, les erreurs de position, la vitesse, l'accélération et autres données.
Autre possibilité disponible sur le site Web du contrôleur : l'écran de commande. Il est très pratique pour l'apprentissage de la syntaxe des commandes et permet de lancer l’exécution de l’ensemble des commandes.
Pour les utilisateurs de LabView, nous avons conçu une bibliothèque exhaustive de pilotes LabView, qui comprend des VI pour chacune des commandes. Pour garantir une compatibilité optimale, ces pilotes ont été développés à partir de la version LabView 6.0. L'XPS est également livré avec une DLL pour Windows et des exemples de programmes en TCL.
Tous les connecteurs sont facilement accessibles à l'arrière du contrôleur. Des poignées et équerres de montage en rack sont livrées avec le contrôleur.
Les cartes moteurs sont facilement accessibles et peuvent être ajoutées pour répondre à vos besoins futurs.
Configuration matérielle du contrôleur XPS
Le boîtier de commande XPS-RC se connecte à la face avant du contrôleur XPS et permet un pilotage et un diagnostique basique de votre système. Le diagnostique d'ensembles élaborés, le pilotage en point-à-point, le positionnement en absolu ou aléatoire de chaque axe peut être fait par affichages successifs. L'écran tactile 3.8” permet la lecture simultanée des positions et des erreurs des 8 axes. Cet écran ambré offre un confotrt de lecture même à grande distance et peut se lire derrière la plupart des lunettes de protection laser. Le boîtier de commande XPS-RC est livré avec un câble de 2 m.
La configuration du contrôleur XPS s'effectue via l'utilisation d'un programme très convivial. En cas d'utilisation avec des platines Newport, tous les réglages se font en quelques clics de souris.
L'écran affiche la liste de toutes les commandes classées par groupes, avec tous les paramètres requis ou disponibles. C'est un outil très pratique pour exécuter les commandes de l’XPS et apprendre leur syntaxe.
Notes
Fonctions XPS – Groupes de mouvement
Avec le contrôleur XPS, chaque axe de déplacement est associé à un groupe de mouvement. Une fois configuré, l'XPS contrôle les déplacements du groupe à partir de la même commande. Ainsi, par exemple, la commande "GroupHomeSearch" (Nom) lance une recherche d'origine sur l'ensemble des axes du groupe correspondant, que vous ayez défini celui-ci comme groupe mono-axe, groupe (X,Y), groupe (X,Y,Z) ou groupe multi-axes. Avec une seule commande commune telle "GroupMoveAbsolute" (Nom, Position), tout le groupe “Nom”est déplacé de façon synchronisée à la position définie, où “Position” peut correspondre à un ou plusieurs paramètres suivant le nombre d'axe contenu dans ce groupe de mouvement. Ces puissantes commandes ne sont pas simplement intuitives et faciles à utiliser, elles sont également beaucoup plus cohérentes et réduisent considérablement le nombre de commandes à exécuter par rapport aux commandes mnémoniques.
L'autre avantage du concept de groupes de mouvement est la gestion des sécurités : si une anomalie se produit (par exemple, une erreur de poursuite ou la perte du signal de fin de course), tous les axes du groupe de mouvement concerné par cette erreur sont arrêtés alors que les autres groupes ne sont pas affectés. L'XPS prend en charge cette fonction, simplifiant ainsi la gestion du système, tout en optimisant la sécurité de votre application. Prenez, par exemple, une application d'analyse par balayage et supposez qu'une erreur survienne au niveau du (X,Y), ce dernier est désactivé (l'axe transversal et l'axe de balayage), mais l'autofocus reste actif.
Fonction XPS – Unités paramétrables
Le contrôleur XPS prend en charge les unités définies par l'utilisateur, telles que les mm, les degrés ou les secondes d'arc. Les unités de chaque positionneur sont définies dans le fichier de configuration. Par exemple, on peut indiquer qu'un incrément codeur équivaut à 0,0000351 mm. Une fois l'unité définie, tous les mouvements, vitesses et accélérations peuvent être commandés en utilisant la même unité choisie (les millimètres dans l'exemple ci-dessus), sans avoir à faire de calcul mathématique. Tous les autres paramètres, y compris la course de platine, la vitesse maximale et toutes les compensations, sont également exprimées suivant la même échelle. Cette fonctionnalité présente un réel avantage par rapport aux contrôleurs qui ne peuvent être commandés qu'en multiples d'incrément codeur, difficile à utiliser.
Fonctions XPS – Mouvements et trajectoires
Le contrôleur XPS offre une grande variété de modes de positionnement : du point-à-point synchronisé aux trajectoires les plus complexes. Les informations ci-dessous décrivent les principales possibilités de positionnement disponibles:
- En mode "Jogging", la vitesse et l'accélération d'un positionneur peuvent être modifiées à la volée en fonction des besoins et des situations. Ce mode convient particulièrement aux applications d'alignement ou aux transformations de coordonnées car il permet de modifier la vitesse et l'accélération de l'axe d'approche en fonction de la position ou de la vitesse des autres axes ou encore d'une valeur d'entrée analogique.
- En mode "Point-à-point S-Gamma", tous les positionneurs se déplacent de façon synchronisée : à tout moment, n'importe quel axe de ce groupe a parcouru la même proportion de trajectoire. Le positionneur “ le plus lent ” définit la vitesse et l'accélération des autres.
- En mode "Interpolation Linéaire/Circulaire", une trajectoire composée de segments droits et courbes est effectuée par un groupe (X,Y). La trajectoire est définie simplement dans un fichier texte téléchargé dans le contrôleur via FTP. Une fois la trajectoire définie, le contrôleur gère l’ensemble, y compris le contrôle précis de la vitesse et de l'accélération sur toute la trajectoire. Il est également possible de répéter plusieurs fois une même trajectoire, sans marquer d'arrêt. Une commande spécifique permet aussi d'effectuer une pré-vérification de la trajectoire et de définir les fins de course, mini et maxi, requises, ainsi que la vitesse vectorielle maximum compatible avec les différents paramètres d'axes.
- En mode "Contournage Spline", la trajectoire est effectuée par un groupe (X,Y,Z) à vitesse constante. La trajectoire se définit de la même façon qu'en mode d'Interpolation Linéaire/Circulaire. Une commande de pré-vérification de trajectoire est également spécifique à ce mode.
- En mode "PVT" (Position, Vitesse, Temps) disponible pour les groupes de mouvements multi-axes, on peut effectuer les trajectoires les plus complexes. Ainsi, un élément de trajectoire est défini par la Position et la Vitesse finale de chaque positionneur auxquelles s'ajoute le Temps de déplacement. Lorsque tous les points sont définis, le contrôleur calcule la trajectoire possible en appliquant une accélération constante à chaque positionneur et élément de trajectoire. Le mode PVT constitue l’outil idéal pour tout type de trajectoires à vitesse vectorielle variable ainsi que pour les trajectoires non linéaires à exécuter avec des plateaux tournants ou autres dispositifs de positionnement.
- En mode "Suivi Analogique", l'une des entrées analogiques est utilisée comme signal de position ou de vitesse envoyé au positionneur. Ce mode peut être utilisé avec des autofocus, des alignements ou contrôles de précision à distance.
- En mode "Maître/Esclave", tous les axes de déplacement peuvent être entraînés proportionnellement. Un axe maître unique peut avoir plusieurs axes esclaves. Le rapport d'entraînement entre le maître et l'esclave est configurable par l'utilisateur. Lors du déplacement, toutes les compensations d'axes, y compris le mapping 3D, sont prises en compte.
Fonctions XPS – Sockets, applications multi-tâches et multi-utilisateurs
Utilisant le protocole de communication Internet TCP/IP, le contrôleur XPS dispose d'un grand nombre de ports de communication virtuels, appelés “sockets”. Pour établir la communication, l'utilisateur doit préalablement demander un identifiant de socket au contrôleur. Lors de l'envoi d'une commande par un socket, le contrôleur répond systématiquement à celui-ci par un message de fin de tâche ou d'erreur.
Cela offre de nombreux avantages : les utilisateurs peuvent scinder leur application en plusieurs parties qui s'exécutent sur différentes tâches ou même sur différents ordinateurs. Pour plus de détails, voir la figure 1:
Dans cet exemple, une tâche sur le socket 1 (port virtuel 1) gère le déplacement d'une platine (X,Y) à certaines positions pour la prise de clichés, alors qu'un autre tâche, sur le socket 2 (port virtuel 2), prend en charge de façon indépendante un système d’autofocus. La deuxième tâche pourrait être exécutée sur un ordinateur différent de celui utilisé pour la première tâche. De même, et notamment si le système d’autofocus fournit une tension analogique, cette tâche pourrait aussi être effectuée sous forme d'un script TCL (voir la section suivante).
L'autre avantage primordial qu'offre le concept de “sockets” pour de nombreux utilisateurs travaillant en laboratoire est qu'ils peuvent désormais partager le même contrôleur entre différentes applications et ce, simultanément. Par exemple, avec un contrôleur XPS, une équipe peut utiliser l'un des axes du contrôleur pour effectuer un retard optique sur une lame d'onde, alors qu'une autre équipe utilise d'autres axes pour une application totalement différente. Les deux applications peuvent être exécutées indépendamment l'une de l'autre à partir de stations de travail différentes, sans interaction.
Fonctions XPS – TCL
TCL (Tool Command Language) est un langage de commande gratuitement accessible sur Internet. Utilisant seulement quelques principes de base et une syntaxe réduite, ce langage est très simple à apprendre, bien qu'il soit plus puissant que le langage C. TCL inclut tous les types d'expressions mathématiques, les structures de contrôle (if, for, foreach, switch, etc.), des événements, des listes, des matrices, des fonctions réglables de date et d'heure, des sous-routines, des fonctions de chaînages de sous-routines, de gestion de fichiers, etc.. Ce langage est utilisé par des milliers de chercheurs et industriels du monde entier et est devenu un composant essentiel pour de très nombreuses entreprises. Très documenté, le TCL a fait ses preuves; de nombreux écrits, documentations techniques, note d’applications, outils et manuels lui sont consacrés (www.tcl.tk).
Les utilisateurs de l’XPS peuvent créer des application complètes en TCL et intégrer toute commande du XPS dans un script TCL. Une fois créé, le script TCL peut être exécuté en temps réel sans affecter la communication de l’XPS. Toujours en temps réel, le système d'exploitation VxWorks multitâche du contrôleur XPS sécurise la gestion précise et fiable des différents process. De nombreux programmes TCL s'exécutent en temps partagé avec la même priorité et ne peuvent être interrompus que par les tâches d'asservissement, de communication ou lorsque les 20ms maximum disponibles pour chaque programme TCL sont écoulées.
Le principal avantage en est une exécution plus rapide et une meilleure synchronisation, sans perte de temps de liaison de communication. Communication ainsi entièrement dédiée aux process dont le gain de temps est primordial.
Le contrôleur XPS permet de piloter de 1 à 8 axes, dont la plupart des platines Newport, grâce à des cartes moteurs spécifiques qui peuvent être introduites à l'arrière du contrôleur. Ces cartes moteurs pré-réglées en usine sont alimentées par une alimentation de 500 W.
L’XPS-DRV01 est une carte moteur avec amplificateur PWM configurable par logiciel, compatible avec la plupart des platines pas-à-pas et à courant continu de ce catalogue ou autres. Utilisée avec les platines de ce catalogue, la carte XPS-DRV01 peut être configurée automatiquement grâce à la fonction de configuration automatique.
Néanmoins, les configurations particulières avec des platines de fabricants tiers, restent possibles. La carte moteur XPS-DRV01 fournit un courant maximum de 3 Ampères et 48 Volts. Elle peut aussi bien contrôler des moteurs pas-à-pas bipolaires en micro-pas (commutation sinusoïdale/cosinusoïdale) que des moteurs à courant continu en mode Vitesse (pour les moteurs équipés d'une génératrice tachymétrique) et en mode Tension (pour les moteurs sans génératrice tachymétrique). Les fonctions de programmation de gain et de fréquence de commutation PWM jusqu'à 300 kHz permettent un réglage précis de cette carte moteur. Pour une sécurité optimale, l'appareil intègre également une protection en cas de surintensité.
L'XPS-DRV02 est une carte moteur avec amplificateur PWM configurable par logiciel compatible avec les moteurs 3 phases sans balai. Elles sont particulièrement optimisées pour piloter nos platines de translation type XM ou M-IMS-LM à moteur linéaire. Ces cartes délivrent une sortie de 100 kHz PWM avec un courant maximum de 5 Ampères par phase et 44 Vcc. La carte XPS-DRV02 demande un signal d'entrée codeur de 1 Vcc utilisé aussi pour la commutation moteur. L'initialisation du moteur se fait par une routine spécifique qui pousse le moteur dans une position magnétique connue sans utiliser d'effet Hall ou autre capteur.
L' XPS-DRV03 est une carte moteur totalement numérique intégrant un amplificateur programmable PWM optimisé pour le pilotage des moteurs à courant continu les plus performants. Sa haute fréquence de commutation de 100 kHz et ses filtres intégrés minimisent les bruits et permettent un positionnement ultra précis de l'ordre du nm. La carte moteur XPS-DRV03 fournit un courant maximum de 5 Ampères et 48 Volts. Elle peut piloter un moteur à courant continu en mode Vitesse (pour les moteurs équipés d'une génératrice tachimétrique), en mode Tension (pour les moteurs sans génératrice tachymétriques) et en mode Courant (pour les moteurs couples). Tous les paramètres sont programmables en unités physiques (par exemple, la bande passante de la boucle de vitesse). De plus, l'XPS-DRV03 permet des valeurs différentes du courant rms et du courant pic.
La carte d’axe déporté XPS-DRV00 est utilisée pour transmettre les signaux à un amplificateur externe (de fabricant tiers). En réglant la sortie DAC (convertisseur N/A) sur la position analogique, point-à-point analogique, vitesse analogique, tension analogique ou accélération analogique (y compris la commutation sinusoïdale), l'XPS est capable de contrôler la plupart des moteurs, y compris les moteurs sans balais, les moteurs à bobines mobiles et les platines piézo-électriques.
Outre l'interface codeur numérique AquadB traditionnelle, le contrôleur XPS possède aussi une entrée codeur analogique haute performance (1 Vpp Heidenhain standard) sur chaque axe. Un interpolateur ultra-haute résolution convertit l'entrée sinusoïdale en une valeur de position exacte suivant un facteur d'interpolation de 32768. Exemple: avec une règle optique de période de signal de 4 mm, la résolution de l'interpolateur peut atteindre 0,122 nm. Cet interpolateur est utilisé pour assurer la précision du retour de position sur le système asservi. Un autre interpolateur matériel cadencé à 40 MHz et doté d'un facteur d'interpolation programmable (20 à 200) est utilisé pour la sortie numérique de synchronisation. Cet interpolateur rapide verrouille directement la position, avec un délai d'attente inférieur à 50 ns et offre une plus grande précision de synchronisation que les autres systèmes basés sur le temps. De plus, contrairement à la plupart des dispositifs de multiplication haute résolution, les interpolateurs XPS ne diminue pas la vitesse de déplacement. Avec une fréquence d'entrée maximum, comprise entre 180 kHz et 400 kHz (suivant le facteur d'interpolation), la vitesse maximum d'une platine équipée d'une règle optique de période de signal de 20 mm peut atteindre 3,6 m/s.
