Der XPS Controller ist eine äußerst leistungsstarke und einfach bedienbare Motorsteuerung, die hochpräzise Bahnsteuerungen ermöglicht, exzellente und umfassende Möglichkeiten der Programmierung bietet und über eine 10/100 Base-T Ethernet Schnittstelle eine schnelle, vielseitige und zuverlässige Kommunikation mit anderen Steuerrechnern ermöglicht. Das Gerät vereint einfache Bedienung mit modernsten Methoden zur hochgenauen Steuerung und Synchronisierung komplexer Bewegungssequenzen mit Hilfe von Programmierbefehlen, Triggern oder externen Eingaben, die über zahlreiche Schnittstellen erfasst werden können.
Mit bis zu 8 Treibermodulen ausrüstbar, eignet sich der XPS Controller für den Betrieb von sämtlichen Newport-Positionierern und zahlreichen Modellen anderer Hersteller, unabhängig davon ob sie Schrittmotoren, DC-Servomotoren, bürstenlose DC-Linear- oder Rotationsmotoren, Tauchspulenantriebe oder piezoelektrische Antriebe verwenden.
Die Motorsteuerung XPS verfügt über eine leistungsstarke 10/100 Base-T Ethernet Schnittstelle mit TCP/IP Protokoll. Sämtliche Softwaretools sind über eine Web-Page im Controller zugänglich und für den Datentransfer von, bzw. zum Controller wird FTP verwendet. Damit ist das Gerät automatisch mit praktisch jedem Betriebssystem kompatibel (z. B. Win 2000, Win XP). Im Netzwerkbetrieb können Unix-, Linux- und Windows-Benutzer gleichzeitig auf den XPS Controller zur Programmentwicklung, zur Fernsteuerung, zum Datentransfer oder für Diagnoseaufgaben zugreifen. Die objektorientierte Firmware ist mit ihren leistungsstarken, mehrfach parametrierbaren Befehlen darüber hinaus wesentlich einfacher und intuitiver zu benutzen als die heute überholten mnemonischen Befehle.
Positioniergruppen und Fehlerkompensationen
Zur problemlosen Programmierung werden die Positionierer einzelnen Positioniergruppen zugeordnet. Mit diesen Gruppen lassen sich dann mit einfachen Befehlen komplexe Bewegungen realisieren, wie z. B. die synchrone Bewegung von bis zu 8 Achsen, xy-Bahnkurven, Splines oder komplexe PVT-Trajektorien (komplexe Bewegungsbahnen anhand von Positions-, Geschwindigkeits- und Zeitkoordinaten). Mit umfassenden Funktionen zur Fehlerkompensation für Umkehrspiel, Linearfehler sowie zur ein-, zwei- und dreidimensionalen Fehlerkorrektur bestehen zahlreiche Möglichkeiten die Genauigkeit der Positionierung zu verbessern. Sämtliche Kompensationen, auch die komplexe dreidimensionale Fehlerkorrektur, werden dynamisch im Regelzyklus (Frequenz 10 kHz) berücksichtigt. (Weitere Informationen finden Sie in den Seminarnotizen zum XPS auf unserer webgape, www.newport.com.)
Fortschrittliche Trajektorien und Servo Loop Algorithmen
Die fortschrittliche Generation der Trajektorien und der Servo Loop Algorithmen ist eine der mächtigsten Entwicklungen in der Mikropositionierbranche. Der von Newport entwickelte einzigartige Profiler optimiert automatisch den Ruckwert der S-Gamma Trajektorie ensprechend der geforderten Bewegung. Dies reduziert drastisch die Entstehung von Schwingungen und Spannungen in jedem Bewegungssystem. Daraus resultieren eine kürzere Einschwingzeit, präzisere Bewegungsbahnen und eine längere Lebensdauer bei gleichbleibend schneller Positionierzeit. Eine leistungsstarke PID-Regelung sorgt für eine zuverlässige Einhaltung der vorgegebenen Bewegungsbahn. Neben den konventionellen PID-Parametern lässt sich das Positioniersystem durch die Einstellung eines FF (feed forward) -Parameters, eines Unempfindlichkeitsbereiches, einer Grenzfrequenz für den Differenzialfilter und durch die Verwendung von bis zu zwei Notch-Filtern kundenspezifisch optimieren. Darüber hinaus verfügt das Modell XPS über eine variable PID-Regelung, welche die Werte in Abhängigkeit der Entfernung von der Zielposition automatisch anpasst. Dieses einzigartige Merkmal ermöglicht es z.B. die Regelung steifer zu machen, wenn das Bewegungssystem sich der Zielposition nähert bzw. diese erreicht hat, während man eine weniger steife Regelung im vorangehenden Bewegungsablauf wählen kann, damit sich die Stabilität des Systemes während der Bewegung verbessert. Durch diese variable PID-Regelung ist auch eine spezielle Abstimmung des Regelkreis-Verhaltens für kurze und lange Positionierungen möglich, was ebenfalls zu einer verbesserten Positionierempfindlichkeit führt.
Ausführung und Synchronisierung mit hoher Geschwindigkeit
XPS ist mehr als nur eine bloße Motorsteuerung. Das auf einem Echtzeit-Multitasking-Betriebssystem basierende Steuergerät kann benutzerdefinierte Anwendungen anhand von TCL Skripten in Echtzeit ausführen (mehr Informationen über TCL unter www.tcl.tk). Der leistungsstarke Pentium P4 2 GHz Prozessor verfügt über genügend Kapazitäten, um eine große Anzahl derartiger TCL Skripten zu unterstützen ohne andere Aufgaben zu vernachlässigen. Durch die fortschrittlichen Echtzeit-Multitasking-Funktionen kann das XPS Gerät nicht nur als Motorsteuerung, sondern auch als Prozesssteuerung eingesetzt werden.
Zum Auslesen externer Schalter oder zur Steuerung von Ventilen oder anderen Geräten stehen 30 digitale Eingänge und 30 digitale Ausgänge zur Verfügung. In Kombination mit einem TCL Skript kann somit die XPS Steuerung die gleiche Funktionalität wie ein externes PLC-Gerät bieten, ohne das zusätzliche Hardware benötigt wird. Weiterhin ermöglichen vier frei programmierbare analoge Ausgänge (16 bit) eine präzise analoge Überwachung der Position, Geschwindigkeit oder Beschleunigung jeder beliebigen Bewegungsachse.
Darüber hinaus verfügt die XPS Steuerung über einen mächtigen Befehlssatz zur Triggerung von Ereignissen, mit dessen Hilfe sich die E/A-Funktionen mit dem Positionierprozess direkt synchronisieren lassen. Mit einem einzigen Befehl kann der Benutzer dem XPS vorgeben, beim Auftreten eines bestimmten Ereignisses eine bestimmte Aktion auszuführen. Beispiele dafür sind das Setzen eines digitalen Ausgangs, wenn die konstante Geschwindigkeit erreicht wurde, oder der Start eines TCL Skriptes, wenn die Positionierung beendet wurde. Einmal definiert überwacht der XPS den Ereignisstatus selbständig und führt die Aktion mit einer Latenzzeit von weniger als 100 ms durch. Im Gegensatz zu computerüberwachten Ereignissen ist diese Funktion sehr einfach zu programmieren und verbraucht weder Rechenzeit am Host-PC, noch benötigt sie Kapazitäten der Kommunikationsschnittstelle.
Datenerfassung und Einbindung mit hoher Geschwindigkeit
Eine weiterer Vorteil der Motorsteuerung XPS ist die leistungsstarke Fähigkeit zur Datenerfassung. Das Gerät verfügt über 4 Kanäle mit 14 Bit A/D-Wandlern, die sich über ein TCL Skript direkt in den Positionierprozess integrieren lassen. Dies bietet signifikante Vorteile für Anwendungen wie Präzisionsausrichtungs- und Autofokus- Routinen, die ein Feedback von anderen externen Geräte (Leistungsmessgeräte, visuelle Inspektionssysteme) in Echtzeit benötigen. Neben den offensichtlichen Vorteilen der Kommunikationsgeschwindigkeit gibt es auch keine zusätzliche Belastung des Host-PC bzw. der Kommunikationsschnittstelle; dies kann die Prozessentwicklung und den Durchsatz zusätzlich verbessern. Alternativ lassen sich die Analogeingänge auch so konfigurieren, dass sie die Position oder Geschwindigkeit einer Bewegungsachse direkt steuern.
Für Anwendungen, bei denen analoge Daten in Bezug auf die Position zu analysieren sind, bietet das XPS Gerät den "Datenaufnahme-Modus". Im Datenaufnahme-Modus erfasst der XPS alle wichtigen Daten zu den Achsen und alle E/A mit einer Zeitunsicherheit von weniger als 50 ns und speichert die Daten in einer individuell konfigurierbaren Tabelle. Mit einer Messfrequenz bis zu 10 kHz und einer Speicherkapazität von 1.000.000 Datenpunkten eignet sich diese Funktion selbst für Anwendungen mit hohen Geschwindigkeiten und großen Datenvolumen.
Zusätzlich kann die Erfassung von Achsenpositionen und E/A-Daten auch durch einen externen Triggereingang erfolgen, wobei die Latenzzeit zwischen dem Triggersignal und der Positionsauslesung durch Verwendung spezieller Hardwarekomponenten weniger als 50 ns beträgt. Bei einer Positioniergeschwindigkeit von 200 mm/s entspricht das einer Ungenauigkeit von lediglich 10 nm.
Bei Bedarf lassen sich auch externe Datenerfassungsgeräte und andere Geräte mit der Positionierung synchronisieren. Zu diesem Zweck verfügt das Modell XPS über einen speziellen Trigger-Ausgang pro Achse, der sich so konfigurieren lässt, dass er beim Überfahren einer bestimmten Position einen Einzelpuls oder in vordefinierten Abständen wiederholt Pulse sendet.
Leistungsstark, dennoch einfach zu bedienen
Trotz der vielfältigen Möglichkeiten und Funktionen ist das XPS Gerät extrem einfach zu bedienen. Zunächst wird das System über eine im XPS integrierte webpage konfiguriert. In Kombination mit Newports Positionierern und Treibern lassen sich alle Einstellungen mit wenigen Mausklicks oder über die Auto-Konfiguration ganz automatisch ausführen. Nach der Systemeinstellung prüft der XPS bei jedem Systemstart, ob die Konfiguration mit den angeschlossenen Hardware-Komponenten, inklusive Newport-Positionierern, kompatibel ist. Dadurch wird das Risiko von Beschädigungen durch falsche Einstellungen oder nicht kompatible Hardware minimiert. Das XPS Gerät erkennt auch unbeabsichtigte Hardware-Veränderungen. Man stelle sich ein XZ-Positioniersystem mit einem M-IMS500 und einem M-ILS200 Positionierer vor. Werden die Anschlüsse für den M-IMS- und den M-ILS-Tisch versehentlich vertauscht, erkennt das XPS Gerät die Verwechslung beim Systemstart. Die Anwendung wird nicht gestartet und so mögliche Schäden vermieden. Diese Funktion bietet jedem System mehr Sicherheit.
Darüber hinaus stehen umfangreiche Softwaretools für Motorbewegungen und Systemdiagnose zur Verfügung.
Eine benutzerfreundliche Tuning-Software erlaubt die Feinabstimmung und Optimierung sämtlicher PID-Regelkreisparameter inklusive der Möglicheit zum auto-tuning und auto-scaling: Steuersignal, Positionierfehler, Integralfehler, Zielposition, Geschwindigkeit, Beschleunigung und weitere wichtige Daten lassen sich gleichzeitig und übersichtlich anzuzeigen.
Die Syntax der XPS-Befehle ist auf dem Bildschirm „Befehle“ einsehbar und mühelos zu erlernen. Die Programmeingabe und Programmprüfung ist extrem einfach. Es werden hier alle Befehle und verfügbaren Parameter nach Gruppen geordnet aufgeführt. Einfache, ausführbare Programme lassen sich per Mausklick erzeugen.
Für LabView Benutzer haben wir eine umfangreiche Bibliothek mit LabView Treibern entwickelt, die VIs für jeden individuellen Befehl enthalten. Weiterhin stehen DLL's für Windows und MatLab als Quellcode und umfangreiche Beispielprogramme in TCL zur verfügung.
Alle Anschlüsse befinden sich leicht zugänglich auf der Geräterückseite. Die im Lieferumfang enthaltenen Griffe und Bügel zum Einbau in ein Instrumentenrack können auf beiden Geräteseiten angebracht werden.
Einfacher Zugriff auf die Treiberkarten, Ergänzung durch weitere Karten je nach Bedarf
Überblick über die im XPS verwendete Hardware
Das XPS-RC Interface ermöglicht die computerunabhängige Bedienung der XPS Steuerung. Der integrierte 3,8" touch-screen zeigt alle 8 Achsenpositionen inklusive Fehlerstatus. Schrittweise Bewegungen, jogging, absolute Bewegungen und Fehlerdiagnositk sind über verschiedene Unterbildschirme möglich. Der bernsteinfarbene Bildschirm ist auch von größerer Entfernung und mit Laserschutzbrille gut lesbar. Das XPS-RC wird über ein 2 m langes Kabel mit der Frontplatte des Controllers verbunden und kann jederzeit ein- und ausgesteckt werden.
Eine benutzerfreundliche Software vereinfacht die Konfigurierung der Motorsteuerung XPS. In Kombination mit Newport- Positionierern lassen sich alle Einstellungen mit wenigen Mausklicks ausführen.
Auf dem Bildschirm „Befehle“ werden alle XPS-Befehle und verfügbaren Parameter nach Gruppen geordnet aufgeführt. Die Syntax der XPS-Befehle kann so mühelos erlernt werden. Die Programmeingabe, Programmprüfung und das Debugging ist extrem einfach.
Seminarnotizen
XPS Merkmale – Bewegungsgruppen
Innerhalb des XPS wird jeder Positionierer oder jede Bewegungsachse einer Bewegungsgruppe zugeordnet. Einmal definiert verwaltet das XPS Gerät automatisch sämtliche Sicherheitsfeatures und Bewegungen der Bewegungsgruppe mit Hilfe des selben Befehls. Der Befehl GroupHomeSearch (Name) fährt zum Beispiel die gesamte Bewegungsgruppe Name automatisch zu einer Referenzposition, ganz gleich, ob die Gruppe als ein-, zwei, drei- oder mehrachsige Gruppe definiert wurde. Mit dem Befehl GroupMoveAbsolute (Name, Position) wird die gesamte Bewegungsgruppe Name synchron auf eine bestimmte Position gefahren. Dabei wird die Position mit einem oder mehreren Parametern angegeben, je nachdem wie viele Positionierer zur Bewegungsgruppe gehören. Durch diese extrem einfachen und intuitiven, objektorientierten Befehle konnte die Anzahl von Befehlen deutlich reduziert werden, im Vergleich zu den heute überholten mnemonischen Befehlen.
Ein weiterer Vorteil der Bewegungsgruppen ist das Sicherheitshandling: Beim Auftreten eines Fehlers, beispielsweise eines Folgefehlers oder eines fehlenden Signals auf einem Endschalter, wird die gesamte Bewegungsgruppe gestoppt, die von dem Fehler betroffen ist, während alle anderen nicht betroffenen Bewegungsgruppen weiter mit ihren Positionieraufgaben fortfahren. Das XPS Gerät managt solche Situationen automatisch. Dies reduziert erheblich die Komplexität und erhöht die Sicherheit Ihrer Applikation um ein Vielfaches. Ein Beispiel: Bei einer Scanning-Anwendung tritt auf der Schrittachse des XY-Tisches ein Fehler auf. Dadurch wird der XY-Tisch gestoppt, d.h. die Schrittachse und Scanningachse werden gestoppt, während das Tool mit dem Autofokus über der Probe weiterarbeitet.
XPS Merkmale – Natürliche Einheiten
Die Motorsteuerung XPS arbeitet mit vom Benutzer wählbaren natürlichen Einheiten, z. B. mm, Zoll, Grad oder Bogensekunden. Bei der Konfiguration werden die Einheiten für jeden Positionierer festgelegt, beispielsweise dass 1 Encoderimpuls 0,0000351 mm entspricht. Nach der Einstellung können alle Bewegungs-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungsbefehle in denselben Einheiten ohne Umrechnungen eingegeben werden (im obigen Beispiel z. B. in mm). Alle anderen Parameter wie Verstellweg, Höchstgeschwindigkeit und Kompensationen werden in demselben Maßstab definiert. Im Vergleich zu anderen Motorsteuerungen, bei denen sich nur Vielfache von Encoderimpulsen eingeben lassen, ist dies ein erheblicher Vorteil.
XPS Merkmale – Positionierung und Trajektorien
Die Motorsteuerung XPS bietet mehrere Positioniermodi - von der einfachen Punkt-zu-Punkt-Positionierung bis zu komplexen Bewegungstrajektorien. Die wichtigsten Positionierfunktionen im Überblick:
- Im Jog-Modus lässt sich die Geschwindigkeit und Beschleunigung eines Positionierers während des Betriebs ändern und an die jeweilige Situation anpassen. Dieser Modus eignet sich beispielsweise für Justageanwendungen oder Koordinaten-Transformation durch Modifizierung der Geschwindigkeit oder Beschleunigung einer Achse in Abhängigkeit der Position oder Geschwindigkeit der anderen Achsen oder eines anderen Parameters.
- Im synchronisierten Modus bewegen sich alle Positionierer synchron. D. h. jeder Positionierer der Gruppe führt zu jedem Zeitpunkt den gleichen Teil "seiner" Bewegungsbahn aus. Der "langsamste" Positionierer bestimmt die Geschwindigkeit und Beschleunigung der anderen Positionierer. Dieser Modus wird häufig für Punkt-zu-Punkt-Bewegungen verwendet und erlaubt eine präzise Kenntnis der Bewegungsbahn. Dies wird auch Linearinterpolation genannt.
- Im Bahn-Modus wird eine Bahnkurve auf einer XY-Gruppe ausgeführt, die sich aus geraden und gekrümmten Segmenten zusammensetzt. Die Bewegungsbahn wird in eine Textdatei eingegeben, die via FTP an die Motorsteuerung gesendet wird. Die Motorsteuerung übernimmt den Rest, d.h. auch die präzise Überwachung von Geschwindigkeit und Beschleunigung während des gesamten Verfahrwegs. Eine Bewegungsbahn kann mehrmals hintereinander ohne Zwischenstopp ausgeführt werden. Ein spezieller Befehl ermöglicht die Vorprüfung der Bewegungsbahn. Als Ergebnis werden die Maximal- und Minimalverfahrwege sowie die Maximalgeschwindigkeit angegeben, die mit den verschiedenen Achsenparametern kompatibel sind.
- Im Spline-Modus wird eine Bewegungsbahn auf einer XYZ-Gruppe als Catmull-Rom Spline mit konstanter Geschwindigkeit ausgeführt. Die Bahn wird ähnlich wie im Bahn-Modus festgelegt. Ein spezieller Befehl zur Vorprüfung der Bewegungsbahn steht in diesem Modus ebenfalls zur Verfügung.
- Der PVT-Modus ist ideal geeignet für Bahnbewegungen mit variierenden Vektorgeschwindigkeiten und für komplexe synchronisierte Trajektorien, die mit Rotationstischen oder anderen nichtlinearen Positionierern ausgeführt werden. Die Bahnelemente werden durch die Endposition und die Endgeschwindigkeit jedes Positionierers und die Dauer des Elements definiert. Nach der Dateneingabe berechnet die Motorsteuerung die einzig mögliche Bewegungsbahn, die sich für jeden Positionierer und jedes Element der Bewegungsbahn mit einer konstanten Beschleunigung erreichen lässt. PVT ist eine leistungsstarke Funktion für jede Bewegungsbahn mit variabler Vektorgeschwindigkeit und für Bewegungsbahnen, die mit Rotationstischen oder anderen nicht linearen Positionierern auszuführen sind.
- Im Analog-Tracking-Modus dient einer der Analogeingänge als Positions- oder Geschwindigkeitssignal für den Positionierer. Dieser Modus eignet sich beispielsweise zur Autofokussierung von Sensoren, Justageanwendungen oder präzise Fernsteuerungsaufgaben.
- Im Master-Slave-Modus kann jede Bewegungsachse elektronisch zu jeder beliebigen anderen Bewegungsachse geschaltet werden, aber auch ein Master mit mehreren Slaves ist realisierbar. Das Übersetzungsverhältnis zwischen Master und Slave ist benutzerdefinierbar. Während der Positionierung werden alle Achsenkompensationen, auch die 3D Fehlerkorrektur, berücksichtigt.
XPS Merkmale – Socket-, Multitasking- und Multi-User-Applikationen
Die auf dem TCP/IP Internet Kommunikationsprotokoll basierende Motorsteuerung XPS verfügt über mehrere virtuelle Kommunikationsports, die sogenannten Sockets. Zur Herstellung einer Verbindung muss der Benutzer auf dem XPS zuerst eine Socket-ID abrufen (definierte IP-Nummer und Port-Nummer). Wenn ein Befehl aus einem Programm an einen Socket gesendet wird, sendet der Controller entweder eine Erfolgs- oder Fehlermeldung an den Socket, der die Aktion angefordert hat.
Das Socket-Prinzip bietet mehrere Vorteile: Die Benutzer können ihre Anwendungen in mehrere Teile splitten, die unabhängig voneinander auf verschiedenen Threads oder sogar verschiedenen Computern laufen. Zur Veranschaulichung, siehe Abbildung 1.
In diesem Beispiel steuert ein Thread am Socket 1 einen XY-Tisch zu bestimmten Positionen, um dort Bilder aufzunehmen, während ein anderer Thread am Socket 2 unabhängig und gleichzeitig ein Autofokussystem steuert. Der zweite Task kann sogar auf einem anderen PC laufen. Als Alternative könnte der Task auch als TCL Script realisiert werden, insbesondere wenn das Autofokussystem eine analoge Rückmeldung liefert (siehe nächstes Merkmal).
Das Socket-Prinzip bietet vielen Benutzern im Labor einen weiteren praktischen Vorteil: Dieselbe Motorsteuerung steht gleichzeitig für verschiedene Anwendungen zur Verfügung. Mit der Motorsteuerung XPS ist es somit möglich, dass eine Gruppe eine Achse des XPS Geräts für eine optische Verzögerungsstrecke nutzt, während eine andere Gruppe gleichzeitig andere Achsen für eine andere Anwendung benutzt. Beide Anwendungen können von verschiedenen Arbeitsstationen völlig unabhängig voneinander gesteuert werden.
XPS Merkmale – TCL
TCL ist die Abkürzung von Tool Command Language. Dabei handelt es sich um eine Open-Source Programmiersprache, die auf Strings aufgebaut ist. Die aus wenigen Grundbausteinen und relativ wenig Syntax zusammengesetzte Sprache ist leicht zu lernen und ist dabei fast so leistungsstark wie C. TCL enthält sämtliche mathematischen Ausdrücke, Kontrollstrukturen (if, for, foreach, switch usw.), Events, Listen, Arrays, Zeit- und Datenbehandlung, Subroutinen, Stringbehandlung, File-Management u. v. m. TCL wird von über 500 000 Programmierern weltweit benutzt und ist in Tausenden von Unternehmen eingesetzt. TCL ist eine bewährte Programmiersprache, für die eine umfassende Dokumentation und zahlreiche Tutorials, Applikationen, Tools und Bücher zur Verfügung stehen (siehe zum Beispiel www.tcl.tk).
XPS ermöglicht es dem Benutzer komplette Anwendungsprogramme mit TCL zu schreiben. XPS bietet dabei die Möglichkeit, jeden beliebigen Befehl in das TCL Skript einzufügen. Das TCL Skript kann dann in Echtzeit auf dem XPS-Controller ausgeführt werden. Es nutzt dazu offene Zeitfenster, die der Prozessor der Motorsteuerung weder für den Regelkreis noch für die Kommunikation benötigt. Das in Echtzeit arbeitende Multi-Tasking-Betriebssystem VxWorks, welches von der Motorsteuerung XPS benutzt wird, gewährleistet ein exaktes Management der verschiedenen Prozesse mit maximaler Zuverlässigkeit. Mehrere TCL Programme laufen zeitgleich mit gleicher Priorität und werden nur unterbrochen durch den Regelkreis, Kommunikations-Tasks oder nach Ablauf der 20 ms, die für jedes TCL Programm als maximales Zeitfenster verfügbar sind.
Im Vergleich zu alternativen Konzepten, bei denen der Host-PC die Anwendung steuert, wird durch die Verwendung von TCL also ein Teil der Anwendung auf dem Prozessor des XPS-Controllers ausgeführt. Der Vorteil dieses Konzeptes liegt in einer zum Teil wesentlich schnelleren Ausführung und einer wesentlich präziseren Synchronisation ohne Belastung der Kommunikationsschnittstelle und ohne Belastung des Host-PC.
Die Motorsteuerung XPS eignet sich für die Steuerung von bis zu 8 Achsen der meisten Newport-Positionierer. Die zugehörigen Treiberkarten werden einfach in die Rückseite des Steuergerätes eingeschoben. Diese im Werk vorgeprüften Module werden von einem controllerunabhängigen Netzteil mit 500 W Leistung versorgt.
Der XPS-DRV01 ist ein PWM-Verstärker und lässt sich per Software einfach konfigurieren. Er ist mit den meisten DC-Bürsten- und Schrittmotor-Positionierern von Newport und anderer Hersteller kompatibel. In Kombination mit Newport-Positionierern lässt sich der Verstärker über die Funktion "Auto-Konfiguration" nahezu komplett automatisch konfigurieren.
Manuelle Konfigurationen, beispielsweise für Positionierer anderer Hersteller, sind ebenfalls möglich. Der Motortreiber XPS-DRV01 liefert einen Strom von maximal 3 A bei einer Ausgangsspannung von max. 48 Volt. Er kann unipolare und bipolare Schrittmotoren im Mikroschrittmodus (Sinus/Kosinus-Kommutation) und DC-Bürstenmotoren im Geschwindigkeitsmodus (für Motoren mit Tachometer) und im Spannungsmodus (für Motoren ohne Tachometer) steuern. Programmierbare Verstärkungswerte und eine programmierbare PWM-Frequenz bis 300 kHz gewährleisten eine Feinabstimmung des Treibers auf den Motor. Ein programmierbarer Überstromschutz bietet eine zusätzliche Sicherheit.
Der Motortreiber XPS-DRV02 ist ein über software konfigurierbarer PWM-Verstärker für bürstenlose 3-Phasen DC-Motoren. Er ist in seiner Leistungsfähigkeit auf den Antrieb von der Serien XM, IMS-LM und RGV100BL optimiert. Der XPS-DRV02 liefert einen Maximalstrom von 5 A und 44 Vpp. Die hohe Taktfrequenz von 100 kHz und dezidierte Filter minimieren Rauschen, welches häufig ein Problem von einfachen PWM-Verstärkern ist. Der XPS-DRV02 ist ausschließlich mit 1 Vpp Encodersignalen kompatibel. Die Motorinitialisierung erfolgt durch ein von Newport patentiertes Verfahren ohne nennenswerte Bewegung und kommt ohen die Verwendung von Halleffekt oder anderen Sensoren aus.
Der XPS-DRV03 ist ein frei programmierbarer PWM-Verstärker, der für die Verwendung mit Hochleistungs-DC-Motoren optimiert wurde. Die hohe Taktfrequenz von 100 kHz und dezidierte Filter minimieren Rauschen, wodurch Präzisionspositionierungen im nm-Bereich möglich sind. Der XPS-DRV03 liefert einen Strom von maximal 5 A bei einer Ausgangsspannung von max. 48 V. Er kann DC-Motoren im Geschwindigkeitsmodus (für Motoren mit Tachometer), im Spannungsmodus (für Motoren ohne Tachometer) und im Strommodus (für Drehmoment-Motoren) steuern. Alle Parameter sind in physikalischen Einheiten frei programmierbar (z.B. Bandbreite der Geschwindigkeitsregelung). Darüber hinaus können separate limits für den rms- und Spitzen-Strom eingestellt werden.
Mit dem Modul XPS-DRV00 werden Signale an einen externen Verstärker (Treiber) gesendet. Durch die Einstellung des zweikanaligen DAC-Ausgangs auf analoge Position, analoge Schrittposition, analoge Geschwindigkeit, analoge Spannung oder analoge Beschleunigung (inkl. Sinuskommutation) kann der XPS-Controller praktisch jeden Positionierer - auch bürstenlose Motoren, Voice-Coil-Motoren und Piezoantriebe - steuern.
Neben einem konventionellen digitalen AquadB-Encoder-Eingang verfügt die Motorsteuerung XPS über einen leistungsstarken analogen Encoder-Eingang pro Achse (1 Vpp Heidenhain - Standard). Ein ultrahochauflösender, rauscharmer Interpolator verwandelt das sinusförmige Eingangssignal mit einer bis zu 32.768-fachen Signalunterteilung in einen exakten Positionswert. In Kombination mit einer 4 mm Signalperiode kann so beispielsweise eine Auflösung von 0,122 nm erreicht werden. Dieser Interpolator gewährleistet somit eine präzise Positionsrückmeldung. Ein weiterer Hardware Interpolator mit 40 MHz Taktfrequenz und einer programmierbaren bis zu 200-fachen Signalunterteilung steht für Synchronisieraufgaben zur Verfügung. Dieser schnelle Interpolator erfasst die Position mit weniger als 50 ns Latenzzeit und bietet eine erheblich größere Präzision der Synchronisation als andere zeitbasierte Systeme. Im Gegensatz zu den meisten hochauflösenden Multiplikationselementen beeinträchtigen die XPS Interpolatoren in keiner Weise die Positioniergeschwindigkeit. Mit einer maximalen Eingangsfrequenz von 180 kHz bis 400 kHz (je nach Interpolationsfaktor) kann bei Positionierern mit einer Signalperiode von 20 mm eine Maximalgeschwindigkeit bis zu 3,6 m/s erreicht werden.
