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LabVIEWによる実験室の構築と 装置の再活用例
工学部物理工学科 伴野達也
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1. はじめに LabVIEWとの遭遇 1990年頃：工学部応用物理学実験法第１−3の刷新。 早川教授、前田助教授（当時）の英断
グラフィカルプログラミングを３年生に紹介する。 高価なMacintoshの導入。 旧来の命令文方式を離れることへの不安。 実験室の装置がLAN上でヴァーチュアルな機器になる。 実験装置に直接触れない学生実験になる。 学生実験だけではもったいない。 卒業する学生の遺産は負になりがちであったが、LabVIEWな ら継続可能で、時間短縮、高効率。 ⇒私は反対派 ⇒私も賛成に転向
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2. 実験装置の状況とLabVIEWとの相性 通信ポート（RS232C、GPIB、USBなど）があるか。 コンピュータに通信ポートがあるか。
文字列：従来のコマンド文のエッセンス。 9600bps、8ビット、1Stop Bit、パリティ有無などの設定情報が判って いるか。 通信ケーブルがストレートかクロスか。 コンピュータに通信ポートがあるか。 COMポートの有無。プラグの形状は（サンワサプライなど）。 GPIBカード入れられるか。 LAN-GPIBの可能性。 LAN-TCP/IPの可能性 実験機器そのものをTTLレベルや低電圧源で制御できるか。
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3. 例1：1980年代の四重極質量分析計のLabVIEWによる復活
BALZERS社製QMG064 インターフェースの付いた初期の四重極質量分析計。 従来の全機能前面パネルよりはスッキリしたデザイン。 20m以上のRS232Cケーブルで離れたところから制御可。 PC98シリーズではTurboPascal でも1200bps。指導教員（私）に 習う気力なし。
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3. 例1：続き1 通信ポートRS232C（Dsub25Male）がある。
9600bps、7ビット、2Stop Bits、パリティ無。 スキャンパラメータの設定（質量数、幅、感度、速さ）。 8ガス種の質量数、測定感度、信号強度／圧力値変換設定。 測定モードを与えた後、測定実行、測定値読み上げ要求。 最近の同等の市販品に劣らない新機能を加えたい。 PowerMacG4PCI または PowerMac7600G3改造を使用。 USB-RS232C変換アダプタ（Dsub9Male） または DIN8ピンFemale モデム/プリンタポートあり。 MacOSX LabVIEW8.0 クロス結線ケーブル自作。
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3. 例1：続き2（LabVIEWフロントパネル）
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3. 例1：続き3（動作設定中）
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3. 例1：続き4（ブロック図） バッファークリア ポートの初期化 テスト文字列の送信 各測定モードの設定 クラスタースイッチ の表示色設定
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例1：続き5（残留ガス質量スペクトル測定） 従来のよくある測定結果 同じ状態を感度を換えながら測定した結果
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例1：続き6（残留ガス圧時間変化測定） 水蒸気（主成分）のみの測定 複数成分の測定
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例1：続き7（新機能クイックスキャン棒モード）
測定したい質量数をタッチ 簡易質量スペクトル
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4. 例2：水晶振動子摩擦膜厚計 XTM/2 水晶振動子膜厚計 （インフィコン社製）
通信ポートRS232C（Dsub9Female）がある。 19200bps、8ビット、1Stop Bit、パリティ無、チェックサムフォー マット。 パラメータの設定（薄膜の密度、音響インピーダンス、センサー 位置）。 測定実行、測定値読み上げ要求。 PowerMacG4MT を用いる。 DIN8ピンFemaleモデム/プリンタポートあり。 MacOSX LabVIEW7.1 ストレート結線ケーブル自作。
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例2.続き （CheckSumフォーマット） 誤通信を避ける目的。 通常の文字にCheckSum情報を付けるためのサブルーチン。
書き込み用（上）と読み取り用（下）のvi。 R5：タイマーを0にセット。 Q6:薄膜種類番号を問う。 S0:レート、膜厚、時間送信せよ。
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例2.続き （真空蒸着中の薄膜の膜厚計測）
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5.例3：古い分光器（機械精度は高い） リツー社製：回折格子+フォトマル方式
オプションでステッピングモーターと減速ギアが取り付けられている。
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例3：続き（分光測定系略図） 回折格子の角度を決める。 NI-4350USBの採用 光電流を電圧に変換し測定する。 8chのディジタル出力
1パルス=0.01nm、 ラッチ、正（逆）回転 24ビットAD
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例3：続き（LabVIEWで制御する） NI-4350USBはWindowsのみ
NI社のExpress.vi や NI-DAQ base (要ダウンロード) を組み合わせるだけ。
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例3：続き（LabVIEWで制御する） スペクトル計測部 波長設定部 手動／自動設定部 NI-4350のAD部の初期化
ステッピングモータ にパルスを送る データ読み出し表示保存 NI-4350のAD部の初期化 波長設定部 手動／自動設定部 NI-4350USBはWindowsのみ NI社のExpress.vi や NI-DAQ base (要ダウンロード) を組み合わせるだけ。
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6. 例4：直流電圧で更に大型装置を制御する 外部機器USB6008 ゲームパッドを大型装置の各ツマミそのものに見立 てる。
8チャンネルアナログ入力 （+-10V、12ビット、10kS/秒) 2チャンネルアナログ出力 (0-5V、12ビット、最大150 Hz） 12本のデジタルI/O ゲームパッドを大型装置の各ツマミそのものに見立 てる。 マイクロ波0-500W ⇔ アナログ出力0-5V
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6.外部に電圧を出力し、電圧と電流を測定するvi
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6.外部に電圧を出力し、電圧と電流を測定する
電圧設定ノブは ひとりでに徐々に 右回りしていく が、手動で戻すこ とも可能。 2つの電圧をグラ フ上に表示し、 結果をXYグラフ 上に電流vs電圧 表示する。
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7.実験室装置の統合化 ほとんどの装置をPC+LabVIEWでモダン化できる。 独自ソフトでしか動作しない機器の方が厄介。
⇒最新状態をキープ 時間短縮、省人力 ヴァーチュアルな機器 ≠ シミュレータ。 独自ソフトでしか動作しない機器の方が厄介。 ⇒最新状態をキープできない。継続性悪い。非経済的。 ActiveXなどが対応できるらしい。TXTファイルは最低限可。 LAN(TCP/IP) によって中心的PC(好みMacOSXあるいは自宅 PC）に各サテライトPC+装置からデータ集約。 いつの間にか昔巨費科学実験で用いられていたCAMAC (Computer Automated Measurement And Control)をカスタマイ ズしたような実験室を実現している。
