لا يوجد نظام واحد مناسب للجميع.

يجب أن تعمل مكونات نظام تحديد المواقع عالي الدقة - القاعدة والمحامل، ونظام قياس الموضع، ونظام المحرك والقيادة، ووحدة التحكم - معًا بأقصى قدر ممكن من الكفاءة. في الجزء الأول، تناولنا قاعدة النظام والمحامل. أما هنا، فنتناول قياس الموضع. أما الجزء الثالث، فسيتناول تصميم المنصة، والمحرك، والمُشفِّر، ومُضخِّم القيادة، ووحدات التحكم.

نظام قياس الموضع

بشكل عام، يُمكن تصنيف وحدات التحكم إلى "حلقة مفتوحة" أو "حلقة مغلقة". في وحدات التحكم ذات الحلقة المفتوحة (التي تُستخدم عادةً مع المحركات الخطوية)، تُسبب كل نبضة تُصدرها وحدة التحكم إزاحة مُعينة للشرائح. ومع ذلك، لا توجد وسيلة لتحديد حجم الإزاحة. على سبيل المثال، قد تكون 500 نبضة قد صدرت، ولكن بسبب الالتصاق، وتفاوت اللولب الكروي، والتباطؤ، وأخطاء اللف، وما إلى ذلك، قد تتحرك الطاولة 498 نبضة فقط. ومن عيوبها الرئيسية عدم وجود تصحيح لخطأ التموضع.

في نظام الحلقة المغلقة، أو نظام المؤازرة، يُرسل مُشفِّر الموضع تغذية راجعة إلى وحدة التحكم. وتستمر وحدة التحكم في إرسال إشارات التحكم في المحرك حتى الوصول إلى الموضع المطلوب للشريحة.

شريحة بدون ردود فعل موضعية في الرسم التوضيحي العلوي، متبوعة بثلاث طرق شائعة لقياس موضع الشريحة:
• قم بتثبيت المبرمج على المحرك أو عمود الكرة اللولبية.
• مشفر خطي مثبت على الشريحة.
• مقياس تداخل الليزر مع المرايا المثبتة على الشريحة.

في الطريقة الأولى، يُقاس موضع الشريحة بشكل غير مباشر - حيث يُركّب مُشفّر الموضع على عمود الإدارة. يؤدي التفاوت والتآكل والتوافق في المكونات الميكانيكية بين الشريحة ومُشفّر الموضع إلى انحرافات بين موضع الشريحة المطلوب وموضع الشريحة الحقيقي. عند استخدام المسمار الكروي، تكون دقة الشريحة في أحسن الأحوال محدودة بدقة المسمار الكروي. تتراوح الدقة النموذجية بين ±5 و±10 مم/300 مم.

تتكون معظم أنظمة القياس الخطية من ميزان زجاجي دقيق ورأس قياس كهروضوئي. يُثبّت إما الميزان أو الرأس مباشرةً على الشريحة المتحركة ويقيس موضع الشريحة مباشرةً. لا تُسبب أخطاء اللولب الكروي أي أخطاء. تتراوح دقة الميزان نفسه عادةً بين ±1 و±5 مم/م. وهذه أيضًا دقة الشريحة نفسها عند موضع رأس القياس.

يكون حمل المرحلة (الذي يهمنا تحديد دقته تحديدًا) دائمًا على مسافة من مقياس القياس، ويُقاس في اتجاه عمودي على اتجاه الحركة، لأن معظم وحدات التشفير تقع أسفل الشريحة، بينما يكون الحمل في أعلاها. ويزداد هذا وضوحًا مع المراحل المكدسة. أثناء الحركة، إذا مال المنزلق قليلًا بسبب انحرافات في استقامة مسارات التوجيه، أو أخطاء في الانعكاس، وما إلى ذلك، فسينشأ انحراف نسبي بين موضع الحمل وموضع وحدة التشفير.

خطأ زاوي صغير ذو إزاحة كبيرة، كما هو الحال في منصات XY المكدسة، قد يؤدي إلى مضاعفة عدم دقة المقياس. بمعنى آخر، يوفر ميزان القياس معلومات الموقع الصحيحة فقط عند تثبيت رأس القياس.

على سبيل المثال، تظهر مرحلة الحركة ذات خصائص الدوران الدقيق أخطاء زاوية نموذجية تبلغ حوالي ±5 ثانية قوسية (1 ثانية قوسية = 1/3600 درجة أو حوالي 5 ميكروراد). بالنسبة لمسافة 100 مم بين الحمل والمقياس، يؤدي هذا إلى خطأ في تحديد المواقع يبلغ ±2.5 مم!

للتطبيقات فائقة الدقة، يُعد نظام تغذية راجعة لتحديد المواقع باستخدام مقياس التداخل بالليزر مع مرايا مستوية الخيار الأمثل. يُستخدم طول موجة ليزر الهيليوم-نيون، 632.8 نانومتر، كمعيار. النانومتر يساوي 1 × 10-9 متر. يمكن تحقيق دقة تبلغ حوالي ±0.1 مم/م لمصدر ليزر مستقر، بدقة تصل إلى λ/1024 أو 0.617 ميكرومتر. لامدا (λ) هو طول موجة الضوء.

من أهم مزاياها إمكانية وضع المرايا في موقع الحمل، حيث تكون الدقة بالغة الأهمية. ويتم التخلص من أخطاء آبي. ويحدد استواء المرآة، الذي عادةً ما يكون في نطاق دون الميكرون، خطية حركة الشريحة.

بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن الحركة لمرحلة XY يتم الرجوع إليها إلى نقطة ثابتة خارج مستوى الحركة، فإن التغذية الراجعة تعوض تلقائيًا عن أي خروج عن المربع لنظام XY، لأنها تحافظ على الشريحة على مسافة ثابتة.

يعتمد طول موجة الضوء في الهواء على سرعته، وهي دالةٌ لدرجة حرارة الهواء والضغط والرطوبة النسبية، من بين عوامل أخرى. عند استخدام ميزان قياس، يُؤدي تغير درجة الحرارة إلى أخطاء في القياس بسبب تمدد مادة الميزان. معاملات التمدد النموذجية للمقاييس الزجاجية والفولاذية هي 8 و10 مم/م لكل درجة كلفن. باستخدام مقياس تداخل الليزر، حيث لا يمكن الحفاظ على بيئة مستقرة، يُمكن تصحيح التغيرات الجوية باستخدام مكونات تعويض تلقائي اختيارية.