لا يوجد نظام واحد مناسب للجميع.

يجب أن تعمل المكونات التي تشكل نظام تحديد المواقع عالي الدقة لديك - القاعدة والمحامل، ونظام قياس الموضع، ونظام المحرك والقيادة، ووحدة التحكم - معًا قدر الإمكان. في الجزء الأول قمنا بتغطية قاعدة النظام والمحامل. هنا، نحن نغطي قياس الموقف. سيغطي الجزء 3 تصميم المسرح والقيادة والتشفير؛ مكبر للصوت محرك الأقراص. وأجهزة التحكم.

نظام قياس الموقف

بشكل عام، يمكنك تصنيف وحدات التحكم على أنها "حلقة مفتوحة" أو "حلقة مغلقة". مع وحدات التحكم ذات الحلقة المفتوحة (المستخدمة بشكل عام مع المحركات الخطوة) فإن كل دفعة تنبعث من وحدة التحكم تؤدي إلى إزاحة معينة للشريحة. ومع ذلك، لا توجد وسيلة لتحديد حجم النزوح. على سبيل المثال، ربما تم إصدار 500 نبضة، ولكن بسبب الاحتكاك، وتحمل الكرة اللولبية، والتباطؤ، وأخطاء اللف، وما إلى ذلك، قد يكون الجدول قد تحرك لـ 498 نبضة فقط. العيب الرئيسي هو عدم حدوث أي تصحيح لخطأ تحديد المواقع.

في نظام الحلقة المغلقة، أو النظام المؤازر، يوفر جهاز تشفير الموضع تغذية راجعة لوحدة التحكم. تستمر وحدة التحكم في إرسال إشارات التحكم في المحرك حتى يتم الوصول إلى الموضع الدقيق المطلوب للشريحة.

شريحة لا تحتوي على أي تعليقات حول الموضع في الرسم التوضيحي العلوي، متبوعة بالطرق الثلاث الشائعة لقياس موضع الشريحة:
• يتم تثبيت جهاز تشفير الموضع على المحرك أو عمود اللولب الكروي.
• التشفير الخطي المثبت على الشريحة.
• مقياس تداخل ليزري مزود بمرايا مثبتة على الشريحة.

في الطريقة الأولى، يتم قياس موضع الشريحة بشكل غير مباشر — حيث يتم تركيب أداة تشفير الموضع على عمود الإدارة. يؤدي التسامح والتآكل والامتثال في المكونات الميكانيكية بين الشريحة ومشفر الموضع إلى انحرافات بين مواضع الشريحة المطلوبة والحقيقية. بالاشتراك مع اللولب الكروي، تكون دقة الانزلاق في أحسن الأحوال محدودة بدقة اللولب الكروي. تتراوح الدقة النموذجية من ±5 إلى ±10 مم/300 مم.

تتكون معظم أنظمة القياس الخطية من مقياس زجاجي دقيق ورأس قياس كهروضوئي. يتم توصيل المقياس أو الرأس مباشرة بالشريحة المتحركة ويقيس موضع الشريحة مباشرة. ولا يتم تقديم أخطاء بسبب عدم دقة الكرة اللولبية. تتراوح الدقة النموذجية للمقياس نفسه من ±1 إلى ±5 مم/م. وهذه أيضًا هي دقة الشريحة نفسها في موقع رأس القياس.

إن حمل المرحلة (الذي دقة موضعه هو ما يهمنا حقًا) يكون دائمًا على مسافة من مقياس القياس، ويتم قياسه في اتجاه عمودي على اتجاه الحركة، لأن معظم أجهزة التشفير تقع أسفل الشريحة، ولكن الحمل في الأعلى . ويكون هذا أكثر وضوحًا مع المراحل المكدسة. أثناء الحركة، إذا كانت الشريحة تميل إلى حد ما بسبب الانحرافات في استقامة طرق التحمل، وأخطاء الانعكاس، وما إلى ذلك، فسيتم إنشاء انحراف بالنسبة لموضع الحمل مقابل جهاز التشفير.

يمكن أن يؤدي الخطأ الزاوي الصغير ذو الإزاحة الكبيرة، مثلما تجده في مراحل XY المكدسة، إلى مضاعفة عدم دقة المقياس. بمعنى آخر، يوفر مقياس القياس معلومات الموقع الصحيحة فقط في الموقع حيث يتم توصيل رأس القياس.

على سبيل المثال، تُظهر مرحلة الحركة ذات خصائص التدحرج الدقيقة أخطاء زاويّة نموذجية تبلغ حوالي ±5 ثانية قوسية. (1 قوس ثانية = 1/3600 درجة أو حوالي 5 ميكروراد.) بالنسبة لمسافة 100 مم بين الحمل والمقياس، يؤدي هذا إلى خطأ في تحديد الموقع يبلغ ±2.5 مم!

للحصول على تطبيقات دقيقة للغاية، يعد نظام ردود الفعل لتحديد المواقع بمقياس التداخل بالليزر مع المرايا المستوية هو الخيار الأفضل. الطول الموجي لليزر الهليوم-نيون، 632.8 نانومتر، هو المعيار. النانومتر هو 1 × 10-9 متر. من الممكن أن تصل الدقة إلى حوالي ±0.1 مم/م لمصدر ليزر مستقر، مع دقة تصل إلى 1024/1 أو 0.617 ميكرومتر. لامدا (π) هو الطول الموجي للضوء.

والميزة الرئيسية هي أن المرايا يمكن أن تكون في موقع التحميل؛ وهذا هو، حيث الدقة مهمة حقا. يتم القضاء على أخطاء آبي. يحدد تسطيح المرآة، عادةً في نطاق دون الميكرون، الخطية التي تتحرك بها الشريحة.

بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن حركة مرحلة XY تتم الإشارة إليها إلى نقطة ثابتة خارج مستوى الحركة، فإن ردود الفعل تعوض تلقائيًا عن أي خارج عن التربيع لنظام XY، لأنها تحافظ على الشريحة على مسافة ثابتة.

يعتمد الطول الموجي للضوء في الهواء على سرعة الضوء في الهواء، والتي تعتمد على درجة حرارة الهواء والضغط والرطوبة النسبية، من بين أمور أخرى. عند استخدام ميزان قياس، يؤدي تغير درجة الحرارة إلى حدوث أخطاء في القياس بسبب تمدد مادة الميزان. تبلغ معاملات التمدد النموذجية لموازين الزجاج والفولاذ 8 و10 مم/م لكل درجة كلفن. باستخدام مقياس التداخل الليزري، حيث لا يمكن الحفاظ على بيئة مستقرة، يمكنك تصحيح التغيرات الجوية باستخدام مكونات التعويض التلقائي الاختيارية.