Aucun système ne convient à tous.

Les composants qui composent votre système de positionnement de haute précision (base et roulements, système de mesure de position, système de moteur et d'entraînement et contrôleur) doivent fonctionner ensemble aussi bien que possible. Dans la première partie, nous avons couvert la base du système et les roulements. Ici, nous couvrons la mesure de position. La partie 3 couvrira la conception de l'étage, du variateur et du codeur ; l'amplificateur de commande ; et les contrôleurs.

Système de mesure de position

Généralement, vous pouvez classer les contrôleurs en « boucle ouverte » ou « en boucle fermée ». Avec les contrôleurs en boucle ouverte (généralement utilisés avec les moteurs pas à pas), chaque impulsion émise par le contrôleur provoque un certain déplacement du coulisseau. Cependant, il n’existe aucun moyen de déterminer l’ampleur du déplacement. Par exemple, 500 impulsions peuvent avoir été émises, mais en raison du frottement, de la tolérance de la vis à billes, de l'hystérésis, des erreurs d'enroulement, etc., la table peut avoir bougé pendant seulement 498 impulsions. Un inconvénient majeur est qu'aucune correction d'erreur de positionnement n'a lieu.

Dans un système en boucle fermée ou un système d'asservissement, un codeur de position fournit un retour d'information au contrôleur. Le contrôleur continue d'envoyer des signaux de commande du moteur jusqu'à ce que la position exacte souhaitée du coulisseau soit atteinte.

Une diapositive sans retour de position dans l'illustration supérieure, suivie des trois méthodes courantes pour mesurer la position de la diapositive :
• Codeur de position monté sur l'arbre du moteur ou de la vis à billes.
• Codeur linéaire monté sur le coulisseau.
• Interféromètre laser avec miroirs montés sur la glissière.

Dans la première méthode, la position du coulisseau est mesurée indirectement : le codeur de position est monté sur l'arbre d'entraînement. La tolérance, l'usure et la conformité des composants mécaniques entre le coulisseau et le codeur de position entraînent des écarts entre les positions souhaitées et réelles du coulisseau. En combinaison avec la vis à billes, la précision du glissement est au mieux limitée par la précision de la vis à billes. Les précisions typiques sont de ±5 à ±10 mm/course de 300 mm.

La plupart des systèmes de mesure linéaires se composent d'une balance en verre précise et d'une tête de mesure photoélectrique. La balance ou la tête se fixe directement sur la glissière mobile et mesure directement la position de la glissière. Aucune erreur n'est introduite par les imprécisions des vis à billes. Les précisions typiques de l'échelle elle-même sont de ±1 à ±5 mm/m. Il s'agit également de la précision de la lame elle-même à l'emplacement de la tête de mesure.

La charge de la platine (dont la précision de position est ce qui nous intéresse vraiment) est toujours à une certaine distance de l'échelle de mesure, mesurée dans une direction perpendiculaire à la direction du mouvement, car la plupart des encodeurs sont situés sous le coulisseau, mais la charge est au-dessus. . Ceci est encore plus prononcé avec les étages empilés. Au cours d'un mouvement, si le chariot s'incline quelque peu en raison d'écarts de rectitude des voies d'appui, d'erreurs d'inversion, etc., un écart par rapport à la position de la charge par rapport à l'encodeur est créé.

Une petite erreur angulaire avec un décalage important, comme celle que l'on trouve sur les platines XY empilées, peut conduire à une multiplication de l'imprécision de l'échelle. En d’autres termes, une échelle de mesure fournit des informations de position correctes uniquement à l’endroit où la tête de mesure est fixée.

Une platine de mouvement avec des caractéristiques de roulis précises, par exemple, présente des erreurs angulaires typiques d'environ ± 5 secondes d'arc. (1 arc sec = 1/3 600 deg ou environ 5 μrad.) Pour une distance de 100 mm entre la charge et la balance, cela entraîne une erreur de positionnement de ±2,5 mm !

Pour des applications extrêmement précises, le système de retour de positionnement par interféromètre laser avec miroirs plans constitue le meilleur choix. La longueur d'onde d'un laser hélium-néon, 632,8 nm, sert de référence. Un nanomètre équivaut à 1 × 10-9 mètres. Une précision d'environ ±0,1 mm/m pour une source laser stabilisée est possible, avec une résolution allant jusqu'à λ/1 024 ou 0,617 μm. Lambda (λ) est la longueur d'onde de la lumière.

L'un des principaux avantages est que les miroirs peuvent se trouver sur le site de chargement ; c'est-à-dire là où la précision est vraiment importante. Les erreurs d'abbé sont éliminées. La planéité du miroir, généralement de l'ordre du submicron, détermine la linéarité avec laquelle la diapositive se déplace.

De plus, comme le mouvement d'une scène XY est référencé à un point fixe en dehors du plan de mouvement, le feedback compense automatiquement tout déséquilibre du système XY, car il maintient la diapositive à une distance fixe.

La longueur d’onde de la lumière dans l’air dépend de la vitesse de la lumière dans l’air, qui est fonction, entre autres, de la température de l’air, de la pression et de l’humidité relative. Lorsque vous utilisez une balance de mesure, un changement de température entraîne des erreurs de mesure en raison de l'expansion du matériau de la balance. Les coefficients de dilatation typiques pour les balances en verre et en acier sont de 8 et 10 mm/m par degré K. Avec un interféromètre laser, là où un environnement stable ne peut pas être maintenu, vous pouvez corriger les changements atmosphériques grâce à des composants de compensation automatique en option.