Aucun système ne convient à tous.

Les composants de votre système de positionnement haute précision (base et roulements, système de mesure de position, système moteur-variateur et contrôleur) doivent fonctionner ensemble de manière optimale. Dans la première partie, nous avons abordé la base et les roulements du système. Nous abordons ici la mesure de position. La troisième partie traitera de la conception de l'étage, du variateur et du codeur, de l'amplificateur de commande et des contrôleurs.

Système de mesure de position

En général, les contrôleurs sont classés en « boucle ouverte » et « boucle fermée ». Avec les contrôleurs en boucle ouverte (généralement utilisés avec les moteurs pas à pas), chaque impulsion émise provoque un déplacement du coulisseau. Cependant, il est impossible de déterminer l'ampleur de ce déplacement. Par exemple, 500 impulsions peuvent avoir été émises, mais en raison du frottement statique, de la tolérance de la vis à billes, de l'hystérésis, des erreurs de bobinage, etc., la table peut n'avoir bougé que pendant 498 impulsions. L'inconvénient majeur est qu'aucune correction d'erreur de positionnement n'est effectuée.

Dans un système en boucle fermée, ou système servo, un codeur de position fournit une rétroaction au contrôleur. Ce dernier continue d'envoyer des signaux de commande au 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 la glissière.
• Interféromètre laser avec miroirs montés sur la lame.

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 souplesse des composants mécaniques entre le coulisseau et le codeur de position entraînent des écarts entre la position souhaitée et la position réelle du coulisseau. En combinaison avec la vis à billes, la précision du coulisseau est, au mieux, limitée par la précision de la vis à billes. Les précisions typiques sont de ±5 à ±10 mm pour une course de 300 mm.

La plupart des systèmes de mesure linéaire sont constitués d'une règle en verre précise et d'une tête de mesure photoélectrique. La règle ou la tête se fixe directement sur le chariot mobile et mesure directement sa position. Aucune erreur n'est introduite par les imprécisions de la vis à billes. La précision typique de la règle elle-même est de ±1 à ±5 mm/m. Il s'agit également de la précision du chariot à l'emplacement de la tête de mesure.

La charge de la platine (dont la précision de positionnement est ce qui nous intéresse) est toujours à une certaine distance de l'échelle de mesure, mesurée perpendiculairement au sens du mouvement, car la plupart des codeurs sont situés sous le chariot, tandis que la charge est au-dessus. Ce phénomène est encore plus marqué avec les platines empilées. Lors d'un déplacement, si le chariot s'incline légèrement en raison d'écarts de rectitude des roulements, d'erreurs d'inversion, etc., un écart par rapport à la position de la charge par rapport au codeur se produit.

Une petite erreur angulaire avec un décalage important, comme celle que l'on trouve sur les platines XY empilées, peut multiplier l'imprécision de l'échelle. Autrement dit, une échelle de mesure ne fournit des informations de position correctes qu'à l'endroit où la tête de mesure est fixée.

Une platine de mouvement avec des caractéristiques de roulement de précision, par exemple, présente des erreurs angulaires typiques d'environ ±5 secondes d'arc. (1 seconde d'arc = 1/3 600 degrés 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 positionnement par interféromètre laser à miroirs plans est 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 mètre. 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 être placés au niveau de la charge, là où la précision est véritablement essentielle. Les erreurs d'Abbé sont éliminées. La planéité du miroir, généralement de l'ordre du submicron, détermine la linéarité du déplacement de la lame.

De plus, comme le mouvement d'une platine XY est référencé à un point fixe en dehors du plan de mouvement, la rétroaction compense automatiquement tout défaut d'équerrage du système XY, car elle maintient la glissière à une distance fixe.

La longueur d'onde de la lumière dans l'air dépend de sa vitesse, qui dépend entre autres de la température, de la pression et de l'humidité relative de l'air. Avec une échelle de mesure, toute variation de température entraîne des erreurs de mesure dues à la dilatation du matériau de l'échelle. Les coefficients de dilatation typiques pour les échelles en verre et en acier sont de 8 et 10 mm/m par °K. Avec un interféromètre laser, lorsqu'un environnement stable ne peut être maintenu, vous pouvez corriger les variations atmosphériques grâce à des composants de compensation automatique en option.