すべての人に適した 1 つのシステムはありません。

高精度位置決めシステムを構成するコンポーネント (ベースとベアリング、位置測定システム、モーターと駆動システム、コントローラー) は、可能な限り連携して動作する必要があります。パート 1 では、システム ベースとベアリングについて説明しました。ここでは位置測定について説明します。パート 3 では、ステージ、ドライブ、エンコーダーの設計について説明します。ドライブアンプ。そしてコントローラー。

位置測定システム

一般に、コントローラーは「開ループ」または「閉ループ」に分類できます。開ループ コントローラー (通常はステップ モーターで使用される) では、コントローラーが発するすべてのインパルスによって特定のスライド変位が発生します。ただし、変位がどの程度の大きさであるかを判断する手段はありません。たとえば、500 パルスが出力されたとしても、スティクション、ボールねじの公差、ヒステリシス、巻き誤差などにより、テーブルは 498 パルスしか移動しなかった可能性があります。大きな欠点は、位置決め誤差の補正が行われないことです。

閉ループ システム、つまりサーボ システムでは、位置エンコーダがコントローラにフィードバックを提供します。コントローラは、スライドの正確な所望の位置に到達するまで、モーター制御信号を送信し続けます。

上の図は位置フィードバックのないスライドで、その後にスライドの位置を測定する 3 つの一般的な方法が示されています。
• 位置エンコーダはモーターまたはボールねじシャフトに取り付けられています。
・スライドにリニアエンコーダを搭載。
• スライドにミラーが取り付けられたレーザー干渉計。

最初の方法では、スライド位置は間接的に測定されます。位置エンコーダはドライブ シャフトに取り付けられています。スライドと位置エンコーダの間の機械コンポーネントの公差、摩耗、およびコンプライアンスにより、望ましいスライド位置と実際のスライド位置との間に偏差が生じます。ボールねじと組み合わせると、スライド精度は最高でもボールねじの精度によって制限されます。一般的な精度は ±5 ～ ±10 mm/300 mm の移動量です。

ほとんどの線形測定システムは、正確なガラススケールと光電測定ヘッドで構成されています。スケールまたはヘッドは移動するスライドに直接取り付けられ、スライドの位置を直接測定します。ボールねじの不正確さによって誤差が生じることもありません。スケール自体の一般的な精度は ±1 ～ ±5 mm/m です。これは、測定ヘッドの位置におけるスライド自体の精度でもあります。

ほとんどのエンコーダはスライドの下にありますが、荷重は上部にあるため、ステージの荷重 (位置精度が本当に関心のあることです) は、常に測定スケールから一定の距離にあり、移動方向に垂直な方向で測定されます。 。これは、積み重ねられたステージではさらに顕著になります。移動中に軸受軌道の真直度のずれや逆転誤差などによりスライドが多少傾くと、負荷とエンコーダの位置にずれが生じます。

積み重ねられた XY ステージで見られるような、大きなオフセットを伴う小さな角度誤差は、スケールの不正確さを倍増させる可能性があります。言い換えれば、測定スケールは、測定ヘッドが取り付けられている部位でのみ正しい位置情報を提供します。

たとえば、精密なロール特性を持つモーション ステージでは、典型的な角度誤差は約 ±5 秒角です。 (1 秒角 = 1/3,600 度または約 5 μrad) 荷重とスケール間の距離が 100 mm の場合、位置決め誤差は ±2.5 mm になります。

非常に正確なアプリケーションには、平面ミラーを備えたレーザー干渉計位置決めフィードバック システムが最適です。ヘリウムネオンレーザーの波長 632.8 nm が標準となります。 1 ナノメートルは 1 × 10-9 メートルです。安定化されたレーザー光源の場合、最大 λ/1,024 または 0.617 μm の分解能で、約 ±0.1 mm/m の精度が可能です。ラムダ（λ）は光の波長です。

主な利点は、負荷がかかる場所にミラーを配置できることです。つまり、精度が本当に重要な場合です。アッベエラーは排除されます。通常、サブミクロン範囲のミラーの平坦度によって、スライドの移動の直線性が決まります。

さらに、XY ステージの動作は動作面の外側の固定点を参照するため、フィードバックによってスライドが一定の距離に保たれ、XY システムの直角からのずれが自動的に補正されます。

空気中の光の波長は、特に気温、気圧、相対湿度などの関数である空気中の光の速度に依存します。メジャースケールを使用する場合、温度変化によりスケールの材質が膨張するため、測定誤差が生じます。ガラスおよびスチールスケールの一般的な膨張係数は、1 度 K あたり 8 および 10 mm/m です。レーザー干渉計を使用すると、安定した環境を維持できない場合でも、オプションの自動補正コンポーネントを使用して大気の変化を補正できます。