万人に最適なシステムは存在しない。

高精度位置決めシステムを構成する各コンポーネント（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。パート2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、駆動装置、エンコーダーの設計、駆動アンプ、コントローラーについて説明します。

位置測定システム

一般的に、コントローラは「開ループ」と「閉ループ」に分類できます。開ループコントローラ（一般的にステッピングモータで使用される）では、コントローラが出力するパルスごとに一定のスライド変位が発生します。しかし、変位の大きさを正確に把握する方法はありません。例えば、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、巻線誤差などにより、テーブルが実際に移動したのは498パルス分だけかもしれません。大きな欠点は、位置決め誤差補正が行われないことです。

閉ループシステム、すなわち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信号を送ります。コントローラは、スライドが正確な目標位置に到達するまで、モータ制御信号を送り続けます。

上の図は位置フィードバックのないスライドを示しており、続いてスライドの位置を測定する3つの一般的な方法を示しています。
・位置エンコーダをモーターまたはボールねじのシャフトに取り付ける。
・スライドに取り付けられたリニアエンコーダ。
・スライド上にミラーを取り付けたレーザー干渉計。

最初の方法では、スライドの位置は間接的に測定されます。位置エンコーダは駆動軸に取り付けられます。スライドと位置エンコーダ間の機械部品の公差、摩耗、およびコンプライアンスにより、目標位置と実際のスライド位置との間にずれが生じます。ボールねじと組み合わせると、スライドの精度はせいぜい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、300mmの移動量で±5～±10mmです。

ほとんどの直線測定システムは、高精度ガラススケールと光電式測定ヘッドで構成されています。スケールまたはヘッドのいずれかが可動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る誤差は発生しません。スケール自体の標準的な精度は±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。

ステージ荷重（位置精度こそが我々が本当に関心を持っている点である）は、移動方向に対して垂直な方向に測定された測定スケールから常に一定の距離にある。これは、ほとんどのエンコーダがスライドの下に配置されているのに対し、荷重は上にあるためである。このことは、ステージが積み重ねられている場合にはさらに顕著になる。移動中に、ベアリングウェイの直線性のずれや反転誤差などによりスライドが多少傾くと、荷重の位置とエンコーダの位置との間にずれが生じる。

積み重ね式XYステージなどで見られるような、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増幅させる可能性があります。つまり、測定スケールは、測定ヘッドが取り付けられている場所でのみ正確な位置情報を提供するということです。

例えば、高精度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、約5μrad）。荷重とスケール間の距離が100mmの場合、これは±2.5mmの位置決め誤差につながります。

極めて高精度な用途には、平面鏡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。標準として、ヘリウムネオンレーザーの波長である632.8 nmが用いられます。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、約±0.1 mm/mの精度が可能で、分解能はλ/1,024または0.617 μmまでです。ラムダ（λ）は光の波長です。

主な利点は、ミラーを負荷がかかる位置、つまり精度が真に重要な位置に配置できることです。アッベ誤差は排除されます。ミラーの平面度（通常はサブミクロン範囲）によって、スライドの直線的な動きが決まります。

さらに、XYステージの動きは、移動平面外の固定点を基準としているため、フィードバックによってXYシステムの直角のずれが自動的に補正され、スライドが一定の距離に維持されます。

空気中の光の波長は、空気中の光速に依存し、光速は気温、気圧、相対湿度などによって決まります。測定スケールを使用する場合、温度変化によってスケール材料が膨張するため、測定誤差が生じます。ガラス製および鋼製のスケールの一般的な膨張係数は、1℃あたり8mm/mおよび10mm/mです。安定した環境を維持できないレーザー干渉計では、オプションの自動補正コンポーネントを使用して、大気変化を補正できます。