모든 사람에게 적합한 시스템은 없습니다.

고정밀 포지셔닝 시스템을 구성하는 구성 요소(베이스 및 베어링, 위치 측정 시스템, 모터 및 드라이브 시스템, 컨트롤러)는 가능한 한 함께 작동해야 합니다. 1부에서는 시스템 베이스와 베어링을 다루었습니다. 여기서는 위치 측정을 다룹니다. 3부에서는 스테이지, 드라이브 및 인코더 설계를 다룹니다. 구동 증폭기; 그리고 컨트롤러.

위치 측정 시스템

일반적으로 컨트롤러를 "개방 루프" 또는 "폐쇄 루프"로 분류할 수 있습니다. 개루프 컨트롤러(일반적으로 스텝 모터와 함께 사용됨)를 사용하면 컨트롤러가 방출하는 모든 충격으로 인해 특정 슬라이드 변위가 발생합니다. 그러나 변위가 얼마나 컸는지 판단할 수 있는 수단은 없습니다. 예를 들어, 500개의 펄스가 방출되었지만 스틱션, 볼 나사 공차, 히스테리시스, 권선 오류 등으로 인해 테이블이 498개의 펄스 동안만 이동했을 수 있습니다. 가장 큰 단점은 위치 오류 수정이 발생하지 않는다는 것입니다.

폐쇄 루프 시스템 또는 서보 시스템에서 위치 인코더는 컨트롤러에 피드백을 제공합니다. 컨트롤러는 슬라이드의 정확한 원하는 위치에 도달할 때까지 계속해서 모터 제어 신호를 보냅니다.

위 그림에는 위치 피드백이 없는 슬라이드와 슬라이드 위치를 측정하는 세 가지 일반적인 방법이 나와 있습니다.
• 모터 또는 볼스크류 샤프트에 장착된 위치 인코더.
• 슬라이드에 장착된 선형 엔코더.
• 슬라이드에 거울이 장착된 레이저 간섭계.

첫 번째 방법에서는 슬라이드 위치가 간접적으로 측정됩니다. 즉, 위치 인코더가 구동축에 장착됩니다. 슬라이드와 위치 인코더 사이의 기계 구성 요소의 공차, 마모 및 규정 준수로 인해 원하는 슬라이드 위치와 실제 슬라이드 위치 간의 편차가 발생합니다. 볼스크류와 결합하면 슬라이드 정확도는 볼스크류 정확도에 따라 제한됩니다. 일반적인 정확도는 ±5~±10mm/300mm 이동 거리입니다.

대부분의 선형 측정 시스템은 정확한 유리 스케일과 광전 측정 헤드로 구성됩니다. 스케일이나 헤드가 움직이는 슬라이드에 직접 부착되어 슬라이드 위치를 직접 측정합니다. 볼스크류의 부정확성으로 인해 오류가 발생하는 것도 아닙니다. 스케일 자체의 일반적인 정확도는 ±1~±5mm/m입니다. 이는 측정 헤드 위치에서 슬라이드 자체의 정확도이기도 합니다.

스테이지 하중(위치 정확도가 우리가 정말로 관심을 갖는 부분)은 이동 방향에 수직인 방향으로 측정된 측정 스케일로부터 항상 어느 정도 떨어져 있습니다. 왜냐하면 대부분의 엔코더는 슬라이드 아래에 있지만 하중은 상단에 있기 때문입니다. . 이는 쌓인 단계에서 더욱 두드러집니다. 이동 중에 베어링 방식의 직진도 편차, 반전 오류 등으로 인해 슬라이드가 다소 기울어지면 부하 위치와 엔코더 위치에 대한 편차가 생성됩니다.

쌓인 XY 스테이지에서 볼 수 있는 것과 같이 오프셋이 큰 작은 각도 오류는 배율 부정확성을 증가시킬 수 있습니다. 즉, 측정 저울은 측정 헤드가 부착된 부위에서만 정확한 위치 정보를 제공합니다.

예를 들어 정밀한 롤 특성을 갖춘 모션 스테이지는 약 ±5 arc sec의 일반적인 각도 오류를 보여줍니다. (1 arc sec = 1/3,600deg 또는 약 5μrad.) 로드와 스케일 사이의 거리가 100mm인 경우 ±2.5mm의 위치 오류가 발생합니다!

매우 정확한 응용 분야의 경우 평면 거울이 있는 레이저 간섭계 위치 피드백 시스템이 최선의 선택입니다. 헬륨-네온 레이저의 파장인 632.8nm가 표준으로 사용됩니다. 1나노미터는 1×10-9미터이다. 안정화된 레이저 소스의 경우 약 ±0.1mm/m의 정확도가 가능하며 최대 분해능은 λ/1,024 또는 0.617μm입니다. 람다(λ)는 빛의 파장입니다.

가장 큰 장점은 미러가 부하 위치에 있을 수 있다는 것입니다. 즉, 정밀도가 정말 중요합니다. Abbé 오류가 제거됩니다. 일반적으로 서브미크론 범위의 미러 평탄도는 슬라이드가 움직이는 선형성을 결정합니다.

또한 XY 스테이지의 모션은 모션 평면 외부의 고정점을 기준으로 하기 때문에 피드백은 슬라이드를 고정된 거리에 유지하므로 XY 시스템의 직각도가 벗어난 부분을 자동으로 보상합니다.

공기 중 빛의 파장은 공기 중 빛의 속도에 따라 달라지며, 이는 특히 공기 온도, 압력, 상대 습도의 함수입니다. 측정 스케일을 사용할 때 온도 변화로 인해 스케일 재질의 팽창으로 인해 측정 오류가 발생합니다. 유리 및 강철 스케일의 일반적인 팽창 계수는 deg K당 8 및 10mm/m입니다. 안정적인 환경을 유지할 수 없는 레이저 간섭계를 사용하면 옵션인 자동 보상 구성 요소를 사용하여 대기 변화를 보정할 수 있습니다.