Nenhum sistema é adequado para todos.

Os componentes que compõem seu sistema de posicionamento de alta precisão — base e rolamentos, sistema de medição de posição, sistema de motor e acionamento e controlador — devem funcionar em conjunto da melhor forma possível. Na Parte 1, abordamos a base e os rolamentos do sistema. Aqui, abordamos a medição de posição. A Parte 3 abordará o projeto do estágio, do acionamento e do encoder; o amplificador de acionamento; e os controladores.

Sistema de medição de posição

Geralmente, os controladores podem ser classificados como de "malha aberta" ou "malha fechada". Com controladores de malha aberta (geralmente usados ​​com motores de passo), cada impulso emitido pelo controlador causa um determinado deslocamento do cursor. No entanto, não há como determinar o tamanho do deslocamento. Por exemplo, 500 pulsos podem ter sido emitidos, mas devido a atrito, tolerância do fuso de esferas, histerese, erros de enrolamento e assim por diante, a mesa pode ter se movido por apenas 498 pulsos. Uma grande desvantagem é que não ocorre correção de erro de posicionamento.

Em um sistema de malha fechada, ou servossistema, um codificador de posição fornece feedback ao controlador. O controlador continua enviando sinais de controle do motor até que a posição exata desejada do cursor seja alcançada.

Um slide sem feedback de posição na ilustração superior, seguido pelos três métodos comuns para medir a posição do slide:
• Codificador de posição montado no motor ou no eixo do fuso de esferas.
• Codificador linear montado no slide.
• Interferômetro laser com espelhos montados na lâmina.

No primeiro método, a posição do cursor é medida indiretamente — o encoder de posição é montado no eixo de transmissão. A tolerância, o desgaste e a conformidade dos componentes mecânicos entre o cursor e o encoder de posição levam a desvios entre as posições desejada e real do cursor. Combinado com o fuso de esferas, a precisão do cursor é, na melhor das hipóteses, limitada pela precisão do fuso de esferas. As precisões típicas são de ±5 a ±10 mm/curso de 300 mm.

A maioria dos sistemas de medição linear consiste em uma escala de vidro precisa e um cabeçote de medição fotoelétrico. A escala ou o cabeçote são fixados diretamente à lâmina móvel e medem a posição da lâmina diretamente. Erros não são introduzidos por imprecisões do fuso de esferas. As precisões típicas da própria escala são de ±1 a ±5 mm/m. Esta também é a precisão do próprio cabeçote no local da lâmina de medição.

A carga do estágio (cuja precisão de posicionamento é o que realmente nos interessa) está sempre a alguma distância da escala de medição, medida em uma direção perpendicular à direção do movimento, pois a maioria dos encoders está localizada abaixo do carro, mas a carga está na parte superior. Isso é ainda mais pronunciado com estágios empilhados. Durante um movimento, se o carro se inclinar ligeiramente devido a desvios na retidão das guias de rolamento, erros de reversão e assim por diante, cria-se um desvio em relação à posição da carga em relação ao encoder.

Um pequeno erro angular com um grande deslocamento, como o encontrado em mesas XY empilhadas, pode levar à multiplicação da imprecisão da escala. Em outras palavras, uma escala de medição fornece informações corretas de posição apenas no local onde a cabeça de medição é fixada.

Um estágio de movimento com características de rolagem de precisão, por exemplo, mostra erros angulares típicos de cerca de ± 5 segundos de arco. (1 segundo de arco = 1/3.600 graus ou cerca de 5 μrad.) Para uma distância de 100 mm entre a carga e a balança, isso resulta em um erro de posicionamento de ± 2,5 mm!

Para aplicações extremamente precisas, o sistema de feedback de posicionamento por interferômetro a laser com espelhos planos é a melhor escolha. O comprimento de onda de um laser de hélio-neônio, 632,8 nm, serve como padrão. Um nanômetro equivale a 1 × 10-9 metros. É possível uma precisão de cerca de ± 0,1 mm/m para uma fonte de laser estabilizada, com resolução de até λ/1.024 ou 0,617 μm. Lambda (λ) é o comprimento de onda da luz.

Uma das principais vantagens é que os espelhos podem estar localizados no local da carga, ou seja, onde a precisão é realmente importante. Erros de Abbé são eliminados. A planura do espelho, tipicamente na faixa submicrométrica, determina a linearidade com que o cursor se move.

Além disso, como o movimento de um estágio XY é referenciado a um ponto fixo fora do plano de movimento, o feedback compensa automaticamente qualquer desalinhamento do sistema XY, porque ele mantém o slide a uma distância fixa.

O comprimento de onda da luz no ar depende da velocidade da luz no ar, que é uma função da temperatura, pressão e umidade relativa do ar, entre outros fatores. Ao usar uma balança de medição, uma mudança de temperatura resulta em erros de medição devido à expansão do material da balança. Os coeficientes de expansão típicos para balanças de vidro e aço são 8 e 10 mm/m por grau K. Com um interferômetro a laser, onde um ambiente estável não pode ser mantido, você pode corrigir as mudanças atmosféricas com componentes opcionais de compensação automática.