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 direção e controlador-devem trabalhar juntos o melhor possível. Na parte 1, abordamos a base e os rolamentos do sistema. Aqui, cobrimos a medição da posição. A parte 3 cobrirá o estágio, o design de unidade e codificador; o amplificador de unidade; e controladores.

Sistema de medição de posição

Geralmente, você pode classificar os controladores como “loop aberto” ou “circuito fechado”. Com controladores de malha aberta (geralmente usados ​​com motores de etapa), todo impulso que o controlador emite causa um determinado deslocamento de slides. No entanto, não há meios para determinar o tamanho do deslocamento. Por exemplo, 500 pulsos podem ter sido emitidos, mas devido a sugestões, tolerância ao parafuso de bola, histerese, erros de enrolamento e assim por diante, a mesa pode ter se movido para apenas 498 pulsos. Uma grande desvantagem é que nenhuma correção de erro de posicionamento ocorre.

Em um sistema de circuito fechado, ou sistema servo, um codificador de posição fornece feedback ao controlador. O controlador continua enviando sinais de controle do motor até que a posição exata desejada do slide seja atingida.

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

No primeiro método, a posição do slide é medida indiretamente - o codificador de posição é montado no eixo de acionamento. Tolerância, desgaste e conformidade nos componentes mecânicos entre a lâmina e o codificador de posição levam a desvios entre as posições desejadas e verdadeiras da lâmina. Combinado com o parafuso da bola, a precisão do slide na melhor das hipóteses é limitada pela precisão do parafuso de bola. As precisões típicas são de ± 5 a ± 10 mm/300 mm.

A maioria dos sistemas de medição linear consiste em uma escala de vidro precisa e uma cabeça de medição fotoelétrica. A escala ou a cabeça se conectam diretamente ao slide móvel e mede a posição do slide diretamente. Nem os erros são introduzidos pelas imprecisões do parafuso de bola. As precisões típicas para a própria escala são ± 1 a ± 5 mm/m. Essa também é a precisão do próprio slide na localização da cabeça de medição.

A carga do estágio (cuja precisão de posição é o que realmente estamos interessados) está sempre a alguma distância da escala de medição, medida em uma direção perpendicular à direção do movimento, porque a maioria dos codificadores está localizada sob o slide, mas a carga está no topo. Isso é ainda mais pronunciado com estágios empilhados. Durante um movimento, se o slide se inclinar um pouco por causa dos desvios na reta dos modos de rolamento, erros de reversão e assim por diante, um desvio em relação à posição da carga versus o codificador é criado.

Um pequeno erro angular com um grande deslocamento, como você encontra em estágios XY empilhados, pode levar à multiplicação da imprecisão da escala. Em outras palavras, uma escala de medição fornece informações de posição corretas apenas no local onde a cabeça de medição se conecta.

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

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

Uma vantagem principal é que os espelhos podem estar no local da carga; Ou seja, onde a precisão é realmente importante. Os erros de abbé são eliminados. A planicidade do espelho, normalmente na faixa submicron, determina a linearidade com a qual a lâmina se move.

Além disso, como o movimento para um estágio XY é referenciado a um ponto fixo fora do plano de movimento, o feedback compensa automaticamente qualquer coisa fora da sequência do sistema XY, porque 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 do ar, pressão e umidade relativa, entre outras coisas. Quando você usa uma escala de medição, uma mudança de temperatura resulta em erros de medição devido à expansão do material da escala. Os coeficientes de expansão típicos para escalas de vidro e aço são 8 e 10 mm/m por graus K. Com um interferômetro a laser, onde um ambiente estável não pode ser mantido, você pode corrigir alterações atmosféricas com componentes de compensação automática opcionais.