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 maneira possível. Na Parte 1, abordamos a base e os rolamentos do sistema. Aqui, abordaremos 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 de "malha fechada". Com controladores de malha aberta (geralmente usados ​​com motores de passo), cada impulso emitido pelo controlador causa um determinado deslocamento da mesa deslizante. No entanto, não há como determinar a magnitude desse deslocamento. Por exemplo, 500 pulsos podem ter sido emitidos, mas devido a atrito estático, tolerância do fuso de esferas, histerese, erros de enrolamento e outros fatores, a mesa pode ter se movido por apenas 498 pulsos. Uma grande desvantagem é a ausência de correção de erros de posicionamento.

Em um sistema de malha fechada, 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 cursor seja alcançada.

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

No primeiro método, a posição do cursor é medida indiretamente — o codificador de posição é montado no eixo de acionamento. Tolerâncias, desgaste e folgas nos componentes mecânicos entre o cursor e o codificador 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/300 mm de curso.

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 é fixada diretamente à lâmina móvel e mede a posição da lâmina diretamente. Não há introdução de erros devido a imprecisões do fuso de esferas. As precisões típicas da própria escala são de ±1 a ±5 mm/m. Essa também é a precisão da própria lâmina na posição da cabeça de medição.

A carga da plataforma (cuja precisão de posicionamento é o que realmente nos interessa) está sempre a uma certa distância da escala de medição, medida numa direção perpendicular à direção do movimento, porque a maioria dos encoders está localizada sob a plataforma deslizante, enquanto a carga está sobre ela. Isso é ainda mais pronunciado em plataformas deslizantes sobrepostas. Durante um movimento, se a plataforma deslizante inclinar-se ligeiramente devido a desvios na retidão das guias dos rolamentos, erros de inversão, etc., cria-se um desvio na posição da carga em relação ao encoder.

Um pequeno erro angular com um grande deslocamento, como os encontrados em mesas XY empilhadas, 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 está fixada.

Uma plataforma de movimento com características de rotação de precisão, por exemplo, apresenta 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 escala, isso resulta em um erro de posicionamento de ±2,5 mm!

Para aplicações de extrema precisão, o sistema 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 metro. Uma precisão de aproximadamente ±0,1 mm/m é possível para uma fonte de laser estabilizada, com resolução de até λ/1024 ou 0,617 μm. Lambda (λ) é o comprimento de onda da luz.

Uma das principais vantagens é que os espelhos podem ser posicionados no local da carga, ou seja, onde a precisão é realmente importante. Os erros de Abbé são eliminados. A planicidade do espelho, tipicamente na faixa submicrométrica, determina a linearidade do movimento do cursor.

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

O comprimento de onda da luz no ar depende da velocidade da luz no ar, que por sua vez é função da temperatura, pressão e umidade relativa do ar, entre outros fatores. Ao usar uma escala de medição, uma variação 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 de 8 e 10 mm/m por grau Kelvin, respectivamente. Com um interferômetro a laser, em situações onde não é possível manter um ambiente estável, é possível corrigir as variações atmosféricas com componentes de compensação automática opcionais.