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 juntos da melhor forma possível. Na Parte 1 cobrimos a base do sistema e os rolamentos. Aqui, cobrimos a medição de posição. A Parte 3 abordará o projeto do estágio, do drive e do codificador; o amplificador de acionamento; e controladores.

Sistema de medição de posição

Geralmente, você pode classificar os controladores como “malha aberta” ou “malha fechada”. Com controladores de malha aberta (geralmente usados ​​com motores de passo) cada impulso que o controlador emite causa um certo deslocamento do deslizamento. No entanto, não há meios de determinar quão grande foi o deslocamento. Por exemplo, 500 pulsos podem ter sido emitidos, mas devido ao atrito, tolerância do parafuso esférico, 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 erros de posicionamento.

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

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

No primeiro método, a posição do carro é medida indiretamente – o codificador de posição é montado no eixo de transmissão. Tolerância, desgaste e conformidade nos componentes mecânicos entre o cursor e o codificador de posição levam a desvios entre as posições desejadas e reais do cursor. Combinado com o parafuso esférico, a precisão do deslizamento é, na melhor das hipóteses, limitada pela precisão do parafuso esférico. As precisões típicas são de ±5 a ±10 mm/percurso 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 no slide em movimento e medem diretamente a posição do slide. Nem erros são introduzidos por imprecisões do parafuso esférico. As precisões típicas da própria escala são de ±1 a ±5 mm/m. Esta é também a precisão do próprio slide no local do cabeçote de medição.

A carga do estágio (cuja precisão de posição é o que realmente nos interessa) está sempre a alguma distância da escala de medição, medida em uma direção perpendicular à direção do movimento, porque a maioria dos encoders estão localizados sob o slide, mas a carga está no topo . Isto é ainda mais pronunciado com estágios empilhados. Durante um movimento, se a corrediça se inclinar um pouco devido a desvios na retilineidade dos rolamentos, erros de reversão e assim por diante, será criado um desvio relativo à posição da carga em relação ao codificador.

Um pequeno erro angular com um grande deslocamento, como o encontrado em estágios XY empilhados, pode levar à multiplicação da imprecisão da escala. Em outras palavras, uma escala de medição fornece informações de posição correta apenas no local onde o cabeçote de medição é fixado.

Um estágio de movimento com características de rotação 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-neon, 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.

A principal vantagem é que os espelhos podem ficar no local da carga; isto é, onde a precisão é realmente importante. Os erros do Abbé são eliminados. A planicidade do espelho, normalmente na faixa submícron, determina a linearidade com que o slide 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 irregularidade do sistema XY, porque mantém o deslizamento a uma distância fixa.

O comprimento de onda da luz no ar depende da velocidade da luz no ar, que é função da temperatura, pressão e umidade relativa do ar, 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 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 mudanças atmosféricas com componentes opcionais de compensação automática.