Ни одна система не подходит всем.

Компоненты, составляющие вашу высокоточную систему позиционирования — основание и подшипники, система измерения положения, система двигателя и привода и контроллер — должны работать вместе как можно лучше. В первой части мы рассмотрели основание системы и подшипники. Здесь мы рассмотрим измерение положения. В части 3 будут рассмотрены проектирование сцены, привода и кодера; усилитель привода; и контроллеры.

Система измерения положения

Как правило, вы можете классифицировать контроллеры как «разомкнутые» или «замкнутые». В контроллерах с разомкнутым контуром (обычно используемых с шаговыми двигателями) каждый импульс, излучаемый контроллером, вызывает определенное смещение ползуна. Однако нет способа определить, насколько велико было смещение. Например, могло быть выдано 500 импульсов, но из-за залипания, допусков ШВП, гистерезиса, ошибок намотки и т. д. стол мог сдвинуться только на 498 импульсов. Основным недостатком является отсутствие коррекции ошибок позиционирования.

В системе с обратной связью или сервосистеме энкодер положения обеспечивает обратную связь с контроллером. Контроллер продолжает отправлять сигналы управления двигателем до тех пор, пока не будет достигнуто точное желаемое положение ползуна.

Слайд без обратной связи по положению на верхнем рисунке, за которым следуют три распространенных метода измерения положения слайда:
• Датчик положения, установленный на двигателе или валу ШВП.
• Линейный энкодер, установленный на слайде.
• Лазерный интерферометр с зеркалами, установленными на предметном стекле.

В первом методе положение каретки измеряется косвенно — датчик положения устанавливается на приводной вал. Допуски, износ и несоответствие механических компонентов между кареткой и датчиком положения приводят к отклонениям между желаемым и истинным положениями каретки. В сочетании с ШВП точность скольжения в лучшем случае ограничивается точностью ШВП. Типичная точность составляет от ±5 до ±10 мм/ход 300 мм.

Большинство линейных измерительных систем состоят из точных стеклянных шкал и фотоэлектрической измерительной головки. Либо весы, либо головка прикрепляются непосредственно к движущемуся слайду и напрямую измеряют положение слайда. Неточности ШВП также не вносят ошибок. Типичная точность самой шкалы составляет от ±1 до ±5 мм/м. Это также точность самого ползуна в месте расположения измерительной головки.

Нагрузка столика (точность позиционирования которого нас действительно интересует) всегда находится на некотором расстоянии от шкалы измерения, измеряемой в направлении, перпендикулярном направлению движения, поскольку большинство энкодеров расположены под салазками, а нагрузка находится сверху. . Это еще более заметно на многоуровневых этапах. Если во время движения ползун несколько наклоняется из-за отклонений прямолинейности направляющих, ошибок реверса и т. д., создается отклонение относительно положения груза относительно энкодера.

Небольшая угловая ошибка с большим смещением, например, на многоуровневых столиках XY, может привести к увеличению погрешности масштаба. Другими словами, измерительная шкала предоставляет правильную информацию о положении только в том месте, где прикрепляется измерительная головка.

Например, подвижная ступень с прецизионными характеристиками вращения показывает типичные угловые погрешности около ±5 угловых секунд. (1 угловая секунда = 1/3600 град или около 5 мкрад.) Для расстояния 100 мм между грузом и весами это приводит к ошибке позиционирования ±2,5 мм!

Для чрезвычайно точных задач лучшим выбором будет система обратной связи по позиционированию лазерного интерферометра с плоскими зеркалами. Стандартом служит длина волны гелий-неонового лазера 632,8 нм. Нанометр равен 1 × 10-9 метра. Возможна точность около ±0,1 мм/м для стабилизированного лазерного источника с разрешением до λ/1024 или 0,617 мкм. Лямбда (λ) — это длина волны света.

Основным преимуществом является то, что зеркала могут находиться на месте загрузки; то есть там, где точность действительно важна. Ошибки Аббе устранены. Плоскость зеркала, обычно в субмикронном диапазоне, определяет линейность перемещения предметного стекла.

Кроме того, поскольку движение на этапе XY привязано к фиксированной точке вне плоскости движения, обратная связь автоматически компенсирует любую непрямолинейность системы XY, поскольку она удерживает суппорт на фиксированном расстоянии.

Длина волны света в воздухе зависит от скорости света в воздухе, которая, среди прочего, является функцией температуры воздуха, давления и относительной влажности. При использовании измерительной шкалы изменение температуры приводит к ошибкам измерения из-за расширения материала шкалы. Типичные коэффициенты расширения стеклянной и стальной шкалы составляют 8 и 10 мм/м на градус К. С помощью лазерного интерферометра, где невозможно поддерживать стабильную среду, вы можете корректировать атмосферные изменения с помощью дополнительных компонентов автоматической компенсации.