Hiçbir sistem herkes için uygun değildir.

Yüksek hassasiyetli konumlandırma sisteminizi oluşturan bileşenler – taban ve yataklar, konum ölçme sistemi, motor ve sürücü sistemi ve kontrol ünitesi – mümkün olduğunca iyi bir şekilde birlikte çalışmalıdır. 1. Bölümde sistem tabanı ve yataklarını ele aldık. Burada konum ölçümünü ele alacağız. 3. Bölümde ise platform, sürücü ve enkoder tasarımı; sürücü amplifikatörü ve kontrol üniteleri ele alınacaktır.

Konum ölçme sistemi

Genel olarak, kontrolörleri "açık döngü" veya "kapalı döngü" olarak sınıflandırabilirsiniz. Açık döngü kontrolörlerinde (genellikle kademeli motorlarla kullanılır) kontrolörün yaydığı her darbe belirli bir kayma hareketine neden olur. Ancak, kaymanın ne kadar büyük olduğunu belirlemenin bir yolu yoktur. Örneğin, 500 darbe yayılmış olabilir, ancak sürtünme, bilyalı vida toleransı, histerezis, sargı hataları vb. nedenlerle tabla yalnızca 498 darbe kadar hareket etmiş olabilir. En büyük dezavantajı, konumlandırma hatası düzeltmesinin gerçekleşmemesidir.

Kapalı devre sistemde veya servo sistemde, konum kodlayıcı kontrol ünitesine geri bildirim sağlar. Kontrol ünitesi, kızağın tam olarak istenen konumuna ulaşılana kadar motor kontrol sinyalleri göndermeye devam eder.

Üstteki görselde konum geri bildirimi olmayan bir slayt, ardından slayt konumunu ölçmek için kullanılan üç yaygın yöntem gösterilmiştir:
• Motor veya bilyalı vida miline monte edilmiş konum kodlayıcı.
• Sürgü üzerine monte edilmiş doğrusal kodlayıcı.
• Slayt üzerine monte edilmiş aynalara sahip lazer interferometre.

İlk yöntemde, kızak pozisyonu dolaylı olarak ölçülür; pozisyon kodlayıcı tahrik miline monte edilir. Kızak ile pozisyon kodlayıcı arasındaki mekanik bileşenlerdeki tolerans, aşınma ve esneklik, istenen ve gerçek kızak pozisyonları arasında sapmalara yol açar. Bilyalı vida ile birlikte, kızak doğruluğu en iyi ihtimalle bilyalı vidanın doğruluğu ile sınırlıdır. Tipik doğruluklar ±5 ila ±10 mm/300 mm hareket aralığındadır.

Çoğu doğrusal ölçüm sistemi, hassas bir cam ölçek ve bir fotoelektrik ölçüm başlığından oluşur. Ölçek veya başlık doğrudan hareketli kızağa bağlanır ve kızağın konumunu doğrudan ölçer. Bilyalı vidanın hassasiyetinden kaynaklanan hatalar da oluşmaz. Ölçeğin kendisinin tipik hassasiyeti ±1 ila ±5 mm/m'dir. Bu aynı zamanda ölçüm başlığının bulunduğu konumdaki kızağın hassasiyetidir.

Asıl ilgilendiğimiz nokta olan konum doğruluğuyla ilgilendiğimiz tabla yükü, hareket yönüne dik bir yönde ölçüldüğünde, ölçüm ölçeğinden her zaman belirli bir mesafede bulunur; çünkü çoğu kodlayıcı kızağın altında yer alırken, yük üsttedir. Bu durum, üst üste dizilmiş tablalarda daha da belirgindir. Bir hareket sırasında, kızak yatak yollarının düzgünlüğündeki sapmalar, geri dönüş hataları vb. nedenlerle bir miktar eğilirse, yükün konumuna göre kodlayıcının konumunda bir sapma oluşur.

Üst üste yerleştirilmiş XY platformlarında olduğu gibi, büyük bir sapmayla birlikte küçük bir açısal hata, ölçek doğruluğunun katlanarak artmasına yol açabilir. Başka bir deyişle, bir ölçüm ölçeği yalnızca ölçüm başlığının takıldığı noktada doğru konum bilgisi sağlar.

Örneğin, hassas yuvarlanma özelliklerine sahip bir hareket tablası, tipik olarak yaklaşık ±5 yay saniyelik açısal hatalar gösterir (1 yay saniye = 1/3600 derece veya yaklaşık 5 μrad). Yük ile ölçek arasındaki 100 mm'lik bir mesafe için bu, ±2,5 mm'lik bir konumlandırma hatasına neden olur!

Son derece hassas uygulamalar için, düzlem aynalı lazer-interferometre konumlandırma geri besleme sistemi en iyi seçimdir. Helyum-neon lazerin dalga boyu olan 632,8 nm, standart olarak kullanılır. Bir nanometre 1 × 10⁻⁹ metredir. Stabilize edilmiş bir lazer kaynağı için yaklaşık ±0,1 mm/m doğruluk mümkündür ve çözünürlük λ/1024 veya 0,617 μm'ye kadar çıkabilir. Lambda (λ) ışığın dalga boyudur.

En önemli avantajlardan biri, aynaların yük bölgesinde, yani hassasiyetin gerçekten önemli olduğu yerde bulunabilmesidir. Abbé hataları ortadan kalkar. Tipik olarak mikron altı aralığında olan ayna düzlüğü, kızağın hareket ettiği doğrusallığı belirler.

Ek olarak, XY tablasının hareketi, hareket düzleminin dışındaki sabit bir noktaya göre referans alındığından, geri bildirim, kaydırıcıyı sabit bir mesafede tuttuğu için XY sisteminin herhangi bir dik açıya sahip olmaması durumunu otomatik olarak telafi eder.

Havadaki ışığın dalga boyu, havadaki ışık hızına bağlıdır ve bu hız da hava sıcaklığı, basıncı ve bağıl nem gibi faktörlere bağlıdır. Bir ölçüm ölçeği kullanıldığında, sıcaklık değişimi ölçek malzemesinin genleşmesi nedeniyle ölçüm hatalarına yol açar. Cam ve çelik ölçekler için tipik genleşme katsayıları, derece K başına 8 ve 10 mm/m'dir. Kararlı bir ortamın sağlanamadığı lazer interferometrelerde, isteğe bağlı otomatik kompanzasyon bileşenleri ile atmosferik değişiklikler düzeltilebilir.