Hiçbir sistem herkes için doğru değildir.

Yüksek doğruluklu konumlandırma sisteminizi oluşturan bileşenler — taban ve yataklar, konum ölçüm sistemi, motor ve tahrik sistemi ve kontrolör — mümkün olduğunca birlikte çalışmalıdır. Bölüm 1'de sistem tabanını ve yataklarını ele aldık. Burada, konum ölçümünü ele alacağız. Bölüm 3, sahne, tahrik ve kodlayıcı tasarımını; tahrik amplifikatörünü; ve kontrolörleri ele alacaktır.

Pozisyon ölçüm sistemi

Genel olarak, kontrol cihazlarını "açık döngü" veya "kapalı döngü" olarak sınıflandırabilirsiniz. Açık döngü kontrol cihazlarında (genellikle adım motorlarıyla kullanılır) kontrol cihazının yaydığı her darbe belirli bir kaydırma yer değiştirmesine neden olur. Ancak, yer değiştirmenin ne kadar büyük olduğunu belirlemenin bir yolu yoktur. Örneğin, 500 darbe yayılmış olabilir, ancak yapışma, bilyalı vida toleransı, histerezis, sarma hataları vb. nedeniyle masa yalnızca 498 darbe için hareket etmiş olabilir. Önemli bir dezavantajı, konumlandırma hatası düzeltmesinin olmamasıdır.

Kapalı devre bir sistemde veya servo sisteminde, bir konum kodlayıcısı denetleyiciye geri bildirim sağlar. Denetleyici, kızak tam olarak istenen konuma ulaşana kadar motor kontrol sinyalleri göndermeye devam eder.

Üstteki çizimde konum geri bildirimi olmayan bir slayt ve slayt konumunu ölçmek için kullanılan üç yaygın yöntem gösterilmektedir:
• Motor veya bilyalı vida miline monte edilmiş pozisyon kodlayıcı.
• Slayt üzerine monte edilmiş doğrusal kodlayıcı.
• Slayt üzerine monte edilmiş aynalı lazer interferometresi.

İlk yöntemde, kızak konumu dolaylı olarak ölçülür — konum kodlayıcısı tahrik miline monte edilir. Kızak ile konum kodlayıcısı arasındaki mekanik bileşenlerdeki tolerans, aşınma ve uyumluluk, istenen ve gerçek kızak konumları arasında sapmalara yol açar. Bilyalı vidayla birleştirildiğinde, kızak doğruluğu en iyi ihtimalle bilyalı vida doğruluğuyla sınırlıdır. Tipik doğruluklar ±5 ila ±10 mm/300 mm harekettir.

Çoğu doğrusal ölçüm sistemi hassas bir cam ölçek ve fotoelektrik ölçüm başlığından oluşur. Ölçek veya başlık doğrudan hareketli kızağa bağlanır ve kızak konumunu doğrudan ölçer. Bilyalı vida yanlışlıkları da hatalara neden olmaz. Ölçeğin kendisi için tipik doğruluklar ±1 ila ±5 mm/m'dir. Bu aynı zamanda ölçüm başlığı konumunda kızağın kendisinin doğruluğudur.

Sahne yükü (gerçekten ilgilendiğimiz şey konum doğruluğudur) her zaman ölçüm ölçeğinden belirli bir mesafede, hareket yönüne dik bir yönde ölçülür, çünkü çoğu kodlayıcı kızağın altında bulunur, ancak yük üsttedir. Bu, istiflenmiş sahnelerde daha da belirgindir. Bir hareket sırasında, yatak yollarının düzlüğünde sapmalar, ters çevirme hataları vb. nedeniyle kızak biraz eğilirse, yükün kodlayıcıya göre konumuna göre bir sapma yaratılır.

Yığılmış XY kademelerinde bulduğunuz gibi büyük bir ofsetle küçük bir açısal hata, ölçek yanlışlığının katlanmasına yol açabilir. Başka bir deyişle, bir ölçüm ölçeği yalnızca ölçüm kafasının takıldığı yerde doğru konum bilgisi sağlar.

Örneğin, hassas rulo özelliklerine sahip bir hareket aşaması, yaklaşık ±5 ark saniyesi tipik açısal hatalar gösterir. (1 ark saniyesi = 1/3.600 derece veya yaklaşık 5 μrad.) Yük ile ölçek arasındaki 100 mm'lik bir mesafe için bu, ±2,5 mm'lik bir konumlandırma hatasıyla sonuçlanır!

Son derece hassas uygulamalar için, düzlem aynalı lazer-interferometre konumlandırma geri bildirim sistemi en iyi seçimdir. Bir helyum-neon lazerin dalga boyu, 632,8 nm, bir standart görevi görür. Bir nanometre, 1 × 10-9 metredir. Stabilize edilmiş bir lazer kaynağı için yaklaşık ±0,1 mm/m doğruluk mümkündür ve çözünürlük λ/1,024 veya 0,617 μm'ye kadar çıkabilir. Lambda (λ), ışığın dalga boyudur.

Başlıca avantajlarından biri, aynaların yük yerinde olabilmesidir; yani hassasiyetin gerçekten önemli olduğu yer. Abbé hataları ortadan kalkar. Genellikle alt mikron aralığında olan ayna düzlüğü, slaydın hareket ettiği doğrusallığı belirler.

Ayrıca, XY sahnesi için hareket, hareket düzleminin dışındaki sabit bir noktaya referanslandığından, geri bildirim, kızağı sabit bir mesafede tuttuğu için XY sisteminin herhangi bir kareselliğini otomatik olarak telafi eder.

Havadaki ışığın dalga boyu, diğer şeylerin yanı sıra hava sıcaklığı, basınç ve bağıl nemin bir fonksiyonu olan havadaki ışık hızına bağlıdır. Bir ölçüm ölçeği kullandığınızda, bir sıcaklık değişimi ölçek malzemesinin genleşmesi nedeniyle ölçüm hatalarına neden olur. Cam ve çelik ölçekler için tipik genleşme katsayıları derece K başına 8 ve 10 mm/m'dir. Kararlı bir ortamın korunamadığı bir lazer interferometre ile, isteğe bağlı otomatik telafi bileşenleriyle atmosferik değişiklikleri düzeltebilirsiniz.