Hiçbir sistem herkes için doğru değildir.

Yüksek hassasiyetli 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 alıyoruz. Bölüm 3'te aşama, sürücü ve kodlayıcı tasarımı ele alınacaktır; sürücü amplifikatörü; ve kontrolörler.

Pozisyon ölçüm sistemi

Genel olarak denetleyicileri "açık çevrim" veya "kapalı çevrim" olarak sınıflandırabilirsiniz. Açık çevrim kontrolörlerde (genellikle adım motorlarda kullanılır), kontrolörün yaydığı her darbe belirli bir kayma kaymasına neden olur. Ancak yer değiştirmenin ne kadar büyük olduğunu belirlemenin bir yolu yoktur. Örneğin, 500 darbe yayılmış olabilir ancak sıkışma, bilyeli vida toleransı, histerezis, sarma hataları vb. nedeniyle tabla yalnızca 498 darbe için hareket etmiş olabilir. En büyük dezavantajı konumlandırma hatası düzeltmesinin gerçekleşmemesidir.

Kapalı çevrimli bir sistemde veya servo sistemde bir konum kodlayıcı, kontrol cihazına geri bildirim sağlar. Kontrol cihazı, kızağın tam istenen pozisyonuna ulaşılana kadar motor kontrol sinyallerini göndermeye devam eder.

Üst resimde konum geri bildirimi olmayan bir slayt ve ardından slayt konumunu ölçmek için kullanılan üç yaygın yöntem:
• Motora veya vidalı mil üzerine monte edilmiş kodlayıcıyı konumlandırın.
• Kızağa monte edilmiş doğrusal kodlayıcı.
• Kızağa monte edilmiş aynalara sahip lazer interferometre.

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

Doğrusal ölçüm sistemlerinin çoğu, hassas bir cam cetvel ve bir fotoelektrik ölçüm başlığından oluşur. Terazi veya kafa doğrudan hareketli kızağa bağlanır ve slayt konumunu doğrudan ölçer. Bilyalı vida hatalarından dolayı da hatalar oluşmaz. Ölçeğin tipik doğrulukları ±1 ila ±5 mm/m'dir. Bu aynı zamanda ölçüm başlığı konumundaki kızağın kendisinin doğruluğudur.

Sahne yükü (konum doğruluğu gerçekten ilgilendiğimiz şeydir) her zaman ölçüm ölçeğinden biraz uzaktadır ve hareket yönüne dik bir yönde ölçülür, çünkü kodlayıcıların çoğu kızağın altında bulunur ancak yük üsttedir. . Bu, yığılmış aşamalarda daha da belirgindir. Bir hareket sırasında kızak, yatak yollarının düzlüğündeki sapmalar, ters dönüş hataları vb. nedeniyle bir miktar eğilirse yükün enkodere göre konumuna göre bir sapma oluşturulur.

Yığılmış XY aşamalarında bulduğunuz gibi büyük ofsetli küçük bir açısal hata, ölçek yanlışlığının artmasına neden olabilir. Başka bir deyişle, bir ölçüm terazisi yalnızca ölçüm başlığının takıldığı yerde doğru konum bilgisini sağlar.

Örneğin, hassas yuvarlanma özelliklerine sahip bir hareket aşaması, yaklaşık ±5 yay saniyelik tipik açısal hatalar gösterir. (1 ark saniye = 1/3.600 derece veya yaklaşık 5 μrad.) Yük ile ölçek arasında 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. Helyum-neon lazerin dalga boyu (632,8 nm) standart görevi görür. Bir nanometre 1 × 10-9 metredir. Stabilize bir lazer kaynağı için yaklaşık ±0,1 mm/m'lik doğruluk ve λ/1.024 veya 0,617 μm'ye kadar çözünürlük mümkündür. Lambda (λ) ışığın dalga boyudur.

Ana avantaj, aynaların yükün bulunduğu yerde olabilmesidir; yani kesinliğin gerçekten önemli olduğu yer. Abbé hataları ortadan kaldırılır. Tipik olarak mikron altı aralıktaki ayna düzlüğü, slaytın hareket ettiği doğrusallığı belirler.

Ek olarak, bir XY aşamasının hareketi, hareket düzleminin dışındaki sabit bir noktaya referans verildiğinden, geri bildirim, kızağı sabit bir mesafede tuttuğu için XY sisteminin herhangi bir kare dışılığını otomatik olarak telafi eder.

Havadaki ışığın dalga boyu, diğer şeylerin yanı sıra hava sıcaklığının, basıncının ve bağıl nemin bir fonksiyonu olan ışığın havadaki hızına bağlıdır. Bir ölçüm terazisi kullandığınızda sıcaklık değişimi, terazi malzemesinin genleşmesi nedeniyle ölçüm hatalarına yol açar. Cam ve çelik ölçekler için tipik genleşme katsayıları K derece başına 8 ve 10 mm/m'dir. Sabit bir ortamın sağlanamadığı bir lazer interferometre ile, isteğe bağlı otomatik dengeleme bileşenleriyle atmosferik değişiklikleri düzeltebilirsiniz.