Жодна система не підходить для всіх.

Компоненти, які складають вашу високоточну систему позиціонування — основа та підшипники, система вимірювання положення, система двигуна та приводу та контролер — мають працювати разом якомога краще. У частині 1 ми розглянули основу системи та підшипники. Тут ми розглядаємо вимірювання позиції. Частина 3 охоплює конструкцію сцени, приводу та кодера; підсилювач приводу; і контролери.

Позиційно-вимірювальна система

Як правило, ви можете класифікувати контролери як «розімкнуті» або «замкнуті». У контролерах з відкритим контуром (зазвичай використовуються з кроковими двигунами) кожен імпульс, який видає контролер, викликає певне переміщення ковзання. Однак немає способів визначити, наскільки великим було зміщення. Наприклад, могло бути видано 500 імпульсів, але через затримку, допуск кулькової гвинти, гістерезис, помилки намотування тощо стіл міг переміститись лише для 498 імпульсів. Основним недоліком є ​​відсутність корекції помилок позиціонування.

У замкнутій системі або сервосистемі датчик положення забезпечує зворотний зв’язок із контролером. Контролер продовжує посилати сигнали керування двигуном, доки не буде досягнуто точне бажане положення повзунка.

Слайд без зворотного зв’язку щодо положення на верхній ілюстрації, а потім три загальні методи вимірювання положення слайда:
• Датчик положення, встановлений на валу двигуна або кулькової гвинти.
• Лінійний кодер, встановлений на слайді.
• Лазерний інтерферометр із дзеркалами, встановленими на предметному склі.

У першому методі положення затвора вимірюється опосередковано — датчик положення встановлюється на приводний вал. Допуск, знос і відповідність механічних компонентів між ковзанком і датчиком положення призводять до відхилень між бажаним і справжнім положеннями ковзанка. У поєднанні з кульковим гвинтом точність ковзання в кращому випадку обмежена точністю кулькового гвинта. Типова точність становить від ±5 до ±10 мм/хід 300 мм.

Більшість лінійних вимірювальних систем складається з точної скляної шкали та фотоелектричної вимірювальної головки. Ваги або головка прикріплюються безпосередньо до рухомого слайда та безпосередньо вимірюють положення слайда. Також помилки не вводяться неточностями кулькового гвинта. Типова точність самої шкали становить від ±1 до ±5 мм/м. Це також точність самого слайда на місці вимірювальної головки.

Навантаження на сцену (точність позиції якої є тим, у чому ми дійсно зацікавлені) завжди знаходиться на деякій відстані від вимірювальної шкали, виміряної в напрямку, перпендикулярному до напрямку руху, тому що більшість кодерів розташовані під слайдером, але навантаження знаходиться зверху. . Це ще більш виражено з накладеними ступенями. Під час переміщення, якщо ковзання дещо нахиляється через відхилення в прямолінійності опорних шляхів, помилки реверсу тощо, створюється відхилення відносно положення вантажу відносно датчика.

Невелика кутова похибка з великим зміщенням, як, наприклад, на XY столиках, що складаються, може призвести до збільшення неточності масштабу. Іншими словами, вимірювальна шкала надає правильну інформацію про положення лише в тому місці, де кріпиться вимірювальна головка.

Ступінь руху з характеристиками точних обертів, наприклад, демонструє типові кутові похибки приблизно ±5 кутових секунд. (1 кутова секунда = 1/3600 град або приблизно 5 мкрад.) Для відстані 100 мм між вантажем і шкалою це призводить до похибки позиціонування ±2,5 мм!

Для надзвичайно точних застосувань найкращим вибором є система зворотного зв’язку позиціонування лазерного інтерферометра з плоскими дзеркалами. Еталоном служить довжина хвилі гелій-неонового лазера 632,8 нм. Нанометр дорівнює 1 × 10-9 метр. Можлива точність приблизно ±0,1 мм/м для стабілізованого лазерного джерела з роздільною здатністю до λ/1024 або 0,617 мкм. Лямбда (λ) – довжина хвилі світла.

Основна перевага полягає в тому, що дзеркала можуть бути на місці вантажу; тобто там, де точність справді важлива. Помилки Аббе усунені. Площинність дзеркала, як правило, в субмікронному діапазоні, визначає лінійність, з якою рухається слайд.

Крім того, оскільки рух для столика XY прив’язаний до фіксованої точки за межами площини руху, зворотний зв’язок автоматично компенсує будь-які відхилення від прямокутності системи XY, оскільки він утримує слайд на фіксованій відстані.

Довжина хвилі світла в повітрі залежить від швидкості світла в повітрі, яка, серед іншого, є функцією температури повітря, тиску та відносної вологості. Коли ви використовуєте вимірювальну шкалу, зміна температури призводить до похибок вимірювання через розширення матеріалу шкали. Типові коефіцієнти розширення для скляних і сталевих шкал становлять 8 і 10 мм/м на град К. За допомогою лазерного інтерферометра, де неможливо підтримувати стабільне середовище, ви можете коригувати атмосферні зміни за допомогою додаткових компонентів автоматичної компенсації.