لا يوجد نظام واحد مناسب للجميع.

يجب أن تعمل مكونات نظام تحديد المواقع عالي الدقة - القاعدة والمحامل، ونظام قياس الموقع، ونظام المحرك والقيادة، ووحدة التحكم - معًا بأفضل شكل ممكن. تناولنا في الجزء الأول قاعدة النظام والمحامل. هنا، نتناول قياس الموقع. سيتناول الجزء الثالث تصميم المرحلة، والقيادة، والمشفّر؛ ومضخم القيادة؛ ووحدات التحكم.

نظام قياس الموضع

بشكل عام، يمكن تصنيف وحدات التحكم إلى "ذات حلقة مفتوحة" أو "ذات حلقة مغلقة". في وحدات التحكم ذات الحلقة المفتوحة (المستخدمة عادةً مع المحركات الخطوية)، تتسبب كل نبضة تصدرها وحدة التحكم في إزاحة معينة للمنزلق. مع ذلك، لا توجد وسيلة لتحديد مقدار هذه الإزاحة. على سبيل المثال، قد يتم إصدار 500 نبضة، ولكن بسبب الاحتكاك الساكن، وتفاوتات لولب الكرة، والتخلف المغناطيسي، وأخطاء اللف، وما إلى ذلك، قد تتحرك الطاولة لمدة 498 نبضة فقط. من أبرز عيوبها عدم وجود تصحيح لأخطاء تحديد الموضع.

في نظام الحلقة المغلقة، أو نظام المؤازرة، يوفر مشفر الموضع تغذية راجعة إلى وحدة التحكم. وتستمر وحدة التحكم في إرسال إشارات التحكم في المحرك حتى يتم الوصول إلى الموضع المطلوب بدقة للمنزلق.

يظهر في الرسم التوضيحي العلوي منزلق بدون أي معلومات عن موضعه، يليه الطرق الثلاث الشائعة لقياس موضع المنزلق:
• قم بتركيب جهاز التشفير على المحرك أو عمود برغي الكرة.
• جهاز تشفير خطي مثبت على المنزلق.
• مقياس تداخل ليزري مزود بمرايا مثبتة على الشريحة.

في الطريقة الأولى، يُقاس موضع المنزلق بشكل غير مباشر، حيث يُركّب مُشفّر الموضع على عمود الدوران. وتؤدي التفاوتات والتآكل والمرونة في المكونات الميكانيكية بين المنزلق ومُشفّر الموضع إلى انحرافات بين الموضع المطلوب والموضع الفعلي للمنزلق. وبالاقتران مع لولب الكرات، فإن دقة المنزلق في أفضل الأحوال محدودة بدقة لولب الكرات. وتتراوح الدقة النموذجية بين ±5 و ±10 مم لكل 300 مم من الحركة.

تتكون معظم أنظمة القياس الخطي من مقياس زجاجي دقيق ورأس قياس كهروضوئي. يُثبّت المقياس أو الرأس مباشرةً على المنزلق المتحرك، ويقيس موضع المنزلق بدقة. ولا تُضاف أي أخطاء ناتجة عن عدم دقة برغي الكرة. تتراوح دقة المقياس عادةً بين ±1 و ±5 مم/م، وهي نفس دقة المنزلق عند موضع رأس القياس.

يقع الحمل على المنصة (الذي يهمنا تحديدًا دقة موضعه) دائمًا على مسافة معينة من مقياس القياس، تُقاس في اتجاه عمودي على اتجاه الحركة، لأن معظم أجهزة التشفير تقع أسفل المنزلق، بينما يقع الحمل في الأعلى. ويزداد هذا وضوحًا مع المنصات المتراصة. أثناء الحركة، إذا مالت المنصة قليلًا بسبب انحرافات في استقامة مسارات التحميل، أو أخطاء الانعكاس، وما إلى ذلك، فسيحدث انحراف نسبي في موضع الحمل بالنسبة لجهاز التشفير.

قد يؤدي خطأ زاوي صغير مصحوب بإزاحة كبيرة، كما هو الحال في منصات XY المكدسة، إلى تفاقم عدم دقة المقياس. بعبارة أخرى، يوفر مقياس القياس معلومات دقيقة عن الموضع فقط عند نقطة تثبيت رأس القياس.

على سبيل المثال، تُظهر منصة الحركة ذات خصائص الدوران الدقيقة أخطاء زاوية نموذجية تبلغ حوالي ±5 ثانية قوسية. (1 ثانية قوسية = 1/3600 درجة أو حوالي 5 ميكروراديان). بالنسبة لمسافة 100 مم بين الحمل والمقياس، ينتج عن ذلك خطأ في تحديد الموضع يبلغ ±2.5 مم!

للتطبيقات فائقة الدقة، يُعد نظام التغذية الراجعة لتحديد المواقع باستخدام مقياس التداخل الليزري والمرايا المستوية الخيار الأمثل. ويُستخدم الطول الموجي لليزر الهيليوم-نيون، 632.8 نانومتر، كمعيار. النانومتر يساوي 1 × 10⁻⁹ متر. ويمكن تحقيق دقة تصل إلى ±0.1 مليمتر/متر لمصدر ليزر مُستقر، مع دقة تصل إلى λ/1024 أو 0.617 ميكرومتر. λ هو الطول الموجي للضوء.

تتمثل إحدى المزايا الرئيسية في إمكانية وضع المرايا في موضع التحميل، أي حيث تكون الدقة بالغة الأهمية. ويتم التخلص من أخطاء آبي. وتحدد درجة استواء المرآة، التي عادةً ما تكون في نطاق الميكرون الفرعي، مدى خطية حركة المنزلق.

بالإضافة إلى ذلك، ولأن حركة منصة XY تتم الإشارة إليها بنقطة ثابتة خارج مستوى الحركة، فإن التغذية الراجعة تعوض تلقائيًا عن أي انحراف عن المربع في نظام XY، لأنها تحافظ على المنزلق على مسافة ثابتة.

يعتمد طول موجة الضوء في الهواء على سرعة الضوء فيه، وهي بدورها تعتمد على درجة حرارة الهواء وضغطه ورطوبته النسبية، بالإضافة إلى عوامل أخرى. عند استخدام ميزان قياس، يؤدي تغير درجة الحرارة إلى أخطاء في القياس نتيجة لتمدد مادة الميزان. تتراوح معاملات التمدد النموذجية للميزان الزجاجي والفولاذي بين 8 و10 ملم/م لكل درجة كلفن. أما في حالة استخدام مقياس التداخل الليزري، حيث يتعذر الحفاظ على بيئة مستقرة، فيمكن تصحيح التغيرات الجوية باستخدام مكونات تعويض تلقائي اختيارية.