Mikään järjestelmä ei sovi kaikille.

Tarkan paikannusjärjestelmän komponenttien – jalustan ja laakerit, paikanmittausjärjestelmän, moottori- ja käyttöjärjestelmän sekä ohjaimen – on toimittava yhdessä mahdollisimman hyvin. Osassa 1 käsittelimme järjestelmän jalustaa ja laakereita. Tässä käsittelemme paikanmittausta. Osassa 3 käsitellään vaiheen, käyttölaitteen ja kooderin suunnittelua, käyttövahvistinta sekä ohjaimia.

Paikanmittausjärjestelmä

Yleisesti ottaen ohjaimet voidaan luokitella "avoimen silmukan" tai "suljetun silmukan" ohjaimeksi. Avoimen silmukan säätimissä (joita yleensä käytetään askelmoottoreiden kanssa) jokainen ohjaimen lähettämä impulssi aiheuttaa tietyn liukusäätimen siirtymän. Ei kuitenkaan ole mitään keinoa määrittää, kuinka suuri siirtymä on ollut. Esimerkiksi 500 pulssia on saattanut tulla, mutta kitkan, kuularuuvitoleranssin, hystereesin, käämitysvirheiden jne. vuoksi pöytä on saattanut liikkua vain 498 pulssia. Merkittävä haittapuoli on, että paikannusvirheen korjausta ei tapahdu.

Suljetun silmukan järjestelmässä eli servojärjestelmässä asentoanturi antaa takaisinkytkentäsignaalin ohjaimelle. Ohjain jatkaa moottorin ohjaussignaalien lähettämistä, kunnes luisti on saavuttanut tarkalleen halutun asennon.

Ylemmässä kuvassa liukumäki ilman asentopalautetta, ja sen jälkeen kolme yleistä menetelmää liukumäen asennon mittaamiseen:
• Asentoanturi asennettuna moottoriin tai kuularuuviakseliin.
• Lineaarianturi asennettuna liukukiskoon.
• Laserinterferometri, jonka peilit on kiinnitetty lasilevyyn.

Ensimmäisessä menetelmässä luistin asento mitataan epäsuorasti – asentoanturi asennetaan käyttöakselille. Luistin ja asentoanturin välisten mekaanisten komponenttien toleranssi, kuluminen ja joustavuus johtavat poikkeamiin halutun ja todellisen luistin asenton välillä. Yhdessä kuularuuvin kanssa luistin tarkkuutta rajoittaa parhaimmillaankin kuularuuvin tarkkuus. Tyypilliset tarkkuudet ovat ±5–±10 mm / 300 mm:n liikerata.

Useimmat lineaariset mittausjärjestelmät koostuvat tarkasta lasiasteikosta ja fotoelektrisestä mittauspäästä. Joko asteikko tai pää kiinnitetään suoraan liikkuvaan luistiin ja mittaa luistin asennon suoraan. Kuularuuvien epätarkkuudet eivät myöskään aiheuta virheitä. Asteikon itsensä tyypillinen tarkkuus on ±1 - ±5 mm/m. Tämä on myös itse luistin tarkkuus mittauspään kohdalla.

Pöydän kuorma (jonka sijaintitarkkuus on se, mikä meitä todella kiinnostaa) on aina jonkin matkan päässä mittausasteikosta mitattuna liikesuuntaan kohtisuorassa suunnassa, koska useimmat enkooderit sijaitsevat luistin alla, mutta kuorma on päällä. Tämä on vielä selvempää pinottujen vaiheiden kanssa. Jos luisti kallistuu jonkin verran liikkeen aikana laakeriratojen suoruuden poikkeamien, peruutusvirheiden jne. vuoksi, syntyy poikkeama kuorman ja enkooderin välisessä asennossa.

Pieni kulmavirhe ja suuri siirtymä, kuten esimerkiksi pinottujen XY-pöytien tapauksessa, voi johtaa asteikon epätarkkuuden moninkertaistumiseen. Toisin sanoen mittausasteikko antaa oikean sijaintitiedon vain mittauspään kiinnityskohdassa.

Esimerkiksi tarkkuusvierintäominaisuuksilla varustetulla liikepöydällä on tyypilliset noin ±5 kaarisekunnin kulmavirheet (1 kaarisekunti = 1/3 600 astetta tai noin 5 μrad). 100 mm:n etäisyydellä kuorman ja vaa'an välillä tämä johtaa ±2,5 mm:n paikannusvirheeseen!

Erittäin tarkkoihin sovelluksiin paras valinta on tasopeileillä varustettu laserinterferometri-paikannustakaisinkytkentäjärjestelmä. Helium-neonlaserin aallonpituus, 632,8 nm, toimii standardina. Nanometri on 1 × 10-9 metriä. Vakauloitetun laserlähteen tarkkuus on noin ±0,1 mm/m, ja resoluutio on jopa λ/1 024 tai 0,617 μm. Lambda (λ) on valon aallonpituus.

Tärkein etu on, että peilit voivat olla kuormituskohdassa; eli siellä, missä tarkkuus on todella tärkeää. Abbén virheet poistuvat. Peilin tasaisuus, tyypillisesti submikronin alueella, määrää liukukiskon liikkeen lineaarisuuden.

Lisäksi, koska XY-pöydän liike on viitattu kiinteään pisteeseen liiketason ulkopuolella, takaisinkytkentä kompensoi automaattisesti XY-järjestelmän mahdolliset suorakulmaisuuden poikkeamat, koska se pitää luistin kiinteällä etäisyydellä.

Valon aallonpituus ilmassa riippuu valon nopeudesta ilmassa, joka on funktio muun muassa ilman lämpötilasta, paineesta ja suhteellisesta kosteudesta. Mitta-asteikkoa käytettäessä lämpötilan muutos aiheuttaa mittausvirheitä asteikon materiaalin laajenemisen vuoksi. Tyypilliset lasi- ja teräsasteikkojen laajenemiskertoimet ovat 8 ja 10 mm/m per K-aste. Laserinterferometrillä, jossa vakaata ympäristöä ei voida ylläpitää, voit korjata ilmakehän muutoksia valinnaisilla automaattisilla kompensointikomponenteilla.