Aucun système n'est adapté à tous.

Les composants de votre système de positionnement de haute précision (base et roulements, système de mesure de position, système moteur-entraînement et contrôleur) doivent fonctionner de manière optimale ensemble. La première partie était consacrée à la base et aux roulements. Ici, nous abordons la mesure de position. La troisième partie traitera de la conception de la platine, de l'entraînement et du codeur, de l'amplificateur d'entraînement et des contrôleurs.

Système de mesure de position

On peut généralement classer les régulateurs en deux catégories : « à boucle ouverte » et « à boucle fermée ». Avec les régulateurs à boucle ouverte (généralement utilisés avec les moteurs pas à pas), chaque impulsion émise provoque un déplacement du chariot. Cependant, il est impossible de déterminer l’amplitude de ce déplacement. Par exemple, 500 impulsions peuvent avoir été émises, mais en raison du frottement statique, des tolérances de la vis à billes, de l’hystérésis, des erreurs d’enroulement, etc., la table peut n’avoir bougé que pendant 498 impulsions. Un inconvénient majeur est l’absence de correction des erreurs de positionnement.

Dans un système en boucle fermée, ou système servo, un codeur de position fournit un retour d'information au contrôleur. Ce dernier continue d'envoyer des signaux de commande moteur jusqu'à ce que la position exacte souhaitée du coulisseau soit atteinte.

Une diapositive sans retour d'information sur sa position dans l'illustration du haut, suivie des trois méthodes courantes de mesure de la position de la diapositive :
• Encodeur de position monté sur l'arbre du moteur ou de la vis à billes.
• Encodeur linéaire monté sur le chariot.
• Interféromètre laser avec miroirs montés sur la lame.

Dans la première méthode, la position du coulisseau est mesurée indirectement : le codeur de position est monté sur l’arbre d’entraînement. Les tolérances, l’usure et le jeu des composants mécaniques entre le coulisseau et le codeur de position entraînent des écarts entre la position souhaitée et la position réelle du coulisseau. Associée à la vis à billes, la précision du coulisseau est au mieux limitée par la précision de cette dernière. Les précisions typiques sont de ±5 à ±10 mm pour une course de 300 mm.

La plupart des systèmes de mesure linéaire se composent d'une règle graduée en verre de précision et d'une tête de mesure photoélectrique. La règle ou la tête est fixée directement sur le chariot mobile et mesure sa position. Les imprécisions de la vis à billes sont ainsi éliminées. La précision typique de la règle est de ±1 à ±5 mm/m. Cette précision est également celle du chariot au niveau de la tête de mesure.

La charge sur la platine (dont la précision de position nous intéresse particulièrement) se trouve toujours à une certaine distance de l'échelle de mesure, mesurée perpendiculairement au sens de déplacement, car la plupart des codeurs sont situés sous le chariot, tandis que la charge se trouve au-dessus. Ce phénomène est encore plus marqué avec les platines empilées. Lors d'un déplacement, si le chariot s'incline légèrement en raison d'irrégularités de rectitude des glissières, d'erreurs d'inversion, etc., un écart apparaît entre la position de la charge et celle du codeur.

Une petite erreur angulaire associée à un décalage important, comme c'est le cas pour les platines XY empilées, peut multiplier l'imprécision de l'échelle. Autrement dit, une échelle de mesure ne fournit des informations de position correctes qu'à l'endroit où la tête de mesure est fixée.

Une platine de translation avec des caractéristiques de roulis précises, par exemple, présente des erreurs angulaires typiques d'environ ±5 secondes d'arc (1 seconde d'arc = 1/3 600 deg ou environ 5 μrad). Pour une distance de 100 mm entre la charge et la balance, cela se traduit par une erreur de positionnement de ±2,5 mm !

Pour les applications de très haute précision, le système de positionnement par interféromètre laser à miroirs plans est la solution optimale. La longueur d'onde d'un laser hélium-néon, 632,8 nm, sert de référence. Un nanomètre équivaut à 1 × 10⁻⁹ mètre. Une précision d'environ ±0,1 mm/m est possible pour une source laser stabilisée, avec une résolution pouvant atteindre λ/1 024, soit 0,617 μm. λ représente la longueur d'onde de la lumière.

L'un des principaux avantages est que les miroirs peuvent être placés au niveau de la charge, c'est-à-dire là où la précision est primordiale. Les erreurs d'Abbé sont ainsi éliminées. La planéité des miroirs, généralement inférieure au micron, détermine la linéarité du déplacement du chariot.

De plus, comme le mouvement d'une platine XY est référencé à un point fixe situé hors du plan de mouvement, la rétroaction compense automatiquement tout défaut d'équerrage du système XY, car elle maintient le chariot à une distance fixe.

La longueur d'onde de la lumière dans l'air dépend de sa vitesse dans l'air, laquelle est fonction, entre autres, de la température, de la pression et de l'humidité relative. Lors de l'utilisation d'une règle graduée, une variation de température entraîne des erreurs de mesure dues à la dilatation du matériau. Les coefficients de dilatation typiques pour le verre et l'acier sont respectivement de 8 et 10 mm/m par degré K. Avec un interféromètre laser, où un environnement stable ne peut être maintenu, il est possible de corriger les variations atmosphériques grâce à des systèmes de compensation automatique optionnels.