कोई भी एक प्रणाली सभी के लिए सही नहीं होती।

आपके उच्च-सटीकता वाले पोजिशनिंग सिस्टम के घटक — बेस और बेयरिंग, पोजिशन-मापन प्रणाली, मोटर और ड्राइव प्रणाली, और कंट्रोलर — को यथासंभव बेहतर ढंग से एक साथ काम करना चाहिए। भाग 1 में हमने सिस्टम बेस और बेयरिंग के बारे में बताया था। यहाँ, हम पोजिशन मापन के बारे में बात करेंगे। भाग 3 में स्टेज, ड्राइव और एनकोडर डिज़ाइन; ड्राइव एम्पलीफायर; और कंट्रोलर के बारे में बताया जाएगा।

स्थिति-मापन प्रणाली

सामान्यतः, नियंत्रकों को "ओपन-लूप" या "क्लोज्ड-लूप" में वर्गीकृत किया जा सकता है। ओपन-लूप नियंत्रकों (जो आमतौर पर स्टेप मोटर्स के साथ उपयोग किए जाते हैं) में, नियंत्रक द्वारा उत्सर्जित प्रत्येक आवेग से स्लाइड का एक निश्चित विस्थापन होता है। हालांकि, विस्थापन की मात्रा निर्धारित करने का कोई साधन नहीं है। उदाहरण के लिए, 500 पल्स उत्सर्जित हो सकते हैं, लेकिन घर्षण, बॉल-स्क्रू टॉलरेंस, हिस्टैरिसीस, वाइंडिंग त्रुटियों आदि के कारण, टेबल केवल 498 पल्स तक ही गतिमान हो सकती है। एक प्रमुख कमी यह है कि इसमें स्थिति निर्धारण त्रुटि का सुधार नहीं होता है।

क्लोज्ड-लूप सिस्टम, या सर्वो सिस्टम में, एक पोजीशन एनकोडर कंट्रोलर को फीडबैक प्रदान करता है। कंट्रोलर तब तक मोटर कंट्रोल सिग्नल भेजता रहता है जब तक कि स्लाइड की वांछित स्थिति प्राप्त नहीं हो जाती।

ऊपरी चित्र में बिना पोजीशन फीडबैक वाली स्लाइड दिखाई गई है, जिसके बाद स्लाइड की स्थिति मापने के तीन सामान्य तरीके दिखाए गए हैं:
• मोटर या बॉल-स्क्रू शाफ्ट पर लगा हुआ पोजीशन एनकोडर।
• स्लाइड पर लीनियर एनकोडर लगा हुआ है।
• स्लाइड पर दर्पण लगे लेजर इंटरफेरोमीटर।

पहली विधि में, स्लाइड की स्थिति को अप्रत्यक्ष रूप से मापा जाता है - पोजीशन एनकोडर ड्राइव शाफ्ट पर लगा होता है। स्लाइड और पोजीशन एनकोडर के बीच यांत्रिक घटकों में सहनशीलता, घिसाव और लचीलापन वांछित और वास्तविक स्लाइड स्थितियों के बीच अंतर पैदा करते हैं। बॉल स्क्रू के साथ, स्लाइड की सटीकता बॉल स्क्रू की सटीकता तक ही सीमित रहती है। सामान्य सटीकता ±5 से ±10 मिमी/300 मिमी यात्रा तक होती है।

अधिकांश रेखीय मापन प्रणालियों में एक सटीक कांच का पैमाना और एक फोटोइलेक्ट्रिक मापन शीर्ष होता है। पैमाना या शीर्ष सीधे गतिशील स्लाइड से जुड़कर स्लाइड की स्थिति को सीधे मापता है। बॉलस्क्रू की अशुद्धियों के कारण कोई त्रुटि नहीं होती। पैमाने की सामान्य सटीकता ±1 से ±5 मिमी/मीटर होती है। मापन शीर्ष के स्थान पर स्लाइड की सटीकता भी इतनी ही होती है।

स्टेज लोड (जिसकी सटीक स्थिति जानना हमारे लिए वास्तव में महत्वपूर्ण है) माप पैमाने से हमेशा कुछ दूरी पर रहता है, जिसे गति की दिशा के लंबवत मापा जाता है, क्योंकि अधिकांश एनकोडर स्लाइड के नीचे स्थित होते हैं, जबकि लोड ऊपर होता है। स्टैक्ड स्टेज के मामले में यह अंतर और भी स्पष्ट होता है। गति के दौरान, यदि बेयरिंग वे की सीधी रेखा में विचलन, उलटने की त्रुटियों आदि के कारण स्लाइड थोड़ी झुक जाती है, तो लोड की स्थिति और एनकोडर के सापेक्ष विचलन उत्पन्न हो जाता है।

बड़े ऑफसेट के साथ एक छोटी कोणीय त्रुटि, जैसा कि स्टैक्ड XY स्टेज पर पाया जाता है, स्केल की अशुद्धि को कई गुना बढ़ा सकती है। दूसरे शब्दों में, एक मापने वाला स्केल केवल उसी स्थान पर सही स्थिति की जानकारी देता है जहां मापने वाला हेड जुड़ा होता है।

उदाहरण के लिए, परिशुद्ध रोल विशेषताओं वाला एक मोशन स्टेज लगभग ±5 आर्क सेकंड की विशिष्ट कोणीय त्रुटियाँ दर्शाता है। (1 आर्क सेकंड = 1/3,600 डिग्री या लगभग 5 माइक्रोरेड)। लोड और स्केल के बीच 100 मिमी की दूरी के लिए, इसके परिणामस्वरूप ±2.5 मिमी की स्थिति त्रुटि होती है!

अत्यधिक सटीक अनुप्रयोगों के लिए, समतल दर्पणों वाला लेजर-इंटरफेरोमीटर पोजिशनिंग फीडबैक सिस्टम सर्वोत्तम विकल्प है। हीलियम-नियॉन लेजर की तरंगदैर्ध्य, 632.8 एनएम, मानक के रूप में कार्य करती है। एक नैनोमीटर 1 × 10⁻⁹ मीटर के बराबर होता है। स्थिर लेजर स्रोत के लिए लगभग ±0.1 मिमी/मीटर की सटीकता संभव है, और इसका रिज़ॉल्यूशन λ/1,024 या 0.617 माइक्रोमीटर तक हो सकता है। लैम्डा (λ) प्रकाश की तरंगदैर्ध्य है।

इसका एक मुख्य लाभ यह है कि दर्पण भार के स्थान पर ही लगाए जा सकते हैं; यानी, जहाँ परिशुद्धता वास्तव में महत्वपूर्ण होती है। एब्बे त्रुटियाँ समाप्त हो जाती हैं। दर्पण की समतलता, जो आमतौर पर सबमाइक्रोन श्रेणी में होती है, स्लाइड की गति की रैखिकता निर्धारित करती है।

इसके अलावा, चूंकि एक XY स्टेज की गति को गति के तल के बाहर एक निश्चित बिंदु के संदर्भ में मापा जाता है, इसलिए फीडबैक स्वचालित रूप से XY सिस्टम की किसी भी विषमता की भरपाई कर देता है, क्योंकि यह स्लाइड को एक निश्चित दूरी पर रखता है।

हवा में प्रकाश की तरंगदैर्घ्य हवा में प्रकाश की गति पर निर्भर करती है, जो कि हवा के तापमान, दबाव और सापेक्ष आर्द्रता जैसे कारकों पर निर्भर करती है। जब आप मापने वाले पैमाने का उपयोग करते हैं, तो तापमान में परिवर्तन के कारण पैमाने की सामग्री के विस्तार से माप में त्रुटियाँ उत्पन्न होती हैं। कांच और इस्पात के पैमानों के लिए सामान्य विस्तार गुणांक क्रमशः 8 और 10 मिमी/मीटर प्रति डिग्री केल्विन होते हैं। लेजर इंटरफेरोमीटर में, जहाँ स्थिर वातावरण बनाए रखना संभव नहीं होता, वहाँ वैकल्पिक स्वचालित क्षतिपूर्ति घटकों की सहायता से वायुमंडलीय परिवर्तनों को ठीक किया जा सकता है।