Hiçbir sistem herkes için doğru değildir.

Yüksek hassasiyetli konumlandırma sisteminizi oluşturan bileşenler (taban ve yataklar, konum ölçüm sistemi, motor ve tahrik sistemi ve kontrolör) mümkün olduğunca iyi bir şekilde birlikte çalışmalıdır. 1. Bölüm'de sistem tabanını ve yataklarını ele aldık. Burada konum ölçümünü ele alacağız. 3. Bölüm'de ise sahne, sürücü ve kodlayıcı tasarımı; sürücü amplifikatörü ve kontrolörler ele alınacaktır.

Pozisyon ölçüm sistemi

Genel olarak, kontrolörleri "açık çevrim" veya "kapalı çevrim" olarak sınıflandırabilirsiniz. Açık çevrim kontrolörlerde (genellikle adım motorlarıyla kullanılır), kontrolörün yaydığı her darbe belirli bir kızak yer değiştirmesine neden olur. Ancak, yer değiştirmenin ne kadar büyük olduğunu belirlemenin bir yolu yoktur. Örneğin, 500 darbe yayılmış olabilir, ancak sıkışma, bilyalı vida toleransı, histerezis, sarma hataları vb. nedeniyle tabla yalnızca 498 darbe hareket etmiş olabilir. Önemli bir dezavantajı, konumlandırma hatası düzeltmesinin olmamasıdır.

Kapalı devre bir sistemde veya servo sistemde, bir konum kodlayıcı kontrol cihazına geri bildirim sağlar. Kontrol cihazı, kızak tam olarak istenen konuma ulaşana kadar motor kontrol sinyalleri göndermeye devam eder.

Üstteki resimde konum geri bildirimi olmayan bir slayt ve ardından slayt konumunu ölçmek için kullanılan üç yaygın yöntem gösterilmektedir:
• Motor veya bilyalı vida miline monte edilmiş pozisyon kodlayıcı.
• Slayt üzerine monte edilmiş doğrusal kodlayıcı.
• Lam üzerine monte edilmiş aynalı lazer interferometresi.

İlk yöntemde, kızak konumu dolaylı olarak ölçülür; konum kodlayıcısı tahrik miline monte edilir. Kızak ile konum kodlayıcısı arasındaki mekanik bileşenlerdeki tolerans, aşınma ve uyum, istenen ve gerçek kızak konumları arasında sapmalara yol açar. Bilyalı vida ile birleştirildiğinde, kızak doğruluğu en iyi ihtimalle bilyalı vidanın doğruluğu ile sınırlıdır. Tipik doğruluklar ±5 ila ±10 mm/300 mm hareket aralığındadır.

Çoğu doğrusal ölçüm sistemi, hassas bir cam terazi ve bir fotoelektrik ölçüm başlığından oluşur. Terazi veya başlık, hareketli kızağa doğrudan bağlanır ve kızak konumunu doğrudan ölçer. Bilyalı vida hatalarından kaynaklanan hatalar da söz konusu değildir. Terazinin kendisi için tipik doğruluklar ±1 ila ±5 mm/m'dir. Bu aynı zamanda kızağın ölçüm başlığı konumundaki doğruluğudur.

Sahne yükü (aslında asıl ilgilendiğimiz nokta konum doğruluğudur) her zaman ölçüm ölçeğinden belli bir mesafede bulunur ve hareket yönüne dik bir yönde ölçülür, çünkü çoğu kodlayıcı kızağın altında bulunur, ancak yük üsttedir. Bu durum, üst üste yerleştirilmiş sahnelerde daha da belirgindir. Bir hareket sırasında, yatak yollarının düzlüğünden sapmalar, ters çevirme hataları vb. nedeniyle kızak biraz eğilirse, yükün kodlayıcıya göre konumuna göre bir sapma oluşur.

Üst üste yerleştirilmiş XY tablalarında olduğu gibi, büyük bir sapmaya sahip küçük bir açısal hata, terazinin yanlışlığının artmasına yol açabilir. Başka bir deyişle, bir ölçüm terazisi yalnızca ölçüm başlığının bağlandığı noktada doğru konum bilgisi sağlar.

Örneğin, hassas rulo özelliklerine sahip bir hareket aşaması, yaklaşık ±5 ark saniyesi tipik açısal hatalar gösterir. (1 ark saniyesi = 1/3.600 derece veya yaklaşık 5 μrad.) Yük ile ölçek arasındaki 100 mm'lik bir mesafe için bu, ±2,5 mm'lik bir konumlandırma hatasıyla sonuçlanır!

Son derece hassas uygulamalar için, düzlem aynalı lazer-interferometre konumlandırma geri bildirim sistemi en iyi seçimdir. Helyum-neon lazerin dalga boyu olan 632,8 nm standart olarak kullanılır. Bir nanometre, 1 × 10-9 metredir. Stabilize bir lazer kaynağı için yaklaşık ±0,1 mm/m hassasiyet ve λ/1.024 veya 0,617 μm'ye kadar çözünürlük mümkündür. Lambda (λ), ışığın dalga boyudur.

Başlıca avantajlarından biri, aynaların yük noktasında, yani hassasiyetin gerçekten önemli olduğu yerde bulunabilmesidir. Abbé hataları ortadan kalkar. Genellikle mikron altı aralığında olan ayna düzlüğü, kızağın hareketindeki doğrusallığı belirler.

Ayrıca, XY sahnesi için hareket, hareket düzleminin dışındaki sabit bir noktaya referanslandığından, geri bildirim, kızağı sabit bir mesafede tuttuğu için XY sisteminin herhangi bir kare dışılığını otomatik olarak telafi eder.

Havadaki ışığın dalga boyu, hava sıcaklığı, basınç ve bağıl nem gibi faktörlerin bir fonksiyonu olan havadaki ışık hızına bağlıdır. Bir ölçüm terazisi kullandığınızda, sıcaklık değişimi terazinin malzemesinin genleşmesi nedeniyle ölçüm hatalarına neden olur. Cam ve çelik teraziler için tipik genleşme katsayıları 8 ve 10 mm/m²/K'dir. Kararlı bir ortamın sağlanamadığı durumlarda, lazer interferometre ile isteğe bağlı otomatik dengeleme bileşenleriyle atmosferik değişiklikleri düzeltebilirsiniz.