Жодна система не підходить усім.

Компоненти, що складають вашу високоточну систему позиціонування — основа та підшипники, система вимірювання положення, система двигуна та приводу та контролер — повинні працювати разом якомога краще. У частині 1 ми розглянули основу системи та підшипники. Тут ми розглянемо вимірювання положення. У частині 3 буде розглянуто конструкцію платформи, приводу та енкодера; підсилювач приводу; та контролери.

Система вимірювання положення

Зазвичай контролери можна класифікувати як «з розімкнутим контуром» або «з замкнутим контуром». У контролерах з розімкнутим контуром (зазвичай використовуються з кроковими двигунами) кожен імпульс, який випромінює контролер, викликає певне зміщення ковзання. Однак немає способу визначити, наскільки великим було зміщення. Наприклад, могло бути випромінено 500 імпульсів, але через стискання, допуск кулькового гвинта, гістерезис, помилки обмотки тощо стіл міг рухатися лише 498 імпульсів. Основним недоліком є ​​те, що корекція помилок позиціонування не відбувається.

У системі із замкнутим циклом або сервосистемі датчик положення забезпечує зворотний зв'язок до контролера. Контролер продовжує надсилати сигнали керування двигуном, доки не буде досягнуто точного бажаного положення повзуна.

На верхній ілюстрації зображено слайдер без зворотного зв'язку щодо положення, а також три поширені методи вимірювання положення слайдера:
• Датчик положення, встановлений на валу двигуна або кульково-гвинтового механізму.
• Лінійний енкодер, встановлений на санчаті.
• Лазерний інтерферометр із дзеркалами, встановленими на предметному склі.

У першому методі положення ковзання вимірюється опосередковано — датчик положення монтується на приводному валу. Допуск, знос та податливість механічних компонентів між ковзанням та датчиком положення призводять до відхилень між бажаним та істинним положеннями ковзання. У поєднанні з кульковим гвинтом точність ковзання в кращому випадку обмежується точністю кулькового гвинта. Типова точність становить від ±5 до ±10 мм/300 мм ходу.

Більшість лінійних вимірювальних систем складаються з точної скляної шкали та фотоелектричної вимірювальної головки. Шкала або головка кріпляться безпосередньо до рухомого повзуна та безпосередньо вимірюють положення повзуна. Похибки також не виникають через неточності кульового гвинта. Типова точність самої шкали становить від ±1 до ±5 мм/м. Така ж точність і для самої шкали в місці розташування вимірювальної головки.

Навантаження на платформу (точність положення якої нас насправді цікавить) завжди знаходиться на певній відстані від шкали вимірювання, виміряної в напрямку, перпендикулярному до напрямку руху, оскільки більшість енкодерів розташовані під повзуном, але навантаження знаходиться зверху. Це ще більш виражено у багатошарових платформах. Під час руху, якщо повзун дещо нахиляється через відхилення прямолінійності напрямних підшипників, помилки реверсу тощо, створюється відхилення відносно положення навантаження відносно енкодера.

Невелика кутова похибка з великим зміщенням, як-от на багатошарових XY-платформах, може призвести до збільшення неточності шкали. Іншими словами, вимірювальна шкала надає правильну інформацію про положення лише в місці кріплення вимірювальної головки.

Наприклад, рухомий стіл з прецизійними характеристиками кочення демонструє типові кутові похибки близько ±5 кутових секунд (1 кутова секунда = 1/3600 градусів або близько 5 мкрад). Для відстані 100 мм між вантажем і вагами це призводить до похибки позиціонування ±2,5 мм!

Для надзвичайно точних застосувань найкращим вибором є система зворотного зв'язку позиціонування лазерного інтерферометра з плоскими дзеркалами. Стандартом служить довжина хвилі гелій-неонового лазера 632,8 нм. Один нанометр дорівнює 1 × 10⁻⁹ метра. Можлива точність близько ±0,1 мм/м для стабілізованого лазерного джерела з роздільною здатністю до λ/1,024 або 0,617 мкм. Лямбда (λ) – довжина хвилі світла.

Головна перевага полягає в тому, що дзеркала можуть розташовуватися в місці навантаження, тобто там, де точність дійсно важлива. Похибки Аббе усуваються. Площинність дзеркала, зазвичай у субмікронному діапазоні, визначає лінійність, з якою рухається повзун.

Крім того, оскільки рух для столу XY прив'язаний до фіксованої точки поза площиною руху, зворотний зв'язок автоматично компенсує будь-яку неперпендикулярність системи XY, оскільки він утримує повзун на фіксованій відстані.

Довжина хвилі світла в повітрі залежить від швидкості світла в повітрі, яка є функцією, серед іншого, температури повітря, тиску та відносної вологості. Під час використання вимірювальної шкали зміна температури призводить до похибок вимірювання через розширення матеріалу шкали. Типові коефіцієнти розширення для скляних та сталевих шкал становлять 8 та 10 мм/м на град К. За допомогою лазерного інтерферометра, де неможливо підтримувати стабільне середовище, можна вносити корективи в атмосферні зміни за допомогою додаткових компонентів автоматичної компенсації.