Mechatronic design of a modular three-axis slider system for high-precision positioning applications

Hassas m ühendislik alanındaki teknolojik ilerlemeyi takiben mikro/nano-mühendislik uygulamalarına olan ilgi artmış, son yıllarda mikro/nano-boyutlu birçok s üreç ve ür ün geliştirilmiştir. Mikro/nano boyutlarda işlem yapabilmekiçin kullanılacak makinaların y üksek doğruluk ve hassasiyete sahip mikro/nano-pozisyonlama cihazları içermesi gerekmektedir. Bu tezde bir üç eksenli mikro/nano-pozisyonlama cihaznın mekatronik tasarımı detaylı bir biçimde anlatılmaktadr. Ayrıca, nanometre seviyesinde hassasiyet degerlerine ulaşabilmekiçin d ört evreli enkoderlerin mevcut çöz ün ürl ük değerlerinin arttırlmasını sağlayan uyarlamalı bir metod sunulmaktadır.Mikro/nano-pozisyonlama cihazlarının performans karakteristiği genellikle eksenlerin konumlama hassasiyetleri, hareket aralığı, maksimum hız ve ivmelenmeleri olmaktadır. Bu sebeple, bu tezde bahsedilen tasarımda eyleyici olarak üst ün karakteristiklerinden dolayı s ürekli mıknatıs lineer motorlar (PMLM) seçilmiştir. Ayrıca, kullanıcıya uygulamalarda esneklik sağlaması ve sistemkontrol ün ü kolaylaştırması amacıyla burada sunulan mikro/nano-pozisyonlama sisteminin tasarımı yapılırken mod ülerite ana kriterler arasında tutulmuştur. Mod üler tek eksenli kızak sisteminin tasarımından sonra bu kızaklardan üçtanesinin birbirine dik olarak montajı ile üç eksenli pozisyonlama cihazı oluşturulmuştur. Bu tasarımda geri besleme sens ör ü olarak lineer optik enkoderler kullanılmıştır. Geliştirilen sistemin hareket aralığı her eksende 120mm'dir.Mevcut lineer optik enkoderlerin ölçüm ç öz ün ürl ükleri 1 mikrometre olduğundan mikron altı seviyelerdeki pozisyonlama uygulamaları için enkoderlerin ç öz ün ürl ükleri yazılım üzerinde arttırılmalıdır. Bu amaçla, d ört evreli enkoderlerin mevcut ç öz ün ürl üklerini arttırmak üzere geliştirilen yeni bir metod bu tezde sunulmaktadır. Bu metod uyarlamalı sinyal d üzeltme ve interpolasyon aşamalarından oluşmaktadır. Enkoder sinyallerindeki b üy ükl ük farkları, ortalama değer sapmalarıve d ört evreli faz farkı hataları üssel unutmalı ve sıfırlamalı tekrarlamalı en k üç ük kareler y öntemi (RLS) kullanılarak d üzeltilmektedir. D üzeltilmiş sinyallerin interpolasyonu ise çevrim dışı oluşturulmuş bir hızlı erişimli taramalıtablo sayesinde yapılmaktadır. Bu tablo ile orijinal enkoder sinyalleri ile y üksek dereceli sin uzoidler arasında doğrusal eşleştirme yapılmıştır. Y üksek dereceli sin uzoidlerin ikili pulslara d ön üşt ür ülmesi sonucunda pozisyon bilgisi elde edilmiş olur. Sunulan metod kullanılarak 1 mikrometre orijinal ç öz ün ürl üğ ü olan bir enkoder ile 10nm'lik ölç üm ç öz ün ürl üğ ü elde edilmistir. Önerilen metodun etkinliğini g österen deneyler tez içerisinde verilmiştir. Metodun doğrulaması elde edilen en y üksek ç öz ün ürl ük dahil olmak üzere çeşitli ç öz ün ürl ük değerleri için başarıyla yapılmıştır. Maksimum interpolasyon sayısını sınırlandıran pratikteki kısıtlamalar da detaylıca incelenmiştir.