在半导体设备和精密光学系统中，高精度定位并不总是发生在同一种运动状态下。部分任务需要样品或光学组件保持稳定；另一些任务则涉及缓慢的精细调整，或者连续、快速的位置变化。
这些运动条件对位置测量系统提出了不同要求。
例如，静态测量通常更关注噪声对位置稳定性的影响，而动态测量则需要保留真实的位置变化。如果仅通过降低带宽来获得更平滑的位置曲线，可能无法满足高速运动中的动态反馈需求。
因此，高精度测量系统的选型不能只比较分辨率，还需要关注位置反馈的动态特性。
SmarAct METIRIO®光学编码器通过结合光学传感器、评估电子电路和信号处理，为不同运动状态提供高分辨率位置测量支持。
一、不同运动状态，不同的位置测量需求
位置测量中的噪声包含不同频率成分。
通过低通滤波，可以衰减较高频率的成分、降低位置噪声。但滤波作用于整个测量信号，因此并不存在一种滤波设置能够适用于所有运动状态。
Sine/Cosine输出信号曲线，带有明显的噪声
1. 静止，更关注位置稳定性
当轴处于静止状态时，位置测量更关注稳定性。
对于这类测量任务，通过降低带宽，可以减少高频噪声成分对位置结果的影响。
低通滤波器允许较慢的信号变化通过，同时衰减较高频率的成分，因此更强的滤波可以帮助降低静态位置测量中的噪声。
此时，测量配置的重点是：让位置反馈更加稳定。
2. 缓慢运动，稳定与位置变化需要兼顾
当被测对象开始缓慢运动或进行精细定位时，测量需求随之发生变化。
此时既需要控制不必要的噪声，又需要保留实际的位置变化。因此，与完全静止的状态相比，滤波设置需要进一步考虑实际运动特性。
针对不同应用需求，SmarAct可以提供具有不同截止频率的低通滤波器。这使得测量配置可以根据具体任务进行选择，而不是使用一种固定的滤波设置应对所有位置测量场景。
3. 高速运动，保留真正需要的动态信息
对于连续或快速运动，如果滤波带宽设置得过低，快速运动、加速度或振动等信号可能受到衰减，或者在测量结果中出现延迟。
对于高动态控制或振动分析而言，则需要保留更大的带宽，以采集应用真正需要的位置变化。
因此，高速运动中的位置反馈不能只追求一条更加“平滑”的曲线。测量系统还需要保留足够的动态信息，使位置数据能够反映实际运动。
二、METIRIO®的重点不只是“更低噪声”
静止、缓慢运动和高速运动看似是三种不同场景，背后体现的其实是同一个测量逻辑：位置反馈需要与实际应用相匹配。
METIRIO®是一款用于高分辨率位置测量的紧凑型光学编码器。在实际测量链中，最终的位置表现不仅与传感器有关，还涉及评估电子电路、数字处理、位置计算以及滤波等环节。
Lissajous圆图：如何通过Sine/Cosine信号计算位置。
因此，SmarAct并不孤立地看待噪声和滤波，而是将它们作为整个测量架构的一部分。
针对不同的测量任务，通过选择具有相应截止频率的低通滤波器，可以在静态测量中更加关注位置稳定性，也可以在动态应用中保留所需要的带宽。
换句话说，滤波的目标并不是简单让噪声数字变得更小，而是让位置反馈真正服务于当前的测量任务。
三、让位置反馈与实际应用相匹配
对于半导体设备、晶圆相关精密运动系统和光学组件定位而言，位置反馈需要与实际运动任务相匹配。
如果应用主要关注静态稳定性，可以重点评估测量噪声及相应滤波配置；如果涉及连续运动或快速位置变化，则应进一步考察测量带宽和动态信号保留能力。
增量轨道、参考标记、20µm周期的示意图
因此，在采购高精度位移台或评估高精度测量品牌时，除了分辨率、重复性和行程，还应关注反馈传感器、信号处理和控制系统集成。
METIRIO®光学编码器，提供高分辨率光学位置测量技术，为不同运动条件下的精密位置反馈设计提供支持。对于设备制造商来说，让位置反馈适应真实运动需求，是构建高精度运动系统的重要一步。
本文转载自公众号：SmarAct德国高精技术方案
