Die Auswahl der Komponenten und die Maschinenkonstruktion beeinflussen die Genauigkeit und Wiederholbarkeit des Systems.

Bevor wir diese Frage beantworten, definieren wir zunächst Genauigkeit und Wiederholbarkeit für lineare Systeme.

【Genauigkeit】

Bei linearen Bewegungen unterscheidet man im Allgemeinen zwei Genauigkeitskategorien: die Positioniergenauigkeit und die Fahrgenauigkeit. Die Positioniergenauigkeit beschreibt die Differenz zwischen der Sollposition des Systems und der tatsächlich erreichten Position. Die Fahrgenauigkeit beschreibt Fehler, die während der Bewegung auftreten – mit anderen Worten: Bewegt sich das System geradlinig oder führt es Auf- und Abwärts- bzw. Seitwärtsbewegungen aus?

Die Genauigkeit wird im Verhältnis zu einem „wahren“ oder akzeptierten Wert bzw. einer Referenz angegeben. Bei der Positionsgenauigkeit ist die Zielposition die Referenz. Bei der Bewegungsgenauigkeit ist die Referenz eine definierte Bewegungsebene sowohl in vertikaler (auch als „flache Bewegung“ bezeichnet) als auch in horizontaler Richtung (auch als „geradlinige Bewegung“ bezeichnet). Die Genauigkeit gibt an, wie genau die Zielposition bei Annäherung aus beiden Richtungen erreicht wird.

【Wiederholbarkeit】

Die Wiederholgenauigkeit definiert, wie präzise ein System bei mehreren Versuchen zur gleichen Position zurückkehrt. Sie kann entweder unidirektional (gültig bei Annäherung an die Position aus derselben Richtung) oder bidirektional (gültig bei Annäherung an die Position aus beiden Richtungen) angegeben werden.

Frage: „Ich entwickle ein neues Linearbewegungssystem. Sollte ich es auf hohe Genauigkeit oder Wiederholgenauigkeit auslegen? Oder auf beides?“

Lineare Systeme bestehen aus vier Grundkomponenten: der Basis bzw. Montagekonstruktion, der Linearführung (oder den Linearführungen), dem Antriebsmechanismus und dem Motor. Jede dieser Komponenten trägt zur Genauigkeit bzw. Wiederholgenauigkeit des Systems bei. Sekundäre Komponenten wie Kupplungen, Verbinder, Montageplatten, Sensoren und Rückmeldeeinrichtungen beeinflussen ebenfalls die Systemleistung. Selbst schwer kontrollierbare Faktoren wie Temperaturschwankungen und Maschinenvibrationen wirken sich auf die Genauigkeits- und Wiederholgenauigkeitsspezifikationen eines Systems aus.

Um die Positioniergenauigkeit zu maximieren, sollte der Fokus in der Regel auf dem Antriebsmechanismus liegen. Kugelgewindetriebe gelten allgemein als beste Wahl für hohe Positioniergenauigkeit, die durch ihre Steigungsfehler- oder Toleranzklassen spezifiziert wird. Aber auch Gewindespindeln mit vorgespannten Muttern und hochpräzise Zahnstangenantriebe ermöglichen hohe Positioniergenauigkeiten. Biegungen und Vibrationen des Systems können die Positioniergenauigkeit beeinträchtigen. Daher ist die Steifigkeit der Montagekonstruktion, der Linearführung und der Verbindungen zwischen den Komponenten ebenfalls wichtig für Systeme, die hohe Positioniergenauigkeit erfordern.

Im Gegensatz dazu hängt die Verfahrgenauigkeit eines Systems fast ausschließlich von der Montagekonstruktion und dem Linearführungssystem ab. Die meisten Umlauf-Linearführungen werden nach Genauigkeitsklassen spezifiziert, welche die maximalen Abweichungen in Höhe, Parallelität und Geradheit während der Verfahrbewegung definieren. Eine Linearführung ist jedoch nur so genau wie die Oberfläche, an der sie montiert ist; daher ist die Montagekonstruktion ein wichtiger Faktor. Die Montage einer Präzisions-Linearführung auf einer unbearbeiteten Basis oder einem Aluminiumprofil beeinträchtigt die Verfahrgenauigkeit der Führung erheblich.

Die Wiederholgenauigkeit eines linearen Systems wird primär durch den Antriebsmechanismus bestimmt – also durch die Steigungsgenauigkeit einer Spindel, die Zahnteilungsabweichung und maximale Dehnung eines Riemens oder das Zahnflankenspiel in einem Zahnstangenantrieb. Die Wiederholgenauigkeit lässt sich am besten durch die Beseitigung von Spiel im Antriebsmechanismus verbessern. Kugelgewindetriebe werden häufig mit Vorspannung zur Spieleliminierung spezifiziert, und viele Gewindespindeln bieten ebenfalls spielfreie Konstruktionen. Zahnstangenantriebe weisen prinzipbedingt Spiel zwischen Zahnstange und Ritzel auf, das jedoch durch Doppelritzel- und geteilte Ritzelkonstruktionen beseitigt wird.

Bei signifikanten Temperaturschwankungen kann die thermisch bedingte Ausdehnung und Kontraktion der Komponenten die Wiederholgenauigkeit des Systems beeinträchtigen. Im Gegensatz zur Positionier- oder Verfahrgenauigkeit lässt sich die Wiederholgenauigkeit eines Systems nicht durch Rückkopplung und Regelung verbessern. Die einzige Möglichkeit, die Wiederholgenauigkeit eines linearen Systems zu erhöhen, besteht darin, einen Antrieb mit höherer Wiederholgenauigkeit einzusetzen.

Ob ein Konstrukteur oder Ingenieur Wert auf Genauigkeit oder Wiederholgenauigkeit legen sollte, hängt von der Art der Anwendung ab. Bei Positionieranwendungen wie Pick-and-Place oder Montage sind Positionsgenauigkeit und Wiederholgenauigkeit oft die wichtigsten Faktoren. Bei Anwendungen wie Dosieren, Schneiden oder Schweißen hingegen, wo die Gleichmäßigkeit und Genauigkeit des Prozesses während der Bewegung entscheidend sind, sollte der Fokus primär auf der Bewegungsgenauigkeit liegen.