Schlüsselparameter des Linearbewegungssystems

Es gibt zahlreiche Möglichkeiten, die Leistung linearer Positioniersysteme wie Kugelgewindetriebe, Riemen und Zahnstangenantriebe zu klassifizieren, doch die Terminologie kann verwirrend sein. Die beiden gebräuchlichsten Begriffe, Genauigkeit und Wiederholgenauigkeit, werden oft synonym verwendet. Wenn jemand sagt, ein Kugelgewindetrieb sei sehr genau, meint er möglicherweise eigentlich seine Wiederholgenauigkeit. Tatsächlich sind Genauigkeit und Wiederholgenauigkeit voneinander unabhängig. Ein System kann sehr genau, aber wenig wiederholgenau sein oder umgekehrt. Hier liegt der Unterschied…

【Genauigkeit】

Die formale Definition von Genauigkeit lautet: „Der Grad, in dem eine Messung, Berechnung oder Spezifikation dem korrekten oder bekannten Wert bzw. Standard entspricht.“ Bezogen auf ein Linearantriebssystem bedeutet dies, wie genau die Endposition mit der Sollposition übereinstimmt. Wenn wir also ein Zahnstangengetriebe mit einem Verfahrweg von 535 mm anweisen, wird seine Genauigkeit dadurch bestimmt, wie genau dieser Verfahrweg von 535 mm erreicht wird. Doch wie genau ist es tatsächlich? Das hängt von der zulässigen Fehlertoleranz ab. Ist für die Anwendung ein Ergebnis von 535 mm ±2 mm zulässig, so gilt das System als genau, solange die Kugelumlaufspindel eine Position zwischen 533 und 537 mm erreicht.

Die Genauigkeit wird maßgeblich durch mechanische Faktoren wie Spiel, Verwindung (fehlende Torsionssteifigkeit) und Bauteilverformung beeinflusst. Auf der elektrischen Seite wirken sich die Bandbreite des Steuerungssystems und die Auflösung des Messsystems (Encoder oder Resolver) ebenfalls auf die Genauigkeit der Antriebsbewegung aus, da diese Komponenten für die Ansteuerung, das Auslesen und die Korrektur der tatsächlichen Systemposition verantwortlich sind.

【Wiederholbarkeit】

Die Wiederholgenauigkeit beschreibt die Fähigkeit eines Antriebsmechanismus, unter identischen Bedingungen wiederholt dieselbe Position anzufahren. Man unterscheidet zwischen unidirektionaler Wiederholgenauigkeit, bei der der Punkt stets aus derselben Richtung angefahren wird, und bidirektionaler Wiederholgenauigkeit, bei der der Punkt aus beiden Richtungen angefahren werden kann. Im Gegensatz zur Genauigkeit, die je nach Anwendungsanforderungen subjektiv ist, stellt die Wiederholgenauigkeit einen absoluten Wert dar. Beispielsweise kann die Wiederholgenauigkeit einer Kugelumlaufspindel mit ± 10 Mikrometern angegeben werden. Genauso wie ein System genau, aber nicht wiederholgenau sein kann, kann es auch wiederholgenau, aber nicht genau sein. Beträgt die vorgegebene Bewegung beispielsweise 535 mm ± 2 mm und bewegt sich das System bei mehreren Versuchen konstant auf 537,5 mm, so ist es wiederholgenau, aber nicht genau.

Die Faktoren, die die Wiederholgenauigkeit am stärksten beeinflussen, liegen in der Mechanik des Antriebssystems: beispielsweise Zahnflankenspiel in einem Zahnstangenantrieb oder Steigungsabweichungen von Kugelgewindetrieben. Auch Systemänderungen, wie die Ausdehnung oder Kontraktion von Bauteilen aufgrund von Temperaturschwankungen, können die Wiederholgenauigkeit beeinträchtigen. Während die Genauigkeit durch Programmierung im Antriebsverstärker und der Steuerung kompensiert werden kann, ist dies bei der Wiederholgenauigkeit im Allgemeinen nicht möglich.