La selezione dei componenti e la progettazione della macchina influiscono sulla precisione e sulla ripetibilità del sistema.

Prima di rispondere a questa domanda, definiamo accuratezza e ripetibilità per i sistemi lineari.

【Precisione】

Nel movimento lineare, esistono generalmente due categorie di precisione: precisione di posizionamento e precisione di corsa. La precisione del posizionamento specifica la differenza tra la posizione target del sistema e la posizione effettiva raggiunta. La precisione del viaggio specifica gli errori che si verificano durante il movimento: in altre parole, il sistema viaggia in linea retta o si muove su e giù o lateralmente mentre viaggia?

La precisione è data in relazione a un valore o riferimento “vero” o accettato. Per la precisione del posizionamento, il valore di riferimento è la posizione target. Per la precisione della corsa, il valore di riferimento è un piano di movimento definito sia nella direzione verticale (ovvero la planarità della corsa) che in direzione orizzontale (ovvero la rettilineità della corsa). Si noti che la precisione si riferisce alla distanza con cui viene raggiunta la posizione target quando ci si avvicina da entrambe le direzioni.

【Ripetibilità】

La ripetibilità definisce la precisione con cui un sistema ritorna alla stessa posizione dopo più tentativi. La ripetibilità può essere specificata come unidirezionale, il che significa che la specifica è valida quando ci si avvicina alla posizione dalla stessa direzione, o bidirezionale, il che significa che la specifica è valida quando ci si avvicina alla posizione da entrambe le direzioni.

Domanda: “Sto progettando un nuovo sistema di movimento lineare. Dovrei progettarlo per un'elevata precisione o ripetibilità? O entrambi?"

I sistemi lineari sono costituiti da quattro componenti di base – la base o struttura di montaggio, la guida lineare (o le guide), il meccanismo di azionamento e il motore – e ciascuno di questi svolge un ruolo nella precisione o ripetibilità del sistema. Anche i componenti secondari come giunti, connettori, piastre di montaggio, sensori e dispositivi di feedback influenzano le prestazioni del sistema. E anche i fattori che non sono facilmente controllabili, come le fluttuazioni di temperatura e le vibrazioni della macchina, influiscono sulle specifiche di precisione e ripetibilità di un sistema.

Quando si lavora per massimizzare la precisione del posizionamento, il meccanismo di azionamento dovrebbe in genere essere l'area di interesse. Le viti a ricircolo di sfere sono generalmente riconosciute come la scelta migliore per l'elevata precisione di posizionamento, specificata dalla classificazione dell'errore di passo o del grado di tolleranza. Ma anche le madreviti con chiocciole precaricate e i sistemi a pignone e cremagliera ad alta precisione sono in grado di fornire un'elevata precisione di posizionamento. La flessione e la vibrazione del sistema possono ridurre la precisione di posizionamento, pertanto anche la rigidità della struttura di montaggio, della guida lineare e delle connessioni tra i componenti è importante per i sistemi che richiedono un'elevata precisione di posizionamento.

Al contrario, la precisione della corsa di un sistema dipende quasi interamente dalla struttura di montaggio e dal sistema di guida lineare. La maggior parte delle guide lineari a ricircolo sono specificate dalla classe di precisione, che definisce le deviazioni massime in altezza, parallelismo e rettilineità durante la corsa. Ma una guida lineare è “precisa” tanto quanto la superficie su cui è montata, quindi la struttura di montaggio è un fattore importante. Il montaggio di una guida lineare di "precisione" su una base non lavorata o su un'estrusione di alluminio annulla le prestazioni di precisione della corsa della guida.

La ripetibilità di un sistema lineare è determinata principalmente dal meccanismo di azionamento, ovvero dalla precisione di passo di una vite, dalla deviazione del passo dei denti e dall'allungamento massimo di una cinghia o dal gioco in un sistema a pignone e cremagliera. Il modo migliore per migliorare la ripetibilità è rimuovere il gioco nel meccanismo di azionamento. Le viti a ricircolo di sfere sono spesso specificate con precarico per eliminare il gioco e molti modelli di viti di comando offrono anche gioco zero. I sistemi a cremagliera e pignone presentano intrinsecamente un gioco tra la cremagliera e i denti del pignone, ma i design a doppio pignone e pignone diviso eliminano questo gioco.

Se il sistema è soggetto a fluttuazioni di temperatura significative, anche l'espansione e la contrazione dei componenti dovute agli effetti termici possono ridurre la ripetibilità del sistema. A differenza della precisione del posizionamento o della corsa, la ripetibilità di un sistema non può essere migliorata tramite feedback e controllo. L'unico modo per migliorare la ripetibilità di un sistema lineare è utilizzare un azionamento con maggiore ripetibilità.

Se un progettista o un ingegnere debba preoccuparsi maggiormente della precisione o della ripetibilità dipende dal tipo di applicazione. Nelle applicazioni di posizionamento, come pick and place o assemblaggio, l'accuratezza del posizionamento e la ripetibilità sono spesso i fattori più critici. Ma in applicazioni come l'erogazione, il taglio o la saldatura, dove l'uniformità e la precisione del processo durante la corsa sono fondamentali, la precisione della corsa dovrebbe essere l'obiettivo principale.