구성 요소 선택과 기계 설계는 시스템 정확도와 반복성에 영향을 미칩니다.

이 질문에 답하기 전에 선형 시스템의 정확도와 반복성을 정의해 보겠습니다.

【정확성】

선형 운동에서는 일반적으로 위치 정확도와 이동 정확도라는 두 가지 범주의 정확도가 있습니다. 위치 정확도는 시스템의 목표 위치와 실제 도달 위치 사이의 차이를 나타냅니다. 이동 정확도는 이동 중 발생하는 오차를 나타냅니다. 즉, 시스템이 직선으로 이동하는지, 아니면 상하좌우로 이동하는지 여부를 나타냅니다.

정확도는 "참" 또는 허용된 값 또는 기준값과 관련하여 주어집니다. 위치 정확도의 경우, 기준값은 목표 위치입니다. 이동 정확도의 경우, 기준값은 수직 방향(이동의 평탄도)과 수평 방향(이동의 직진도) 모두에서 정의된 운동 평면입니다. 정확도는 어느 방향에서든 목표 위치에 얼마나 가까이 도달하는지와 관련이 있습니다.

【반복성】

반복성은 시스템이 여러 번의 시도를 통해 동일한 위치로 얼마나 정확하게 복귀하는지를 정의합니다. 반복성은 단방향(동일한 방향에서 해당 위치에 접근할 때 사양이 유효함) 또는 양방향(어느 방향에서든 해당 위치에 접근할 때 사양이 유효함)으로 지정할 수 있습니다.

질문: "새로운 선형 운동 시스템을 설계하고 있습니다. 높은 정확도와 반복성을 중시해야 할까요? 아니면 둘 다 중시해야 할까요?"

선형 시스템은 베이스 또는 장착 구조, 선형 가이드(들), 구동 장치, 모터의 네 가지 기본 구성 요소로 구성되며, 각 구성 요소는 시스템의 정확도 또는 반복성에 영향을 미칩니다. 커플링, 커넥터, 장착 플레이트, 센서, 피드백 장치와 같은 보조 구성 요소 또한 시스템 성능에 영향을 미칩니다. 온도 변동이나 기계 진동처럼 쉽게 제어할 수 없는 요소조차도 시스템의 정확도 및 반복성 사양에 영향을 미칩니다.

위치 결정 정확도를 극대화하기 위해 작업할 때는 일반적으로 구동 메커니즘에 초점을 맞춰야 합니다. 볼 스크류는 일반적으로 높은 위치 결정 정확도를 위한 최선의 선택으로 인식되며, 이는 리드 오차 또는 공차 등급으로 표시됩니다. 하지만 예압 너트가 장착된 리드 스크류와 고정밀 랙 앤 피니언 시스템 또한 높은 위치 결정 정확도를 제공할 수 있습니다. 시스템의 휨 및 진동은 위치 결정 정확도를 저하시킬 수 있으므로, 높은 위치 결정 정확도가 필요한 시스템의 경우 장착 구조, 리니어 가이드 및 구성 요소 간 연결부의 강성 또한 중요합니다.

반면, 시스템의 이동 정확도는 거의 전적으로 장착 구조와 리니어 가이드 시스템에 따라 달라집니다. 대부분의 재순환 리니어 가이드는 이동 중 높이, 평행도, 직진도의 최대 편차를 정의하는 정확도 등급으로 지정됩니다. 하지만 리니어 가이드의 "정확도"는 장착되는 표면의 "정확도"에 달려 있으므로 장착 구조가 중요한 요소입니다. "정밀" 정확도의 리니어 가이드를 가공되지 않은 베이스나 알루미늄 압출재에 장착하면 가이드의 이동 정확도 성능이 저하됩니다.

선형 시스템의 반복성은 주로 구동 메커니즘, 즉 스크류의 리드 정확도, 벨트의 톱니 피치 편차 및 최대 신축량, 또는 랙-피니언 시스템의 백래시에 의해 결정됩니다. 반복성을 향상시키는 가장 좋은 방법은 구동 메커니즘의 유격 또는 간극을 제거하는 것입니다. 볼 스크류는 백래시를 제거하기 위해 예압을 적용하는 경우가 많으며, 많은 리드 스크류 설계는 백래시를 0으로 제공합니다. 랙-피니언 시스템은 기어 랙과 피니언 톱니 사이에 백래시가 발생하지만, 듀얼 피니언 및 분할 피니언 설계는 이 백래시를 제거합니다.

시스템에 상당한 온도 변동이 발생하는 경우, 열 효과로 인한 부품의 팽창 및 수축으로 인해 시스템의 반복성이 저하될 수 있습니다. 위치 결정이나 이동 정확도와 달리 시스템의 반복성은 피드백 및 제어를 통해 개선될 수 없습니다. 선형 시스템의 반복성을 개선하는 유일한 방법은 반복성이 더 높은 드라이브를 사용하는 것입니다.

설계자와 엔지니어가 정확성과 반복성 중 어느 것에 더 중점을 두어야 하는지는 적용 분야에 따라 달라집니다. 픽앤플레이스나 조립과 같은 위치 결정 분야에서는 위치 정확도와 반복성이 가장 중요한 요소입니다. 하지만 디스펜싱, 절단, 용접과 같이 이동 중 공정의 균일성과 정확성이 중요한 분야에서는 이동 정확도가 가장 중요한 고려 사항입니다.