구성품 선택과 기계 설계는 시스템 정확성과 반복성에 영향을 미칩니다.

이 질문에 답하기 전에 선형 시스템의 정확성과 반복성을 정의해 보겠습니다.

【정확성】

선형 모션에는 일반적으로 위치 정확도와 이동 정확도라는 두 가지 정확도 범주가 있습니다. 위치 정확도는 시스템의 목표 위치와 시스템이 도달한 실제 위치 간의 차이를 지정합니다. 이동 정확도는 이동 중에 발생하는 오류를 지정합니다. 즉, 시스템이 직선으로 이동합니까, 아니면 이동하면서 상하 또는 좌우로 이동합니까?

정확도는 "참" 또는 허용되는 값 또는 참조와 관련하여 제공됩니다. 위치 정확도를 위해 기준값은 목표 위치입니다. 이동 정확도의 경우 기준 값은 수직 방향(이동의 평탄성이라고도 함)과 수평 방향(이동의 직진성이라고도 함) 모두에서 정의된 동작 평면입니다. 정확도는 어느 방향에서든 접근할 때 목표 위치에 얼마나 가깝게 도달하는지와 관련이 있습니다.

【반복성】

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

질문: “저는 새로운 선형 모션 시스템을 설계하고 있습니다. 높은 정확도나 반복성을 고려하여 설계해야 합니까? 아니면 둘 다?”

선형 시스템은 베이스 또는 장착 구조, 선형 가이드(또는 가이드), 구동 메커니즘, 모터 등 4가지 기본 구성요소로 구성되며, 이들 각각은 시스템의 정확성이나 반복성에 일정한 역할을 합니다. 커플링, 커넥터, 장착 플레이트, 센서 및 피드백 장치와 같은 보조 구성 요소도 시스템 성능에 영향을 미칩니다. 온도 변동, 기계 진동 등 쉽게 제어할 수 없는 요소도 시스템의 정확성과 반복성 사양에 영향을 미칩니다.

위치 정확도를 최대화하기 위해 작업할 때 일반적으로 구동 메커니즘이 초점 영역이 되어야 합니다. 볼 스크류는 일반적으로 리드 오류 또는 공차 등급 분류에 따라 지정되는 높은 위치 정확도를 위한 최선의 선택으로 인식됩니다. 그러나 예압된 너트가 있는 리드 스크류와 고정밀 랙 및 피니언 시스템도 높은 위치 정확도를 제공할 수 있습니다. 시스템이 휘거나 진동하면 위치 정확도가 저하될 수 있으므로 높은 위치 정확도가 필요한 시스템에서는 장착 구조, 선형 가이드 및 구성 요소 간 연결의 강성도 중요합니다.

이와 대조적으로 시스템의 이동 정확도는 거의 전적으로 장착 구조와 선형 가이드 시스템에 따라 달라집니다. 대부분의 재순환 선형 가이드는 이동 중 높이, 평행도 및 직진도의 최대 편차를 정의하는 정확도 등급으로 지정됩니다. 그러나 선형 가이드는 장착되는 표면만큼만 "정확"하므로 장착 구조가 중요한 요소입니다. 가공되지 않은 베이스나 알루미늄 압출재에 "정밀" 정확도 선형 가이드를 장착하면 가이드의 이동 정확도 성능이 무효화됩니다.

선형 시스템의 반복성은 주로 구동 메커니즘, 즉 나사의 리드 정확도, 톱니 피치 편차 및 벨트의 최대 신축성 또는 랙 및 피니언 시스템의 백래시에 의해 결정됩니다. 반복성을 향상시키는 가장 좋은 방법은 드라이브 메커니즘에서 유격이나 여유 공간을 제거하는 것입니다. 볼 스크류에는 백래시를 제거하기 위해 예압이 지정되는 경우가 많으며, 많은 리드 스크류 설계에서는 백래시가 전혀 없습니다. 랙 앤 피니언 시스템에는 본질적으로 기어 랙과 피니언 톱니 사이에 백래시가 있지만 이중 피니언 및 분할 피니언 설계는 이 백래시를 제거합니다.

시스템에 심각한 온도 변동이 발생하는 경우 열 효과로 인한 구성 요소의 팽창 및 수축으로 인해 시스템의 반복성이 저하될 수도 있습니다. 포지셔닝이나 이동 정확도와 달리 시스템의 반복성은 피드백과 제어를 통해 향상될 수 없습니다. 선형 시스템의 반복성을 향상시키는 유일한 방법은 반복성이 더 높은 드라이브를 사용하는 것입니다.

설계자나 엔지니어가 정확도나 반복성에 더 관심을 가져야 하는지 여부는 애플리케이션 유형에 따라 다릅니다. 픽 앤 플레이스 또는 조립과 같은 위치 지정 애플리케이션에서는 위치 정확도와 반복성이 가장 중요한 요소인 경우가 많습니다. 그러나 이동 중 프로세스의 균일성과 정확성이 중요한 분배, 절단 또는 용접과 같은 응용 분야에서는 이동 정확도가 주요 초점이 되어야 합니다.