부품 선정 및 기계 설계는 시스템의 정확도와 반복성에 영향을 미칩니다.

이 질문에 답하기 전에 선형 시스템의 정확도와 반복성을 정의해 보겠습니다.

【정확성】

직선 운동에서 정확도는 크게 위치 정확도와 이동 정확도의 두 가지 범주로 나뉩니다. 위치 정확도는 시스템의 목표 위치와 실제 도달 위치 간의 차이를 나타냅니다. 이동 정확도는 이동 중에 발생하는 오차, 즉 시스템이 직선으로 이동하는지 아니면 상하 또는 좌우로 흔들리는지를 나타냅니다.

정확도는 "참값" 또는 기준값에 대한 상대적인 값으로 나타냅니다. 위치 정확도의 경우 기준값은 목표물의 위치입니다. 이동 정확도의 경우 기준값은 수직 방향(이동의 평탄도)과 수평 방향(이동의 직선도) 모두에서 정의된 이동 평면입니다. 정확도는 어느 방향에서 접근하든 목표물 위치에 얼마나 근접하게 도달하는지와 관련이 있습니다.

【반복성】

반복성은 시스템이 여러 번 시도했을 때 얼마나 정확하게 동일한 위치로 복귀하는지를 나타냅니다. 반복성은 단방향 또는 양방향으로 지정할 수 있습니다. 단방향은 같은 방향에서 접근할 때만 유효한 사양이고, 양방향은 어느 방향에서 접근하든 유효한 사양입니다.

질문: "새로운 선형 운동 시스템을 설계하고 있습니다. 높은 정확도를 목표로 설계해야 할까요, 아니면 반복성을 목표로 설계해야 할까요? 아니면 둘 다 목표로 해야 할까요?"

선형 시스템은 기본 구성 요소인 베이스 또는 장착 구조, 선형 가이드(또는 가이드들), 구동 메커니즘 및 모터로 구성되며, 각 구성 요소는 시스템의 정확도 또는 반복성에 영향을 미칩니다. 커플링, 커넥터, 장착 플레이트, 센서 및 피드백 장치와 같은 보조 구성 요소 또한 시스템 성능에 영향을 줍니다. 또한 온도 변화 및 기계 진동과 같이 쉽게 제어하기 어려운 요소조차도 시스템의 정확도 및 반복성 사양에 영향을 미칩니다.

위치 정밀도를 극대화하려면 구동 메커니즘에 중점을 두는 것이 일반적입니다. 볼 스크류는 높은 위치 정밀도를 제공하는 데 가장 적합한 것으로 알려져 있으며, 이는 리드 오차 또는 공차 등급으로 표시됩니다. 하지만 예압 너트가 있는 리드 스크류와 고정밀 랙 앤 피니언 시스템 또한 높은 위치 정밀도를 제공할 수 있습니다. 시스템의 휨과 진동은 위치 정밀도를 저하시킬 수 있으므로, 높은 위치 정밀도가 요구되는 시스템에서는 장착 구조, 선형 가이드 및 구성 요소 간 연결부의 강성 또한 중요합니다.

반면, 시스템의 이동 정확도는 장착 구조와 선형 가이드 시스템에 거의 전적으로 좌우됩니다. 대부분의 순환식 선형 가이드는 정확도 등급으로 사양이 정해지는데, 이는 이동 중 높이, 평행도, 직진도의 최대 편차를 정의합니다. 하지만 선형 가이드의 정확도는 장착되는 표면의 정확도에 따라 결정되므로 장착 구조는 중요한 요소입니다. "정밀" 정확도의 선형 가이드를 가공되지 않은 베이스나 알루미늄 압출재에 장착하면 가이드의 이동 정확도 성능이 저하됩니다.

선형 시스템의 반복 정밀도는 주로 구동 메커니즘, 즉 스크류의 리드 정밀도, 벨트의 톱니 피치 편차 및 최대 늘어짐, 또는 랙 앤 피니언 시스템의 백래시에 의해 결정됩니다. 반복 정밀도를 향상시키는 가장 좋은 방법은 구동 메커니즘의 유격 또는 간극을 제거하는 것입니다. 볼 스크류는 백래시를 없애기 위해 예압이 적용되는 경우가 많으며, 많은 리드 스크류 설계 또한 백래시가 없는 것이 특징입니다. 랙 앤 피니언 시스템은 본질적으로 기어 랙과 피니언 톱니 사이에 백래시가 존재하지만, 이중 피니언 및 분할 피니언 설계는 이러한 백래시를 제거합니다.

시스템이 상당한 온도 변동을 겪을 경우, 열 효과로 인한 부품의 팽창 및 수축으로 인해 시스템의 반복성이 저하될 수 있습니다. 위치 정밀도나 이동 정밀도와는 달리, 시스템의 반복성은 피드백 및 제어를 통해 개선할 수 없습니다. 선형 시스템의 반복성을 향상시키는 유일한 방법은 반복성이 더 높은 구동 장치를 사용하는 것입니다.

설계자나 엔지니어가 정확성과 반복성 중 어느 것에 더 중점을 두어야 하는지는 적용 분야의 유형에 따라 다릅니다. 픽앤플레이스(pick and place)나 조립과 같은 위치 지정 응용 분야에서는 위치 정확성과 반복성이 가장 중요한 요소인 경우가 많습니다. 하지만 분배, 절단 또는 용접과 같이 이동 중 공정의 균일성과 정확성이 중요한 응용 분야에서는 이동 정확성에 더 집중해야 합니다.