선형 운동 시스템의 정확도를 평가할 때, 흔히 구동 메커니즘의 위치 정확도와 반복성에 초점을 맞춥니다. 하지만 선형 시스템의 정확도(또는 부정확도)에 영향을 미치는 요소는 선형 오차, 각도 오차, 아베 오차 등 다양합니다. 이 세 가지 유형의 오차 중 아베 오차는 측정, 정량화, 그리고 방지가 가장 어렵지만, 가공, 측정, 고정밀 위치 제어 분야에서 바람직하지 않은 결과를 초래하는 가장 중요한 원인이 될 수 있습니다.

아베 오차는 각도 오차에서 시작됩니다. 아베 오차는 모션 시스템의 각도 오차와 공구 또는 하중 이송과 같은 관심 지점과 선형 축 스크류 또는 가이드웨이와 같은 오차 발생 지점 사이의 오프셋이 결합되어 발생합니다. 롤, 피치, 요라고도 하는 각도 오차는 선형 시스템이 세 축을 중심으로 회전함에 따라 발생하는 원치 않는 움직임입니다.

아래 그림과 같이 시스템이 X축을 따라 수평으로 움직일 때, 피치는 Y축을 중심으로 한 회전, 요는 Z축을 중심으로 한 회전, 롤은 X축을 중심으로 한 회전으로 정의됩니다.

롤, 피치, 요우 오차는 일반적으로 가이드 시스템의 부정확성으로 인해 발생하지만, 장착면 및 장착 방식 또한 각도 오차의 원인이 될 수 있습니다. 예를 들어, 정밀하게 가공되지 않은 장착면, 충분히 고정되지 않은 부품, 심지어 시스템과 장착면 사이의 열팽창률 차이까지도 선형 가이드 자체의 오차보다 더 큰 각도 오차를 유발할 수 있습니다.

교차 롤러 선형 베어링은 장착 오차에 특히 민감하다는 점에 유의하십시오. 높은 강성과 정밀도 때문에 다른 베어링 옵션에 비해 장착 오차에 대한 허용 범위가 좁습니다. 따라서 많은 선형 베어링 제조업체는 교차 롤러 베어링을 장착할 때는 몇 마이크로미터 이내의 변형만 발생할 것으로 예상되는 정밀하게 가공된 표면에만 장착할 것을 권장합니다.

아베 오차는 특히 문제가 되는데, 대부분의 경우 매우 작은 각도 오차를 증폭시키기 때문입니다. 이 오차는 오차를 유발하는 구성 요소로부터의 거리(아베 오프셋이라고 함)가 증가함에 따라 크기가 커집니다.

돌출 하중의 경우, 하중이 각도 오차의 원인으로부터 멀어질수록 아베 오차는 커집니다. 각도 오차의 원인은 일반적으로 가이드웨이 또는 장착면의 한 지점입니다. 더욱이, 다축 구성의 경우 각 축의 각도 오차가 누적되어 아베 오차가 더욱 복잡해집니다.

아베 오차를 최소화하는 가장 좋은 방법은 고정밀 가이드를 사용하고 장착면을 충분히 정밀 가공하여 시스템에 추가적인 오차를 발생시키지 않도록 하는 것입니다. 또한, 하중을 시스템 중심에 최대한 가깝게 배치하여 아베 오프셋을 줄이는 것도 아베 오차를 최소화하는 데 도움이 됩니다.

아베 오차는 레이저 간섭계 또는 시스템과 완전히 독립적인 다른 광학 장치를 사용하여 가장 정확하게 측정할 수 있습니다. 그러나 레이저 간섭계는 대부분의 환경에서 실용적이지 않으므로 아베 오차가 중요한 많은 응용 분야에서는 선형 엔코더가 사용됩니다. 이 경우 엔코더 판독 헤드를 공구 또는 하중과 같은 측정 대상 지점에 장착하면 아베 오차를 가장 정확하게 측정할 수 있습니다.

XY 테이블은 카르테시안 로봇과 같은 다른 유형의 다축 시스템에 비해 아베 오차에 덜 민감합니다. 이는 주로 캔틸레버 이동량을 최소화하고 일반적으로 Y축 캐리지의 중앙에 하중이 위치한 상태로 작동하기 때문입니다.

이상적인 상황에서 선형 운동 시스템은 완벽하게 평평하고 직선적인 움직임을 보이며 매번 오차 없이 목표 위치에 도달할 것입니다. 그러나 최고 수준의 정밀도를 자랑하는 선형 가이드 및 구동 장치(나사, 랙 앤 피니언, 벨트, 선형 모터)조차도 가공 공차, 취급, 장착, 심지어 적용 방식 등으로 인해 어느 정도의 오차가 발생합니다.

선형 운동 시스템에는 선형 오차, 각도 오차, 평면 오차의 세 가지 유형의 오차가 발생하며, 각 오차 유형은 시스템과 응용 분야에 서로 다른 영향을 미칩니다. 불필요하게 고정밀 부품을 구매하거나 응용 분야 요구 사항을 충족하지 못하는 시스템을 구축하는 것을 방지하려면 이러한 세 가지 유형의 선형 운동 오차와 그 원인을 이해하는 것이 중요합니다.

선형 시스템의 선형 오차: 선형 오차에는 위치 정확도와 반복성이 포함됩니다. 이러한 오차는 시스템이 원하는 위치에 도달하는 능력을 나타내기 때문에 위치 오차라고도 합니다. 선형 시스템에서 "정확도"라는 용어는 일반적으로 위치 정확도를 의미하며, 이는 목표 위치와 시스템이 실제로 도달한 위치 간의 편차를 나타냅니다. 반복성은 시스템이 여러 번 시도했을 때 동일한 위치로 얼마나 잘 복귀하는지를 나타냅니다. 선형 오차의 주요 원인은 구동 메커니즘(예: 스크류, 랙 앤 피니언 또는 선형 모터)이지만, 시스템의 튜닝 또한 목표 위치에 정확하고 반복적으로 도달하는 능력에 영향을 미칠 수 있습니다.

선형 시스템의 각도 오차

앞서 언급했듯이, 각도 오차는 관심 지점이 축을 중심으로 회전하는 오차입니다. 이러한 오차는 일반적으로 X, Y, Z축을 중심으로 한 회전을 나타내는 롤, 피치, 요 오차로 불립니다. 관심 지점이 테이블이나 슬라이드의 중심인 경우, 각도 오차는 응용 분야에 큰 영향을 미치지 않을 수 있습니다. 그러나 관심 지점이 테이블이나 슬라이드에서 어느 정도 떨어져 있는 경우, 거리에 따라 증폭되는 각도 오차인 아베 오차가 발생하여 특히 가공, 측정 및 조립 응용 분야에서 바람직하지 않은 결과를 초래할 수 있습니다. 각도 오차, 그리고 더 나아가 아베 오차의 주요 원인은 선형 가이드의 부정확성과 장착면의 가공 불량입니다.

선형 시스템의 평면 오차

평면 오차(흔히 직진도 및 평탄도 문제라고 함)는 시스템이 이동하는 동안 발생하지만, 축을 중심으로 한 회전이 아니라 이상적인 직선 기준면에서 벗어난 정도를 의미합니다. 직진도는 시스템이 X축을 따라 이동할 때 Y축을 따라 발생하는 움직임의 범위를 정의합니다. 마찬가지로 평탄도는 시스템이 X축을 따라 이동할 때 Z축을 따라 발생하는 움직임의 범위를 정의합니다.

여기서 기준점은 이동축(일반적으로 X축)이므로 평면 오차는 나머지 두 축을 따라 발생하는 움직임과 관련된 두 가지 유형만 있다는 점에 유의하십시오.

평면 오차는 시스템의 동작이 매우 중요한 분배, 가공 또는 측정과 같은 응용 분야에 치명적입니다. 다축 시스템에서 한 축의 평면 오차는 인접한 축(또는 축들)에 영향을 미치는데, 특히 XY 테이블, 평면 테이블 및 일부 직교 좌표계와 같이 축이 쌓여 있는 경우 더욱 그렇습니다.