그렇다면 어떻게 하면 이를 피할 수 있을까요?

갠트리는 평행한 두 개의 기본(X) 축과 이들을 수직으로 연결하는 (Y) 축을 사용한다는 점에서 다른 유형의 다축 시스템(예: 카르테시안 로봇 및 XY 테이블)과 차이가 있습니다. 이러한 이중 X축 배열은 넓고 안정적인 지지면을 제공하고 갠트리 시스템이 높은 하중 용량, 긴 이동 거리 및 우수한 강성을 구현할 수 있도록 하지만, 흔히 래킹(racking)이라고 불리는 현상을 유발할 수도 있습니다.

두 개의 선형 축이 병렬로 장착 및 연결될 경우, 축들이 완벽하게 동기화되지 않을 위험이 있습니다. 즉, 움직이는 동안 한 X축이 다른 축보다 뒤처질 수 있으며, 앞서가는 축이 뒤처진 축을 끌어당기려 할 것입니다. 이러한 현상이 발생하면 연결된 (Y)축이 기울어져 두 X축에 더 이상 수직이 아니게 될 수 있습니다. X축과 Y축이 직교성을 잃는 현상을 래킹(racking)이라고 하며, 이는 시스템이 X 방향으로 움직일 때 바인딩을 유발할 뿐만 아니라 X축과 Y축 모두에 손상을 줄 수 있는 힘을 발생시킬 수 있습니다.

갠트리 시스템에서 랙킹 현상은 다양한 설계 및 조립 요인으로 인해 발생할 수 있지만, 가장 큰 영향을 미치는 요인 중 하나는 X축 구동 방식입니다. 두 개의 X축이 병렬로 연결된 경우, 설계자는 각 X축을 독립적으로 구동하거나, 한 축을 구동하고 다른 축을 "슬레이브" 또는 "팔로워" 축으로 처리하는 방식을 선택할 수 있습니다.

두 X축 사이의 거리가 비교적 짧은(Y축 스트로크가 짧은) 저속 애플리케이션에서는 하나의 X축만 구동하고 다른 X축은 구동 메커니즘 없이 추종축으로 사용하는 것이 허용될 수 있습니다. 이러한 설계에서 핵심적인 고려 사항은 축 간 연결의 강성, 즉 Y축의 강성입니다.

구동축이 비구동축을 "끌어당기는" 구조이기 때문에, 두 축 사이의 연결부에 굽힘, 비틀림 또는 기타 비강성 변형이 발생하면 두 X축 사이의 마찰이나 하중 차이가 즉시 랙킹 및 바인딩으로 이어질 수 있습니다. Y축이 길수록 강성은 더욱 떨어집니다. 따라서 X축 사이의 거리가 1미터 미만인 경우에는 일반적으로 "구동-추종" 방식이 권장됩니다.

보다 정교한 구동 방식은 각 축에 별도의 모터를 사용하고, 컨트롤러를 통해 마스터-슬레이브 방식으로 모터를 동기화하는 것입니다. 하지만 이 방식에서는 기계식 구동 장치의 이동 오차가 완벽하게(또는 거의 완벽하게) 일치해야 합니다. 그렇지 않으면 모터 회전당 각 축의 이동 거리에 미세한 차이가 발생하여 랙킹이나 바인딩 현상이 나타날 수 있습니다.

고속 정밀 갠트리 시스템에는 일반적으로 볼 스크류와 랙 앤 피니언 드라이브가 구동 메커니즘으로 선호됩니다. 이 두 기술 모두 각 축의 선형 오차를 유사하게 맞추도록 선택적으로 매칭할 수 있어, 매칭되지 않은 구동 어셈블리에서 발생할 수 있는 오차 누적을 방지할 수 있습니다. 벨트 및 체인 드라이브는 피치 오차가 발생하여 매칭 및 보정이 어렵기 때문에 X축이 독립적으로 구동되는 갠트리 시스템에는 일반적으로 권장되지 않습니다. 반면, 리니어 모터는 기계적 오차가 없고 긴 이동 거리와 고속 구동이 가능하므로 갠트리 시스템의 병렬 축에 매우 적합한 선택입니다.

앞서 설명한 두 가지 옵션의 절충안이라고 할 수 있는 또 다른 해결책은 하나의 모터로 두 개의 X축을 모두 구동하는 것입니다. 이는 모터로 구동되는 축의 출력을 거리 커플링(연결 샤프트라고도 함)을 통해 두 번째 축의 입력에 연결함으로써 구현할 수 있습니다. 이 구성은 두 번째 모터(및 그에 따른 동기화 필요성)를 없애줍니다.

하지만 거리 커플링의 비틀림 강성은 중요합니다. 축 사이에 전달되는 토크로 인해 커플링에 "꼬임" 현상이 발생하면 랙킹 및 바인딩이 여전히 발생할 수 있습니다. 이 구성은 X축 간 거리가 1~3미터이고 하중 및 속도 요구 사항이 중간 정도일 때 적합한 경우가 많습니다.

갠트리 시스템에서 랙킹 현상을 유발하는 또 다른 요인은 두 X축 사이의 장착 정확도 및 평행도 부족입니다. 두 개의 선형 가이드를 평행하게 장착하고 작동시킬 때는 베어링 과부하를 방지하기 위해 평행도, 평탄도 및 직진도에 대한 특정 허용 오차가 필요합니다. 갠트리 시스템에서는 Y축 이동 거리가 길어 X축 사이의 간격이 넓어지는 경향이 있는데, 이 경우 X축의 장착 및 평행도가 더욱 중요해지며, 각도 오차가 장거리에서 증폭됩니다.

다양한 가이드 기술은 평행도, 평탄도 및 직진도에 대해 서로 다른 수준의 정밀도를 요구합니다. 갠트리 시스템에서 평행 X축에 가장 적합한 선형 가이드 기술은 일반적으로 필요한 하중 지지력과 강성을 제공하면서도 장착 및 정렬 오류에 대한 허용 오차가 가장 큰 기술입니다.

볼 베어링 또는 롤러 베어링을 이용한 프로파일 레일 가이드는 일반적으로 모든 선형 가이드 기술 중에서 가장 높은 하중 지지력과 강성을 제공하지만, 병렬 구성으로 사용할 경우 걸림 현상을 방지하기 위해 매우 정밀한 장착 높이 및 평행도 공차가 필요합니다. 일부 제조업체는 정렬 불량을 어느 정도 보정할 수 있는 "자가 정렬" 기능을 갖춘 볼 베어링을 제공하지만, 이 경우 강성과 하중 지지력이 저하될 수 있습니다.

반면, 정밀 트랙에서 작동하는 가이드 휠은 ​​프로파일 레일 가이드보다 장착 및 정렬 정확도가 덜 요구됩니다. 두 개의 트랙을 병렬로 사용하는 경우에도, 다소 부정확한 표면에 장착하더라도 떨림이나 걸림과 같은 작동 문제를 일으키지 않습니다.

정렬은 다이얼 게이지나 와이어 같은 간단한 도구를 사용해서도 가능하지만, 갠트리 시스템의 경우 길이가 너무 길어 이러한 방법을 사용하는 것이 비실용적인 경우가 많습니다. 게다가 여러 개의 평행축과 수직축을 정렬하는 작업은 복잡성을 기하급수적으로 증가시키고 필요한 시간과 노동력을 늘려줍니다.

이러한 이유로 레이저 간섭계는 갠트리 축 사이의 직선도, 평탄도 및 직교성을 보장하는 데 가장 적합한 도구인 경우가 많습니다.