정확도(Accuracy)

자동화 설비에서 제품이나 장치를 특정 위치로 이동시킬 때 중요한 것은 실제로 도달한 위치가 목표로 한 위치와 얼마나 가까운가입니다.

이처럼 실제 결과가 목표값이나 기준값에 얼마나 가까운지를 나타내는 개념이 정확도(Accuracy)입니다.

한 줄 정의

정확도(Accuracy)는 측정값이나 실제 위치가 목표값 또는 기준값에 얼마나 가까운지를 나타내는 성능입니다.

정확도란?

예를 들어 자동화 장비가 제품을 정확히 100mm 위치로 이동시키도록 설계되었다고 생각해 보겠습니다.

실제 측정 결과가 100.01mm라면 목표 위치와 매우 가깝기 때문에 높은 정확도를 가진다고 볼 수 있습니다.

반대로 실제 위치가 100.5mm라면 목표 위치와의 차이가 크므로 정확도가 낮다고 볼 수 있습니다.

즉, 정확도는 “목표값에 얼마나 가까운가?”를 판단하는 개념입니다.

쉽게 생각하면

과녁의 정중앙을 목표 위치라고 생각하면 쉽습니다. 화살이 과녁 중앙에 가까울수록 정확도가 높은 것입니다. 여러 발의 화살이 서로 가까이 모여 있는지는 반복정밀도와 관련된 개념입니다.

정확도와 반복정밀도의 차이

정확도와 반복정밀도는 자동화 설비에서 자주 함께 사용되지만 의미는 다릅니다.

정확도(Accuracy) : 실제 결과가 목표값에 얼마나 가까운가
반복정밀도(Repeatability) : 같은 동작을 반복했을 때 결과가 얼마나 일정한가

예를 들어 목표 위치가 100mm인데 장치가 99.8mm, 99.81mm, 99.79mm에서 반복 정지한다고 가정해 보겠습니다.

세 위치가 서로 매우 가깝기 때문에 반복정밀도는 높습니다. 하지만 목표 위치인 100mm에서는 약 0.2mm 벗어나 있으므로 정확도에는 오차가 있습니다.

따라서 반복정밀도가 높다고 해서 반드시 정확도가 높은 것은 아닙니다.

정확도와 정밀도를 구분해야 하는 이유

일상적으로는 정확도와 정밀도를 비슷한 의미로 사용하는 경우가 많지만, 기계 설계에서는 구분해서 생각하는 것이 좋습니다.

정확도는 기준값이나 목표값과의 차이를 보고, 반복정밀도는 반복 결과들이 서로 얼마나 모여 있는지를 봅니다.

따라서 다음과 같은 경우가 가능합니다.

정확도 높음 + 반복정밀도 높음 → 목표 위치에 정확하게 반복 도달
정확도 낮음 + 반복정밀도 높음 → 항상 같은 위치에 가지만 목표 위치에서 벗어남
정확도 높음 + 반복정밀도 낮음 → 평균적으로는 목표에 가깝지만 반복 위치의 편차가 큼
정확도 낮음 + 반복정밀도 낮음 → 목표에서도 벗어나고 반복 위치도 일정하지 않음

자동화 설비에서 정확도가 중요한 경우

모든 자동화 설비가 높은 위치 정확도를 필요로 하는 것은 아닙니다. 공정에서 요구하는 위치 오차의 크기에 따라 필요한 정확도를 결정해야 합니다.

정밀 가공 위치로 제품을 이동시키는 경우
부품을 정해진 위치에 조립하는 경우
카메라나 센서의 검사 위치를 맞춰야 하는 경우
로봇이 특정 위치에서 제품을 픽업하는 경우
다른 부품과 위치를 정확하게 맞춰야 하는 경우

정확도에 영향을 주는 요소

실제 설비의 정확도는 하나의 부품 성능만으로 결정되지 않습니다. 구동계와 기구부, 제어부, 제품 자체의 오차가 모두 영향을 줄 수 있습니다.

1. 기구적인 오차

가이드의 조립 오차, 부품의 가공 오차, 축의 휨, 구조물의 변형 등이 실제 위치에 영향을 줄 수 있습니다.

2. 백래시와 유격

기어, 볼스크류, 감속기 등의 구동계에 백래시나 유격이 있으면 명령한 위치와 실제 위치 사이에 차이가 발생할 수 있습니다.

3. 조립 오차

각 부품의 가공 치수가 정확하더라도 조립 과정에서 중심이나 각도가 틀어지면 최종 위치의 정확도가 떨어질 수 있습니다.

4. 하중과 변형

제품의 무게나 외부 하중으로 구조물이 변형되면 무부하 상태에서 맞춰 놓은 위치와 실제 작업 위치가 달라질 수 있습니다.

5. 제어 및 보정

서보모터나 위치 제어 시스템에서는 엔코더의 검출값, 원점 위치, 보정값 등에 따라서도 실제 위치 정확도가 달라질 수 있습니다.

정확도를 높이는 방법

제품의 기준면과 기준 위치를 명확하게 설정합니다.
필요한 수준에 맞는 정밀도의 구동 부품을 선정합니다.
백래시와 유격이 문제가 되는 구간을 최소화합니다.
구조물의 강성을 충분히 확보하여 하중에 의한 변형을 줄입니다.
가공 및 조립 공차를 검토합니다.
필요한 경우 센서나 엔코더를 이용하여 실제 위치를 검출하고 보정합니다.

정확도는 어떻게 표현하는가?

정확도는 설비의 목적과 제조사 기준에 따라 여러 방식으로 표현할 수 있습니다.

±0.1mm와 같이 목표 위치에 대한 허용 오차로 표현
최대 위치 오차로 표현
측정값과 기준값의 차이로 표현

다만 제품 카탈로그에서 Accuracy라는 표현이 사용되더라도 제조사마다 측정 조건과 정의가 다를 수 있습니다. 따라서 수치만 비교하기보다는 측정 조건과 적용 기준을 함께 확인해야 합니다.

설계 TIP

자동화 설비에서 목표 위치가 정확하더라도 실제 제품이 그 위치에 정확하게 놓인다는 보장은 없습니다.

예를 들어 서보모터가 명령 위치에 정확하게 정지하더라도 지그의 유격이나 제품과 가이드 사이의 틈, 구조물의 변형 때문에 제품의 실제 위치는 달라질 수 있습니다.

따라서 위치 정확도가 중요한 설비에서는 모터의 위치 정확도만 확인하지 말고 기준면 → 구동부 → 위치결정 → 제품까지 전체 위치결정 경로를 함께 검토하는 것이 좋습니다.

특히 “구동축의 정확도”와 “제품의 최종 위치 정확도”는 서로 다른 문제라는 점을 기억하면 설계 오류를 줄이는 데 도움이 됩니다.