반복정밀도(Repeatability)

자동화 설비에서는 제품이나 장치가 한 번 정확한 위치로 이동하는 것보다 같은 동작을 여러 번 반복했을 때 항상 비슷한 위치에 도달하는 것이 더 중요한 경우가 많습니다.

이때 사용하는 개념이 반복정밀도(Repeatability)입니다.

한 줄 정의

반복정밀도(Repeatability)는 동일한 조건에서 같은 동작을 반복했을 때 목표 위치에 얼마나 일관되게 도달하는지를 나타내는 성능입니다.

반복정밀도(Repeatability)란?

예를 들어 자동화 장비의 실린더가 제품을 특정 위치까지 밀어준다고 생각해 보겠습니다.

첫 번째 동작에서는 기준 위치에서 0.02mm 벗어나고, 두 번째에서는 0.01mm, 세 번째에서는 0.03mm 벗어났다고 하면 각각의 위치가 조금씩 달라집니다.

이처럼 같은 동작을 반복했을 때 위치가 얼마나 일정하게 유지되는지를 나타내는 것이 반복정밀도입니다.

반복정밀도(Repeatability) — 동일한 동작을 반복했을 때 도달 위치의 편차로 이해하는 반복정밀도

쉽게 생각하면

다트판의 같은 위치를 계속 맞히는 것과 비슷합니다. 여러 번 던졌을 때 화살이 서로 가까이 모여 있다면 반복정밀도가 높은 것입니다. 다만 그 위치가 목표점에서 멀리 떨어져 있다면 정확도는 낮을 수 있습니다.

반복정밀도와 정확도의 차이

반복정밀도를 이해할 때 가장 많이 헷갈리는 것이 정확도(Accuracy)와의 차이입니다.

정확도(Accuracy) : 목표로 한 위치에 얼마나 가깝게 도달하는가
반복정밀도(Repeatability) : 같은 동작을 반복했을 때 얼마나 일정한 위치에 도달하는가

예를 들어 목표 위치가 100mm인데 장치가 매번 99.8mm 부근에 정지한다고 가정해 보겠습니다.

매번 99.8mm 근처에 정지한다면 반복정밀도는 높지만 목표 위치에 대한 정확도에는 오차가 있는 상태라고 볼 수 있습니다.

반대로 99.5mm, 100.2mm, 100.6mm처럼 위치가 계속 달라진다면 목표 위치의 평균값이 100mm에 가깝더라도 반복정밀도는 낮다고 볼 수 있습니다.

자동화 설비에서 반복정밀도가 중요한 이유

자동화 설비는 동일한 동작을 수백 번, 수천 번 또는 그 이상 반복하기 때문에 한 번의 오차보다 반복될 때 발생하는 위치 편차가 중요합니다.

제품을 동일한 위치에서 가공해야 하는 경우
검사 센서의 측정 위치를 일정하게 유지해야 하는 경우
로봇이나 액추에이터가 제품을 반복해서 집어야 하는 경우
조립 공정에서 부품의 위치를 일정하게 맞춰야 하는 경우
제품을 정해진 위치에 정렬한 후 다음 공정으로 보내야 하는 경우

반복정밀도에 영향을 주는 요소

반복정밀도는 하나의 부품이나 장치만으로 결정되지 않습니다. 구동계와 위치결정 구조, 제품 상태 등이 함께 영향을 줍니다.

1. 구동부의 유격

볼스크류, 기어, 벨트, 체인 등의 구동계에 유격이나 백래시가 있으면 이동 방향이 바뀔 때 위치 편차가 발생할 수 있습니다.

2. 위치결정 구조

스토퍼, 가이드, 위치결정 핀 등의 구조가 안정적이지 않으면 제품이 매번 조금씩 다른 위치에 놓일 수 있습니다.

3. 부품의 강성

제품이나 지그가 하중에 의해 변형되면 구동 위치가 같더라도 실제 제품의 위치가 달라질 수 있습니다.

4. 마찰과 하중

제품의 무게, 마찰력, 실린더 추력, 외부 하중 등이 달라지면 정지 위치에 영향을 줄 수 있습니다.

5. 센서 및 검출 조건

센서의 검출 위치와 검출 편차도 최종적인 반복 위치에 영향을 줄 수 있습니다.

반복정밀도를 높이는 방법

가능하면 제품의 기준면을 명확하게 설정합니다.
제품을 위치결정 핀이나 기준면에 안정적으로 밀착시킵니다.
구동계의 백래시와 유격을 최소화합니다.
필요한 정밀도에 맞는 LM가이드, 볼스크류 등의 부품을 선정합니다.
스토퍼에 충격이 반복적으로 발생한다면 쇼크 업소버 등을 검토합니다.
제품의 흔들림이나 기울어짐을 방지할 수 있도록 가이드 구조를 설계합니다.
제품의 무게와 형상이 반복 동작마다 크게 변하지 않도록 합니다.

반복정밀도는 어떻게 표현하는가?

반복정밀도는 일반적으로 ±값 또는 위치 편차의 형태로 표현합니다.

예를 들어 어떤 위치결정 장치의 반복정밀도가 ±0.05mm라고 표시되어 있다면 동일한 조건에서 반복 동작했을 때 기준 위치에 대해 일정 범위 내에서 위치가 반복된다는 의미로 이해할 수 있습니다.

다만 제조사마다 측정 조건과 표기 방법이 다를 수 있으므로 정격 하중, 이동 속도, 측정 방향, 측정 횟수 등의 조건을 함께 확인해야 합니다.

설계 TIP

자동화 설비에서 필요한 반복정밀도를 무조건 높은 사양으로 선정할 필요는 없습니다.

예를 들어 센서 검출 위치가 제품에 크게 영향을 받지 않는 공정이라면 매우 높은 반복정밀도가 필요하지 않을 수 있습니다. 반대로 정밀 조립이나 가공 공정이라면 구동부뿐만 아니라 제품 기준면, 지그, 위치결정 핀, 가이드의 정밀도까지 함께 검토해야 합니다.

특히 중요한 점은 구동축의 반복정밀도가 높다고 해서 전체 설비의 반복정밀도가 자동으로 높아지는 것은 아니라는 것입니다.

실제 제품이 놓이는 부분에 유격이나 변형이 있다면 전체 시스템에서는 더 큰 위치 편차가 발생할 수 있습니다.