3.7.2 Genauigkeit, Wiederholgenauigkeit und Auflösung
Manipulatoren und mechanische Durchführungen haben verschiedenste Aufgabenstellungen. Sie reichen von kontinuierlichen Linear- und Drehbewegungen mit vorgegebenen Geschwindigkeiten bis zu präzisen Positionierungsaufgaben. Proben zur Analyse transportieren, Serienprodukte zwischen Prozesskammern verfahren, oder Messköpfe an ihre Messstelle positionieren – solche Aufgaben erfordern oft nur Positionsgenauigkeiten von 0,1 bis 1 mm. Andere Positioniervorgänge erfordern präziseste Wiederholgenauigkeiten von wenigen Mikrometern oder bei Aufgaben wie Scanvorgängen feinste Auflösungen von 1 µm.
Um Anforderungen zur Auswahl eines Manipulators oder einer mechanischen Durchführung richtig benennen zu können, sind das Verständnis der folgenden Begriffsdefinitionen sowie, die Kenntnis der Eigenschaften und Fehlerquellen der Geräte wichtig.
Die Genauigkeit (Präzision) beschreibt die Abweichung zwischen der gewünschten Position und der wirklich erreichten Position. Startend von einer Position, manuell über eine Skala abgelesen oder motorisch angefahren, endend bei einer Position, die sich nach einer definierten Anzahl von Skalenbewegungen oder Motorschritten ergibt.
Die Genauigkeit folgt demnach aus einer Vielzahl von Faktoren. Ohne den Anspruch auf Vollständigkeit erheben zu wollen, hier einige Aspekte, die häufig betrachtet werden müssen: Wie genau lässt sich die Skala ablesen? Wie genau lässt sich das Stellrad bewegen? Wie groß ist die Unterteilung der Motorschritte? Folgt die Bewegung exakt dem Motorschritt? Außerdem sind die Eigenschaften der Führungs- und Antriebsbauteile entscheidend für die Genauigkeit: Wie groß ist der Steigungsfehler und das Spiel eines Spindeltriebes? Wie groß sind die Abweichung von der idealen Führungslinie einer Linearführung? Weiterhin bewirken externe Lasten durch Anbauten oder durch den Luftdruck Verformungen in der Antriebs- und Führungseinheit. Sind Manipulatoren nicht ausreichend stabil aufgebaut, neigt sich der verfahrbare Flansch beim Evakuieren relativ zum Anschlussflansch.
Die Wiederholgenauigkeit beschreibt die Abweichung, mit der eine bestimmte Position wieder zu erreichen ist. Sie ist besser oder gleich der Genauigkeit, da nicht sämtliche Fehlerquellen eingehen. Z. B. wirken sich der Spindelsteigungsfehler oder die Führungsabweichung hier nicht aus, wohl aber das Spiel in den Bauteilen.
Die Auflösung beschreibt die kleinste mögliche Schrittweite einer Bewegung. Steigungsfehler oder Führungsgenauigkeit wirken sich auch hier nicht aus. Die Ablesbarkeit der Skala oder die kleinste Schrittweite des Motors sind hier entscheidend. Voraussetzung ist hier, dass die Führungs- und Antriebseinheit der Vorgabe folgt. Kommt es z. B. aufgrund der Elastizität der Bauteile und des Unterschieds zwischen Haft- und Gleitreibung zu Wegsprüngen unter den Gleitreibungspartnern (Stick-Slip-Effekt), können solche Effekte die Auflösung bestimmen. Kugelumlaufsysteme sind frei von solchen Effekten und sind bei anspruchsvollen Positionierungsaufgaben einer Gleitführung vorzuziehen.
