完全なCMMマシンと測定ガイド

CMM マシンとは何ですか?

高度に自動化された方法で極めて正確な測定を行うことができるCNCタイプのマシンを想像してみてください。それがCMMマシンです！

CMMは「Coordinate Measuring Machine（座標測定機）」の略称です。柔軟性、精度、そしてスピードを兼ね備えた、究極の3D測定装置と言えるでしょう。

座標測定機の用途

座標測定機は、正確な測定が必要なあらゆる場面で役立ちます。測定対象が複雑で数が多いほど、CMMの使用はより有利になります。

CMMは通常、検査と品質管理に使用されます。つまり、部品が設計者の要件と仕様を満たしているかどうかを確認するために使用されます。

これらはまた、リバースエンジニアリング既存の部品の特徴を正確に測定します。

CMM マシンを発明したのは誰ですか?

最初のCMMマシンは1950年代にスコットランドのフェランティ社によって開発されました。航空宇宙産業や防衛産業における部品の精密測定に必要とされていました。初期のマシンは2軸の可動軸しかありませんでした。3軸マシンは1960年代にイタリアのDEAによって導入されました。コンピュータ制御は1970年代初頭に登場し、アメリカのシェフィールド社によって導入されました。

CMMマシンの種類

座標測定機には次の 5 つのタイプがあります。

• ブリッジ型CMM：最も一般的なこの設計では、CMMヘッドがブリッジ上に設置されます。ブリッジの片側はベッド上のレール上に設置され、もう片側はガイドレールを介さずにエアクッションなどの手段でベッド上に支持されます。
• カンチレバー CMM: カンチレバーはブリッジを片側のみでサポートします。
• ガントリーCMM：ガントリーはCNCルーターのように両側にガイドレールを備えています。通常、ガントリーCMMは最も大型のCMMであるため、追加のサポートが必要です。
• 水平アームCMM：カンチレバーをイメージしてください。ただし、ブリッジ全体が単一のアームに沿って上下に動き、それ自体の軸上を移動しません。これはCMMの中で最も精度が低いですが、自動車のボディなどの大型で薄い部品を測定できます。
• ポータブルアーム型CMM：これらの機械は関節式アームを採用しており、通常は手動で位置決めを行います。XYZ座標を直接測定するのではなく、各関節の回転位置と関節間の既知の長さから座標を計算します。

測定の種類に応じて、それぞれに長所と短所があります。これらのタイプは、測定対象の位置を決定する機械の構造を指します。プローブ測定対象部分に対する相対的な値です。

長所と短所を理解するのに役立つ便利な表を以下に示します。

プローブは通常、X、Y、Zの3次元に配置されます。しかし、より高度な機械ではプローブの角度を変更できるため、プローブが到達できない場所の測定も可能です。また、回転テーブルを使用することで、様々な形状へのアプローチ性を向上させることもできます。

CMMは花崗岩やアルミニウムで作られることが多く、エアベアリングを使用しています。

プローブは、測定を行う際に部品の表面がどこにあるかを判断するセンサーです。

プローブの種類は次のとおりです。

• 機械
• 光学
• レーザ
• 白い光

座標測定機は、おおよそ次の 3 つの一般的な方法で使用されます。

• 品質管理部門: ここでは、精度を最大限に高めるために、通常、温度と湿度が管理されたクリーン ルームに保管されます。
• 製造現場：CMMはCNC工作機械の間に設置されており、CMMと部品加工中の機械間の移動を最小限に抑えることで、製造セルの一部として検査を容易に行うことができます。これにより、測定をより早期に、そして場合によってはより頻繁に行うことができ、エラーの早期発見によるコスト削減につながります。
• ポータブル：ポータブルCMMは持ち運びが簡単です。現場での使用はもちろん、製造現場から離れた場所に持ち込んで現場で部品を測定することもできます。

CMM マシンの精度はどのくらいですか (CMM 精度)?

座標測定機の精度は様々です。一般的にはマイクロメートル単位以上の精度を目指していますが、実際にはそれほど単純ではありません。例えば、誤差はサイズに依存するため、CMMの測定誤差は測定対象の長さを変数とする簡潔な式で表される場合があります。

たとえば、Hexagon の Global Classic CMM は手頃な価格の汎用 CMM としてリストされており、その精度は次のように規定されています。

1.0 + L/300um

これらの測定値はミクロン単位で、Lはmm単位で指定します。例えば、10mmの長さを測定したいとします。その場合、計算式は1.0 + 10/300 = 1.0 + 1/30、つまり1.03ミクロンとなります。

1ミクロンは1mmの1000分の1、つまり約0.00003937インチです。つまり、10mmの長さを測った場合の誤差は0.00103mm、つまり0.00004055インチです。これは10分の1の半分以下、かなり小さな誤差です！

一方、測定しようとする値の10倍の精度が必要です。つまり、この測定値をその値の10倍、つまり0.00005インチまでしか信頼できないということです。それでも、かなり小さな誤差です。

製造現場でのCMM測定となると、状況はさらに複雑になります。CMMが温度管理された検査室に設置されていれば、状況は大きく改善されます。しかし、製造現場では温度がかなり変動する可能性があります。CMMが温度変動を補正する方法はいくつかありますが、完璧なものはありません。

CMMメーカーは温度範囲に基づいて精度を指定することが多く、ISO 10360-2規格のCMM精度によると、典型的な温度範囲は18～22℃（64～72℉）です。これは、夏場に作業現場の温度が86℉（約30℃）に達する場合を除き、良好な値です。その場合は、誤差に関する適切な仕様が定まりません。

メーカーによっては、精度仕様が異なる階段状または温度帯のセットを提供している場合があります。しかし、同じ部品のロットで、時間帯や曜日によって複数の温度範囲に該当する場合はどうなるでしょうか？

最悪の事態を想定した不確実性の予算を立てる必要が生じます。最悪の事態によって部品の許容範囲が許容できない値になった場合は、さらなるプロセス変更が必要になります。

• 温度がより好ましい範囲に下がる特定の時間帯に CMM の使用を制限できます。
• 特定の時間帯にのみ、許容誤差の低い部品やフィーチャを加工するように選択することもできます。
• より高性能なCMMは、ご希望の温度範囲に適した仕様を備えている可能性があります。価格がかなり高額になる場合もありますが、それだけの価値があるかもしれません。

もちろん、これらの対策は作業を正確にスケジュールする能力に悪影響を及ぼします。そこで突然、作業現場の空調管理を改善するのは価値のある投資かもしれないと考えるようになるかもしれません。

この測定作業全体が、いかにして非常に面倒なものになるかがおわかりいただけると思います。

もう一つの重要な要素は、CMMで検査する公差をどのように指定するかです。ゴールドスタンダードは幾何公差（GD&T）です。詳しくは、GD&T入門コースをご覧ください。

CMMソフトウェア

CMMは様々なソフトウェアを実行します。その標準規格はDMIS（Dimensional Measurement Interface Standard）と呼ばれ、すべてのCMMメーカーの主要ソフトウェアインターフェースではありませんが、少なくともほとんどのメーカーがサポートしています。

メーカーは、DMIS でサポートされていない測定タスクを追加するために、独自のフレーバーを作成しました。

DMIS

前述のように、DMIS は標準ですが、CNC の g コードと同様に、次のような多くの方言があります。

• PC-DMIS: ヘキサゴン版
• オープンDMIS
• TouchDMIS: パーセプトロン

MCOSMOS

MCOSTMOS は Nikon の CMM ソフトウェアです。

カリプソ

Calypso は Zeiss の CMM ソフトウェアです。

CMMおよびCAD/CAMソフトウェア

CMM ソフトウェアとプログラミングは CAD/CAM ソフトウェアとどのように関連していますか?

CADファイル形式は多岐にわたるため、お使いのCMMソフトウェアがどの形式に対応しているかをご確認ください。究極の統合はモデルベース定義（MBD）と呼ばれます。MBDでは、モデル自体からCMM用の寸法を抽出できます。

MDB はかなり最先端の技術なので、大部分のケースではまだ使用されていません。

CMMプローブ、治具、アクセサリ

CMMプローブ

さまざまなアプリケーションに対応するために、さまざまなタイプと形状のプローブが用意されています。

CMM治具

CMMでは、CNC工作機械と同様に、治具を使用することで部品のローディングとアンローディングの時間を短縮できます。スループットを最大化するために、自動パレットローダーを備えたCMMもご用意しています。

CMMマシンの価格

新しい座標測定機の価格は 20,000 ～ 30,000 ドルの範囲から始まり、100 万ドルを超えるものもあります。

機械工場におけるCMM関連の仕事

CMMマネージャー

CMMプログラマー

CMMオペレーター