ニュース - CMM 機械および測定の完全なガイド

三次元測定機とは何ですか?

高度に自動化された方法で非常に正確な測定を実行できる CNC スタイルの機械を想像してください。それが CMM マシンの役割です。

CMMとは「三次元測定機」の略です。全体的な柔軟性、精度、速度の組み合わせという点で、おそらく究極の 3D 測定デバイスと言えます。

三次元測定機の用途

座標測定機は、正確な測定を行う必要がある場合に役立ちます。また、測定が複雑または多数になるほど、CMM を使用する方が有利になります。

通常、CMM は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ことを確認するために使用されます。

また、次のことに使用されることもあります。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することにより、

三次元測定機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 Ferranti Company 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でした。非常に最初のマシンには 2 つの動作軸しかありませんでした。3 軸機械は 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、米国のシェフィールドによって導入されました。

三次元測定機の種類

三次元測定機には次の 5 種類があります。

ブリッジタイプ CMM: この設計では、最も一般的で、CMM ヘッドがブリッジ上にあります。ブリッジの片側はベッド上のレールに乗り、もう片側はガイドレールなしでベッド上のエアクッションなどで支持されます。
カンチレバー CMM: カンチレバーは片側のみでブリッジをサポートします。
ガントリー CMM: ガントリーは CNC ルーターと同様に両側にガイドレールを使用します。これらは通常最大の CMM であるため、追加のサポートが必要です。
水平アーム CMM: カンチレバーを想像してください。ただし、ブリッジ全体が、それ自身の軸上ではなく単一のアームを上下に移動します。これらは最も精度の低い CMM ですが、自動車のボディなどの大きくて薄い部品を測定できます。
ポータブルアームタイプ CMM: これらの機械は関節アームを使用し、通常は手動で位置決めされます。XYZ を直接測定するのではなく、各ジョイントの回転位置とジョイント間の既知の長さから座標を計算します。

実行する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、位置決めに使用される機械の構造を指します。調査測定対象の部分に対して。

長所と短所を理解するのに役立つ便利な表を次に示します。

三次元測定機の種類	正確さ	柔軟性	測定に最適
橋	高い	中くらい	高精度を必要とする中型部品
カンチレバー	最高	低い	非常に高い精度が必要な小型コンポーネント
水平アーム	低い	高い	低精度を必要とする大型コンポーネント
ガントリー	高い	中くらい	高精度を必要とする大型部品
ポータブルアームタイプ	最低	最高	携帯性が絶対的に最大の基準である場合。

通常、プローブは X、Y、Z の 3 次元で配置されます。ただし、より高度な機械ではプローブの角度を変更することもでき、他の方法ではプローブが到達できない場所でも測定できるようになります。回転テーブルは、さまざまな機能へのアプローチ能力を向上させるために使用することもできます。

CMM は多くの場合、花崗岩とアルミニウムで作られており、エアベアリングを使用しています。

プローブは、測定時に部品の表面がどこにあるかを判断するセンサーです。

プローブの種類には次のものがあります。

機械式
光学
レーザ
白色光

三次元測定機は、大きく分けて次の 3 つの用途で使用されます。

品質管理部門: 精度を最大限に高めるために、通常、温度管理されたクリーンルームに保管されています。
製造現場: ここでは、CMM が CNC マシンの間に配置されており、CMM と部品が加工される機械の間の移動を最小限に抑えて、製造セルの一部として検査を容易に実行できます。これにより、測定をより早く、より頻繁に実行できるようになり、エラーがより早く特定されるため、節約につながります。
ポータブル: ポータブル CMM は簡単に移動できます。製造現場で使用したり、製造施設から離れた場所に持ち込んで現場で部品を測定したりすることもできます。

CMM マシンの精度 (CMM 精度) はどのくらいですか?

三次元測定機の精度にはばらつきがあります。一般に、マイクロメートル以上の精度を目指しています。しかし、それはそれほど簡単ではありません。まず、誤差はサイズの関数である可能性があるため、CMM の測定誤差は、測定の長さを変数として含む短い式として指定できます。

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指定されています。

1.0+L/300um

これらの測定値はミクロン単位であり、L は mm 単位で指定されます。そこで、10mm のフィーチャーの長さを測定しようとしているとします。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 1000 分の 1 mm、つまり約 0.00003937 インチです。したがって、10 mm の長さを測定するときの誤差は 0.00103 mm または 0.00004055 インチになります。これは 0.5 分の 1 未満であり、かなり小さな誤差です。

一方で、測定しようとしている精度の 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場合ということになります。それでもかなり小さな誤差です。

製造現場の CMM 測定では事態はさらに不透明になります。CMM が温度管理された検査ラボに保管されていれば、非常に役立ちます。しかし、製造現場では温度が大きく変化する可能性があります。CMM が温度変化を補償できる方法はさまざまありますが、完璧なものはありません。

CMM メーカーは温度帯域の精度を指定することが多く、CMM 精度に関する ISO 10360-2 標準によれば、一般的な帯域は 64 ～ 72F (18 ～ 22℃) です。夏にショップフロアが86Fでない限り、これは素晴らしいことです。その場合、エラーに対する適切な仕様がありません。

一部のメーカーは、さまざまな精度仕様の階段ステップまたは温度バンドのセットを提供しています。しかし、異なる時間帯または異なる曜日に同じ部品の実行を行う複数の範囲内にいる場合はどうなるでしょうか?

最悪のケースを考慮して不確実性の予算を作成する必要が生じます。これらの最悪のケースで部品の公差が許容範囲外になる場合は、さらなるプロセスの変更が必要になります。

CMM の使用を、気温がより好ましい範囲にある特定の時間帯に制限できます。
特定の時間帯に公差の低い部品またはフィーチャーのみを加工することを選択できます。
より優れた CMM は、温度範囲に対してより優れた仕様を備えている可能性があります。たとえはるかに高価であっても、それだけの価値があるかもしれません。

もちろん、これらの措置は、仕事を正確にスケジュールする能力に大打撃を与えます。突然、製造現場の空調制御を改善することは価値のある投資かもしれないと考えるようになりました。

この測定全体がいかに非常に面倒なものであるかがわかります。

密接に関連するもう 1 つの要素は、CMM によってチェックされる公差がどのように指定されるかです。代表的な基準は、幾何寸法および公差 (GD&T) です。詳細については、GD&T の入門コースをご覧ください。

三次元測定機ソフトウェア

CMM はさまざまな種類のソフトウェアを実行します。この規格は DMIS と呼ばれ、Dimensional Measurement Interface Standard の略です。これはすべての CMM メーカーにとって主要なソフトウェアインターフェイスではありませんが、ほとんどのメーカーが少なくとも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、独自の独自のフレーバーを作成しています。