ニュース - CMMマシンと測定に関する完全ガイド

CMM（三次元測定機）とは何ですか？

極めて精密な測定を高度に自動化された方法で行うことができる、CNCのような機械を想像してみてください。それがCMM（三次元測定機）の役割です！

CMMは「座標測定機」の略です。総合的な柔軟性、精度、速度を兼ね備えた、おそらく究極の3D測定装置と言えるでしょう。

座標測定機の応用例

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。そして、測定対象が複雑であったり、測定箇所が多ければ多いほど、座標測定機を使用するメリットは大きくなります。

一般的に、CMM（三次元測定機）は検査と品質管理に使用されます。つまり、部品が設計者の要求事項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。

また、それらは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って、その形状を把握する。

CMM（三次元測定機）を発明したのは誰ですか？

最初のCMM（三次元測定機）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たのです。初期のCMMは2軸のみの動作でした。3軸のCMMは、1960年代にイタリアのDEA社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（三次元測定機）の種類

座標測定機には5つの種類があります。

ブリッジ型CMM：最も一般的なこの設計では、CMMのヘッドはブリッジ上を移動します。ブリッジの一方の側はベッド上のレール上を移動し、もう一方の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の方法で支えられます。
片持ち梁式CMM：片持ち梁は橋を片側だけで支えます。
ガントリー式三次元測定機：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使用します。これらは通常、最も大型の三次元測定機であるため、追加のサポートが必要です。
水平アーム式CMM：片持ち梁を想像してみてください。ただし、ブリッジ全体が自身の軸を中心に回転するのではなく、単一のアームに沿って上下に動きます。これは最も精度が低いCMMですが、自動車のボディなど、大きくて薄い部品の測定には適しています。
ポータブルアーム型三次元測定機：これらの機械は関節式アームを使用し、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。

それぞれ、測定の種類に応じて長所と短所があります。これらの種類は、測定対象物を配置するために使用される機械の構造を指します。プローブ測定対象部品に対する相対的な関係。

メリットとデメリットを理解するのに役立つ便利な表を以下に示します。

CMMタイプ	正確さ	柔軟性	測定に最適
橋	高い	中くらい	高精度が求められる中型部品
片持ち梁	最高	低い	非常に高い精度が求められる小型部品
水平アーム	低い	高い	低精度が求められる大型部品
ガントリー	高い	中くらい	高精度が求められる大型部品
携帯型アームタイプ	最低	最高	携帯性が最重要基準となる場合。

プローブは通常、X、Y、Zの3次元に配置されます。しかし、より高度な装置ではプローブの角度を変更できるため、プローブが届かない場所でも測定を行うことができます。回転テーブルを使用することで、さまざまな対象物へのアクセス性を向上させることも可能です。

CMM（三次元測定機）は花崗岩とアルミニウムで作られていることが多く、空気軸受を使用している。

プローブとは、測定時に部品の表面がどこにあるかを特定するセンサーのことです。

プローブの種類は以下のとおりです。

機械
光学
レーザ
白色光

座標測定機は、おおよそ次の3つの方法で使用されます。

品質管理部門：通常、精度を最大限に高めるため、温度・湿度管理されたクリーンルーム内に設置されています。
製造現場：ここでは、CMM（三次元測定機）がCNC（コンピュータ数値制御）機械の間に設置されており、製造セルの一部として検査を容易に行えるようになっています。CMMと部品加工を行う機械間の移動距離を最小限に抑えることで、より早期に、そしてより頻繁に測定を行うことが可能になり、エラーを早期に発見できるためコスト削減につながります。
携帯性：携帯型CMMは持ち運びが容易です。製造現場での使用はもちろん、製造施設から離れた場所に持ち運んで、現場で部品を測定することも可能です。

CMM（三次元測定機）の精度はどの程度ですか？

座標測定機の精度は様々です。一般的には、マイクロメートル精度以上を目指していますが、そう簡単ではありません。例えば、誤差は測定対象物の大きさに依存するため、測定誤差は測定対象物の長さを変数として含む簡略化された数式で表される場合があります。

例えば、Hexagon社のGlobal Classic CMMは、手頃な価格の汎用CMMとしてリストアップされており、その精度は次のように規定されています。

1.0 + L/300μm

これらの測定値はミクロン単位で、Lはミリメートル単位で指定されています。たとえば、10mmの部品の長さを測定しようとしているとします。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1ミリメートルの1000分の1で、約0.00003937インチです。したがって、10mmの長さを測定した際の誤差は0.00103mm、つまり0.00004055インチとなります。これは10分の1の半分以下、非常に小さな誤差です。

一方、測定精度は測定対象の10倍であるべきです。つまり、この測定値の信頼性は、その値の10倍、つまり0.00005インチ程度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、かなり助かります。しかし、製造現場では温度が大きく変動する可能性があります。CMMには温度変動を補正する方法がいくつかありますが、どれも完璧ではありません。

CMMメーカーは、多くの場合、温度範囲における精度を規定していますが、CMM精度に関するISO 10360-2規格によると、一般的な範囲は64～72°F（18～22°C）です。これは素晴らしいことですが、夏場に工場の気温が86°F（約30℃）になる場合は、誤差に関する適切な仕様が得られません。

メーカーによっては、精度仕様の異なる段階的な温度範囲や温度帯を提供している場合があります。しかし、同じ部品を製造していても、時間帯や曜日によって温度範囲が複数異なる場合はどうなるでしょうか？

まず、最悪のケースを想定した不確実性予算を作成する必要があります。もし最悪のケースで部品の許容誤差が許容範囲を超えてしまう場合は、さらなる工程変更が必要になります。

CMMの使用は、気温がより好ましい範囲に収まる特定の時間帯に限定することができます。
特定の時間帯に、公差の低い部品や形状のみを加工するように選択することもできます。
より高性能な三次元測定機（CMM）は、測定対象の温度範囲においてより優れた仕様を備えている可能性があります。価格はかなり高くなりますが、それだけの価値はあるかもしれません。

もちろん、これらの対策は、作業スケジュールを正確に立てる能力に大きな支障をきたすでしょう。突然、作業場の空調設備を改善することが、投資する価値のあるものかもしれないと考え始めるかもしれません。

ご覧の通り、この計測作業全体はかなり面倒なものです。

もう一つ重要な要素は、CMM（三次元測定機）で検査する公差をどのように規定するかです。最も標準的な方法は、幾何公差（GD&T）です。GD&Tについてさらに詳しく知りたい方は、弊社の入門コースをご覧ください。

CMMソフトウェア

CMM（三次元測定機）は様々な種類のソフトウェアを実行します。その標準規格はDMIS（Dimensional Measurement Interface Standard）と呼ばれています。すべてのCMMメーカーがDMISを主要なソフトウェアインターフェースとして採用しているわけではありませんが、ほとんどのメーカーが少なくともDMISをサポートしています。

メーカー各社は、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開発してきた。