ニュース - 座標測定機とは何ですか？

a測定機を調整します（CMM）は、プローブを使用してオブジェクトの表面に離散点を検知することにより、物理オブジェクトのジオメトリを測定するデバイスです。機械、光学、レーザー、白色光など、さまざまな種類のプローブがCMMで使用されています。マシンによっては、プローブの位置がオペレーターによって手動で制御されるか、コンピューター制御されている場合があります。 CMMSは通常、3次元のデカルト座標系（つまり、XYZ軸付き）の参照位置からの変位の観点からプローブの位置を指定します。プローブをx、y、z軸に沿って移動することに加えて、多くのマシンでプローブ角を制御して、そうでなければ到達不可能な表面の測定を可能にします。

典型的な3D「ブリッジ」CMMは、3次元のデカルト座標系で互いに直交する3つの軸X、Y、Zに沿ったプローブの動きを可能にします。各軸には、その軸上のプローブの位置を監視するセンサーがあり、通常はマイクロメートルの精度を備えています。プローブがオブジェクト上の特定の位置を接触（または検出する）場合、マシンは3つの位置センサーをサンプリングし、オブジェクトの表面上の1つのポイントの位置と、採取した測定の3次元ベクトルを測定します。このプロセスは、必要に応じて繰り返され、毎回プローブを移動して、対象の表面積を記述する「ポイントクラウド」を生成します。

CMMの一般的な使用は、設計意図に対する部品またはアセンブリをテストするための製造および組み立てプロセスです。このようなアプリケーションでは、機能の構築のために回帰アルゴリズムを介して分析されるポイントクラウドが生成されます。これらのポイントは、オペレーターによって手動で配置されるプローブを使用して、または直接コンピューター制御（DCC）を介して自動的に配置されているプローブを使用して収集されます。 DCC CMMは、同一の部分を繰り返し測定するようにプログラムできます。したがって、自動化されたCMMは、産業用ロボットの特殊な形式です。

部品

座標測定マシンには、3つの主要なコンポーネントが含まれています。

3つの運動軸を含む主な構造。移動フレームの構築に使用される材料は、長年にわたってさまざまでした。花崗岩と鋼は初期のCMMで使用されていました。今日、すべての主要なCMMメーカーは、アルミニウム合金またはいくつかの誘導体からフレームを構築し、セラミックを使用してスキャン用途のためにZ軸の剛性を高めています。今日のCMMビルダーは、メトロロジーのダイナミクスの改善と高品質のラボの外にCMMを設置するための増加傾向のための市場要件のために、花崗岩のフレームCMMを製造しています。通常、中国とインドの低ボリュームCMMビルダーと国内メーカーのみが、技術アプローチが低く、CMMフレームビルダーになるための簡単な入場により、花崗岩のCMMを製造しています。スキャンに向かう傾向の増加には、CMM Z軸をより硬くする必要があり、セラミックや炭化シリコンなどの新しい材料が導入されています。
プローブシステム
データ収集と削減システム - 通常、マシンコントローラー、デスクトップコンピューター、アプリケーションソフトウェアが含まれます。

可用性

これらのマシンは、自立型、ハンドヘルド、ポータブルです。

正確さ

座標測定マシンの精度は、通常、距離の関数として不確実性因子として与えられます。タッチプローブを使用したCMMの場合、これはプローブの再現性と線形スケールの精度に関連しています。典型的なプローブの再現性は、測定量全体にわたって.001mmまたは.00005インチ（10分の1）以内の測定をもたらす可能性があります。 3、3+2、および5軸マシンの場合、プローブは追跡可能な標準を使用して定期的に校正され、正確性を確保するためにゲージを使用して機械の動きが検証されます。

特定の部品

機械本体

最初のCMMは、1950年代にスコットランドのフェランティカンパニーによって開発されました。このマシンには2つの軸しかありませんでしたが、軍用製品の精密成分を測定する直接的な必要性の結果として開発されました。最初の3軸モデルは1960年代（イタリアのDEA）に登場し始め、コンピューターコントロールは1970年代初頭にデビューしましたが、最初の作業CMMが開発され、イギリスのメルボルンでブラウン＆シャープが販売しました。（その後、Leitz Germanyは、移動テーブルを備えた固定機械構造を生成しました。

現代の機械では、ガントリー型の上部構造には2本の脚があり、しばしば橋と呼ばれます。これは、花崗岩のテーブルの片側に取り付けられたガイドレールに続いて、片足（しばしば内側の脚と呼ばれる）で花崗岩のテーブルに沿って自由に移動します。反対側の脚（多くの場合、脚の外側）は、垂直の表面の輪郭に続いて花崗岩のテーブルの上に置かれます。エアベアリングは、摩擦のない移動を確保するための選択された方法です。これらでは、圧縮された空気は、平らなベアリング表面の一連の非常に小さな穴を通して強制され、滑らかで制御された空気クッションを提供します。花崗岩のテーブルに沿った橋またはガントリーの動きは、XY平面の1つの軸を形成します。ガントリーの橋には、内側と外側の脚の間を横断し、他のxまたはy水平軸を形成する馬車が含まれています。 3番目の動き軸（Z軸）は、馬車の中心を上下に移動する垂直クイルまたはスピンドルを追加することにより提供されます。タッチプローブは、クイルの端にセンシングデバイスを形成します。 x、y、z軸の動きは、測定エンベロープを完全に表します。オプションのロータリーテーブルを使用して、測定プローブのアプローチ性を複雑なワークピースに向上させることができます。 4番目のドライブ軸としての回転テーブルは、3Dのままである測定寸法を強化しませんが、ある程度の柔軟性を提供します。一部のタッチプローブは、プローブチップが180度以上、360度の完全な回転を通して垂直に回転できるようにする駆動型回転式デバイスです。

CMMは、他のさまざまな形式でも利用できます。これらには、スタイラスチップの位置を計算するために腕の関節で撮影した角度測定を使用するCMMアームが含まれ、レーザースキャンと光学イメージングのプローブを装備できます。このようなアームCMMは、伝統性が従来の固定ベッドCMMSよりも利点である場合によく使用されます。測定された場所を保存することにより、プログラミングソフトウェアは、測定アーム自体とその測定量を測定ルーチン中に測定することもできます。 CMMアームは人間の腕の柔軟性を模倣するため、標準の3軸マシンを使用してプローブできなかった複雑な部分の内側に到達することもできます。

機械プローブ

座標測定の初期（CMM）では、クイルの終わりに機械式プローブが特別な所有者に取り付けられました。非常に一般的なプローブは、シャフトの端まで硬いボールをはんだ付けすることによって作られました。これは、平らな顔、円筒形、または球面の表面の全範囲を測定するのに理想的でした。他のプローブは、特別な特徴の測定を可能にするために、特定の形状、たとえば象限に根拠がありました。これらのプローブは、3軸のデジタル読み取り（DRO）から読み取られるスペースの位置、またはより高度なシステムで、フットスイッチまたは同様のデバイスを使用してコンピューターにログインされるように、ワークピースに対して物理的に保持されました。この接触方法で採取した測定は、機械が手で移動し、各マシンオペレーターがプローブに異なる圧力をかけたり、測定に異なる技術を採用したりしたため、信頼できないことがよくありました。

さらなる開発は、各軸を駆動するためのモーターの追加でした。オペレーターはもはや機械に物理的に触れる必要がなくなりましたが、最新のリモート制御車とほぼ同じ方法でジョイスティックを使用してハンドボックスを使用して各軸を駆動できます。電子タッチトリガープローブの発明により、測定の精度と精度が劇的に改善されました。この新しいプローブデバイスの先駆者は、David McMurtryであり、その後Renishaw Plcとなったものを形成しました。まだ接触デバイスですが、プローブにはスプリング装填済みのスチールボール（後のルビーボール）スタイラスがありました。プローブがコンポーネントの表面に触れると、スタイラスが偏向し、同時にX、Y、Zの調整情報をコンピューターに送信しました。個々のオペレーターによって引き起こされる測定エラーが少なくなり、CNC操作の導入とCMMSの到来のために段階が設定されました。

電子タッチトリガープローブを備えた電動自動プローブヘッド

光学プローブはレンズ-CCDシステムであり、機械的なものと同じように移動し、材料に触れるのではなく、興味のある時点を目指しています。表面のキャプチャされた画像は、残留物が黒いゾーンと白いゾーンの間のコントラストに適しているまで、測定ウィンドウの境界に囲まれます。分割曲線はポイントに計算できます。これは、空間内の指定測定点です。 CCDの水平情報は2D（XY）であり、垂直位置は、スタンドZドライブ（または他のデバイスコンポーネント）の完全なプロービングシステムの位置です。

スキャンプローブシステム

スキャンプローブとして知られる指定された間隔でポイントを獲得するパーツの表面に沿ってドラッグするプローブを持つ新しいモデルがあります。このCMM検査の方法は、多くの場合、従来のタッチプローブ方法よりも正確であり、ほとんどの場合もより速いです。

高速レーザーシングルポイント三角測量、レーザーラインスキャン、白色光スキャンを含む非接触スキャンとして知られる次世代のスキャンは、非常に迅速に進んでいます。この方法では、部品の表面に対して投影されるレーザービームまたは白色光のいずれかを使用します。その後、数千ポイントを撮影して使用して、サイズと位置を確認するだけでなく、パーツの3D画像も作成できます。この「Point-Cloudデータ」をCADソフトウェアに転送して、パーツの動作3Dモデルを作成できます。これらの光学スキャナーは、柔らかい部品や繊細な部品でよく使用されているか、リバースエンジニアリングを促進するために使用されます。

マイクロメトロロジープローブ

マイクロスケールメトロロジーアプリケーションのプロービングシステムは、もう1つの新興領域です。システムに統合されたマイクロプローブ、政府研究所のいくつかの専門システム、およびマイクロスケールメトロロジーのための任意の数の大学で構築されたメトロロジープラットフォームを備えた市販の座標測定機（CMM）がいくつかあります。これらのマシンは優れており、多くの場合、ナノメトリックスケールを備えた優れたメトロロジープラットフォームですが、その主な制限は信頼性が高く、堅牢で、能力のあるマイクロ/ナノプローブです。^{[引用が必要です]}マイクロスケールのプロービング技術の課題には、表面に損傷を与えないように、低い接触力を持つ深い狭い特徴にアクセスする能力を与えるために、高いアスペクト比プローブの必要性が含まれます（ナノメートルレベル）。^{[引用が必要です]}さらに、マイクロスケールプローブは、湿度などの環境条件や、執着などの表面相互作用（接着、メニスカス、および/またはファンデルワールス力など）の影響を受けやすくなります。^{[引用が必要です]}

マイクロスケールプロービングを実現するための技術には、クラシックCMMプローブのスケーリングバージョン、光学プローブ、およびスタンディングウェーブプローブが含まれます。ただし、現在の光学技術は、深く狭い特徴を測定するのに十分なほど小さくスケーリングできず、光の解像度は光の波長によって制限されます。 X線イメージングは、この機能の写真を提供しますが、追跡可能なメトロロジー情報は提供されません。

物理的原則

光学プローブおよび/またはレーザープローブを使用することができます（可能であれば、可能であれば）顕微鏡またはマルチセンサー測定機にCMMを変更します。フリンジプロジェクションシステム、セオドライト三角測量システム、またはレーザー離れたレーザーおよび三角測量システムは測定機とは呼ばれませんが、測定結果は同じです：スペースポイント。レーザープローブは、運動鎖の端（すなわちZドライブコンポーネントの端）の表面と基準点の間の距離を検出するために使用されます。これは、干渉関数、フォーカスの変動、光のたわみ、またはビームシャドーイングの原理を使用できます。

ポータブル座標測定機

従来のCMMは、3つのデカルト軸を移動してオブジェクトの物理的特性を測定するプローブを使用しますが、ポータブルCMMは明確なアームまたは光学的CMMの場合、オブジェクトの周りの光学三角測量法とオブジェクトの周りの動きの自由度を有効にする群れのないスキャンシステムのいずれかを使用します。

腕が明確にしたポータブルCMMには、線形軸の代わりにロータリーエンコーダーが装備された6つまたは7つの軸があります。ポータブルアームは軽量（通常は20ポンド未満）であり、ほぼどこでも運んで使用できます。ただし、光学CMMは業界でますます使用されています。コンパクトな線形またはマトリックスアレイカメラ（Microsoft Kinectなど）で設計されている光学CMMは、アームを備えたポータブルCMMよりも小さく、ワイヤーを備えており、ユーザーがほぼどこにでもあるあらゆる種類のオブジェクトの3D測定を簡単に測定できます。

リバースエンジニアリング、迅速なプロトタイピング、あらゆるサイズの部分の大規模な検査などの特定の非繰り返しアプリケーションは、ポータブルCMMに理想的です。ポータブルCMMの利点は多面的です。ユーザーは、あらゆる種類の部品や最もリモート/困難な場所で3D測定を行う柔軟性があります。それらは使いやすく、正確な測定を行うために制御された環境を必要としません。さらに、ポータブルCMMは、従来のCMMよりもコストが低くなる傾向があります。

ポータブルCMMの固有のトレードオフは、手動操作です（常に人間に使用する必要があります）。さらに、全体的な精度は、ブリッジタイプのCMMの精度よりも幾分精度が低く、一部のアプリケーションにはあまり適していません。