CMM(座標測定機)検査とは何ですか?

複雑な部品が細部に至るまで設計要件を満たしているかどうかを、メーカーがどのように確認しているのか疑問に思ったことはありませんか?多くの高精度アプリケーションでは、座標測定機(CMM)が活用されています。

この記事では、CMM 検査とは何か、どのように機能するか、利用可能な CMM の種類、そして航空宇宙、自動車、医療機器製造などの業界で CMM がなぜそれほど価値があるのか​​について説明します。

CMM検査とは

CMM 検査とは何ですか?

CMM検査とは、座標測定機を用いて物体の物理的な形状を測定するプロセスです。この機械は、部品の表面に触れたりスキャンしたりすることで正確な3Dデータを収集し、設計モデルと比較します。その目的は、部品が次の製造工程または組立工程に進む前に、寸法仕様と公差を満たしていることを確認することです。

座標測定機(CMM)は、X、Y、Zの3つの直線軸を中心に構築されています。各軸は、プローブ(測定に使用する装置)をその方向に移動させます。CMMはプローブの位置を追跡することで座標を記録し、部品表面の仮想XNUMXDマップを構築します。

CMM 検査は、試作中、機械加工後、さらには最終的な品質チェックなど、製造プロセスの多くの段階で使用されます。

CMM で何を測定できますか?

CCMM は、次のようなさまざまなタイプの測定値を取得できます。

  • 寸法: 長さ、幅、高さ、直径。
  • プロファイル: 表面の形状と輪郭。
  • 角度: サーフェス間またはフィーチャ間。
  • 深さ: 穴、くぼみ、空洞。
  • 位置: フィーチャ間の相対的な正確な位置。

この汎用性により、CMM はさまざまな製造工程や業界で広く使用されています。

CMMの主なコンポーネント

すべての CMM システムは、サイズやタイプに関係なく、いくつかの共通コンポーネントを共有しています。

  • 花崗岩のベースまたはテーブル: この重量のある安定したプラットフォームは、検査中にワークピースを保持します。振動を最小限に抑え、精度を確保するように設計されています。
  • 動く構造CMM のタイプに応じて、プローブが X、Y、Z 軸に沿って移動できるようにする垂直柱、水平アーム、またはガントリーが含まれます。
  • プローブヘッドとスタイラススタイラスは、部品に接触する針のような先端です。プローブヘッド内のセンサーに接続されており、接触した瞬間を検出します。
  • コントローラーユニットこれらには、手動調整やプログラミングに使用されるマシン コントローラやジョイスティック コントローラが含まれます。
  • コンピューターワークステーション: ワークステーションにインストールされたソフトウェアは、マシンと通信し、データを収集し、測定値を分析します。

ワークピースはベースにしっかりと固定され、動かないようにします。プローブが表面上を移動すると、位置データがシステムに送信され、部品のデジタルプロファイルが作成されます。

CMM検査の仕組み

CMMには様々な種類がありますが、いずれも同様のワークフローに従います。典型的な検査の手順は以下のとおりです。

ステップ1:セットアップとキャリブレーション

まず、対象物をテーブル上に固定します。歪みを防ぐため、対象物を室温まで温めることが重要です。プローブを取り付け、対象物の特性に合った標準球を用いて校正します。

ステップ2:スキャンとデータ収集

CMMは、部品に物理的に触れるか、非接触レーザーセンサーまたはビジョンセンサーを使用して部品をスキャンします。機械はプローブを3軸に沿って移動させ、部品が表面に接触またはスキャンするたびに座標点を収集します。

ステップ 3: 分析と評価

システムソフトウェアは収集されたデータを用いて、長さ、幅、高さ、角度、曲線などの寸法を計算します。また、元のCADモデルまたは設計図に基づいて公差をチェックします。

ステップ 4: レポート

最終結果は設計仕様と比較されます。部品が合格した場合、検査データはデジタル形式で保存され、文書化されます。不合格の場合は、エンジニアが調査を行い、必要な調整を行うことができます。

CMMマシンの種類

CMMには様々な種類があり、それぞれ異なる用途や環境向けに設計されています。以下は最も一般的なCMMの種類です。

CMMタイプStructure精度メリットデメリット一般的な使用
関節式アーム関節式アーム、手動誘導中(±0.0002インチ)ポータブル、柔軟性、現場で使いやすい手動、安定性が低い現地調査、リバースエンジニアリング
水平アームベース上のカンチレバーアーム中~高広範囲、半自動スペースが必要で、硬さは控えめ車体、大型組立
ブリッジデュアルコラム + 可動ブリッジハイ最も正確で自動化された安定した環境が必要航空宇宙、金型、精密部品
カンチレバー単一列のサポート高~中簡単にアクセスでき、コンパクトブリッジよりも剛性が低い小型から中型の部品
ガントリー大きなテーブルの上の大きな橋高(大規模)巨大な部品を扱い、非常に安定しています高価で特別な設定が必要航空機パネル、タービン

関節式アームCMM

関節式アーム型三次元測定機(ポータブルアームとも呼ばれる)は、精密ベアリングまたはロータリーエンコーダで連結された一連の剛性セグメントで構成されています。各ジョイントは1つの回転軸を提供し、高解像度の角度センサーがアームの姿勢を追跡します。アームは安定したベースまたは三脚に設置されます。アームの先端にはプローブが取り付けられており、離散点測定用のタッチトリガースタイラス、または連続的な表面測定用のレーザースキャナーのいずれかが使用できます。

関節式アーム座標測定機 CMM

水平アーム(回転アーム)CMM

水平アーム型三次元測定機(CMM)は、回転ベース上に湾曲ビームまたは直線ビームを取り付けます。ビームの長さによって2つの軸(半径方向の到達距離と回転角度)が定義され、プローブキャリッジがビームに沿って移動して3つ目の軸を制御します。多くの設計では、傾斜またはインデックス動作によって角度のある形状に到達できる電動プローブヘッドが組み込まれています。

ブリッジ三次元測定機

ブリッジCMMは、計測ラボの主力製品です。2本の垂直支柱が、ガイドウェイに沿って移動する水平ブリッジで接続されています。クイルまたはスピンドルがブリッジ上を移動し、垂直方向に移動してスタイラスまたはスキャンヘッドを支えます。高精度エアベアリングまたは油圧スライドにより、摩擦のないスムーズな動作が保証されます。

ブリッジ座標測定機

カンチレバーCMM

カンチレバーCMMはブリッジ型CMMに似ていますが、片側のみでブリッジを支えます。これにより、支えられていない側の下側にはアクセスエリアが確保され、重量のあるパーツや不規則な形状のパーツのローディングと固定が容易になります。移動軸とプロービング原理は、2列ブリッジ型CMMと同様です。

ガントリーCMM

ガントリーCMMは、ブリッジコンセプトを非常に大きな設置面積にまで拡大したものです。測定テーブルの両側にある2本の支柱が、巨大な頭上ビームを支えています。このビームは、X、Y、Z方向に移動する高耐久性のクイルを備えています。サイズと重量が大きいため、これらの機械はコンクリートの基礎にボルトで固定され、専用の計測セルに設置されることがよくあります。

ボイテクノロジー

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適切なCMMの選択

業務に最適な CMM は、部品のサイズや形状から、必要な精度レベル、生産量、施設環境に至るまで、さまざまな要因によって異なります。

現在の生産ニーズは重要ですが、先を見据えることも重要です。

  • 将来的にはより大きな部品を生産する予定ですか?
  • 顧客の許容範囲は厳しくなるでしょうか?
  • インダストリー 4.0 またはスマート製造への移行を計画していますか?

オプションのスキャン ヘッドやロボット統合を備えたものなど、モジュール式のアップグレード可能な CMM システムを選択すると、システムの耐用年数と ROI を延長できます。

CMM を選択する際には、次の点を考慮してください。

  1. 部品範囲 – 機械のリーチとテーブルのサイズを最大のワークピースに合わせて調整します。
  2. 許容誤差要件 - 精度を高めるには、より剛性が高く、熱制御されたブリッジ システムまたはガントリー システムが必要です。
  3. スループットの目標 – 自動化されたマルチセンサー システムは大量実行に優れており、ポータブル アームは 1 回限りの作業や現場での作業に役立ちます。
  4. 環境的制約 – 作業現場の振動や温度変化により精度が制限される可能性があります。適切な基礎と気候制御を計画してください。
  5. 運用の柔軟性 - 迅速な変更、ロボットの統合、治具の設計は、稼働時間と検査のリードタイムに影響します。

これらの要素を比較検討することで、品質戦略を適切な CMM テクノロジーと連携させ、生産ライン全体にわたって正確で再現性のある効率的な検査を実現できます。

CMM検査の利点

製造業で CMM を使用すると、次のようないくつかの利点があります。

  • 部品が設計許容範囲を正確に満たしていることを確認します。
  • 自動測定により検査が高速化され、ダウンタイムが削減されます。
  • 正確な検査により不良部品ややり直しを削減します。
  • 業界の品質基準を満たすのに役立ちます。
  • 詳細な測定データはプロセスの最適化をサポートします。
  • エラーの減少と効率性の向上による長期的な節約。
  • 幅広い部品や業種に適しています。
  • より高品質な製品は信頼と忠誠心を築きます。
  • 測定値は将来の監査と分析のためにデジタル形式で保存されます。

利点があるにもかかわらず、CMM にはいくつかの欠点もあります。

  • 機械と熟練したオペレーターには多額の投資が必要です。
  • プローブが柔らかい素材や繊細な素材に触れると損傷する可能性があります。
  • 機械の種類によって、測定できる部品の最大サイズが制限されます。
座標測定機 CMM

CMM検査の一般的な用途

CMM 検査は、次のような多くの分野で使用されています。

品質管理と保証

CMMは品質保証プログラムの基盤です。製造業者は、CMMを使用することで、部品がCADモデルや設計図面と一致しているかどうかを検証できます。これは、わずかな寸法のずれでもシステム障害につながる可能性がある業界では特に重要です。

第一物品検査 (FAI)

CMMは包括的な 最初の記事検査 (FAI)レポートは、特に航空宇宙産業や自動車産業において、生産工程の承認を得るために顧客から要求されることが多いものです。この機械は、最初の部品のあらゆる重要な特徴を元の設計と比較します。

工程内検査および最終検査

メーカーによっては、製造サイクルの途中でCMMを使用してエラーを早期に発見する(工程内検査)一方、サイクルの最後にのみCMMを使用する(最終検査)場合もあります。どちらの場合も、CMMは信頼性の高い検証を提供します。

リバースエンジニアリング

CMMは部品の表面をプローブ測定することで、CADジオメトリに変換可能な正確な座標データを生成できます。これは、オリジナルの設計図が入手できない場合や、更新が必要な旧式の部品の場合に特に役立ちます。

工具および治具の検査

工具は精密に製造されなければなりません。そうでなければ、製造されるすべての部品に欠陥が生じます。CMMは、工具が設計公差に適合していることを確認し、摩耗の有無を定期的に再検査することができます。

プロトタイプ検査とプロセス検証

新製品開発においては、CMMは製造工程を最終決定する前に、試作品が設計意図を満たしているかどうかを検証します。これにより、設計意図が維持され、工具や治具が仕様範囲内で部品を製造していることが保証されます。

CMM検査部品作業

サプライヤー部品検査

CMMは、入荷した部品を生産工程に投入する前に品質を検証するのに役立ちます。これは、 外注CNC加工 品質問題がサプライチェーン全体に影響を及ぼす可能性がある製造環境。

CMMの動作原則

座標測定機 (CMM) のパフォーマンスは、動きと位置を追跡するエンコーダと、物体の表面からデータを収集するプローブという 2 つの主要なシステムに基づいています。

エンコーダー

CMMは、X軸、Y軸、Z軸に沿った動きを追跡するためにリニアエンコーダを使用します。リニアエンコーダはスケールとセンサーで構成され、光学式、磁気式、静電容量式、誘導式、渦電流式などの技術が採用されています。

ロータリーエンコーダは、関節アームの関節角度を測定するために使用されます。システムは、三角法と既知のアームの長さを用いてプローブの3D位置を計算します。

プローブ

CMM プローブは部品の表面から測定データを収集します。

  • タッチトリガープローブ:スタイラスが表面に接触した時点で点を記録します。穴やエッジなどの単純な形状に最適です。
  • スキャンプローブ: 表面上を移動し、輪郭と形状の連続データを収集します。
  • 光学/レーザープローブ:反射光またはレーザーを用いて、物理的な接触なしに表面データを取得します。柔らかい、繊細な、または複雑な部品に適しています。

プローブとエンコーダの統合

エンコーダとプローブは連携して動作します。プローブが部品の表面からデータを収集するために移動すると、エンコーダはマイクロメートルレベルの精度でその位置を追跡します。接触または光による測定が行われるたびに、システムはその位置を3次元空間で記録し、そのデータをCMMソフトウェアに送信して解析を行います。

マシンの制御システムは、3 つの軸すべて (および存在する場合は回転軸) に沿った動きを調整し、測定データを公称 CAD モデルに適合させ、許容差を計算し、検査レポートを生成するソフトウェアに結果を伝えます。

まとめ:

座標測定機(CMM)は、現代の製造業において不可欠な存在となっています。複雑な形状をミクロンレベルの精度で検証できる能力は、企業がますます厳しくなる公差を満たすことに貢献しています。適切なCMMタイプを選択し、厳格なセットアップ手順に従い、高度なソフトウェアを活用することで、メーカーは品質の向上、廃棄物の削減、生産サイクルの加速を実現できます。

ボイテクノロジー CNC加工や真空鋳造を含むオンデマンド製造とラピッドプロトタイピングを専門としています。CMM検査を用いることで、常に高精度で高品質な部品の製造を保証します。

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