Nyheter - Komplett CMM-maskin- og måleguide

Hva er en CMM-maskin?

Tenk deg en CNC-maskin som er i stand til å foreta ekstremt presise målinger på en svært automatisert måte. Det er det CMM-maskiner gjør!

CMM står for «Coordinate Measuring Machine». De er kanskje de ultimate 3D-måleinstrumentene når det gjelder kombinasjonen av generell fleksibilitet, nøyaktighet og hastighet.

Anvendelser av koordinatmålemaskiner

Koordinatmålemaskiner er verdifulle når nøyaktige målinger må gjøres. Og jo mer komplekse eller mange målingene er, desto mer fordelaktig er det å bruke en CMM.

Vanligvis brukes CMM-er til inspeksjon og kvalitetskontroll. Det vil si at de brukes til å bekrefte at delen oppfyller designerens krav og spesifikasjoner.

De kan også brukes til åomvendt utviklingeksisterende deler ved å foreta nøyaktige målinger av egenskapene deres.

Hvem oppfant CMM-maskiner?

De første CMM-maskinene ble utviklet av Ferranti Company i Skottland på 1950-tallet. De var nødvendige for presisjonsmåling av deler i luftfarts- og forsvarsindustrien. De aller første maskinene hadde bare to bevegelsesakser. Treaksede maskiner ble introdusert på 1960-tallet av DEA i Italia. Datamaskinstyring kom tidlig på 1970-tallet og ble introdusert av Sheffield i USA.

Typer CMM-maskiner

Det finnes fem typer koordinatmålemaskiner:

Brotype CMM: I denne designen, den vanligste, sitter CMM-hodet på en bro. Den ene siden av broen sitter på en skinne på sengen, og den andre siden støttes av en luftpute eller annen metode på sengen uten føringsskinne.
Cantilever CMM: Cantileveren støtter broen på bare én side.
Gantry CMM: Gantryen bruker en føringsskinne på begge sider, som en CNC-ruter. Dette er vanligvis de største CMM-ene, så de trenger ekstra støtte.
Horisontal arm-CMM: Se for deg en utkraget konsoll, men med hele broen som beveger seg opp og ned langs den ene armen i stedet for på sin egen akse. Dette er de minst nøyaktige CMM-ene, men de kan måle store, tynne komponenter som bilkarosserier.
Bærbar armtype CMM: Disse maskinene bruker leddarmer og posisjoneres vanligvis manuelt. I stedet for å måle XYZ direkte, beregner de koordinater fra rotasjonsposisjonen til hvert ledd og den kjente lengden mellom leddene.

Hver av dem har fordeler og ulemper avhengig av hvilke typer målinger som skal gjøres. Disse typene refererer til maskinens struktur som brukes til å posisjonere denssondei forhold til den delen som måles.

Her er en nyttig tabell som hjelper deg med å forstå fordeler og ulemper:

CMM-type	Nøyaktighet	Fleksibilitet	Best brukt til måling
Bro	Høy	Medium	Mellomstore komponenter som krever høy nøyaktighet
Utkragning	Høyeste	Lav	Mindre komponenter som krever svært høy nøyaktighet
Horisontal arm	Lav	Høy	Store komponenter som krever lav nøyaktighet
Portal	Høy	Medium	Store komponenter som krever høy nøyaktighet
Bærbar armtype	Laveste	Høyeste	Når bærbarhet er det absolutt viktigste kriteriet.

Prober plasseres vanligvis i tre dimensjoner – X, Y og Z. Mer sofistikerte maskiner kan imidlertid også tillate at probenes vinkel endres, slik at man kan måle på steder proben ellers ikke ville kunne nå. Rotasjonsbord kan også brukes til å forbedre tilgangsmuligheten til ulike funksjoner.

CMM-er er ofte laget av granitt og aluminium, og de bruker luftlagre

Sonden er sensoren som bestemmer hvor overflaten på delen er når en måling foretas.

Probetyper inkluderer:

Mekanisk
Optisk
Laser
Hvitt lys

Koordinatmålemaskiner brukes på omtrent tre generelle måter:

Kvalitetskontrollavdelinger: Her oppbevares de vanligvis i klimakontrollerte renrom for å maksimere presisjonen.
Verkstedgulv: Her er CMM-er plassert nede blant CNC-maskinene for å gjøre det enkelt å utføre inspeksjoner som en del av en produksjonscelle med minimal reise mellom CMM-en og maskinen der delene maskineres. Dette gjør at målinger kan gjøres tidligere og potensielt oftere, noe som fører til besparelser ettersom feil identifiseres raskere.
Bærbar: Bærbare CMM-er er enkle å flytte rundt. De kan brukes i en verkstedfasade eller til og med tas med til et sted langt fra produksjonsanlegget for å måle deler ute i felten.

Hvor nøyaktige er CMM-maskiner (CMM-nøyaktighet)?

Nøyaktigheten til koordinatmålemaskiner varierer. Vanligvis sikter de mot mikrometerpresisjon eller bedre. Men det er ikke så lett. For det første kan feilen være en funksjon av størrelsen, så en CMMs målefeil kan spesifiseres som en kort formel som inkluderer lengden på målingen som en variabel.

For eksempel er Hexagons Global Classic CMM oppført som en rimelig allsidig CMM, og spesifiserer nøyaktigheten som:

1,0 + L/300µm

Disse målene er i mikron, og L er spesifisert i mm. Så la oss si at vi prøver å måle lengden på en 10 mm stor detalj. Formelen ville være 1,0 + 10/300 = 1,0 + 1/30 eller 1,03 mikron.

En mikron er en tusendels mm, som er omtrent 0,00003937 tommer. Så feilen når vi måler 10 mm-lengden vår er 0,00103 mm eller 0,00004055 tommer. Det er mindre enn en halv tiendedel – en ganske liten feil!

På den annen side bør man ha en nøyaktighet på 10 ganger det vi prøver å måle. Så det betyr at vi bare kan stole på denne målingen til 10 ganger den verdien, eller 0,00005 tommer. Fortsatt en ganske liten feil.

Ting blir enda mer uklare for CMM-målinger i verkstedsgulvet. Hvis CMM-en plasseres i et temperaturkontrollert inspeksjonslaboratorium, hjelper det mye. Men i verkstedsgulvet kan temperaturene variere ganske mye. Det finnes forskjellige måter en CMM kan kompensere for temperaturvariasjoner på, men ingen er perfekte.

CMM-produsenter spesifiserer ofte nøyaktighet for et temperaturbånd, og i henhold til ISO 10360-2-standarden for CMM-nøyaktighet er et typisk bånd 64–72F (18–22C). Det er flott med mindre verkstedtemperaturen din er 86F om sommeren. Da har du ikke en god spesifikasjon for feilen.

Noen produsenter vil gi deg et sett med trappetrinn eller temperaturbånd med forskjellige nøyaktighetsspesifikasjoner. Men hva skjer hvis du er i mer enn ett område for samme serie med deler på forskjellige tider av døgnet eller forskjellige ukedager?

Man må begynne å lage et usikkerhetsbudsjett som tar hensyn til verst tenkelige tilfeller. Hvis disse verst tenkelige tilfellene resulterer i uakseptable toleranser for delene dine, er det behov for ytterligere prosessendringer:

Du kan begrense bruken av CMM til bestemte tider på døgnet når temperaturene faller innenfor gunstigere områder.
Du kan velge å bare maskinere deler eller funksjoner med lavere toleranse på bestemte tider av døgnet.
Bedre CMM-er kan ha bedre spesifikasjoner for temperaturområdene dine. De kan være verdt det, selv om de kan være mye dyrere.

Disse tiltakene vil selvsagt ødelegge din evne til å planlegge jobbene dine nøyaktig. Plutselig tenker du at bedre klimakontroll i verkstedet kan være en verdig investering.

Du kan se hvordan hele denne målegreia blir ganske forbannet masete.

Den andre ingrediensen som går hånd i hånd er hvordan toleranser som skal kontrolleres av CMM spesifiseres. Gullstandarden er geometrisk dimensjonering og toleransemåling (GD&T). Sjekk ut vårt introduksjonskurs i GD&T for å lære mer.

CMM-programvare

CMM-er kjører ulike typer programvare. Standarden kalles DMIS, som står for Dimensional Measurement Interface Standard. Selv om det ikke er det viktigste programvaregrensesnittet for alle CMM-produsenter, støtter de fleste av dem det i det minste.

Produsenter har laget sine egne unike varianter for å legge til måleoppgaver som ikke støttes av DMIS.

DMIS

Som nevnt er DMIS standarden, men i likhet med CNCs g-kode finnes det mange dialekter, inkludert:

PC-DMIS: Hexagons versjon
OpenDMIS
TouchDMIS: Perceptron

MCOSMOS

MCOSTMOS er Nikons CMM-programvare.

Calypso

Calypso er CMM-programvare fra Zeiss.

CMM- og CAD/CAM-programvare

Hvordan forholder CMM-programvare og programmering seg til CAD/CAM-programvare?

Det finnes mange forskjellige CAD-filformater, så sjekk hvilke CMM-programvaren din er kompatibel med. Den ultimate integrasjonen kalles modellbasert definisjon (MBD). Med MBD kan selve modellen brukes til å trekke ut dimensjoner for CMM-en.

MDB er ganske banebrytende, så det brukes ikke i de fleste tilfeller ennå.

CMM-prober, inventar og tilbehør

CMM-prober

En rekke probetyper og -former er tilgjengelige for å legge til rette for mange forskjellige bruksområder.

CMM-armaturer

Fiksturer sparer tid ved lasting og lossing av deler på en CMM, akkurat som på en CNC-maskin. Du kan til og med få CMM-er med automatiske pallelastere for å maksimere gjennomstrømningen.