CMMの可能性を解き放ちます

50年以上にわたり、座標測定機（CMM）は測定の生産性と品質を向上させてきました。 CMMの力により、多くの複雑な検査タスクはほとんど些細なことのように見えます。これだけの測定機能を使用して、オペレーターがCMMを当然のことと見なしている可能性はありますか？

CMMは高価で、高度なソフトウェアと複雑な精度仕様を備えていることがよくありますが、多くのCMMは、CMMの知識が限られている場合でも、オペレーターが毎日正常かつ効率的に使用しています。最新のテクノロジーの多くと同様に、CMMの日常的な使用は容易になりますが、テクノロジーを適切にサポートするために必要な知識のレベルは非常に高くなる可能性があります。オペレーターがCMMをよりよく理解して使用できるように、いくつかの重要な問題を詳しく見ていきましょう。

1950年代に導入された最初のCMMは、2次元の穴間の距離をすばやく測定するために使用できるテーパーシリンダープローブを備えた手動検査機器でした。これらの初期のCMMの目標は、レイアウト検査の時間をわずか数分に短縮することでした。元のCMMとの類似点はありますが、今日の最新のCMMにはさまざまなスタイルがあり、機械ではなく座標測定システムという用語がより頻繁に使用されています。従来の3軸CMMは依然として非常に人気がありますが、関節式アーム、レーザートラッカー、光学スキャナー、X線、高度なプロービングセンサー、および高速インライン測定システムやその他の3D測定技術は成長を続けています。従来のCMM市場を変えます。

CMMキャリブレーション

CMMの高度な技術により、CMM測定の精度の理解が複雑になっています。測定プロセスの品質を考えて管理するとき、私たちはしばしば2つの別々の問題に焦点を合わせます。1つは測定機器の精度であり、もう1つは測定プロセスの精度と再現性です。測定機器の精度は、多くの場合、元のメーカーの仕様に対する適切な校正と検証によって管理されます。状況はCMMでも同じですが、キャリブレーションはより複雑です。

ゲージブロックなどの単純なもののキャリブレーションは理解しやすいです。これは長さの標準であるため、長さを調整します。長さを測定するキャリパーまたはマイクロメートルの場合、長さを測定するためにそれらを校正します。 CMMには、多くの場合、複数の運動軸、多様なプロービングセンサーがあり、ほとんどすべてを測定するソフトウェアが装備されています。ゲージブロックやキャリパーとは異なり、CMMを実行する測定タスクごとに個別にキャリブレーションすることはできません。これは、経済的に実用的ではないためです。また、個々の測定軸の精度や軸間の直角度など、CMMの機械的コンポーネントを個別にキャリブレーションすることは、すべてのコンポーネントが連携して機能し、測定結果への影響が複雑になるため、あまり役に立ちません。

代わりに、CMMは、CMMの測定ボリューム全体で一連の長さ測定を実行することによって較正されます。十分に文書化された標準化されたテスト手順は1980年代半ばから利用可能であり、最新のものは国際標準ISO 10360-2：2009であり、これは米国でASMEB89.4.10360.2として採用されました。一次テストは単にEテストと呼ばれ、Eは表示のエラーを表します。このテストでは、測定ボリューム全体でさまざまな方向に105の異なる長さの測定を行い、テスト値をメーカーの指定仕様と比較します。 CMMキャリブレーションに使用される最も一般的な参照標準はステップゲージであり、一連の異なる長さのゲージブロックと同じです。大型CMMで人気のあるレーザー干渉計などの他の参照規格も、最新のISO10360-2規格で許可されています。

ISOおよびASME規格に準拠したCMMキャリブレーションは、システム全体の検証です。テストが適合に失敗した場合は、調整が必要になる場合があります。調整を完了するには、2つの軸間の直角度など、追加の測定値を測定して修正する必要がある場合があります。テストに合格した場合、CMMオペレーターはCMMの全体的な一般的な精度に自信を持っています。ただし、CMMは非常に多くの異なるタスクに使用できるため、CMMの特定の使用に起因する追加のエラーを理解することを考慮する必要があります。

CMMの再現性

測定プロセスの品質を評価する場合、ある種の再現性研究を完了することはかなり一般的です。多くの業界では、これはゲージの再現性と再現性の研究、またはGR＆Rと呼ばれています。再現性研究の目的は、機器のキャリブレーションの長期評価を補完する、比較的短期間の測定プロセスの変動を探すことです。 GR＆Rまたは再現性の調査は、測定プロセスのエラーなど、変動の可能性のある原因を適切に評価するように設計する必要があります。従来の手動測定機器の場合、オペレーターのスキルと、オペレーターと測定機器の間の相互作用が重要であり、場合によっては最も支配的なエラーの原因となります。完全に自動化されたCMMの場合、これらのエラーソースが消える可能性があります。

自動測定プロセスの場合、再現性研究の設計が実際の変動源に敏感でないため、再現性は非常に小さく見える場合があります。 CMMの場合、調査には、サンプリング戦略など、取得した測定ポイントの分布と数の影響を考慮するとともに、プロービングセンサーのキャリブレーションの影響（プローブチップ認定と呼ばれることもあります）を含める必要があります。これらのエラーソースは両方とも、固有の測定タスクに固有のものであり、通常、CMMのキャリブレーションでは十分にカバーされていません。 GR＆R研究を実施する場合、再現性をさまざまなオペレーターの研究から、代わりにさまざまなプローブチップキャリブレーションの研究に変更できます。

温度補償

今日の多くのCMMには、温度補償システムが組み込まれています。これらの温度補償システムは、CMMまたは測定された部品が標準の基準温度である20°C（68°F）にないことに関連する大きな熱誤差を補正および修正するという驚くべき仕事をすることができます。ただし、一時的な補正システムが正しく使用されていない場合、これらのシステムは非常に大きなエラーを引き起こす可能性があります。

CMMオペレーターが、ワークピースセンサーを無視するか、ワークピースの熱膨張係数をゼロに設定することにより、システムを使用しないことを決定した状況を考えてみます。オペレーターは、代わりに、測定機器に測定部品を熱的に「浸し」、同じ温度にするという従来の優れた測定方法に従うと考えている可能性があります。したがって、熱誤差を修正する必要はありません。このアプローチは、温度補正のない従来の測定機器で何十年も機能してきましたが、オペレーターは、ワークピースがない間、温度補正システムがCMMを修正し、CMMのみを20°Cに修正していることに気付かない場合があります。修正しました。ワークピースセンサーの使用を無視することにより、温度差が生じ、非常に大きな未知のエラーが発生する可能性があります。

温度補正機能を備えたCMMの場合、最良のアプローチは、ワークピース温度センサーを測定部品に配置することです。そのアプローチが不便な場合は、温度センサーを測定された部品の近くに配置することができます。たとえば、部品を保持する固定具に統合することができます。このようにして、温度センサーが部品に接触していなくても、部品温度の比較的正確な測定を行うことができます。ワークピース温度センサーを使用する予定がない場合は、システム全体をオフにする必要があります。これは通常、CMMの製造元のサービスエンジニアのみが行うことができます。

GD＆Tの問題

CMMの測定ソフトウェアは、デジタルおよび計算による測定方法の最初の広範な使用を導入しました。 CMMソフトウェアには、ASME Y14.5などの幾何学的寸法および公差（GD＆T）規格の記号と意味に基づく機能とボタンがあります。これにより、「正しい」測定方法（存在する場合）について専門家の間で多くの議論が生じましたが、CMMオペレーターにとってより現実的な問題は、さまざまな方法やソフトウェアアプローチによって測定結果が大幅に変わる可能性があることです。仕様の範囲内で動作し、十分な再現性を備えた2つの異なるCMMは、オペレーターまたはソフトウェアでの選択により、根本的に異なる結果をもたらす可能性があります。

CMMソフトウェアの開発者は、特定のGD＆T公差を測定するための単一の最善のアプローチを修正したいと考えており、一部の企業は、測定ソフトウェアが「ASME Y14.5に準拠している」とさえ主張しますが、それは残念ながら不可能であり、正しくありません。 ASME Y14.5などのGD＆T規格には、測定方法ではなく、ワークピースの設計を定義するための規則があります。したがって、ASME Y14.5は、これまでまたは今後も測定が準拠する規格ではありません。また、すべての測定を行う理由には常に目的があり、その目的を考慮して最適な測定方法を決定する必要があります。 CMMソフトウェアの開発者は、さまざまなユーザーのニーズを満たすことができる一連のツールを提供する必要があります。また、顧客に必要なガイダンスを提供するアプリケーションエンジニアも必要です。

同様の部品や公差を測定する場合でも、あるオペレーターに最適な測定方法は、別のオペレーターの測定方法とは大きく異なる場合があります。最適なソリューションを見つけるには、測定の生産性、コスト、法的リスク、およびその他の問題のバランスを適切にとる必要があります。三次元測定機のボタンで見やすくても、優れた寸法測定計画は見逃せません。測定計画は、おそらくすべてのCMMオペレーターが管理しなければならない最大の実装上の問題です。今日のCMMのハードウェアとソフトウェアのオプションは広大で強力であり、企業はすべての実装リスクを確実に管理するための最良の運用方法を開発する必要があります。測定計画の優れたガイドは、米国規格のASMEB89.7.2-2014寸法測定計画です。

将来のCMMの動作は、現在とは大きく異なります。デジタル部品モデルに基づいて測定プログラムを数秒で生成できる高度なCMMソフトウェアがすでに利用可能です。将来のCMMプログラマーは、特定の部品の測定方法についてあまり考える必要はありませんが、すべてのCMM測定に展開できるベストプラクティスと測定ルールを開発するために、計測と公差の原則を理解する必要があります。 CMMテクノロジーは進歩を続けており、精度の向上、機能の追加、測定時間の短縮というメリットが増えています。 CMMの場合、使用するテクノロジーと同様に、ツールが高度になるにつれて、サポートの種類とレベルも高度になる必要があります。

以前はQualityMagazineで取り上げられました。