工作機械のオペレーターの手に表面検査を置く

部品の公差が厳しくなると、形状と表面仕上げの両方が製品のサイズと機能に大きな影響を及ぼします。また、製造の生産性を高める必要があるため、高品質の部屋の測定システムで表面や形状のチェックを実行することはもはや不可能です。多くの場合、部品を製造しているのと同じ機械工によって、製造の時点で表面仕上げを測定することがますます重要になっています。この機械工は多くの場合、機械の操作の専門家ですが、表面仕上げの測定（およびデータの収集や文書化などの関連タスク）の専門家である必要はありません。

表面仕上げを判断で「測定」したり、爪を使った標準と比較したりして、それほど遠くない過去から長い道のりを歩んできました。粗さ計測の開始以来、国際規格と国際的に認められた表面パラメータの数は指数関数的に増加しています。これにより、品質室や生産現場の新入社員（または熟練した社員）が表面計測の詳細や複雑さを把握することが特に困難になります。

ポータブル粗さゲージ

したがって、メーカーは、テスト要件を満たし、使いやすいオペレーター向けのツールを必要としています。たとえば、Ra（粗さ平均）は、多くのアプリケーションの表面仕上げを分析するための頼りになる方法です。ポケットサイズのポータブル表面ゲージは、これらの基本的な測定に最適です。サイズが小さく、堅牢で、ボタン1つで簡単に操作できるため、メーカーは25年以上にわたって製造現場での粗さ測定に使用してきました。

しかし、町で唯一のゲームはRaだけではありません。表面がどのように設計または製造されるかは、多くの場合、その性能に影響を与えます。表面には、油を保持するための微細な溝が必要ですか、それとも塗料が保持されるのに十分な粗さが必要ですか？仕上げは表面の外観に影響しますか？これらの各特性を測定するために利用できる表面仕上げパラメータがあります。そして、それらを測定することができるポータブル表面仕上げゲージがそこにあります。実際、一部の新しいポータブルゲージは、30を超えるさまざまなパラメータを測定できます。

ここでの難しさは、基本的にはハンドヘルドサイズの実験室グレードの表面仕上げシステムであるということです。そのため、使いやすさが問題になります。複数のパラメーターの測定は1つのボタンを押すのと同じくらい簡単ですが、それらのパラメーターの構成はオペレーターにとって気が遠くなる可能性があります。ゲージメーカーは、ゲージとオペレーターの間のインターフェースを改善することにより、この複雑さを先取りしようとしています。

新しいポータブル表面ゲージ：最新のポータブル表面ゲージは、スマートフォンのようにユーザーとインターフェースします。トレーニングはほとんど必要なく、オペレーターは数分で使用できます。ユニットは、フィルター設定とカットオフ選択を自動化するのに十分スマートであり、ユーザーに最良の結果を提供します。また、ユーザーは画面と測定値をカスタマイズできるため、多くの不要な情報をふるいにかけることなく、必要な結果のみを表示できます。一般的に使用される機能にすばやくアクセスするために、データの送信や特定のトレースの詳細へのアクセスなどの「お気に入り」の機能を表示するようにディスプレイをカスタマイズできます。

スマートフォンのように、ユニットのディスプレイは、水平、垂直、または逆さまの任意の位置で測定できるように調整され、オペレーターに最適な視角を提供します。

したがって、機械工が表面仕上げ検査官になった今、彼はデータ収集と分析の専門家になるためのツールも持っているかもしれません。新しいポータブル表面仕上げ製品により、測定結果の収集または転送がユーザーに対して透過的になります。測定サイクルごとに、設定により、データ結果をデータ形式とPDF形式の両方でデバイスに自動的に保存できます。同時に、結果は、出力コネクタ（またはワイヤレスデータトランスミッター）を介してExcel用のコンピューターに自動的に送信されたり、サードパーティのデータ収集およびSPC分析に使用されたりします。これはすべて、1つのスタートボタンだけで実行され、ユーザーによる追加の手順はありません。

カスタムまたは専用のポータブル表面ソリューション

しかし、これらすべての洗練された使いやすさにもかかわらず、製造現場での表面仕上げの測定には依然として問題があります。測定するランドが非常に短い場合、機械のオペレーターは部品を表面仕上げプローブにぴったりと合わせる時間がない場合があります。彼または彼女はボアに十分に深く入ることができないかもしれません、または追加のセットアップを必要とするシリンダーヘッドの特定の場所で呼び出される複数のチェックがあるかもしれません。また、プローブを測定ポイントに持っていくことができたとしても、急いでいるオペレーターはプローブを損傷から保護できない可能性があります。

シリンダーボア：例としてメスシリンダーボアを取り上げます。シリンダーボアは、おそらく表面仕上げを測定するために設計された専用のゲージを備えた最初のアプリケーションでした。特性には、さまざまなサイズのボアが含まれます。これらのボアは、比較的深く、最大8インチになる場合があります。プリントは、チェックのために特定の深さと場所を呼び出す場合があり、一部のブロックには最大12個のシリンダーがあり、大部分の大量のアプリケーションでは4個のシリンダーがあるため、測定するボアがたくさんあります。したがって、ゲージは携帯性が高く、オペレーターが奥行きに合わせて設定しやすいものである必要があります。設計では、ゲージを部品に持ってくるときに損傷しないように、敏感なプローブを保護する必要もあります。

専用のポータブル表面仕上げボアゲージは、拡張可能なトライボアゲージによく似ています。トライボアにはある程度のサイズ調整がありますが、特定のサイズに設定することができます。これにより、所定の位置に「ロック」され、オペレーターの影響を受けずに非常に再現性の高い読み取り値を提供できます。指示装置も伝達機構によって保護されているため、ゲージが部品に配置されたときに位置決め力が加えられることはありません。

表面仕上げシリンダーボアゲージは同じ原理を採用しています。さまざまなサイズにロックするための調整機能を提供するために、交換可能なプレートを使用して、直径の適切な測定範囲を実現します。ゲージを適切なブロックのセットで設定すると、シリンダーボアに簡単に入ることができます。所定の位置に配置されると、手動で制御されるエアシリンダーがサイジングブロックを拡張して、ゲージを所定の位置にロックします。クランプ力は、ユーザーがゲージでブロックを仮想的に持ち上げることができるようなものです（ただし、これは本格的なウェイトリフターのみが行う必要があります）。

しかし、ゲージのシリンダーにはさらに重要な機能があります。空気を加えずに圧縮すると、敏感な表面仕上げプローブが引っ込められた位置に保持されます。これは、挿入中にプローブがゲージの本体内で保護されることを意味します。オペレーターがゲージの位置に満足したら、空気を適用し、ゲージを所定の位置にロックし、プローブを伸ばして表面テストを行うことができます。完了すると、空気が放出され、プローブが収縮し、ゲージが解放され、ユーザーが簡単に取り外すことができます。

小口径：ブロック内の一部の口径はシリンダーボアほど大きくありませんが、製造現場の表面測定も必要です。ここで別のタックを取ることができます。再び精密な寸法のハンドゲージの世界から借りて、固定された機械式プラグの離陸を組み込むことができます。このタイプのゲージでは、プラグの機械的本体が特定のボアサイズを測定するように作られています。したがって、高速で自己中心化され、オペレーターの影響はありません。

同じ概念を携帯型表面仕上げゲージにも使用できます。この場合、測定対象のボアサイズに近いプラグ本体に表面仕上げプローブが組み込まれています。ただし、常に接点がボアに接触している固定の機械式プラグとは異なり、表面仕上げバージョンでは、プラグが最終的な測定位置になるまでプローブが引っ込められたままになります。次に、機械的な転送メカニズムがそれを解放します。

自動車部品の表面ゲージの他の例には、クランクシャフトとカムシャフト、およびそれらが入る中断されたボアが含まれます。重要な粗さとうねりのチェックには、組み立て時に漏れのない良好なシールを確保するためのヘッドとブロックのデッキ面が含まれます。

自動表面ソリューション

しかし、最高のカスタム設計ツールを使用しても、オペレーターは、自分の機器が処理できるよりも多くの部品や部品の特徴を測定しなければならないことに直面する可能性があります。したがって、完全に自動化された表面測定機を使用して、測定からユーザーの影響を取り除くことができます。これらの複雑なチェックを行う必要がないことで、オペレーターが恩恵を受ける例はたくさんあります。例としては、1つの自動セットアップですべての表面チェックを実行できるエンジンブロックなどの大きな部品から、非常に小さな穴のある小さな部品を測定する必要がある極端な部品までさまざまです。これらは、ユーザーがプローブを測定するボアに位置合わせすることを試みることは不可能ではないにしても難しいでしょう。

大部分の面では、CNC測定システムは、シリンダーブロックやシリンダーヘッドなどのワークピースの粗さ測定用に設計されています。ワークピースの位置決めとプログラムシーケンスは完全に自動化されており、部品と機器の2つの軸方向への回転を制御および駆動するため、すべての測定ポイントに高い柔軟性とアクセス性を提供します。

複数のプローブが利用可能であり、必要に応じて自動的に選択され、それぞれが事前にプログラムされたプローブチップ補正を使用します。これにより、実際の位置決めの潜在的な偏差を自動的に修正しながら、部品図面データに従ってプログラミングすることができます。測定プロセスは時間最適化されており、結果が最も効率的で時間を節約できる方法で表示されるようになっています。

もう1つの極端な例は、非常に深いボアが非常に小さい部品です。オペレーターは、小さなプローブをボアに位置合わせしてから、プローブをボアの奥深くに入れて、ボアの下部の表面をチェックするために、多くの経験を積む必要があります。そして、この経験を積むことで、確かに多くの犠牲的な調査が途中で失われるでしょう。

この例は、さまざまな燃料噴射ノズル本体の測定です。全自動CNC測定ステーションにより、止まり穴からガイド径まで、ノズルシートのコーン全体の輪郭と粗さを測定できます。非常に小さなプローブチップ（全高0.45 mm）を使用して、直径約0.6mmまでの止まり穴に入ることができます。カスタマイズされたソフトウェアルーチンにより、ワークピースの内部輪郭全体を完全に自動測定できます。

プローブアームとワークピースホルダーの寸法は座標系に保存されるため、操作中に測定ステーションをさらに設定する必要はありません。 「ワーク認識」と自動プローブアーム交換ユニットを使用して、完全にオペレーターに依存しない実行まで、自動化の程度を任意の範囲で設計できます。 「パレット測定」オプションを使用すると、オペレーターの関与なしに複数の同一のワークピースの測定を実行できるため、システムは一晩ライトを消してパレット全体を完成させることができます。

これらのCNC測定ステーションの利点は、次のように要約できます。

• 小さな部品または大きな部品の公差が非常に厳しい測定タスク
• 測定ステーションを複雑にセットアップすることなく高速測定
• ワークピースの自動位置合わせと位置決め
• プローブアームのチェック、オフセットのクリア、およびワークピースの制御によるプローブアームの損傷のリスクは非常に低い
• インプロセス測定
• 製造プロセスを制御するための各機能の統計的評価
• 複雑で多様な測定タスクは、測定結果に操作担当者の影響を与えることなく簡単に実行できます

ハンドヘルドポータブルゲージのシングルボタン操作でも、フルCNC表面ゲージのシングルスタートボタンでも、表面仕上げの測定は製造時点で進んで自動化されています。

以前はQualityMagazineで取り上げられました。