三次元測定機（CMM）：目的、機能、産業応用

20世紀初期には製品設計はかなりシンプルで、製品設計者は精度と寸法公差要件に柔軟でした。その結果、機械工場はノギス、マイクロメータ、コンパレーターなどの手工具を使用して、従来のフライス盤で部品を製造し品質管理を行うのに問題ありませんでした。

しかし、製品設計がより複雑になり、製造技術がより先進的になると、人為的エラーを排除するより高度な品質管理装置の必要性が生じました。これにより、フェランチ社によって1959年に最初の三次元測定機（CMM）が開発されました。

三次元測定機（CMM）は、今日のトップクラスの機械工場で使用される不可欠な品質管理装置です。この記事では、CMMの基本を取り上げます。CMMの仕組み、応用、今日利用可能なさまざまな種類の三次元測定機を説明します。

三次元測定機（CMM）とは？

三次元測定機（CMM）は、部品の高さ、幅、奥行きを測定して設計要件を満たすかどうかを判断する品質管理装置です。

典型的な三次元測定機（CMM）は、空間内の点の位置を検知し、三次元基準位置から測定するプローブを備えています。したがって、プローブチップをワークピース上で動かすと、プロービングシステムが点を収集し、ワークピースの形状を輪郭付ける「ポイントクラウド」を形成します。

プローブポイントが測定され形状輪郭に変換されるプロセスは、特殊な座標処理ソフトウェアによって処理されます。

「ポイントクラウド」の例　Lucas Vieira作　パブリックドメイン、Wikimedia Commons経由

三次元測定機によって形成される「ポイントクラウド」により、部品の設計意図と公差要件への適合を確認できます。トップクラスの機械工場は通常、これらの機械を品質管理（QC）部門に統合し、製造部品の精度と精密さを顧客の仕様と照らし合わせてテストします。

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リバースエンジニアリングを通じて、機械工場はCMMを使用してカスタム設計（または物理サンプル）のレプリカを作成します。このプロセスでは、機械技師が感度の高いプローブを物理サンプル上で動かし、CMMがこのサンプルを3D CAD図面に変換する一連の操作を実行します。

機械技師はこれらのCADモデルを使用して、CNC機械や3Dプリンターなどの製造技術で物理サンプルのレプリカを作成します。このCMMのリバースエンジニアリング応用は、ビンテージ車エンジンやガスタービン部品などの廃盤部品を作る際に役立ちます。

三次元測定機は通常、4つの異なるタイプがあります：

ブリッジ型CMMは、最も一般的なタイプの座標測定機です。通常、測定装置の非常に安定したアンカーを備え、最高精度と最厳公差要件を持つ機械加工部品の測定に最適です。

しかし、ブリッジ型CMMは一般的に、テーブルに容易に載せられる小型〜中型の機械加工部品の測定に限定されます。ブリッジ型CMMでは、X軸を保持するブリッジの直立アンカーのため、測定すべき一部の部分へのアクセスに課題が生じる場合があります。

ガントリー型CMMはブリッジ型CMMとよく似ていますが、設計と能力でわずかに異なります。

ブリッジ型CMMとは異なり、ガントリー型座標測定機は床に直接取り付けられ、そのブリッジが柱で持ち上げられています。これにより、ガントリー型CMMはブリッジ型CMMが対応するよう設計されているよりも、より大型で複雑な形状の機械加工部品に対応し、アクセスできます。

ガントリー型CMMの測定範囲は、3D座標系で通常（1×2×1m）〜（5×9×3m）の範囲で変化します。

カンチレバー型CMMは一点でのみ支持されるため、ガントリー型とブリッジ型の座標測定機より剛性が低くなります。低重量の機械加工部品を測定する場合、単一点支持により他のCMMより速く動き、より高い精度を達成できます。

カンチレバー型CMMは一般的に、小型機械加工部品、測定ゲージ、マスターパーツの測定に限定されます。

横アーム型CMMは、他のタイプのCMMのように垂直ではなく、スキャンプローブ（またはタッチプローブ）を水平に取り付けます。このユニークな設計により、大面積や到達困難な形状を持つ機械加工部品を測定できます。

横アーム型CMMは他のCMMタイプより精度が低いことに注意してください。それでも、大型薄板金属部品の測定には理想的なCMMタイプです。

三次元測定機（CMM）：目的、機能、産業応用

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