高度センシング時代においてもCMMは地位を維持

レーザーからX線まで、計測のための新しいセンシング手法が成長する中、 venerable（由緒ある）CMMが姿を消しつつあると思うかもしれない。しかし、真実はその正反対だ。

製造業は常にコスト、性能、特に品質の限界に挑戦し続けるという永遠の真理があります。「公差は決して緩くなることはなく、常に厳しくなるだけだ」と、Mitutoyo America Corp.（イリノイ州オーロラ）のCMM製品スペシャリスト、Gene Hancz氏は語ります。

それが、固定ベッド型三次元測定機（CMM）が依然として重要なツールであり続ける理由の一つです。計測分野に新しいセンシング技術が参入しても、CMMは利用可能な最も精度の高いツールの一つであり続けています。これらは基本的にブリッジ型CMMのバリエーションだとHancz氏。移動ブリッジがテーブルに固定されたワークの上を横断し、プローブが上下動します。各軸のスケールが点のX、Y、Z位置を決定します。独立して回転するアーティキュレーティング・プローブと回転テーブルが追加の自由度を提供します。

サプライヤーはまた、進化するニーズに対応し、コストを削減するために、ブリッジ型CMMの基本アイデアに多くのバリエーションを創出してきました。例えば、片持ちプローブを単一支持部に取り付けた横型アームCMMなど。大型部品を測定する自動超高精度機械が注目を集める一方で、タッチ・トリガー・プローブやハード・ボールを装備した手動操作CMMのような地味な機械にも、依然として居場所があります。CMMが依然として関連性を保つもう一つの理由は、技術が向上しながら価値が高まっていることです。「私がこの業界に入った頃、小型手動CMMの価格で、今ならコンピュータ制御CMMが買え、精度も測定体積も2倍です」とHancz氏。

同氏によると、シンプルな手動CMMでさえ依然として人気があり、特に一度にわずかな部品を測定するだけの小規模ジョブ・ショップで好まれています。「適切な用途に適切な機器を購入することが重要です。多くの場合、可能な限り最高精度を求められますが、それはほぼ0.25ミクロン測定可能なLEGEXシリーズになります。しかしこれらは購入コストも、温度・湿度を厳密に管理した部屋での設置コストも非常に高くなります。一部の用途には必要ですが、そう多くはありません。」

実際、氏が考える分野最大のトレンドは、CMMを用いたニアラインまたはインライン品質測定です。これによりMitutoyoは、CNC工作機械と連携してインラインまたはニアラインで高速測定するためのMACHシリーズCMMを開発しました。例えば、MACH-3Aは長尺円筒部品（クランクシャフトなど）の高速測定に最適化された横型アームCMMです。最新のMACH Ko-ga-meは、スタンドアロンまたはワークセル統合のいずれにも構成可能なインラインCMMです。

CMMが生産現場に入るにつれ、その健全性監視が不可欠になります。このトレンドは進化するスマート・ファクトリーを反映しており、Hancz氏はMitutoyoがサポートするMTConnect標準を指摘します。「私の意見では、インラインまたはニアライン機械監視の未来における基本的な技術標準です。」

成長とスキルセット

「CMM市場にはまだ十分な成長余地があります」と、Hexagon Manufacturing Intelligence（ロードアイランド州ノース・キングスタウン）社長のAngus Taylor氏も同意。品質要求の高まりがCMM市場を押し上げていることに同調。また、Hexagonが販売する多くのCMMが生産環境に設置されていることを観察していますが、品質室への設置も依然として市場の大きな部分を占めています。

「しかし、生産現場での使用とは別に、我々が最も懸念しているのはユーザーのスキルセットです。更なる設備導入を望む顧客がいますが、プログラムを書けるスキルセットを持った人材がいません」と氏。優秀なマネージャーのように、氏は इसमें危機ではなく機会を見出します。「つまり更なる自動化が必要であり、率直に言えば、我々が顧客のために検査プログラムを作成する機会でもあります。」

自動化には、CMMへのロボットによる部品搬入・搬出も含まれますが、プロセス自体にフィードバックできる情報とも結びついています。「ここでの重要な要素の一つがQ-DASソフトウェアです」と氏。メトロロジー・デバイスからのデータを分析して意思決定を支援する統計ソフトウェア会社Q-DASをHexagonが買収したことを指しています。「これで、工具摩耗やより具体的には特定フィーチャーのデータを監視し、特定フィーチャーからのデータを追跡し始められます。」

生産要件とCMMをより使いやすくする必要性の両方に対応して、5月にHexagonは新しいGlobal S CMMプラットフォームを発表。Eastecショーでデビューしました。同社によると、Global SはHexagonのEnhanced Productivity Series（EPS）の初回製品です。新プラットフォームは、ユーザー・エクスペリエンス（UX）向上、測定ソフトウェア、先進的なグリーン・オプションなどのスマート技術を搭載。EPSプラットフォームは、測定ルーチンの作成、実行、分析を簡素化し、Global SプラットフォームがiPC-DMIS CMMソフトウェアと完全統合されているため、製造データの収集、評価、管理、提示による検査プロセスが高速化されると、Hexagon Manufacturing Intelligenceは述べています。

Taylor氏が見る他のトレンドは、非接触計測への注力の高まりと、機器のスマート/相互接続ファクトリーへの統合です。「CMM用の新しい光学プロービング・システムが、タービン・ブレードやブリスク検査のスループットを劇的に改善しています」と氏。「あらゆる分野で、非接触技術によりデータをより高速に収集し、フィーチャーと個々の部品をより深く理解できるようになります。」

マルチタスクとアプリケーション特化

「複数業界に共通するトレンドとして、CMMでより生産的になることを望む声があります」と、Carl Zeiss Industrial Metrology Technology LLC（ミネソタ州メイプル・グローブ）のプロダクト・マネージャー、David Wick氏。これは、同一機器で多様な部品を測定し、投資を最大化することを意味します。この戦略の鍵は、CMMで利用可能な最大数のセンサーを採用することです。今日、敬意を表されるタッチ・トリガーとスキャニング・アナログ・プローブに加え、CMMにはレーザー・ライン・スキャナーや表面粗さセンサーも搭載されることが多くなりました。Zeissは2016年、AccuraクラスCMM用の新しい共焦点白色光センサーを発表しました。

CMMが柔軟性を増すにつれ、特定測定目的で作られたデバイス（形状測定器など）に取って代わる可能性があります。「最新版Prismo CMMに回転テーブルと最新Calypsoソフトウェアを装備すれば、シリンダーやボール・ベアリングなど、多様な形状の形状測定が可能になります」とWick氏。もう一つの一般的な用途はリバース・エンジニアリングで、CADモデルがない部品をレーザー・ライン・スキャナーで測定し、点群からモデルを作成。一台で多くの測定が可能。これは、頻繁に複数の仕事や少量生産部品を担当する中小企業に特に有用です。

大規模組織では、CMMの使用方法が異なる形で進化していると氏。これらの顧客は、工場や周囲の世界と相互接続された、よりアプリケーション特化型の設置を求めています。「自動化、ロボット搬入、パレタイズの要請が増えています」と氏。「1個ではなく一度に10個測定したいというニーズがあり、より多くのアプリケーション知識が必要です。」Zeiss Gear Proソフトウェア（Calypsoソフトウェアのオプション）を使用したギア特化型インストールの構築が好例です。Gear Proは円筒、ベベル、ウォーム・ギア、ローターを測定し、それらを切削するホブも測定可能。他のパッケージにはタービン・ブレードや電食電極があります。

氏はまた、他のインタビュー対象者と同様、CMMがショップ・フロアでより受け入れられつつあることを観察しています。過酷な環境向けには、IP54定格キャビネットを備え、15℃〜40℃の広い温度範囲で精度を維持するDuraMax HTGのような製品がユーティリティを高めています。自動化統合向けには、Zeissソフトウェアがあらゆるロボット・ベンダーのネイティブ言語でロボット・ローダーと直接通信できるようになったことも指摘。

これによりデータ・セキュリティの問題が浮上。5月、同社はCiscoと提携し、現場のZeissデバイス（測定機など）をインダストリー4.0環境内の上位システムに接続する安全なデータ伝送プラットフォームの構築を発表。目標は統合セキュリティ。Zeiss測定機の監視ソリューションを共同開発。グローバル・サービス（リモート専門家サポート、ヘルプデスク・サポートなど）の迅速なプロビジョニングを可能にします。

CMMへの新アプローチ — 携帯性

ブリッジ型CMMとそのバリエーションが市場で好調な一方で、常に新バリエーションの余地があります。CADファイルからCMMをプログラミング可能であることは常に特徴の一つでしたが、小型版でも特に携帯性に優れているわけではありません。そこで登場するのが、Fowler High Precision（マサチューセッツ州オーバーンデール）の30ポンド（約13.6kg）のzCatポータブルCMM。コーヒー・カディのような外観で、Renishaw TP20タッチ・トリガー・プローブを装備した延長アームを持ち、携帯性とプログラミング可能性を両立しています。

他のCMMとの主な違いは、半径機械で3軸ではなく2軸であること。中心軸から約700mm半径、高さ250mmの測定体積を持ちます。精度仕様は2次元で：[3.0 + D/100mm（半径方向）]ミクロン、[5.0 + L/100mm（直線方向）]ミクロン。「他のポータブル・デバイスとは異なり、これは真に直接コンピュータ制御されたポータブルCMMです」と、最近設立された同機の製造元zCat LLC（Fowlerが一部出資）のインターナショナル・セールス・マネージャー、Jeff Petersen氏。

なぜポータブルでプログラミング可能なCMMなのか？ Fowlerにとっては、メトロロジー・ハンド・ツール・カタログへの次なる論理的な追加だったとPetersen氏。「我々の典型的なツールは単軸またはリニア・スケール・タイプのデバイスで、意図された用途には非常に優れていましたが、典型的なCMMが可能な詳細な3D測定は単純にできませんでした。一方、CMMは通常特別な部屋に設置され、高度に訓練された担当者が操作します。」彼らの夢は、CMMを部品を作るCNC工作機械のすぐ隣に置き、CMMプログラミングの訓練をほとんど受けていない担当者が操作できるようにすることでした。

2014年の導入以来、このデバイスは「順調」だとPetersen氏。「2台目、3台目を購入する顧客もいます。」

CMMを超えたプロセス

Renishawによるタッチ・トリガー・プローブの発明は、ハード・ボール・プローブに取って代わって精度と再現性を向上させ、直接コンピュータ制御を可能にしたことで、かつてCMM革命のきっかけになったとされています。Renishawは、CMMを含むがそれに限定されないメトロロジー・ワールドの（キー・コンポーネント・サプライヤーとして、Denis Zayia氏は独自の視点を持っています。同氏はRenishaw LLC（イリノイ州ウェスト・ダンディー）のセールス&マーケティング担当バイス・プレジデント、元CMMビジネス・マネージャー。

「今日、メトロロジーがプロセス理解のドライバーとなり、変数制御のためのフィードバックを提供し、最終結果を検証することに、より多くの焦点が当てられています」と氏は観察。Renishawプローブは今や、独立した5軸測定システムREVOに進化し、単一CMM上で高速スキャン、非接触検査、表面仕上げ分析を提供します。

氏は、工作機械、品質室のCMM、ショップ・フロアのフレキシブル・ゲージなど、製造セル全体でのデータ取得と監視の場所があると信じています。ショップ・フロアでの重要性が増す一方で、CMMは伝統的にボトルネックと見なされてきました。「プロセス全体を理解すれば、CMMがボトルネックにならないよう防止する必要があります」と氏。「5軸システムはこれを克服するために設計されています。オン・マシン・プロービングには課題があります。工作機械は本来、金属を切削したり、その他の方法で部品を作ったりするものだからです」と氏。過去には通常データを記録せず、測定履歴を失っていました。しかし今日のソフトウェアがこれを克服しました。

各コンポーネント—工作機械、CMM、フレキシブル・ゲージ—にはそれぞれの役割があり、Renishawは各フェーズのプローブと機器を提供します。Equatorゲージング・システムはこの「全体プロセス」を念頭に構築されました。品質室のCMMは、多くの場合、Equatorゲージで使用するためのマスタ部品作成に最適です。Equatorゲージは工作機械の隣のショップ・フロアに設置され、CMMとは異なり温度変化の影響を受けません。

「馴染みの基準に基づき、各コンポーネントへのワークロード配分にはバランスの取れた効率的なアプローチが必要です」と氏。「高価で少量の部品は工作機械自体で検査。大量生産部品はCMMで検査・マスタリングし、フレキシブル・ゲージで再マスタリング。その後、各追加部品を既知のマスタと比較し、オフセット・データを工作機械にフィードバック。このバランス調整により、効率、スループット、コスト削減が実現されます。」

インテリジェント・マニュファクチャリング

独自の視点から、RenishawのZayia氏は未来をどう見るか？「ショップ・フロアで収集されたデータに基づき、現場で意思決定が行われる、直接プロセス制御とインテリジェント・マニュファクチャリングを備えた工場。さらに、アディティブ・マニュファクチャリングの増加と、関連するスループット、メトロロジー、利用可能材料の改善。」