Nyheter - Komplett CMM-maskin och mätguide

Vad är en CMM-maskin?

Tänk dig en CNC-maskin som kan göra extremt exakta mätningar på ett högautomatiserat sätt. Det är vad CMM-maskiner gör!

CMM står för ”Coordinate Measuring Machine” (koordinatmätmaskin). De är kanske de ultimata 3D-mätinstrumenten när det gäller kombinationen av övergripande flexibilitet, noggrannhet och hastighet.

Tillämpningar av koordinatmätmaskiner

Koordinatmätmaskiner är värdefulla när noggranna mätningar behöver göras. Och ju mer komplexa eller många mätningar de är, desto mer fördelaktigt är det att använda en CMM.

Vanligtvis används CMM:er för inspektion och kvalitetskontroll. Det vill säga, de används för att verifiera att delen uppfyller konstruktörens krav och specifikationer.

De kan också användas för attomvänd ingenjörskonstbefintliga delar genom att göra noggranna mätningar av deras egenskaper.

Vem uppfann CMM-maskiner?

De första CMM-maskinerna utvecklades av Ferranti Company i Skottland på 1950-talet. De behövdes för precisionsmätning av delar inom flyg- och försvarsindustrin. De allra första maskinerna hade bara två rörelseaxlar. Treaxliga maskiner introducerades på 1960-talet av DEA i Italien. Datorstyrning kom i början av 1970-talet och introducerades av Sheffield i USA.

Typer av CMM-maskiner

Det finns fem typer av koordinatmätningsmaskiner:

Bryggtyp CMM: I denna design, den vanligaste, sitter CMM-huvudet på en brygga. Ena sidan av bryggan sitter på en räcke på sängen, och den andra sidan stöds av en luftkudde eller annan metod på sängen utan styrräcke.
CMM med konsol: Den konsolformade CMM stöder bron på endast ena sidan.
Gantry-CMM: Gantry-maskinen använder en styrskena på båda sidor, precis som en CNC-fräs. Dessa är vanligtvis de största CMM:erna, så de behöver extra stöd.
Horisontell arm-CMM: Föreställ dig en utkragande konsol, men med hela bron som rör sig upp och ner längs den enda armen istället för runt sin egen axel. Dessa är de minst noggranna CMM:erna, men de kan mäta stora, tunna komponenter som bilkarosser.
Bärbar armtyp CMM: Dessa maskiner använder ledade armar och positioneras vanligtvis manuellt. Istället för att mäta XYZ direkt beräknar de koordinater från varje leds rotationsposition och den kända längden mellan lederna.

Var och en har fördelar och nackdelar beroende på vilken typ av mätningar som ska göras. Dessa typer hänvisar till maskinens struktur som används för att positionera desssondi förhållande till den del som mäts.

Här är en praktisk tabell som hjälper dig att förstå för- och nackdelarna:

CMM-typ	Noggrannhet	Flexibilitet	Bäst för mätning
Bro	Hög	Medium	Medelstora komponenter som kräver hög noggrannhet
Konsol	Högsta	Låg	Mindre komponenter som kräver mycket hög noggrannhet
Horisontell arm	Låg	Hög	Stora komponenter som kräver låg noggrannhet
Brygga	Hög	Medium	Stora komponenter som kräver hög noggrannhet
Bärbar armtyp	Lägst	Högsta	När portabilitet är det absolut viktigaste kriteriet.

Prober placeras normalt i tre dimensioner – X, Y och Z. Mer sofistikerade maskiner kan dock också tillåta att probernas vinkel ändras, vilket möjliggör mätning på platser som proben annars inte skulle kunna nå. Roterande bord kan också användas för att förbättra åtkomligheten för olika funktioner.

CMM:er är ofta gjorda av granit och aluminium, och de använder luftlager

Sonden är den sensor som avgör var detaljens yta befinner sig när en mätning görs.

Sondtyper inkluderar:

Mekanisk
Optisk
Laser
Vitt ljus

Koordinatmätningsmaskiner används på ungefär tre allmänna sätt:

Kvalitetskontrollavdelningar: Här förvaras de vanligtvis i klimatkontrollerade renrum för att maximera deras precision.
Verkstadsgolv: Här placeras CMM:er bland CNC-maskinerna för att göra det enkelt att utföra inspektioner som en del av en tillverkningscell med minimal förflyttning mellan CMM:n och maskinen där detaljerna bearbetas. Detta gör att mätningar kan göras tidigare och potentiellt oftare, vilket leder till besparingar eftersom fel identifieras tidigare.
Bärbar: Bärbara CMM:er är enkla att flytta runt. De kan användas på en verkstadsgolv eller till och med tas med till en plats långt från tillverkningsanläggningen för att mäta delar ute i fält.

Hur noggranna är CMM-maskiner (CMM-noggrannhet)?

Noggrannheten hos koordinatmätmaskiner varierar. Generellt sett strävar de efter mikrometerprecision eller bättre. Men det är inte så enkelt. För det första kan felet vara en funktion av storleken, så en CMM:s mätfel kan specificeras som en kort formel som inkluderar mätningens längd som en variabel.

Till exempel listas Hexagons Global Classic CMM som en prisvärd allround-CMM och specificerar dess noggrannhet som:

1,0 + L/300µm

Dessa mått är i mikron och L anges i mm. Så låt oss säga att vi försöker mäta längden på ett 10 mm stort element. Formeln skulle vara 1,0 + 10/300 = 1,0 + 1/30 eller 1,03 mikron.

En mikron är en tusendels mm, vilket är ungefär 0,00003937 tum. Så felet när vi mäter vår 10 mm längd är 0,00103 mm eller 0,00004055 tum. Det är mindre än en halv tiondel – ett ganska litet fel!

Å andra sidan bör man ha en noggrannhet på 10 gånger det vi försöker mäta. Det betyder att vi bara kan lita på att mätningen är 10 gånger det värdet, eller 0,00005 tum. Fortfarande ett ganska litet fel.

Det blir ännu mer oklart vad gäller mätningar med en CMM på verkstadsgolvet. Om CMM:n är placerad i ett temperaturkontrollerat inspektionslabb hjälper det mycket. Men på verkstadsgolvet kan temperaturerna variera en hel del. Det finns olika sätt som en CMM kan kompensera för temperaturvariationer, men inget är perfekt.

CMM-tillverkare specificerar ofta noggrannhet för ett temperaturband, och enligt ISO 10360-2-standarden för CMM-noggrannhet är ett typiskt band 64–72F (18–22C). Det är bra om inte din verkstadsgolv är 86F på sommaren. Då har du ingen bra specifikation för felet.

Vissa tillverkare ger dig en uppsättning trappsteg eller temperaturband med olika noggrannhetsspecifikationer. Men vad händer om du befinner dig i mer än ett område för samma serie delar vid olika tider på dagen eller olika veckodagar?

Man börjar behöva skapa en osäkerhetsbudget som tar hänsyn till värsta tänkbara scenarion. Om dessa värsta tänkbara scenarion resulterar i oacceptabla toleranser för dina delar behövs ytterligare processförändringar:

Du kan begränsa användningen av CMM till vissa tider på dygnet när temperaturen sjunker inom mer gynnsamma intervall.
Du kan välja att endast bearbeta delar eller funktioner med lägre toleranser vid vissa tider på dygnet.
Bättre CMM:er kan ha bättre specifikationer för dina temperaturområden. De kan vara värda det även om de kan vara mycket dyrare.

Naturligtvis kommer dessa åtgärder att orsaka kaos i din förmåga att schemalägga dina jobb korrekt. Plötsligt tänker du att bättre klimatkontroll på verkstadsgolvet kan vara en värd investering.

Du kan se hur hela den här mätgrejen blir ganska kinkig.

Den andra ingrediensen som går hand i hand är hur toleranser som ska kontrolleras av CMM specificeras. Guldstandarden är geometrisk dimensionering och toleransbestämning (GD&T). Kolla in vår introduktionskurs i GD&T för att lära dig mer.

CMM-programvara

CMM:er kör olika typer av programvara. Standarden kallas DMIS, vilket står för Dimensional Measurement Interface Standard. Även om det inte är det huvudsakliga programgränssnittet för alla CMM-tillverkare, stöder de flesta det åtminstone.

Tillverkare har skapat sina egna unika smaker för att lägga till mätuppgifter som inte stöds av DMIS.

DMIS

Som nämnts är DMIS standarden, men precis som CNC:s g-kod finns det många dialekter inklusive:

PC-DMIS: Hexagons version
OpenDMIS
TouchDMIS: Perceptron

MCOSMOS

MCOSTMOS är Nikons CMM-programvara.

Kalypso

Calypso är CMM-programvara från Zeiss.

CMM- och CAD/CAM-programvara

Hur relaterar CMM-programvara och programmering till CAD/CAM-programvara?

Det finns många olika CAD-filformat, så kontrollera vilka din CMM-programvara är kompatibel med. Den ultimata integrationen kallas modellbaserad definition (MBD). Med MBD kan själva modellen användas för att extrahera dimensioner för CMM:n.

MDB är ganska ledande, så det används ännu inte i de flesta fall.

CMM-prober, fixturer och tillbehör

CMM-prober

En mängd olika probtyper och former finns tillgängliga för att underlätta många olika tillämpningar.

CMM-fixturer

Fixturer sparar alla tid vid lastning och lossning av delar på en CMM, precis som på en CNC-maskin. Du kan till och med få CMM:er med automatiska palllastare för att maximera genomströmningen.