ข่าวสาร - คู่มือเครื่อง CMM และการวัดแบบสมบูรณ์

เครื่อง CMM คืออะไร?

ลองนึกภาพเครื่องจักรแบบ CNC ที่สามารถวัดค่าได้อย่างแม่นยำด้วยระบบอัตโนมัติขั้นสูง นั่นคือสิ่งที่เครื่อง CMM ทำได้!

CMM ย่อมาจาก “Coordinate Measuring Machine” ถือเป็นเครื่องมือวัดสามมิติที่ดีที่สุดในแง่ของความยืดหยุ่น ความแม่นยำ และความเร็วโดยรวม

การประยุกต์ใช้เครื่องมือวัดพิกัด

เครื่องวัดพิกัดมีประโยชน์ทุกครั้งที่ต้องการการวัดที่แม่นยำ ยิ่งการวัดมีความซับซ้อนหรือจำนวนมาก การใช้ CMM ก็ยิ่งมีประโยชน์มากขึ้นเท่านั้น

โดยทั่วไปแล้ว CMM จะถูกใช้เพื่อการตรวจสอบและควบคุมคุณภาพ กล่าวคือ ใช้เพื่อตรวจสอบว่าชิ้นส่วนนั้นตรงตามข้อกำหนดและข้อกำหนดเฉพาะของผู้ออกแบบหรือไม่

พวกเขายังสามารถใช้เพื่อวิศวกรรมย้อนกลับชิ้นส่วนที่มีอยู่โดยการวัดคุณลักษณะของชิ้นส่วนเหล่านั้นอย่างแม่นยำ

ใครเป็นผู้คิดค้นเครื่อง CMM?

เครื่อง CMM เครื่องแรกได้รับการพัฒนาโดยบริษัท Ferranti แห่งสกอตแลนด์ในช่วงทศวรรษ 1950 เครื่องเหล่านี้จำเป็นสำหรับการวัดชิ้นส่วนอย่างแม่นยำในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศและการป้องกันประเทศ เครื่องแรกสุดมีแกนเคลื่อนที่เพียง 2 แกน เครื่อง 3 แกนถูกนำมาใช้ในช่วงทศวรรษ 1960 โดย DEA แห่งอิตาลี ระบบควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ถูกนำมาใช้ในช่วงต้นทศวรรษ 1970 โดย Sheffield แห่งสหรัฐอเมริกา

ประเภทของเครื่อง CMM

เครื่องวัดพิกัดมีอยู่ 5 ประเภท:

CMM แบบสะพาน: ในการออกแบบนี้ ซึ่งเป็นแบบที่พบมากที่สุด หัว CMM จะเคลื่อนที่บนสะพาน ด้านหนึ่งของสะพานเคลื่อนที่บนรางบนฐานรอง และอีกด้านหนึ่งรองรับด้วยเบาะลมหรือวิธีการอื่นบนฐานรองโดยไม่ต้องใช้รางนำทาง
Cantilever CMM: Cantilever รองรับสะพานเพียงด้านเดียวเท่านั้น
CMM แบบแกนทรี: แกนทรีใช้รางนำทั้งสองด้าน เหมือนเราเตอร์ CNC โดยทั่วไปแล้ว CMM เหล่านี้มีขนาดใหญ่ที่สุด จึงจำเป็นต้องมีการรองรับเพิ่มเติม
CMM แบบแขนแนวนอน: ลองนึกภาพคานยื่น แต่สะพานทั้งหมดเคลื่อนที่ขึ้นลงด้วยแขนเดียว แทนที่จะอยู่บนแกนของมันเอง CMM เหล่านี้มีความแม่นยำน้อยที่สุด แต่สามารถวัดชิ้นส่วนขนาดใหญ่และบาง เช่น ตัวถังรถยนต์ได้
เครื่อง CMM แบบแขนพกพา: เครื่องเหล่านี้ใช้แขนแบบมีข้อต่อ และโดยทั่วไปจะวางตำแหน่งด้วยมือ แทนที่จะวัดค่า XYZ โดยตรง เครื่องจะคำนวณพิกัดจากตำแหน่งการหมุนของข้อต่อแต่ละข้อและความยาวที่ทราบระหว่างข้อต่อ

แต่ละแบบมีข้อดีและข้อเสียขึ้นอยู่กับประเภทของการวัดที่จะทำ ประเภทเหล่านี้หมายถึงโครงสร้างของเครื่องจักรที่ใช้ในการจัดวางโพรบเทียบกับชิ้นส่วนที่กำลังวัด

นี่คือตารางที่เป็นประโยชน์เพื่อช่วยให้เข้าใจข้อดีและข้อเสีย:

ประเภท CMM	ความแม่นยำ	ความยืดหยุ่น	เหมาะที่สุดสำหรับการวัด
สะพาน	สูง	ปานกลาง	ส่วนประกอบขนาดกลางที่ต้องการความแม่นยำสูง
คานยื่น	สูงสุด	ต่ำ	ส่วนประกอบขนาดเล็กที่ต้องการความแม่นยำสูงมาก
แขนแนวนอน	ต่ำ	สูง	ส่วนประกอบขนาดใหญ่ที่ต้องการความแม่นยำต่ำ
เครน	สูง	ปานกลาง	ส่วนประกอบขนาดใหญ่ที่ต้องการความแม่นยำสูง
แบบแขนพกพา	ต่ำสุด	สูงสุด	เมื่อความสามารถในการพกพาคือเกณฑ์ที่สำคัญที่สุด

โดยปกติแล้วหัววัดจะถูกจัดวางใน 3 มิติ คือ X, Y และ Z อย่างไรก็ตาม เครื่องจักรที่ซับซ้อนกว่าก็สามารถปรับมุมของหัววัดได้เช่นกัน ทำให้สามารถวัดได้ในจุดที่หัววัดไม่สามารถเข้าถึงได้ นอกจากนี้ โต๊ะหมุนยังสามารถนำมาใช้เพื่อปรับปรุงความสามารถในการเข้าถึงจุดต่างๆ ได้อีกด้วย

CMM มักทำจากหินแกรนิตและอลูมิเนียม และใช้ตลับลูกปืนลม

หัววัดคือเซ็นเซอร์ที่กำหนดว่าพื้นผิวของชิ้นส่วนอยู่ที่ใดเมื่อทำการวัด

ประเภทของโพรบ ได้แก่:

เครื่องจักรกล
ออปติคอล
เลเซอร์
แสงสีขาว

เครื่องวัดพิกัดถูกใช้โดยทั่วไปประมาณสามวิธี:

แผนกควบคุมคุณภาพ: โดยทั่วไปแล้วแผนกเหล่านี้จะถูกเก็บไว้ภายในห้องปลอดเชื้อที่มีการควบคุมอุณหภูมิ เพื่อเพิ่มความแม่นยำสูงสุด
พื้นที่ปฏิบัติงาน: ในกรณีนี้ CMM จะถูกติดตั้งไว้ต่ำกว่าเครื่อง CNC เพื่อให้การตรวจสอบเป็นส่วนหนึ่งของเซลล์การผลิตเป็นเรื่องง่าย โดยมีระยะห่างระหว่าง CMM และเครื่องจักรที่ใช้กลึงชิ้นส่วนน้อยที่สุด ซึ่งช่วยให้สามารถวัดผลได้เร็วขึ้นและอาจบ่อยขึ้น ซึ่งนำไปสู่การประหยัดค่าใช้จ่ายเนื่องจากสามารถระบุข้อผิดพลาดได้เร็วขึ้น
พกพาสะดวก: CMM แบบพกพาเคลื่อนย้ายสะดวก สามารถใช้ในโรงงานหรือแม้กระทั่งนำไปยังพื้นที่ห่างไกลจากโรงงานผลิตเพื่อวัดชิ้นส่วนในภาคสนาม

เครื่อง CMM มีความแม่นยำแค่ไหน (ความแม่นยำของ CMM)?

ความแม่นยำของเครื่องวัดพิกัดจะแตกต่างกันไป โดยทั่วไปแล้ว เครื่องวัดเหล่านี้มุ่งเป้าไปที่ความแม่นยำระดับไมโครเมตรหรือสูงกว่า แต่ก็ไม่ง่ายนัก ประการหนึ่ง ความคลาดเคลื่อนของเครื่องวัดพิกัดสามารถเป็นฟังก์ชันของขนาดได้ ดังนั้น ความคลาดเคลื่อนในการวัดของเครื่องวัดพิกัดแบบ CMM อาจระบุเป็นสูตรสั้นๆ ที่รวมความยาวของการวัดเป็นตัวแปร

ตัวอย่างเช่น Global Classic CMM ของ Hexagon ถูกจัดอยู่ในรายชื่อ CMM อเนกประสงค์ที่ราคาไม่แพง และระบุความแม่นยำดังนี้:

1.0 + ลิตร/300 ไมโครเมตร

การวัดเหล่านี้มีหน่วยเป็นไมครอน และ L มีหน่วยเป็นมิลลิเมตร สมมติว่าเรากำลังพยายามวัดความยาวของวัตถุขนาด 10 มิลลิเมตร สูตรคือ 1.0 + 10/300 = 1.0 + 1/30 หรือ 1.03 ไมครอน

ไมครอนมีค่าเท่ากับหนึ่งในพันของมิลลิเมตร ซึ่งมีค่าประมาณ 0.00003937 นิ้ว ดังนั้นความคลาดเคลื่อนในการวัดความยาว 10 มิลลิเมตรของเราจึงเท่ากับ 0.00103 มิลลิเมตร หรือ 0.00004055 นิ้ว ซึ่งน้อยกว่าครึ่งในสิบ ถือว่าเป็นความคลาดเคลื่อนเล็กน้อย!

ในทางกลับกัน ควรมีความแม่นยำ 10 เท่าของค่าที่เราต้องการวัด ซึ่งหมายความว่าเราสามารถเชื่อถือค่าที่วัดได้เพียง 10 เท่าของค่าที่วัดได้ หรือ 0.00005 นิ้ว ซึ่งยังคงเป็นความคลาดเคลื่อนเล็กน้อย

การวัดด้วย CMM ในโรงงานยิ่งซับซ้อนมากขึ้นไปอีก หาก CMM อยู่ในห้องปฏิบัติการตรวจสอบที่มีการควบคุมอุณหภูมิ จะช่วยได้มาก แต่ในโรงงาน อุณหภูมิอาจเปลี่ยนแปลงได้มาก CMM สามารถชดเชยความแปรปรวนของอุณหภูมิได้หลายวิธี แต่ไม่มีวิธีใดที่สมบูรณ์แบบ

ผู้ผลิต CMM มักระบุความแม่นยำสำหรับแถบอุณหภูมิ และตามมาตรฐาน ISO 10360-2 สำหรับความแม่นยำของ CMM แถบอุณหภูมิทั่วไปคือ 64-72 ฟาเรนไฮต์ (18-22 องศาเซลเซียส) ซึ่งถือว่าดีมาก เว้นแต่อุณหภูมิในโรงงานของคุณจะเป็น 86 ฟาเรนไฮต์ในฤดูร้อน มิฉะนั้น คุณจะไม่มีข้อมูลจำเพาะที่ดีสำหรับค่าความคลาดเคลื่อน

ผู้ผลิตบางรายจะมอบชุดขั้นบันไดหรือแถบอุณหภูมิที่มีความแม่นยำแตกต่างกันให้กับคุณ แต่จะเกิดอะไรขึ้นหากคุณอยู่ในช่วงการวัดมากกว่าหนึ่งช่วงสำหรับชิ้นส่วนชุดเดียวกัน ในเวลาต่างกันของวันหรือวันต่างกันของสัปดาห์

เราเริ่มต้องสร้างงบประมาณความไม่แน่นอนที่เอื้อต่อกรณีที่เลวร้ายที่สุด หากกรณีที่เลวร้ายที่สุดเหล่านั้นส่งผลให้ชิ้นส่วนของคุณมีค่าความคลาดเคลื่อนเกินกว่าที่ยอมรับได้ จำเป็นต้องมีการเปลี่ยนแปลงกระบวนการเพิ่มเติม:

คุณสามารถจำกัดการใช้ CMM ไว้เฉพาะบางช่วงเวลาของวันเมื่ออุณหภูมิอยู่ในช่วงที่เหมาะสมกว่า
คุณอาจเลือกที่จะกลึงเฉพาะชิ้นส่วนหรือคุณสมบัติที่มีความคลาดเคลื่อนต่ำในบางช่วงเวลาของวันได้
CMM ที่ดีกว่าอาจมีสเปคที่ดีกว่าสำหรับช่วงอุณหภูมิของคุณ ซึ่งอาจคุ้มค่าแม้ว่าจะมีราคาแพงกว่ามากก็ตาม

แน่นอนว่ามาตรการเหล่านี้จะส่งผลกระทบต่อความสามารถในการจัดตารางงานของคุณอย่างแม่นยำ ทันใดนั้นคุณก็คิดว่าการควบคุมสภาพอากาศที่ดีขึ้นในโรงงานอาจเป็นการลงทุนที่คุ้มค่า

คุณจะเห็นได้ว่าเรื่องการวัดทั้งหมดนี้ค่อนข้างจะยุ่งยากขนาดไหน

องค์ประกอบอีกอย่างที่คู่กันคือวิธีการระบุค่าความคลาดเคลื่อนที่ต้องตรวจสอบโดย CMM มาตรฐานทองคำคือการกำหนดขนาดและความคลาดเคลื่อนทางเรขาคณิต (GD&T) ดูหลักสูตรเบื้องต้นเกี่ยวกับ GD&T ของเราเพื่อเรียนรู้เพิ่มเติม

ซอฟต์แวร์ CMM

CMM มีซอฟต์แวร์หลากหลายประเภท มาตรฐานนี้เรียกว่า DMIS ซึ่งย่อมาจาก Dimensional Measurement Interface Standard ถึงแม้ว่า DMIS จะไม่ใช่ซอฟต์แวร์อินเทอร์เฟซหลักสำหรับผู้ผลิต CMM ทุกราย แต่ผู้ผลิตส่วนใหญ่ก็รองรับมาตรฐานนี้

ผู้ผลิตได้สร้างรสชาติเฉพาะของตนเองเพื่อเพิ่มงานการวัดที่ไม่ได้รับการสนับสนุนโดย DMIS

ดีเอ็มไอเอส

ตามที่กล่าวไว้ DMIS เป็นมาตรฐาน แต่เช่นเดียวกับ G-code ของ CNC ก็มีภาษาถิ่นมากมาย เช่น:

PC-DMIS: เวอร์ชันของ Hexagon
โอเพ่นดีเอ็มไอเอส
TouchDMIS: เพอร์เซ็ปตรอน

เอ็มคอสมอส

MCOSTMOS คือซอฟต์แวร์ CMM ของ Nikon

คาลิปโซ

Calypso คือซอฟต์แวร์ CMM จาก Zeiss

ซอฟต์แวร์ CMM และ CAD/CAM

ซอฟต์แวร์ CMM และการเขียนโปรแกรมเกี่ยวข้องกับซอฟต์แวร์ CAD/CAM อย่างไร

มีรูปแบบไฟล์ CAD มากมายหลายแบบ ดังนั้นโปรดตรวจสอบว่าซอฟต์แวร์ CMM ของคุณรองรับรูปแบบใดบ้าง การผสานรวมขั้นสุดท้ายเรียกว่า Model Based Definition (MBD) ด้วย MBD แบบจำลองนี้สามารถใช้แยกมิติสำหรับ CMM ได้

MDB ถือเป็นเทคโนโลยีชั้นนำ ดังนั้นจึงยังไม่ได้ถูกนำมาใช้ในกรณีส่วนใหญ่

หัววัด CMM อุปกรณ์จับยึด และอุปกรณ์เสริม

หัววัด CMM

มีหัววัดหลายประเภทและรูปร่างให้เลือกเพื่อรองรับการใช้งานที่แตกต่างกันมากมาย

อุปกรณ์ CMM

อุปกรณ์จับยึดทั้งหมดช่วยประหยัดเวลาในการโหลดและขนถ่ายชิ้นส่วนบน CMM เช่นเดียวกับบนเครื่อง CNC คุณยังสามารถใช้ CMM ที่มีระบบยกพาเลทอัตโนมัติเพื่อเพิ่มผลผลิตสูงสุดได้อีกด้วย