ข่าวสาร - คู่มือเครื่อง CMM และการวัดแบบสมบูรณ์

เครื่อง CMM คืออะไร?

ลองนึกภาพเครื่องจักรแบบ CNC ที่สามารถวัดค่าได้อย่างแม่นยำมากโดยทำงานอัตโนมัติ นั่นคือสิ่งที่เครื่องจักร CMM ทำได้!

CMM ย่อมาจาก “เครื่องวัดพิกัด” อาจเป็นอุปกรณ์วัดสามมิติที่ดีที่สุดในแง่ของความยืดหยุ่น ความแม่นยำ และความเร็วโดยรวม

การประยุกต์ใช้เครื่องมือวัดพิกัด

เครื่องวัดพิกัดมีประโยชน์เมื่อต้องการวัดอย่างแม่นยำ ยิ่งการวัดมีความซับซ้อนหรือจำนวนมากเท่าใด การใช้ CMM ก็ยิ่งมีประโยชน์มากขึ้นเท่านั้น

โดยทั่วไป CMM ใช้สำหรับการตรวจสอบและควบคุมคุณภาพ กล่าวคือ ใช้เพื่อตรวจสอบว่าชิ้นส่วนนั้นตรงตามข้อกำหนดและคุณลักษณะเฉพาะของผู้ออกแบบหรือไม่

พวกเขายังสามารถใช้เพื่อวิศวกรรมย้อนกลับชิ้นส่วนที่มีอยู่โดยการวัดคุณสมบัติอย่างแม่นยำ

ใครเป็นผู้คิดค้นเครื่อง CMM?

เครื่อง CMM เครื่องแรกได้รับการพัฒนาโดยบริษัท Ferranti แห่งสกอตแลนด์ในช่วงทศวรรษปี 1950 เครื่องเหล่านี้มีความจำเป็นสำหรับการวัดชิ้นส่วนอย่างแม่นยำในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศและการป้องกันประเทศ เครื่องแรกสุดมีแกนเคลื่อนที่เพียง 2 แกน เครื่อง 3 แกนได้รับการแนะนำในช่วงทศวรรษปี 1960 โดย DEA แห่งอิตาลี การควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์เกิดขึ้นในช่วงต้นทศวรรษปี 1970 และได้รับการแนะนำโดย Sheffield แห่งสหรัฐอเมริกา

ประเภทของเครื่อง CMM

เครื่องวัดพิกัดมีอยู่ 5 ประเภท:

CMM แบบสะพาน: ในการออกแบบนี้ หัว CMM ที่พบเห็นได้ทั่วไปที่สุดจะเคลื่อนที่บนสะพาน ด้านหนึ่งของสะพานเคลื่อนที่บนรางบนเตียง และอีกด้านหนึ่งจะรับน้ำหนักด้วยเบาะลมหรือวิธีอื่นบนเตียงโดยไม่มีรางนำทาง
Cantilever CMM: คานยื่นรองรับสะพานเพียงด้านเดียวเท่านั้น
CMM แบบแกนทรี: แกนทรีใช้รางนำทางทั้งสองด้าน เช่นเดียวกับเราเตอร์ CNC โดยทั่วไปแล้ว CMM เหล่านี้มีขนาดใหญ่ที่สุด ดังนั้นจึงต้องมีการรองรับเพิ่มเติม
CMM แขนแนวนอน: ลองนึกภาพคานยื่นที่มีสะพานทั้งหมดเคลื่อนขึ้นและลงตามแขนเดียวแทนที่จะเคลื่อนที่บนแกนของมันเอง CMM เหล่านี้มีความแม่นยำน้อยที่สุด แต่สามารถวัดชิ้นส่วนที่มีขนาดบางและใหญ่ เช่น ตัวถังรถยนต์ได้
CMM ประเภทแขนพกพา: เครื่องจักรเหล่านี้ใช้แขนแบบมีข้อต่อและโดยปกติจะวางตำแหน่งด้วยมือ แทนที่จะวัด XYZ โดยตรง เครื่องจักรจะคำนวณพิกัดจากตำแหน่งหมุนของข้อต่อแต่ละข้อและความยาวที่ทราบระหว่างข้อต่อ

แต่ละอย่างมีข้อดีและข้อเสียขึ้นอยู่กับประเภทของการวัดที่จะทำ ประเภทเหล่านี้หมายถึงโครงสร้างของเครื่องจักรที่ใช้ในการวางตำแหน่งโพรบเทียบกับชิ้นส่วนที่ถูกวัด

นี่คือตารางที่เป็นประโยชน์เพื่อช่วยให้เข้าใจข้อดีและข้อเสีย:

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

โดยทั่วไปแล้วหัววัดจะวางใน 3 มิติ คือ X, Y และ Z อย่างไรก็ตาม เครื่องจักรที่ซับซ้อนกว่านั้นยังช่วยให้สามารถเปลี่ยนมุมของหัววัดได้ ทำให้สามารถวัดได้ในจุดที่หัววัดไม่สามารถเข้าถึงได้ด้วยวิธีอื่น นอกจากนี้ ยังสามารถใช้โต๊ะหมุนเพื่อปรับปรุงความสามารถในการเข้าใกล้คุณลักษณะต่างๆ ได้อีกด้วย

CMM มักทำจากหินแกรนิตและอลูมิเนียม และใช้ตลับลูกปืนลม

หัววัดคือเซ็นเซอร์ที่จะตรวจจับว่าพื้นผิวของชิ้นส่วนอยู่ที่ใดเมื่อทำการวัด

ชนิดของหัววัด ได้แก่:

เครื่องจักรกล
ออฟติคอล
เลเซอร์
แสงสีขาว

เครื่องวัดพิกัดถูกใช้ในสามวิธีทั่วไปโดยประมาณ:

แผนกควบคุมคุณภาพ: โดยทั่วไปแผนกเหล่านี้จะเก็บรักษาไว้ในห้องปลอดเชื้อที่มีการควบคุมอุณหภูมิ เพื่อให้มีความแม่นยำสูงสุด
พื้นที่ปฏิบัติงาน: CMM จะอยู่ในกลุ่มเครื่อง CNC เพื่อช่วยให้การตรวจสอบทำได้ง่ายขึ้นโดยเป็นส่วนหนึ่งของเซลล์การผลิต โดยที่การเคลื่อนที่ระหว่าง CMM กับเครื่องจักรที่ใช้กลึงชิ้นส่วนต่างๆ น้อยที่สุด ทำให้สามารถวัดได้เร็วขึ้นและอาจบ่อยขึ้นด้วย ส่งผลให้สามารถประหยัดค่าใช้จ่ายได้เนื่องจากสามารถระบุข้อผิดพลาดได้เร็วขึ้น
พกพาสะดวก: CMM แบบพกพาเคลื่อนย้ายสะดวก สามารถใช้ในโรงงานหรือแม้แต่พกพาไปยังไซต์ที่ห่างไกลจากโรงงานผลิตเพื่อวัดชิ้นส่วนในภาคสนาม

เครื่อง CMM มีความแม่นยำแค่ไหน (ความแม่นยำของ CMM)?

ความแม่นยำของเครื่องวัดพิกัดนั้นแตกต่างกันออกไป โดยทั่วไปแล้วเครื่องวัดพิกัดมักจะมุ่งเป้าไปที่ความแม่นยำระดับไมโครเมตรหรือดีกว่านั้น แต่ก็ไม่ใช่เรื่องง่ายนัก ประการหนึ่ง ข้อผิดพลาดของเครื่องมือวัดพิกัดอาจเป็นฟังก์ชันของขนาด ดังนั้นข้อผิดพลาดในการวัดของ CMM อาจระบุเป็นสูตรสั้นๆ ที่รวมความยาวของการวัดเป็นตัวแปร

ตัวอย่างเช่น Global Classic CMM ของ Hexagon ถูกระบุว่าเป็น CMM อเนกประสงค์ราคาไม่แพง และระบุความแม่นยำดังนี้:

1.0 + ลิตร/300 ไมโครเมตร

การวัดดังกล่าวมีหน่วยเป็นไมครอนและ L มีหน่วยเป็นมิลลิเมตร สมมติว่าเรากำลังพยายามวัดความยาวของฟีเจอร์ขนาด 10 มิลลิเมตร สูตรคือ 1.0 + 10/300 = 1.0 + 1/30 หรือ 1.03 ไมครอน

ไมครอนมีค่าเท่ากับหนึ่งในพันของมิลลิเมตร ซึ่งเท่ากับประมาณ 0.00003937 นิ้ว ดังนั้น ข้อผิดพลาดในการวัดความยาว 10 มิลลิเมตรจึงเท่ากับ 0.00103 มิลลิเมตร หรือ 0.00004055 นิ้ว ซึ่งน้อยกว่าครึ่งในสิบ ถือว่าเป็นข้อผิดพลาดที่ค่อนข้างเล็กน้อย!

ในทางกลับกัน ควรมีความแม่นยำ 10 เท่าของค่าที่เราต้องการวัด ซึ่งหมายความว่าเราสามารถเชื่อถือการวัดนี้เพียง 10 เท่าของค่านั้น หรือ 0.00005 นิ้ว ซึ่งยังคงเป็นข้อผิดพลาดที่ค่อนข้างเล็ก

การวัดด้วย CMM ในโรงงานนั้นยิ่งคลุมเครือมากขึ้นไปอีก หาก CMM ถูกเก็บไว้ในห้องตรวจสอบที่มีการควบคุมอุณหภูมิ ก็จะช่วยได้มาก แต่ในโรงงาน อุณหภูมิอาจแตกต่างกันได้มาก CMM สามารถชดเชยการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิได้หลายวิธี แต่ไม่มีวิธีใดที่สมบูรณ์แบบ

ผู้ผลิต CMM มักระบุความแม่นยำสำหรับแถบอุณหภูมิ และตามมาตรฐาน ISO 10360-2 สำหรับความแม่นยำของ CMM แถบอุณหภูมิทั่วไปคือ 64-72F (18-22C) ซึ่งถือว่าดีมาก เว้นแต่อุณหภูมิในโรงงานของคุณจะเป็น 86F ในฤดูร้อน ซึ่งในกรณีนั้น คุณจะไม่มีข้อมูลจำเพาะที่ดีสำหรับข้อผิดพลาด

ผู้ผลิตบางรายจะมอบชุดขั้นบันไดหรือแถบอุณหภูมิที่มีความแม่นยำต่างกันให้กับคุณ แต่จะเกิดอะไรขึ้นหากคุณอยู่ในช่วงมากกว่าหนึ่งช่วงสำหรับชิ้นส่วนชุดเดียวกันในเวลาต่างกันของวันหรือวันต่างกันของสัปดาห์?

เราต้องเริ่มสร้างงบประมาณความไม่แน่นอนที่อนุญาตให้ใช้ในกรณีที่เลวร้ายที่สุด หากกรณีที่เลวร้ายที่สุดเหล่านี้ส่งผลให้ชิ้นส่วนของคุณมีค่าความคลาดเคลื่อนเกินระดับที่ยอมรับได้ จำเป็นต้องมีการเปลี่ยนแปลงกระบวนการเพิ่มเติม:

คุณสามารถจำกัดการใช้ CMM ไว้เฉพาะบางช่วงเวลาของวันเมื่ออุณหภูมิอยู่ในช่วงที่เหมาะสมเท่านั้น
คุณอาจเลือกที่จะกลึงเฉพาะชิ้นส่วนหรือคุณสมบัติที่มีความคลาดเคลื่อนต่ำลงในบางช่วงเวลาของวันได้
CMM ที่ดีกว่าอาจมีคุณลักษณะที่ดีกว่าสำหรับช่วงอุณหภูมิของคุณ ซึ่งอาจคุ้มค่าแม้ว่าจะมีราคาแพงกว่ามากก็ตาม

แน่นอนว่ามาตรการเหล่านี้จะส่งผลกระทบต่อความสามารถในการจัดตารางงานของคุณอย่างแม่นยำ จู่ๆ คุณก็คิดว่าการควบคุมสภาพอากาศที่ดีขึ้นในโรงงานอาจเป็นการลงทุนที่คุ้มค่า

คุณจะเห็นได้ว่าเรื่องการวัดทั้งหมดนี้ค่อนข้างจะยุ่งยาก

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

ซอฟต์แวร์ CMM

CMM มีซอฟต์แวร์หลายประเภท มาตรฐานนี้เรียกว่า DMIS ซึ่งย่อมาจาก Dimensional Measurement Interface Standard แม้ว่าจะไม่ใช่ซอฟต์แวร์อินเทอร์เฟซหลักสำหรับผู้ผลิต CMM ทุกราย แต่ผู้ผลิตส่วนใหญ่ก็รองรับมาตรฐานนี้

ผู้ผลิตได้สร้างรสชาติที่เป็นเอกลักษณ์ของตนเองเพื่อเพิ่มงานการวัดที่ DMIS ไม่รองรับ

ดีเอ็มไอเอส

ดังที่กล่าวไว้ DMIS ถือเป็นมาตรฐาน แต่เช่นเดียวกับ G-code ของ CNC ยังมีภาษาถิ่นอีกมากมาย รวมถึง:

PC-DMIS: เวอร์ชันของ Hexagon
โอเพ่น DMIS
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 ดังนั้นตรวจสอบว่าซอฟต์แวร์ CMM ของคุณรองรับรูปแบบใด การผสานรวมขั้นสุดท้ายเรียกว่า Model Based Definition (MBD) ด้วย MBD คุณสามารถใช้แบบจำลองเพื่อแยกมิติสำหรับ CMM ได้

MDB ถือเป็นเทคโนโลยีชั้นนำจึงยังไม่ได้ถูกนำมาใช้ในกรณีส่วนใหญ่

หัววัด CMM อุปกรณ์วัด และอุปกรณ์เสริม

หัววัด CMM

มีหัววัดหลายประเภทและรูปร่างให้เลือกเพื่อรองรับการใช้งานที่แตกต่างกัน

อุปกรณ์ยึด CMM

อุปกรณ์ช่วยประหยัดเวลาในการโหลดและขนถ่ายชิ้นส่วนบน CMM เช่นเดียวกับบนเครื่อง CNC คุณยังสามารถใช้ CMM ที่มีเครื่องโหลดพาเลทอัตโนมัติเพื่อเพิ่มผลผลิตสูงสุดได้อีกด้วย