Nieuws - Complete handleiding voor CMM-machines en -metingen

Wat is een CMM-machine?

Stel je een CNC-machine voor die op een zeer geautomatiseerde manier uiterst precieze metingen kan uitvoeren. Dat is precies wat CMM-machines doen!

CMM staat voor "Coordinate Measuring Machine" (coördinatenmeetmachine). Het zijn wellicht de ultieme 3D-meetinstrumenten vanwege hun combinatie van flexibiliteit, nauwkeurigheid en snelheid.

Toepassingen van coördinatenmeetmachines

Coördinatenmeetmachines zijn onmisbaar wanneer nauwkeurige metingen vereist zijn. Hoe complexer of talrijker de metingen, hoe voordeliger het gebruik van een CMM is.

CMM's worden doorgaans gebruikt voor inspectie en kwaliteitscontrole. Dat wil zeggen, ze worden gebruikt om te controleren of het onderdeel voldoet aan de eisen en specificaties van de ontwerper.

Ze kunnen ook gebruikt worden omreverse engineeringbestaande onderdelen door nauwkeurige metingen van hun kenmerken uit te voeren.

Wie heeft de CMM-machine uitgevonden?

De eerste CMM-machines werden in de jaren 50 ontwikkeld door het Schotse bedrijf Ferranti. Ze waren nodig voor de precisiemeting van onderdelen in de lucht- en ruimtevaart- en defensie-industrie. De allereerste machines hadden slechts twee bewegingsassen. Machines met drie assen werden in de jaren 60 geïntroduceerd door DEA uit Italië. Computerbesturing deed zijn intrede in het begin van de jaren 70 en werd geïntroduceerd door Sheffield uit de VS.

Soorten CMM-machines

Er zijn vijf soorten coördinatenmeetmachines:

Brugtype CMM: Bij dit ontwerp, dat het meest voorkomt, beweegt de CMM-kop over een brug. De ene kant van de brug loopt over een rail op de testbank, terwijl de andere kant wordt ondersteund door een luchtkussen of een andere constructie op de testbank zonder geleiderail.
Cantilever CMM: De cantilever ondersteunt de brug slechts aan één zijde.
Portaal-CMM: De portaal-CMM maakt gebruik van een geleiderail aan beide zijden, net als een CNC-frees. Dit zijn doorgaans de grootste CMM's, dus hebben ze extra ondersteuning nodig.
Horizontale arm CMM: Stel je een cantilever voor, maar dan met de hele brug die langs één arm op en neer beweegt in plaats van om zijn eigen as. Dit zijn de minst nauwkeurige CMM's, maar ze kunnen grote, dunne onderdelen zoals carrosserieën meten.
Draagbare arm-CMM: Deze machines maken gebruik van scharnierende armen en worden doorgaans handmatig gepositioneerd. In plaats van de XYZ-coördinaten direct te meten, berekenen ze de coördinaten op basis van de rotatiepositie van elk scharnierpunt en de bekende afstand tussen de scharnieren.

Elk type heeft voor- en nadelen, afhankelijk van de soorten metingen die moeten worden uitgevoerd. Deze typen verwijzen naar de structuur van de machine die wordt gebruikt om de positionering te bepalen.doorvragenten opzichte van het te meten onderdeel.

Hier is een handige tabel om de voor- en nadelen te verduidelijken:

CMM-type	Nauwkeurigheid	Flexibiliteit	Het meest geschikt voor het meten van afmetingen.
Brug	Hoog	Medium	Middelgrote componenten die een hoge nauwkeurigheid vereisen.
Cantilever	Hoogste	Laag	Kleinere componenten die een zeer hoge nauwkeurigheid vereisen.
Horizontale arm	Laag	Hoog	Grote componenten die een lage nauwkeurigheid vereisen.
Portaal	Hoog	Medium	Grote componenten die een hoge nauwkeurigheid vereisen.
Draagbaar armtype	Laagste	Hoogste	Wanneer draagbaarheid absoluut het belangrijkste criterium is.

Meetinstrumenten worden normaal gesproken in 3 dimensies geplaatst: X, Y en Z. Geavanceerdere machines maken het echter ook mogelijk om de hoek van de meetinstrumenten aan te passen, waardoor metingen mogelijk zijn op plaatsen die anders niet bereikbaar zouden zijn. Draaitafels kunnen ook worden gebruikt om de bereikbaarheid van verschillende onderdelen te verbeteren.

CMM's worden vaak gemaakt van graniet en aluminium en maken gebruik van luchtlagers.

De meetsonde is de sensor die bepaalt waar het oppervlak van het onderdeel zich bevindt wanneer een meting wordt uitgevoerd.

De sondetypen omvatten:

Mechanisch
Optisch
Laser
Wit licht

Coördinatenmeetmachines worden grofweg op drie manieren gebruikt:

Kwaliteitscontroleafdelingen: Deze worden doorgaans in klimaatgecontroleerde cleanrooms gehouden om hun precisie te maximaliseren.
Werkvloer: Hier staan CMM's tussen de CNC-machines om inspecties binnen een productiecel te vergemakkelijken, met minimale verplaatsing tussen de CMM en de machine waar onderdelen worden bewerkt. Hierdoor kunnen metingen eerder en mogelijk vaker worden uitgevoerd, wat leidt tot kostenbesparingen doordat fouten eerder worden opgespoord.
Draagbaar: Draagbare CMM's zijn gemakkelijk te verplaatsen. Ze kunnen worden gebruikt in een werkplaats of zelfs meegenomen naar een locatie ver van de productiefaciliteit om onderdelen ter plaatse te meten.

Hoe nauwkeurig zijn CMM-machines (CMM-nauwkeurigheid)?

De nauwkeurigheid van coördinatenmeetmachines varieert. Over het algemeen streven ze naar een precisie van een micrometer of beter. Maar zo eenvoudig is het niet. Ten eerste kan de fout afhankelijk zijn van de grootte, dus de meetfout van een CMM kan worden gespecificeerd met een korte formule waarin de lengte van de meting als variabele is opgenomen.

De Global Classic CMM van Hexagon wordt bijvoorbeeld aangeprezen als een betaalbare universele CMM en de nauwkeurigheid ervan wordt als volgt gespecificeerd:

1.0 + L/300um

Die afmetingen zijn in micrometers en L wordt in millimeters aangegeven. Stel dat we de lengte van een onderdeel van 10 mm willen meten. De formule zou dan zijn: 1,0 + 10/300 = 1,0 + 1/30 of 1,03 micrometer.

Een micron is een duizendste van een millimeter, oftewel ongeveer 0,00003937 inch. De meetfout bij onze lengte van 10 mm is dus 0,00103 mm of 0,00004055 inch. Dat is minder dan een halve tiende – een behoorlijk kleine fout!

Aan de andere kant zou de nauwkeurigheid tien keer zo groot moeten zijn als wat we proberen te meten. Dat betekent dat we deze meting slechts tot tien keer die waarde, oftewel 0,00005 inch, mogen vertrouwen. Dat is nog steeds een vrij kleine foutmarge.

Bij CMM-metingen op de werkvloer wordt het nog ingewikkelder. Als de CMM zich in een temperatuurgecontroleerd inspectielaboratorium bevindt, is dat een groot voordeel. Maar op de werkvloer kunnen de temperaturen behoorlijk variëren. Er zijn verschillende manieren waarop een CMM temperatuurschommelingen kan compenseren, maar geen enkele is perfect.

CMM-fabrikanten specificeren vaak de nauwkeurigheid voor een temperatuurbereik. Volgens de ISO 10360-2-norm voor CMM-nauwkeurigheid is een typisch bereik 18-22 °C (64-72 °F). Dat is prima, tenzij het in de zomer 30 °C (86 °F) is in uw werkplaats. Dan heeft u geen goede specificatie voor de foutmarge.

Sommige fabrikanten geven je een reeks temperatuurbereiken of -banden met verschillende nauwkeurigheidsspecificaties. Maar wat gebeurt er als je voor dezelfde serie onderdelen op verschillende tijdstippen van de dag of op verschillende dagen van de week in meer dan één bereik werkt?

Men moet een onzekerheidsbudget opstellen dat rekening houdt met de ergste scenario's. Als die ergste scenario's leiden tot onaanvaardbare toleranties voor uw onderdelen, zijn verdere procesaanpassingen nodig.

Je kunt het gebruik van CMM beperken tot bepaalde tijdstippen van de dag waarop de temperaturen gunstiger zijn.
U kunt ervoor kiezen om onderdelen of kenmerken met een lagere tolerantie alleen op bepaalde tijdstippen van de dag te bewerken.
Betere CMM's hebben mogelijk betere specificaties voor uw temperatuurbereik. Ze kunnen de investering waard zijn, ook al zijn ze vaak een stuk duurder.

Natuurlijk zullen deze maatregelen uw mogelijkheden om uw werkzaamheden nauwkeurig in te plannen volledig in de war schoppen. Plotseling denkt u dat betere klimaatbeheersing in de werkplaats misschien toch een waardevolle investering zou zijn.

Je kunt zien hoe ingewikkeld dat hele meetproces kan zijn.

Een ander essentieel aspect is de specificatie van de toleranties die met een CMM (coördinatenmeetmachine) gecontroleerd moeten worden. De gouden standaard hiervoor is geometrische dimensionering en tolerantie (GD&T). Bekijk onze introductiecursus over GD&T voor meer informatie.

CMM-software

CMM's draaien verschillende soorten software. De standaard heet DMIS, wat staat voor Dimensional Measurement Interface Standard. Hoewel het niet de belangrijkste software-interface is voor elke CMM-fabrikant, ondersteunen de meeste fabrikanten het wel.

Fabrikanten hebben hun eigen unieke smaken ontwikkeld om meettaken toe te voegen die niet door DMIS worden ondersteund.

DMIS

Zoals gezegd is DMIS de standaard, maar net als bij de g-code van CNC-machines bestaan er veel varianten, waaronder:

PC-DMIS: Hexagon's versie
OpenDMIS
TouchDMIS: Perceptron

MCOSMOS

MCOSTMOS is de CMM-software van Nikon.

Calypso

Calypso is CMM-software van Zeiss.

CMM- en CAD/CAM-software

Wat is de relatie tussen CMM-software en -programmering en CAD/CAM-software?

Er bestaan veel verschillende CAD-bestandsformaten, dus controleer met welke uw CMM-software compatibel is. De ultieme integratie wordt Model Based Definition (MBD) genoemd. Met MBD kan het model zelf worden gebruikt om afmetingen voor de CMM te extraheren.

MDB is nogal baanbrekend, dus het wordt nog niet in de meeste gevallen gebruikt.

CMM-meetsondes, -armaturen en -accessoires

CMM-sondes

Er is een verscheidenheid aan sondetypes en -vormen beschikbaar om veel verschillende toepassingen mogelijk te maken.

CMM-armaturen

Met behulp van opspaninrichtingen bespaart u tijd bij het laden en lossen van onderdelen op een CMM, net als bij een CNC-machine. Er zijn zelfs CMM's verkrijgbaar met automatische palletladers om de doorvoer te maximaliseren.