Nieuws - Complete CMM-machine- en meetgids

Wat is een CMM-machine?

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

CMM staat voor "Coordinate Measurement Machine". Het zijn misschien wel de ultieme 3D-meetinstrumenten vanwege hun combinatie van flexibiliteit, nauwkeurigheid en snelheid.

Toepassingen van coördinatenmeetmachines

Coördinatenmeetmachines zijn waardevol wanneer nauwkeurige metingen nodig zijn. En hoe complexer of talrijker de metingen, hoe voordeliger het is om een CMM te gebruiken.

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

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

Wie heeft CMM-machines uitgevonden?

De eerste CMM-machines werden in de jaren 50 ontwikkeld door Ferranti Company uit Schotland. Ze waren nodig voor precisiemetingen aan onderdelen in de lucht- en ruimtevaart en defensie. De allereerste machines hadden slechts twee bewegingsassen. Drieassige machines werden in de jaren 60 geïntroduceerd door de Italiaanse DEA. Computerbesturing kwam begin jaren 70 op de markt en werd geïntroduceerd door Sheffield in de VS.

Soorten CMM-machines

Er zijn vijf soorten coördinatenmeetmachines:

Brugtype CMM: In dit meest voorkomende ontwerp rijdt de CMM-kop op een brug. Eén zijde van de brug beweegt over een rail op het bed en de andere zijde wordt ondersteund door een luchtkussen of een andere methode op het bed zonder geleiderail.
Cantilever CMM: De cantilever ondersteunt de brug slechts aan één zijde.
Gantry CMM: De gantry maakt gebruik van een geleiderail aan beide zijden, net als een CNC-freesmachine. Dit zijn meestal de grootste CMM's en hebben daarom extra ondersteuning nodig.
Horizontale arm CMM: Stel je een cantilever voor, maar dan met de hele brug die op en neer beweegt langs de enkele arm in plaats van langs zijn eigen as. Dit zijn de minst nauwkeurige CMM's, maar ze kunnen grote, dunne componenten zoals autocarrosserieën meten.
Draagbare arm-CMM: Deze machines maken gebruik van scharnierende armen en worden meestal handmatig gepositioneerd. In plaats van XYZ direct te meten, berekenen ze de coördinaten op basis van de rotatiepositie van elk gewricht en de bekende lengte tussen de gewrichten.

Elk type heeft voor- en nadelen, afhankelijk van het type meting dat moet worden uitgevoerd. Deze typen hebben betrekking op de structuur van de machine die wordt gebruikt om de positie ervan te bepalen.doorvragenten opzichte van het te meten onderdeel.

Hieronder vindt u een handige tabel die u helpt de voor- en nadelen te begrijpen:

CMM-type	Nauwkeurigheid	Flexibiliteit	Het beste te gebruiken voor het meten
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
Draagbare arm-type	Laagste	Hoogste	Als draagbaarheid het allerbelangrijkste criterium is.

Sondes worden normaal gesproken in drie dimensies gepositioneerd: X, Y en Z. Geavanceerdere machines kunnen echter ook de hoek van de sonde aanpassen, waardoor metingen mogelijk zijn op plaatsen waar de sonde anders niet zou kunnen komen. Draaitafels kunnen ook worden gebruikt om de bereikbaarheid van verschillende objecten te verbeteren.

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

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

De volgende sondetypen zijn beschikbaar:

Mechanisch
Optisch
Laser
Wit licht

Coördinatenmeetmachines worden grofweg op drie manieren gebruikt:

Kwaliteitscontroleafdelingen: Deze worden doorgaans in klimaatgestuurde, schone ruimtes bewaard om de precisie te maximaliseren.
Werkvloer: Hier staan CMM's tussen de CNC-machines, waardoor inspecties eenvoudig kunnen worden uitgevoerd als onderdeel van een productiecel met minimale verplaatsing tussen de CMM en de machine waar de onderdelen worden bewerkt. Dit maakt het mogelijk om metingen eerder en mogelijk vaker uit te voeren, wat leidt tot besparingen omdat fouten sneller worden ontdekt.
Draagbaar: Draagbare CMM's zijn gemakkelijk te verplaatsen. Ze kunnen in de werkplaats worden gebruikt of zelfs naar een locatie buiten de productielocatie worden gebracht 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 als een korte formule met de lengte van de meting als variabele.

De Global Classic CMM van Hexagon wordt bijvoorbeeld vermeld als een betaalbare, universele CMM en specificeert de nauwkeurigheid als volgt:

1,0 + L/300um

Deze metingen zijn in micron en L wordt gespecificeerd in mm. Stel dat we de lengte van een element van 10 mm willen meten. De formule is dan 1,0 + 10/300 = 1,0 + 1/30 of 1,03 micron.

Een micron is een duizendste van een mm, wat ongeveer 0,00003937 inch is. De fout bij het meten van onze lengte van 10 mm is dus 0,00103 mm of 0,00004055 inch. Dat is minder dan een halve halve tiende – een vrij kleine fout!

Aan de andere kant zou de nauwkeurigheid 10x zo groot moeten zijn als wat we proberen te meten. Dat betekent dat we deze meting slechts 10x zo betrouwbaar mogen maken, oftewel 0,00005 inch. Nog steeds een vrij kleine fout.

Bij metingen op de werkvloer met een CMM wordt het nog ingewikkelder. Als de CMM zich in een temperatuurgecontroleerd inspectielaboratorium bevindt, is dat een grote hulp. Maar op de werkvloer kunnen de temperaturen flink variëren. Er zijn verschillende manieren waarop een CMM temperatuurverschillen 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 ligt een typisch bereik tussen 18 en 22 °C. Dat is prima, tenzij het in de zomer 30 °C is in uw werkplaats. Dan hebt u geen goede specificatie voor de fout.

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

Je moet een onzekerheidsbudget opstellen dat rekening houdt met de ergste gevallen. Als die ergste gevallen leiden tot onacceptabele toleranties voor je onderdelen, zijn verdere procesaanpassingen nodig:

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

Natuurlijk zullen deze maatregelen uw vermogen om uw werkzaamheden nauwkeurig te plannen negatief beïnvloeden. Plotseling denkt u dat betere klimaatbeheersing op de werkvloer een goede investering zou kunnen zijn.

Je ziet wel dat dit hele meetgedoe behoorlijk ingewikkeld wordt.

Het andere ingrediënt dat hierbij hoort, is hoe de toleranties die door een CMM gecontroleerd moeten worden, worden gespecificeerd. De gouden standaard is Geometrische Dimensionering en Toleranties (GD&T). Bekijk onze introductiecursus over GD&T voor meer informatie.

CMM-software

CMM's draaien op 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 het wel.

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

DMIS

Zoals gezegd is DMIS de standaard, maar net als de g-code van CNC zijn er veel dialecten, 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 zijn veel verschillende CAD-bestandsformaten, dus controleer welke uw CMM-software compatibel is. De ultieme integratie heet Model Based Definition (MBD). Met MBD kan het model zelf worden gebruikt om afmetingen voor de CMM te extraheren.

MDB is vrij geavanceerd en wordt daarom in de meeste gevallen nog niet gebruikt.

CMM-sondes, -bevestigingen en -accessoires

CMM-sondes

Er zijn verschillende typen en vormen van sondes verkrijgbaar, waardoor ze geschikt zijn voor uiteenlopende toepassingen.

CMM-armaturen

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