CMM's vergroten hun niche

De eerbiedwaardige coördinatenmeetmachine gaat nog steeds goed, waarbij fabrikanten gebruik maken van de automatiseringsmogelijkheden om arbeidsproblemen te verminderen

Voor CMM's blijven de goede tijden aanbreken. "Een van de verrassende dingen die de afgelopen drie tot vier jaar zijn gebeurd, is het enorme aantal CMM's dat we verzenden", zegt Angus Taylor, president van Hexagon Manufacturing Intelligence, Noord-Amerika (North Kingstown, RI). "De markt lijkt echt te exploderen."

De vraag is waarom nu?

Er zijn een aantal redenen. De CMM's van tegenwoordig verdragen een breder scala aan temperaturen en trillingen. Ze zijn steviger, kleiner en meten nauwkeuriger. Ze meten sneller dan ooit. Ook zijn winkelvloeren niet meer wat ze geweest zijn. "De fabrieken zelf worden schoner", zegt Taylor. De hedendaagse precisiebewerking en productie vereisen schonere omgevingen. Door dit te doen, worden ze ook vriendelijker voor CMM's.

Misschien wel het allerbelangrijkste:het kan gewoon op mensen aankomen.

"Fabrikanten vinden niet genoeg geschoolde mensen, dus beschouwen ze CMM's nu als een geautomatiseerd meetsysteem", legt Taylor uit. “Eén persoon kan meetprogramma’s maken voor 20 [computergestuurde] CMM’s.” Dat vermindert de vaardigheden van de operator om te weten hoe hij onderdelen moet laden en lossen, misschien met behulp van precisie-inrichtingen, en hoe hij het juiste meetprogramma moet opstellen. Hexagon biedt drie CMM's voor de werkvloer, de 4.5.4SF, de 7.10.7SF en de nieuwste toevoeging, de TIGO SF.

Met streepjescodes en gerobotiseerde materiaalverwerking kan zelfs het laden/lossen worden geautomatiseerd.

"Er is ook een trend naar metrologie als onderdeel van de [productie]operatie", zegt Michael Mariani, directeur strategische ontwikkeling bij Hexagon Manufacturing Intelligence. Dat betekent dat meetapparatuur is geïntegreerd in een gesloten productiecel, zoals die onlangs door Hexagon werd gedemonstreerd. De demo laat zien dat onderdelen worden bewerkt en vervolgens door een robot naar een CMM worden verplaatst. De CMM geeft vervolgens automatisch informatie over het aanpassen van de bewerking, indien nodig, om toleranties te behouden.

Sensoren en groei

CMM's worden steeds nuttiger naarmate leveranciers meer sensoren aanbieden. Die diversiteit wordt weerspiegeld in Hexagon's eigen reeks sondes. Het bedrijf levert meettasters, scantasters en oppervlakteruwheidsmetingen, evenals de HP-O optische sensor op basis van interferometrische lasertechnologie.

Sensoren en tasters zijn de hoofdactiviteit van Renishaw PLC (West Dundee, IL, en New Mills, Gloucestershire, VK), de uitvinder van de schakelende taster die CMM's in de eerste plaats zo populair maakte. Naast de PH10 drieassige taster, vond het bedrijf de vijfassige en snel bewegende PH20- en Revo-koppen uit om de CMM-doorvoer te verbeteren. Het bedrijf doet dit door lokale beweging toe te staan ​​terwijl het CMM-mechanisme stationair blijft, minder massa verplaatst en sneller gegevens verzamelt. Het betekent ook minder systeemstijfheid en meer fouten, waardoor langzamere metingen worden geforceerd.

Sondes en sensoren hoeven niet altijd op CMM's te staan. Ze kunnen flexibel meten zijn, zoals de Renishaw Equator, of zelf in bewerkingsmachines. Toch moet een CMM zekerheid bieden dat een product nauwkeurig wordt vervaardigd. Volgens Michael Litwin, Renishaws CMM Products Business Manager, kunnen bewerkingsmachines buiten de tolerantie raken. “Je wilt traceerbaarheid naar een standaard NIST-artefact. Je hebt die CMM nog steeds nodig als onafhankelijke controle,' zei hij.

Het bedrijf erkent dat zelfs zijn industriestandaard analoge tast- en scantasters niet aan alle behoeften kunnen voldoen. In februari 2018 introduceerde Renishaw zijn SFP2 meettaster voor oppervlakteafwerking voor gebruik met zijn REVO vijfassige meetsysteem op CMM's. "Dit maakt oppervlakte-afwerkingsinspectie een integraal onderdeel van CMM-metingen en maakt het mogelijk om te schakelen tussen scannen en oppervlakteafwerkingsmetingen", zei hij. De SFP2 is een glijdende sonde met een diamanten styluspunt met een straal van 2 μm. Het bedrijf zei dat het meetvermogen van het oppervlak varieert van 6,3 m tot 0,05 m (250 μin. tot 2 μin.), gemeten in Ra.

Renishaw introduceerde ook een vision-systeem voor gebruik op de Revo-2-kop, de RVP vision-sonde. Volgens Litwin meet het functies van 2D-beelden met behulp van randdetectie. Driedimensionale gegevens worden afgeleid door verschillende afbeeldingen vanuit verschillende hoeken vast te leggen, samen met nabewerking. "Het biedt een andere manier om functies te meten waar tactiele metingen niet geschikt zijn", zei hij. "Dit omvat kleine koelgaten in turbinebladen of plaatmetalen onderdelen met complexe 3D-geometrie."

"CMM's zijn meestal voor grote functies, maar niet noodzakelijk voor grotere volumes. Veel markten stimuleren kleinere functies en mogelijkheden die contactloze technologieën vereisen”, zegt Nate Rose, manager nieuwe productontwikkeling, Quality Vision International Inc. (Rochester, NY).

Hij merkte op dat de nieuwste vijfassige bewerkingsmachines en additieve fabricagesystemen het mogelijk maken dat onderdelen complexe, ingewikkelde kenmerken hebben waarvan de afmetingen en posities moeten worden geverifieerd. "Soms kunnen die kenmerken het best worden gemeten met een optische, contactloze sensor als onderdeel van de grotere tactiele sondering voor het verzamelen van punten voor analyse," zei hij.

Daarom biedt QVI naast de Renishaw TP20, TP200 en SP25 contacttasters ook zijn videosystemen, lijnscanlasers, Rainbow witlichtsensoren en TeleStar lasertasters aan op zijn lijn CMM's.

"De VersaFlex multisensorkop maakt gelijktijdig gebruik van maximaal drie sensoren op een PH10 mogelijk, zodat ze functies in vrijwel elke richting kunnen bereiken", aldus Rose. “Kleinere kenmerken zijn soms niet bevorderlijk voor tactiele methoden wanneer de locatie van die functie niet wordt gecontroleerd. Door de vision-sensor op de VersaFlex actief te hebben, konden we de functie eerst vinden, deze als referentie instellen en vervolgens met tactiele meten. Puntlasersensoren maken oppervlakteprofielen met een hoge resolutie mogelijk.”

Net als andere OEM's van CMM's biedt Wenzel America Ltd. (Wixom, MI) tactiele tasters van Renishaw samen met twee eigen sensoren. De Phoenix-sensor van Wenzel gebruikt gestructureerd licht, ook wel witlichttechnologie genoemd, om een ​​3D-puntenwolk vast te leggen. Deze witlichtsensor is licht genoeg om op een CMM-sondekop te worden gemonteerd. De andere sensor van het bedrijf is de Shapetracer-laserlijnscanner die ook op een standaard Renishaw-tasterkop kan worden gemonteerd.

Machines en integratie

CMM's bestaan ​​in productie-ecosystemen. "Wat we zien is een verandering in het eigendom van de meetapparatuur", zegt Drew Shemenski, president van Wenzel America. "De echte verschuiving die we hebben gezien, is van een machine die in het laboratorium wordt gecontroleerd door een kwaliteitsgroep naar het productieteam. Zij hebben nu de leiding over de apparatuur en zijn de eigenaren ervan.”

In mei introduceerde Wenzel haar SF 87 CMM op de werkvloer. Shemenski benadrukte dat deze machine geschikt is voor meerdere sensoren en klaar is voor alle tasters van Wenzel en Renishaw. Het bedrijf beweert dat het meetvolume van de CMM van 800 x 700 x 700 mm overeenkomt met de gangbare afmetingen van machines voor het snijden en vormen van metaal. Het beschikt ook over hoge rijsnelheden en versnellingen om het meten te versnellen, aldus het bedrijf. Om de gereedheid op de werkvloer nog verder te verbeteren, beschikt het over een temperatuurstabiele structuur en vuilbestendige geleidingen en schalen. De meetruimte is van drie kanten toegankelijk en is geïntegreerd met andere automatiseringen met de optionele Wenzel Automation Interface.

"De huidige CMM-markt is sterk", beaamt Gene Hancz, productspecialist, CMM voor Mitutoyo America Corp. (Aurora, IL). Mitutoyo biedt CMM's in brug-, arm- en horizontale varianten, evenals standaard, hoge nauwkeurigheid en ultrahoge nauwkeurigheid. "De CMM-brug met standaardnauwkeurigheid is het werkpaard van onze machines", zei hij.

Heeft hij een verandering gezien in de manier waarop CMM's worden gebruikt? "Zeker, door naar de werkvloer te gaan", verklaarde hij. "Of het nu een walk-up machine is [voor algemeen gebruik] of geïntegreerd in een robotcel." De geïntegreerde installaties die hij heeft gezien variëren van eenvoudig met handmatige plaatsing tot volledig geautomatiseerd, met robotcellen die automatisch onderdelenmeetprogramma's voeden en uitvoeren.

Net als andere leveranciers van CMM's biedt Mitutoyo CMM's voor gebruik op de werkvloer, zoals de Mach-serie in drie verschillende modellen. De Mach-3A is een horizontale arm ontworpen voor in-line metingen. Een horizontale arm bespaart ruimte. De Mach-V-serie is ontworpen om te worden gebruikt in een productielijn en geeft pre-/postfeedback aan een werktuigmachine voor machinale aanpassingen.

Een interessante benadering voor het aanbieden van CMM's is de Mach Ko-Ga-Me, een monteerbare CMM. "Je kunt het op elk armatuurontwerp monteren, zelfs in een CNC-freesmachine", legt Hancz uit. Het heeft een meetbereik van slechts 120 x 120 x 80 mm met bewegingen tot 340 mm/seconde met een nauwkeurigheid tot 2 μms, waardoor de monteerbare CMM ideaal is voor kleine onderdelen.

"De sondetechnologie blijft zich uitbreiden en we bieden alles wat beschikbaar is", zegt Hancz. "Onze meest populaire is de Renishaw SP25 analoge scanningtaster, die gegevens verzamelt met een snelheid tot 100 mm/seconde." Mitutoyo biedt ook een meetsonde voor oppervlakteruwheid met glijplaten. De CMM Surftest-sonde is afgeleid van Mitutoyo's SJ-210/310-serie draagbare oppervlakteafwerkingseenheden. Er zijn vijf verschillende sondes beschikbaar:standaard-, klein-gat-, extra klein-gat-, diepgroef- en tandwieltanddetectoren.

"Er is een toenemende vraag in de medische en ruimtevaartsegmenten, en vooral naar multisensorsystemen", zegt David Wick, manager productbeheer voor Carl Zeiss Industrial Metrology LLC (Maple Grove, MN). Zeiss introduceerde in april een ruwheidsmeetsonde, de Rotos-sensor. Dit draagt ​​bij aan de reeks CMM-aanraak-, scan- en optische contactloze sensoren. De contactloze sensoren omvatten camerasensoren en een confocale witlichtsensor.

De Rotos oppervlaktemeetsonde is een sliploze contactoppervlaktetextuursensor met LVDT-detector en twee continu roterende/kantelassen. Afhankelijk van de meetmachine en de specifieke stylus, zegt Zeiss dat het Ra-ruwheidswaarden meet tot 0,03 µm bij snelheden van 0,25 tot 1,0 mm/s.

Zeiss biedt ook een lijn CMM's voor productie op de werkvloer. Dit zijn de GageMax, de CenterMax en de DuraMax. Wick zei dat de DuraMax is uitgebreid tot vier afzonderlijke modellen:DuraMax LTE, DuraMax CNC, DuraMax CNC met een draaitafel en de DuraMax HTG. De HTG is bedoeld voor gebruik in omgevingen met temperaturen tot 100°F (38°C). De CMM's zijn uitgerust met een scantaster en hebben kleine voetafdrukken en gemakkelijke toegang tot het meetvolume.

De CenterMax is een CMM in brugstijl waarvan Wick zei dat het vooral nuttig is bij de productie van grote volumes van hoogtechnologische onderdelen, zoals auto-aandrijflijn en ruimtevaartonderdelen. “We hebben onze nieuwe meetsonde voor oppervlakteruwheid [de Rotos] aan de CenterMax toegevoegd. [Nu] met één opstelling kunnen onze gebruikers kenmerken zoals diameters en boringen meten en vervolgens de kritische oppervlakteruwheid meten, "zei hij.

Eén sonde, één machine

Nu klanten nut vinden in CMM's die zijn uitgerust met een combinatie van sensoren, heeft Alicona Corp. (Bartlett, IL) een iets andere weg ingeslagen:meer toepassingen vinden voor een enkele sensor. De kern van de technologie van het bedrijf is een contactloze sensor die focusvariatie benut.

Deze techniek levert oppervlaktegegevens met een hoge resolutie en een beperkte scherptediepte. De techniek is vergelijkbaar met, maar geavanceerder dan confocale beeldvorming of optische coupes, omdat het ook kleurgegevens levert. Het meet zowel oppervlaktevorm als ruwheid. Volgens het bedrijf is het vooral handig in productieomgevingen.

Alicona heeft het aangepast als een alternatief middel om vorm en geometrie te meten, waardoor het gebruik ervan is uitgebreid. Omdat het geen bereik heeft, moest het bedrijf het precies over een groot object op maat kunnen verplaatsen. Daarom monteerde Alicona zijn 3D Focus-Variation-meetinstrument op een drieassige precisietafel, de µCMM-coördinatenmeetmachine genaamd. De toevoeging van een gemotoriseerde rotatie-eenheid, de geavanceerde Real3D Rotation Unit, zorgt desgewenst voor een vijfassig systeem. Het bedrijf publiceert nauwkeurigheidsgegevens van EMPE =(0,8 + L/600) m volgens de ISO10360:8-specificaties.

“Met de unieke eigenschappen van onze sensor kunnen we afzien van het volgen van een strategie die nu heel gebruikelijk wordt in de CMM-wereld, namelijk het integreren van meerdere sensoren in één CMM-frame. Dankzij de kenmerken van focusvariatie kunnen we één enkele sensor gebruiken. [Het biedt ook] een robuuster, minder kwetsbaar, gebruiksvriendelijker [apparaat] dan wanneer je met meerdere sensoren moet spelen", aldus Scherer.

CMM's in context

Zeiss' Wick ziet een grotere toekomst voor CMM's. "Nieuwe tools en uitgebreide multisensor-mogelijkheden zullen natuurlijk groeien, maar hoe ze in het ecosysteem passen, wordt steeds belangrijker", zei hij. "Vooral in Europa zijn er veel voorbeelden waar klanten hun CMM's samenwerken met bewerkingsmachines in de buurt om informatie uit te wisselen."

Hoewel een CMM die offsets kan leveren aan een bewerkingscentrum nuttig is, denkt hij ook dat er extra mogelijkheden zijn voor verdere integratie en machinesamenwerking. Wereldwijd ziet hij niet veel volledige Smart Factory-implementaties waarin CMM's zijn opgenomen in iets dat je Industrie 4.0 zou kunnen noemen.

"In de VS lopen we nog verder achter", zei hij. Maar daar komt binnenkort misschien verandering in. “Wat ik de komende twee jaar verwacht, is dat leveranciers van CMM's meer automatiseringsopties op hun machines zullen aanbieden. Misschien een add-on box om je te laten praten met een ProfiNet of ProfiBus,” zei hij. Met die informatie-uitwisseling op machineniveau komt de Smart Factory.

Wenzel's Shemenski ziet dat de upstream-integratie van hoe CMM's worden geprogrammeerd ook belangrijker zal worden. “Modelgebaseerde ontwerptechnologie waarbij GD&T al vroeg in het programma aan CAD-modellen wordt gekoppeld, wordt werkelijkheid. Er zijn knelpunten die moeten worden opgelost, en upstream-ontwerpers moeten het erkennen als een groei in hun verantwoordelijkheden, maar het is een trend om in de gaten te houden, "zei hij.

Wat dit zal openen, is de automatisering van het maken van meetprogramma's - zolang geldige GD&T is gekoppeld aan geldige CAD-modellen. "Een opwindende trend is het automatisch maken van meetprogramma's van CAD-modellen met bijgevoegde GD&T", beaamt Hancz. Elke OEM-leverancier die voor dit artikel is geïnterviewd, heeft meetsoftware voor het maken van onderdeelprogramma's voor hun CMM's. Hoewel het momenteel een mogelijkheid is die niet vaak wordt gebruikt, zou de volgende trend kunnen zijn dat ontwerpers anders gaan denken over GD&T in upstream-ontwerpprocessen. Blijf op de hoogte.