Ontketen het potentieel van uw CMM

Al meer dan 50 jaar verbeteren coördinatenmeetmachines (CMM's) de meetproductiviteit en -kwaliteit. Door de kracht van CMM's lijken veel complexe inspectietaken bijna triviaal. Is het mogelijk dat operators met zoveel meetmogelijkheden hun CMM's als vanzelfsprekend beschouwen?

CMM's zijn vaak duur, met geavanceerde software en gecompliceerde nauwkeurigheidsspecificaties, maar toch worden veel CMM's dagelijks met succes en efficiënt gebruikt door operators, zelfs door gebruikers met beperkte kennis van hun CMM. Zoals met veel moderne technologie, wordt het dagelijkse gebruik van CMM's eenvoudiger, terwijl het kennisniveau dat nodig is om de technologie goed te ondersteunen behoorlijk hoog kan worden. Laten we enkele van de belangrijkste problemen eens nader bekijken om operators te helpen hun CMM's beter te begrijpen en te gebruiken.

De eerste CMM's, geïntroduceerd in de jaren 1950, waren handmatige inspectie-instrumenten die waren uitgerust met taps toelopende cilindersondes die konden worden gebruikt om snel de afstand tussen gaten in twee dimensies te meten. Het doel van deze vroege CMM's was om het aantal uren inspectietijd van de lay-out terug te brengen tot slechts enkele minuten. Hoewel ze nog steeds overeenkomsten vertonen met de originele CMM's, is de moderne CMM van tegenwoordig in zoveel verschillende stijlen verkrijgbaar dat de term coördinatenmeetsystemen, en niet machines, steeds vaker wordt gebruikt. Traditionele drie-assige CMM's zijn nog steeds behoorlijk populair, maar scharnierarmen, lasertrackers, optische scanners, röntgenstralen, geavanceerde sondeersensoren, evenals snelle in-line meetsystemen en andere technologie voor 3D-metingen blijven groeien en verander de traditionele CMM-markt.

CMM-kalibratie

De geavanceerde technologie van de CMM heeft het begrijpen van de nauwkeurigheid van CMM-metingen gecompliceerd gemaakt. Wanneer we nadenken over de kwaliteit van een meetproces en deze beheren, richten we ons vaak op twee afzonderlijke zaken:de nauwkeurigheid van de meetapparatuur en de tweede de nauwkeurigheid en herhaalbaarheid van het meetproces. De nauwkeurigheid van de meetapparatuur wordt vaak beheerd door een goede kalibratie en verificatie tegen de originele specificaties van de fabrikant. De situatie is hetzelfde voor CMM's, maar kalibratie is complexer.

De kalibratie van iets eenvoudigs, zoals een meterblok, is gemakkelijk te begrijpen. Het is een lengtestandaard en daarom kalibreer je de lengte. Voor schuifmaten of schroefmaten, die lengtes meten, kalibreer je ze voor het meten van lengtes. CMM's hebben vaak meerdere bewegingsassen, diverse sondeersensoren en zijn uitgerust met software om bijna alles te meten. In tegenstelling tot het meetblok of de schuifmaat, kunt u een CMM niet afzonderlijk kalibreren voor elke meettaak die hij uitvoert, omdat dat economisch niet praktisch zou zijn. Het is ook niet erg handig om de mechanische componenten van een CMM afzonderlijk te kalibreren, zoals de nauwkeurigheid van een individuele meetas of de haaksheid tussen assen, omdat alle componenten samenwerken en hun invloed op de meetresultaten gecompliceerd is.

CMM's worden daarentegen gekalibreerd door een reeks lengtemetingen uit te voeren over het meetvolume van de CMM. Sinds het midden van de jaren tachtig zijn goed gedocumenteerde gestandaardiseerde testprocedures beschikbaar, waarvan de laatste de internationale norm ISO 10360-2:2009 is, die in de Verenigde Staten is aangenomen als ASME B89.4.10360.2. De primaire test staat eenvoudigweg bekend als de E-test, waarbij E staat voor indicatiefout. De test omvat het maken van 105 verschillende lengtemetingen over het meetvolume en in verschillende oriëntaties, en vervolgens het vergelijken van de testwaarden met de door de fabrikant opgegeven specificatie. De meest gebruikelijke referentiestandaard die wordt gebruikt voor CMM-kalibratie is een stapmaat, die lijkt op een reeks meetblokken met verschillende lengtes. Andere referentiestandaarden, zoals een laserinterferometer die populair is voor grote CMM's, zijn ook toegestaan ​​volgens de nieuwste ISO 10360-2-norm.

Een CMM-kalibratie volgens de ISO- en ASME-normen is een algehele systeemverificatie. Als de test niet voldoet aan de eisen, kunnen aanpassingen nodig zijn. Om de aanpassingen te voltooien, moeten mogelijk aanvullende metingen, zoals de haaksheid tussen twee assen, worden gemeten en gecorrigeerd. Als de test slaagt, heeft de CMM-operator vertrouwen in de algehele algemene nauwkeurigheid van de CMM; omdat CMM's echter voor zoveel verschillende taken kunnen worden gebruikt, moet worden nagedacht over het begrijpen van de extra fouten als gevolg van het specifieke gebruik van de CMM.

CMM-herhaalbaarheid

Bij het beoordelen van de kwaliteit van meetprocessen is het vrij gebruikelijk om een ​​soort herhaalbaarheidsonderzoek uit te voeren. In veel industrieën wordt dit de gage herhaalbaarheids- en reproduceerbaarheidsstudie of GR&R genoemd. Het doel van de herhaalbaarheidsstudie is om te zoeken naar variatie in het meetproces, over een relatief korte tijdsperiode, die een aanvulling vormt op de langetermijnevaluatie van de kalibratie van de apparatuur. Elk GR&R- of herhaalbaarheidsonderzoek moet worden ontworpen om mogelijke bronnen van variatie, bijvoorbeeld fouten in het meetproces, goed te evalueren. Voor traditionele handbediende meetapparatuur is de vaardigheid van de operator en de interactie tussen de operator en de meetapparatuur belangrijke, en soms de meest dominante, foutenbronnen. Voor volledig geautomatiseerde CMM's kunnen deze foutbronnen verdwijnen.

Voor elk geautomatiseerd meetproces kan de herhaalbaarheid vrij klein lijken omdat het ontwerp van het herhaalbaarheidsonderzoek niet gevoelig is voor de echte bronnen van variatie. Voor CMM's moet de studie de invloed omvatten van het kalibreren van de sondeersensoren (soms kwalificatie van de sondetip genoemd), samen met de invloed van de verdeling en het aantal genomen meetpunten, bijvoorbeeld de bemonsteringsstrategie. Beide foutbronnen zijn specifiek voor een unieke meettaak en worden over het algemeen niet goed behandeld in de kalibratie van de CMM. Als u een GR&R-onderzoek uitvoert, kan de reproduceerbaarheid worden gewijzigd van het bestuderen van verschillende operators naar het bestuderen van verschillende probetipkalibraties.

Temperatuurcompensatie

Veel CMM's zijn tegenwoordig uitgerust met ingebouwde temperatuurcompensatiesystemen. Deze temp comp-systemen kunnen geweldig werk leveren door grote thermische fouten te compenseren en te corrigeren die verband houden met ofwel de CMM of het gemeten onderdeel dat niet op de standaard referentietemperatuur van 20 ° C (68 ° F) is. Als een tijdelijk comp-systeem echter niet correct wordt gebruikt, kunnen deze systemen extreem grote fouten introduceren.

Overweeg een situatie waarin een CMM-operator besluit het systeem niet te gebruiken door de werkstuksensoren te negeren of de thermische uitzettingscoëfficiënt van het werkstuk op nul te zetten. De operator denkt misschien dat hij in plaats daarvan de traditioneel goede meetpraktijk zal volgen door het gemeten deel op de meetapparatuur thermisch "uit te weken" om ze op dezelfde temperatuur te brengen, en daarom de thermische fouten niet hoeft te corrigeren. Hoewel deze aanpak al tientallen jaren werkt op traditionele meetapparatuur zonder temp-comp, is de operator zich er misschien niet van bewust dat het temp-com-systeem nog steeds actief bezig is om de CMM, en alleen de CMM, te corrigeren tot 20° C, terwijl het werkstuk niet wordt gecorrigeerd. Door het gebruik van de werkstuksensoren te negeren, ontstaat er een temperatuurverschil dat kan leiden tot aanzienlijk grote en onbekende fouten.

Voor CMM's met temp comp is de beste benadering om de temperatuursensoren van het werkstuk op het gemeten onderdeel te plaatsen. Als die benadering niet handig is, kunnen de temperatuursensoren bijvoorbeeld in de buurt van het gemeten onderdeel worden geplaatst, geïntegreerd in een armatuur die het onderdeel vasthoudt. Op deze manier kan toch een relatief nauwkeurige meting van de onderdeeltemperatuur worden gedaan, zelfs als de temperatuursensoren niet in contact zijn met het onderdeel. Als er geen plan is om de werkstuktemperatuursensoren te gebruiken, moet het hele systeem worden uitgeschakeld, wat meestal alleen kan worden gedaan door een servicemonteur van de fabrikant van de CMM.

GD&T-problemen

De meetsoftware op CMM's introduceerde het eerste wijdverbreide gebruik van digitale en computationele meetmethoden. CMM-software heeft functies en knoppen die zijn gebaseerd op de symbolen en betekenissen in de standaarden voor geometrische dimensionering en tolerantie (GD&T), zoals ASME Y14.5. Hoewel dit tot veel discussie heeft geleid onder experts over wat een "juiste" meetmethode is (als die al bestaat), is het meer praktische probleem voor CMM-operators dat verschillende methoden of softwarebenaderingen de meetresultaten aanzienlijk kunnen veranderen. Twee verschillende CMM's, beide werkend binnen de specificaties en met voldoende herhaalbaarheid, kunnen radicaal verschillende resultaten geven door keuzes gemaakt door de operator of in de software.

De ontwikkelaars van CMM-software zouden graag een enkele beste benadering voor het meten van een bepaalde GD&T-tolerantie willen vaststellen, en sommige bedrijven zullen zelfs beweren dat hun meetsoftware "voldoet aan ASME Y14.5", maar dat is helaas onmogelijk en onjuist. GD&T-normen zoals ASME Y14.5 hebben regels voor het definiëren van het ontwerp van het werkstuk, niet voor hoe te meten, dus ASME Y14.5 is geen norm waaraan een meting ooit heeft of zal voldoen. Bovendien zit er altijd een doel achter waarom elke meting wordt gedaan, en dat doel moet in overweging worden genomen bij het bepalen van de beste meetmethode. Ontwikkelaars van CMM-software moeten een scala aan tools bieden die aan de behoeften van veel verschillende gebruikers kunnen voldoen, evenals applicatie-ingenieurs die hun klanten de nodige begeleiding bieden.

De beste meetmethode voor de ene operator kan heel anders zijn dan die voor een andere, zelfs bij het meten van vergelijkbare onderdelen of toleranties. Meetproductiviteit, kosten, juridische risico's en andere zaken moeten op de juiste manier worden afgewogen om de beste oplossing te vinden. Een goede dimensionale meetplanning kan niet over het hoofd worden gezien, ook al ziet de knop op de CMM er eenvoudig uit. Meetplanning is waarschijnlijk het grootste implementatieprobleem waarmee alle CMM-operators te maken hebben. De hardware- en softwareopties in CMM's zijn tegenwoordig enorm en krachtig, en bedrijven moeten de beste werkwijzen ontwikkelen om ervoor te zorgen dat alle implementatierisico's worden beheerd. Een goede gids voor meetplanning is de Amerikaanse norm, ASME B89.7.2-2014 Dimensional Measurement Planning.

De werking van CMM's zal in de toekomst heel anders zijn dan nu. Er is al geavanceerde CMM-software beschikbaar waarmee meetprogramma's in seconden kunnen worden gegenereerd op basis van digitale onderdeelmodellen. CMM-programmeurs zullen in de toekomst niet veel hoeven nadenken over het meten van een specifiek onderdeel, maar ze zullen metrologie en tolerantieprincipes moeten begrijpen om best practices en meetregels te ontwikkelen die vervolgens kunnen worden ingezet voor alle CMM-metingen. De CMM-technologie wordt steeds beter met toenemende voordelen in verbeterde nauwkeurigheid, extra mogelijkheden en kortere meettijd. Voor CMM's, zoals voor elke technologie die we gebruiken, moet naarmate de tools geavanceerder worden, het type en niveau van ondersteuning ook geavanceerder worden.

Eerder verschenen in Quality Magazine.