CMM's houden hun stand in het tijdperk van geavanceerde sensoren

Met de groei van nieuwe meetmethoden voor metrologie, van lasers tot Röntgenstralen, zou men kunnen denken dat de eerbiedwaardige CMM zou vervagen. Niets is minder waar.

Een eeuwige waarheid is dat productie altijd de grenzen zal verleggen op kosten, prestaties, en vooral kwaliteit. "Toleranties worden nooit loser, ze worden altijd strakker," merkte Gene Hancz, product specialist, CMM van Mitutoyo America Corp. (Aurora, IL) op.

Dat is één reden waarom de fixed-bed coordinate measuring machine, of CMM, een vitaal instrument is gebleven. Zelfs als nieuwe sensortechnologieën het veld van de metrologie zijn binnengedrongen, blijft de CMM een van de meest nauwkeurige tools beschikbaar. Ze zijn meestal varianten van de basis bridge-style CMM, volgens Hancz, met een bewegende brug die over een op een tafel gefixeerd onderdeel traversert en een probeer die omhoog en omlaag beweegt. Schalen in elke as bepalen positie X, Y, en Z van het punt. Articulerende probes die onafhankelijk draaien en draaitafels bieden additionele vrijheidsgraden.

Leveranciers hebben ook veel varianten op het basisidee van de bridge-style CMM gecreëerd om evolutieve behoeften te bevredigen – en kosten te verlagen. Neem, bijvoorbeeld, de horizontale arm CMM met een kragarm-probe bevestigd aan een enkele support. Terwijl automatische, extreem nauwkeurige machines die steeds grotere onderdelen meten, gemakkelijk de aandacht trekken, is er nog steeds een plaats voor de bescheiden, handmatig bediende CMM uitgerust met een touch-trigger probe, of zelfs een harde bal. Een andere reden waarom de CMM relevant blijft is dat de technologie beter wordt terwijl de waarde toeneemt. "Toen ik in het bedrijf begon, zou een kleine handmatige CMM misschien evenveel kosten als wat je vandaag kunt krijgen in een computer-gecontroleerde CMM, met tweemaal de nauwkeurigheid en tweemaal het meetvolume," zei Hancz.

Hij rapporteert dat zelfs eenvoudige handmatige CMM's populair blijven, met name bij kleinere jobshops die slechts een paar onderdelen per keer hoeven te meten. "Het is vitaal om het juiste stuk apparatuur voor de juiste toepassing te kopen. Veel keer vragen mensen om de hoogst mogelijke nauwkeurigheid, wat in onze LEGEX-serie zou zijn, in staat om bijna 0,25 micron te meten. Maar die worden heel duur, zowel in de aankoop van de machines als in het huisvesten ervan in kamers waar temperatuur en vochtigheid strak gecontroleerd worden," legde hij uit. Ze zijn noodzakelijk voor een paar toepassingen, maar niet veel.

In feite denkt hij dat de grootste trend in het veld near-line of in-line kwaliteitsmetingen is met behulp van CMM's. Dit heeft Mitutoyo geleid tot de ontwikkeling van zijn MACH-lijn van CMM's, ontworpen voor hoge-snelheidsmetingen in-line of near-line in combinatie met CNC-werktuigmachines. Bijvoorbeeld, de MACH-3A is een horizontale arm CMM geoptimaliseerd voor hoge-snelheidsmetingen van lange, cilindrische onderdelen, zoals krakaassen. De nieuwste is MACH Ko-ga-me, een in-line CMM die ofwel standalone of geïntegreerd in een werkcel geconfigureerd kan worden.

Naarmate CMM's in productie bewegen, wordt het monitoren van hun gezondheid vitaal. Deze trend spiegelt de evoluerende Slimme Fabriek, en Hancz wijst op de MTConnect-standaard die Mitutoyo ondersteunt. "Mijns inziens is het een fundamentele technologiestandaard voor de toekomst van in-line of near-line machinemonitoring," zei hij.

Groeien en Vaardigheidenset

"Er is nog steeds genoeg groei in de CMM-markt," stemde Angus Taylor, president van Hexagon Manufacturing Intelligence (North Kingstown, RI) toe. Hij stemde toe dat groeiende kwaliteitseisen de CMM-markt boosten. Hij observeerde ook dat veel van de CMM's die Hexagon verkoopt, in productieomgevingen worden geplaatst, hoewel plaatsing in kwaliteitskamers nog steeds een groot deel van de markt is.

"Maar, naast zijn gebruik in productie, is de grootste zorgen die we hebben de vaardigheidenset van [gebruikers]. We hebben klanten die graag meer apparatuur willen aanschaffen, maar niet de mensen met de vaardigheidensets hebben om programma's voor ze te schrijven," merkte hij op. Als elke goede manager, ziet hij kans in plaats van crisis in die observatie. "Dat betekent meer automatisering en, eerlijk gezegd, kans voor ons om klanten te helpen door de inspectieprogramma's voor hen te schrijven," zei hij.

Automatisering kan robotisch laden van onderdelen in en uit CMM's omvatten, maar hij bindt het ook aan informatie die het proces zelf kan voeden. "Eén van de cruciale elementen hier is onze Q-DAS-software," zei hij, verwijzend naar het statistische softwarebedrijf dat Hexagon verwierf dat data van metrologie-apparaten analyseert voor besluitvorming. "Met dat beginnen we dingen te monitoren zoals gereedschapslijtage en meer specifiek [data] op een feature, en data van specifieke features te traceren," zei hij.

In reactie op zowel productievereisten als de behoefte om CMM's gemakkelijker te gebruiken, kondigde Hexagon in mei zijn nieuwe Global S CMM-platform aan, dat debuuteerde op de Eastec-beurs. Volgens het bedrijf is de Global S de initiële aanbieding in Hexagon's Enhanced Productivity Series (EPS). Het nieuwe platform heeft slimme technologieën zoals user experience (UX) verbeteringen, meetsoftware en geavanceerde groene opties. Het EPS-platform vereenvoudigt de creatie, uitvoering en analyse van meetroutines, en het inspectieproces is sneller omdat het Global S-platform volledig geïntegreerd is met iPC-DMIS CMM-software voor de verzameling, evaluatie, beheer en presentatie van productiedata, volgens Hexagon Manufacturing Intelligence.

Andere trends die Taylor ziet zijn de groeiende nadruk op contactloze metrologie en integratie van apparatuur in slimme of geïnterconnecteerde fabrieken. "Ons nieuwe optische probingsysteem voor gebruik op CMM's verbetert de doorvoer dramatisch voor, zeg, turbineblad- en blisk-inspecties," merkte hij op. "In alle gebieden zullen we met contactloze technologieën data sneller verzamelen en een beter begrip krijgen van features en van individuele onderdelen."

Multitasking en Toepassingsspecifiek

"Eén trend die ik over meerdere industrieën zie is dat mensen productiever willen zijn met hun CMM," zei David Wick, productmanager voor Carl Zeiss Industrial Metrology Technology LLC (Maple Grove, MN). Dit betekent diverse onderdelen meten op dezelfde apparatuur, de investering maximaliseren. Een cruciale element in deze strategie is het inzetten van het maximum aantal sensoren beschikbaar op CMM's. Vandaag, naast de eerbiedwaardige touch-trigger en scannende analoge probes, zijn CMM's nu vaak uitgerust met laserlijnscanners en zelfs oppervlakterauwheidssensoren. Zeiss introduceerde in 2016 een nieuwe confocal witlichtsensor voor zijn Accura-klasse CMM's.

Met CMM's die in flexibiliteit groeien, kunnen ze beginnen apparaten die doelgericht gebouwd zijn voor een specifieke meting, zoals vormmeting, te vervangen. "Op onze nieuwste versie van de Prismo CMM, uitgerust met een draaitafel en nieuwste Calypso-software, kun je nu vormmetingen nemen van veel verschillende vormen, zoals cylinders of kogellagers," zei Wick. Een andere veelvoorkomende toepassing is reverse engineering, met een laserlijnscanner een onderdeel meten wiens CAD-model niet bestaat, dan een model creëren uit de puntenwolk. Eén systeem, veel metingen. Dit is vooral nuttig voor kleine of middelgrote bedrijven die vaak getaakt zijn met meerdere taken of lage-volume onderdelen.

Bij grotere organisaties ziet hij de manieren waarop CMM's gebruikt worden op verschillende manieren evolueren. Deze klanten willen meer toepassingsspecifieke installaties die geïnterconnecteerd zijn met de fabriek en de wereld om hen heen. "We krijgen meer verzoeken om automatisering, robotladen en palletisatie," legde hij uit. "Mensen willen 10 onderdelen tegelijk meten in plaats van één, wat meer toepassingskennis vereist." Een goed voorbeeld is het gebruik van de Zeiss Gear Pro-software, een optie voor zijn Calypso-software, om een tandwiel-specifieke installatie te creëren. Gear Pro meet cilindrische, kegel-, en wormtandwielen alsook rotoren, en meet ook de hobs die ze snijden. Andere pakketten omvatten turbinebladen of erosielektroden.

Hij observeerde ook, zoals anderen geïnterviewd, dat CMM's meer geaccepteerd zijn op de shopfloor. Voor harde omgevingen, bieden aanbiedingen zoals de DuraMax HTG met zijn IP54-gekwalificeerde kast die nauwkeurigheid behoudt over een wijd temperatuurbereik – 15° tot 40°C – verhoogde bruikbaarheid. Voor integratie in automatisering, merkte Wick ook op dat Zeiss-software nu direct communiceert met robotladers in elke robotleverancier's native taal.

Dit brengt het issue van databeveiliging op. Het bedrijf kondigde in mei aan dat het partner is met Cisco om een veilig datatransmissieplatform te bouwen om Zeiss-apparaten (bijv. meetmachines) in het veld te verbinden met hogere-systemen binnen de Industry 4.0-omgeving. Het doel is geïntegreerde beveiliging. Dit omvat de gezamenlijke ontwikkeling van een oplossing voor het monitoren van Zeiss-meetmachines. Het zal de snelle provisionering van globale diensten mogelijk maken, zoals remote subject matter expert en helpdesk-ondersteuning.

Een Nieuwe Benadering van CMM – Draagbaarheid

Terwijl bridge-style CMM's en hun varianten goed doen in de markt, dank u, is er altijd ruimte voor varianten. De programmeerbaarheid van een CMM vanuit een CAD-bestand is altijd een van zijn kenmerken geweest, maar zelfs de kleinere versies zijn niet bijzonder draagbaar. Kom de 30 lb zCat draagbare CMM van Fowler High Precision (Auburndale, MA). Eruitziend als een koffie-caddy met een uitsteekselarm uitgerust met een Renishaw TP20 touch-trigger probe, is het apparaat zowel draagbaar als programmeerbaar.

Een cruciale verschil vergeleken met andere CMM's is dat het een straalmachine is, met twee assen in plaats van drie. Het heeft een meetvolume van 700-mm straal (rond de middelste as) bij 250 mm in hoogte. De nauwkeurigheidsspecificatie is dan in twee dimensies: [3,0 + D/100-mm (straal)] micron en [5,0 + L/100 mm (lineair)] micron. "In tegenstelling tot andere draagbare apparaten, is dit een echte direct computer-gecontroleerde draagbare CMM," zei Jeff Petersen, international sales manager van zCat LLC, de onlangs opgerichte producent van de machine (gedeeltelijk in eigendom van Fowler).

Waarom een draagbare en programmeerbare CMM? Voor Fowler was het de volgende logische toevoeging aan zijn metrologie handtool-catalogus, volgens Petersen. "Ons typische tool was een enkele as of lineaire schaaltype apparaat, heel goed voor wat ze bedoeld waren te doen maar simpelweg niet in staat om de gedetailleerde 3D-metingen te doen die een typische CMM kan doen," legde hij uit. "Een CMM, aan de andere kant, wordt meestal gereguleerd tot een speciale kamer en bediend door een hoogst getrainde persoon." Hun droom was om een CMM recht naast de CNC-machine die de onderdelen maakt te brengen, bediend door personeel met veel minder training in programmeren van CMM's.

Sinds de introductie in 2014, gaat het apparaat "goed," volgens Petersen. "Sommige klanten kopen hun tweede en derde machine," zei hij.

Proces Boven CMM's

Renishaw's uitvinding van de touch-trigger probe wordt vaak gecrediteerd met het starten van de CMM-revolutie in de tijd, wat directe computercontrole mogelijk maakte terwijl nauwkeurigheid en herhaalbaarheid ten opzichte van de harde-bal probes die het verving, toenamen. Aangezien Renishaw een (sleutel) componentleverancier is voor de metrologiewereld die omvat – maar niet beperkt tot – CMM's, heeft Denis Zayia een uniek perspectief als vice president van sales en marketing, en voorgaande CMM business manager voor Renishaw LLC (West Dundee, IL). "Er is vandaag veel meer focus op metrologie als de driver om processen te begrijpen, feedback te geven voor controle van variabelen en de uiteindelijke uitkomst te verifiëren," observeerde hij. Renishaw-probes zijn nu geëvolueerd naar een onafhankelijk vijf-as meetsysteem, de REVO, dat hoge-snelheidsscanning, contactloze inspectie, en oppervlakteafwerkingsanalyse op een enkele CMM levert.

Hij gelooft dat er een plaats is voor data-acquisitie en monitoring doorheen de productiecel, inclusief de werktuigmachine, de CMM in de kwaliteitskamer, en flexibele meetinstrumenten op de shopfloor. Terwijl ze aan belang winnen op de shopfloor, zijn CMM's traditioneel gezien als een knelpunt. "Met een waardering voor het hele proces, moet je ervoor zorgen dat CMM's niet dat knelpunt worden," zei hij. "Het vijf-as systeem is ontworpen om dit te overwinnen. On-machine proberen kan zijn uitdagingen hebben. Je wilt principally dat je werktuigmachine metaal snijdt of anderszins onderdelen creëert," zei hij. In het verleden heeft het typisch geen data vastgelegd, wat de geschiedenis van de meting verloor. Maar vandaag's software heeft dit overwonnen.

Elk component – de werktuigmachine, de CMM, en de flexibele meetinstrument – heeft zijn respectieve rol te spelen, en Renishaw levert probes en apparatuur voor elke fase. Zijn Equator meetkundige systeem is gebouwd met dit "hele proces" in gedachten. Een kwaliteitskamer CMM is vaak het beste gebruikt om een onderdeel te meesteren voor gebruik op de Equator meetkundige, die op de shopfloor naast de werktuigmachine woont en immuun is voor temperatuurschwankingen in tegenstelling tot de CMM.

"Een gebalanceerde en efficiënte benadering is vereist bij het vastleggen van werkbelasting aan elk component gebaseerd op bekende criteria," zei hij. "Dure, laag-volume onderdelen kunnen op de werktuigmachine zelf geïnspecteerd worden. Hoog-volume onderdelen zijn beter geïnspecteerd en gemeesterd op de CMM en dan opnieuw gemeesterd op de flexibele meetkundige. Elk additioneel onderdeel wordt dan vergeleken met de bekende master met de offsetdata die teruggevoerd wordt in de werktuigmachine. Het balanceringsact resulteert in verhoogde efficiëntie, doorvoer en kostenbesparingen."

Intelligente Productie

Met zijn unieke perspectief, hoe ziet Renishaw's Zayia de toekomst? "Een fabriek met directe procescontrole en intelligente productie, met beslissingen die op de shopfloor worden genomen op basis van de verzamelde data. Daarnaast, een toename in additieve productie samen met gerelateerde verbeteringen in doorvoer, metrologie en beschikbaarheid van additionele materialen," zei hij.