Het Volledige Potentieel Van Uw Coördinaat Meetmachine Ontgrendelen

Al meer dan 50 jaar verbeteren coördinaat meetmachines (CMM's) meetproductiviteit en kwaliteit. De kracht van CMM's heeft veel complexe inspectietaken schijnbaar triviaal gemaakt. Met zoveel meetcapaciteit, is het mogelijk dat operators hun CMM's voor genomen nemen?

CMM's zijn vaak duur, met gesofisticeerde software en gecompliceerde nauwkeurigheidsspecificaties, doch veel CMM's worden succesvol en efficiënt dagelijks gebruikt door operators, zelfs die met beperkte kennis van hun CMM. Zoals bij veel van moderne technologie, wordt het dagelijkse gebruik van CMM's makkelijker, terwijl het kennisniveau dat nodig is om de technologie goed te ondersteunen, behoorlijk hoog kan worden. Laten we eens nader kijken naar enkele van de sleutelissues om operators te helpen hun CMM's beter te begrijpen en te gebruiken.

Geïntroduceerd in de jaren '50, waren de eerste CMM's handmatige inspectie-instrumenten uitgerust met getapte cylinder tastkoppen die gebruikt konden worden om snel de afstand tussen gaten in twee dimensies te meten. Het doel van deze vroege CMM's was uren aan inspectietijd te reduceren tot slechts een paar minuten. Hoewel nog steeds gelijkenissen vertoonend met de oorspronkelijke CMM's, komt de moderne CMM vandaag in zoveel verschillende stijlen dat de term coördinaat meetsystemen, niet machines, vaker gebruikt wordt. Traditionele drie-as CMM's zijn nog steeds redelijk populair, maar articulatie armen, laser trackers, optische scanners, Röntgen, geavanceerde tastensors, evenals hoge-snelheid in-line meetsystemen en andere technologie voor 3-D metingen blijven groeien en de traditionele CMM markt veranderen.

CMM Kalibratie

De geavanceerde technologie op de CMM heeft het begrijpen van de nauwkeurigheid van CMM metingen gecompliceerd gemaakt. Wanneer we nadenken over en de kwaliteit van elk meetproces managen, richten we ons vaak op twee afzonderlijke issues: één is de nauwkeurigheid van de meetapparatuur, en het tweede is de nauwkeurigheid en herhaalbaarheid van het meetproces. De nauwkeurigheid van de meetapparatuur wordt vaak beheerd door correcte kalibratie en verificatie tegen de oorspronkelijke fabrikantsspecificaties. De situatie is dezelfde voor CMM's, maar kalibratie is complexer.

De kalibratie van iets simpels, zoals een maatblok, is makkelijk te begrijpen. Het is een lengtestandaard, en daarom kalibreert u de lengte. Voor schuifmatten of micrometers, die lengtes meten, kalibreert u ze voor het meten van lengtes. CMM's hebben vaak meerdere assen van beweging, diverse tastensors en zijn uitgerust met software om bijna alles te meten. In tegenstelling tot het maatblok of de schuifmaat, kunt u een CMM niet apart kalibreren voor elke meettak die het uitvoert, omdat dat niet economisch praktisch zou zijn. Het is ook niet erg nuttig om de mechanische componenten van een CMM apart te kalibreren, zoals de nauwkeurigheid van een individuele meetas of de rechthoekigheid tussen assen, omdat alle componenten samenwerken en hun invloed op meetresultaten gecompliceerd is.

CMM's worden in plaats daarvan gekalibreerd door een reeks lengtemetingen uit te voeren over het meetvolume van de CMM. Goed gedocumenteerde gestandaardiseerde testprocedures zijn beschikbaar sinds midden jaren '80, de meest recente is de internationale standaard ISO 10360-2:2009, die in de Verenigde Staten aangenomen is als ASME B89.4.10360.2. De primaire test is simpelweg bekend als de E-test, waar E staat voor fout van indicatie. De test omvat 105 verschillende lengtemetingen over het meetvolume en in diverse oriëntaties, en vergelijkt de testwaarden met de door de fabrikant aangegeven specificatie. De meest voorkomende referentiestandaard gebruikt voor CMM kalibratie is een trapmaat, wat niet ongelijken is aan een reeks verschillende lengte maatblokken. Andere referentiestandaarden, zoals een laserinterferometer wat populair is voor grote CMM's, zijn ook toegestaan per de laatste ISO 10360-2 standaard.

Een CMM kalibratie volgens de ISO en ASME standaarden is een algehele systeemverificatie. Als de test faalt aan conformiteit, dan kunnen aanpassingen nodig zijn. Om de aanpassingen te voltooien, kunnen additionele metingen, zoals de rechthoekigheid tussen twee assen, gemeten en gecorrigeerd moeten worden. Als de test slaagt, dan heeft de CMM operator vertrouwen in de algehele algemene nauwkeurigheid van de CMM; echter, aangezien CMM's voor zoveel verschillende taken gebruikt kunnen worden, moet rekening gehouden worden met het begrijpen van de additionele fouten door het specifieke gebruik van de CMM.

CMM Herhaalbaarheid

Bij het beoordelen van de kwaliteit van meetprocessen, is het redelijk gebruikelijk om een of ander type herhaalbaarheidsstudie te voltooien. In veel industrieën heet dit de gauge repeatability and reproducibility study, of GR&R. Het doel van de herhaalbaarheidsstudie is om te zoeken naar variatie in het meetproces, over een relatief korte tijdsperiode, wat de langetermijnevaluatie van de apparatuurkalibratie complementeert. Elke GR&R of herhaalbaarheidsstudie moet ontworpen zijn om waarschijnlijke bronnen van variatie goed te evalueren, bijvoorbeeld, fouten in het meetproces. Voor traditionele handmatig bediende meetapparatuur, is operatorvaardigheid en de interactie tussen de operator en meetapparatuur belangrijk, en soms de meest dominante, foutbronnen. Voor volledig geautomatiseerde CMM's, kunnen deze foutbronnen verdwijnen.

Voor elk geautomatiseerd meetproces, kan de herhaalbaarheid quite klein lijken vanwege het ontwerp van de herhaalbaarheidsstudie niet gevoelig is voor de echte bronnen van variatie. Voor CMM's, moet de studie de invloed van het kalibreren van de tastensors (soms probe tip qualification genoemd) meenemen samen met het overwegen van de invloed van de verdeling en het aantal meetpunten genomen, bijvoorbeeld, de steekproefstrategie. Beide foutbronnen zijn specifiek voor een unieke meettak en zijn over het algemeen niet goed gedekt in de kalibratie van de CMM. Als u een GR&R studie uitvoert, kan de reproduceerbaarheid gewijzigd worden van het bestuderen van verschillende operators naar in plaats daarvan het bestuderen van verschillende probe-tip kalibraties.

Temperatuurcompensatie

Veel CMM's vandaag komen uitgerust met ingebouwde temperatuurcompensatiesystemen. Deze temp comp systemen kunnen een geweldig werk doen bij het compenseren en corrigeren van grote thermische fouten geassocieerd met of de CMM of het gemeten onderdeel niet op de standaard referentietemperatuur van 20° C (68° F) is. Echter, als een temp comp systeem niet correct gebruikt wordt, kunnen deze systemen extreem grote fouten introduceren.

Overweeg een situatie waar een CMM operator besluit het systeem niet te gebruiken door de werkstuk sensoren te negeren of de werkstuk thermische uitdijingscoëfficiënt op nul te zetten. De operator kan denken dat hij in plaats daarvan de traditioneel goede meetpraktijk zal volgen van thermisch "uitlaten" van het gemeten onderdeel op de meetapparatuur om ze op dezelfde temperatuur te brengen, en daarom niet de thermische fouten hoeft te corrigeren. Terwijl deze benadering decennialang gewerkt heeft op traditionele meetapparatuur zonder temp comp, kan de operator zich niet bewust zijn dat het temp comp systeem nog actief werkt om de CMM, en alleen de CMM, te corrigeren naar 20° C, terwijl het werkstuk niet gecorrigeerd wordt. Door het negeren van het gebruik van de werkstuk temperatuursensoren, wordt een temperatuurschil gecreëerd die kan resulteren in significant grote en onbekende fouten.

Voor CMM's met temp comp, is de beste benadering om de werkstuk temperatuursensoren op het gemete onderdeel te plaatsen. Als die benadering niet handig is, dan kunnen de temperatuursensoren bij het gemeten onderdeel geplaatst worden, bijvoorbeeld, geïntegreerd in een fixture die het onderdeel vasthoudt. Op die manier kan een relatief nauwkeurige meting van de onderdeeltemperatuur nog steeds gemaakt worden zelfs als de temperatuursensoren niet in contact met het onderdeel zijn. Als er geen plan is om de werkstuk temperatuursensoren te gebruiken, dan moet het hele systeem uitgezet worden, wat meestal alleen gedaan kan worden door een service ingenieur van de fabrikant van de CMM.

GD&T Kwesties

De meetsoftware op CMM's introduceerde het eerste wijdverspreide gebruik van digitale en computationele meetmethoden. CMM software heeft functies en knoppen die gebaseerd zijn op de symbolen en betekenissen in de geometrische dimensie en tolerantering (GD&T) standaarden zoals ASME Y14.5. Hoewel dit veel discussie geïntroduceerd heeft onder experts over wat een "correcte" meetmethode is (als er überhaupt een bestaat), is het meer praktische probleem voor CMM operators dat verschillende methoden of softwarebenaderingen de meetresultaten significant kunnen veranderen. Twee verschillende CMM's, beide opererend binnen specificatie 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 willen fixeren voor het meten van elke specifieke GD&T tolerantie, en sommige bedrijven zullen zelfs claimen dat hun meetsoftware "voldoet aan ASME Y14.5," maar dat is helaas onmogelijk en incorrect. GD&T standaarden zoals ASME Y14.5 hebben regels voor het definiëren van werkstukontwerp, niet voor hoe te meten, dus ASME Y14.5 is geen standaard waarvoor een meting ooit, of ooit zal, voldoen. Bovendien is er altijd een doel achter waarom elke meting gemaakt wordt, en dat doel moet in overweging genomen worden bij het bepalen van de beste meetmethode. Ontwikkelaars van CMM software moeten een reeks tools leveren die de behoeften van veel verschillende gebruikers kunnen voldoen, alsook applicatieingenieurs die de benodigde begeleiding aan hun klanten bieden.

De beste meetmethode voor de ene operator kan heel anders zijn dan die van de andere, zelfs bij het meten van vergelijkbare onderdelen of toleranties. Meetproductiviteit, kosten, juridische risico's en andere issues moeten passend gebalanceerd worden om de beste oplossing te vinden. Goede dimensionele meetplanning kan niet over het hoofd gezien worden, zelfs al lijkt de knop op de CMM het makkelijk. Meetplanning is waarschijnlijk het grootste implementatie-issue dat alle CMM operators moeten managen. De hardware en software opties in CMM's vandaag zijn enorm en krachtig, en bedrijven moeten best practices ontwikkelen om ervoor te zorgen dat alle implementatierisico's beheerd worden. Een goede gids voor meetplanning is de Amerikaanse standaard, ASME B89.7.2-2014 Dimensional Measurement Planning.

CMM operatie in de toekomst zal heel anders zijn dan vandaag. Geavanceerde CMM software is al beschikbaar die meetprogramma's in seconden kan genereren gebaseerd op digitale onderdeelmodellen. CMM programmeurs in de toekomst hoeven niet veel na te denken over hoe een specifiek onderdeel te meten, maar ze zullen metrologie en toleranteringsprincipes moeten begrijpen om best practices en meetregels te ontwikkelen die dan voor alle CMM metingen deployed kunnen worden. CMM technologie blijft vooruitgang boeken met toenemende voordelen in verbeterde nauwkeurigheid, additionele capaciteit en verminderde meetijd. Voor CMM's, als voor elke technologie die we gebruiken, naarmate de tools geavanceerder worden, moet het type en niveau van ondersteuning ook geavanceerder worden.

Eerder gepubliceerd in Quality Magazine.