CMM의 잠재력 발휘

50년 이상 동안 3차원 측정기(CMM)는 측정 생산성과 품질을 향상시켜 왔습니다. CMM의 힘은 많은 복잡한 검사 작업을 거의 사소한 것처럼 보이게 만들었습니다. 이 많은 측정 기능을 사용하여 운영자가 CMM을 당연하게 여길 수 있습니까?

CMM은 정교한 소프트웨어와 복잡한 정확도 사양으로 고가인 경우가 많지만, CMM에 대한 지식이 제한된 작업자라도 많은 CMM을 매일 성공적으로 효율적으로 사용하고 있습니다. 대부분의 현대 기술과 마찬가지로 CMM의 일상적인 사용이 쉬워지는 반면 기술을 적절하게 지원하는 데 필요한 지식 수준은 상당히 높아질 수 있습니다. 운영자가 CMM을 더 잘 이해하고 사용할 수 있도록 몇 가지 주요 문제를 자세히 살펴보겠습니다.

1950년대에 도입된 최초의 CMM은 2차원에서 구멍 사이의 거리를 빠르게 측정하는 데 사용할 수 있는 테이퍼 실린더 프로브가 장착된 수동 검사 장비였습니다. 이러한 초기 CMM의 목표는 레이아웃 검사 시간을 단 몇 분으로 줄이는 것이었습니다. 원래 CMM과 여전히 유사하지만 오늘날의 현대 CMM은 너무 다양한 스타일로 제공되어 기계가 아닌 좌표 측정 시스템이라는 용어가 더 자주 사용됩니다. 기존의 3축 CMM은 여전히 ​​인기가 있지만 관절식 암, 레이저 트래커, 광학 스캐너, X선, 고급 프로빙 센서, 고속 인라인 측정 시스템 및 3D 측정을 위한 기타 기술은 계속해서 성장하고 있습니다. 전통적인 CMM 시장을 변화시키십시오.

CMM 보정

CMM의 고급 기술로 인해 CMM 측정의 정확도를 이해하는 것이 복잡해졌습니다. 측정 프로세스의 품질에 대해 생각하고 관리할 때 종종 두 가지 개별 문제에 중점을 둡니다. 하나는 측정 장비의 정확도이고 다른 하나는 측정 프로세스의 정확도와 반복성입니다. 측정 장비의 정확도는 원래 제조업체 사양에 대한 적절한 교정 및 검증을 통해 자주 관리됩니다. 상황은 CMM에서도 동일하지만 보정이 더 복잡합니다.

게이지 블록과 같은 간단한 교정은 이해하기 쉽습니다. 길이 표준이므로 길이를 보정합니다. 길이를 측정하는 캘리퍼스 또는 마이크로미터의 경우 길이 측정을 위해 교정합니다. CMM에는 종종 여러 축의 동작, 다양한 프로빙 센서가 있으며 거의 ​​모든 것을 측정할 수 있는 소프트웨어가 장착되어 있습니다. 게이지 블록이나 캘리퍼와 달리 CMM이 수행하는 각 측정 작업에 대해 CMM을 개별적으로 교정할 수는 없습니다. 이는 경제적으로 실용적이지 않기 때문입니다. 또한 모든 구성 요소가 함께 작동하고 측정 결과에 미치는 영향이 복잡하기 때문에 개별 측정 축의 정확도나 축 간의 직각도와 같은 CMM의 기계적 구성 요소를 별도로 보정하는 것은 그다지 유용하지 않습니다.

대신 CMM은 CMM의 측정 부피에 걸쳐 일련의 길이 측정을 수행하여 보정됩니다. 잘 문서화된 표준화된 테스트 절차는 1980년대 중반부터 사용 가능했으며, 그 중 가장 최신 버전은 국제 표준 ISO 10360-2:2009로 미국에서 ASME B89.4.10360.2로 채택되었습니다. 1차 테스트는 간단히 E 테스트로 알려져 있으며, 여기서 E는 표시 오류를 나타냅니다. 이 테스트에는 측정 볼륨에 걸쳐 다양한 방향으로 105개의 다른 길이 측정을 수행한 다음 테스트 값을 제조업체에서 명시한 사양과 비교하는 작업이 포함됩니다. CMM 교정에 사용되는 가장 일반적인 참조 표준은 일련의 다른 길이 게이지 블록과 다르지 않은 스텝 게이지입니다. 대형 CMM에 널리 사용되는 레이저 간섭계와 같은 기타 참조 표준도 최신 ISO 10360-2 표준에 따라 허용됩니다.

ISO 및 ASME 표준에 따른 CMM 교정은 전체 시스템 검증입니다. 테스트가 적합성에 실패하면 조정이 필요할 수 있습니다. 조정을 완료하려면 두 축 사이의 직각도와 같은 추가 측정을 측정하고 수정해야 할 수 있습니다. 테스트가 통과하면 CMM 운영자는 CMM의 전반적인 일반 정확도에 대한 확신을 갖게 됩니다. 그러나 CMM은 매우 다양한 작업에 사용될 수 있으므로 CMM의 특정 사용으로 인한 추가 오류를 이해하는 데 고려해야 합니다.

CMM 반복성

측정 프로세스의 품질을 평가할 때 일부 유형의 반복성 연구를 완료하는 것이 일반적입니다. 많은 산업에서 이것을 게이지 반복성 및 재현성 연구 또는 GR&R이라고 합니다. 반복성 연구의 목적은 장비 교정의 장기 평가를 보완하는 비교적 짧은 기간 동안 측정 프로세스의 변화를 찾는 것입니다. 모든 GR&R 또는 반복성 연구는 측정 프로세스의 오류와 같은 가능한 변동 원인을 적절하게 평가하도록 설계해야 합니다. 전통적인 수동 작동 측정 장비의 경우 작업자 기술과 작업자와 측정 장비 간의 상호 작용이 중요하며 때로는 가장 지배적인 오류 원인입니다. 완전 자동화된 CMM의 경우 이러한 오류 소스가 사라질 수 있습니다.

자동화된 측정 프로세스의 경우 반복성 연구의 설계가 실제 변동 원인에 민감하지 않기 때문에 반복성이 매우 작게 나타날 수 있습니다. CMM의 경우 연구에는 샘플링 전략과 같은 측정 지점 수 및 분포의 영향을 고려하는 것과 함께 프로빙 센서 보정(프로브 팁 자격이라고도 함)의 영향이 포함되어야 합니다. 이러한 오류 소스는 모두 고유한 측정 작업에 따라 다르며 일반적으로 CMM 교정에서 잘 다루지 않습니다. GR&R 연구를 수행하는 경우 다른 작업자를 연구하는 대신 다른 프로브 팁 교정을 연구하는 것으로 재현성을 변경할 수 있습니다.

온도 보상

오늘날 많은 CMM에는 온도 보상 시스템이 내장되어 있습니다. 이러한 임시 보정 시스템은 CMM 또는 측정된 부품이 20°C(68°F)의 표준 기준 온도에 있지 않은 것과 관련된 큰 열 오류를 보정하고 수정하는 놀라운 작업을 수행할 수 있습니다. 그러나 임시 보정 시스템이 올바르게 사용되지 않으면 이러한 시스템에서 매우 큰 오류가 발생할 수 있습니다.

CMM 작업자가 공작물 센서를 무시하거나 공작물 열팽창 계수를 0으로 설정하여 시스템을 사용하지 않기로 결정한 상황을 고려하십시오. 작업자는 대신 측정 장비에서 측정된 부품을 열적으로 "흡수"하여 동일한 온도로 가져오므로 열 오류를 수정할 필요가 없는 전통적으로 좋은 측정 방법을 따를 것이라고 생각할 수 있습니다. 이 접근 방식은 온도 보정 기능이 없는 기존 측정 장비에서 수십 년 동안 작동했지만 작업자는 온도 보정 시스템이 여전히 CMM을 수정하고 CMM만 20°C로 수정하기 위해 활발히 작동하고 있다는 사실을 인식하지 못할 수 있습니다. 수정했습니다. 공작물 센서의 사용을 무시함으로써 상당히 크고 알 수 없는 오류가 발생할 수 있는 온도 차이가 생성됩니다.

온도 보정 기능이 있는 CMM의 경우 가장 좋은 방법은 측정 부품에 공작물 온도 센서를 배치하는 것입니다. 이러한 접근 방식이 편리하지 않은 경우 온도 센서를 측정된 부품 근처에 배치할 수 있습니다(예:부품을 고정하는 일부 고정 장치에 통합). 이러한 방식으로, 온도 센서가 부품과 접촉하지 않더라도 부품 온도를 비교적 정확하게 측정할 수 있습니다. 공작물 온도 센서를 사용할 계획이 없으면 전체 시스템을 꺼야 합니다. 이는 일반적으로 CMM 제조업체의 서비스 엔지니어만 수행할 수 있습니다.

GD&T 문제

CMM의 측정 소프트웨어는 디지털 및 계산 측정 방법을 처음으로 널리 사용하게 되었습니다. CMM 소프트웨어에는 ASME Y14.5와 같은 GD&T(기하학적 치수 및 공차) 표준의 기호와 의미를 기반으로 하는 기능과 버튼이 있습니다. 이것이 "올바른" 측정 방법(있는 경우)이 무엇인지에 대해 전문가들 사이에 많은 논쟁을 불러일으켰지만 CMM 운영자에게 보다 실질적인 문제는 다른 방법이나 소프트웨어 접근 방식이 측정 결과를 크게 변경할 수 있다는 것입니다. 사양 내에서 충분히 반복적으로 작동하는 두 개의 서로 다른 CMM은 운영자 또는 소프트웨어에서 선택한 항목으로 인해 근본적으로 다른 결과를 제공할 수 있습니다.

CMM 소프트웨어 개발자는 특정 GD&T 허용 오차를 측정하기 위한 단일 최상의 접근 방식을 수정하기를 원하며 일부 회사에서는 측정 소프트웨어가 "ASME Y14.5를 준수한다"고 주장하기도 하지만 이는 불행히도 불가능하고 부정확합니다. ASME Y14.5와 같은 GD&T 표준에는 측정 방법이 아니라 공작물 설계를 정의하기 위한 규칙이 있으므로 ASME Y14.5는 어떤 측정에서도 준수하거나 앞으로도 준수할 표준이 아닙니다. 또한 모든 측정에는 항상 목적이 있으며 최상의 측정 방법을 결정할 때 그 목적을 고려해야 합니다. CMM 소프트웨어 개발자는 다양한 사용자의 요구를 충족할 수 있는 일련의 도구를 제공해야 할 뿐만 아니라 고객에게 필요한 지침을 제공하는 애플리케이션 엔지니어도 있어야 합니다.

유사한 부품이나 공차를 측정할 때라도 한 작업자에게 가장 좋은 측정 방법은 다른 작업자의 측정 방법과 매우 다를 수 있습니다. 측정 생산성, 비용, 법적 위험 및 기타 문제는 최적의 솔루션을 찾기 위해 적절하게 균형을 이루어야 합니다. 좋은 치수 측정 계획은 CMM의 버튼으로 쉬워 보이지만 간과할 수 없습니다. 측정 계획은 아마도 모든 CMM 운영자가 관리해야 하는 가장 큰 구현 문제일 것입니다. 오늘날 CMM의 하드웨어 및 소프트웨어 옵션은 방대하고 강력하며 기업은 모든 구현 위험을 관리할 수 있도록 모범 운영 사례를 개발해야 합니다. 측정 계획을 위한 좋은 가이드는 미국 표준인 ASME B89.7.2-2014 Dimensional Measurement Planning입니다.

미래의 CMM 운영은 오늘날과 매우 다를 것입니다. 디지털 부품 모델을 기반으로 몇 초 만에 측정 프로그램을 생성할 수 있는 고급 CMM 소프트웨어가 이미 사용 가능합니다. 미래의 CMM 프로그래머는 특정 부품을 측정하는 방법에 대해 크게 생각할 필요가 없지만 모든 CMM 측정에 배포할 수 있는 모범 사례와 측정 규칙을 개발하기 위해 계측 및 공차 원칙을 이해해야 합니다. CMM 기술은 정확도 향상, 추가 기능 및 측정 시간 단축이라는 이점이 증가하면서 계속 발전하고 있습니다. CMM의 경우 우리가 사용하는 모든 기술과 마찬가지로 도구가 발전할수록 지원 유형과 수준도 더욱 발전해야 합니다.

이전에는 Quality Magazine에 실렸습니다.