좌표 측정기(CMM)가 현대 제조에서 정밀도를 최적화하는 방법

최종 업데이트: 2021년 12월 24일 | 작성자: WayKen

현대 산업은 제조 요소의 정밀도로 특징지어집니다. 이미 10분의 1 미크론 단위로 평가되며 끊임없이 증가하고 있습니다. 실제로 제조사가 명시한 공작기계 정밀도가 너무 높아져 제조 부품의 실제 편차를 측정하는 것이 점점 더 어려워지고 있습니다. 그래서 새로운 제어 방법과 계측 장비가 끊임없이 개발되고 개선되고 있습니다. 부품 정밀도를 추정하기 위한 유연하고 빠르고 정밀한 장비 중 하나가 좌표 측정기(CMM)입니다.

좌표 측정기(CMM) 작동 원리

기계는 생산 부품 기하학에서 일련의 이산 점들을 분석하기 위해 극도로 민감한 전자 프로브를 사용합니다. 이 테스트는 부품이 특정 요구사항을 준수하는지 계산하는 데 사용됩니다.

CMM은 부품 또는 어셈블리의 일부를 평가하여 원래 설계 사양을 준수하는지 확인하는 데 자주 사용됩니다. 이들은 품질 테스트 또는 품질 관리 워크플로에 통합되어 제조 부품의 치수를 분석하여 가능한 품질 문제를 방지합니다.

좌표 측정기(CMM)의 작동 절차는 두 가지를 포함합니다. 물체의 수동 기하학과 기계의 이동 축에 장착된 프로브를 터치하여 물체의 크기를 측정합니다. 또한 부품이 수정된 설계와 동일한지 확인합니다. 다음 단계를 통해 작동합니다.

분석할 부품을 CMM 베이스에 놓습니다. 베이스는 단단하고 안정적인 소재로 만들어지며 기본적으로 측정 현장입니다. 이 베이스 안정성은 외부 힘이 작업을 변경할 수 있음에도 불구하고 측정이 정확함을 보장합니다. CMM 플레이트 위에 장착된 모든 것은 이동 가능하며 터치 프로브가 장착되어 있습니다. 좌표 측정기(CMM)는 다음 단계에서 갠트리를 제어하여 프로브를 3차원 축을 따라 이동시킵니다. 이 단계를 수행함으로써 부품의 모든 면이 측정되도록 복제됩니다.

프로브가 측정할 부품에 닿으면 전기 임펄스를 보내고 이는 컴퓨터에 의해 매핑됩니다. 이 단계를 많은 부품으로 반복하면 부품 구조를 윤곽화할 수 있습니다.

측정 단계 후 다음 단계는 분석 절차입니다. 프로브가 부품의 X, Y, Z 좌표를 감지한 후. 획득한 데이터는 특징 구성에 대해 분석됩니다. 작동 메커니즘은 카메라 시스템을 사용하는 모든 좌표 측정기(CMM)에 대해 동일합니다.

좌표 측정기(CMM) 구성 요소

좌표 측정기(CMM)는 다양한 부품으로 구성됩니다. 분석할 부분은 보통 화강암으로 만든 단단한 슬래브 위에 장착되며 평평한 지면에 놓입니다. 다양한 크기와 범주의 전자 프로브가 스프링 로드 스타일러스에 장착됩니다. 또한 이 스타일러스는 3차원 X-Y-Z 평면 좌표에서 움직이는 갠트리에 부착됩니다.

스타일러스와 프로브는 여러 부품 특성을 얻기 위해 독립적으로 방향을 바꿀 수 있습니다. 조이스틱을 사용하여 갠트리와 조사 동작을 각각 제어할 수 있습니다. 좌표 측정기(CMM) 구성 요소에는:

• 프로브 (Probe)
• 화강암 테이블 (Granite Table)
• 픽스처 (Fixtures)
• 건조기 및 공기 압축기 (Dryers and Air Compressors)
• 소프트웨어 (Software)

프로브의 기능은 무엇인가요?

조사는 좌표 측정기(CMM)에서 가장 필수적인 부분 중 하나로, 광학적 섬광이나 레이저를 이용하는 대신 생물학적 접촉을 만듭니다. 가장 좋은 특징 중 하나는 온도 변화로 인해 크기가 변하지 않는 루비나 기타 공식적이고 안정적인 물질로 만든 원형 스텁에 의존하지 않는다는 것입니다.

조사와 스타일러스는 동시에 작동하도록 구성됩니다. 이들은 조사에서 오는 전기 마찰의 미세한 편차를 감지할 수 있는 극도로 민감한 전자장치와 관련이 있습니다.

구형 팁이 고체 물체에 닿으면 빗나가게 되고 전기 신호를 생성하여 컴퓨터에 포착됩니다. 이러한 점들의 양은 실질적 부품의 규정에 따라 분석될 수 있습니다.

활용 방법?

이 점 수집의 주요 목적은 두 가지입니다. 특정 점들은 품질 테스트를 위해 실제 부품의 측정치를 고객의 CAD 리스트 데이터와 비교 분석하는 데 사용됩니다.

또는 이 집합적 정도는 '포인트 클라우드(Point Cloud)'를 생성하여 부분의 실루엣을 윤곽화하는 데 사용될 수 있습니다. 이 기법은 단일 시편 부품만 CAD 프로그램의 기초로 사용하여 더 많은 부품을 윤곽화할 때 유용합니다. CNC 가공으로 수행되는 것처럼 말입니다.

좌표 측정기(CMM)는 구멍 내부 점들을 계산할 때 극도로 유용합니다. 이러한 영역은 광학 시스템으로 평가하기 어렵습니다. 섬광이 튀고 주변을 맴돌아 간섭 현상으로 인한 측정 부정확을 초래하기 때문입니다.

화강암 테이블

이것은 CMM 기계의 필수 구성 요소입니다. 매우 단단하고 따라서 안정적입니다. 다른 요소들에 비해 온도 영향을 받지 않습니다. 마모율은 비교적 낮습니다. 화강암은 시간이 지나도 변하지 않으므로 고정밀 측정에 완벽합니다.

픽스처

픽스처는 대부분의 제조 기능에서 안정성과 지지의 도구로 사용되는 매우 중요한 도구입니다. 이들은 좌표 측정기(CMM)의 도구이며 부품을 각자의 위치에 고정하는 기능을 합니다. 부품 고정은 움직이는 부품이 계산 오류를 초래할 수 있으므로 필요합니다. 자석, 클램프, 픽스처 플레이트 등 다른 고정 구성 요소도 사용할 수 있습니다.

건조기 및 공기 압축기

공기 압축기와 건조기는 갠트리 타입 CMM이나 표준 브리지를 포함하여 좌표 측정기(CMM)의 일반적인 구성 요소입니다.

소프트웨어

소프트웨어는 프로브와 다른 구성 요소의 감도를 분석하는 데 필요합니다.

CMM의 다양한 유형

브리지 CMM (Bridge CMM)

이 유형의 좌표 측정기는 3차원 축을 따라 움직이는 프로빙 시스템을 가집니다. 좌표 평면에서 이 축들은 서로 직교하여 유지됩니다.

각 축은 프로브가 움직이고 물체 표면의 점을 감지하는 동안 마이크로미터 단위로 프로브 위치를 모니터링하는 센서를 장착합니다. 이 점들은 집합적으로 포인트 클라우드로 알려져 있습니다. 이 점들은 사용자가 조사해야 할 물체의 표면 영역을 보여줍니다.

갠트리 CMM (Gantry CMM)

갠트리 CMM은 브리지 CMM과 유사하지만 보통 훨씬 더 큽니다. 부품을 테이블 위로 들어 올릴 필요를 없애고 유사한 정밀도 수준을 제공하기 때문입니다. 갠트리 CMM은 매우 무겁거나 거대한 부품에 사용됩니다. 이 갠트리 CMM은 지면, 즉 1층에 직접 단단한 기초 위에 장착되어야 합니다.

캔틸레버 CMM (Cantilever CMM)

캔틸레버 CMM은 측정 헤드가 CMM의 단단한 베이스 한쪽에만 부착되어 브리지 CMM과 다릅니다. 캔틸레버 CMM은 검사 기술자에게 세 면 모두에 개방된 접근을 제공하여 기능의 용이성을 높입니다.

현대 제조에서 CMM의 다목적 적용

CMM은 자동화 및 수동 측정의 가장 진보된 현대 수단으로 산업에서 수많은 가능한 용도를 찾았습니다. 다양한 유형의 CMM은 도구를 대형(갠트리 타입 CMM)과 소형(캔틸레버 타입 CMM 기계) 모두에 사용할 수 있게 합니다. 다양한 프로브 유형(기계식, 광학식, 레이저, 백색광)은 프로브나 다른 물체가 닿아서는 안 되는 표면조차 측정할 수 있게 합니다. 높은 수준의 CMM 자동화는 공작기계 기술자가 수동으로 사용하거나 대량 생산 관련 반복 작업에 대해 자동화하여 인력을 절감하는 데 모두 사용할 수 있게 합니다.

CMM 기계 사용 방법은 달성하려는 목표에 따라 달라집니다. 유연성과 정밀도의 높은 수준은 제조업체에게 많은 기회를 제공합니다. 가공 후 CMM을 사용하거나 기존 부품을 측정하여 재설계하거나 자동화 제조 체인의 일부로 사용할 수 있습니다. 많은 옵션이 있으며 그중 일부는 다음 단락에 나열되어 있습니다.

CMM 사용 전 준비 사항

CMM 기계는 측정을 위한 가장 정밀한 기기입니다. 마이크론보다 작은 부품 결함을 추정할 수 있습니다. 그러나 그들이 만들어진 만큼 정밀하려면, 공작기계 기술자가 측정을 수행하기 위해 장비를 철저히 준비해야 합니다. 준비 수준은 측정 부품의 정밀도에 따라 다릅니다. 최고 정밀도 부품(IT6 이하 공차)에 대해 이야기한다면 CMM과 측정을 수행할 영역 모두를 준비해야 합니다. 특정 습도 비율과 최적 온도 내에 있어야 하며, 그 정밀도에서는 미세한 먼지 조각조차 작업 결과에 영향을 미치므로 극도로 깨끗해야 합니다.

CMM 자체는 보통 극도로 정밀한 금속 구를 사용하여 캘리브레이션됩니다. 그 크기와 형상 편차는 최고 정도로 알려져 있습니다. 화강암 작업대 위 구의 위치도 알려져 있습니다(보통 테이블 중앙에 특수 픽스처가 있음). 프로브는 여러 지점에서 구에 닿아 직경과 형상 편차를 결정합니다. 측정값은 편차에 따라 조정되고 구가 다시 측정되어 올바른 설정이 저장되었는지 확인합니다.

선형 표면 측정을 위한 CMM

가장 단순한 측정에는 선형 또는 원통 표면의 공차가 포함됩니다. 대부분의 경우 공작기계 기술자가 가공 완료 후 간단한 마이크로미터나 게이지로 측정합니다. 그렇다면 더 간단한 도구로 이 작업을 성공적으로 수행할 수 있는데 CMM을 사용하는 요점은 무엇일까요?

그 답은 모든 공정의 자동화입니다. 미래형 인더스트리 4.0을 포함한 모든 현대 산업 개념은 추가 이동과 작업조차 공작기계 기술자 없이 수행되는 높은 수준의 제조 공정 자동화를 포함합니다. 그런 작업의 좋은 예가 품질 관리입니다. CMM을 프로그래밍하여 배치의 임의 개수 부품에 동일한 동작을 수행할 수 있습니다. 그러나 부품 적재/하역을 위해 자동화된 픽스처와 추가 로봇이 필요합니다.

복잡한 표면 측정을 위한 CMM

좌표 측정기의 주된 목적은 복잡한 표면을 측정하는 것입니다. 그래서 터빈 블레이드, 비행기 날개, 펌프 임펠러, 비정상적인 표면을 가진 기타 부품에 사용될 때 CMM은 최대 잠재력을 발휘합니다. 그러한 작업의 자동화도 가능합니다. 동일한 부품의 대량 배치를 만들고 그것들이 너무 정밀해서 각각 모두 검사해야 한다면 말입니다. 그러나 대부분의 경우 그런 부품은 공작기계 기술자가 수동으로 측정합니다.

복잡한 표면을 측정하기 위해 공작기계 기술자는 리모컨을 사용하여 프로브를 3축을 따라 수동으로 이동시켜 공작기계 기술자가 필요로 하는 부품 위치에서 프로브가 닿게 합니다. 많은 측정을 수행한 후 점들이 분석되고 부품 프로파일이 스플라인으로 연결됩니다. 그런 다음 측정값을 부품의 3D 모델(허용 편차 포함) 또는 요구 크기가 표시된 다른 데이터와 비교합니다.

관계 및 형상 편차 측정을 위한 CMM

대부분의 고품질 부품은 치수 오차뿐만 아니라 표면 형상의 정밀도와 서로에 대한 위치로 특징지어집니다. 이러한 편차는 진동을 줄이고 움직임의 부드러움을 보장하기 위해 회전 부품에 특히 중요합니다. 그런 편차에 대한 CMM 측정은 복잡한 표면 측정과 크게 다르지 않습니다. 모든 형상 및 관계 편차는 비교되는 베이스 표면을 가집니다. 따라서 정밀도 요건을 달성하려면 베이스 표면에 부품을 클램핑하고 필요한 표면을 측정해야 합니다. 두 표면 간의 관계에 대해 이야기한다면, 첫 번째 표면을 클램핑하도록 픽스처를 설계하고 두 번째 표면을 측정하면 됩니다.

표면 조도 측정을 위한 CMM

프로파일러(Profiler)는 표면 조도 측정에서 가장 널리 사용되는 기기입니다. 그러나 CMM 기계도 뛰어난 정밀도 덕분에 부품 표면 조도를 측정할 수 있습니다. 다만 특수 니들 프로브로 교체해야 합니다. 니들이 표면을 따라 이동하며 표면 조도를 구성하는 모든 종류의 미세한 불균일성을 결정합니다.

WayKen이 당신을 도울 수 있는 방법

WayKen에서는 ISO 9001:2015 표준으로 인증된 품질 시스템을 운영합니다. 더 정확한 크기와 형태의 가공 부품을 원하시면 사전에 연락 주시어 부품 측정 요구사항을 논의해 주세요. 더 자세히 알고 싶으시면 CAD 파일을 업로드하고 여기에서 견적을 요청하세요.