製造機械加工ニーズに応える測定技術

測定技術は過去五年間で著しい進歩を遂げてきました。そのような厳しい測定要望に応えるツールは存在します。期待に応えるソリューションは、もちろんエンドユーザーの特定ニーズ次第です。我々は、中量ないし大量生産環境における旋削加工した部品の正確な測定への三つの異なる、しかし有効なアプローチを探求します。

加工部品の非接触測定

歯のインプラント業界は、光電子工学の非接触測定システムを使用する業界の注目すべき例です。メーカーは大量生産の環境の中で、CNC旋盤技術を使用した旋削やネジ切作業により、主力の中心部品の多数のサイズや形状を生産しています。 人工装具としても知られるインプラントは、人間のスペアパーツです。よって品質は最重要課題です。すべての機能的寸法は100%検査が必要です。

部品は、通常径が4mm以下と極めて小さく、多くの部品は、光学プロジェクタや、ツールメーカーのマイクロスコープ、手持ちのマイクロメータなどの従来のゲージング方式を使用した測定では、困難で時間の掛かる多数の寸法があります。製造と品質の要求が高まるレベル、高度な測定基準で生産された部品の種類と量で、非接触測定システムは、この業界の測定の次の未開拓分野でした。

今日、TESASCAN 25のような単一の非接触自動ロータリ輪郭測定装置は、一種類の2-3台構成のCNC旋盤のセルに専用になります。測定する目的物は、回転マンドレルに固定され、回転(必要時)します。さらに光が収集センサー配列に投影され、像をデジタル化します。次にソフトウェアがデジタル化された像を目安に、事前にプログラム化した形状を測定します。部品上の12の寸法用の代表的なサイクルタイムは、28秒です。オペレータが測定システムを使用して、部品を自動測定する間、オフラインで起動する部品プログラム責任者を製造エンジニアが務めることはよくあります。CNC機械のオペレータは、一台の装置で外部寸法を検査します。TESASCANのような輪郭装置は、全体の精度や、速度、測定可能な形状において、レーザーシステムを超えた優位性を発揮します。

ひとたび個々の部品が測定されると、結果は柱状グラフ型式で測定データを統計的に分析する装置や、コントロールチャート、性能レポートを共に、数量と図表で表示されます。以前は手動検査では不可能でしたが、この機能は工程傾向の決定や、個別の工作機械の調製の統計ベースを提供します。付加された利点は、オペレータが入力するバッチ番号か工作機械のID番号を使って、測定データが追跡可能であることです。

もし機械が、ねじれ角補正として知られる加工ネジの適切な測定を求めて部品を傾斜させる旋回装置を内蔵していれば、自動ねじ測定は、達成可能です。

この種のツールのもうひとつの利点は、拡張性です。もし旋削加工部品を製造しているショップが、多様なサイズの最終製品の能力があれば、はるかに大きな旋削部品、最大500mm長、80mm径に対応する、旋削部品用のマシニングセンタが購入可能です。一般的に、一度に一個の単一部品のみ対応、また測定サイクルが自動であっても、手動の出し入れが必要です。例えば加工された導水管のような測定形状が輪郭で見えない場合、測定は不可能です。

ビジョンシステム

生産加工にとって、ビジョン測定技術で、まず最初に気づく利点は、ピストンバルブの自動車部品加工、部品の処理量の速度です。例えば、従来の方法での測定の場合、ピストンバルブは測定の取得だけで、最大一時間ほど要します。その上、検査時間はこれらの部品の多くが必要な、データ編集と 統計分析の時間を含んでいません。高速視覚測定システムの導入で、完全な測定プロセスが部品一点あたり５分から10分まで、短縮できます。

ピストンバルブのような部品は、特殊な形状と半径が混在しています。繰り返しますが、ビジョン測定技術は、適切なソリューションを発揮します。プロファイリング計算ツールを使用して、非常に込入った曲線の測定課題が、単純な輪郭 トレースに短縮されます。計算ツールの仕様に容易性を加えることは、PC-DMIS Visionのようなソフトウェアパッケージで、補助的なCAD参照の機能です。簡単なステップで、CAD モデルが物理的な部品に隣接することにより、複雑な輪郭測定が、ポイントアンドクリックのサポートが可能です。このプロセスは多種類のミクロン単位の輪郭公差の小型医療部品や、サブミクロンレベルの溝や高さの測定付電子部品向けに可能です。

他にも、視覚測定に最適な部品の種類は多数存在します。部品データは、一般的に秒単位で取得されて、オペレータの手間を最小限にするピック＆プレースのトレーでサポートされています。測定部位の位置と形状は取得したデータから測定可能です。これらのシステムの価格は通常、機能や、速度、精度をベースにしており、結果的に、広い予算範囲に適したシステムです。Brown & Sharpe Optiv 1 Classicのような測定システムは、エントリーレベルの予算向けです。価格帯の一方の端には、Brown & Sharpe Optiv 3 Performanceがサブミクロン精度で超精密を発揮します。ビジョン測定は、真に未来のミクロ測定と呼ぶことができます。

ビジョン測定の世界は進化を続けています。双方向の複数センサーの導入は、3D測定がいかに視覚ベースのシステムで、実行できるかという大変革をもたらしました。多種類 のセンサーが、ビジョンシステムの広がりと強化のための基礎ブロックを提供します。強化仕様は、ミクロン単位までの公差を備え、また必要に応じ関節機能を持つタッチプローブです。関節により、視覚センサーの領域ではない部位の測定も可能です。レーザーやホワイトライトスキャニングプローブ非接触センサーは、精度をサブミクロンレベルまで高めることが可能。また一部非常に特殊なケースでは、オングストロ－ムの精密レベルまで実現します。レーザーはリアルタイムの回転や傾斜軸の仕様で、選択的なサポートを提供します。ホワイトライトセンサー技術は、小さな段 や３D形状のような、極めて小さい形状には理想的です。光学センサーを組み合わせたこれらのセンサーの相関関係は、視覚システムの速度と軽快性に比類のない利点を提供します。

タッチプローブシステム

生産加工への最終ソリューションは、最高処理量のオプションを提供し、旋盤そのものにタッチプローブを含めて、一体化することです。次の企業はそのようなシステムの利点を獲得しています。Davromatic Precision Ltd.(ラグビー、イギリス)は、航空宇宙、防衛、重工業の準大手のサプライヤです。いつの日も、同社は精密旋削部品のメーカーとして、困難な状況の両立に直面します。片や、わずか+/- 8 ミクロンの公差で精密旋削とミル加工の部品を生産の必要があり、一方ではコストを目いっぱい下げる必要があります。タッチプローブを内装した旋盤/マシニングの複合機の投資は、最も経済的な投資という結果となりました。

大量生産で、生産の合間と旋盤の個々の調整は生産性と、作業の利益性に影響を与えます。厳しい公差で部品の品質を確実にして、プロセスドリフト(偏位の測定）を避けるために、統合測定ソリューションが恒久的なモニタリングと機械加工パラメータの調整に必要でした。

同社は、M&H Inprocess Messtechnik GmbHによるハードワイヤードの赤外線タッチプローブシステムを実行に移しました。一方で、部品は、対向のスピンドル上にある間に、このシステムにより可動ヘッド付きの旋盤が旋削とミル加工された輪郭の検査が可能です。外径、長さ、6角形の断面の幅、ミル加工した表面のような重要な寸法が秒単位で完了します。測定プロセスは、対向スピンドル上で行われるため、メインスピンドルから独立しているため、生産への影響をさらに緩和します。

同社は、ツール摩耗、早期不良の観点からシステムの副次的利点も実感しました。生産で仕様する合金の一部は、すぐに公差外の偏位の生産の原因となる、一貫性のない偏ったツール摩耗を起していました。すべての部品のサンプリングにより、状況のリアルアイムのモニタリングができるので、高価な材料がスクラップになったり、生産時間のロストになる前にインサートが変更できました。

全体に、自動的に100%のサンプリング率を達成したり、工作機械への工程内調整により、同社は約20%生産効率の増加、そのうえスクラップを実質的にゼロにしました。

このシナリオは、工程内測定の驚異的な成功結果を代表するものです。しかし、この技術はいくつかの重要な制限があります。第一にこの方式はタッチプローブを採用しているため、測定必要箇所は全部接触可能でなければなりません。部品次第で、一部の部位は接触には狭すぎたり、シングルサイズのタッチプローブは、必要部位全部を十分に検査できません。複雑な形状はおそらく、そのようなシステムには能力外でしょう。第二に、部品の品質の独立の認証を示すものではありません。もし、機械そのものが不正確であれば、結果は疑わしいものかもしれません。品質プログラムや顧客によっては、独立した結果の認証を必要とします。ひとつの選択肢は、タッチプローブを使用して、最終認証用のオフラインソリューションと組み合わせて生産のモニターと管理を行うことです。

常にその先へ

朗報は、旋削加工した部品の検査に、以前より多くの選択肢があることです。オフラインから工程内へ、さらには、技術と設備の組み合わせを一体化したハイブリッドソリューションもあります。

結論として、円筒形の部品生産の進化と拡大が続いているため、多様な計測システムにより、品質の要求とこの業界の特有の予算事情に応えています。骨のネジから、バルブ、プラスチック部品まで、すべてが自信と信頼高く測定できます。今日の製造基準は、スピードとより高い精度と要求しています。そして測定業界は、肯定的ソリューションをいつも供給します。最後の結果は、検査時間の削減と向上した工程管理です。両方ともメーカーの収益に大きく寄与します。