古老的三坐标测量机依然强劲，制造商利用其自动化功能来缓解劳动力问题
Tigo SF 是一款精确而紧凑的坐标测量机，专为车间使用而设计。对于坐标测量机来说，好时光还在继续。 “在过去三到四年里发生的一件令人惊讶的事情是我们运送的坐标测量机的绝对数量，”北美 Hexagon Manufacturing Intelligence（北金斯敦，罗德岛）总裁 Angus Taylor 说。 “市场似乎真的在爆炸式增长。”
问题是为什么是现在？
原因有很多。今天的坐标测量机可以承受更广泛的温度和振动。它们更坚固、更小并且测量更准确。他们测量速度比曾经。此外，车间也不像以前那样了。 “制造工厂本身变得越来越清洁，”泰勒说。当今的精密加工和制造需要更清洁的环境。这样做，也让他们对 CMM 更加友好。
也许最重要的是，它可能会落到人身上。
“制造商找不到足够的技术人才，所以他们现在将 CMM 视为一种自动测量系统，”Taylor 解释道。 “一个人可以为 20 个 [计算机控制] CMM 生成测量程序。”这降低了操作员的技能组合，使他们不知道如何装卸零件（可能使用精密夹具）以及如何调出正确的测量程序。 Hexagon 为车间提供了三种坐标测量机，即 4.5.4SF、7.10.7SF 和最新添加的 TIGO SF。
有了条形码和机器人材料处理，甚至可以实现装卸自动化.
“还有一个计量学成为 [制造] 运营的一部分的趋势，”Hexagon Manufacturing Intelligence 战略发展总监 Michael Mariani 说。这意味着将计量设备集成到一个闭环制造单元中，例如 Hexagon 最近展示的那个。该演示展示了正在加工的零件，然后由机器人将其移动到 CMM。然后，CMM 会自动提供有关如何根据需要调整机加工操作以保持公差的信息。
传感器和生长
雷尼绍提供了一个愿景用于 Revo-2 头部的探针。处理软件提供边缘检测，多幅图像还为用户提供 3D 数据。
随着供应商提供更多传感器，坐标测量机变得越来越有用。这种多样性反映在 Hexagon 的自己的一套探针。该公司提供接触式测头、扫描测头和表面粗糙度测量，以及基于干涉激光技术的 HP-O 光学传感器。
传感器和测头是 Renishaw PLC（West Dundee，伊利诺伊州和英国格洛斯特郡的新米尔斯)，触发式测头的发明者，正是这种触发式测头让三坐标测量机一开始就如此受欢迎。除了 PH10 三轴测头之外，该公司还发明了五轴和快速移动的 PH20 和 Revo 测头，以提高 CMM 的吞吐量。该公司通过在 CMM 机构保持静止的同时允许局部移动来实现这一点，从而在更快地收集数据的同时移动更少的质量。这也意味着系统刚度降低和误差增加，从而迫使测量速度变慢。
探头和传感器并不总是需要在 CMM 上。它们可以像 Renishaw Equator 一样用于灵活的测量，也可以用于机床本身。尽管如此，CMM 必须保证产品的制造准确无误。机械工具Renishaw 的 CMM 产品业务经理 Michael Litwin 表示，可能会超出公差范围。 “您需要对 NIST 标准工件的可追溯性。您仍然需要 CMM 作为一项独立检查，”他说。
该公司认识到，即使是其行业标准的触摸和扫描模拟探头也无法满足所有需求。 2018 年 2 月，雷尼绍推出了 SFP2 表面光洁度测量测头，用于坐标测量机上的 REVO 五轴测量系统。 “这使得表面光洁度检查成为 CMM 测量的一个组成部分，并能够在扫描和表面光洁度测量之间切换，”他说。 SFP2 是带 2 μm 半径金刚石触针尖端的滑动探头。该公司表示，其表面测量能力范围为 6.3 μm 至 0.05 μm（250 μin. 至 2 μin.），以 Ra 为单位测量。
雷尼绍还推出了用于其 Revo-2 测量头的视觉系统, RVP 视觉探头。根据 Litwin 的说法，它测量使用边缘检测从 2D 图像中提取 s 特征。三维数据是通过从不同角度捕获多个图像以及进行后处理而得出的。 “它提供了另一种测量特征的途径，触觉测量不适合，”他说。 “这包括涡轮叶片中的小冷却孔或具有复杂 3D 几何形状的钣金零件。”
“CMM 通常用于大型特征，但不一定用于更大的体积。许多市场正在推动需要非接触式技术的更小的特性和功能，”Quality Vision International Inc.（纽约州罗切斯特）的新产品开发经理 Nate Rose 说。
Wenzel 的 SF 87 已准备好用于生产线和自动化解决方案，并且可以通过可选的 Wenzel Automation Interfac 进行集成e.他指出，最新的五轴机床和增材制造系统允许零件具有复杂、错综复杂的特征，其尺寸和位置需要验证。 “有时，这些特征最好用光学非接触式传感器测量，作为收集分析点的较大触觉探测的一部分，”他说。
这就是 QVI 提供其视频系统、线扫描激光器、除了 Renishaw TP20、TP200 和 SP25 接触式测头外，彩虹白光传感器和 TeleStar 激光测头还在其 CMM 系列中。
“VersaFlex 多传感器头允许在 PH10 上同时使用多达三个传感器，因此他们几乎可以在任何方向触及特征，”Rose 说。 “当该特征的位置不受控制时，较小的特征有时不利于触觉方法。在 VersaFlex 上启用视觉传感器使我们能够首先找到特征，将其设置为参考，然后使用触觉进行测量e.点激光传感器可实现高分辨率的表面轮廓。”
与其他 CMM 原始设备制造商一样，Wenzel America Ltd.（密歇根州威克瑟姆）提供雷尼绍的触觉测头以及自己的两个传感器。 Wenzel 的 Phoenix 传感器使用结构光（有时称为白光技术）来捕捉 3D 点云。这种白光传感器足够轻，可以安装在 CMM 探头上。该公司的另一个传感器是 Shapetracer 激光线扫描仪，它也安装在标准 Renishaw 测头上。
机器和集成
CMM 存在于制造生态系统中。 “我们看到的是计量设备所有权的变化，”Wenzel America 总裁 Drew Shemenski 说。 “我们看到的真正转变是从实验室中由质量小组控制的机器到制造团队。他们现在负责设备，是设备的所有者。”
5 月，Wenzel 推出了 SF 87 shop-floor CMM。 Shemenski 强调说，这台机器具有多传感器功能，可用于 Wenzel 和 Renishaw 的所有探头。该公司声称 CMM 的测量体积为 800 x 700 x 700 mm，与金属切削和成型机的常见尺寸一致。据该公司称，它还拥有高行驶速度和加速度以加快测量速度。为了进一步提高其车间准备度，它具有温度稳定的结构以及防尘导轨和秤。测量空间可从三个侧面进入，并通过可选的 Wenzel 自动化接口与其他自动化集成。
“当今的 CMM 市场很强劲，”Mitutoyo America Corp 的 CMM 产品专家 Gene Hancz 表示赞同。 （伊利诺伊州奥罗拉）。三丰提供桥式、臂式和卧式三坐标测量机，以及标准、高精度和超高精度。 “标准精度桥式 CMM 是我们机器的主力，”他说。
Ha他是否看到 CMM 的使用方式发生了变化？ “当然，继续到车间，”他说。 “无论是 [通用] 步行机器还是集成到机器人单元中。”他见过的集成安装范围从简单的手动放置到全自动，机器人单元自动进给和执行零件测量程序。
Mitutoyo 的 Mach-3A 专为在生产车间在线使用而设计，是一种水平臂 CMM，针对长圆柱形零件的高速测量进行了优化。与其他 CMM 供应商一样，Mitutoyo 为车间提供 CMM地板部署，例如三种不同型号的 Mach 系列。 Mach-3A 是专为在线测量而设计的水平臂。水平臂节省空间。 Mach-V系列设计用于生产线，并向机床提供前/后反馈以进行加工调整。
提供 CMM 的一种有趣方法是 Mach Ko-Ga-Me，这是一种可安装的 CMM。 “您可以将它安装在任何夹具设计上，甚至可以安装在 CNC 铣床上，”Hancz 解释说。它的测量范围仅为 120 x 120 x 80 毫米，移动速度高达 340 毫米/秒，精度高达 2 微米，这使得可安装的 CMM 成为小型零件的理想选择。
“探针技术不断不断扩大，我们提供任何可用的东西，”Hancz 说。 “我们最受欢迎的是雷尼绍 SP25 扫描模拟测头，它以高达 100 毫米/秒的速度收集数据。”三丰还提供滑动式表面粗糙度测量探头。 CMM Surftest 探头源自 Mitutoyo 的 SJ-210/310 系列便携式表面处理装置。五种不同的探头可供选择：标准、小孔、超小孔、深槽和齿轮检测器
Carl Zeiss Industrial Metrology LLC（Maple Grove，MN）的产品管理经理 David Wick 说：“医疗和航空航天领域的需求不断增加，尤其是对多传感器系统的需求。”蔡司于 4 月推出了粗糙度测量探头 Rotos 传感器。这增加了其 CMM 触摸、扫描和光学非接触式传感器套件。非接触式传感器包括摄像头传感器和共焦白光传感器。
Rotos 表面测量探头是一种无导板接触式表面纹理传感器，带有 LVDT 检测器和两个连续的旋转/倾斜轴。根据测量机和特定的测针，蔡司表示它可以以 0.25 至 1.0 毫米/秒的速度测量低至 0.03 微米的 Ra 粗糙度值。
Carl Zeiss Industrial Metrology 的 Rotos 表面测量探头是一种带 LVDT 检测器和两个连续旋转/倾斜轴的无滑轨接触表面纹理传感器。Zeiss 还提供一系列用于车间生产的 CMM。它们是 GageMax、CenterMax 和 DuraMax。 Wick 表示，DuraMax 已扩展为四种不同的型号——DuraMax LTE、DuraMax CNC、带转台的 DuraMax CNC 和 DuraMax HTG。 HTG 适用于温度高达 100°F (38°C) 的环境。 CMM 配备扫描探头，占地面积小，易于接近测量体积。
CenterMax 是一种桥式 CMM，Wick 说它特别适用于高度工程化零件的大批量生产，如汽车动力总成和航空航天零件。 “我们将新的表面粗糙度测量探头 [Rotos] 添加到 CenterMax。 [现在] 只需一个设置，我们的用户就可以测量直径和孔径等特征，然后测量暴击标准表面粗糙度，”他说。
一个测头，一台机器
随着客户发现配备传感器组合的坐标测量机的实用性，Alicona Corp.（伊利诺伊州巴特利特）已经采取略有不同的策略——为单个传感器寻找更多用途。该公司技术的核心是一种利用焦点变化的非接触式传感器。
该技术使用有限的焦点深度提供高分辨率表面数据。该技术类似于共聚焦成像或光学切片，但比它更先进，因为它还提供颜色数据。它测量表面形状和粗糙度。据该公司称，它在生产环境中特别有用。
Alicona 将其 3D 焦距变化测量仪器安装在称为µCMM 坐标测量机。Alicona 已将其改编为测量形状和几何形状的替代方法，从而扩大了其用途。由于它缺乏范围，公司需要能够将它精确地移动到一个大物体上以测量形状。这就是为什么 Alicona 将其 3D 焦距变化测量仪器安装在称为 µCMM 坐标测量机的精密三轴平台上。如果需要，添加电动旋转单元，即高级 Real3D 旋转单元，可提供五轴系统。该公司根据 ISO10360:8 规范发布 EMPE = (0.8 + L/600) μm 的精度数据。
“凭借我们传感器的独特功能，我们可以避免遵循现在在行业中变得非常普遍的策略CMM 世界，即将多个传感器集成到一个 CMM 框架中。焦点变化的特点让我们可以使用一个单一的传感器。 [它还提供] 比你必须摆弄 aro 更坚固、更不易碎、更用户友好的 [设备]和多个传感器，”Scherer 说。
上下文中的 CMM
蔡司的 Wick 看到了 CMM 的更广阔前景。 “当然，新工具和扩展的多传感器功能将会增长，但它们如何融入生态系统变得越来越重要，”他说。 “特别是在欧洲，有许多客户将他们的坐标测量机与附近的机床一起工作以交换信息的例子。”
虽然可以为加工中心提供偏移量的坐标测量机很有用，但他也认为有进一步集成和机器协作的更多机会。在全球范围内，他没有看到许多完整的智能工厂实施将 CMM 纳入可能称为工业 4.0 的东西。
“在美国，我们甚至更落后，”他说。但这可能很快就会改变。 “我预计在未来一两年内会发生的事情是，坐标测量机供应商将在他们的机器上提供更多的自动化选项。也许加-让您与 ProfiNet 或 ProfiBus 对话的盒子，”他说。随着机器级别的信息交换，智能工厂将诞生。
Wenzel 的 Shemenski 认为，坐标测量机编程方式的上游集成也将变得更加重要。 “在程序早期将 GD&T 附加到 CAD 模型的基于模型的设计技术正在成为现实。有一些问题需要解决，上游设计师需要将其视为他们责任的增长，但这是一个值得关注的趋势，”他说。
这将开启的是自动化创建测量程序——只要将有效的 GD&T 附加到有效的 CAD 模型即可。 “一个令人兴奋的趋势是从带有附加 GD&T 的 CAD 模型自动创建测量程序，”Hancz 表示赞同。本文采访的每个 OEM 供应商都有用于为其 CMM 创建零件程序的计量软件。虽然目前它是一种不经常使用的功能d，下一个趋势很可能是设计师如何开始在上游设计流程中以不同的方式思考 GD&T。请继续关注。
