CMM 发展自己的利基

古老的三坐标测量机依然强劲，制造商利用其自动化能力来缓解劳动力问题

对于 CMM，好时光还在继续。 Hexagon Manufacturing Intelligence 北美（北金斯敦，罗德岛州）总裁 Angus Taylor 说：“过去三到四年里发生的一件令人惊讶的事情是我们出货的 CMM 数量之多。” “市场似乎真的在爆炸式增长。”

问题是为什么现在？

有很多原因。今天的三坐标测量机可以承受更广泛的温度和振动。它们更坚固、更小且测量更准确。他们的测量速度比以往任何时候都快。此外，车间也不再像以前那样了。 “制造厂本身越来越清洁，”泰勒说。当今的精密加工和制造需要更清洁的环境。这样做也使它们对 CMM 更友好。

也许最重要的是，它可能只取决于人。

“制造商没有找到足够的技术人员，因此他们现在将 CMM 视为一种自动测量系统，”Taylor 解释说。 “一个人可以为 20 个 [计算机控制的] 三坐标测量机生成测量程序。”这降低了操作员的技能组合，使其知道如何装载和卸载零件，可能使用精密夹具，以及如何启动正确的测量程序。海克斯康为车间提供三种坐标测量机，4.5.4SF、7.10.7SF，以及最新添加的 TIGO SF。

借助条形码和机器人材料处理，甚至可以实现自动装卸。

Hexagon Manufacturing Intelligence 战略发展总监 Michael Mariani 表示：“计量学也成为 [制造] 运营的一部分。这意味着计量设备集成到一个闭环制造单元中，例如海克斯康最近展示的那个。该演示展示了正在加工的零件，然后由机器人移动到 CMM。然后，CMM 会自动提供有关如何调整加工操作（如果需要）以保持公差的信息。

传感器与增长

随着供应商提供更多传感器，CMM 变得越来越有用。这种多样性反映在海克斯康自己的探头套件中。公司提供接触式探针、扫描探针和表面粗糙度测量，以及基于干涉激光技术的HP-O光学传感器。

传感器和探头是雷尼绍 PLC（伊利诺伊州西邓迪和英国格洛斯特郡新米尔斯）的主要业务，该公司是触发式探头的发明者，它首先使坐标测量机如此受欢迎。除了 PH10 三轴测头外，该公司还发明了五轴和快速移动的 PH20 和 Revo 测头，以提高 CMM 吞吐量。该公司通过在 CMM 机构保持静止时允许局部移动来实现这一点，移动更少的质量，同时更快地收集数据。这也意味着更少的系统刚度和更多的误差，迫使测量速度变慢。

探头和传感器并不总是需要安装在 CMM 上。它们可以用于 Renishaw Equator 等灵活量具，也可以用于机床本身。尽管如此，CMM 必须保证产品正在准确制造。雷尼绍 CMM 产品业务经理 Michael Litwin 表示，机床可能会超出公差范围。 “您需要对 NIST 标准工件的可追溯性。你仍然需要 CMM 作为独立检查，”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 表面光洁度测量探头，用于三坐标测量机上的 REVO 五轴测量系统。 “这使得表面光洁度检测成为三坐标测量机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 是一种带有 2 微米半径金刚石测针尖端的打滑探头。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.），单位为 Ra。

雷尼绍还推出了用于其 Revo-2 头部的视觉系统，即 RVP 视觉探头。根据 Litwin 的说法，它使用边缘检测来测量 2D 图像的特征。三维数据是通过从不同角度捕获多张图像以及后处理得出的。 “它提供了另一种测量特征的途径，在触觉测量不适合的情况下，”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。

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、复杂的特征，其尺寸和位置需要验证。 “有时，最好使用光学非接触式传感器测量这些特征，作为更大的触觉探测的一部分，以收集点进行分析，”他说。

这就是 QVI 在其 CMM 系列中提供视频系统、线扫描激光器、彩虹白光传感器和 TeleStar 激光探头以及 Renishaw TP20、TP200 和 SP25 接触式探头的原因。

“VersaFlex 多传感器头允许在 PH10 上同时使用多达三个传感器，因此它们几乎可以在任何方向上达到功能，”Rose 说。 “当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 上激活视觉传感器使我们能够首先找到特征，将其设置为参考，然后进行触觉测量。点激光传感器可实现高分辨率表面轮廓。”

与其他 CMM 原始设备制造商一样，Wenzel America Ltd. (Wixom, MI) 提供雷尼绍的触觉探头及其自己的两个传感器。 Wenzel 的 Phoenix 传感器使用结构光（有时称为白光技术）来捕获 3D 点云。这种白光传感器足够轻，可以安装在 CMM 探头上。该公司的另一款传感器是 Shapetracer 激光线扫描仪，它也安装在标准的 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团队控制的机器到制造团队。他们现在负责设备，并且是设备的所有者。”

5 月，Wenzel 推出了其 SF 87 车间坐标测量机。 Shemenski 强调，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 800 x 700 x 700 mm 测量体积与金属切割和成型机的常见尺寸一致。据该公司称，它还拥有高行进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，它具有温度稳定的结构和耐脏的导轨和秤。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。

“今天的 CMM 市场很强劲，”Mitutoyo America Corp. (Aurora, IL) 的 CMM 产品专家 Gene Hancz 表示同意。三丰提供桥式、臂式和水平式三坐标测量机，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。

他是否看到 CMM 的使用方式发生了变化？ “最肯定的是，继续到车间，”他说。 “无论是[通用]的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。

与其他坐标测量机供应商一样，三丰为车间部署提供坐标测量机，例如三种不同型号的马赫系列。 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，并为机床提供前/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，一种可安装的 CMM。 “您可以将其安装在任何夹具设计上，甚至在 CNC 铣床内，”Hancz 解释道。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，使可安装式坐标测量机非常适合小型零件。

“探针技术不断扩展，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 扫描模拟探头，它以高达 100 毫米/秒的速度收集数据。”三丰还提供滑轨式表面粗糙度测量探头。 CMM Surftest 探头源自三丰的 SJ-210/310 系列便携式表面处理装置。提供五种不同的探头：标准、小孔、特小孔、深槽和齿轮齿检测器。

“医疗和航空航天领域的需求不断增长，尤其是对多传感器系统的需求，”Carl Zeiss Industrial Metrology LLC（明尼苏达州梅普尔格罗夫）产品管理经理 David Wick 说。蔡司在 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相机传感器和共焦白光传感器。

Rotos 表面测量探头是一种无滑轨接触表面纹理传感器，带有 LVDT 检测器和两个连续旋转/倾斜轴。根据测量机和特定的测针，蔡司表示它可以在 0.25 到 1.0 mm/s 的速度范围内测量低至 0.03 µm 的 Ra 粗糙度值。

蔡司还提供一系列用于车间生产的坐标测量机。这些是 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 适用于高达 100°F (38°C) 的环境。三坐标测量机配备扫描探头，占地面积小，易于接近测量体积。

CenterMax 是一种桥式坐标测量机，Wick 表示，它特别适用于大批量生产高度工程化的零件，例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] 通过一种设置，我们的用户可以测量直径和孔等特征，然后测量临界表面粗糙度，”他说。

一个探头，一台机器

随着客户在配备传感器组合的 CMM 中找到实用性，Alicona Corp.（伊利诺伊州巴特利特）采取了稍微不同的策略——为单个传感器寻找更多用途。该公司技术的核心是利用焦点变化的非接触式传感器。

该技术使用有限的焦深提供高分辨率表面数据。该技术类似于共焦成像或光学切片，但比共焦成像或光学切片更先进，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 已将其作为测量形状和几何形状的替代方法，扩大了其用途。由于它缺乏范围，该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 焦点变化测量仪安装在称为 µCMM 三坐标测量机的精密三轴平台上的原因。如果需要，添加一个电动旋转单元，即高级 Real3D 旋转单元，可提供五轴系统。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 CMM 领域变得非常普遍的策略，即将多个传感器集成到一个 CMM 框架中。焦点变化的特性让我们可以使用一个传感器。 [它还提供] 一种更强大、更不易碎、更用户友好的 [设备]，而不是你必须摆弄多个传感器，”Scherer 说。

上下文中的 CMM

Zeiss 的 Wick 看到了 CMM 的更大未来。 “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。 “尤其是在欧洲，有很多客户将 CMM 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的 CMM 很有用，但他还认为还有进一步集成和机器协作的额外机会。在全球范围内，他没有看到很多完整的智能工厂实施将 CMM 整合到可以称为工业 4.0 的东西中。

“在美国，我们甚至更落后，”他说。但这可能很快就会改变。 “我预计未来一两年会发生的是，CMM 供应商将在他们的机器上提供更多自动化选项。也许是一个附加盒，可以让您与 ProfiNet 或 ProfiBus 对话，”他说。随着机器级别的信息交换，智能工厂将出现。

Wenzel 的 Shemenski 认为 CMM 编程方式的上游集成也将变得更加重要。 “在项目早期将 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，上游设计师需要认识到这是他们职责的增长，但这是一个值得关注的趋势，”他说。

这将带来创建测量程序的自动化——只要有效的 GD&T 附加到有效的 CAD 模型。 “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 表示同意。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，但下一个趋势很可能是设计师如何在上游设计流程中开始对 GD&T 进行不同的思考。敬请期待。