CMM 장비 및 측정에 대한 완벽한 안내서

CMM 장비란 무엇인가요?

CNC 기계처럼 매우 정밀한 측정을 고도로 자동화된 방식으로 수행할 수 있는 기계를 상상해 보세요. 바로 CMM 기계가 그런 역할을 합니다!

CMM은 "좌표 측정기"의 약자입니다. CMM은 전반적인 유연성, 정확성 및 속도를 모두 갖춘 최고의 3D 측정 장비라고 할 수 있습니다.

좌표 측정기의 응용 분야

좌표 측정기(CMM)는 정확한 측정이 필요한 모든 상황에서 유용합니다. 측정이 복잡하거나 측정 횟수가 많을수록 CMM을 사용하는 것이 더욱 유리합니다.

일반적으로 CMM은 검사 및 품질 관리에 사용됩니다. 즉, 부품이 설계자의 요구 사항 및 사양을 충족하는지 확인하는 데 사용됩니다.

또한 다음과 같은 용도로 사용될 수 있습니다.역설계기존 부품의 특징을 정확하게 측정하여 부품을 제작합니다.

CMM 기계를 발명한 사람은 누구인가요?

최초의 CMM(좌표측정기)은 1950년대 스코틀랜드의 페란티(Ferranti)사에서 개발되었습니다. 당시 항공우주 및 방위산업 분야에서 부품의 정밀 측정이 필요했기 때문입니다. 초기 CMM은 2축 측정 기능만 갖추고 있었습니다. 3축 CMM은 1960년대 이탈리아의 DEA사에서 도입되었고, 컴퓨터 제어 방식은 1970년대 초 미국의 셰필드(Sheffield)사에서 처음 선보였습니다.

CMM 기계의 종류

좌표 측정기에는 다섯 가지 유형이 있습니다.

• 브리지형 CMM: 가장 일반적인 이 설계에서는 CMM 헤드가 브리지 위에서 움직입니다. 브리지의 한쪽은 베드 위의 레일을 따라 움직이고, 다른 한쪽은 가이드 레일 없이 베드 위의 에어 쿠션이나 다른 방식으로 지지됩니다.
• 캔틸레버 CMM: 캔틸레버는 다리를 한쪽 면에서만 지지합니다.
• 갠트리형 CMM: 갠트리형 CMM은 CNC 라우터처럼 양쪽에 가이드 레일을 사용합니다. 일반적으로 가장 큰 CMM이기 때문에 추가적인 지지대가 필요합니다.
• 수평 암 CMM: 캔틸레버를 떠올려 보세요. 하지만 전체 브리지가 자체 축을 중심으로 움직이는 대신 단일 암을 따라 위아래로 움직입니다. 이러한 CMM은 정밀도가 가장 낮지만 자동차 차체와 같은 크고 얇은 부품을 측정할 수 있습니다.
• 휴대용 암형 CMM: 이 장비는 관절형 암을 사용하며 일반적으로 수동으로 위치를 조정합니다. XYZ 좌표를 직접 측정하는 대신, 각 관절의 회전 위치와 관절 사이의 알려진 길이를 이용하여 좌표를 계산합니다.

각 방식은 측정 유형에 따라 장단점이 있습니다. 이러한 유형은 측정 장치의 구조를 나타내며, 이는 측정 대상을 배치하는 데 사용됩니다.조사측정 대상 부위에 대한 상대적인 값입니다.

장단점을 이해하는 데 도움이 되는 유용한 표를 소개합니다.

일반적으로 측정 프로브는 X, Y, Z축의 3차원 위치에 배치됩니다. 그러나 더욱 정교한 장비는 프로브의 각도를 변경할 수 있도록 하여 프로브가 도달할 수 없는 위치에서도 측정이 가능하게 합니다. 회전 테이블을 사용하여 다양한 특징에 대한 접근성을 향상시킬 수도 있습니다.

CMM은 흔히 화강암과 알루미늄으로 만들어지며 공기 베어링을 사용합니다.

프로브는 측정 시 부품 표면의 위치를 ​​파악하는 센서입니다.

프로브 유형은 다음과 같습니다.

• 기계적인
• 광학
• 원자 램프
• 백색광

좌표 측정기는 크게 세 가지 방식으로 사용됩니다.

• 품질 관리 부서: 일반적으로 정밀도를 극대화하기 위해 온도와 습도가 조절되는 클린룸에 위치합니다.
• 생산 현장: 여기서는 CMM(좌표 측정기)이 CNC 기계들 사이에 설치되어 있어 제조 셀의 일부로 손쉽게 검사를 수행할 수 있습니다. CMM과 부품 가공 기계 사이의 이동 거리를 최소화함으로써 측정을 더 일찍, 그리고 더 자주 수행할 수 있으며, 결과적으로 오류를 조기에 발견하여 비용을 절감할 수 있습니다.
• 휴대성: 휴대용 CMM은 이동이 간편합니다. 생산 현장에서 사용하거나 제조 시설에서 멀리 떨어진 현장으로 가져가 부품을 측정하는 데 사용할 수 있습니다.

CMM 장비의 정확도는 어느 정도입니까(CMM 정확도)?

좌표 측정기(CMM)의 정확도는 다양합니다. 일반적으로 마이크로미터 수준의 정밀도를 목표로 하지만, 실제로는 그렇지 않습니다. 오차는 측정 대상의 크기에 따라 달라질 수 있기 때문에, CMM의 측정 오차는 측정 대상의 길이를 변수로 포함하는 간단한 공식으로 표현될 수 있습니다.

예를 들어, Hexagon의 Global Classic CMM은 합리적인 가격의 다목적 CMM으로 소개되어 있으며, 정확도는 다음과 같이 명시되어 있습니다.

1.0 + L/300um

측정값은 마이크론 단위이고, L은 밀리미터(mm) 단위로 지정되어 있습니다. 예를 들어 10mm 길이의 형상을 측정한다고 가정해 보겠습니다. 공식은 1.0 + 10/300 = 1.0 + 1/30, 즉 1.03 마이크론이 됩니다.

1 마이크론은 1 mm의 1000분의 1이며, 이는 약 0.00003937인치에 해당합니다. 따라서 10 mm 길이를 측정할 때 발생하는 오차는 0.00103 mm 또는 0.00004055인치입니다. 이는 1/10의 절반의 절반도 안 되는 아주 작은 오차입니다!

반면에, 측정하려는 값의 10배에 해당하는 정확도를 가져야 합니다. 즉, 이 측정값을 해당 값의 10배, 다시 말해 0.00005인치까지만 신뢰할 수 있다는 뜻입니다. 그래도 여전히 상당히 작은 오차입니다.

생산 현장에서의 CMM 측정은 훨씬 더 복잡해집니다. CMM이 온도 조절이 가능한 검사실에 설치되어 있다면 상황이 훨씬 나아지지만, 생산 현장에서는 온도가 상당히 변동될 수 있습니다. CMM이 온도 변화를 보정하는 다양한 방법이 있지만, 완벽한 방법은 없습니다.

CMM 제조업체는 종종 특정 온도 범위에 대한 정확도를 명시하는데, CMM 정확도에 대한 ISO 10360-2 표준에 따르면 일반적인 범위는 64~72°F(18~22°C)입니다. 하지만 작업 현장의 온도가 여름철에 86°F(30°C)에 달한다면 이 범위는 오차 범위 내에서 적절한 측정이 불가능해집니다.

일부 제조업체는 정확도 사양이 서로 다른 계단식 온도 범위 또는 온도 구간 세트를 제공합니다. 하지만 동일한 부품 생산 과정에서 시간대별 또는 요일별로 여러 온도 범위에 해당하는 경우에는 어떻게 해야 할까요?

최악의 상황을 고려한 불확실성 예산을 수립해야 합니다. 만약 최악의 상황으로 인해 부품의 허용 오차가 초과된다면, 추가적인 공정 변경이 필요합니다.

• CMM 사용 시간을 온도가 적절한 범위에 속하는 특정 시간대로 제한할 수 있습니다.
• 특정 시간대에만 정밀도가 높은 부품이나 형상을 가공하도록 선택할 수 있습니다.
• 더 좋은 CMM은 사용하려는 온도 범위에 더 적합한 사양을 갖추고 있을 수 있습니다. 가격이 훨씬 비싸더라도 그만한 가치가 있을 수 있습니다.

물론 이러한 조치들은 작업 일정을 정확하게 짜는 데 큰 차질을 초래할 것입니다. 갑자기 작업장 온도 조절을 개선하는 것이 가치 있는 투자일지도 모른다는 생각이 들기 시작할 겁니다.

보시다시피, 측정이라는 게 꽤나 까다로운 작업입니다.

CMM으로 검사할 공차를 어떻게 명시하는지도 중요한 요소입니다. 가장 표준적인 방법은 기하 치수 및 공차(GD&T)를 적용하는 것입니다. GD&T에 대해 더 자세히 알아보려면 저희 입문 과정을 확인해 보세요.

CMM 소프트웨어

CMM은 다양한 종류의 소프트웨어를 사용합니다. 표준 소프트웨어는 DMIS(Dimensional Measurement Interface Standard)라고 합니다. 모든 CMM 제조업체의 주력 소프트웨어 인터페이스는 아니지만, 대부분의 제조업체가 최소한 DMIS를 지원합니다.

제조업체들은 DMIS에서 지원하지 않는 측정 작업을 추가하기 위해 자체적인 독특한 맛을 개발해왔습니다.

DMIS

앞서 언급했듯이 DMIS는 표준이지만, CNC의 G 코드처럼 다양한 방언이 존재합니다.

• PC-DMIS: 헥사곤 버전
• 오픈DMIS
• TouchDMIS: 퍼셉트론

MCOSMOS

MCOSTMOS는 니콘의 CMM 소프트웨어입니다.

칼립소

Calypso는 Zeiss에서 개발한 CMM 소프트웨어입니다.

CMM 및 CAD/CAM 소프트웨어

CMM 소프트웨어 및 프로그래밍은 CAD/CAM 소프트웨어와 어떤 관련이 있습니까?

CAD 파일 형식은 매우 다양하므로 사용 중인 CMM 소프트웨어가 어떤 형식을 지원하는지 확인해야 합니다. 궁극적인 통합 방식은 모델 기반 정의(MBD)라고 합니다. MBD를 사용하면 모델 자체에서 CMM에 필요한 치수를 추출할 수 있습니다.

MDB는 상당히 최첨단 기술이라 아직 대부분의 경우에 사용되지는 않습니다.

CMM 프로브, 고정구 및 액세서리

CMM 프로브

다양한 유형과 모양의 프로브를 사용할 수 있어 여러 가지 응용 분야에 적합합니다.

CMM 고정 장치

고정 장치는 CNC 기계에서와 마찬가지로 CMM에서 부품을 적재 및 하역할 때 시간을 절약해 줍니다. 심지어 자동 팔레트 로더가 장착된 CMM도 있어 생산성을 극대화할 수 있습니다.

CMM 기계 가격

새로운 좌표 측정기(CMM)의 가격은 2만 달러에서 3만 달러 사이부터 시작하여 100만 달러가 넘는 제품까지 다양합니다.

기계 공장의 CMM 관련 직무

CMM 관리자

CMM 프로그래머

CMM 오퍼레이터