什么是基于接触式探头的磨床“机上测量”？

“CNC平面磨床”掌握着工件精加工品质。
磨削加工对精度的要求十分苛刻，你是否有以下感受？

• “三坐标测量机等的机外测量花费在设置及移动上的时间很多……”
• “因人而异的测量方法存在误差……”
• “想减少测量后的返工及追加加工……”

本文将以解决此类课题的“机上测量”为主题进行讲解。
若您打算改善包括磨削加工在内的制造工序，请不要错过此篇内容。

何谓机上测量？与机外测量的区别

“不太了解机上测量”的人应该不在少数吧？
下面先简单复习一下。

机上测量

機上測机上测量是指“在机床上测量加工件（工件）”。
本文中的机床是指平面磨床，其他诸如加工中心及CNC车床等各种机床也在实施机上测量。

测量仪器主要使用“接触式探头”这种接触式传感器。这是利用传感器接触工件时的机械位置信息测量工件尺寸的方法。（图像1）

机外测量

机外测量是指“在机床外部测量加工件（工件）”。
将加工完成的工件从机床中取出，使用三坐标测量机、卡尺、孔径规及游标卡尺等测量仪器进行测量的方法。
虽然根据要求精度而异，但通常在实施温度管理的测量室进行测量，这样可以确保测量的精度。
若测量未达到公差，通常会将工件返回机床进行追加加工。

在讲解机上测量前，我们先来复习以下磨削加工周期

采用机上测量还是机外测量，将会对磨床加工周期的工时产生较大影响。
在此简单复习一下作为前提的“磨削加工周期”。
CNC平面磨床通常主要按照以下1～6个步骤（参看插图）进行磨削加工。（本文中省略砂轮整修和精修）

• 步骤1：通过“砂轮抵磨作业^※1”确认加工起始点
• 步骤2：确认被磨削材料（工件）的加工起始点（测量厚度）
• 步骤3：加工周期
• 步骤4：测量工件厚度
• 步骤5：（若厚度未达标）追加加工
• 步骤6：测量、完成

此处步骤4与6的测量选择机外还是机上测量，将会大大改变整个工序的工时。

下一个
①实施机外测量时
②实施机上测量时
下面我们分别模拟以①与②的测量方法实施测量时的工时，进行比较验证。

通过工时了解到的“机外测量”的暗藏缺点有哪些？

通常加工后测量工件，若偏离容许公差，便要将工件返回加工工序进行追加加工以满足标准。
机外测量在这个过程中存在以下应削减的“不必要的工序”。

• 取出工件的作业
• 人员移动
• 再次安装工件的准备作业
• 根据测量结果（偏离公差）进行的返工
• 等待测量的工件的滞留

这些问题会导致出货前的前置时间过长，并增加提高成本的工时，成为了现场要解决的课题。

验证1：模拟机外测量

我们通过简单示例来模拟“机外测量”所需的工时。

（例）①加工 ⇒　② 测量 ⇒　③ 追加加工⇒　④测量的周期

在此周期内会发生：

・人员移动：3次
・准备作业：3次（=加工准备：1次、安装至测量仪：2次）※仅初次准备必须实施（参看图1）

各装置的工件安装、拆卸及定位等繁琐的准备作业每次都会发生。

对此，让我们来思考一下机上测量能够改变多少。

通过工时了解“机上测量”的优点

接下来讲解使用接触式探头进行“机上测量”的工时与优点。
从结论来看，机上测量从加工到测量的工序全部在设备上进行，具有以下可削减工时的优点。

• 省去了取出工件的作业
• 省去了再次安装工件的作业
• 无需人员移动

让我们使用与机外测量相同的示例，比较可以削减多少工时。

验证2：模拟机上测量

（例）①加工 ⇒　② 测量 ⇒　③ 追加加工⇒　④测量的周期
与机外测量的模拟比较：

• 人员移动　３次（机外）　⇒　０次（机内）
• 准备作业　３次（机外）　⇒　０次（机内）

由此可见，有助于节省工时。（参看下图）

工时比较“机上测量”与“机外测量”

通过比较“机上测量”与“机外测量”，削减的工时差异一目了然。
比如，假设（移动＋准备）的1组作业需时20分钟，相比（移动＋准备）×３组作业，则可削减将近1小时的时间。

机上测量的测量精度如何？下面是机上测量最适合磨床的理由。

平面磨床适合机上测量的最大理由就是：可以在“对工件进行高精度定位（夹持）的状态下”进行测量这点。
公差要求越严格的工件，重新安装到机械、测量仪器上时所需的时间和手续越多。
若从一开始就无需拆卸工件进行测量，就可在减少麻烦的同时实现高精度测量。

那么，有助于削减工时的机上测量的测量精度可达到何种程度？
比如即使缩短工时，但若测量精度低下，无法达到测量效果亦无济于事。

接下来对机外测量（卡尺）与机上测量的精度进行比较。

验证机上测量的精度（参考数据）

机上测量与机外测量（卡尺）的工件厚度测量数据具体如下。
下图数据表明：机上测量已达到了测量误差低于1μｍ的高精度水平。

由于机上测量是对加工后的工件进行测量，因此也有部分用户担心根据加工状况及工件材质会出现“因热膨胀引起数微米的尺寸变化”。

但是，重点在于“将测量结果用于削减工时”。
我们可以通过考虑热膨胀系数并在加工现场设置追加加工的标准，探索可削减测量后返工次数等高效使用测量结果的方法。

可进行机上测量的CNC平面磨床的介绍

现在，冈本机床制作所的平面磨床HPG系列可使用机上测量装置“Quick Touch”实施机上测量。
以前对机上测量抱有以下成见：

• 成本高，不可引进
• 无法编程，不可引进
• 担心会损坏探针及传感器

由于此类问题有了得以改善的选项，相比以往便可毫无顾忌地引进机上测量。

• 引进成本低
• 专用软件，无需编程也可使用
• 重复精度1μｍ的测量精度

【视频】NC磨床机上测量演示

https://youtu.be/FxbAeUiEGXI?t=39

为什么现在机上测量很重要？

① 现在的测量方法是否恰当？市场要求与现场课题的困境。

随着订货方及客户对品质的要求及部件精细化逐年升级，现场所要解决的问题亦不断增加。

• “虽然增加了测量项目，但却无法计入价格，不得不进行无偿检查……”
• “有高价测量仪器，若不使用感觉可惜……”
• “难以确保足够的检查人员”

当然检查需要人手（成本）。
要改善测量规则，首先应重新评估
・当前的测量方法是否过剩？
・是否符合成本要求？

负担大的检查体制可能会发生漏看及错误。

是否可以通过“机上测量”来判定订货方要求的加工品质？应对这一问题进行探讨并做出适当的判断。

②“因为会降低运转率而不愿进行机上测量！”的观念是否落伍？

由于劳动人口减少，不能“只进行本部门的改善”，还要求“实现跨部门的流程优化”。

一直以来各部门都是优先进行本部门的优化。
・加工部门进行“提高机器运转率”的改善
・检查部门采用人海战术及专用检查线进行杜绝不良的改善

但是，今后更重要的是实现对两部门皆有利的改善。
即使当前没有问题，但如果考虑到5年甚至10年后，当前的组织体制及机制是否还能维持？这些问题不得不引起我们的思考。

如何区分使用机上测量与三坐标测量机？

测量是确保品质的关键。
加工模具及航空部件等精密部件时，三坐标测量机是可以发挥高可靠性的测量仪器。
亦有大量用户是因订货方的要求而使用三坐标测量机，今后这种仪器在各种场合的需求量将会不断增加。
另一方面，应密切关注

• 温度管理
• 加工部门与测量部门的合作
• 测量仪器操作方法的掌握
• 测量仪自身并不会产生经济价值
  
  等应用和培训所需的总成本。
  

若是要求精度达到精加工水平的CNC平面研磨，不仅要能进行高精度加工，也必须能实施测量。
若能由机器来完成自动化测量，便有望削减检查作业人员的培训成本，改善人工测量造成的品质不均。
协调组合是最有效的选项。

机上测量的优点与缺点汇总

下面对上述机上测量与机外测量的主要优缺点进行汇总。

<优点>

• 机上测量：削减与人员移动相关的准备作业及工时。
• 机外测量：可以高精度测量。

<缺点>

• 机上测量：与三坐标测量机等比较，测量精度容易受到外界干扰。
• 机外测量：测量所需工时多，测量系统（人、机器、运用）的维护成本高。

其他优缺点汇总如下：

再次强调，测量是验证加工品质的重要工序。
另一方面，测量所需工时的价值也是一个难以被理解的范畴。

在平衡制造与品质管理部门之间需求的同时，作为优化制造现场整体的方法，不妨考虑一下“机上测量”如何？

磨床可使用的机上测量用接触式探头

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