CMMとは？測定の種類や導入メリット、測定機の選び方について詳しく解説！

CMMとは、Coordinate Measuring Machineの略称で、立体を三次元的に計測できる「三次元測定機」とも呼ばれる装置です。

研究開発の現場や部材の製造現場などで品質管理に使われることが多く、うまく活用すれば高い品質を担保できるでしょう。

本記事では、CMMの特徴や種類、選ぶ際のポイントなどを解説します。

CMM（三次元測定機）とは

CMM（三次元測定機）とは、Coordinate Measuring Machineの略で、対象物のXYZ軸の三次元座標を計測し、輪郭や寸法・位置、幾何公差（真直度・平面度・平行度・直角度など）を測定する機器です。

「三次元測定機」「三次元座標測定機」「座標測定機」などとも呼ばれ、計測形式には接触式と非接触式があります。

まずは、それぞれの特徴や違いを把握しましょう。

接触式

接触式のCMM（三次元測定機）は専用のプローブを計測箇所に接触させ、座標や寸法を計測する装置です。

計測して得られた点群座標情報を測定機が設定した三次元空間に再現することで、任意の位置や面・軸・穴などの形状から基準を適時に設定できます。

接触式のCMMは長さや穴直径などの寸法測定や、平面度・平行度・真円度などの幾何公差の評価、3D CADデータとの比較測定も可能です。複雑な曲面での形状誤差も確認でき、効率よく迅速に寸法を測定できます。

非接触式

非接触式のCMM（三次元測定機）はレーザーや光で三次元座標を読み取り、3Dデータを構築する機器です。対象の狭い測定範囲を非接触で高精度に検知できます。

非接触式のCMMには以下のメリットがあります。

• 同じ場所を傷付けず何度も測定できる
• 測定後に加工を行える
• そのまま製品として使用できる
• 測定データを何度でも解析できる
• 加工前後の差分解析ができる
• 接触式より測定スピードが速い
• 形状と粗さ測定を1台2役でできる（機種による）

測定対象に触れる接触式のCMMは対象物に小さな傷を付ける可能性がある一方、対象物に触れない非接触式は傷を付ける心配がありません。

近年では、レンズの精度やセンサー能力、ソフトの利便性も上がり、非接触式のCMMを活用する現場が増えています。

CMM（三次元測定機）の測定の種類

CMM（三次元測定機）には以下3種類の形状があります。

• カンチレバー型
• アーム型
• ブリッジ型

それぞれの特徴を解説します。

カンチレバー型

カンチレバー型とは片持ち梁構造で、設置面積に対し広い測定範囲をもつCMM（三次元測定機）です。おもに小さなオブジェクトやパーツを扱うために設計されています。

カンチレバー型は3つの側面から計測でき、マニュアル操作もしやすい特徴があります。移動精度はやや低いものの、関節があることでさまざまな場所に設置・計測でき、作業性に優れているといえるでしょう。

アーム型

アーム型とは複数の関節をもつCMM（三次元測定機）で、義手や義足の技術を用いて開発されました。作業者が自由にアームを動かして多方向から対象物にアプローチできるため、生産設備の製造現場でも作業しながら測定することが可能です。

アーム型のCMMは大型製品を大量生産する自動車製造や鉄道製造などの現場でよく利用されています。

精度はほかのCMMより低い傾向があるものの、車両に測量装置を搭載し移動しながら点群データを取得でき、また走行速度や道路の幅に合わせて測量精度を調整することもできます。

ブリッジ型

ブリッジ型とは門型の形状をしているCMM（三次元測定機）で、門やステージを移動させるタイプなどもあります。

接触型と非接触型があり、ステージ上に置いた対象物の縦・横・高さから三次元の座標を取得し、寸法・位置関係・輪郭形状などを高精度に測定します。

据え置き型で高精度かつ安定した測定ができることから、もっとも人気のCMMです。

CMM（三次元測定機）の導入メリット

CMM（三次元測定機）を導入すると、以下2つのメリットがあります。

• 製品の制度が向上する
• 測定工数を削減できる

CMMの導入は品質管理や生産効率においてもパフォーマンス性が高く、企業が成長するうえで必要なコストといえるでしょう。それぞれのメリットを詳しく解説します。

製品の精度が向上する

縦・横・高さ以外に立体の複雑な形状を測れるCMM（三次元測定機）は、測定精度が高いため製品の質を向上させられます。なかでも、ブリッジ型のCMMは人の立ち入りが難しい場所や大型対象物の測定も可能です。

製品の品質管理に対しての要求が高まっている現代では、機械の部品を製造する際の寸法検査や測定が極めて重要です。高精度の測定ができるCMMの導入で、高い品質管理も可能になるでしょう。

測定工数を削減できる

CMM（三次元測定機）はプログラムによる自動測定が可能な機器が多いため、同じ形状を複数計測する場合には、手動測定よりも計測時間を削減できます。

また、XYZ軸の三次元座標系でデータ収集や保存ができるため、製品仕様に合わせた管理値の設定ができたり、保存データからさまざまな計算処理を行ったりすることもできます。

測定にかける時間やデータ管理による工数削減により、納期の短縮なども可能です。

CMM（三次元測定機）を選ぶ際のポイント

CMM（三次元測定機）は以下3つのポイントを踏まえて選びましょう。

• 測定時間を考慮する
• 接触型と非接触型の特徴を理解する
• コストパフォーマンスを考慮する

対象物や希望する内容により、おすすめのCMMは異なります。まずは、選ぶ際に考慮すべきポイントを確認し、自社に適したCMMを検討してください。

測定時間を考慮して選ぶ

CMM（三次元測定機）は比較的、短時間で対象物の三次元情報を取得できます。しかし、機器により時間の定義が異なるため、まずは自社が望む測定時間を明らかにしておくことが重要です。

ただし、高精度かつ測定時間の短いCMMは、価格が高くなる可能性があるため、導入するCMMは、現場の負担を考慮したうえで選びましょう。

接触型と非接触型の2つの特徴を理解して選ぶ

CMM（三次元測定機）には、接触プローブを対象物に接触させて測定する「接触型」と、レーザーや光を照射して測定する「非接触型」があります。

接触型は過酷な環境でも広い範囲の測定が可能ですが、高速計測や位置変動には弱いうえ、対象物が傷付く可能性もあります。一方で、非接触型はクリーンな環境が必要ですが対象物が傷付く心配もなく、高速かつ機器によってはリアルタイムに位置変動にも対応可能です。

機器ごとに範囲や精度も変化するため、導入時には接触型と非接触型の違い、種類ごとの特徴も確認しておきましょう。

コストパフォーマンスを考慮して選ぶ

CMM（三次元測定機）は高機能・高精度であるほど、価格も高い傾向があります。まずは無理のない範囲で予算を考え、自社に必要な機能の優先度を明確にして選びましょう。

機能は「必須」「あるとよい」「なくてもよい」の3項目で書き出しておくと、検討時に迷いにくくなります。CMM選びで失敗しないために、導入で得られる効果と費用のバランスを考慮したうえで検討するのがおすすめです。

CMMと3Dスキャナーの違い

CMMを意味する言葉「三次元測定機」は3Dスキャナーの邦訳としても使用されており、混同されるケースもあるため注意が必要です。

2つの大きな違いは検査精度や測定時間などで、詳しい内容は以下のとおりです。

CMMは十数センチ以上ある大きさの対象物全体を、くまなく3Dデータ化する作業には向きません。あらかじめ対象物の測定箇所をCMMに教えておく必要があるため、1点ものの製品や部品を都度検査するのにも手間がかかるでしょう。

一方、3DスキャナーはCMMより精度が劣るものの、なかには品質管理や測定に活用可能なメトロジーグレード（計量学に基づいて設計・製造された高精度なもの）[A15] の機器もあります。

また、両者の中間的な測定ツールもあり、導入時には機器ごとの特徴を把握して判断することが必要です。

CMMの種類を理解して現場にあった製品を選ぼう

CMM（三次元測定機）の導入は製品の精度が向上したり、測定工数を削減できたりします。

CMMには接触型と非接触型の2つがありそれぞれ異なる性質があるため、特徴を理解し自社に合う測定ツールを選びましょう。とくに、非接触型のCMMはレンズ精度やセンサー能力、ソフトの利便性が上がってきており、接触型よりスムーズかつ正確にデータを読み取ることが可能です。

また、以下の条件に合致するケースでは、CMMより3Dスキャナーが適する可能性もあります。併せて検討してみてください。

• 検査対象物が数十センチ以上
• 検査目的が寸法規定値のチェックではなく、全体の形状偏差の測定
• 検査対象物が少数、または都度異なる形状の対象物の検査を行いたい
• 0.001mm以下の検査精度を必要としない

弊社では、非接触かつ高精度・高精細なデータ取得ができる3Dスキャナー「FreeScanシリーズ」などの製品を提供しておりますので、こちらも併せてご覧ください。

また、製品に関するサポートなどについてはこちらからお問い合わせを受け付けております。

ぜひ、品質管理にご活用ください。