Tìm hiểu về khái niệm và ứng dụng của máy đo CMM

Nguyên lí hoạt động của máy đo 3D

Khi máy đo CMM được kích hoạt, đầu dò cảm biến bắt đầu tiếp xúc với bề mặt của bộ phận đang được đo. Quá trình này đưa vào sử dụng các hệ tọa độ X, Y và Z để di chuyển đầu dò đến các vị trí chiến lược trên bề mặt, nhằm thu thập dữ liệu chi tiết về hình dạng và kích thước của vật phẩm.

Độ chính xác của quá trình đo được đánh giá bằng công thức toán học 2,6 + L/300, với “L” là chiều dài của bộ phận đo, được đo bằng đơn vị milimet. Công thức này cung cấp một ước lượng về độ chính xác dựa trên chiều dài cụ thể của vật phẩm, cho phép người sử dụng đánh giá mức độ tin cậy của kết quả đo lường.

Mỗi bước di chuyển của đầu dò và mỗi điểm dữ liệu được thu thập đều đóng góp vào việc tạo ra hình ảnh phác thảo chi tiết của bộ phận. Điều này giúp kiểm soát chất lượng sản phẩm và đảm bảo rằng mọi chi tiết đều đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật được đặt ra.

Khách hàng có thể tìm thêm thông tin và minh họa chi tiết trong hình ảnh dưới đây, cung cấp một cái nhìn tổng quan về quá trình đo và độ chính xác của máy đo CMM trong quá trình thực hiện công việc đo lường kỹ thuật cao.

Đầu dò trên máy đo CMM có thể được di chuyển bằng cách thủ công hoặc thông qua hệ thống máy tính được lập trình trước. Khách hàng có khả năng thu thập dữ liệu đo lường trực tiếp từ bộ phận sau quá trình đo thông qua máy tính. Việc này mang lại nhiều lợi ích, bao gồm sự linh hoạt trong việc chọn lựa cách thức di chuyển đầu dò, tăng khả năng tự động hóa và giảm thời gian dành cho quá trình kiểm tra, tăng cường hiệu suất và chính xác trong quá trình đo lường kỹ thuật.

Phân loại máy đo CMM

Hiện nay, thị trường đang cung cấp nhiều loại máy đo tọa độ với đặc điểm và đặc tính riêng biệt. Mỗi máy đo đều có những ưu điểm và nhược điểm cũng như cấu tạo đặc trưng của mình. Tuy nhiên, phân loại chung của các máy đo CMM thường dựa trên hệ tọa độ mà CMM sử dụng và cách tương tác giữa CMM và bề mặt của bộ phận cần đo.

Dựa trên hệ toạ độ sử dụng

Hệ trục toạ độ là gì? Hệ trục toạ độ là một hệ thống định hình không gian dùng để mô tả vị trí và hướng của các điểm trong không gian ba chiều. Thông thường, hệ trục toạ độ được xác định bằng ba trục đồng tuyến, thường được ký hiệu là X, Y, và Z.

Dựa trên hệ trục tọa độ, máy đo CMM có thể được chia thành hai loại chính: Máy đo sử dụng hệ tọa độ Descartes, thường có khoảng 2 – 6 trục, và máy đo không sử dụng hệ tọa độ Descartes. Các loại máy không sử dụng hệ tọa độ này thường là máy đo CMM quang học, bao gồm hệ thống đo quang (Photogrammetry System), phép chiếu rìa (Fringe Projection), bộ theo dõi laser (Laser Tracker), và nhiều công nghệ đo lường quang học khác.

Các máy đo CMM sử dụng hệ tọa độ Descartes thường được phân loại dựa trên số lượng trục chính và chiều di chuyển của chúng. Việc này bao gồm máy đo CMM 3D cơ bản với 3 trục (X, Y, Z) cho đến các phiên bản nâng cao có thể sử dụng từ 4 đến 6 trục, cung cấp khả năng đo lường phức tạp và chính xác trong không gian 3D. Điều này mang lại sự đa dạng và linh hoạt cho người sử dụng khi lựa chọn máy đo CMM phù hợp với nhu cầu đo lường cụ thể của họ.

CMM cầu di chuyển (Moving – bridge CMM)

Được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực công nghiệp và phòng thí nghiệm vì độ chính xác và tốc độ đo cao, Moving – bridge CMM là một loại máy đo tọa độ có khả năng đo được các bộ phận với đa dạng về mẫu mã và kích thước. Máy đo này có 2 chân hoặc cầu có thể di chuyển, mang lại khả năng đo linh hoạt.

Tuy nhiên, do sự di chuyển của 2 chân, có thể xảy ra hiện tượng xê dịch có thể dẫn đến một số sai sót trong quá trình đo lường. Điều này đòi hỏi sự cân nhắc cẩn thận về vấn đề này khi sử dụng Moving – bridge CMM để đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy của kết quả đo lường.

CMM cầu cố định (Fixed – bridge CMM)

Là máy đo CMM sử dụng hệ tọa độ Descartes và đặc biệt được biết đến với độ chính xác cao nhất, Fixed – bridge CMM đồng thời có tốc độ đo thấp nhất so với các loại máy khác. Với 2 chân (cầu) cố định, bàn đo của máy có khả năng di chuyển để thu thập thông tin tổng quát về bộ phận cần đo. Điều này giúp máy đo Fixed – bridge CMM làm việc hiệu quả trong việc đo lường và đánh giá chi tiết các vật phẩm có kích thước và hình dạng phức tạp.

CMM cánh tay ngang (Cantilever CMM)

Máy đo này thường được áp dụng trong ngành công nghiệp ô tô, đặc biệt là để đo lường thân xe khi lắp ráp. Điểm đặc biệt của Cantilever CMM là việc sử dụng một cánh tay đo vươn dài, cho phép tiếp cận các bề mặt của các bộ phận có kích thước lớn.

Tuy nhiên, Cantilever CMM thường có độ chính xác thấp hơn so với các loại máy đo CMM khác vì cánh tay đo có thể bị uốn cong ở vị trí xa chân trụ. Hiện tượng này có thể dẫn đến sai số và giảm độ chính xác của phép đo. Điều này yêu cầu sự cân nhắc cẩn thận khi áp dụng Cantilever CMM để đảm bảo độ tin cậy và chính xác trong việc đo lường các chi tiết lớn và phức tạp.

Giàn CMM (Gantry CMM)

Đây là loại máy đo CMM chủ yếu được sử dụng để đo lường các bộ phận có kích thước lớn, thường vượt quá 10m. Do đó, máy đo CMM dạng giàn có khối lượng đo lường lớn nhất trong các loại máy đo CMM sử dụng hệ tọa độ Descartes. Tuy nhiên, đồng thời, nó cũng thường có độ chính xác thấp hơn so với các loại máy đo CMM khác.

CMM hình chữ L (L-shaped CMM)

Máy đo CMM hình chữ L không phổ biến do được thiết kế để đáp ứng một số phép đo cụ thể và chỉ được sử dụng để đo lường các bộ phận có hình dáng nhất định. Máy đo này có điểm đặc biệt là chân hình chữ L, giúp giảm tác động uốn cong và hạn chế sai số trong quá trình đo lường. Dù không phổ biến nhưng với ưu điểm về chính xác trong những ứng dụng đo đặc biệt, máy đo CMM hình chữ L vẫn đóng vai trò quan trọng trong một số ngành công nghiệp chọn lọc.

Dựa trên sự tương tác của máy đo và bề mặt bộ phận

Các máy đo tọa độ thường được phân loại thành hai loại chính là CMM tiếp xúc và CMM không tiếp xúc (Hay CMM quang học).

CMM tiếp xúc, hay còn được gọi là Tactile CMM, là loại máy đo CMM sử dụng phương pháp chạm cơ học vào bề mặt của bộ phận cần đo. Các máy đo này bao gồm CMM cầu di chuyển, CMM cầu cố định, CMM có khớp nối, và giàn CMM, v.v.v. Máy đo này sử dụng đầu dò vật lý để chạm vào bề mặt của bộ phận, giúp tạo ra phác thảo chính xác của các chi tiết thành mô hình 3D. Tuy kết quả từ máy đo này thường chính xác hơn, nhưng tốc độ đo thường chậm hơn do quá trình tiếp xúc.

Ngược lại, CMM không tiếp xúc, hay CMM quang học, sử dụng các phương pháp không chạm như ánh sáng, laser, hoặc hình ảnh quang học để thu thập dữ liệu đo lường. Mặc dù tốc độ đo của CMM không tiếp xúc thường cao hơn, nhưng độ chính xác có thể giảm đi một chút so với CMM tiếp xúc trong một số trường hợp.

Ưu – nhược điểm của máy đo CMM

Bất kỳ sản phẩm nào, dù hoàn hảo đến đâu, đều có những ưu và nhược điểm riêng. Do đó, việc hiểu rõ cả hai khía cạnh này sẽ giúp khách hàng vận hành một cách hiệu quả, đồng thời đảm bảo rằng các phép đo được thực hiện với độ chính xác cao nhất.

Ưu điểm:

• Động cơ có tính hao mòn thấp, độ bền cao và thời gian sử dụng lâu. Điều này dẫn đến việc khách hàng chỉ cần bảo dưỡng đúng cách và ít khi phải thực hiện các công việc sửa chữa hay thay thế linh kiện.
• Phần mềm liên tục được cập nhật để đảm bảo tính hiệu quả, chính xác, thân thiện với người dùng và tuân thủ tiêu chuẩn ngành.
• Khách hàng có thể nâng cấp phần mềm lên phiên bản mới để đảm bảo hiệu năng đo, giảm chi phí so với việc thay mới toàn bộ hệ thống.
• Các máy đo CMM phiên bản mới thường có khả năng vận hành tốt và cung cấp kết quả đo chính xác ngay cả trong các điều kiện môi trường khó khăn như rung lắc, nền không bằng phẳng.

Nhược điểm:

• Thiếu sự tiêu chuẩn hóa giữa các phần mềm của các máy tọa độ, đặc biệt là giữa các hãng sản xuất khác nhau, do mỗi hãng thường có hệ sinh thái phần mềm riêng.
• Hệ thống CMM có thể phức tạp và đòi hỏi sự vận hành kỹ thuật từ người sử dụng. Việc này có thể tạo ra khó khăn cho một số người và đòi hỏi đào tạo chuyên sâu để có khả năng thực hiện các phép đo chính xác.

Cách sử dụng máy đo CMM

Hiện nay, vẫn còn nhiều khách hàng chưa biết cách sử dụng máy CMM để thực hiện các phép đo, vì vậy COMIT sẽ chia sẻ một số kinh nghiệm như sau:

• Bước 1: Khởi động máy tính và mở phần mềm đo đã được cài đặt để chuẩn bị cho quá trình đo lường.
• Bước 2: Bật nguồn sáng chính và nguồn sáng phụ sao cho phôi đo nằm trên bàn đo có thể được nhìn thấy. Tiếp theo, di chuyển bàn đo theo các trục tọa độ Descartes để đưa phôi đo đến vị trí cần đo. Xoay tay cầm để lấy nét tại độ cao phù hợp, cho phép hệ thống chụp quang học ghi lại dữ liệu và hiển thị kết quả trên màn hình.
• Bước 3: Dựa vào loại máy đo và kích thước của phôi, thiết lập tọa độ trên phần mềm đo để đảm bảo kết quả đo chính xác. Di chuyển bàn đo theo các trục X, Y để thu được kết quả đo mong muốn.
• Bước 4: Lặp lại bước 2 và 3 để thu được các kết quả đo chính xác và phù hợp.
• Bước 5: Đóng phần mềm, tắt máy tính và tắt các công tắc đèn khi đã hoàn thành quá trình đo lường.

Ứng dụng

Hiện nay, máy đo tọa độ là một phần quan trọng không thể thiếu trong các ngành công nghiệp sản xuất, đặc biệt là do độ chính xác cao của các phép đo. Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến của CMM:

• Đo lường kích thước chính xác của các bộ phận kỹ thuật để đảm bảo chất lượng sản phẩm.
• Xác định hình dạng, vị trí, sự liên kết và tình trạng của các chi tiết kim loại trong quá trình sản xuất.
• Ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp sản xuất như ô tô, máy bay, vũ trụ, và điện tử để kiểm tra và đảm bảo độ chính xác và chất lượng của sản phẩm.

Tiêu chí để chọn được máy đo CMM phù hợp

Để chọn lựa máy đo tọa độ 3 chiều phù hợp, khách hàng có thể dựa trên các tiêu chuẩn sau đây:

• Về kích thước: Sự tương quan giữa kích thước của máy đo và bộ phận cần đo là rất quan trọng để đảm bảo kết quả đo chính xác nhất.
• Yêu cầu đo lường: Tùy thuộc vào bộ phận cụ thể, dung sai đo lường là một yếu tố quan trọng cần xem xét khi chọn máy đo.
• Bộ phận cần đo: Đối với các bộ phận có nhiều đặc điểm tính năng, máy đo CMM cần có khả năng tương thích như thay đổi đầu dò, phương thức đo, v.v.
• Xem xét môi trường: Điều kiện môi trường sản xuất, như sự xuất hiện của bụi và dầu, có thể ảnh hưởng đến kết quả đo. Do đó, cần chọn máy đo CMM có hệ thống chắc chắn và độ tin cậy cao.
• Đánh giá hiệu suất: Hiệu suất tổng thể của máy đo là yếu tố quan trọng đối với năng suất sản xuất. Việc đánh giá hiệu suất bao gồm sự kết hợp của các công nghệ để đáp ứng yêu cầu ứng dụng cụ thể.

Trên đây là những thông tin tổng quan về máy đo CMM mà khách hàng nên biết khi đang xem xét việc sử dụng chúng trong quá trình sản xuất và chế tạo các bộ phận cơ khí. Hầu hết các loại máy CMM được thiết kế với một phần mềm điều khiển đi kèm để đảm bảo khả năng vận hành hiệu quả. Để biết thêm chi tiết và nhận được sự hỗ trợ tư vấn trực tiếp, khách hàng có thể liên hệ với COMIT.