Máy đo 3D CMM là gì? Tại sao phải sử dụng Máy đo 3D CMM?
Máy đo tọa độ (CMM) là một thiết bị phổ biến trong phòng thí nghiệm đo lường của nhiều cơ sở sản xuất. Chúng phục vụ như một phương pháp để thực hiện phân tích thứ nguyên và rất quan trọng để đảm bảo chất lượng của một sản phẩm. Trong bài viết này, cùng COMIT thảo luận về CMM là gì, lợi ích và hạn chế của việc sử dụng CMM và các lựa chọn thay thế cho CMM.
Máy đo CMM là gì?
Máy đo CMM (Coordinate Measuring Machine) là một công cụ đo lường chính xác và quan trọng trong lĩnh vực chế tạo và kiểm tra chất lượng sản phẩm. Thiết bị này được sử dụng để đo kích thước của các chi tiết cơ khí và sản phẩm khác bằng cách chạm vào bề mặt của chúng và ghi lại thông tin về tọa độ Cartesian của các điểm đo. Quá trình này giúp xác định chính xác và đáng tin cậy về kích thước và hình dạng của các bộ phận sản xuất.
Máy đo CMM thường có một hệ thống điều khiển chính xác để di chuyển đầu đo đến các vị trí cần kiểm tra. Đầu đo có thể là loại chạm hoặc không chạm, tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng. Khi máy đo chạm vào một điểm trên bề mặt của chi tiết, nó sẽ ghi lại tọa độ XYZ của điểm đó. Quá trình này được lặp đi lặp lại trên nhiều điểm khác nhau trên chi tiết để tạo ra một tập dữ liệu chi tiết và toàn diện.
Những điểm dữ liệu này sau đó được chuyển đổi thành các thông số đo lường, như chiều dài, chiều rộng, chiều cao, và các thông số khác tùy thuộc vào yêu cầu kiểm tra cụ thể. Đối với các bộ phận phức tạp, hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn điểm có thể được đo để đảm bảo tính chính xác của sản phẩm.
Sau khi dữ liệu đo được thu thập, máy đo CMM có thể so sánh chúng với mô hình thiết kế ban đầu hoặc tệp CAD để đánh giá sự chênh lệch. Điều này giúp xác nhận xem sản phẩm có đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật hay không. Nếu có bất kỳ chênh lệch nào, các biện pháp điều chỉnh có thể được thực hiện để đảm bảo rằng sản phẩm cuối cùng đáp ứng chính xác các yêu cầu thiết kế. Máy đo CMM không chỉ hữu ích trong việc kiểm tra chất lượng sản phẩm mà còn trong việc thiết kế ngược. Dữ liệu đo được có thể được sử dụng để tạo ra mô hình CAD của bộ phận, giúp người thiết kế tạo ra các sản phẩm mới hoặc cải thiện các sản phẩm hiện tại dựa trên thông tin chính xác về kích thước và hình dạng.
Lợi ích của việc sử dụng máy đo CMM
Máy đo CMM (Coordinate Measuring Machine) mang lại nhiều lợi ích quan trọng, chủ yếu là do khả năng lập trình và tự động hóa quy trình đo lường. Một số lợi ích quan trọng của việc sử dụng CMM bao gồm:
- Độ chính xác cao: Máy đo CMM cung cấp độ chính xác rất cao trong việc đo lường vị trí và kích thước của các chi tiết cơ khí. Khả năng đo đạc xuất sắc của CMM giúp đảm bảo chất lượng sản phẩm và đáp ứng các yêu cầu chính xác của các ngành công nghiệp như hàng không, ô tô, và y tế.
- Tự động hóa quy trình đo lường: CMM có thể được lập trình để thực hiện các phép đo một cách tự động thông qua điều khiển số máy tính (CNC). Điều này giảm thiểu sự can thiệp của con người trong quy trình đo lường, loại bỏ khả năng lỗi và tăng cường độ tin cậy của dữ liệu.
- Tiết kiệm thời gian: Việc lập trình cho máy chạy tự động giúp tiết kiệm thời gian đo lường, đặc biệt là khi cần kiểm tra nhiều bộ phận giống hệt nhau. Điều này làm tăng hiệu suất và giảm chi phí lao động.
- Đồng nhất hóa quy trình: Lập trình cho máy đo CMM giúp đảm bảo rằng các bộ phận được đo lường theo cùng một quy trình, giữ cho tọa độ đo lường đồng nhất trên tất cả các mảnh, đảm bảo tính đồng nhất của sản phẩm cuối cùng.
- Khả năng đo ở mọi hướng: CMM có khả năng đo lường ở mọi hướng không gian, bao gồm cả các chiều không gian phức tạp. Điều này làm cho CMM trở thành một công cụ hiệu quả trong việc đo các chi tiết phức tạp và đa chiều.
- Khả năng chống ảnh hưởng từ môi trường: Ánh sáng xung quanh hoặc các yếu tố môi trường khác thường không ảnh hưởng đến khả năng đọc của đầu dò cảm ứng trên CMM. Điều này khác biệt so với một số công nghệ khác như máy quét 3D, nơi ánh sáng có thể tác động đến độ chính xác của kết quả đo lường.
- Ứng dụng rộng rãi: Máy đo CMM có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, từ sản xuất và chế tạo đến kiểm tra chất lượng. Điều này làm cho CMM trở thành một công cụ đa nhiệm và linh hoạt.
Hạn chế khi sử dụng máy đo CMM là gì?
Chi phí cao
Máy đo CMM (Coordinate Measuring Machine) đã đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng sản phẩm trong ngành công nghiệp. Tuy nhiên, mặc dù mang lại nhiều lợi ích trong việc kiểm tra kích thước và hình dạng của các chi tiết sản phẩm, nhưng chi phí cao là một trong những rào cản lớn nhất khiến nhiều doanh nghiệp không thể dễ dàng gia nhập vào thế giới của CMM.
CMM thường có giá từ 120.000 đến 400.000 USD, tùy thuộc vào loại máy và tính năng cụ thể. Điều này làm cho chúng trở thành những đầu tư lớn đối với các doanh nghiệp, đặc biệt là đối với các doanh nghiệp nhỏ và vừa. Những chi phí đáng kể này không chỉ bao gồm việc mua máy CMM mà còn bao gồm cả chi phí vận hành, bảo trì và đào tạo nhân viên để sử dụng chúng hiệu quả. Đối với nhiều doanh nghiệp nhỏ, việc này có thể là một thách thức không nhỏ.
Điều này dẫn đến tình trạng phổ biến, khi máy CMM thường chỉ xuất hiện ở các doanh nghiệp lớn có khả năng tài chính để đầu tư vào công nghệ cao cấp. Những công ty sản xuất hàng loạt lớn thường xuyên sử dụng CMM để đảm bảo rằng sản phẩm của họ đáp ứng các yêu cầu chất lượng cao. Tuy nhiên, những doanh nghiệp nhỏ hơn, thậm chí là những doanh nghiệp sản xuất độc lập, thường phải dựa vào các phương pháp kiểm tra kích thước và chất lượng khác vì chi phí CMM quá cao.
Một cách tiếp cận phổ biến để vượt qua rào cản tài chính là sử dụng dịch vụ đo lường từ các công ty chuyên cung cấp dịch vụ đo lường. Thay vì đầu tư trực tiếp vào máy CMM, các doanh nghiệp có thể thuê dịch vụ đo lường khi cần và chỉ thanh toán cho các dịch vụ cụ thể mà họ sử dụng. Điều này giúp giảm áp lực tài chính đối với các doanh nghiệp và cung cấp một giải pháp linh hoạt cho việc kiểm tra chất lượng sản phẩm.
Đầu dò cảm ứng
Trong quá trình sử dụng đầu dò cảm ứng, mặc dù nó mang lại độ chính xác cao, nhưng cũng xuất hiện nhiều thách thức và vấn đề cần được xem xét. Một trong những điểm đáng lưu ý là việc thu thập dữ liệu chỉ được thực hiện tại một điểm duy nhất mỗi lần chạm của đầu dò. Điều này có thể dẫn đến tình trạng quá trình đo kéo dài và trở nên đơn điệu. Để giảm thiểu vấn đề này, việc thực hiện một lượng lớn các phép đo là không tránh khỏi, tạo nên sự chậm trễ và monotony trong quá trình làm việc.
Một vấn đề khác đối mặt khi sử dụng đầu dò cảm ứng trên máy đo độ chính xác cao (CMM) là khả năng tiếp xúc vật lý giữa đầu dò và bề mặt đo. Do chỉ có một điểm tiếp xúc duy nhất, những tính năng nhỏ trên bề mặt có thể bị hỏng trong quá trình đo. Sự tiếp xúc này không chỉ tăng nguy cơ hỏng hóc mà còn có thể ảnh hưởng xấu đến dữ liệu đo nếu bề mặt cần đo linh hoạt và đủ mỏng để tạo ra những điểm chú ý khi tiếp xúc được thực hiện. Điều này có thể dẫn đến sai số trong kết quả đo và giảm độ chính xác của quá trình đo lường.
Đặc biệt, vấn đề này trở nên quan trọng khi đối mặt với các chi tiết có kích thước nhỏ và yêu cầu độ chính xác cao. Để giải quyết vấn đề này, một số ứng dụng chỉ lựa chọn đầu dò cảm ứng CMM để đo lường một số kích thước quan trọng, giữ lại sự linh hoạt của phương pháp đo khác cho các vùng chi tiết và tính năng nhỏ.
Ngoài ra, cần lưu ý rằng do đầu dò phải liên tục tiếp xúc với vật thể cần đo, độ bền và độ chịu lực của đầu dò trở thành mối quan tâm. Việc sử dụng quá nhiều lần có thể dẫn đến mài mòn và giảm tuổi thọ của đầu dò, yêu cầu bảo trì đều đặn để đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy của quá trình đo lường.
Đầu tư máy đo CMM di động
Máy đo CMM, hay Coordinate Measuring Machine, đã trở thành một công cụ quan trọng trong việc đo lường và kiểm tra chất lượng sản phẩm trong nhiều ngành công nghiệp. Tuy nhiên, như mọi công nghệ khác, máy đo CMM cũng mang đến những nhược điểm cụ thể, và một trong những điểm yếu quan trọng đó là sự cố định của chi tiết trong quá trình đo lường.
Phần lớn các máy đo CMM hiện nay được thiết kế để thực hiện quá trình đo lường khi ở trạng thái đứng yên. Điều này đòi hỏi chi tiết cần được đưa vào vị trí chính xác trên bàn làm việc của máy. Đối với các sản phẩm lớn hoặc cồng kềnh, việc này có thể trở nên phức tạp và tốn kém. Điều này đặt ra một thách thức lớn đối với các doanh nghiệp sản xuất chi tiết lớn hoặc có hình dạng phức tạp mà không thể dễ dàng di chuyển hoặc đưa vào máy đo CMM.
Trong tình huống này, một giải pháp khả thi là đầu tư vào máy đo CMM di động. Máy đo di động có khả năng di chuyển linh hoạt giữa các vị trí khác nhau trong nhà máy sản xuất, giảm bớt sự rắc rối khi phải di chuyển chi tiết đến máy. Điều này giúp tăng cường tính linh hoạt và tiết kiệm thời gian trong quá trình đo lường. Tuy nhiên, việc sử dụng máy đo CMM di động cũng có nhược điểm của nó. Máy đo CMM di động thường phức tạp hơn và đắt đỏ hơn so với các phiên bản cố định. Ngoài ra, chúng có thể yêu cầu kỹ thuật viên đào tạo đặc biệt để vận hành và bảo dưỡng. Do đó, quyết định giữa việc sử dụng máy đo CMM cố định hay di động cần phải dựa trên yêu cầu cụ thể của doanh nghiệp và tính chất của sản phẩm cần kiểm tra.
Quét 3D thay thế
Quét 3D đang trở thành một giải pháp thay thế hiệu quả và ít tốn kém hơn so với CMM trong việc đo lường và kiểm tra các sản phẩm phức tạp. Có nhiều loại máy quét 3D, bao gồm laser, ánh sáng trắng có cấu trúc, ánh sáng xanh có cấu trúc và chụp cắt lớp điện toán, mỗi loại mang lại những ưu điểm và ứng dụng đặc biệt.
Laser là gì? Laser là một từ viết tắt của “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” (Tăng cường ánh sáng bằng phát xạ kích thích). Đây là một công nghệ sử dụng nguyên tắc phát xạ kích thích để tạo ra ánh sáng có đặc tính đặc biệt. Trong một hệ thống laser, có một nguồn tạo ra ánh sáng có độ coherency và hợp pha cao. Điều này có nghĩa là tất cả các sóng ánh sáng trong hệ thống dao động cùng một cách và có hướng cùng một chiều. Sự coherency và hợp pha cao giúp ánh sáng laser tập trung thành một tia hẹp và mạnh mẽ.
Một trong những ưu điểm chính của máy quét 3D so với CMM là tính không tiếp xúc. Thay vì sử dụng cảm biến chạm như CMM, máy quét 3D sử dụng tia laser, ánh sáng hoặc tia X để chụp điểm dữ liệu từ bề mặt sản phẩm. Điều này giúp tránh nguy cơ làm hỏng sản phẩm, đặc biệt là những tính năng nhỏ và phức tạp mà CMM có thể gặp khó khăn trong việc đo lường.
Trong khi CMM có thể đòi hỏi tháo dỡ các bộ phận hoặc lắp ráp để thực hiện các phép đo bên trong, máy quét 3D có khả năng chụp dữ liệu từ mọi góc độ mà không cần can thiệp vào cấu trúc bên trong sản phẩm. Điều này làm giảm đáng kể thời gian và công sức cần thiết cho việc chuẩn bị và thực hiện đo lường.
Một ưu điểm khác của máy quét 3D là khả năng đo lường các tính năng tốt mà không có rủi ro về việc vỡ hoặc làm hỏng sản phẩm. Trong khi CMM có thể gặp khó khăn khi đối mặt với các bề mặt phức tạp hoặc những vùng khó tiếp cận, máy quét 3D có thể dễ dàng vượt qua những thách thức này. Ngoài ra, chụp cắt lớp vi tính (CT) sử dụng tia X để xuyên qua bộ phận mà không để lại dấu vết, tạo điều kiện thuận lợi cho việc đo lường hình học bên trong mà không cần tháo dỡ sản phẩm. Điều này làm giảm nguy cơ hỏng hóc và đồng thời cung cấp độ chính xác cao trong quá trình đo lường.
Chụp cắt lớp vi tính (CT) là gì? Chụp cắt lớp vi tính (CT) là một phương pháp hình ảnh y tế và kỹ thuật số được sử dụng để xem bên trong các đối tượng mà không cần phải phá hủy chúng. Phương pháp này thường được sử dụng trong lĩnh vực y tế để xem bức xạ của cơ thể người, nhưng cũng có ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, bao gồm cả công nghệ sản xuất và kiểm tra vật liệu.
Để kiểm tra một chi tiết và kỹ thuật thiết kế ngược, máy quét 3D hoạt động tốt như, và thường tốt hơn so với đầu dò CMM. Điều này là do máy quét 3D có thể ghi lại hàng ngàn điểm dữ liệu cùng một lúc trái ngược với một điểm của CMM mỗi lần chạm. Do thực tế này, máy quét 3D tạo ra toàn bộ hình ảnh của một phần nhanh hơn nhiều so với CMM và cung cấp cho bạn hàng ngàn điểm để so sánh với bản vẽ gốc hoặc CAD. Để có cùng số lượng dữ liệu với CMM, sẽ mất nhiều thời gian hơn theo cấp số nhân.
Cuối cùng, bên cạnh máy quét CT, yêu cầu bộ phận được đặt bên trong nó, có các phiên bản di động của mỗi công nghệ quét 3D. Chúng có thể bao gồm thiết bị cầm tay hoặc giá ba chân, giúp đo các bộ phận bất động dễ dàng. Những ưu điểm này rất quan trọng cần lưu ý, nhưng, cuối cùng, quyết định của bạn giữa quét 3D và thăm dò CMM sẽ phụ thuộc vào nhu cầu cụ thể của bạn về kích thước.
