Máy đo tọa độ – CMM là gì? Cấu tạo, chức năng của Máy đo 3D CMM
Máy đo CMM (Coordinate Measuring Machine) là một thiết bị được sử dụng trong công nghiệp để đo lường các đối tượng có hình dạng phức tạp bằng cách xác định các điểm toạ độ tridimensional của chúng. Cùng COMIT tìm hiểu thêm một số thông tin chi tiết về cấu tạo, chức năng,.. của máy đo tọa độ 3D CMM trong bài viết dưới đây!
Máy đo CMM là gì?
Máy đo CMM (Coordinate Measuring Machine) là một thiết bị đo tọa độ 3 chiều được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp để đo lường và kiểm tra kích thước của các sản phẩm. Máy đo tọa độ này giúp xác định vị trí chính xác của các điểm trên bề mặt của vật thể bằng cách sử dụng hệ thống tọa độ XYZ.
Trong quá trình sản xuất, đặc biệt là trong các lĩnh vực như ô tô, thiết bị điện tử, máy bay và đường ống, việc đảm bảo kích thước chính xác của các chi tiết là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm. Máy đo CMM giúp đo lường các đặc tính kỹ thuật của các chi tiết này, bao gồm cả chiều dài, chiều rộng, chiều cao và các khoảng cách giữa các điểm.
Máy đo tọa độ CMM hoạt động dựa trên nguyên lý của một hệ thống cảm biến và máy tính. Cảm biến trên máy đo sẽ di chuyển quanh vật thể để ghi lại thông tin về các điểm trên bề mặt. Các dữ liệu này sau đó được chuyển đến máy tính, nơi chúng được xử lý để tạo ra mô hình 3D của chi tiết đang được đo. Máy đo CMM có khả năng đo lường với độ chính xác cao, thường trong khoảng vài micromet. Điều này giúp đảm bảo rằng sản phẩm cuối cùng đáp ứng các yêu cầu chất lượng và kỹ thuật đặt ra. Đồng thời, việc sử dụng máy đo tọa độ CMM cũng giảm thiểu sai số do tác động của yếu tố con người trong quá trình đo lường.
Một trong những ưu điểm lớn của máy đo CMM là khả năng tự động hóa quá trình đo lường. Điều này giúp tăng cường hiệu suất và giảm thiểu thời gian cần thiết để đo lường một lượng lớn sản phẩm. Trong khi máy đo CMM thường được sử dụng để đo lường các chi tiết 3D, chúng cũng có khả năng thực hiện các phép đo 2D với độ chính xác gần như tuyệt đối. Điều này mở ra nhiều ứng dụng khác nhau và làm cho máy đo tọa độ CMM trở thành một công cụ quan trọng trong quy trình kiểm tra chất lượng sản phẩm và đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật.
Cấu tạo máy đo CMM 3D
Máy đo tọa độ 3D (CMM) là một thiết bị quan trọng trong ngành công nghiệp sản xuất và kiểm soát chất lượng, giúp đo lường chính xác các chi tiết và sản phẩm. Cấu trúc của máy đo CMM 3D bao gồm bốn thành phần chính: thân máy, hệ thống điều khiển, đầu đo và phần mềm đo lường.
Thân máy của máy đo CMM thường được thiết kế với bàn cố định và hệ thống giá đỡ để di chuyển đầu dò. Bàn cố định là nơi đặt chi tiết cần đo và giữ chúng ổn định trong quá trình đo. Hệ thống giá đỡ có vai trò chuyển động đầu dò theo các hướng khác nhau trên bàn cố định, tạo điều kiện cho việc đo lường linh hoạt.
Hệ thống điều khiển của máy đo CMM là trái tim của thiết bị, bao gồm nhiều thành phần như cơ khí, bảng mạch điện tử, màn hình và bộ phận chuyển động. Điều này cho phép người sử dụng có thể điều khiển đầu dò thủ công hoặc tự động đa chiều, tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của quá trình đo lường.
Đầu đo của máy CMM 3D đa dạng, có thể sử dụng nhiều loại đầu dò khác nhau như đầu dò cơ khí, đầu dò laser, đầu dò quang, đầu dò ánh sáng trắng. Mỗi loại đầu dò có ưu điểm và ứng dụng riêng biệt, giúp đáp ứng các yêu cầu đo lường đặc biệt của từng loại sản phẩm.
Phần mềm đo lường chịu trách nhiệm thu thập, xử lý dữ liệu và điều khiển hệ thống. Các thuật toán trong phần mềm được thiết lập sẵn để đảm bảo độ chính xác cao trong quá trình đo lường. Lưu ý rằng, các phần mềm này có thể có sự khác biệt giữa các dòng máy hoặc nhà sản xuất, tùy thuộc vào tính năng và công nghệ đặc biệt mà họ tích hợp vào máy đo. Máy đo CMM 3D không chỉ là một thiết bị đơn thuần để đo lường kích thước, mà còn là một hệ thống phức tạp kết hợp giữa cơ khí, điện tử và phần mềm, giúp đảm bảo chất lượng sản phẩm và tăng cường hiệu suất trong quá trình sản xuất công nghiệp.
Nguyên lý hoạt động máy đo CMM 3D
Máy đo CMM (Coordinate Measuring Machine) 3D hoạt động dựa trên nguyên lý đo lường và ghi nhận thông tin về hình dạng và kích thước của các bộ phận vật thể. Khi khởi động, đầu dò cảm biến của máy đo tiếp xúc với bề mặt của vật thể để thu thập dữ liệu. Quá trình đo này diễn ra thông qua việc di chuyển đầu dò CMM theo các hướng tọa độ X, Y, và Z, tương ứng với chiều dài, chiều rộng, và chiều cao của vật thể.
Độ chính xác của máy đo 3D được xác định bằng công thức: 2,6 + L/300, trong đó “L” là chiều dài của bộ phận vật thể được đo, tính bằng milimet. Công thức này thường được sử dụng để đánh giá mức độ chính xác của máy đo, và nó phản ánh sự chính xác tương đối của quá trình đo lường.
Người dùng có sự linh hoạt khi sử dụng máy đo CMM. Họ có thể lựa chọn điều khiển đầu dò bằng tay, giúp họ có thể tương tác trực tiếp với máy đo để thực hiện các thao tác đo lường theo ý muốn. Ngược lại, hệ thống cũng cung cấp tính năng tự động để thực hiện các đo lường mà không cần sự can thiệp của người dùng. Điều này giúp tăng cường tính hiệu quả và chính xác của quá trình đo lường, đặc biệt là đối với các ứng dụng đo lường lớn và phức tạp.
Kết quả đo lường được ghi nhận và lưu trữ trên máy tính, giúp người dùng theo dõi và phân tích dữ liệu dễ dàng. Điều này cũng tạo điều kiện cho việc so sánh dữ liệu đo lường với mô hình thiết kế ban đầu và đảm bảo rằng sản phẩm hoặc bộ phận được sản xuất đáp ứng các yêu cầu về kích thước và hình dạng.
Phân loại máy đo 3D CMM
Máy đo CMM được phân loại dựa trên 2 cách: Dựa trên hệ tọa độ được CMM sử dụng và sự tương tác giữa CMM và bề mặt bộ phận.
Dựa trên hệ toạ độ được sử dụng
Dựa trên hệ trục tọa độ, máy đo 3D được phân thành 2 loại:
Thiết bị đo không sử dụng hệ tọa độ Descartes
Thiết bị đo không sử dụng hệ tọa độ Descartes đã trở thành một phần quan trọng trong lĩnh vực đo lường và kiểm tra chất lượng, đặc biệt là trong công nghiệp sản xuất và công nghệ cao. Các thiết bị này không tuân theo hệ tọa độ Descartes truyền thống, mà thay vào đó, chúng sử dụng các phương pháp và công nghệ độc đáo để đo lường vị trí và hình dạng các đối tượng.
Một trong những thiết bị đo tiêu biểu không sử dụng hệ tọa độ Descartes là máy đo tọa độ CMM quang học. CMM, hay Coordinate Measuring Machine, sử dụng nguyên lý của các công nghệ như laser tracker, hệ thống đo quang, và phép chiếu rìa để xác định vị trí và kích thước của các điểm trên một đối tượng. Thay vì sử dụng hệ tọa độ Descartes, CMM quang học có thể sử dụng các hệ tọa độ không gian khác nhau để thực hiện đo lường hiệu quả.
Bộ theo dõi laser, hay laser tracker, là một thiết bị khác không sử dụng hệ tọa độ Descartes. Laser tracker sử dụng ánh sáng laser để theo dõi và đo lường vị trí của đối tượng mục tiêu. Điều này giúp nâng cao độ chính xác và độ chính xác của quá trình đo lường, đồng thời giảm thiểu sự phụ thuộc vào hệ tọa độ Descartes.
Hệ thống đo quang, hoặc photogrammetry system, là một công nghệ đo lường khác không dựa vào hệ tọa độ Descartes. Hệ thống này sử dụng ảnh và thông tin từ nhiều camera để xác định vị trí và hình dạng của đối tượng. Bằng cách này, nó có thể áp dụng các hệ tọa độ không gian khác nhau để đáp ứng yêu cầu cụ thể của ứng dụng đo lường.
Ngoài ra, phép chiếu rìa (fringe projection) cũng là một phương pháp không sử dụng hệ tọa độ Descartes. Phép chiếu rìa sử dụng ánh sáng cấu trúc có tần số để tạo ra các dải fringes trên bề mặt của đối tượng, sau đó sử dụng máy ảnh để đo lường biến đổi của fringes này để xác định hình dạng và kích thước của đối tượng. Tất cả những thiết bị đo không sử dụng hệ tọa độ Descartes này đều mang lại những lợi ích như độ chính xác cao, khả năng đo lường linh hoạt và khả năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Các công nghệ này không chỉ cung cấp giải pháp đo lường tiên tiến mà còn giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và kiểm tra chất lượng sản phẩm.
Thiết bị đo sử dụng hệ tọa độ Descartes (với khoảng 2 – 6 trục)
Máy đo CMM cầu di chuyển (Moving-bridge CMM): Là thiết bị sử dụng phổ biến trong các lĩnh vực phòng thí nghiệm và công nghiệp đòi hỏi độ chính xác, tốc độ đo cao. Thiết bị này có 2 chân (cầu), cho phép di chuyển qua lại nên có thể xảy ra hiện tượng xê dịch dẫn đến sai sót.
Trong các lĩnh vực phòng thí nghiệm và công nghiệp, thiết bị CMM (Coordinate Measuring Machine) đóng vai trò quan trọng trong việc đo lường và kiểm tra độ chính xác của các bộ phận sản xuất. Một số loại CMM phổ biến bao gồm CMM cầu cố định, CMM cánh tay ngang, Gantry CMM và máy đo CMM hình chữ L.
Gantry CMM là gì? Gantry CMM là một loại máy đo toạ độ không tiếp xúc (CMM) sử dụng công nghệ quang học để đo lường và phác thảo chi tiết của các vật thể 3D. “Gantry” trong tên gọi này chỉ đến kiến trúc của máy, trong đó có một khung cầu lớn (gantry) có thể di chuyển theo các trục tạo nên một không gian đa chiều.
- CMM cầu cố định, hay Fixed-bridge CMM, sử dụng hệ tọa độ Descartes để đo 3D với độ chính xác và tốc độ đo tối ưu. Với 2 chân cố định, đầu dò có khả năng di chuyển để thu thập thông tin tổng quát mà không gặp vấn đề xê dịch.
- CMM cánh tay ngang, hay Cantilever CMM, thường được áp dụng trong lĩnh vực lắp ráp ô tô. Thiết bị này sử dụng cánh tay đo có thể vươn dài để đo các vật thể lớn. Tuy nhiên, độ chính xác của Cantilever CMM thường thấp hơn do cánh tay có khả năng uốn cong, gây ra sai số trong quá trình đo.
- Gantry CMM được ưa chuộng khi cần đo các bộ phận có kích thước lớn, với khả năng đo đối với các khối lượng đo lớn nhưng độ chính xác thường thấp hơn so với các loại CMM khác.
- Máy đo CMM hình chữ L, hay L-shaped CMM, ít phổ biến do chỉ được sử dụng để đo các bộ phận có hình dáng cụ thể. Tuy nhiên, chân hình chữ L giúp giảm tác động uốn cong, giới hạn sai số đo.
Mỗi loại CMM đều có ưu điểm và hạn chế riêng, tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng trong ngành công nghiệp hay phòng thí nghiệm. Sự lựa chọn phù hợp giữa độ chính xác, tốc độ và khả năng tiếp cận là quan trọng để đảm bảo chất lượng và hiệu suất trong quá trình sản xuất.
Dựa trên sự tiếp xúc giữa máy đo CMM và bề mặt bộ phận
Dựa trên sự tương tác giữa đầu dò và vật đo, thiết bị được chia thành:
Máy đo toạ độ CMM tiếp xúc
Máy đo CMM tiếp xúc, hay CMM (Coordinate Measuring Machine), là một thiết bị chính xác được sử dụng trong ngành công nghiệp để đo lường và kiểm tra kích thước của các chi tiết cơ khí và sản phẩm chế tạo. Đặc biệt, CMM tiếp xúc sử dụng đầu đo vật lý tiếp xúc cơ học để tương tác trực tiếp với bề mặt của vật thể đang được đo.
Đầu đo tiếp xúc trên CMM thường được làm từ các vật liệu chống mài mòn và cứng như chất liệu hợp kim, giúp chúng chịu được áp lực và ma sát khi tiếp xúc với bề mặt vật thể. Các đầu đo này thường có thể thay đổi để phù hợp với các loại chi tiết và độ chính xác yêu cầu khác nhau.
Nguyên tắc hoạt động của CMM tiếp xúc là dựa trên việc đo lường các điểm trên bề mặt vật thể bằng cách di chuyển đầu đo tiếp xúc tới các vị trí cần kiểm tra. Các cảm biến và hệ thống đo lường đo lường chính xác các tọa độ không gian của các điểm này, tạo ra dữ liệu số liệu chi tiết về hình dạng và kích thước của chi tiết đang được đo. Sự chính xác và độ tin cậy của CMM tiếp xúc giúp ngành sản xuất kiểm soát chất lượng sản phẩm, đảm bảo rằng các chi tiết đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật và yêu cầu thiết kế. Nó cũng giúp giảm thiểu lỗi sản xuất và tăng hiệu suất toàn bộ quy trình chế tạo.
Máy đo toạ độ CMM không tiếp xúc
Máy đo toạ độ không tiếp xúc (CMM) là một thiết bị quan trọng trong ngành công nghiệp sản xuất và kiểm soát chất lượng. Loại máy này sử dụng công nghệ quang học để đo lường và phác thảo chính xác các chi tiết thành mô hình 3D, mang lại hiệu suất và độ chính xác cao trong quá trình đo lường so với các phương pháp truyền thống.
Một trong những ưu điểm lớn của CMM không tiếp xúc là khả năng đo lường các chi tiết phức tạp và có hình dạng đa dạng mà không làm ảnh hưởng đến bề mặt của chúng. Công nghệ quang học sử dụng các cảm biến quang học như máy quét laser hoặc máy ảnh 3D để thu thập dữ liệu từ bề mặt của vật thể mà không cần tiếp xúc trực tiếp. Máy CMM không tiếp xúc hoạt động bằng cách chuyển động các cảm biến quang học qua bề mặt của chi tiết cần đo. Dữ liệu thu thập được sau đó được xử lý để tạo ra mô hình 3D chính xác của vật thể, bao gồm cả các thông số chi tiết như kích thước, hình dạng, và vị trí của các điểm quan trọng.
Việc sử dụng CMM không tiếp xúc mang lại nhiều lợi ích, bao gồm tăng cường độ chính xác trong quá trình sản xuất và kiểm soát chất lượng. Điều này giúp giảm thiểu sai số và đảm bảo rằng sản phẩm cuối cùng đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng cao. Ngoài ra, máy đo toạ độ không tiếp xúc cũng giảm thiểu rủi ro gây tổn thương cho các chi tiết nhạy cảm hoặc bề mặt phức tạp.
Công nghệ này đặc biệt hữu ích trong các ngành công nghiệp đòi hỏi độ chính xác cao như hàng không, ô tô, y tế và nhiều ngành công nghiệp khác. Đồng thời, sự linh hoạt của máy CMM không tiếp xúc cũng giúp tối ưu hóa quy trình kiểm tra và giảm thời gian cần thiết cho việc đo lường.
