Máy đo 3D CMM là gì? Hướng dẫn sử dụng cơ bản

2,K

Máy đo 3D CMM là một công cụ quan trọng trong nhiều quy trình sản xuất hiện nay do sự hữu dụng của nó trong việc duy trì quy trình làm việc, ở bối cảnh mà cơ khí chính xác ngày càng phát triển mạnh mẽ như ngày nay.

Trong bài viết này hãy cùng Kỹ Thuật Đo tìm hiểu những thông tin về máy CMM để giúp bạn giải đáp thắc mắt những câu hỏi như: máy CMM hoạt động như thế nào, máy đo 3D được sử dụng để làm gì, các bộ phận cấu tạo nên máy đo CMM, những ưu điểm và nhược điểm của thiết bị.

Nếu bạn cần biết thêm các thông tin hữu ích về dòng máy đo kích thước cao cấp này, hãy cùng Kỹ Thuật Đo tìm hiểu trong bài viết dưới đây

Máy đo 3D CMM là gì?

CMM là viết tắt của Coordinate Measuring Machine, thiết bị này được sử dụng để đo kích thước của các bộ phận máy/chi tiết cơ khí bằng công nghệ tọa độ. Các kích thước mà thiết bị có thể đo bao gồm chiều cao, chiều rộng và chiều sâu theo các trục X, Y và Z tạo nên một hình vẽ 3D của vật cần đo. Nên thiết bị này còn được gọi là máy đo tọa độ 3 chiều, máy đo 3D

Máy đo 3D có kích thước rất đa dạng tùy theo nhu cầu sử dụng của người dùng. Thông thường, các máy đo này được sử dụng để đo và mô phỏng hình dạng 3D của các vật thể có kích thước nhỏ hơn một mét. Trong một số ứng dụng đặc biệt, các máy đo này có thể đo được kích thước vật thể lên đến 10m như trong ngành công nghiệp ô tô

Công dụng của máy đo 3 chiều

Thông thường, CMM được coi là sản phẩm chiếm rất nhiều chi phí trong sản xuất vì CMM không phải là một thiết bị sản xuất tạo ra sản phẩm. Nhưng trên thực tế, máy đo tọa độ 3D là “trung tâm lợi nhuận” nếu chúng được áp dụng đúng và hiệu quả .

Với máy đo 3 chiều, bạn có thể đo các hình dạng khác nhau của một chi tiết hoặc các bộ phận để kiểm tra chất lượng của các bộ phận và tiến hành các biện pháp xử lý để duy trì chất lượng. Bằng cách sản xuất các sản phẩm chất lượng cao, máy đo 3D có thể giúp công ty có thể cạnh tranh trên thị trường và bán được nhiều sản phẩm với mức độ hài lòng cao của khách hàng (chi phí dịch vụ sau bán hàng cũng được giảm thiểu).

Ngoài ra, CMM có thể được sử dụng để đo lường các bộ phận sau quy trình sản xuất để điều tra và cải thiện quy trình sản xuất. Bằng cách cải tiến, các quy trình sản xuất có thể sản xuất các bộ phận với chi phí thấp hơn, tốc độ cao và chất lượng cũng cao hơn, giúp chi phí sản xuất thấp và tỷ suất lợi nhuận lớn trên mỗi sản phẩm bán ra.

CMM có thể được sử dụng từ phép đo rất đơn giản, chẳng hạn như phép đo đường kính và chiều dài, đến phép đo rất phức tạp, chẳng hạn như phép đo bộ phận dạng tự do, phép đo động cơ ô tô, tâm lỗ làm mát trên cánh máy bay phản lực, phép đo bánh răng , phép đo khuôn đúc kim loại, phép đo tuabin lớn ở tỷ lệ > 10 m và phép đo tuabin của động cơ phản lực.

Ngoài ra, các CMM xúc giác có độ chính xác cao, chẳng hạn như CMM cầu di chuyển và cầu cố định rất phổ biến được sử dụng để hiệu chỉnh một vật phẩm dùng để tham khảo cho các dụng cụ đo khác.

Phân loại máy đo CMM

Dựa vào cách di chuyển của cầu đo và tay đo

Các hệ thống đo tọa độ 3D có thể được xác định bằng cấu tạo và phương thức di chuyển của cầu đo, để dễ dàng hình dung hơn xin mời bạn đọc phần tiếp theo đây của bài viết

CMM Descartes

Đây là tên gọi chung của các dòng máy đo 3D hoạt động dựa trên hệ tọa độ Đề-Các (tọa độ phẳng). Thông thường là các hệ thống 2 trục, 3 trục, 4 trục, 5 trục hoặc tối đa sẽ là 6 trục

Loại CMM này có tham chiếu bằng không tuyệt đối . Hình 1 bên dưới hiển thị các loại cấu hình CMM Descartes khác nhau.
(hình 1)

Từ hình 1, các CMM Đề-Các sẽ được chia thành năm nhóm phụ: cầu chuyển động, cầu cố định, công xôn, giàn và CMM hình chữ L

Các loại khác nhau của Cartesian CMM như trong hình 1 được giải thích như sau:

Cầu di chuyển CMM

Là loại máy được sử dụng phổ biến nhất, có thể được tìm thấy trong nhiều ngành công nghiệp và phòng thí nghiệm. Sự phổ biến của loại máy đo 3D này là do nó có sự cân bằng giữa một số khía cạnh, đó là độ chính xác đo cao, tốc độ đo tương đối cao (so với các loại CMM Descartes khác) và khả năng đo các bộ phận với hình dạng và kích thước khác nhau.

Loại CMM này có hai chân trụ di chuyển cùng nhau theo một hướng (hoặc một trục). Hai trục còn lại là từ chuyển động của cầu đo và trục thẳng đứng của chân (chuyển động theo hướng z).

Khi đo ở mức micromet hoặc nhỏ hơn, đôi khi máy sẽ gặp lỗi khá giống như bạn đang “đi bộ” có nghĩa là hai chân trục không di chuyển cùng lúc mà sẽ có một chân di chuyển trước, một di chuyển sau điều này làm gây ra việc đo sai ở các dòng máy CMM chất lượng thấp

CMM cầu cố định

CMM có cầu đo cố định loại có độ chính xác cao nhất trong các dòng máy đo CMM theo hệ Đề-Các, tuy nhiên tốc độ đo của nó là thấp nhất.

Đối với loại này, phép đo được thực hiện bằng cách di chuyển bàn đo. Do đó, CMM cầu cố định không có hiện tượng “đi bộ” như ở máy đo 3D cầu di động. Khía cạnh này là một trong những nguyên nhân khiến máy đo cố định này có độ chính xác cao hơn so với loại cầu chuyển động.

Tương tự như CMM cầu chuyển động, hai trục còn lại để thực hiện phép đo là từ chuyển động của cầu và trục thẳng đứng của nó.

CMM dạng công xôn

Các máy đo ba chiều dạng công xôn (Cantilever CMM) có kích thước lớn hơn so với hai loại trên và thường được tìm thấy trong các ngành công nghiệp ô tô. Loại CMM này chủ yếu được sử dụng để đo thân xe ô tô để thuận tiện cho quá trình lắp ráp tự động

CMM công xôn với cầu ngang có một tay đo dài có thể tiếp cận hầu như mọi bề mặt của các bộ phận lớn có lỗ rỗng, giống như thân xe ô tô.

Tuy nhiên, loại CMM này có độ chính xác thấp so với CMM cầu chuyển động và cầu cố định. Bởi vì, cánh tay công xôn gây ra hiệu ứng uốn khi cánh tay ở vị trí xa nhất. Hiệu ứng uốn cong này góp phần gây ra lỗi đo lường và giảm độ chính xác của CMM.

CMM dạng giàn

CMM dạng giàn (Gantry) là thiết bị có khối lượng đo lớn nhất, loại này được chủ yếu để đo các chi tiết có kích thước >10 m.
Tuy nhiên, loại CMM này có độ chính xác đo thấp nhất so với các dòng máy đo hệ Đề-Các khác. Bởi vì, vì nó có thể tích đo rất lớn, nên sai số hình học (sai số thể tích) của cổng đo CMM sẽ làm cho độ chính xác của phép đo thấp.

CMM hình chữ L

CMM hình chữ L này là loại máy không phổ biến so với các dòng máy khác. Bởi vì, CMM hình chữ L được thiết kế thường để đo các bộ phận có hình dạng rất cụ thể, chuyên dụng nên chỉ dùng trong một số trường hợp nhất định
Chân có hình chữ L là để giảm hiệu ứng uốn cong của cánh tay công xôn

CMM phi Descartes

Nhóm này được phân loại dựa trục làm việc khác với làm việc trên mặt phẳng của hệ Descartes, ví dụ như hệ tọa độ hình trụ hoặc hình cầu.

Thông thường, các loại CMM thuộc nhóm này là CMM quang học (hay còn gọi là đo không tiếp xúc), chẳng hạn như hệ thống chụp ảnh, phép chiếu rìa và bộ theo dõi bằng tia laze.Tuy nhiên, bạn cũng có thể bắt gặp một dạng đo tiếp xúc khác đo là sử dụng một cánh tay đo có khớp nối để có thể đo vật thể từ nhiều hướng khác nhau

Phân loại dựa trên sự tương tác giữa CMM và chi tiết đo

Ngoài cách phân loại máy đo theo phương pháp và kích thước máy ta cũng có thể phân loại máy đo CMM theo cách đo, cụ thể chúng ta có thể phân loại như sau

CMM đo tiếp xúc

Máy đo 3D tiếp xúc dùng để ám chỉ các thiết bị đo bằng việc chạm cơ học vào phần vỏ của chi tiết cần đo. Ví dụ điển hình là các máy đo CMM sử dụng đầu dò tiếp xúc

Ưu điểm

• Ưu điểm cơ bản của CMM đo tiếp xúc là nó sẽ thực hiện phép đo bằng cách chạm vật lý vào bề mặt của bộ phận cần đo bằng đầu dò giúp mô hình hóa, phân tích lỗi một cách nhanh chóng và chắc chắn. Nhờ vào sự chắc chắn này các loại máy đo 3D dạng vật lý này thường được sử dụng để xác minh kết quả đo của máy CMM quang học có chính xác hay không

Nhược điểm

• Nhược điểm đầu tiên của loại máy đo ba chiều này có lẽ là nguy cơ làm hỏng bề mặt của bộ phận cần đo do áp lực gây ra từ đầu dò cảm ứng. Đường kính đầu dò càng nhỏ thì áp suất nhất định lên bề mặt được đo càng lớn.
• Hạn chế tiếp theo là tốc độ của loại máy đo ba chiều cơ học này cũng khá chậm so với loại quang học. Ngoài ra, thông lượng của các điểm dữ liệu được đo từ bề mặt cũng ít hơn so với dòng quang học
• Một nhược điểm rõ ràng khác của máy đo 3D tiếp xúc là do kích thước hữu hạn của đầu đo, nếu đầu đo của bạn có kích thước lớn bạn sẽ không thể đo các kẽ hở hoặc các lỗ có kích thước nhỏ hơn 1mm trên bề mặt mẫu đo

CMM quang học

Máy đo CMM quang học là dạng thiết bị giúp bạn có thể đo mà không cần tiếp xúc vật lý với bề mặt của bộ phận được đo. Loại máy này sử dụng phương pháp quang học để thăm dò bề mặt của chi tiết. Một số ví dụ phổ biến về CMM quang học là hệ thống quang ảnh và chiếu rìa.

Ưu điểm

• Máy đo 3D dạng quang học có thể tạo ra một số lượng lớn các điểm dữ liệu so với máy đo cơ học
• Kết quả đo có thể được thực hiện nhanh chóng trong vòng chưa đầy một phút hoặc vài phút
• Không gây hư hỏng cho bề mặt các chi tiết cần đo vì không cần phải tiếp xúc vật lý

Nhược điểm:

• Hạn chế cơ bản là CMM quang học là khi chiếu ánh sáng lên bề mặt và thu ánh sáng phản xạ vào cảm biến hoặc bộ tách sóng ảnh, sau đó, với một thuật toán và phân tích nhất định, bề mặt được tái tạo từ ánh sáng phản xạ được phát hiện trên cảm biến.
• Vấn đề là, sự tương tác giữa ánh sáng và bề mặt rất phức tạp và khó mô hình hóa. Khó khăn này khiến bề mặt được đo bằng CMM quang học không đảm bảo được độ chân thực của phép đo
• Hạn chế tiếp theo là CMM quang học bị ảnh hưởng đáng kể bởi loại vật liệu của bộ phận được đo. Thông thường, các bề mặt được đánh bóng hoặc có màu sáng như trắng rất khó đo bằng CMM quang học. Bởi vì, ánh sáng phản xạ từ các bề mặt này sẽ làm khó cảm biến thu tín hiệu
• Gặp khó khăn trong việc đo lường được các bề mặt có độ dốc khoảng 90 độ

Cấu tạo của máy đo 3D CMM

CMM thường bao gồm cầu đo, cánh tay đo, đầu đo, bàn đo, bộ phận điều khiển

Cầu đo

Là trục chuyển động của máy, cầu đo giúp di chuyển cánh tay robot (chưa đầu đo) tới các điểm cần đo một cách nhanh chóng và chính xác

Cánh tay đo

Thường được làm bằng vật liệu cứng như nhôm hoặc thép và được kết nối với máy tính để điều khiển chuyển động của cánh tay và đầu đo đến các điểm cần đo

Đầu đo

Đầu dò là thành phần phổ biến và quan trọng nhất của máy CMM truyền thống chịu trách nhiệm thực hiện hành động đo. Các máy CMM khác sử dụng các công nghệ như ánh sáng quang học, máy ảnh, laser, v.v

Do bản chất của đầu đo là phải tiếp xúc liên tục với chi tiết cần đo nên đầu đo phải làm từ vật liệu có độ cứng cao và ổn định. Ngoài ra, nó cũng cần có khả năng chống chịu nhiệt tốt để kích thước không thay đổi khi có sự thay đổi nhiệt độ điều này sẽ gây ảnh hưởng đến vị trí đo gây ra sai số khi đo. Vật liệu phổ biến được sử dụng là ruby ​​và zirconia. Đầu đo có thể ở dạng hình cầu hoặc hình kim.

Bàn đo

Bàn đo thường được làm bằng đá granite, đây là một thành phần quan trọng của máy CMM vì loại đá này có tính ổn định rất tốt. Nó cũng không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và khi so sánh với các vật liệu khác, tỷ lệ hao mòn thấp hơn. Đá granite là lý tưởng cho phép đo có độ chính xác cao vì hình dạng của nó không thay đổi theo thời gian.

Bộ phận điều khiển

Bộ phận điều khiển là nơi mà bạn sẽ thực hiện các thao tác điều khiển máy cũng như đọc kết quả đo lường thông qua các phần mềm chuyên dụng. Hiện nay, có hai loại phần mềm thường được sử dụng cho máy đo 3D

Đầu tiên, là phần mềm dành cho máy đo của riêng của từng nhà sản xuất đã phát triển độc lập cho từng nhà sản xuất máy đo. Đặc điểm nổi bật của phần mềm này là nó sẽ giúp tối ưu hóa các chức năng của thiết bị, cho phép bạn khai thác đầy đủ các điểm mạnh mẽ của thiết bị

Thứ hai là phần mềm do bên thứ ba phát triển có thể được sử dụng bởi các dụng cụ đo lường đến từ nhiều nhà sản xuất khác nhau. Hầu hết sẽ đáp ứng đầy đủ được các tính năng phổ thông của thiết bị, các tính năng nâng cao đôi khi cần phải đóng thêm phí hoặc mua bản quyền để sử dụng

Các bộ phận phụ khác của máy đo 3D

Đồ gá mẫu (Fixture)

Các bộ gá mẫu Fixture cũng là công cụ rất quan trọng được sử dụng làm tác nhân ổn định và hỗ trợ trong hầu hết các hoạt động sản xuất. Chúng là các thành phần của máy CMM và có chức năng cố định các bộ phận cần đo vào đúng vị trí. Việc cố định bộ phận là cần thiết vì bộ phận cần đo bị chuyển động sẽ ảnh hưởng đến toàn bộ thông số của quá trình đo. Các công cụ hỗ trợ khác có sẵn để sử dụng là các tấm cố định, kẹp và nam châm.

Máy nén khí và máy sấy

Máy đo tọa độ điều khiển cơ học yêu cầu máy nén khí và máy sấy, các thiết bị này thường được tìm thấy ở các máy CMM kiểu cầu hoặc cổng tiêu chuẩn.

Hướng dẫn sử dụng máy đo 3D CMM

Hướng dẫn chọn mua máy đo 3D

Trước khi đi vào các hướng dẫn sơ bộ sử dụng máy đo 3D CMM. Kỹ Thuật Đo sẽ gợi ý cho bạn một số phương pháp chọn mua máy đo để bạn có thể chọn thiết bị phù hợp với nhu cầu sử dụng của mình. Ít nhất, sẽ có năm khía cạnh cần được xem xét để bạn có thể chọn ra được máy đo phù hợp với nhu cầu của mình

Độ chính xác

Khía cạnh quan trọng mà bạn cần xem xét kỹ khi chọn mua CMM là độ chính xác. Độ chính xác cần thiết của CMM được xác định từ dung sai của các bộ phận cần đo lớn đến mức nào. Theo ISO10360, độ chính xác của máy được thể hiện bằng thông số kỹ thuật lỗi tối đa cho phép (MPE) .

Dựa trên ISO10360, MPE được định nghĩa là ±(X+L/k), Ở đây X là mức độ chính xác (để đo chiều dài) của CMM trong μm, k là một hằng số và L là độ dài đo được trong mm. Điều quan trọng cần nhớ là biến L trong MPE đại diện cho hiệu ứng giãn nở nhiệt của vật liệu và sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác đo lường của CMM. Để xác định MPE của CMM, quy trình xác minh hiệu suất , được xác định trong ISO10360, phải được thực hiện.

Bên cạnh độ chính xác, độ không đảm bảo của kết quả đo của máy đo tọa độ cũng cần được xem xét. Giá trị không chắc chắn này thể hiện mức độ thiếu an toàn của phép đo ta đang thực hiện

Do đó, điều quan trọng cần được xem xét là những yếu tố nào liên quan đến CMM góp phần vào độ không đảm bảo của phép đo CMM.

Ví dụ: một số tác nhân gây ra độ không đảm bảo phổ biến cho độ không đảm bảo của phép đo CMM là, sự thay đổi nhiệt độ khi phép đo được thực hiện, sự thay đổi từ chiến lược lấy mẫu được sử dụng cho phép đo, lỗi hình học của CMM và sự thay đổi kích thước của một bộ phận do sự thay đổi từ quá trình sản xuất quá trình tạo ra một phần.

Ví dụ thực tế:

• Một ví dụ thực tế để xem xét độ chính xác và độ không đảm bảo của phép đo khi chọn CMM như sau. Nếu chúng ta muốn đo đường kính của một hình trụ với thông số kỹ thuật là (500 ± 0,01)mm, thì chúng ta cần tập trung vào khả năng chịu đựng.
• Trong trường hợp này, phạm vi dung sai là 0,01×2=0,02mm. Do đó, CMM phù hợp để thực hiện loại nhiệm vụ đo lường này là CMM có mức độ chính xác 10% của 0,02 mm. Mức độ chính xác yêu cầu của CMM là 0,002 mm = 2μm cho chiều dài L=500mm để tạo “khoảng trống” cho các tác nhân gây ra sự không đảm bảo khác, chẳng hạn như do sự thay đổi nhiệt độ và các yếu tố môi trường khác.
• Bước tiếp theo là chọn một CMM có độ chính xác < 2μm vì L=500mm. Ví dụ: CMM A có thông số kỹ thuật về độ chính xác (MPE) là ±(1.2+L/500)μm. Mức độ chính xác này của CMM A không đủ để đo xi lanh, bởi vì tổng độ chính xác hiệu dụng của CMM để đo xi lanh là 1.2+500/500=2.2μm
• Một CMM B khác có thông số kỹ thuật về độ chính xác (MPE) là ±(1.3+L/1000)μm. Độ chính xác hiệu quả của CMM B để thực hiện phép đo là 1.3 +500/10001.8μm. Do đó, chúng ta có thể kết luận rằng CMM B là CMM phù hợp cho nhiệm vụ đo lường.
• Từ những giải thích ở trên, dung sai của kích thước mà chúng ta muốn đo có vai trò quan trọng trong việc lựa chọn CMM phù hợp để sử dụng. Ngoài ra, độ không đảm bảo dự kiến ​​của kết quả đo của CMM cũng cần được xem xét để xác định độ chính xác cần thiết của CMM sẽ sử dụng.

Các đặc điểm chính của máy đo

Các đặc điểm chính của CMM cần được xem xét để chọn CMM phù hợp là đo thể tích, cấu hình, trọng lượng của bộ phận đo, tốc độ đo và loại đầu dò (cảm biến).

Thể tích mẫu cần đo:

• Thể tích đo của CMM là khu vực mà đầu dò (cảm biến) của CMM có thể tiếp cận được. Nói chung, thể tích đo có dạng hình lập phương hoặc hình chữ nhật mô tả chiều dài, chiều rộng và chiều cao tối đa của vật thể cần đo

Cấu trúc của máy đo:

• • Cấu trúc phổ biến nhất của máy đo tọa độ 3D là cấu hình có với tay đo thẳng đứng, vì ở cấu hình trục đo này , tác dụng của trọng lực dọc theo hướng đo nên không có hiệu ứng uốn trên tay đo Trong khi đó, cánh tay không thẳng đứng của CMM sẽ bị ảnh hưởng bởi lực hấp dẫn ở vị trí hoặc chiều dài cánh tay khác nhau, do đó việc chọn lựa cấu trúc phù hợp cũng là một điểm vô cùng quan trọng

Trong hình 3, chúng ta có thể quan sát thấy rằng cấu hình CMM có thể là một yếu tố quan trọng để xác định tính linh hoạt của phép đo bộ phận.

Trong hình 3 bên phải, CMM công xôn có thể có tính linh hoạt cao hơn so với CMM cầu di chuyển hoặc cầu cố định. Bởi vì,

CMM đúc hẫng có thể chứa phần lớn hơn so với CMM cầu. Tuy nhiên, CMM đúc hẫng sẽ có độ chính xác thấp hơn so với CMM cầu.

Hình 3: Minh họa về cách cấu hình CMM có thể xác định tính linh hoạt của phép đo bộ phận.

Khối lượng tối đa của mẫu:

• Mỗi CMM sẽ có thể đo được vật mẫu có khối lượng nhất định tùy vào kích thước của bàn đo. Nếu khối lượng của vật mẫu vượt quá khả năng tải tối đa của máy, sẽ gây ra các hư hỏng, biến dạng không mong muốn trên thiết bị hoặc đôi khi chỉ làm ảnh hưởng đến kết quả đo ở các kích thước nhỏ như micromet hoặc milimet
• Sự biến dạng ở các cấu nhỏ này sẽ góp phần đáng kể vào sai số đo lường của máy đo 3D. Trong trường hợp xấu nhất, cấu trúc của CMM sẽ bị biến dạng vĩnh viễn và luôn gây ra sai số khi thực hiện phép đo

Tốc độ đo

• Tốc độ đo cũng là một trong những yếu tố mà bạn có thể để đánh giá và chọn mua máy đo 3D thông thường sẽ có ba mốc đo cơ bản trên một thiết bị: đo tốc độ thường, đo tốc độ chậm và đo tốc độ cao.
• Nói về tốc độ đo có hai chế độ đo chính mà bạn có thể bắt gặp: chế độ từng điểm và chế độ quét. Hình 4 dưới đây cho thấy ví dụ về chế độ đo từng điểm và quét.

Hình 4: Hai chế độ chính của phép đo CMM: chế độ quét từng điểm và chế độ quét.

• Đối với chế độ đo từng điểm, tốc độ đo sẽ thấp nhưng độ chính xác của điểm sẽ cao. Mặt khác, đối với chế độ quét, tốc độ đo sẽ cao nhưng độ chính xác của các điểm sẽ thấp do các lỗi đến từ chuyển động quét CMM động cao.

Loại đầu đo (cảm biến đo)

• Nói về loại đầu đo, chúng ta sẽ chia thành 2 dạng như đã đề cập từ ban đầu là dạng que đo (dùng cho các máy đo tiếp xúc) và đầu đo dạng laser (dùng cho các máy đo không tiếp xúc)

Hình 5 dưới đây cho thấy các ví dụ về hệ thống thăm dò que đo và thăm dò quang học của máy đo 3D. Như thể hiện trong hình 5, hệ thống thăm dò xúc giác có một đầu hình cầu (thường được làm bằng ruby) dùng để chạm về bề mặt. Trong khi đó, đầu dò quang học có ít nhất một máy ảnh và nguồn sáng (ví dụ như nguồn laze) để phản chiếu ánh sáng trên bề mặt và thu ánh sáng phản xạ lại để tái tạo lại tọa độ không gian của bề mặt.

Hình 5: (trái) thăm dò xúc giác (tiếp xúc) và (phải) thăm dò quang học (không tiếp xúc).

• Đầu dò tiếp xúc có một số hạn chế là có thể tạo ra thiệt hại khi được sử dụng để đo một bề mặt mềm vì nó cần tiếp xúc vào bề mặt.
• Đầu đo dạng quang học lại có nhược điểm là không thể đo bề mặt thẳng đứng hoặc bề mặt có góc nghiêng rất cao (chẳng hạn như > 80 độ). Bởi vì, đối với bề mặt thẳng đứng, ánh sáng phản xạ từ một bề mặt không thể quay trở lại cảm biến (cảm biến hình ảnh hoặc bộ tách sóng quang) của hệ thống thăm dò quang học.

Khả năng phần mềm

Các khả năng của phần mềm cũng là yếu tố quan trọng nên cân nhắc xem xét khi chọn mua máy đo tọa độ 3D vì thiết bị này cũng cần lập trình nhiều bước nên cần giao diện người dùng đơn giản, hệ thống đánh giá dữ liệu tối ưu và hỗ trợ nhiều định dạng dữ liệu

Một số khả năng làm việc của phần mềm mà bạn có thể sử dụng để cân nhắc chọn mua máy đo tọa độ 3D như

Phương pháp lập trình

Một trong những ưu điểm chính của các dòng máy đo CMM hiện đại là được trang bị tính năng CNC cho phép có thể được lập trình để chạy tự động cho nhiều loại chuyển động đo khác nhau. Với tính năng tự động hóa này, các dòng máy đo 3D tự động có thể giảm tới một nửa chi phí vận hành so với máy đo dạng thủ công

Ngoài ra, các máy đo ba chiều tự động sẽ cho ra kết quả đo nhất quán hơn do có thể loại bỏ các sai số từ người vận hành. Một CMM được lập trình có thể tự động chạm vào cùng một mục tiêu nhiều lần trong phạm vi (0,005-0,05) mm, tùy thuộc vào phép đo, tốc độ tăng tốc và giảm tốc.

Có ba phương pháp chính để lập trình CMM được trang bị CNC:

• Lập trình dựa trên giảng dạy: Phương pháp này được thực hiện bằng cách chạm thủ công vào từng vị trí điểm trên bề mặt cần đo và bộ điều khiển CMM sẽ ghi lại vị trí điểm và mô hình chuyển động để CMM có thể đo tự động theo vị trí điểm đã ghi.
• Lập trình dựa trên tham số: Phương pháp này dựa trên mức độ tương tự của một bộ phận được đo với một bộ phận khác. Phương pháp này lập trình dựa trên việc đối chiếu và sửa đổi một chút các sự khác biệt nhỏ về hình dạng để phù hợp với vật thể cần đo
• Lập trình ngoại tuyến. Phương pháp lập trình này dựa trên mô hình thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính (CAD) của một bộ phận cần đo. Từ một mô hình CAD, các tính năng trên một bộ phận có thể được xác định. Ngoài ra, vị trí và kích thước của các tính năng có thể được xác định từ mô hình CAD. Bằng cách sử dụng mô hình CAD, không cần chạy thủ công. Giúp tiết kiệm rất nhiều thời gian khi thao tác

Giao diện người dùng

• Có nhiều loại phần mềm do nhiều nhà sản xuất máy đo CMM tạo ra như Zeiss, Mitutoyo, Leitz, Brawn, DEA và nhiều nhà sản xuất khác. Ngoài ra, một số phần mềm của bên thứ ba cũng có thể được sử dụng cho nhiều loại máy đo 3D khác nhau
  Do đó, bạn cũng có thể lựa chọn các loại phần mềm có giao diện dễ hiểu, dễ thao tác để chọn mua. Đây cũng là một ý tưởng không tồi để tiết kiệm chi phí đào tạo

Đánh giá kết quả đo

• Khả năng đánh giá dữ liệu chính của phần mềm là xử lý đám mây điểm 3D thu được từ phép đo các thông số về kích thước hình học và thực hiện so khớp hình học. Ví dụ như phép đo đường kính, độ phẳng, chiều cao và vị trí lỗ.
  Khả năng đánh giá và xử lý dữ liệu của máy đo 3D cơ bản là thực hiện các khớp hình học cơ bản , chẳng hạn như khớp hình tròn, mặt phẳng, hình nón, hình trụ, hình cầu và hình elip. Các phần mềm có khả năng khớp dữ liệu tốt nên được ưu tiên lựa chọn

Giao tiếp dữ liệu

• Giao tiếp dữ liệu là cách kết quả đo được thực hiện bằng phần mềm của máy đo có thể được chuyển sang phần mềm khác để sử dụng cho các mục đích khác nhau.
• Ví dụ, mục đích của việc truyền dữ liệu là để thực hiện phân tích thống kê từ dữ liệu đo lường, để so sánh với mô hình CAD và để phân tích dữ liệu cho quá trình ra quyết định.

Định dạng của dữ liệu đầu ra

• Có nhiều loại định dạng dữ liệu đầu ra từ phần mềm của một máy đo CMM. Định dạng cơ bản của đầu ra là một tệp văn bản chứa các vị trí x,y,z của các điểm thu được cũng như vectơ tiếp cận của đầu dò. Ngày nay, hầu hết các CMM hiện đại đều có thể tạo đầu ra dữ liệu ở định dạng báo cáo cụ thể và có thể điều chỉnh tùy ý

Một số khía cạnh khác để xem xét

Thời gian đào tạo người vận hành mới

• Các khía cạnh khác cần xem xét khi chọn CMM là thời gian cần thiết để đào tạo người vận hành CMM mới, hệ thống cố định, điều kiện môi trường, bảo hành và hỗ trợ sau bán hàng từ nhà sản xuất CMM và hợp đồng phụ đo lường CMM.
  Vận hành máy đo ba chiều là một nhiệm vụ phức tạp. Cần phải có thời gian đào tạo dài để người vận hành có thể điều khiển thiết bị một cách chính xác

Hệ thống gá mẫu

• Mỗi nhà sản xuất máy đo CMM đều cung cấp hệ thống cố định của riêng họ. Đồ gá rất quan trọng để có thể giữ cố định để thực hiện phép đo. Chức năng chính của hệ thống cố định là có thể liên tục xác định vị trí, định hướng và giữ một bộ phận để đo một cách chính xác nhất

Điều kiện môi trường

• Môi trường đặt CMM là rất quan trọng. Một máy đo được đặt trong phòng thí nghiệm được kiểm soát sẽ có thông số kỹ thuật khác với một CMM được đặt trong xưởng sản xuất.
• CMM được sử dụng hệ thống khí nén chỉ phù hợp để sử dụng trong phòng thí nghiệm được kiểm soát. Bởi vì, ổ trục không khí rất nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ, nhưng với chuyển động CMM của ổ trục không khí có thể trơn tru và nhanh chóng.
• Đối với sàn nhà xưởng, hầu hết các CMM đều sử dụng hệ thống ổ bi trong các trục chuyển động của chúng để bền bỉ với sự thay đổi nhiệt độ. Tuy nhiên, trục chuyển động sẽ có tốc độ thấp.

Dịch vụ bảo hành và hậu mãi

• Dịch vụ bảo hành và hậu mãi của CMM cũng rất quan trọng. Bởi vì, CMM là một lĩnh vực rất nhạy cảm và phức tạp. Mọi sự cố phát hiện trong CMM cần được khắc phục trong thời gian ngắn để không làm dừng hoặc trì hoãn quá trình sản xuất tại trạm kiểm tra chất lượng.

Phụ lục hợp đồng khi mua máy đo CMM

• CMM là một thiết bị có giá thành rất cao, nếu bạn sử dụng thiết bị này không thường xuyên hoặc không có người vận hành đủ tiêu chuẩn, bạn nên cân nhắc sử dụng dịch vụ đo đến từ các nhà cung cấp dịch vụ có kinh nghiệm

Một số tài liệu hướng dẫn sử dụng máy đo CMM

• Coordinate Measuring Machines and Systems (Manufacturing Engineering and Materials Processing) (Sách hướng dẫn sử dụng CMM cơ bản)

Hướng dẫn sử dụng máy đo CMM Mitutoyo

(đang cập nhật)

Một số thương hiệu máy đo 3D phổ biến

Sau khi đã tìm hiểu nhiều thông tin về các dòng máy đo 3D về phân loại, cách sử dụng. Kỹ Thuật Đo sẽ giới thiệu cho bạn một số thương hiệu được sử dụng phổ biến rộng rãi tại thị trường Việt Nam để bạn có thể dễ dàng hơn trong việc ra quyết định mua hàng

Máy đo CMM Mitutoyo

Mitutoyo có thể xem là thương hiệu được sử dụng phổ biến hàng đầu thế giới về các thiết bị đo cơ khí chính xác và dĩ nhiên các dòng máy đo tọa độ 3D của Mitutoyo cũng không ngoại lệ, các thiết bị này cũng được sử dụng tại rất nhiều quốc gia trên thế giới

Là một nhà phân phối máy đo 3D CMM với nhiều năm kinh nghiệm trong ngành. Mitutoyo mang đến cho bạn nhiều loại máy chất lượng từ các dòng máy phòng thí nghiệm nhỏ gọn đến các máy đo CMM dạng giàn, công xông dùng cho các công xưởng sản xuất ô tô

Nếu bạn đang tìm một thương hiệu có tiếng, chất lượng, phần mềm mạnh mẽ, có cộng động hỗ trợ rộng rãi thì Mitutoyo chính là thương hiệu mà bạn nên chọn lựa

Máy đo 3D Faro

Faro một thương hiệu đến từ Mỹ với hơn 40 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực đo lường và cung cấp các giải pháp 3D cho doanh nghiệp sản xuất chắc chắn là một trong những thương hiệu mà bạn có thể đặt niềm tin chọn mua thiết bị của mình
Nói về Faro ngoài các phần cứng chuyên biệt được dùng để đo 3D trong nhiều trường hợp khác nhau thì hệ phần mềm của hãng cũng rất đo dạng, mạnh mẽ, phù hợp cho nhiều dạng đo lường chuyên sâu của khách hàng. Nếu bạn đang tìm một thương hiệu chất lượng của Mỹ thì không nên bỏ qua thương hiệu này

Máy đo 3D Nikon

Nói đến Nikon thì chắc hẳn không còn quá xa lạ với hầu hết mọi người với thương hiệu máy ảnh Nikon từ lâu đời. Tuy nhiên, máy ảnh chỉ là một dòng sản phẩm của công ty chuyên về sản xuất quang học hàng đầu thế giới này
Các dòng sản phẩm máy đo quang học của Nikon cũng được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới đặc biệt là các hệ thống đo quang học như máy scan 3D (đo 3D bằng laser), các dòng máy đo tọa độ 2D video bằng các hệ thống camera chất lượng cao của mình

Nếu bạn đang cần các dòng máy đo 3D quang học thì Nikon là một thương hiệu chất lượng mà bạn có thể cân nhắc sử dụng dựa vào các yếu tố chất lượng, kinh nghiệm và tối ưu chuyên sâu

Máy đo 3D Hexagon

Một thương hiệu chuyên cung cấp máy đo 3D chất lượng khác đến từ Thụy Điển mà bạn có thể lựa chọn đó chính là Hexagon nếu nhà máy của bạn yêu cầu một thương hiệu đến từ châu u

Với 25 năm kinh nghiệm trong ngành, Hexagon cung cấp cho bạn nhiều dòng sản phẩm chất lượng đến từ các dòng máy đo CMM phổ thông, đến các dòng máy đo kích thước lớn dùng trong công nghiệp. Lượng sản phẩm đa dạng đến từ nhiều dòng sản phẩm khác nhau giúp cho bạn có thể dễ dàng lựa chọn sản phẩm phù hợp với nhu cầu của mình và cũng an tâm hơn về nhà sản xuất

Máy đo CMM Jatentech

Trong trường hợp, bạn đang tìm một dòng máy đo có mức giá rẻ sử dụng để đo lường các chi tiết không quá phức tạp thì các thương hiệu Trung Quốc cũng có thể được cân nhắc lựa chọn

Đối với các dòng máy giá rẻ thì Jaten Tech là một trong những thương hiệu đáng được sử dụng, Janten có kinh nghiệm hơn 15 năm trong lĩnh vực cung cấp các dòng máy đo chính xác cao như máy đo CMM, máy chiếu biên dạng… nên về cả phần cứng và phần mềm có thể sử dụng khá ổn định

Các sản phẩm máy đo CMM của Jaten chủ yếu tập trung về các sản phẩm kích thước nhỏ và trung bình. Một số ưu điểm khi sử dụng các sản phẩm đến từ Trung Quốc là chi phí đầu tư thấp, dễ dàng thay thế linh kiện nếu có trục trặc trong quá trình vận hành.

Có thể bạn quan tâm Danh mục máy đo 3D

Các ưu điểm và nhược điểm của máy đo 3D

Ưu điểm

Giúp bạn tiết kiệm chi phí nhân công đo lường

• Máy CMM không thể thiếu trong quy trình sản xuất vì tốc độ và độ chính xác của nó. Việc sản xuất các công cụ phức tạp đang trở nên phổ biến trong ngành sản xuất và máy CMM là lý tưởng để đo kích thước của các bộ phận, công cụ này.
• Tiết kiệm thời gian làm việc, chi phí nhân công giúp doanh nghiệp tối ưu chi phí sản xuất

Đảm bảo chất lượng đo

• Không giống như phương pháp thông thường để đo kích thước của từng bộ phận máy, máy đo 3 chiều là thiết bị chuyên dụng và đáng tin cậy nhất. Nó có thể đo lường và phân tích kỹ thuật số bộ phận của bạn đồng thời thời tệp dữ liệu của nó cũng được chuyển sang để phân tích trên nhiều phần mềm khác nhau

Chức năng đo lường đa dạng

• Phù hợp để đo lường kích thước của nhiều loại chi tiết, thành phần khác nhau
• Được vận hành bằng máy tính, lập trình qua dữ liệu nên hạn chế sai số tối đa so với việc sử dụng người lao động để đo lường

Nhược điểm

• Máy CMM chắc chắn cải thiện quy trình sản xuất đồng thời đóng vai trò quan trọng trong sản xuất. Tuy nhiên, nó cũng có một vài hạn chế mà bạn cần phải biết

Đầu dò phải chạm vào bề mặt

• Hầu hết các máy CMM sử dụng đầu dò đều có cơ chế giống nhau. Để đầu dò hoạt động, nó phải chạm vào bề mặt của bộ phận cần đo. Đây không phải là một vấn đề đối với các bộ phận có độ bền cao. Tuy nhiên, đối với các bộ phận có bề mặt dễ vỡ hoặc mỏng manh, việc chạm vào liên tục có thể dẫn đến hư hỏng hoặc biến dạng

Có thể xảy ra lỗi khi đo lường các vật thể mềm

• Đối với các bộ phận làm từ vật liệu mềm như cao su và chất đàn hồi, việc sử dụng đầu dò có thể khiến các bộ phận bị lõm vào. Điều này sẽ dẫn đến sai số được thấy trong quá trình phân tích kỹ thuật số.

Cần chọn đầu dò phù hợp

• Máy CMM sử dụng các loại đầu dò khác nhau và để có đạt được kết quả đo tốt nhất thì phải chọn đúng đầu dò. Việc chọn đúng đầu dò phụ thuộc phần lớn vào kích thước của bộ phận, yêu cầu thiết kế và khả năng của đầu dò.

Kinh nghiệm vận hành

• Là một loại máy chuyên dụng, người vận hành cần phải có kinh nghiệm và sự hiểu biết về thiết bị cũng như phần mềm