Máy đo CMM là gì? Ứng dụng của máy đo tọa độ 3 chiều

Máy đo CMM hay máy đo tọa độ đã được sử dụng phổ biến trong các phép đo kích thước và hình học khác nhau. Các phép đo trên máy này được thực hiện bằng cách chụp hoặc thăm dò dựa trên các điểm tọa độ X, Y và Z của vật được đo trong không gian 3D. Vậy, nguyên lý và cấu tạo của máy đo tọa độ 3 chiều CMM như thế nào? Cùng VTECH tìm hiểu về “Coordinate Measuring Machines” thông qua bài viết sau đây nhé!

Máy đo CMM là gì?

Máy đo CMM (tên đầy đủ: Coordinate Measuring Machine) là thuật ngữ tiếng anh dùng để chỉ máy đo tọa độ 3 chiều (X, Y và Z). Đây là một thiết bị được sử dụng phổ biến trong các phòng thí nghiệm về đo lường để cho ra kết quả mô phỏng kích thước chính xác nhất về sản phẩm. 

Hiện nay, máy đo tọa độ này được sử dụng phổ biến trong các doanh nghiệp sản xuất như: thiết bị điện tử, máy bay, ô tô, đường ống,… Nguyên nhân chủ yếu bởi sự tiện lợi, hiệu suất cao và tiết kiệm chi phí. Ngoài ra, máy đo CMM còn có thể thực hiện các phép đo 2D với độ chính xác không hề thua kém.

Cấu tạo cơ bản của máy đo tọa độ 3 chiều CMM

Máy đo tọa độ CMM được cấu tạo từ 4 bộ phần chính, bao gồm: thân máy, đầu đo, hệ thống điều khiển và phần mềm đo lường. Khách hàng có thể tham khảo thông tin chi tiết như sau: 

• Thân máy: Là bộ phận có kích thước lớn nhất của máy đo CMM. Thân máy bao gồm một bàn cố định và hệ hệ thống giá đỡ đầu dò có thể di chuyển. 
• Hệ thống điều khiển: Đây là bộ phận có thiết kế phức tạp với nhiều kết cấu cơ khí, truyền động, bảng mạch điện tử, màn hình hiển thị,… Hệ thống này giúp điều khiển thủ công hoặc tự động các đầu dò chuyển động đa chiều.

• Đầu dò: Máy đo CMM sử dụng nhiều loại đầu dò khác nhau, nhưng phổ biến nhất có thể kể đến như đầu dò cơ khí, đầu dò quang, đầu dò laser và đầu dò ánh sáng trắng.
• Phần mềm đo lường: Một phần không thể thiếu của máy đo tọa độ giúp thu thập, xử lý dữ liệu và điều khiển hệ thống theo các thuật toán đã được thiết lập sẵn. Các phần mềm sẽ khác nhau giữa từng dòng máy hoặc nhà sản xuất.

Nguyên lý hoạt động của máy đo tọa độ

Sau khi đã khởi động máy đo CMM, đầu dò cảm biến tiến hành tiếp xúc với bề mặt của bộ phận. Bằng cách di chuyển đầu dò đến các hướng tọa độ X, Y và Z phù hợp, chúng ta có thể thu được hình ảnh phác thảo. Độ chính xác được tính dựa trên công thức: 2,6 + L/300. Trong đó, “L” là đại lượng cho biết chiều dài, được tính bằng đơn vị milimet (mm). Khách hàng có thể tham khảo chi tiết ở hình bên dưới.

Sự chuyển động của đầu dò có thể thu được bằng tay hoặc hệ thống máy tính được lập trình sẵn. Khách hàng có thể lấy dữ liệu về bộ phận sau khi đo trên CMM thông qua máy tính. Điều này giúp giảm thời gian dành cho quá trình kiểm tra. 

Phân loại một số loại máy đo CMM

Hiện nay, có nhiều máy đo tọa độ được cung cấp trên thị trường. Mỗi máy đều có những ưu, nhược điểm và cấu tạo riêng. Tuy nhiên, các loại máy đo CMM thường được phân dựa trên hệ tọa độ được CMM sử dụng và sự tương tác giữa CMM và bề mặt bộ phận.

Dựa trên hệ tọa độ sử dụng

Dựa trên hệ trục tọa độ, máy đo CMM được phân thành 2 loại là máy đo sử dụng hệ tọa độ Descartes (với khoảng 2 – 6 trục) và máy đo không sử dụng hệ tọa độ Descartes. Các máy không sử dụng hệ tọa độ này thường là máy đo CMM quang học như: hệ thống đo quang (photogrammetry system), phép chiếu rìa (fringe projection), bộ theo dõi laser (laser tracker),… Các máy đo CMM sử dụng hệ tọa độ Descartes có thể kể đến như sau:

CMM cầu di chuyển (Moving-bridge CMM) 

Được sử dụng phổ biến trong các lĩnh vực công nghiệp và phòng thí nghiệm bởi độ chính xác, tốc độ đo cao. Moving-bridge CMM có thể đo được bộ phận với đa dạng mẫu mã, kích thước. Máy đo này có 2 chân (cầu) có thể di chuyển nên có thể xảy ra hiện tượng xê dịch dẫn đến một số sai sót. 

CMM cầu cố định (Fixed-bridge CMM)

Là máy đo CMM sử dụng hệ tọa độ Descartes có độ chính xác cao nhất, tốc độ đo cũng thấp nhất trong các loại máy. Fixed-bridge CMM có 2 chân (cầu) cố định nên bàn đo có thể di chuyển để lấy thông tin tổng quát.

CMM cánh tay ngang (Cantilever CMM)

Máy đo CMM này thường được sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô để đo thân xe lắp ráp. Điểm đặc biệt của Cantilever CMM là sử dụng một cánh tay đo vươn dài nên có thể tiếp cận bề mặt của các bộ phận có kích thước lớn. Tuy nhiên, Cantilever CMM có bộ chính xác thấp hơn các loại kề trên vì cánh tay đo có thể bị uốn cong ở vị trí xa chân trụ. Điều này dẫn đến sai số và giảm độ chính xác của phép đo.  

Giàn CMM (Gantry CMM)

Đây là loại máy đo CMM chủ yếu được dùng trong việc đo các bộ phận có kích thước lớn trên 10m. Do đó, giàn CMM có khối lượng đo lớn nhất, nhưng độ chính xác cũng thấp nhất trong các máy đo CMM sử dụng hệ tọa độ Descartes. 

CMM hình chữ L (L-shaped CMM)

Máy đo CMM hình chữ L không được phổ biến do được thiết kế để đáp ứng một số phép đo nhất định. Ngoài ra, máy đo này cũng chỉ được dùng để đo các bộ phận có hình dáng nhất định. Điểm đặc biệt của máy đo tọa độ này là chân hình chữ L giúp giảm tác động uốn cong, hạn chế sai số khi đo. 

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

Các máy đo tọa độ sẽ được phân loại thành CMM tiếp xúc và CMM không tiếp xúc (hay CMM quang học). 

CMM tiếp giác (Tactile CMM) là loại máy đo CMM chạm cơ học vào bề mặt của bộ phận cần thực hiện phép đo. Những máy đo này bao gồm: CMM cầu di chuyển, CMM cầu cố định, CMM có khớp nối, giàn CMM,… Máy đo CMM tiếp xúc sử dụng đầu dò vật lý để chạm vào bề mặt bộ phận giúp phác thảo chính xác các chi tiết thành mô hình 3D. Do đó, kết quả từ máy đo này chính xác hơn, nhưng tốc độ đo sẽ chậm hơn.

Ứng dụng của máy đo CMM

Hiện nay, máy đo tọa độ là một phần không thể thiếu trong các ngành công nghệ sản xuất bởi độ chính xác cao của các phép đo. Một số ứng dụng phổ biến của CMM như sau:

• Máy đo CMM được sử dụng để xác định độ chính xác về kích thước của các bộ phận kỹ thuật.
• Xác định hình dạng, vị trí, sự liên kết và tình trạng của kim loại.
• Được ứng dụng trong một số ngành công nghiệp sản xuất như: ô tô, máy bay, vũ trụ, điện tử,…  

Ưu, nhược điểm của máy đo CMM

Bất kỳ sản phẩm nào, dù hoàn hảo đến đâu vẫn có những ưu, nhược điểm riêng. Do đó, việc hiểu rõ hai vấn đề này sẽ giúp khách hàng có thể vận hành hiệu quả, mang đến các phép đo chính xác hơn. 

Ưu điểm:

• Động cơ có tính hao mòn thấp, độ bền cao và thời gian sử dụng lâu. Do đó, khách hàng chỉ cần bảo dưỡng đúng cách mà rất ít phải sửa chữa, thay thế. 
• Phần mềm liên tục được cập nhật để đảm bảo tính hiệu quả, chính xác, thân thiện với người dùng và tiêu chuẩn hóa.
• Khách hàng chỉ cần phải nâng cấp phần mềm lên phiên bản mới hơn để đảm bảo hiệu năng đo thay vì phải thay mới. 
• Các máy đo CMM phiên bản mới có khả năng vận hành tốt và cho kết quả chính xác hơn trong các điều kiện môi trường như: rung lắc, nền không bằng phẳng,…

Nhược điểm:

• Chưa được tiêu chuẩn hóa giữa các phần mềm của những máy tọa độ. Điều này dễ thấy ở các hãng sản xuất khác nhau bởi vì họ có hệ sinh thái riêng.
• Hệ thống CMM có thể phức tạp để vận hành đối với một số người. Do đó, để có thể cho ra phép đo chính xác cần được đào tạo chuyên sâu.

Tiêu chí chọn máy đo CMM sao cho phù hợp

Để có thể lựa chọn 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 về kích thước của máy đo và bộ phận cần đo là rất quan trọng. Điều này giúp đảm bảo kết quả đo được chính xác nhất có thể. 

• Yêu cầu đo lường: Tùy thuộc vào bộ phận, dung sai mà khách hàng cần phải chọn một thiết bị đo lường phù hợp. 
• Bộ phận cần đo: Đối với các bộ phận có nhiều đặc điểm tính năng, đòi hỏi máy đo CMM phải có khả năng tương thích như: thay đổi đầu dò, phương thức dò,… 
• Xem xét môi trường: Điều kiện sản xuất thường dễ phát sinh bụi bẩn và dầu có thể ảnh hưởng đến kết quả đo nên phải chọn một hệ thống chắc chắn hơn và có độ tin cậy cao.
• Đánh giá hiệu suất của máy: Hiệu suất đo lường CMM tổng thể là rất quan trọng đối với năng suất sản xuất. Đánh giá hiệu suất là sự kết hợp của các công nghệ phù hợp để hợp nhất với các yêu cầu ứng dụng cụ thể.

>>> Khám phá ngay: Máy đo kích thước tự động dòng trung MICRO-VU EXCEL 511/512/701/702/704

Hướng dẫn sử dụng máy đo tọa độ 3 chiều

Hiện nay, vẫn còn nhiều khách hàng chưa biết cách đo bằng máy CMM nên VTECH sẽ chia sẻ một ít kinh nghiệm như sau:

• Bước 1: Khởi động máy tính rồi mở phần mềm đo được cài đặt sẵn để chuẩn bị đo.
• Bước 2: Bật nguồn sáng chính và nguồn sáng phụ sao cho có thể thấy phôi đo được đặt trên bàn đo. Sau đó, di chuyển bàn đo theo trục tọa độ Descartes đến vị trí đo. Tiếp tục xoay tay cầm lấy nét tại cao độ để phôi đo đi qua đi qua hệ thống chụp quang học và cho kết quả rõ nét trên màn hình hiển thị. 

• Bước 3: Dựa trên loại máy đo và kích thước phôi cần đo để thiết lập tọa độ trên phần mềm đo phù hợp. Khách hàng có thể di chuyển bàn đo theo trục X, Y để lấy được kết quả đo phù hợp.
• Bước 4: Lặp lại bước 2, 3 để thu được kết quả đo phù hợp và chính xác nhất.
• Bước 5: Đóng phần mềm, tắt máy tính và các công tắc đèn.
  

>> Tìm hiểu ngay: Máy đo 2D là gì? Cách sử dụng máy đo 2D hiệu quả nhất

Trên đây là những thông tin tổng quan về máy đo CMM mà khách hàng cần biết khi có ý định sử dụng trong sản xuất chế tạo bộ phận cơ khí. Hầu hết những loại máy này đều được thiết kế một phần mềm đi kèm để đảm bảo khả năng vận hành. Để biết thêm chi tiết, khách hàng vui lòng liên hệ với VTECH nhằm được hỗ trợ tư vấn trực tiếp