Máy đo 3D (CMM) là gì? Cấu tạo, chức năng và phân loại
Máy CMM được sử dụng phổ biến trong các phòng QC và phòng thí nghiệm nhằm đảm bảo chất lượng các chi tiết sản phẩm trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, cơ khí khác nhau. Trong bài viết này hãy cùng Tinh Hà tìm hiểu về thiết bị đo có độ chính xác cực cao này.
1. Máy đo 3D (CMM) là gì?
Máy đo 3D hay máy đo tọa độ 3 chiều, máy CMM (viết tắt của Coordinate Measuring Machine) là thiết bị đo biên dạng hình học 3D của các vật thể bằng cách xác định tọa độ ba chiều X, Y, Z của các điểm đo thu thập được trên bề mặt của vật thể cần đo kiểm thông qua đầu dò. Máy đo 3D sử dụng nhiều loại đầu dò khác nhau gồm đầu đo chạm, đầu quét laser, đầu dò cảm biến quang học.
2. Cấu tạo máy đo 3D (CMM)
Một máy đo tọa độ (CMM) bao gồm 4 phần chính như sau.
- Thân máy
Đối với các máy đo 3D cố định, thân máy được thiết kế với hệ thống giá đỡ đầu dò có thể di chuyển theo ba trục, kèm theo một bàn máy cố định để đặt mẫu vật đo. Còn những máy đo 3D di động thì có thân máy gọn nhẹ hơn, có thể là dạng cánh tay máy có các khớp nối chuyển động linh hoạt hoặc kiểu bộ phận thu phát với thân máy chỉ nhỏ cỡ một chiếc máy phóng hình.
- Hệ thống điều khiển
Bao gồm một loạt những kết cấu cơ khí, truyền động, hệ thống cân bằng, các bảng mạch điện tử, màn hình hiển thị, bảng điều khiển hoặc tay cầm, cho phép điều khiển thủ công hoặc tự động những chuyển động đa chiều của đầu dò.
- Đầu dò
Có nhiều loại đầu dò được sử dụng trên máy đo 3D, phổ biến nhất là đầu dò cơ khí (mechanical), đầu dò quang (optical), đầu dò laser (laser), đầu dò ánh sáng trắng (white light).
- Phần mềm
Phần mềm chuyên dụng được sử dụng tùy theo loại máy đo 3D cho phép điều khiển hệ thống, thu thập và xử lý dữ liệu để đưa ra những thông số cần kiểm tra đo lường hoặc để phục vụ cho nhu cầu thiết kế ngược.
3. Chức năng của máy đo tọa độ 3D (CMM)
Nhờ vào tính năng đo lường biên dạng hình học dựa vào tọa độ 3 chiều X, Y, Z có độ chính xác rất cao, máy đo 3D thường được dùng để đo kích thước, kiểm tra mẫu, lược đồ góc, hướng hoặc chiều sâu của vật thể, đảm bảo cho các chi tiết được sản xuất ra đạt tiêu chuẩn trong giới hạn dung sai cho phép.
Máy đo tọa độ (CMM) cũng rất lý tưởng để đo các vật thể có tính chất dễ thay đổi về hình dạng, kích thước như cao su, nhựa mềm,… bởi quá trình đo không làm ảnh hưởng đến bề mặt, hình dạng hay kết cấu của mẫu vật.
Không chỉ đo kích thước, máy đo tọa độ còn có thể đo được độ tròn trụ, độ đồng tâm. Có thể thấy với một CMM có thể thay thế được rất nhiều những dụng cụ đo riêng lẻ khác như panme, thước cặp, máy đo độ tròn, thước đo cao…
Cùng với chức năng đo lường kiểm tra kích thước của các chi tiết, máy đo tọa độ còn có được sử dụng trong mục đích thiết kế ngược bằng cách tạo ra những bản vẽ thiết kế dựa trên dữ liệu hình ảnh ba chiều thu thập được từ chi tiết sản phẩm sẵn có.
4. Phân loại máy đo 3 chiều (CMM)
Theo kết cấu của máy thì CMM được chia thành những loại sau:
- Máy đo 3D kiểu chìa đỡ: trục đo được đỡ bởi một kết cấu đỡ trục gần giống giàn cần cẩu.
- Máy đo 3D kiểu cầu: trục đo thẳng đứng gắn di động trên một dầm ngang đặt trên 2 trụ đỡ, loại máy này giúp mở rộng phạm vi đo của chi tiết cần đo.
- Máy đo 3D kiểu giàn: có kết cấu khung treo trên các ụ đỡ để có thể mở rộng phạm vi trên các chi tiết cần đo, cấu trúc loại này gần giống với kiểu cầu.
- Máy đo 3D kiểu trục ngang: trục lắp đầu dò được nằm ngang và được gắn với một giá đỡ thẳng đứng.
- Máy đo 3D kiểu tay gập: thường là các máy nhỏ di động, cho phép đầu dò xoay linh hoạt theo nhiều hướng khác nhau.
- Máy đo 3D kiểu cầm tay: thường là các máy có hai bộ phận thu và phát, bộ phận phát nhỏ gọn có thể cầm tay để di chuyển linh hoạt và có chứa đầu scan laser.
Nếu phân loại theo hệ thống điều khiển thì có 4 loại máy đo 3D gồm:
- Máy đo tọa độ CMM manual được dẫn động thủ công bằng tay.
- Máy đo tọa độ được dẫn động bằng động cơ với quá trình dò tự động.
- Máy đo tọa độ được điều khiển qua máy tính.
- Máy đo tọa độ được liên kết với CAD, CAM, FMS…
5. Ưu điểm của máy đo CMM
Ưu điểm đầu tiên của máy đo tọa độ 3D (CMM) là có độ chính xác rất cao. Bằng cách sử dụng máy đo 3D, các nhà sản xuất có thể đảm bảo các chi tiết sản phẩm đạt được các tiêu chuẩn kích thước đúng theo yêu cầu đề ra.
Nhờ vào các chức năng và tính ứng dụng cao của máy đo 3D mà loại máy này giúp tiết kiệm thời gian trong đo kiểm, so sánh kích thước các chi tiết khi loại bỏ được nhiều dụng cụ đo riêng lẻ, cũng như quy trình phức tạp khi sử dụng những dụng cụ đó.
Máy đo 3D CMM có thể đo lường được trên nhiều loại vật liệu khác nhau, nhiều kích thước, hình dạng phức tạp của các chi tiết, lại đảm bảo độ chính xác cao. Điều này khó có thể thực hiện được với những thiết bị đo thông thường khác.
Khi đo những chi tiết giống nhau, máy đo 3D có thể tự động đo lặp lại tại cùng tọa độ của những điểm chạm trên mỗi chi tiết theo một quy trình đo nhất định, điều này đảm bảo tính đồng nhất, cho kết quả so sánh được chính xác nhất.
Nhiều CMM có chức năng thiết kế ngược, cho phép người dùng có thể tạo ra các bản vẽ dựa trên các chi tiết sản phẩm sẵn có. Điều này giúp rút ngắn thời gian thiết kế, đồng thời cũng tạo ra những bản thiết kế có độ chính xác cao.
6. Nhược điểm, hạn chế của máy đo 3D CMM
Hạn chế lớn nhất của máy đo 3D khiến nhiều doanh nghiệp không thể sử dụng là giá thành cao. Bởi thế nên loại máy này chủ yếu chỉ được dùng tại các doanh nghiệp sản xuất lớn hay những công ty chuyên cung ứng các dịch vụ đo lường.
Một hạn chế khác của máy đo 3D đầu dò cảm ứng là mỗi lần chạm chỉ lấy được dữ liệu của một điểm duy nhất, điều này có thể sẽ mất khá nhiều thời gian đối với những chi tiết phức tạp. Tuy nhiên, để khắc phục vấn đề này, máy đo 3D với kiểu đầu quét laser sẽ là giải pháp thay thế hiệu quả, khi mỗi lần quét thì máy sẽ thu thập dữ liệu được của một tập hợp điểm, qua đó rút ngắn thời gian đo lường.
» Tìm hiểu thêm: Máy đo quét laser 3D FARO ScanArm
Nhược điểm khác của những máy CMM là có kích thước khá lớn, chiếm nhiều diện tích không gian và cố định tại một chỗ, khá bất tiện khi cần đo chi tiết nào cũng cần phải đưa vào máy. Hiện nay, để khắc phục nhược điểm này, các máy đo CMM di động với thiết kế nhỏ gọn, tính linh động cao, có thể đo được ở bất cứ đâu đã được sử dụng nhiều hơn.
7. Chọn máy đo 3D (CMM) sao cho phù hợp
Các máy đo tọa độ 3 chiều CMM ngày càng được sử dụng nhiều hơn bởi độ chính xác cao cũng như các tính năng vượt trội. Có nhiều loại máy đo tọa độ CMM khác nhau, và để lựa chọn được một mẫu máy phù hợp thì các bạn cần lưu ý đến những tiêu chuẩn sau:
- Kích thước của chi tiết để lựa chọn được phạm vi đo của máy phù hợp.
- Dung sai của sản phẩm để chọn đầu đo phù hợp.
- Hệ thống phần mềm phù hợp nhu cầu.
- Chi phí đầu tư phù hợp với dòng máy CMM nào (dòng CMM tự động hay dòng Manual dùng tay).
- Tính linh động trong quá trình đo lường, để chọn dòng máy CMM cố định hay loại di động.
Ngoài ra tùy yêu cầu mà có thể quan tâm thêm tiêu chuẩn sử dụng trong phòng thí nghiệm hay tại xưởng, chức năng thiết kế ngược, tính năng bù nhiệt độ, khả năng chống va đập của máy.
Công ty TNHH Thương Mại Dịch Vụ Tinh Hà
Đại lý chính hãng máy CMM Mitutoyo và máy đo 3D di động FARO tại Việt Nam.
Hotline: Điện thoại: (024) 6668-9888/6668-8988 – 0945 275 870
Email: tinhha@tinhha.vn
