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 tọa độ 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 3 chiều 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.