Tin tức - Hướng dẫn đầy đủ về máy đo tọa độ CMM và thiết bị đo.

Máy đo tọa độ (CMM) là gì?

Hãy tưởng tượng một cỗ máy kiểu CNC có khả năng thực hiện các phép đo cực kỳ chính xác một cách tự động hóa cao. Đó chính là những gì máy đo tọa độ (CMM) làm được!

CMM là viết tắt của “Coordinate Measuring Machine” (Máy đo tọa độ). Chúng có lẽ là thiết bị đo 3D tối ưu nhất xét về sự kết hợp giữa tính linh hoạt, độ chính xác và tốc độ tổng thể.

Ứng dụng của máy đo tọa độ

Máy đo tọa độ (CMM) rất hữu ích bất cứ khi nào cần thực hiện các phép đo chính xác. Và các phép đo càng phức tạp hoặc càng nhiều thì việc sử dụng CMM càng mang lại nhiều lợi ích.

Thông thường, máy đo tọa độ (CMM) được sử dụng để kiểm tra và kiểm soát chất lượng. Tức là, chúng được dùng để xác minh rằng chi tiết đáp ứng các yêu cầu và thông số kỹ thuật của nhà thiết kế.

Chúng cũng có thể được sử dụng đểkỹ thuật đảo ngượcCác bộ phận hiện có được tạo ra bằng cách đo đạc chính xác các đặc điểm của chúng.

Ai đã phát minh ra máy đo tọa độ (CMM)?

Những chiếc máy đo tọa độ (CMM) đầu tiên được phát triển bởi công ty Ferranti của Scotland vào những năm 1950. Chúng cần thiết cho việc đo lường chính xác các bộ phận trong ngành hàng không vũ trụ và quốc phòng. Những chiếc máy đầu tiên chỉ có 2 trục chuyển động. Máy 3 trục được giới thiệu vào những năm 1960 bởi DEA của Ý. Điều khiển bằng máy tính xuất hiện vào đầu những năm 1970 và được giới thiệu bởi Sheffield của Mỹ.

Các loại máy đo tọa độ (CMM)

Có năm loại máy đo tọa độ:

CMM kiểu cầu: Trong thiết kế này, phổ biến nhất, đầu CMM di chuyển trên một cầu. Một bên của cầu di chuyển trên một thanh ray trên thân máy, và bên kia được đỡ bằng đệm khí hoặc phương pháp khác trên thân máy mà không cần thanh dẫn hướng.
CMM kiểu cầu trục: Cầu trục chỉ đỡ cầu ở một phía.
Máy đo tọa độ kiểu khung giàn: Máy đo tọa độ kiểu khung giàn sử dụng thanh dẫn hướng ở cả hai bên, giống như máy phay CNC. Đây thường là những máy đo tọa độ lớn nhất, vì vậy chúng cần thêm giá đỡ.
Máy đo tọa độ CMM cần ngang: Hãy hình dung một cần trục, nhưng toàn bộ phần cầu di chuyển lên xuống dọc theo một cánh tay duy nhất thay vì xoay quanh trục của chính nó. Đây là loại máy đo tọa độ CMM có độ chính xác thấp nhất, nhưng chúng có thể đo các chi tiết mỏng và lớn như thân xe ô tô.
Máy đo tọa độ CMM dạng tay cầm di động: Những máy này sử dụng các tay cầm có khớp nối và thường được định vị thủ công. Thay vì đo trực tiếp tọa độ XYZ, chúng tính toán tọa độ từ vị trí quay của mỗi khớp và chiều dài đã biết giữa các khớp.

Mỗi loại đều có ưu điểm và nhược điểm riêng tùy thuộc vào loại phép đo cần thực hiện. Các loại phép đo này đề cập đến cấu trúc của máy được sử dụng để định vị vật thể.đầu dòliên quan đến bộ phận đang được đo.

Dưới đây là một bảng hữu ích giúp bạn hiểu rõ hơn về ưu điểm và nhược điểm:

CMM Loại	Sự chính xác	Tính linh hoạt	Thích hợp nhất để đo lường.
Cầu	Cao	Trung bình	Các linh kiện cỡ trung bình đòi hỏi độ chính xác cao.
Công xôn	Cao nhất	Thấp	Các linh kiện nhỏ đòi hỏi độ chính xác rất cao.
Cánh tay ngang	Thấp	Cao	Các bộ phận lớn đòi hỏi độ chính xác thấp.
Giàn giáo	Cao	Trung bình	Các bộ phận lớn đòi hỏi độ chính xác cao.
Loại tay cầm di động	Thấp nhất	Cao nhất	Khi tính di động là tiêu chí quan trọng nhất.

Thông thường, đầu dò được định vị theo 3 chiều – X, Y và Z. Tuy nhiên, các máy móc hiện đại hơn cũng cho phép thay đổi góc của đầu dò, cho phép đo ở những vị trí mà đầu dò không thể tiếp cận được. Bàn xoay cũng có thể được sử dụng để cải thiện khả năng tiếp cận các chi tiết khác nhau.

Máy đo tọa độ (CMM) thường được làm bằng đá granit và nhôm, và chúng sử dụng ổ trục khí.

Đầu dò là cảm biến xác định vị trí bề mặt của chi tiết khi thực hiện phép đo.

Các loại đầu dò bao gồm:

Cơ khí
Quang học
Laser
Ánh sáng trắng

Máy đo tọa độ được sử dụng theo ba cách chính:

Bộ phận Kiểm soát Chất lượng: Tại đây, sản phẩm thường được bảo quản trong phòng sạch có điều hòa nhiệt độ để tối đa hóa độ chính xác.
Xưởng sản xuất: Tại đây, các máy đo tọa độ (CMM) được đặt ngay cạnh các máy CNC để dễ dàng thực hiện kiểm tra trong một dây chuyền sản xuất, với khoảng cách di chuyển tối thiểu giữa CMM và máy gia công chi tiết. Điều này cho phép thực hiện các phép đo sớm hơn và thường xuyên hơn, dẫn đến tiết kiệm chi phí vì các lỗi được phát hiện sớm hơn.
Tính di động: Máy đo tọa độ (CMM) di động rất dễ mang theo. Chúng có thể được sử dụng trong xưởng sản xuất hoặc thậm chí mang đến địa điểm xa cơ sở sản xuất để đo các bộ phận tại hiện trường.

Máy đo tọa độ (CMM) có độ chính xác như thế nào?

Độ chính xác của máy đo tọa độ (CMM) rất khác nhau. Nhìn chung, chúng hướng đến độ chính xác micromet hoặc tốt hơn. Nhưng điều đó không dễ dàng. Thứ nhất, sai số có thể là hàm số của kích thước, vì vậy sai số đo của CMM có thể được xác định bằng một công thức ngắn bao gồm chiều dài của phép đo như một biến số.

Ví dụ, máy đo tọa độ CMM Global Classic của Hexagon được liệt kê là một máy đo tọa độ CMM đa năng giá cả phải chăng, và độ chính xác của nó được nêu như sau:

1.0 + L/300um

Các số đo đó tính bằng micromet, còn L được chỉ định bằng mm. Vì vậy, giả sử chúng ta đang cố gắng đo chiều dài của một chi tiết có kích thước 10mm. Công thức sẽ là 1,0 + 10/300 = 1,0 + 1/30 hoặc 1,03 micromet.

Một micron bằng một phần nghìn của mm, tức là khoảng 0,00003937 inch. Vì vậy, sai số khi đo chiều dài 10mm của chúng ta là 0,00103 mm hoặc 0,00004055 inch. Sai số này nhỏ hơn một nửa của một phần mười – khá nhỏ!

Mặt khác, độ chính xác cần phải gấp 10 lần giá trị chúng ta đang cố gắng đo. Điều đó có nghĩa là chúng ta chỉ có thể tin tưởng vào phép đo này với độ chính xác gấp 10 lần giá trị đó, tức là 0,00005 inch. Vẫn là một sai số khá nhỏ.

Mọi thứ thậm chí còn trở nên phức tạp hơn đối với các phép đo CMM tại xưởng sản xuất. Nếu máy CMM được đặt trong phòng thí nghiệm kiểm tra có kiểm soát nhiệt độ, điều đó sẽ giúp ích rất nhiều. Nhưng tại xưởng sản xuất, nhiệt độ có thể thay đổi khá nhiều. Có nhiều cách mà máy CMM có thể bù trừ cho sự thay đổi nhiệt độ, nhưng không có cách nào là hoàn hảo.

Các nhà sản xuất máy đo tọa độ (CMM) thường chỉ định độ chính xác cho một dải nhiệt độ, và theo tiêu chuẩn ISO 10360-2 về độ chính xác của CMM, dải nhiệt độ điển hình là 64-72°F (18-22°C). Điều đó rất tốt trừ khi nhiệt độ trong xưởng của bạn lên đến 86°F vào mùa hè. Khi đó, bạn sẽ không có thông số kỹ thuật chính xác cho sai số.

Một số nhà sản xuất sẽ cung cấp cho bạn một bộ các bậc thang hoặc dải nhiệt độ với các thông số độ chính xác khác nhau. Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu bạn đang ở trong nhiều dải nhiệt độ khác nhau cho cùng một lô linh kiện vào những thời điểm khác nhau trong ngày hoặc những ngày khác nhau trong tuần?

Trước tiên, cần phải lập ngân sách rủi ro cho những trường hợp xấu nhất. Nếu những trường hợp xấu nhất đó dẫn đến dung sai không thể chấp nhận được đối với các bộ phận, thì cần phải thực hiện thêm các thay đổi trong quy trình:

Bạn có thể giới hạn việc sử dụng CMM vào những thời điểm nhất định trong ngày khi nhiệt độ nằm trong phạm vi thuận lợi hơn.
Bạn có thể chọn chỉ gia công các chi tiết hoặc đặc điểm có dung sai thấp hơn vào những thời điểm cụ thể trong ngày.
Các máy đo tọa độ (CMM) tốt hơn có thể có thông số kỹ thuật phù hợp hơn với dải nhiệt độ của bạn. Chúng có thể đáng giá mặc dù giá thành có thể cao hơn nhiều.

Dĩ nhiên, những biện pháp này sẽ gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến khả năng lập kế hoạch công việc chính xác của bạn. Đột nhiên bạn nghĩ rằng việc đầu tư vào hệ thống điều hòa không khí tốt hơn trong xưởng sản xuất có thể là một khoản đầu tư đáng giá.

Bạn có thể thấy toàn bộ quá trình đo lường này khá rắc rối như thế nào.

Yếu tố quan trọng khác đi kèm là cách xác định dung sai cần kiểm tra bằng máy đo tọa độ (CMM). Tiêu chuẩn vàng là Kích thước và Dung sai Hình học (GD&T). Hãy tham khảo khóa học giới thiệu về GD&T của chúng tôi để tìm hiểu thêm.

Phần mềm CMM

Các máy đo tọa độ (CMM) sử dụng nhiều loại phần mềm khác nhau. Tiêu chuẩn chung được gọi là DMIS, viết tắt của Dimensional Measurement Interface Standard (Tiêu chuẩn giao diện đo chiều). Mặc dù không phải là giao diện phần mềm chính cho mọi nhà sản xuất CMM, nhưng hầu hết đều hỗ trợ nó.

Các nhà sản xuất đã tạo ra những hương vị độc đáo riêng để bổ sung các tác vụ đo lường mà DMIS không hỗ trợ.

DMIS

Như đã đề cập, DMIS là tiêu chuẩn, nhưng giống như mã G của CNC, có nhiều biến thể khác nhau, bao gồm:

PC-DMIS: Phiên bản của Hexagon
OpenDMIS
TouchDMIS: Perceptron

MCOSMOS

MCOSTMOS là phần mềm đo tọa độ (CMM) của Nikon.

Calypso

Calypso là phần mềm đo tọa độ (CMM) của Zeiss.

Phần mềm CMM và CAD/CAM

Phần mềm và lập trình CMM có liên quan như thế nào đến phần mềm CAD/CAM?

Có rất nhiều định dạng tệp CAD khác nhau, vì vậy hãy kiểm tra xem phần mềm CMM của bạn tương thích với những định dạng nào. Sự tích hợp tối ưu được gọi là Định nghĩa dựa trên mô hình (Model Based Definition - MBD). Với MBD, chính mô hình có thể được sử dụng để trích xuất kích thước cho CMM.

MDB là một công nghệ khá tiên tiến, vì vậy nó chưa được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các trường hợp.

Đầu dò, đồ gá và phụ kiện CMM

Đầu dò CMM

Có nhiều loại và hình dạng đầu dò khác nhau để phục vụ cho nhiều ứng dụng khác nhau.

Đồ gá CMM

Các đồ gá giúp tiết kiệm thời gian khi nạp và dỡ chi tiết trên máy đo tọa độ (CMM), tương tự như trên máy CNC. Thậm chí, bạn còn có thể tìm thấy các máy CMM có bộ nạp pallet tự động để tối đa hóa năng suất.