Tìm hiểu về máy đo 3D CMM

1. Giới thiệu về “3D CMM”

3D CMM (viết tắt của Three-Dimensional Coordinate Measuring Machine) là dạng máy đo tọa độ ba chiều, một công cụ đo lường chính xác dùng trong lĩnh vực métrologie (đo lường kỹ thuật). Máy sử dụng đầu dò (contact probe) hoặc cảm biến không tiếp xúc (optical, laser, ánh sáng trắng…) để xác định các điểm tọa độ (X, Y, Z) trên bề mặt chi tiết. Từ đó, phần mềm sẽ tính toán các thông số hình học: khoảng cách, góc, độ thẳng, độ phẳng, dung sai hình học, so sánh với mô hình CAD và nhiều đặc tính khác.

Máy 3D CMM là một phiên bản hiện đại của máy CMM truyền thống (thường gọi là CMM cầu, CMM cánh tay, CMM cổng…), được trang bị thêm các chức năng, cảm biến hoặc thuật toán xử lý nâng cao để đáp ứng yêu cầu đo hình học phức tạp hơn trong sản xuất hiện đại.

Việc sử dụng 3D CMM giúp doanh nghiệp đảm bảo chất lượng, rút ngắn thời gian kiểm tra, giảm lỗi và cải thiện năng suất.

2. Nguyên lý hoạt động của 3D CMM

2.1. Hệ tọa độ ba chiều (X, Y, Z)

Máy 3D CMM vận hành trong hệ tọa độ Descartes: X (trục ngang), Y (trục dọc), Z (trục cao/thấp). Khi đầu dò di chuyển để chạm hoặc quét bề mặt chi tiết, nó ghi lại tọa độ XYZ tại từng điểm tiếp xúc. Tập hợp nhiều điểm này tạo thành point cloud (đám mây điểm) mô tả bề mặt chi tiết.

2.2. Đầu dò / cảm biến đo (Probe / Sensor)

• Đầu dò tiếp xúc (tactile probe): đầu viên bi nhỏ (ruby, sứ, thép) tiếp xúc với bề mặt để kích hoạt đo điểm.
• Cảm biến không tiếp xúc (optical, laser, ánh sáng): dùng ánh sáng, tia laser, camera để quét bề mặt, phù hợp các chi tiết mỏng, tinh vi hoặc bề mặt khó tiếp xúc.
• Một số hệ thống đa cảm biến (multisensor CMM) kết hợp cả đo tiếp xúc và đo quét để cho kết quả linh hoạt hơn.

2.3. Phần cơ khí và khung máy

coordinate measuring machine thường gồm:

• Khung máy (bridge, gantry, cánh tay, portal…): tạo cấu trúc cứng vững để di chuyển đầu đo qua các trục.
• Bàn đo / bệ granite / tấm định vị: bề mặt ổn định để đặt chi tiết.
• Cơ cấu dẫn hướng (guideway), bi lăn, bạc trượt, dẫn hướng khí (air bearing)… để đảm bảo chuyển động mượt và độ chính xác cao.
• Bộ khống chế (controller), thiết bị điều khiển (PC, PLC…), phần mềm đo và xử lý.

2.4. Xử lý dữ liệu và phần mềm

Khi đã ghi nhận tập hợp các điểm (point cloud), phần mềm sẽ:

• Lắp mô hình hình học (fit) các yếu tố như đường tròn, đường kính, mặt phẳng, hình trụ, hình nón, đường xoắn…
• Tính toán các dung sai hình học (GD&T – Geometric Dimensioning & Tolerancing).
• So sánh kết quả với mô hình CAD để xác định sai lệch (deviation).
• Tạo báo cáo kiểm tra, thống kê, biểu đồ sai số…

Máy hiện đại cũng có thể tự động lập chương trình đo, tối ưu đường đi của đầu dò, giảm thời gian đo lặp, cải thiện hiệu năng.