2.6.1 Máy đo toạ độ 3 chiều (CMM) Crysta – Plus M574. * Máy đo 3D (CMM) là gì?
Máy đo CMM tên tiếng Anh đầy đủ là Coordinate Measuring Machine chính là máy đo tọa độ 3 chiều được biết đến như một giải pháp cho các khâu trong quá trình sản xuất thiết bị điện tử hay sản xuất phương tiện giao thông từ điện thoại, laptop, tivi đến ô tô và cả máy bay. Thiết bị này hiện đang khá được ưa chuộng trên thị trường nhờ khả năng tăng hiệu suất và tiết kiệm chi phí trong sản xuất.
* Máy đo 3D hoạt động như thế nào?
Máy đo tọa độ 3 chiều có khả năng đo hình dạng và kích thước vật lý của vật thể thông qua các đầu dò. Các đầu dò này sẽ tiếp xúc lên bề mặt của vật thể một cách gián tiếp hoặc trực tiếp và có thể di chuyển trên hệ trục X, Y, Z – tức là hệ trục 3D. Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại đầu dò khác nhau bao gồm: đầu chạm, đầu đo quang học, máy quét laze, đầu đo bằng camera và hệ thống ánh sáng. (Hình 2.14)
17
Hình 2.14: Máy đo toạ độ 3 chiều Crysta – Plus M574.
*Thông số kỹ thuật: Loại: cầu đo Mã sản phẩm Crysta-Plus M443 Crysta-Plus M574 Crysta-Plus M7106 Dải đo Trục X 15.74" (400mm) 19.68" (500mm) 27.55" (700mm) Trục Y 15.74" (400mm) 27.55" (700mm) 39.36"(1000mm) Trục Z 11.81" (300mm) 15.74" (400mm) 23.62" (600mm) Độ phân giải 0.000019" (0.0005mm) Bàn đế Chất liệu Đá Granite Kích thước 24.56" x 31.69" (624mm x 805mm) 30.07" x 46.25" (764mm x 1175mm) 35.43" x 68.50" (900mm x 1740mm) Ống lót ren M8 x 1.25mm
Phôi Chiều cao tối đa 18.89"(480mm) 23.22"(590mm) 31.49" (800mm) Khối lượng tối đa 396 lbs. (180kg) 1,763 lbs. (800kg)
Khối lượng (Bao gồm đế ) 793 lbs. (360kg) 1,424 lbs. (646kg) 3,968 lbs. (1800kg)
18 Kích Thước W x D x H 38.62 x 41.22 x77.44" (981 x 1047 x 1967mm) 56.45 x 44.17 x 89.25" (1434 x 1122 x 2267mm) 57.48 x 79.40 x 111.81" (1460 x 2017 x 2840mm) Nguồn cấp khí
Áp suất 50.7 PSI (0.35MPa) 58.0
PSI(0.4MPa) Mức tiêu thụ 1.76CFM (50L/min) Nguồn cấp 3.53CFM (100L/min)
2.6.2 Cấu tạo của máy đo 3D (CMM).
Máy đo kích thước 3 chiều cơ bản sẽ có các bộ phận chính gồm: (Hình 2.15)
Hệ thống đầu dò: đầu chạm, đầu đo quang học, máy quét laze hoặc camera và hệ thống ánh sáng.
Cấu trúc chính: hệ thống chuyển động đa chiều của đầu chạm bao gồm: dạng station cố định sử dụng để đo đạc vật thể nhỏ, dạng arms tay cầm chuyển động được và có thể hoạt động ở ngoài trời cho các vật thể lớn không thể đưa vào phòng thí nghiệm, …
Phần mềm thu thập, xử lý dữ liệu và điều khiển hệ thống: thiết bị điều khiển, màn hình điều khiển, phần mềm đưa ra dữ liệu đánh giá độ chính xác của sản phẩm so với bản vẽ ban đầu hoặc cung cấp bản vẽ của vật thể được đo.
19
Hình 2.15: Cấu tạo máy Crysta – Plus M574.
2.6.3 Phân loại máy đo kích thước 3D.
* Máy đo CMM kiểu cầu:
Đây là dạng máy đo ba chiều phổ biến nhất. Thiết bị này dùng cho các thành phần có kích thước trung bình, độ chính xác cao và tính linh hoạt vừa phải.
Máy đo CMM kiểu cầu có trục đo được lắp thẳng đứng với một dầm ngang đặt trên 2 ụ đỡ. Nó cho phép một đầu dò chuyển động dọc theo ba trục giao nhau trong một hệ tọa độ Cartesian ba chiều. Mỗi trục cảm biến thực hiện giám sát vị trí của đầu dò với độ chính xác đến từng micromet. Từ điểm tiếp xúc của các cảm biến vị trí đó, thiết bị này đo được bề mặt của đối tượng, đồng thời
giúp mở rộng phạm vi đo đối tượng đó.(Hình 2.16)
Hình 2.16: Máy đo CMM Chienwei CWB-9126
* Máy đo CMM kiểu chìa đỡ.
Khác với kiểu cầu, máy đo CMM kiểu chìa dỡ có đầu dò chỉ được gắn vào một bên của đế cứng. Loại CMM này thường được sử dụng để đo các bộ phận tương đối nhỏ, độ chính xác ở mức cao nhất và độ linh hoạt thấp nhất.
(Hình 2.17)
Trục đo được đỡ bởi một kết cấu đỡ trục với trọng lượng nhẹ giúp máy đo 3D này di chuyển nhanh chóng hơn. Công nghệ máy đo CMM chìa dỡ là một lựa chọn yêu thích tại các nhà máy bởi cơ chế tự động xếp và dỡ hàng hóa của chúng.
20
Hình 2.17: Máy đo 3 chiều Accretech XYZAX mju NEX
*Máy đo CMM kiểu dàn.
Máy CMM dạng này có cấu trúc tương tự dạng cầu, nhưng kích thước lớn hơn rất nhiều
Kiểu giàn có kết cấu khung treo trên các ụ đỡ để có thể mở rộng phạm vi trên các vật được đo. Hầu hết, thiết bị có nền đỡ vững chắc và được gắn trực tiếp xuống sàn. Nhờ đó, chúng có thể tải được các bộ phận nặng, tạo độ an toàn khá
tốt trong quá trình sản xuất. (Hình 2.18)
Thiết bị này cố định vị trí tại các nhà máy và chúng chiếm rất nhiều không gian. Do đó, chúng đặc biệt phổ biến trong ngành hàng không vũ trụ khi đo được các bộ phận có kích thước lớn mà đòi hỏi độ chính xác cực cao.
21
Hình 2.18: Máy đo tọa độ 3 chiều Mitutoyo FALCIO-Apex 2000/3000
* Máy đo CMM kiểu trục ngang.
Thiết bị có kết cấu: trục lắp đầu dò được đặt ngang chìa ra, một đầu gắn trên giá đỡ thẳng đứng có thể dịch chuyển được. Bởi thiết kế đó mà máy đo
CMM kiểu trục ngang có độ chính xác thấp nhất trong bốn loại. Tuy nhiên, chúng là loại hữu ích để đo các bề mặt lớn hoặc các đối tượng địa lý khó tiếp cận. Cho đến nay, với yêu cầu đo đạc các thành phần lớn yêu cầu dung sai hoạt
22
Hình 2.19: Máy CMM đầu đo có thể xoay Trimos C4.
2.6.4 Chức năng của máy đo 3D (CMM).
- Các máy CMM thường được sử dụng để đo lường về kích thước, đo kiểm mẫu, lược đồ góc, hướng hoặc chiều sâu, đo chép mẫu hoặc tạo hình.
- Các tính năng chung của máy CMM là có hệ thống bảo vệ chống va đập, khả năng lập trình offline, thiết kế ngược, phần mềm SPC và bù nhiệt độ. Các thông số cơ bản được quan tâm của máy là các hành trình đo theo trục X,Y,Z; độ phân giải và trọng lượng vật đo của máy.
Về kết cấu, máy CMM gồm nhiều loại: tay gấp (artigulated arm), kiểu cầu (bridge), kiểu chìa đỡ (cantilever), kiểu giàn (gantry) hay trục ngang (horizonal arm).
- Kiểu tay gấp thường là loại máy nhỏ cầm tay, cho phép đầu dò xoay đặt theo nhiều hướng khác nhau.
- Máy kiểu cầu là loại có trục đo được lắp thẳng đứng với một dầm ngang đặt trên 2 ụ đỡ. Máy đo kiểu cầu (theo trục X) giúp mở rộng phạm vi của vật thể đo.
- Với máy đo kiểu chìa đỡ, trục đo được đỡ bởi một kết cấu đỡ.
- Máy kiểu giàn có kết cấu khung treo trên các ụ đỡ để có thể mở rộng pham vị trên các vật được đo. Các máy đo kiểu giàn có cấu trúc tương tự như thiết kế kiểu cầu.
- Đối với máy đo kiểu trục ngang, trục lắp đầu dò được đặt ngang chìa ra, một đầu gắn trên giá đỡ thẳng đứng có thể dịch chuyển được. (Hình 2.21)
Về hệ thống đầu do cho máy CMM, người ta có thể sử dụng loại đầu dò tiếp xúc hay đo điểm rời rạc, hệ thống đầu đo laser, hoặc camera. Máy đo CMM
23
đa cảm biến có thể được trang bị một lúc nhiều hơn một cảm biến, camêra hoặc đầu dò. (Hình 2.20)
Hình 2.20: Các loại kim đầu đo.
Hình 2.21: Máy đo kiểu trục ngang
- Công tác quản lý & đảm bảo chất lượng trong các hoạt động sản xuất gia công hiện đại ngày càng sử dụng nhiều các thiết bị đo toạ độ (CMM). Trong vòng hơn 20 năm qua, các máy CMM đã dần thay thế các phương pháp kiểm tra truyền thông sử dụng thước đo và gá kẹp; giúp giảm thời gian và nhân lực trong hoạt động quản lý chất lượng.
- Các máy CMM không chỉ có khả năng kiểm tra các kích thước hình học tiêu chuẩn mà cho áp dụng cho nhiều chi tiết đặc biệt như bánh răng, trục khuỷu... mà nếu trong môi trường sản xuất truyền thống, mỗi công việc kiểm tra này đòi hỏi một thiết bị đo kiểm chuyên dụng.
Quá trình quản lý chất lượng không chỉ phụ thuộc vào chất lượng của hệ thống máy gia công mà còn phụ thuộc vào độ chính xác, tin cậy của các thiết bị
24
đo, kiểm. Bài viết này với mong muốn đưa ra một số kinh nghiệm giúp bạn lựa chọn được một chiếc máy đo toạ độ CMM đáp ứng các yêu cầu chính xác và ứng dụng chuyên biệt của mình.
2.6.5 Ứng dụng máy đo CMM vào sản xuất.
Máy đo 3D CMM mang lại nhiều lợi ích cho người sử dụng. Dòng máy này có khả năng vận hành, lập trình thông qua CNC (điều khiển số máy tính), nó tạo ra độ chính xác cao khi đo kiểm. Sử dụng máy đo CMM, người dùng có thể lập trình các phép đo quan trọng cho máy.
Bên cạnh đó, nó còn có thể tự động chạy khi đo các bộ phận có chi tiết giống nhau, mục đích nhằm kiểm tra các bộ phận đó, bảo đảm chất lượng. Để đảm bảo khả năng đồng nhất, những tạo độ giống nhau sẽ được CMM đo trên từng mảnh với một quy trình nhất định.
Máy đo toạ độ 3 chiều có thể đo được chính xác vị trí của một điểm chỉ trong khoảng 0,00001 inch. Đầu dò cảm ứng của máy sẽ bị ảnh hưởng nếu độ chính xác của máy CMM thay đổi bởi ánh, nhiệt độ xung quanh.
Đặc trưng:
• Có thể điều khiển quá trình đo tự động thông qua điều khiển CNC hoặc bộ điều khiển bằng tay
• Độ phân giải
• Có bảo vệ rãnh dẫn hướng theo tất cả các trục • Chống dao động trên bàn máy
• Rãnh dẫn hướng theo trục Y và Z bằng vật liệu nhôm
• Bàn làm việc và rãnh dẫn hướng theo trục X làm băng đá Granite • Có đệm không khí theo tất cả các trục
Những lợi thế của việc sử dụng máy: • Gia tốc cao
• Độ chính xác và khả năng lặp lại tốt nhất
• Nhiều loại cảm biến đo: đo tiếp xúc, Scan số… • Vết tiếp xúc nhỏ
• Chịu được tải trọng lớn đặt lên bàn máy • Thích hợp cho môi trường tại xưởng sản xuất Ứng dụng đặc trưng:
25 • Trong ngành sản xuất khuôn nhựa • Trong ngành đúc và ngành rèn • Đo kiểm tra
2.6.6 Sử dụng máy đo 3D (CMM).
2.6.6.1 Các bộ phận, thiết bị và dụng cụ đo cơ bản.
STT Tên Hình ảnh
1 Máy nén khí
2 Máy sấy khí
3 Bộ điều khiển khí (Sấp xỉ 0,4 Mpa)
4 Khung máy Crysta – Plus M574
26 5 Bộ điều chỉnh toạ độ X,Y,Z 6 Máy tính nhận và xử lý thông tin 7 Máy in 8 Bộ phận đóng, mở máy Crysta – Plus M574
9 Quả cầu chuẩn (MB)
27 10 MH 20i đầu xoay
RENISHAW
11 TP20 STD đầu nhận lực chạm
2.6.6.2 Các câu lệnh trong phần mềm đo 3D (CMM).
Exit: Thoát
Create a new part: Lập một chương trình mới
Change part name: Đổi tên
Copy part: Sao chép file
Mark part: Tìm kiếm đánh dấu theo tên
Delete part: Xóa file
28
Second part list: Ẩn đi một thư mục (2 đường dẫn)
Change part directory: Thay đổi đường dẫn cửa sổ
Back up: Part directory
Note pad: Ghi chép thông tin
Picture and sound: Âm thanh, hình ảnh
Part program editor: Sửa chương trình đã có dữ liệu
CMM learn mode: Hiệu chuẩn quả cầu, đo tay lập CT có dữ liệu
CMM repeat mode: Chạy lập lại chương trình đã có dữ liệu
29
Hình 2.23: Các câu lệnh trên màn hình làm việc.
2.6.6.3 Lựa chọn cấu hình đo và hiệu chỉnh kim.
Bước 1: Thực hiện mở máy đo 3D (CMM) Bước 2: Điều chỉnh toạ toạ X,Y,Z về gốc 0
Bước 3: Mở ứng dụng MCOSMOS v4.2 trên màn hình Desktop Bước 4: Nhấn vào Create a new part: Lập một chương trình mới Bước 5: Nhấn Setting và lựa chọn CMM system Manager
Bước 6: Nhấn chọn Add CMM configuratinon sau đó tạo tên thư mục Bước 7: Nhấn chọn MANUAL sau đó nhấn chọn tiếp CRYSTAPUS
M574 tiếp đó chọn MB_20_144 và nhập đường kính quả cầu chuẩn: 19.96451 sau đó nhấn OK.
Bước 8: Chọn Continue Chọn Continue MH20i Nhấn OK Bước 9: Chọn TP20_SF Chọn Dia: 2.00; length: 20.00; Options:
30
Hình 2.24: Lựa chọn cấu hình đo và hiệu chỉnh kim
2.6.6.4 Các câu lệnh cơ bản của máy đo 3D (CMM).
Hình 2.25: Các câu lệnh trên màn hình làm việc.
* Câu lệnh tính toán (màu vàng)
Element Angle: Lệnh đo góc
Element Distance: Lệnh đo khoảng cách
Element point: Lệnh đo điểm
Element line: Lệnh đo đường thẳng
31
Element Plane: Lệnh đo mặt phẳng
Element Cone: Lệnh đo hình nón
Element Sphere: Lệnh đo hình cầu
Element Cylinder: Lệnh đo hình trụ
Element Step cylinder: Lệnh đo trụ bậc
*Sử dụng các câu lệnh tính toán:
Hình 2.26: Lệnh đo điểm.
Measure: Điểm
Connection element: Mắt xích kết nối các điểm thành 1điểm,điểm trung bình giữa các điểm
32
Memory recall: Gọi lại điểm cũ
Theo. Element: Điểm ảo
Symmetry element: Điểm trung bình giữa hai điểm
Intersection element: Giao của đường thẳng, Đường tròn hoặc giao của 2 đường
Min.Max.of contour:Tập hợp các điểm Min Max theo biên dạng
Memory: Khe nhớ (không thay đổi)
No.of pts: Bao nhiêu điểm tạo thành 1 điểm
Hình 2.27: Lệnh đo đường thẳng.
33
Connection element: Mắt xích liên kết các điểm thành đường thẳng
Memory recall: Gọi lại đường thẳng cũ
Theo. Element: Đường thẳng ảo
Symmetry element: Đường phân giác
Tangent: Đường tiếp tuyến
Move element:// Đường thẳng đã cho đi qua 1 điểm
Intersection element: Giao nhau nhiều mặt Tạo đường thẳng
Memory: Khe nhớ (không thay đổi)
No.of pts: Bao nhiêu điểm tạo thành 1 điểm
34
Measure: Điểm
Connection element: Mắt xích liên kết các điểm thành đường tròn
Memory recall: Gọi lại đường tròn cũ
Theo. Element: Đường tròn ảo
Fit in element: Đường tròn nằm trong góc có sẵn (đường tròn nội tiếp)
Intersection element: Đường tròn được tạo bởi mặt phẳng và trụ
Construct from cone: Đường tròn được tạo bởi nón và mặt phẳng
Construct from sphere: Đường tròn được tạo bởi hình cầu
Memory: Khe nhớ (không thay đổi)
35
Hình 2.29: Lệnh đo mặt phẳng.
Measure: Điểm
Connection element: Mặt phẳng được liên kết các điểm tạo thành mặt phẳng
Memory recall: Gọi lại đường mặt phẳng cũ
Theo. Element: Mặt phẳng ảo
Symmetry element: Mặt phẳng ở giữa 2 mặt phẳng
Symmetry element: Mặt phẳng đối xứng
Memory: Khe nhớ (không thay đổi)
36
Hình 2.30: Lệnh đo hình nón.
Measure: Điểm
Connection element: Hình nón được liên kết các điểm tạo thành hình nón
Memory recall: Gọi lại hình nón cũ
Theo. Element: Hình nón ảo
Memory: Khe nhớ (không thay đổi)
37
Hình 2.31: Lệnh đo hình cầu.
Measure: Điểm
Connection element: Hình cầu được liên kết các điểm tạo thành hình cầu
Memory recall: Gọi lại hình cầu cũ
Theo. Element: Hình cầu ảo
Fit in element: Tạo hình cầu trong nón
Memory: Khe nhớ (không thay đổi)
38
Hình 2.32: Lệnh đo hình trụ Hình 2.33: Lệnh đo hình trụ bậc
Measure: Điểm
Connection element: Hình trụ được liên kết các điểm tạo thành hình trụ
Memory recall: Gọi lại hình trụ cũ
Theo. Element: Hình trụ ảo
Memory: Khe nhớ (không thay đổi)
No.of pts: Bao nhiêu điểm tạo thành 1 điểm
*Lưu ý:Ký hiệu màu vàng là những câu lệnh liên quan đến đo, tính toán
2.6.6.5 Thiết lập hệ trục toạ độ trên sản phẩm.
39
Align base plane: Gán mặt phẳng gốc, gán mặt phẳng đã cho làm mặt phẳng chuẩn.
Align axis parallel to axis: Gán hướng khi có một đối tượng đường thẳng cho trước.(đường thẳng, giao tuyến giữa hai đường thẳng, trục của trụ. Song song với đối tượng đường thẳng hoặc lấy làm trục luôn)
Align axis through point: Hệ trục được xác định trục, hướng trục bằng cách đi qua gốc và đi qua đối tượng điểm hoặc tâm đường tròn, hoặc hình cầu.
Align axis by point with offset: Đã xác định gốc trước, sau đó hướng trục xác định theo tỉ lệ X,Y
Create origin: Gán điểm gốc X,Y, Z =0