So sánh công nghệ đo tiếp xúc và công nghệ đo quang học trong kiểm tra kích thước: Ứng dụng trong ngành công nghiệp ô tô

So sánh công nghệ đo tiếp xúc và công nghệ đo quang học trong kiểm tra kích thước: Ưu điểm, sự khác biệt và lĩnh vực ứng dụng 

Do yêu cầu về chất lượng sản phẩm luôn tăng lên nên việc kiểm tra kích thước hình học cùng báo cáo dễ hiểu là điều cần thiết trong quy trình sản xuất hiện nay. Khi đó, câu hỏi cơ bản được đặt ra là công nghệ nào sẽ phù hợp nhất cho nhiệm vụ đo tương ứng. Liệu có cần thiết một hệ thống đo 3D tiếp xúc để ghi lại tất cả các điểm đo liên quan bằng đầu đo không? Hay hệ thống đo 3D quang học sẽ thích hợp hơn để số hóa toàn bộ bề mặt theo phương pháp không tiếp xúc? Bài viết này giải thích các chức năng cơ bản của cả hai phương pháp và nghiên cứu những ưu điểm, sự khác biệt và lĩnh vực ứng dụng trong ngành công nghiệp ô tô.

Công nghệ đo tiếp xúc: thu thập bề mặt vật thể dựa trên điểm bằng cách thăm dò

Trong lĩnh vực kiểm tra kích thước phôi, máy đo tọa độ (CMM) là hệ thống phổ biến nhất trong công nghệ đo lường truyền thống. CMM hoạt động với hệ thống đo tiếp xúc hoặc quét. Đầu dò sẽ được đặt ở các vị trí đo mong muốn để tiến hành đo. Tùy nhu cầu, người dùng có thể sử dụng bàn xoay được điều khiển để xoay các chi tiết. Phần mềm đo được kết nối sẽ tính toán các phần tử hình học từ các điểm riêng lẻ được chụp và rút ra các giá trị thực tế từ các điểm này cho các đặc điểm của đối tượng cần được kiểm tra.

Công nghệ đo quang học – lựa chọn hàng đầu cho các bộ phận có độ chính xác cao

Công nghệ đo tiếp xúc đã chứng minh với độ chính xác tuyệt đối rất cao từ lâu và do đó vẫn là lựa chọn hàng đầu để đo các bộ phận có độ chính xác cao. Hệ thống CMM cố định có thể đo các điểm với độ chính xác đến một phần nghìn milimét. Cho đến ngày nay, công nghệ đo 3D quang học vẫn chưa thể đạt được độ chính xác cao như vậy.
Dù vậy, công nghệ đo quang học 3D sẽ rất phù hợp nếu yêu cầu về độ chính xác chỉ trong phạm vi một phần trăm milimet. Nếu bạn đang tìm kiếm một hệ thống đo lường mới và không chắc chắn liệu mình nên sử dụng hệ thống đo tiếp xúc hay quang học, việc xác định độ chính xác cần thiết là điều đầu tiên cần làm. Nguyên tắc chung cho biết độ chính xác của hệ thống đo lường phải luôn tăng theo hệ số từ 5 đến 10 so với dung sai yêu cầu cao nhất cần đo. Điều này có nghĩa là: Ví dụ: nếu dung sai của một đặc tính là 0,1 mm thì thiết bị đo phải có độ chính xác ít nhất là 0,02 mm.

Trong ngành công nghiệp ô tô, bánh răng, trục khuỷu và khối động cơ là những ứng dụng kinh điển cho phép đo tiếp xúc. Dung sai và độ chính xác cần tuân thủ của các bộ phận này đòi hỏi mức độ chính xác cao nhất có thể. Một thiết bị trong ngành công nghiệp ô tô thường yêu cầu độ chính xác từ 1µ trở lên. Độ chính xác này hiện hầu như không được cung cấp bởi các hệ thống đo quang học. 

Các phép đo tiếp xúc: tốn kém thời gian và không thu được dữ liệu toàn trường

Nhược điểm của công nghệ đo tiếp xúc là việc đòi hỏi nhiều thời gian nếu nhà sản xuất cần mật độ dữ liệu cao. Việc thăm dò hàng trăm điểm đo trên một phôi có thể mất nhiều thời gian, đôi khi mất đến vài giờ. Do đó, việc kiểm tra toàn diện hầu như không thể thực hiện được trong sản xuất – do tốn kém nhiều thời gian và vì nhiều máy CMM thường không thể được đưa trực tiếp vào sản xuất. Để tiết kiệm thời gian, có thể giảm số lượng điểm đo nhưng điều này sẽ làm giảm mật độ dữ liệu. Ở đây, tỷ lệ thời gian đo và mật độ dữ liệu thu được luôn là yếu tố phải được cân nhắc cẩn thận.

Với máy đo CMM, ngay cả khi thu được các điểm đo chi tiết nhất có thể, nhà sản xuất cũng không thể đo toàn bộ bề mặt của vật đo. Đây chính là lúc công nghệ đo quang học phát huy tác dụng. Công nghệ đo quang học không chỉ nhanh hơn mà còn tạo ra hình ảnh kỹ thuật số của toàn bộ đối tượng đo và do đó cung cấp thông tin chất lượng chi tiết hơn công nghệ đo tiếp xúc. 

Công nghệ đo quang học – Thu lại dữ liệu toàn trường bề mặt vật thể mà không cần tiếp xúc

Hệ thống đo quang học (ví dụ: máy quét laser, quang trắc hoặc hệ thống chiếu rìa) đo các vật thể bằng cảm biến quang học. Với phương pháp đo không tiếp xúc; cảm biến đo không bao giờ chạm vào bề mặt của vật thể đo. Nguyên lý đo không tiếp xúc có ưu điểm tuyệt đối với các vật thể có bề mặt phức tạp hoặc dễ phá hủy. Công nghệ này có thể ngăn ngừa hư hỏng trên bề mặt vật thể đo một cách tuyệt đối. Sự hao mòn của hệ thống đo tiếp xúc cũng sẽ không xảy ra.

Tốc độ quét nhanh với mật độ dữ liệu cao

Quy trình đo bằng hệ thống đo 3D quang học rất đơn giản. Vật thể đo sẽ được đặt phía trước cảm biến. Hệ thống đo sẽ được điều khiển bằng tay hoặc được điều khiển bằng robot. Sau đó, máy quét 3D quang học sẽ thực hiện quá trình thu nhận hình ảnh. Cảm biến đo sẽ chụp từng bước mọi mặt của vật thể đo. Có 2 cách để thu và chụp được toàn bộ bề mặt vật thể. Cách 1 là vật thể sẽ được đặt trên bàn xoay để cảm biến có thể chụp tất cả các khu vực. Cách khác là chính cảm biến sẽ di chuyển xung quanh vật thể. Sau đó, phần mềm đo được kết nối sẽ tự động chuyển đổi tất cả các phép đo riêng lẻ thành một hệ tọa độ chung. Từ đó phần mềm sẽ tạo ra một đám mây điểm 3D hoàn chỉnh trên bề mặt của vật thể. Dữ liệu đo được tạo ra cho phép thực hiện nhiều hoạt động kiểm tra khác nhau. Ví dụ như so sánh danh nghĩa-thực tế trên toàn trường về hình dạng vật thể hoặc kiểm tra các phần tử GD&T. Dựa trên các biểu đồ màu, các khu vực có vấn đề của vật thể có thể dễ dàng được phát hiện. Nhờ vào đó, nhà sản xuất có thể dễ dàng sửa đổi thiết kế và điều chỉnh vật thể theo yêu cầu sản xuất.
Một ưu điểm khác của công nghệ đo 3D quang học là tốc độ đo cực kỳ nhanh. Việc số hóa các vật thể phức tạp chỉ mất vài phút – đôi khi chỉ vài giây.

Có thể tìm thấy rất nhiều ví dụ về việc sử dụng công nghệ đo quang học 3D trong ngành công nghiệp ô tô. Nhiều nhà sản xuất ô tô đã sử dụng công nghệ quét này trong quy trình từ lập kế hoạch quy trình để phân tích khả năng của sản phẩm đến kiểm soát chất lượng tự động trong các nhà máy ép và sản xuất thân xe cũng như kiểm tra các bộ phận đúc, rèn và nhựa để tối ưu hóa quá trình trong quá trình lắp ráp cuối cùng. 

Chuẩn bị bề mặt trong một số trường hợp cần thiết

Các bộ phận có độ bóng cao trong sản xuất động cơ (ví dụ như bánh răng, hộp trục khuỷu, đầu xi lanh), các bộ phận phay phản chiếu hoặc các bộ phận mờ làm từ thủy tinh, nhựa tổng hợp hoặc nhựa rất nhẹ là một thách thức đối với cảm biến quang học. Nguyên nhân là do phép đo bằng ánh sáng không có tác dụng hoặc khả năng hoạt động hạn chế trên các vật liệu mờ, phản chiếu. Do vậy, với các loại vật thể như vậy, nhà sản xuất cần sử dụng giải pháp bột phủ quét để phủ một lớp bột mỏng trước khi đo. Nhờ vào đó, máy quét 3D quang học có thể hoạt động bình thường. Giải pháp này biến công nghệ đo quang học thành một giải pháp thay thế hợp lý cho phép đo tiếp xúc ngay cả đối với các bề mặt đòi hỏi khắt khe và sản xuất hàng loạt: Các ví dụ ứng dụng đã cho thấy ở nhiều nơi rằng các phép đo quang học bao gồm phun tự động bằng robot và làm sạch đối tượng đo sau đó vẫn nhanh hơn so với đo bằng hệ thống đo tiếp xúc.

Kết hợp cả hai phương pháp

Hiện nay, ngày càng có nhiều hệ thống đo lường xuất hiện trên thị trường kết hợp cả hai phương pháp đo: Để tăng tốc phép đo và có thể đo các bề mặt nhạy cảm với cảm ứng, CMM có thể được trang bị cảm biến quang học. Mặt khác, hệ thống đo quang học có thể được mở rộng bằng đầu dò để có thể chụp được các khu vực của phôi mà khó tiếp cận về mặt quang học, chẳng hạn như lỗ khoan sâu, hốc hoặc rãnh cắt. Về vấn đề này, người dùng cần lưu ý một số yếu tố. Độ chính xác của hệ thống quét 3D quang học không thể tăng lên bằng một đầu dò bổ sung. Nó chỉ có thể ghi lại các đặc điểm vật thể bổ sung trên các cấu trúc phức tạp.

Công nghệ đo quang học của GOM

Để kiểm tra kích thước 3D quang học, Carl Zeiss GOM Metrology đã phát triển dòng máy quét 3D công nghiệp ATOS: Máy quét 3D quang học hoạt động theo cách không tiếp xúc và nhanh chóng cung cấp hình ảnh kỹ thuật số có độ phân giải cao của phôi. Bằng cách kết hợp phần cứng của hệ thống ATOS với phần mềm thông minh, nhà sản xuất có thể nhanh chóng kiểm tra được các sản phẩm của mình.

AIE là nhà cung cấp các giải pháp máy quét 3D quang học hiện đại đến từ Carl Zeiss GOM Metrology. Quý khách có thể xem thông tin chi tiết các dòng máy quét 3D quang học hoặc liên hệ ngay với chúng tôi để được tư vấn.