Hiệu chuẩn máy 3D CMM dạng Gantry cùng API XD Laser

Trong quá trình vận chuyển đường dài từ nhà sản xuất đến nhà máy của SANY, các tác động cơ học và xóc nảy đã gây ra những biến dạng vi mô trên kết cấu bệ đá Granite và khung dẫn hướng của máy. Để đưa cỗ máy CMM siêu khổ này vào vận hành đạt chuẩn 3um trong một mốc tiến độ tiến độ cực kỳ gấp rút, SANY đã hợp tác cùng các kỹ sư ứng dụng của API sử dụng Hệ thống Laser Giao thoa 6D API XD Laser.

1. Giới thiệu tổng quan và bối cảnh dự án

Tập đoàn SANY (SANY Group) là một trong 50 nhà sản xuất máy xây dựng hàng đầu thế giới và là doanh nghiệp dẫn đầu toàn cầu trong lĩnh vực thiết bị bê tông, thiết bị điện gió, cơ giới hạng nặng. Nhằm đáp ứng yêu cầu kiểm soát chất lượng khắt khe cho các linh kiện siêu trường siêu trọng — đặc biệt là moay-ơ (rotor hub) của tuabin quạt gió và các chi tiết cơ khí cỡ lớn gia công theo đơn đặt hàng — SANY đã đầu tư hệ thống Máy đo tọa độ 3 chiều (CMM) dạng cầu cỡ lớn.

Hệ thống CMM đặc chủng này sở hữu không gian đo lường lên tới 5m x 3m x 3m cùng yêu cầu dung sai độ chính xác thể tích (Volumetric Accuracy) khắt khe ở mức 3 µm (tương đương 0.003 mm).

Tuy nhiên, trong quá trình vận chuyển đường dài từ nhà sản xuất đến nhà máy của SANY, các tác động cơ học và xóc nảy đã gây ra những biến dạng vi mô trên kết cấu bệ đá Granite và khung dẫn hướng của máy. Để đưa cỗ máy CMM siêu khổ này vào vận hành đạt chuẩn 3 µm (0.003 mm) trong một mốc tiến độ cực kỳ gấp rút, SANY đã hợp tác cùng các kỹ sư ứng dụng của API (Automated Precision Inc.) sử dụng Hệ thống Laser Giao thoa 6D API XD Laser.

2. Thách thức kỹ thuật trong kiểm định và cân chỉnh CMM cỡ lớn

Kiểm định và thiết lập bản đồ bù sai số (Error Mapping) cho một hệ thống CMM kích thước 5m x 3m x 3m đặt ra những rào cản kỹ thuật rất lớn:

• Sai số động học tích lũy (Kinematic Errors): Khung gantry hành trình 5m có khối lượng rất lớn. Bất kỳ sự mất song song, độ võng cơ học hay độ lệch đường ray Granite dù nhỏ đến cấp độ micromet cũng sinh ra sai số góc trầm trọng.

• Thời gian căn chỉnh theo phương pháp truyền thống: Với máy giao thoa laser 1D thông thường, kỹ thuật viên phải đo từng thông số riêng lẻ: Vị trí tuyến tính > Đổi thấu kính đo độ thẳng ngang > Đổi thấu kính đo độ thẳng đứng > Đổi thấu kính đo góc Pitch/Yaw/Roll. Quy trình này cho 3 trục X, Y, Z thường mất từ 2 đến 3 ngày làm việc liên tục.

• Áp lực tiến độ sản xuất: Tiến độ dự án không cho phép kéo dài thời gian dừng máy. SANY yêu cầu phải tìm được một chuẩn đo lường có độ chính xác sub-micron để hiệu chỉnh máy CMM về trạng thái tối ưu trong thời gian ngắn nhất.

3. Giải pháp đo lường đồng thời 6 bậc tự do (6 DoF) từ API XD Laser

Để giải quyết triệt để bài toán về thời gian và độ chính xác, đội ngũ kỹ sư đã ứng dụng thiết bị API XD Laser 6D. Không giống các hệ thống giao thoa laser truyền thống, API XD Laser có khả năng ghi nhận đồng thời 6 thông số sai số hình học (6 Bậc tự do - 6 DoF) trên mỗi trục chuyển động chỉ trong một lần quét (single pass):

1. Sai số vị trí tuyến tính (Linear Positioning Error): Đánh giá độ chính xác khoảng cách di chuyển dọc theo trục.

2. Sai số độ thẳng phương ngang (Horizontal Straightness - XX): Sai lệch hướng ngang vuông góc với trục di chuyển.

3. Sai số độ thẳng phương đứng (Vertical Straightness - YY): Sai lệch độ võng hoặc độ nhô theo phương thẳng đứng.

4. Sai số góc gật (Pitch Angle - Angle B): Sự xoay của đầu đo quanh trục ngang.

5. Sai số góc đảo (Yaw Angle - Angle A): Sự xoay của đầu đo quanh trục đứng.

6. Sai số góc nghiêng (Roll Angle - Angle C): Sự xoay của đầu đo quanh chính trục di chuyển.

Việc đo đồng thời 6 thông số trên cùng một đường chạy giúp triệt tiêu hoàn toàn sự thay đổi của điều kiện môi trường (nhiệt độ, áp suất, độ ẩm) giữa các lần đo riêng biệt, mang lại tính đồng nhất tuyệt đối cho dữ liệu đo.

4. Quy trình thực thi và kết quả thực tế

Quy trình hiệu chuẩn trên máy CMM 5m x 3m x 3m

• Thiết lập hệ thống: Thiết bị API XD Laser 6D được căn thẳng hàng chùm laser dọc theo các trục hành trình của CMM.

• Thu thập dữ liệu thời gian thực: Trục máy CMM di chuyển theo các bước định sẵn. Phần mềm của API XD Laser tự động ghi nhận các giá trị sai số vị trí, độ thẳng XX/YY và các biến dạng góc A/B/C ở từng điểm tọa độ.

• Nạp ma trận bù sai số (Error Compensation): Dữ liệu 6 DoF chính xác đến từng micromet và arcsecond từ phần mềm API được xuất thẳng thành ma trận bù (Comp table) để nạp vào bộ điều khiển của máy CMM.

Kết quả đạt được

• Rút ngắn 70% thời gian hiệu chỉnh: Toàn bộ quá trình đo lường, phân tích và nạp dữ liệu bù sai số cho hệ thống CMM khổ lớn vốn dự kiến mất 2–3 ngày đã được hoàn thành xuất sắc chỉ trong hơn 4 giờ đồng hồ.

• Đạt chuẩn độ chính xác 3 µm (0.003 mm): Nhờ dữ liệu gốc từ API XD Laser, các biến dạng vi mô trên kết cấu Granite đã được bù trừ hoàn hảo. Máy CMM khôi phục hoàn toàn trạng thái động học tối ưu, đạt tiêu chuẩn độ chính xác 3 µm (0.003 mm) theo yêu cầu khắt khe của SANY.

Giám đốc kỹ thuật CMM tại SANY, Kỹ sư Trương (Mr. Zhang) chia sẻ:

"Chúng tôi đã chuẩn bị tinh thần phải thức đêm làm việc liên tục trong 2 ngày để kịp tiến độ. Việc API XD Laser 6D hoàn thành toàn bộ phép đo chỉ trong 4 giờ mà vẫn đảm bảo độ chính xác cực cao là điều vượt ngoài mong đợi, giải quyết triệt để áp lực cho dây chuyền sản xuất của chúng tôi."

 

5. Giá trị kỹ thuật đối với ngành chế tạo máy và CMM cỡ lớn

Dự án hiệu chuẩn thành công tại Tập đoàn SANY đã khẳng định vị thế ưu việt của công nghệ giao thoa laser 6D trong kiểm định máy công cụ và thiết bị đo lường tọa độ:

• Tối ưu hóa năng suất: Loại bỏ thời gian dừng máy (downtime), tiết kiệm hàng chục giờ thao tác cơ khí gá đặt thấu kính.

• Loại bỏ sai số gá đặt: Đo 6 thông số trong một lần chạy giúp loại bỏ tích lũy sai số do việc tháo lắp optic nhiều lần.

• Độ tin cậy dữ liệu cao: Dữ liệu chuẩn xác là nền tảng để thiết lập ma trận 21 sai số động học (21 Kinematic Error Map) cho các hệ thống máy đo CMM 3 trục.

Về Tập Đoàn API (Automated Precision Inc.)

Được thành lập vào năm 1987 bởi Tiến sĩ Kam Lau tại Rockville, Maryland, Mỹ, API (Automated Precision Inc.) là tập đoàn tiên phong toàn cầu về các giải pháp đo lường laser và cảm biến hiệu suất cao. API là chủ nhân của nhiều phát minh nền tảng trong ngành metrology (bao gồm Laser Tracker và Laser Interferometer 6D), đồng thời là đối tác kỹ thuật tin cậy của các tập đoàn hàng đầu thế giới trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, ô tô, năng lượng và gia công cơ khí chính xác.

• SHARE:
;