Khi Các Phương Pháp Đo Lường Thông Thường Không Thể Đáp Ứng

Author
Quy trình kiểm soát chất lượng các bánh răng hành tinh trong hệ thống truyền động siêu nhỏ là một bài toán khó đối với nhiều nhà sản xuất, vậy đâu là giải pháp cho vấn đề này? Câu trả lời nằm ở sự kết hợp của máy đo tọa độ Multisensor, đầu dò sợi quang (Fiber Probe) và phần mềm chuyên dụng. Bằng cách sử dụng thao tác đo quét, bạn thậm chí có thể đo ngay cả cạnh bánh một cách nhanh chóng, chính xác và đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe nhất.
Pictureád.png
Hình 1. Kỹ thuật viên đo lường Ralf Nutto vận hành máy đo tọa độ Multisensor của Werth ›VideoCheck HA‹, được trang bị ống kính viễn tâm 10X và thấu kính phóng đại Werth Zoom Optics, ›đầu dò cảm ứng TP200‹ và đầu dò sợi quang ›WFP‹. Gói phần mềm ›WinWerth‹ và ›GearMeasure‹ tích hợp dùng để phân tích mẫu đo.

Khả năng hoạt động trong nhiệt độ cao trong khoảng – 100 đến +200 độ, kháng rung động và va đập – bộ truyền động của Maxon Motor, có trụ sở tại Sachseln, Thụy Sĩ, luôn đảm bảo vận hành trơn tru với độ tin cậy tuyệt đối trong những điều kiện khắc nghiệt nhất. Điều này khiến họ trở thành lựa chọn hàng đầu cho các ngành công nghiệp và ứng dụng đặc thù với nhiều yêu cầu khắt khe nhất. Trong lĩnh vực khám phá vũ trụ, ví dụ: 2 tàu thám hiểm Sao Hỏa của NASA là ›Spirit‹ và ›Opportunityi‹ đều được trang bị 39 bộ truyền động của Maxon. Trong hơn mười năm, chúng đã luôn vận hành một cách ổn định, kể cả trong những điều kiện khắc nghiệt trên hành tinh đỏ.

Các chi tiết trong bộ truyền động ngày càng trở nên tinh vi và chính xác hơn

Động cơ DC Maxon hoạt động với hiệu suất cơ học lên đến 90%. Chúng được sử dụng trong ăng-ten, cột sóng vô tuyến, tàu và máy bay để cung cấp thông tin liên lạc một cách thông suốt. Chúng tăng cường độ an toàn của hệ thống giảm xóc trên xe, cải thiện tự động hoá trong sản xuất công nghiệp, giúp hiệu chỉnh các vấn đề về tầm nhìn trong phẫu thuật mắt và thậm chí cung cấp liều lượng isulin chính xác cho bệnh nhân tiểu đường.

Xu hướng thu nhỏ xuất hiện ở mọi ngành. Điều này đồng nghĩa với việc chi tiết của bộ truyền động sẽ trở nên ngày càng nhỏ hơn. Maxon Motor cung cấp động cơ, hộp số, cảm biến và thiết bị điện tử điều khiển dưới tên gọi bộ truyền động siêu nhỏ (micro drive), có thể được lắp ráp thành các bộ truyền động vô cùng nhỏ với đường kính chỉ 6 mm.

Theo tiêu chuẩn tại Maxon, ngay cả những bộ phận thu nhỏ và các chi tiết siêu nhỏ của chúng vẫn cần đáp ứng các yêu cầu chất lượng cao nhất. Năm 1988, công ty đạt chứng chỉ ISO 9001. Hiện tại, họ cũng đã đáp ứng thêm nhiều tiêu chuẩn chất lượng khác, bao gồm EN 9100, dành cho các công ty phát triển và sản xuất các chi tiết cho ngành hàng không vũ trụ. Đơn vị kinh doanh Maxon Medical cũng được chứng nhận theo tiêu chuẩn y tế ISO 13485, đảm bảo tất cả các quy trình và thủ tục đều được lưu trữ và có thể truy xuất nguồn gốc.

Picturege.png
Hình 2. Đầu dò sợi quang ›WFP‹ là một loại đầu dò siêu nhỏ dành cho các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao. Nó có thể thực hiện các phép đo tiếp xúc trên các biên dạng siêu nhỏ, với lực tiếp xúc rất nhỏ và độ chính xác cao

Thách thức: Bánh răng với Mô-đun 0.12

Roland Rossacher là người phụ trách quy trình đảm bảo chất lượng tại Maxon Motor trong hơn 20 năm. Ông giải thích: »Các chứng nhận của chúng tôi sở hữu đồng nghĩa với việc ngay cả những chi tiết nhỏ nhất cũng phải được kiểm tra. Việc đo kiểm các bánh răng được ép nhựa dùng trong hộp số hành tinh siêu nhỏ với đường kính 6 mm ›GP6‹ của chúng tôi với mô-đun 0,12 thực sự là một thách thức. «

Một vài năm trước, người phụ trách bộ phận kiểm soát chất lượng và đội ngũ của ông đã phải tìm kiếm thiết bị và phương pháp đo lường phù hợp để có thể kiểm tra các yêu cầu thiết kế cho các chi tiết bánh răng siêu nhỏ này. Adrian Burch, giám đốc đảm bảo chất lượng quy trình kiểm tra lắp ráp, đã vô cùng chú trọng với nhiệm vụ này. Ông đã đưa ra các yêu cầu: »Chúng tôi cần kết quả đo lường mà xưởng khuôn của mình có thể dùng để hiệu chỉnh thiết kế một cách hiệu quả, và sản xuất hàng loạt khuôn ép nhựa với ít chu kỳ chỉnh sửa nhất có thể. Phép đo cũng phải phù hợp cho việc kiểm tra F.A.I các bánh răng nhỏ và kiểm tra mẫu các lô sản xuất. «

Quy trình tạo khuôn, sản xuất và đo lường những bánh răng siêu nhỏ này là nhiệm vụ cốt lõi của Maxon Motor, và được thực hiện tại nhà máy chính ở Sachseln, gần Lucerne, Thụy Sĩ. Khu vực sản xuất có một máy EDM siêu nhỏ sử dụng dây cắt có đường kính từ 0,02 đến 0,2 mm để định hình các insert khuôn theo dạng viền răng yêu cầu. Các khuôn với số lượng lên tới 8 khoang được sử dụng để sản xuất bánh răng trong quy trình ép nhựa.

Phương pháp đo truyền thống không hiệu quả với bánh răng nhựa siêu nhỏ

Trước đây, quy trình đo bánh răng tại Maxon Motor chủ yếu sử dụng phương pháp kiểm tra bánh răng đôi tiêu chuẩn. Đây là phương pháp kiểm tra thông thường đối với bánh răng thẳng và bánh răng hành tinh, được mô tả trong hướng dẫn VDI / VDE 2608. Một bánh răng tổng chuyên dụng cần được chuẩn bị để đáp ứng mọi kiểu răng khác nhau. Bánh răng tổng này sẽ tiếp xúc với bánh răng thử nghiệm với một lực nhỏ, sau đó chúng được đan khít vào và xoay cùng với nhau. Hai bánh răng sau đó sẽ xoay hết toàn bộ chu vi của chúng mà không có khe hở. Những thay đổi về khoảng cách giữa các tâm và độ đồng đều của chuyển động sau đó sẽ được đo và phân tích bằng phần mềm. Tuy nhiên, đối với các bánh răng nhựa nhỏ có mô-đun 0,12, việc kiểm tra bằng phương pháp trên là một thách thức vì ngay cả một lực nhỏ nhất cũng làm cho các bánh răng đó bị biến dạng, và cho ra kết quả sai.

Đối với Adrian Burch, phép đo tiếp xúc thông thường bằng cách sử dụng đầu dò cảm ứng hoặc đầu dò quét cũng không khả thi. » Thông thường, phép đo chỉ có thể thực hiện khi nhận được tín hiệu đầu dò thông qua việc tác động lực. Đường kính của các đầu dò cũng quá lớn để có thể đo từ sườn bánh răng xuống đến vòng tròn chân răng. «Về cơ bản, các phương pháp quang học sẽ phù hợp với phép đo hơn, nhưng các mặt của bánh răng siêu nhỏ lại không thể tiếp cận bằng cảm biến quang học.

Cuối cùng, nhóm chất lượng đã tìm ra giải pháp phù hợp để đo lường các bánh răng siêu nhỏ một cách đáng tin cậy từ Werth Messtechnik. Công ty đến từ Giessen này là đơn vị đi đầu trong công nghệ đo tọa độ, với các cảm biến quang học, hệ thống multisensor, và X-ray, cũng như đo lường các chi tiết siêu nhỏ.

Giải pháp: Đo kiểm với đầu dò sợi quang

Đội ngũ kiểm soát chất lượng tại Maxon Motor đã quyết định sử dụng máy đo multisensor 3D chính xác cao của Werth là VideoCheck HA (Hình ảnh 1). Đây là lựa chọn không phải bàn cãi vì cỗ máy này sở hữu sai số tối đa cho phép hai chiều chỉ có (0,5 + L / 900) µm khi sử dụng cảm biến xử lý hình ảnh trong điều kiện phòng đo. Họ đã chọn một ống kính viễn tâm 10X, ›đầu dò cảm ứng TP200‹, Werth Zoom Optics, được cấp bằng sáng chế ›WFP‹ (Werth Fiber Probe) và gói phần mềm ›WinWerth GearMeasure‹. »Yếu tố chính giúp chúng tôi quyết định chính là Werth Fiber Probe«, Roland Rossacher giải thích. »Chúng tôi đã sử dụng nó để thực hiện các phép đo tiêu chuẩn ngay cả trên các cạnh của bánh răng siêu nhỏ, bao gồm với cả chế độ quét.«

Picture.png
Hình 3. Các bánh răng hành tinh siêu nhỏ nằm trong hộp số ›GP6‹. Việc đo lường chúng là một thách thức lớn: Bánh răng có mô-đun 0,12 (đường kính đầu 1,908 mm, đường kính chân răng 1,347 mm, số răng 13, vật liệu Delrin 100)

Đầu dò WFP bao gồm một sợi thủy tinh với một khối cầu tại đỉnh đầu dò có đường kính nhỏ tới 20 µm (Hình 2). Trái ngược với phép đo tiếp xúc bằng đầu dò thông thường, đầu dò sợi quang hoạt động trên nguyên lý tiếp xúc-quang học. Thay vì đóng vai trò truyền tín hiệu đến đầu dò, trục của đầu dò WFP chỉ đóng vai trò định vị khối cầu nhỏ này. Vị trí khối cầu được thu lại bởi bộ xử lý hình ảnh thông qua ống kính viễn tâm. Điều này giúp đầu dò siêu nhỏ đạt được độ chính xác cao tương ứng (độ lệch tiếp xúc ≤ 0,3 µm). Tương tự như một đầu dò thông thường, phần mềm sẽ sử dụng bán kính hình cầu của đầu dò để tính toán điểm đo tương ứng. Do trục của đầu dò mỏng nên lực tiếp xúc sẽ không đáng kể, ngay cả đối với khối cầu nhỏ nhất. Do đó, ngay cả những bánh răng nhựa nhạy nhất cũng sẽ không bị biến dạng.

Tính năng so sánh đường viền để chỉnh sửa khuôn

Một ưu điểm khác của giải pháp này chính là bạn không cần các thiết bị gá phức tạp, vì lực tác dụng lên chi tiết đo gần như bằng không. Ralf Nutto, kỹ thuật viên đo lường, đã phụ trách tác vụ đo với Werth ›VideoCheck HA‹ trong hai năm giải thích: »Chúng tôi chỉ cố định bánh răng nhỏ bằng một miếng băng keo và đặt trên bàn đo. Sau đó, chúng tôi sử dụng cảm biến quang học để chụp lại đường viên của biên dạng bánh răng. Phần mềm đo lường ›WinWerth‹ sau đó sử dụng dữ liệu 2D để tính toán đường đi của đầu dò sợi quang trong quá trình quét. Mặc dù một đường dẫn danh nghĩa không hoàn toàn cần thiết, vì đầu dò sợi quang cũng có thể quét các đường viền không xác định, tuy nhiên việc quét dọc theo một đường dẫn xác định trước sẽ nhanh hơn. Vì chiều cao của bánh răng khoảng 1 mm (Hình 3), kỹ thuật viên đặt độ sâu của đầu dò sợi là 0,5 mm, nơi diện tích tiếp xúc của bánh răng là lớn nhất để quét đường viền biên dạng bánh răng. Khu vực này không thể tiếp cận bằng bất kỳ phương pháp nào khác. Cuối cùng, phần nhô ra của các bánh răng này cũng có thể được đo bằng cách đo đường kính bệ trục với phương pháp tương tự.

Việc quét sẽ cung cấp mật độ điểm cao cho đường viền, với độ chính xác chuẩn hơn 1 µm. Sau đó, đường viền thực tế này có thể được biểu thị trong so sánh 3D-CAD, dưới dạng biểu đồ độ lệch mã hoá màu dựa trên dữ liệu CAD. Phân tích này là mối quan tâm hàng đầu đối với các xưởng khuôn, giúp họ chỉnh sửa khuôn trong trường hợp sai lệch một cách chính xác vào các vị trí bị lỗi.

Quy trình đơn giản, dữ liệu chính xác

Chương trình đo ›GearMeasure‹ cho bánh răng được tích hợp hoàn toàn trong gói phần mềm ›WinWerth‹. Sau khi nhập dữ liệu danh nghĩa và dữ liệu đo, thì trình tự đo, bao gồm cả các đường di chuyển, sẽ được tạo và thực hiện hoàn toàn tự động. Phần mềm tính sẽ toán các biên dạng của bánh răng, chẳng hạn như các biến dạng đường thân khai và cạnh, bước răng đơn lẻ và tích lũy, cắt lớp bề mặt, sai lệch độ dày và hiện tượng nhô ra.

Hình 4. Roland Rossacher (L), Giám đốc kiểm soát chất lượng tại Maxon Motor, và Adrian Burch, Giám đốc Kiểm tra Lắp ráp QA, đánh giá kết quả đo bằng biểu đồ độ lệch mã hoá màu

Adrian Burch, quản lý bộ phận kiểm soát chất lượng cho quy trình kiểm tra lắp ráp cũng rất hài lòng với thời gian cho các phép đo. »Thời gian đo cho mỗi chi tiết là khoảng mười phút, trong khi việc lập trình một lần cho từng loại bánh răng sẽ mất thời gian hơn một chút. Sau đó, chúng tôi có thể phân tích dữ liệu ngoại tuyến. «Đối với anh và Giám đốc chất lượng Roland Rossacher (Hình ảnh 4), việc mở rộng chuyên môn đo lường tại Maxon Motor để thực hiện việc đo kiểm bánh răng sử dụng đầu dò sợi quang là rất đáng giá. Nhờ vậy, các thời gian sửa chữa trong xưởng khuôn đã được giảm xuống, và các nỗ lực kiểm tra trong quá trình sản xuất hàng loạt đã được cắt giảm đáng kể, nhờ việc kiểm tra F.A.I và đánh giá quy trình đều được cải thiện. Roland Rossacher rất hài lòng: »Chúng tôi có hàng nghìn các bánh răng này đang được sử dụng, và quy trình đo kiểm đang diễn ra một cách hoàn hảo.«
-------------------------------------------------------
CÔNG TY TNHH CÔNG NGHỆ VÀ DỊCH VỤ TÂN MINH
Phone: +84 24 32055016
Email: marketing@nitech.com.vn
Website: https://nitech.com.vn/
 

tongminh

New Member
Anh cho em hỏi: Ngoài những phương pháp đo lường như trên, hiện nay còn có phương pháp đo lường những chi tiết siêu nhỏ như trên và cho về độ chính xác tương đương không ạ? Em cảm ơn.
 
Top