Trong công nghiệp cơ khí chính xác, khuôn mẫu, y khoa và giải phẫu, công nghệ vi cơ điện tử các chi tiết có biên dạng cầu chiếm số lượng lớn. Một số dạng chi tiết có biên dạng cầu điển hình như các bi cầu trong ổ bi, các đầu đo của máy đo độ cứng, các khớp nối dạng cầu dùng trong y học. Thông số quan trọng nhất của các bề mặt có biên dạng cầu là đường kính, độ chính xác đường kính quyết định độ chính xác của hệ thống. Hơn nữa các hệ thống vi cơ điện tử hay các chi tiết có lớp mạ phủ đặc biệt yêu cầu các phương pháp đo không tiếp xúc để không gây tổn hại cho bề mặt của đối tượng đo. Các phương pháp đo truyền thống như máy đo 3 tọa độ hay cầu kế đều không thỏa mãn các yêu cầu này.
Các hệ thống quang học có vai trò quan trọng trong các lĩnh vực khoa học như khoa học vũ trụ, khoa học quân sự, hệ thống quan sát và đo lường. Các linh kiện quang ngày càng đa dạng về kích thước từ vi thấu kính đến các gương cầu, thấu kính thiên văn kích thước lớn, từ bề mặt cầu truyền thống đến bề mặt phi cầu. Chất lượng của các linh kiện quang (thấu kính, gương, lăng kính, nêm quang) phụ thuộc vào độ chính xác của các thông số hình học như bán kính, chiều dày, tiêu cự. Do đó các phương pháp đo thông số hình học của chi tiết quang ngày càng đòi hỏi độ chính xác cao hơn, ở cấp độ 1 micromet.
Yêu cầu về hệ thống đo có độ chính xác cao, không tiếp xúc là yêu cầu cấp thiết trong lĩnh vực đo bán kính, tiêu cự chi tiết cầu. Các phương pháp đo dựa trên giao thoa kế laser có nhiều ưu điểm vượt trội về độ chính xác và tốc độ đo. Trên thế giới, các thiết bị đo thông số hình học của chi tiết quang sử dụng giao thoa kế Fizeau hay Twyman-Green ngày càng được nghiên cứu hoàn thiện và đạt độ chính xác cao. Tuy nhiên giao thoa kế Fizeau hay Twyman-Green sử dụng phương pháp đo pha nên phức tạp, kém ổn định trong môi trường công nghiệp và giá thành cao.
Tại Việt Nam hiện nay chưa có một doanh nghiệp hay cơ sở sản xuất nào chế tạo được các hệ thống thiết bị đo nói trên, mặc dù nhu cầu sử dụng thực tế là rất lớn. Các hệ thống thiết bị đo phải nhập khẩu với giá thành cao và bí quyết công nghệ của các hệ thống thiết bị luôn được các hãng sản xuất thiết bị đo giữ bí mật.
Để giải quyết vấn đề nói trên, TS. Vũ Thanh Tùng, PSG. Vũ Toàn Thắng cùng các cộng sự của bộ môn Cơ khí Chính xác & Quang học, Khoa Cơ khí, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã nghiên cứu và chế tạo thành công hệ thống đo bán kính chi tiết cơ khí có bán kính cong bằng giao thoa kế laser có độ chính xác cao, phạm vi đo lớn, ít nhạy với sự thay đổi của chiết suất môi trường. Hệ thống này sẽ góp phần đẩy mạnh nghiên cứu về đo lường laser, thay thế các thiết bị nhập khẩu cùng loại đắt tiền.
TS. Vũ Thanh Tùng chia sẻ “hệ thống của chúng tôi có ba cụm chính bao gồm: cụm đồng tiêu, cụm mang chi tiết đo và giao thoa kế. Trong đó, cụm đồng tiêu bao gồm: nguồn laze bán dẫn để phát chùm laze về phía chi tiết đo, giữa nguồn laze bán dẫn và chi tiết đo được bố trí lần lượt lăng kính chia chùm phân cực, thấu kính chuẩn trực, tấm làm trễ pha một phần tư bước sóng và thấu kính chuẩn, cụm đồng tiêu sẽ xác định đỉnh và tâm mặt cầu này là duy nhất và các thành phần nhiễu bị loại bỏ, cụm mang chi tiết đo bao gồm: cụm gá lắp chi tiết quang để gá lắp chi tiết hình cầu cần đo bán kính, cụm vi chỉnh để đỡ cụm gá lắp chi tiết quang và điều chỉnh vị trí của chi tiết đo, và hệ sống trượt đệm khí để đỡ cụm vi chỉnh và giao thoa kế để đo dịch chuyển bằng cách sử dụng kỹ thuật điều biến tần số”.
Đặt mục tiêu là đơn giản, hiệu quả mà phải tăng độ phân giải, độ chính xác cao hơn so với các phương pháp khác, TS. Vũ Thanh Tùng và các cộng sự sử dụng kỹ thuật điều biến tần số kết hợp với kỹ thuật trích xuất đồng bộ xác định vị trí đỉnh và tâm của mặt cầu chi tiết đo, tất cả các thành phần khác ngoài tín hiệu đo, có tần số khác tần số chuẩn của bộ trích xuất đồng bộ, bị loại bỏ hoàn toàn. Giao thoa kế đo dịch chuyển sử dụng kỹ thuật điều biến tần số có độ chính xác cao, loại bỏ ảnh hưởng từ nhiễu của mỗi trường đo, phạm vi đo lớn. Hệ thống dịch chuyển thẳng chính xác sử dụng sống trượt đệm khí kết hợp hệ gá lắp và vi chỉnh chi tiết đo cho phép mở rộng phạm vi đo với các chi tiết quang có đường kính thông quang và chiều dày khác nhau. Đồng thời đảm bảo chi tiết đo dịch chuyển theo quang trục của hệ quang và do đó làm giảm các sai số do sai lệch vị trí của chi tiết đo.
.jpg)
Hệ thống đo bán kính chi tiết cơ khí có bán kính cong bằng giao thoa kế laser, Nguồn: Tác giả cung cấp
Theo PGS. TS. Vũ Toàn Thắng, ưu điểm nổi bật của phương pháp này là độ chính xác cao, phạm vi đo lớn, ít nhạy với sự thay đổi của chiết suất môi trường. Hệ thống này sẽ góp phần đẩy mạnh nghiên cứu về đo lường laser, thay thế các thiết bị nhập khẩu cùng loại đắt tiền.
Về thương mại hoá sản phẩm sau khi nghiên cứu, PGS. TS. Vũ Toàn Thắng cho biết, hiện nay sản phẩm đã hoàn thiện sẵn sàng có thể chuyển giao công nghệ này. Ngoài ra, hệ thống hệ thống đo bán kính công chi tiết cơ khí còn được sử dụng để đào tạo sinh viên, học viên cao học, nghiên cứu sinh trong việc thiết kế hệ thống cơ điện tử theo từng module riêng, giúp sinh viên tiếp cận nhanh với công nghệ chế tạo hiện đại, đáp ứng các yêu cầu của sản xuất công nghiệp.
Trong quá trình nghiên cứu, TS. Vũ Thanh Tùng, PGS. Vũ Toàn Thắng đã được Viện Nghiên cứu sáng chế và Khai thác công nghệ (Bộ Khoa học và Công nghệ) hỗ trợ tìm kiếm, phân tích thông tin công nghệ từ các sáng chế có liên quan để tham khảo các ý tưởng và rút ngắn thời gian nghiên cứu. Ngoài ra, Viện Nghiên cứu sáng chế và Khai thác công nghệ đã tư vấn về sở hữu trí tuệ cho nhóm nghiên cứu. Kết quả nghiên cứu của TS. Vũ Thanh Tùng, PGS. Vũ Toàn Thắng đã được Cục sở hữu trí tuệ cấp bằng sáng chế số 27988 theo Quyết định số: 3841w/QĐ-SHTT ngày 11 tháng 03 năm 2021.