Lịch sử đo lường từ Ga-li-lê đến hệ thống quang học

Con người đã bắt đầu đo đạc từ thời cổ đại. Hình thức đo lường đầu tiên xuất hiện để tạo thuận lợi cho thương mại và ghi chép lại hoạt động của con người. Thời gian, khối lượng và chiều dài là những tiêu chuẩn đầu tiên được hình thành.

Trong suốt chiều dài lịch sử, đo đạc kích thước đã trải qua rất nhiều bước phát triển. Dưới đây là những cột mốc quan trọng nhất:

Trước năm 1789

Bước chân của nhà vua

Bước chân của nhà vua - đơn vị đo lường xưa cổ nhất.


Các nhà khoa học ước tính rằng có hàng nghìn đơn vị đo khác nhau được sử dụng khắp châu Âu. Trong số đó, đơn vị “bước chân của vua” (pied du roi) là nổi bật nhất. Mặc dù vậy, nhiều thương nhân vẫn sử dụng công cụ đo lường riêng của họ vì các mục đích qua mặt, gian lận. Chỉ đến khi hệ thống mét xuất hiện thì mới có sự thống nhất trong quy tắc đo lường.  

Năm 1795

Hệ thống mét

Hệ thống mét

Hệ thống mét

Chính phủ cách mạng Pháp đã giới thiệu hệ thống mét, bây giờ được gọi là hệ thống đơn vị đo lường quốc tế. Một mét được định nghĩa sơ bộ bằng một phần mười triệu khoảng cách giữa Bắc Cực và xích đạo có đường nối đi qua Paris. Tất nhiên, định nghĩa này đã phát triển qua nhiều thế kỷ, nhưng vẫn được xem là chiều dài tham chiếu cho tất cả các công cụ đo lường.

Năm 1840

Phép quang trắc

Nhà đo đạc người Pháp François Arago

Nhà đo đạc người Pháp François Arago

Phép quang trắc được sử dụng lần đầu tiên ngay sau sự nổi lên của ngành nhiếp ảnh. Công đầu tiên thuộc về nhà đo đạc người Pháp, François Arago. Ông ấy đã giới thiệu phép tam giác phân cho Học viện khoa học. Kỹ thuật này giúp ông ấy xác định vị trí của các vật thể trong không gian dựa trên hình ảnh được chụp từ các góc nhìn khác nhau mà không biết trước vị trí của các lần chụp.

Năm 1848

Hệ thống Palmer

Hệ thống Palmer

Hệ thống Palmer

Nhà phát minh người Pháp J. Palmer đã nhận bằng sáng chế cho “Hệ thống Palmer”, trắc vi kế đầu tiên vẫn được công nhận đến bây giờ với hình dáng chữ U. Trắc vi kế hiện đại vẫn theo sát thiết kế ban đầu của hệ thống Palmer với thiết kế chữ U, đe, trục chính, tay cầm… Bên cạnh đó, tất cả trắc vi kế và các công cụ cầm tay khác cần phải được truy nguyên từ các tiêu chuẩn quốc tế.

Năm 1887

Giao thoa kế Michelson

Giao thoa kế Michelson

Giao thoa kế Michelson

Nhà vật lý người Mỹ Albert A. Michelson đã nghĩ rằng việc phát hiện sự chuyển động thông qua môi trường ê-te* là có thể đo được. Để làm như vậy, ông ấy đã phát minh một dụng cụ mới gọi là giao thoa kế. Kết quả ông ấy đạt được qua thí nghiệm chứng minh rằng không có sự chuyển động nào của trái đất có quan hệ với ê-te. Sự chứng minh này thay đổi nền tảng của vật lý và dẫn đường cho Albert Einstein đến với thuyết tương đối vào năm 1905.

*Ête là một khái niệm thuộc vật lý học đã từng được coi như là một môi trường vật chất không khối lượng lấp đầy toàn bộ không gian. Ý tưởng về môi trường như thế cần thiết để cho sóng điện từ có thể lan truyền đi được. Thí nghiệm Michelson-Morley đã bác bỏ giả thuyết về sự tồn tại của môi trường ête này. (Theo Wikipedia)

Năm 1960

Máy đo tọa độ phối hợp (CMM - Coordinate Measuring Machine)

Máy đo tọa độ phối hợp (CMM - Coordinate Measuring Machine)

Máy đo tọa độ phối hợp (CMM - Coordinate Measuring Machine)

Máy đo tọa độ phối hợp lần đầu xuất hiện vào đầu những năm 60 và được làm từ thiết bị theo vết 3D với một đầu đọc kỹ thuật số đơn giản hiển thị các vị trí XYZ. Sự bắt đầu của CMM được phát triển bời công ty Ferranti ở Scotland trong những năm 50. Tuy nhiên, hệ thống đó chỉ có 2 trục. Thiết kế 3 trụ đầu tiên xuất hiện trong những năm 1960 và được phát mình mởi công ty của Ý DEA (bây giờ là một phần của tập đoàn đo lường Hexagon)

Ngay sau đó, máy CMM tự động xuất hiện những năm 60 để thực hiện các việc kiểm tra phức tạp cho động cơ phản lực bằng sóng siêu âm Concorde. Phát minh này dẫn đến việc hình thành công ty Renishaw vào năm 1973, hiện là nhà cung cấp chính các đầu đo CMM.


Năm 1980

Máy CMM cầm tay

Công cụ đo lường cánh tay có khớp nối


Công cụ đo lường cánh tay có khớp nối

Máy CMM cầm tay với cánh tay đo xuất hiện vào những năm 80, một bước tiến dài của ngành đo lường: người ta đã có thể đem công cụ đo lường đến xưởng sản xuất. Sự đổi mới này giúp loại bỏ việc phải mang bộ phận sản xuất đến môi trường kiểm soát. Tuy nhiên bởi vì các cánh tay đo sử dụng kỹ thuật cũ chỉ dựa vào các bộ phận cơ khí chính xác, những máy CMM cầm tay này vẫn còn rất nhạy cảm với các rung động và bất ổn gây ra bởi môi trường. Vì vậy, khi sử dụng máy này cần đề phòng trước các vấn đề trên.

Năm 1985

Máy scan 3D

Máy scan 3D

Máy scan 3D

Mặc dù máy scan 3D đầu tiên được phát triển vào những năm 60, nhưng mãi đến năm 1985 thì công nghệ la-de mới được áp dụng để quét 3D. Trước đó, các mô hình quét 3D sử dụng ánh sáng, ca-mê-ra và máy chiếu để thực hiện việc scan. Tuy nhiên, mất rất nhiều thời gian và công sức để quét mẫu vật một cách chính xác. Sau năm 1985, các máy sử dụng ánh sáng trắng, tia la-de và bống để chụp lại một bề mặt.

Năm 1987

Truy vết tia laze

Hệ thống truy vết laze

Hệ thống truy vết laze

Máy truy vết laze đầu tiên được phát triển bởi tiến sĩ Kam Lau năm 1986. Một năm sau, tiến sĩ Lau thành lập công ty có tên Automated Precision, để hoàn thiện kỹ thuật truy vết, dẫn đến việc xây dựng mô hình với độ chính xác và cơ động cao hơn. Máy truy vết laze vẫn còn là giải pháp hàng đầu để đo bộ phận kích thước lớn (ví dụ cánh máy bay, khung xe ô tô, hoặc các công cụ lớn). Dù vậy, với việc đo các vật thể khối lượng lớn thì vẫn có một đối thủ cạnh tranh đó là phép quang trắc.

Năm 2000

Máy CMM quang học cầm tay

Máy CMM quang học cầm tay

Máy CMM quang học cầm tay

Máy CMM quang học cầm tay xuất hiện trong ngành đo lường vào đầu thiên niên kỷ. Chúng đem đến sự linh hoạt và hiệu của của máy CMM, cùng với khả năng di động và đơn giản của máy CMM cầm tay, cộng thêm máy CMM quang học cầm tay miễn nhiểm với sự rung động, khiến chúng thích nghi tuyệt vời với điều kiện đo đạc tại nơi sản xuất. Công nghệ này đã cải thiện và phát triển suốt nhiều năm qua, và giờ chúng đã có thể cạnh tranh với các máy CMM. Chúng đã được tíc hợp vào quá trình kiểm tra và thậm chí đang thách thức thị trường đo lường. Vậy, liệu rằng công nghệ CMM quang học cầm tay có là tương lai của ngành đo lường không?

(Theo Daniel Brown)


Viết bình luận

Bình luận của bạn sẽ được duyệt trước khi đăng lên