Wstęp

W dniu 11 stycznia 2023 roku została przeprowadzona kalibracja skanerów według następującej procedury:

  • Kalibracja osi Z w skanerze

  • Kalibracja skanera w układzie współrzędnych obrabiarki

  • Pięciokrotne powtórzenie kalibracji na trzech różnych wysokościach skanowania

Kalibracja osi Z skanerów

Do sprawnego przeprowadzenie kalibracji skanera w osi Z przygotowano specjalna płytkę kalibracyjną o wysokiej płaskości oraz azotowanej powierzchni.Płytka ta została ustawiona w przestrzeni obrabiarki z zachowaniem warunków geometrycznych (równoległość względem osi obrabiarki).

Nad tą płytką pozycjonowano skanery ustawiając je na wysokości 270 mm. W tym ustawieniu przeprowadzano procedurę kalibracji osi Z skanera.

Kalibracja skanera w układzie współrzędnych obrabiarki

Do kalibracji skanera w układzie współrzędnych obrabiarki wykorzystywano drugą, wzorcową płytkę kalibracyjną. Płytka ta (wzorzec) była również bardzo dokładnie ustawiona (z zachowaniem warunków geometrycznych) w układzie współrzędnych obrabiarki. We wzorcu tym jest wykonanych 35 otworów o średnicy 16 mm. Wzorzec ten został wcześniej zmierzony na maszynie pomiarowej. Wyniki pomiarowe w postaci współrzędnych każdego otworu wraz z wartością promienia posłużyły jako punkt odniesienia dla obliczeń dokładności skanowania. Aby jedna można było porównywać współrzędne wzorca ze współrzędnymi pochodzącymi ze skanera wyniki te zostały skorygowane o odpowiednie współczynniki kalibracyjne wyznaczone w taki sposób aby średnia odchyłka wynosiła 0.

Pięciokrotne powtórzenie kalibracji na trzech różnych wysokościach skanowania

Po takim przygotowaniu i przeprowadzeniu kompletnej procedury kalibracji, procedurę tą powtórzono pięć razy na trzech różnych wysokościach skanowania 270, 265 oraz 260. Po każdej takie kalibracji wyznaczano na nowo współczynniki kalibracyjne. Każda więc kolejna kalibracja była wykonywana przy wykorzystaniu nowych współczynników kalibracyjnych.

Współczynniki kalibracyjne

Współczynniki kalibracyjne w osiach X oraz Y wynikają wyłącznie z niewielkiego przesunięcie układu współrzędnych skanera względem układu współrzędnych obrabiarki. W trakcie kolejnych pomiarów minimalnie się jednak zmieniały.

Współczynnik Kanał min średnia max zakres
rkal 1 -0.201 -0.193 -0.185 0.016
rkal 2 -0.230 -0.217 -0.204 0.026
xkal 1 0.436 0.447 0.455 0.019
xkal 2 0.443 0.447 0.450 0.007
ykal 1 0.044 0.066 0.078 0.034
ykal 2 0.015 0.020 0.028 0.013
zkal 1 -0.006 0.010 0.020 0.026
zkal 2 -0.016 0.003 0.026 0.042

Współczynnik kalibracyjny w osi X

W kanale pierwszym współczynnik ten zmieniał się w zakresie 0.02 mm. W kanale drugim zmiany te były nieco mniejsze i wynosiły tylko 0.007 mm

Współczynnik kalibracyjny w osi Y

W przypadku osi Y zmiany te były już nieco większe i wynosiły 0.03 mm w kanale 1 oraz 0.01 mm w kanale 2.

Współczynnik kalibracyjny w osi Z

Dość zaskakujące są zmiany współczynnika kalibracyjnego w osi Z. Szczególnie przy zmianie wysokości z 265 na 260 mm.

Współczynnik kalibracyjny promieni

W przypadku współczynnika kalibracyjnego dla promieni otworów zmiany nie są aż tak istotne jak sama wartość tego współczynnika. Widać, wyraźnie że wraz ze zmniejszaniem się wysokości skanowania współczynnik ten rośnie. Jednak jego wartość na poziomie -0.2 mm świadczy o dużych błędach pomiaru promieni.

Rozkład odchyłek wyników pomiarowych

Jak nadmieniono we wstępnie dla każdego wyniku pomiarowego odpowiadającego każdemu z 35 otworów płytki wzorcowej wyznaczono odpowiednią odchyłkę pomiarową. Rozkład tych odchyłek przedstawiono w poniższej tabeli oraz na box-plocie.

Odchyłka Kanał min średnia max zakres
dr 1 -0.089 0.000 0.087 0.175
dr 2 -0.087 -0.002 0.085 0.172
dx 1 -0.109 0.000 0.167 0.276
dx 2 -0.208 0.000 0.118 0.326
dy 1 -0.132 0.002 0.139 0.270
dy 2 -0.123 0.000 0.108 0.231
dz 1 -0.061 0.000 0.058 0.119
dz 2 -0.107 -0.002 0.067 0.174

Zakres odchyłek jest szczególnie duży w przypadku osi X i wynosi 0.28 dla kanału 1 oraz 0.33 dla kanału 2. Również w przypadku osi Y zakres ten jest niewiele mniejszy i wynosi 0.27 w kanale 1 oraz 0.23 w kanale 2.

Moduł odchyłki na płaszczyźnie X-Y

Dla każdej pary współrzędnych X-Y poszczególnych otworów wyznaczono moduł oraz kąt odchyłki. Rozkład modułów przedstawia się następująco.

Jak można zauważyć ponad 75% wszystkich modułów odchyleń miało wartość poniżej 0.1 mm. Jednak zdarzają się punkty dla których moduły odchyleń są większe od 0.15 mm.

Skręt skanera

Dysponując takimi wynikami można było wyznaczyć skręt skanera wokół poszczególnych osi układu współrzędnych. W przypadku skręcenia wokół osi X oraz Y na uzyskane wyniki ma wpływ zarówno fizyczne ustawienie skanera jak i kalibracja w osi Z. W przypadku skrętu wokół osi Z wpływ ma jedynie fizyczne ustawienie skanera.

Skręt skanera wokół osi X

Można zauważyć zmianę skrętu przy zmniejszającej się wysokości skanowania. Szczególnie wyraźnie widać to w przypadku skanera w kanale 2. Tam współczynnik skrętu zmienił się dziesięciokrotnie z 0.02mm/m do 0.2 mm/m. Podobnie rzecz ma się w kanale 1 choć tu efekt ten jest minimalnie mniejszy. Świadczy to o fizycznym skręceniu skanera wokół tej osi. Kalibracja skanera w osi Z może to ustabilizować ale tylko na tej wysokości skanowania na której odbyła się kalibracja.

Skręt skanera wokół osi Y

W przypadku skręcenia skanera wokół osi Y, skaner w kanale 1 jest ustawiony bardzo dobrze. Natomiast w kanale 2 należało by koniecznie skorygować to ustawienie. Współczynnik skrętu zmienia się bowiem w tym kanale z 0.2 mm/m do 0.7 mm/m.

Skręt skanera wokół osi Z

Skręt wokół osi Z można skorygować wyłącznie poprzez fizyczne ustawienie skanera. Jak widać ona skanery są nieco skręcone, przy czym większe skręcenie wykazuje skaner w kanale 1 gdzie skręt wynosi 0.7 mm/m. W kanale 2 to skręcenie jest już mniejsze i wynosi ok. 0.4 mm/m.

Moduł odchyleń na płaszczyźnie X-Y

Poniższy wykres przedstawia moduły odchyleń wyników pomiarowych każdego z otworu. Dla każdego pomiaru wyrysowano osobną strzałkę modułu. Strzałki te w znaczne mierze się pokryły co świadczy o dużej powtarzalności pomiarów.

Odchyłki w osi Z oraz odchyłki promienia na płaszczyźnie X-Y

Na koniec przedstawiono odchyłki w osi Z oraz udchyłki promieni otworów na płaszczyźnie X-Y