Abraham Lincoln, 16. prezident Spojených štátov, raz povedal: "Môžete občas oklamať všetkých ľudí a niektorých môžete oklamať stále, ale nemôžete oklamať všetkých ľudí stále." [11To isté platí pri monitorovaní výkonu laserov integrovaných do systému. V priemyselnej výrobe je možné určitý čas monitorovať celý systém, alebo stále časť systému, ale je nemožné sledovať celý systém stále. V ére Industry 4.0, teda v ére inteligentnej výroby, je veľmi dôležité pochopiť rozdiel medzi nimi.
Priemysel 4.{1}} mení výrobnú situáciu vo všetkých oblastiach života. Technologický pokrok pomáha výrobcom vykonávať priemyselnú výrobu efektívnejšie, rýchlejšie a inteligentnejšie. Na správne použitie inteligentných strojov je potrebné zbierať rôzne údaje, analyzovať ich a filtrovať, aby sa proces zlepšil. Príliš málo údajov bude brániť zlepšovaniu procesov, no zároveň môže byť príliš veľa údajov kontraproduktívne.
Systémy laserového spracovania majú svoj vlastný súbor prevádzkových charakteristík a súvisiacich problémov. Príliš veľa údajov o výkone lasera môže byť kontraproduktívne, pretože môže byť ohromujúce a ohromujúce.
Kedy merať metriky výkonu lasera?
Existujú štyri spôsoby merania výkonu lasera. Prvý prístup uprednostňuje väčšina operátorov laserových systémov, a to plánovaná údržba. Pri tomto prístupe sa metriky výkonu lasera merajú na základe plánovaných odstávok lasera, zvyčajne štvrťročne, polročne alebo ročne. Počas tejto doby sa merajú metriky výkonu lasera a porovnávajú sa s predchádzajúcimi meraniami, aby sa analyzovali prevádzkové trendy lasera.
Druhou metódou je meranie pri poruchách procesov. Napríklad, ak sa počas laserového zvárania zhorší kvalita zvaru, alebo ak rezanie zlyhá alebo sa nedá vykonať počas laserového rezania, možno zmerať výkon lasera, aby sa laserový systém obnovil na navrhnuté prevádzkové parametre.
Tretia a štvrtá metóda je presne to, o čom bude tento článok diskutovať - monitorovanie počas procesu a monitorovanie počas procesu. Obidva spôsoby majú svoje výhody a nevýhody. Operátorom musia byť jasné výhody a nevýhody týchto dvoch metód pri zvládnutí optimálnej metódy spracovania laserom. Okrem toho musia operátori pochopiť, ktoré laserové indikátory sú kritické na meranie počas priemyselných výrobných procesov.
Ako laser spracováva materiály?
Podľa vysokých požiadaviek, bez ohľadu na to, na akú technológiu spracovania sa laser používa, operátori musia pochopiť, ako laser spracováva materiály. Napríklad, aby ste vedeli, ktorý typ lasera je vhodný na zváranie, musíte dokonca pochopiť, ako laser zvára rám dverí automobilu. Najjednoduchší spôsob, ako to pochopiť, je hustota výkonu lasera.
Definícia hustoty výkonu sa týka výkonu lasera ožiareného na jednotku plochy materiálu. Hustota výkonu sa zvyčajne vyjadruje vo W/cm2, kde „W“ znamená výkon „watt“. Pre kontinuálne (CW) lasery je jeho hodnota hodnota výkonu: pre pulzné lasery je to jeho priemerná hodnota výkonu. "cm2" predstavuje plochu laserového bodu na pracovnej rovine. Napríklad 100 W laser zaostrený na bod s veľkosťou 100 mm má hustotu výkonu 1,27 x 103 kW/cm2.
Hustota výkonu lasera je ovplyvnená zmenami výkonu lasera alebo veľkosti svetla aplikovaného na materiál. Operátori lasera musia merať, analyzovať a porozumieť týmto dvom premenným, aby zabezpečili efektívnu prevádzku laserového procesu.
Dôležité merania ukazovateľov výkonu lasera
Meranie laserového svetla sa zvyčajne vykonáva pomocou merača výkonu. Merač výkonu je senzor, ktorý zhromažďuje laserové svetlo a premieňa ho na elektrický signál, potom odvodzuje výkon alebo energiu produkovanú lúčom a nakoniec poskytuje údaje meraciemu prístroju alebo počítaču na analýzu. Tento proces zvyčajne trvá len niekoľko sekúnd, ale môže sa líšiť v závislosti od použitej technológie. Tieto merania sú veľmi dôležité pre zber a analýzu údajov, najmä vo fáze výroby lasera, pretože údaje umožňujú používateľom pochopiť, ako sa mení výkon lasera a ako tieto zmeny ovplyvňujú použitie lasera v procese spracovania.
Okrem toho je potrebné merať priemer laserového lúča. Existuje mnoho spôsobov, ako vypočítať priemer lúča, ako napríklad metóda D40, metóda 13,5% vrcholu a metóda ostria noža 10/90 a výsledky výpočtu rôznych metód sa značne líšia. Ľudia z rôznych odvetví, zázemia a skúseností používajú zodpovedajúce metódy výpočtu podľa svojich aplikačných scenárov.
Pri výpočte priemeru lúča sa musí brať do úvahy hodnota kruhovitosti alebo elipticity lúča. Je dôležité porozumieť tvaru lúča a ako je energia rozložená v profile lúča. Je to Gaussov lúč alebo plochý lúč? Keď sa snažíme pochopiť, ako sa laser používa v procese, meranie parametrov laserového lúča by malo byť dokončené štandardným systémom merania lúčového kolesa.
Okrem priemeru lúča treba pri výbere lasera, vývoji laserovej aplikácie a integrácii alebo ladení laserového zdroja do systému zvážiť aj kvalitu lúča. Vo väčšine prípadov, keď je laser uvedený do výroby, kvalita jeho lúča sa vo všeobecnosti už neanalyzuje, takže je veľmi dôležité dokončiť analýzu kvality lúča predtým, ako laser opustí továreň.
Kvalita lúča môže byť vyjadrená hodnotou M2 a hodnotou M2 1.0 znamená, že kvalita laserového lúča je optimálna. Súčin parametra lúča (BPP=0xw, kde 0 je polovičný uhol divergencie vzdialeného poľa lúča a w je polomer pásu lúča) a hodnota K (1/MM2) môžu tiež použiť na vyjadrenie kvality laserového lúča. Zlepšila sa kvalita lúča a účinnosť laserových zdrojov. Pokiaľ ide o rôzne procesy spracovania, rôzne laserové zdroje majú svoje výhody.
Pre používateľov je dôležité porozumieť zmenám ukazovateľov výkonu lasera počas procesu spracovania. Meranie výkonu lasera, veľkosti lúča a toho, ako a prečo sa v priebehu času menia, je rozhodujúce pre úplné pochopenie výkonu systému a zabezpečenie stabilnejšieho dlhodobého výkonu.
Monitorovanie počas procesu vs. monitorovanie počas procesu
V súčasnosti sa vyžaduje zadávanie údajov čo najbližšie k reálnemu času. To si vyžaduje techniku bežne označovanú ako "monitorovanie počas procesu", ktorá zahŕňa monitorovanie meraní výkonu lasera počas procesu lasera. V oblasti aditívnej výroby sa táto technika nazýva „in-situ monitoring“.
Protipólom „monitorovania počas procesu“ je „monitorovanie počas procesu“, ktoré meria výkon lasera medzi procesmi. Oba spôsoby monitorovania majú svoje výhody a nevýhody.
n-processmkai
Monitorovanie počas procesu alebo monitorovanie in situ meria časť výkonu lasera počas prevádzky a výroby. V laserovom systéme je vytvorený špeciálny testovací subsystém, ktorý meria výkon iba časti lasera a analyzuje ho v reálnom čase.
Priebežné monitorovanie má významné výhody. Po prvé, keďže subsystém je integrovaný s celým systémom, môžu spolu ľahko komunikovať. Spätná väzba o výkone lasera v reálnom čase sa poskytuje nepretržite, takže v prípade potreby je možné rýchlo vykonať úpravy celého systému. Po druhé, tieto podsystémy sú často navrhnuté špeciálne pre systém, do ktorého sú integrované, a často sú jednoduché a poskytujú len spätnú väzbu požadovanú zákazníkom. Informácie, ktoré zhromažďujú, môžu byť ľahko prezentované na rozhraní človek-stroj, ktoré vidí operátor lasera. Tieto údaje môžu byť tiež uložené a analyzované a na základe výsledkov analýzy môžu byť vydané varovania, aby sa zaistila bezpečnosť systému a používateľov alebo aby sa znížila miera odpadu.
Hlavnou nevýhodou monitorovania počas procesu je, že tieto podsystémy môžu merať iba časť výkonu lasera celého laserového systému. Časť vzorky sa odoberie predtým, ako laser dosiahne oblasť spracovania a analyzuje sa počas spracovania. Bohužiaľ, veľa problémov, ktoré vznikajú počas spracovania, je často spôsobené funkčnou degradáciou komponentov v blízkosti oblasti spracovania po zozbieraní vzorky laserového merania. Ak sa komponent v systéme počas spracovania degraduje alebo zlyhá, vzorka použitá na laserové meranie môže prehliadnuť degradáciu alebo poruchu, čo poskytuje systému falošnú spätnú väzbu.
Ďalšou nevýhodou monitorovania počas procesu je obtiažnosť kalibrácie optických meracích komponentov. Pretože subsystémy sú integrované s celkovým systémom, je často ťažké alebo nemožné odstrániť komponenty na rekalibráciu. Komponenty na meranie výkonu sa musia často kalibrovať (Ophir odporúča kalibráciu každých 12 mesiacov), aby sa zabezpečila presnosť merania.
Takéto meracie podsystémy tiež poskytujú dodatočnú senzorickú spätnú väzbu laserovému systému na indikáciu výkonu lasera bez spoliehania sa na skutočné merania výkonu lasera. Na ochranu laserových komponentov je napríklad na krycom skle blízko oblasti spracovania nainštalovaný teplotný monitor. Ak je na krycom skle príliš veľa zvyškov spracovania a tieto nečistoty absorbujú energiu lasera, čo spôsobí zvýšenie teploty, monitor teploty to pripomenie používateľom lasera a poskytne systému a používateľom cenné informácie.
Monitorovanie počas procesu
Monitorovanie počas procesu zvyčajne používa samostatnú sadu produktov na meranie v oblasti laserového spracovania a analýzu celého laserového systému. Tieto monitorovacie systémy môžu pozostávať zo samostatných produktov na meranie výkonu lasera, energie a analýzy kvality lúča, alebo môžu byť zložené z produktov, ktoré dokážu tieto parametre testovať súčasne (pozri obrázok 2). Tieto kontrolné systémy môžu byť navzájom závislé alebo nezávislé, integrované do celkového systému, alebo môže byť systém pravidelne udržiavaný medzi procesmi.
Podobne ako monitorovanie in situ, aj monitorovanie v procese má svoje klady a zápory. Hlavnou výhodou at-process monitoringu je kompletnejšie vyhodnotenie celého výkonu lasera v rámci systému. 100 % laserového lúča sa zhromažďuje na meranie výkonu alebo energie a zaostrené miesto možno tiež analyzovať, aby sa používateľovi poskytla komplexná analýza výkonu lasera v danom čase. Tieto údaje možno uložiť, uložiť alebo zaprotokolovať v celom systéme a následne k nim pristupovať na analýzu trendov, aby sa zabezpečila obnova systému po zlyhaní a zachovala sa pôvodná efektívnosť systému. Zhromažďovanie údajov pomocou tejto metódy v konečnom dôsledku poskytuje používateľovi úplný obraz o používaní lasera, ale stojí to za to.
Najviditeľnejšou nevýhodou monitorovania počas procesu sú prestoje. Keďže meranie sa vykonáva na celom laseri, na vykonanie merania musí byť laser odstránený z výroby. Ak je laserový merací systém integrovaný do stroja, zvyčajne to nie je veľký problém, ale čas sú peniaze. Hoci je integrácia laserového meracieho systému do celkového systému pohodlná, môže byť nákladná a niekedy dokonca považovaná za zbytočnú. Ak nie sú integrované do celkového systému, laserové meracie produkty možno použiť ako nástroje údržby. Na vykonanie meraní však musí byť laser vyradený z výroby a keď personál údržby nie je oboznámený s obsluhou laserového nástroja, merania sú veľmi časovo náročné, čo môže mať za následok menej časté merania alebo dokonca žiadne merania. všetky.
Okrem toho existujú ďalšie produkty, ktoré môžu používateľom poskytnúť informácie o procese. Napríklad niekoľko spoločností ponúka produkty, ktoré dokážu analyzovať proces zvárania v reálnom čase pomocou rôznych technológií. Tieto systémy implementujú limity „go/no-go“ alebo „pass/no-go“ pre proces zvárania, čo používateľom umožňuje vedieť, kedy môže mať systém problémy, čím sa zabezpečuje výroba produktov vyššej kvality a znižuje sa množstvo odpadu.
Zabezpečenie stabilného výkonu lasera počas celého životného cyklu je rozhodujúce pre maximalizáciu a udržanie konzistentnosti a účinnosti procesu, predĺženie životnosti lasera a zlepšenie návratnosti investícií do systému. Iba meraním výkonu lasera v teréne na pracovisku môžu používatelia presne vedieť, ako laser funguje.
Metódy merania počas procesu aj počas procesu majú svoje výhody a nevýhody, ale obe metódy môžu poskytnúť dôležité informácie o laserovom spracovaní. Produkty, ktoré merajú ukazovatele výkonu lasera, sa neustále vyvíjajú, ľahšie sa ovládajú a sú odolnejšie. Meraním viacerých kľúčových ukazovateľov výkonu lasera používatelia ľahšie pochopia princíp činnosti lasera a budú vykonávať dlhodobú údržbu výkonu lasera.
