Авраам Лінкольн, 16-й президент Сполучених Штатів, якось сказав: «Ви можете дурити всіх людей певний час, і ви можете дурити деяких людей весь час, але ви не можете дурити всіх людей постійно». [11 Те саме стосується моніторингу продуктивності лазерів, інтегрованих у систему. У промисловому виробництві всю систему можна контролювати протягом певного періоду часу або частину системи можна контролювати весь час, але неможливо контролювати всю систему весь час. В епоху індустрії 4.0, тобто в епоху розумного виробництва, дуже важливо розуміти різницю між ними.
Індустрія 4.0 змінює ситуацію у виробництві в усіх сферах життя. Технологічний прогрес допомагає виробникам вести промислове виробництво ефективніше, швидше та розумніше. Щоб правильно застосовувати розумні машини, необхідно збирати різні дані, аналізувати та фільтрувати їх для покращення процесу. Занадто мало даних перешкоджатиме вдосконаленню процесу, але в той же час занадто багато даних може бути контрпродуктивним.
Системи лазерної обробки мають власний набір робочих характеристик і пов’язаних з цим проблем. Забагато даних про продуктивність лазера може бути контрпродуктивним, оскільки це може бути величезним і величезним.
Коли вимірювати показники продуктивності лазера?
Існує чотири способи вимірювання продуктивності лазера. Перший підхід – це те, що надає перевагу більшість операторів лазерних систем, тобто планове технічне обслуговування. У цьому підході показники продуктивності лазера вимірюються на основі запланованого простою лазера, як правило, щокварталу, півроку або щороку. Протягом цього часу показники продуктивності лазера вимірюються та порівнюються з попередніми вимірюваннями для аналізу тенденцій роботи лазера.
Другий метод полягає в вимірюванні під час збоїв процесу. Наприклад, якщо якість зварного шва погіршується під час лазерного зварювання або якщо різання не вдається або не може бути виконано під час лазерного різання, продуктивність лазера можна виміряти, щоб відновити лазерну систему до проектованих робочих параметрів.
Третій і четвертий методи — це саме те, про що йтиметься в цій статті — моніторинг у процесі та моніторинг у процесі. Обидва методи мають свої переваги та недоліки. Оператори повинні чітко знати переваги та недоліки цих двох методів, освоюючи оптимальний метод обробки лазером. Крім того, оператори також повинні розуміти, які лазерні індикатори є критично важливими для вимірювання під час процесів промислового виробництва.
Як лазер обробляє матеріали?
Відповідно до високих вимог, незалежно від того, для якої технології обробки використовується лазер, оператори повинні розуміти, як лазер обробляє матеріали. Наприклад, щоб знати, який тип лазера підходить для зварювання, потрібно навіть розуміти, як лазер зварює дверну коробку автомобіля. Найпростіший спосіб зрозуміти це через щільність потужності лазера.
Визначення щільності потужності відноситься до потужності лазера, що випромінюється на одиницю площі матеріалу. Щільність потужності зазвичай виражається у Вт/см2, де «Вт» означає потужність «ват». Для безперервних (CW) лазерів це значення є значенням потужності, для імпульсних лазерів це його середнє значення потужності. «cm2» представляє площу лазерної плями на робочій площині. Наприклад, лазер потужністю 100 Вт, сфокусований на пляму розміром 100 мм, має щільність потужності 1,27x103 кВт/см2.
На щільність потужності лазера впливають зміни потужності лазера або розміру світла, що подається на матеріал. Лазерні оператори повинні вимірювати, аналізувати та розуміти ці дві змінні, щоб забезпечити ефективну роботу лазерного процесу.
Важливі вимірювання продуктивності лазера
Вимірювання лазерного світла зазвичай здійснюється за допомогою вимірювача потужності. Вимірювач потужності – це датчик, який збирає лазерне світло та перетворює його на електричний сигнал, потім визначає потужність або енергію, вироблену променем, і, нарешті, передає показання на вимірювальний прилад або комп’ютер для аналізу. Зазвичай цей процес займає лише кілька секунд, але він може змінюватися залежно від використовуваної технології. Ці вимірювання дуже важливі для збору та аналізу даних, особливо на стадії виробництва лазера, оскільки дані дозволяють користувачам зрозуміти, як змінюється продуктивність лазера та як ці зміни впливають на застосування лазера в процесі обробки.
Крім того, необхідно виміряти діаметр лазерного променя. Існує багато способів розрахунку діаметра променя, наприклад метод D40, метод піку 13,5% і метод леза ножа 10/90, і результати розрахунків різними методами сильно відрізняються. Люди з різних галузей промисловості, походження та досвіду використовують відповідні методи розрахунку відповідно до своїх сценаріїв застосування.
При розрахунку діаметра балки слід враховувати значення круглості або еліптичності балки. Важливо розуміти форму променя і те, як енергія розподіляється в профілі променя. Це промінь Гауса чи промінь з плоскою вершиною? Намагаючись зрозуміти, як лазер використовується в процесі, вимірювання параметрів лазерного променя слід завершити стандартною системою вимірювання колеса променя.
При виборі лазера, розробці лазерного застосування та інтеграції або налагодженні лазерного джерела в систему, окрім діаметра променя, також слід враховувати якість променя. У більшості випадків після запуску лазера у виробництво якість його променя більше не аналізується, тому дуже важливо завершити аналіз якості променя до того, як лазер покине завод.
Якість променя можна виразити значенням M2, а значення M2, що дорівнює 1.0, вказує на те, що якість лазерного променя є оптимальною. Добуток параметрів променя (BPP=0xw, де 0 — половинний кут розбіжності променя в дальній зоні, а w — радіус перетяжки променя) і значення K (1/MM2) також можуть використовувати для вираження якості лазерного променя. Поліпшилася якість променя та ефективність лазерних джерел. Що стосується різних процесів обробки, різні лазерні джерела мають свої переваги.
Користувачам важливо розуміти зміни показників продуктивності лазера в процесі обробки. Вимірювання потужності лазера, розміру променя, а також того, як і чому вони змінюються з часом, має вирішальне значення для повного розуміння продуктивності системи та забезпечення більш стабільної довгострокової роботи.
Моніторинг у процесі проти моніторингу в процесі
Сьогодні потрібно вводити дані якомога ближче до реального часу. Для цього необхідний метод, який зазвичай називають «контролем у процесі», який включає моніторинг вимірювань продуктивності лазера під час лазерного процесу. У галузі адитивного виробництва ця техніка називається «моніторингом на місці».
Відповідником «моніторингу в процесі» є «моніторинг у процесі», який вимірює продуктивність лазера між процесами. Обидва методи моніторингу мають свої переваги та недоліки.
n-processmkai
Моніторинг у процесі або на місці вимірює частину продуктивності лазера під час експлуатації та виробництва. У лазерній системі встановлено спеціальну тестову підсистему для вимірювання продуктивності лише частини лазера та її аналізу в режимі реального часу.
Моніторинг у процесі має значні переваги. По-перше, оскільки підсистема інтегрована з усією системою, вони можуть легко спілкуватися. Зворотний зв’язок щодо продуктивності лазера надходить у режимі реального часу, тому за потреби можна швидко налаштувати всю систему. По-друге, ці підсистеми часто розроблені спеціально для системи, у яку вони інтегровані, і часто є простими, забезпечуючи лише зворотний зв’язок, який вимагає клієнт. Інформацію, яку вони збирають, можна легко представити в інтерфейсі людина-машина, який бачить оператор лазера. Ці дані також можна зберігати та аналізувати, а також видавати попередження на основі результатів аналізу, щоб забезпечити безпеку системи та користувачів або зменшити відсоток браку.
Основним недоліком внутрішнього моніторингу є те, що ці підсистеми можуть вимірювати лише частину продуктивності лазера всієї лазерної системи. Частина зразка збирається до того, як лазер досягне зони обробки, і аналізується під час обробки. На жаль, багато проблем, які виникають під час обробки, часто викликані функціональним погіршенням компонентів поблизу зони обробки після того, як було зібрано зразок лазерного вимірювання. Якщо компонент у системі погіршується або виходить з ладу під час обробки, зразок, який використовується для лазерного вимірювання, може пропустити погіршення чи збій, надаючи системі помилковий зворотний зв’язок.
Іншим недоліком внутрішнього моніторингу є складність калібрування компонентів оптичного вимірювання. Оскільки підсистеми інтегровані в загальну систему, часто важко або неможливо видалити компоненти для повторного калібрування. Компоненти вимірювання потужності необхідно часто калібрувати (Ophir рекомендує калібрувати кожні 12 місяців), щоб забезпечити точність вимірювань.
Такі вимірювальні підсистеми також забезпечують додатковий сенсорний зворотний зв’язок з лазерною системою для вказівки продуктивності лазера, не покладаючись на фактичні вимірювання продуктивності лазера. Наприклад, датчик температури встановлений на покривному склі поблизу зони обробки для захисту компонентів лазера. Якщо на покривному склі забагато сміття від обробки, яке поглинає енергію лазера, спричиняючи підвищення температури, монітор температури нагадає користувачам лазера та надасть цінну інформацію системі та користувачам.
Моніторинг процесу
Моніторинг під час процесу зазвичай використовує окремий набір продуктів для проведення вимірювань у зоні лазерної обробки та аналізу всієї лазерної системи. Ці системи моніторингу можуть складатися з окремих продуктів для вимірювання потужності лазера, енергії та аналізу якості променя, або вони можуть складатися з продуктів, які можуть перевіряти ці параметри одночасно (див. Малюнок 2). Ці системи перевірки можуть бути взаємозалежними або незалежними одна від одної, інтегрованими в загальну систему, або система може регулярно підтримуватися між процесами.
Подібно до моніторингу на місці, моніторинг на місці має свої плюси та мінуси. Головною перевагою моніторингу в процесі є більш повна оцінка всієї продуктивності лазера в системі. 100% лазерного променя збирається для вимірювання потужності або енергії, а сфокусована пляма також може бути проаналізована, щоб надати користувачеві повний аналіз продуктивності лазера в цей момент часу. Ці дані можна зберігати, зберігати або реєструвати в усій системі, а потім отримувати доступ для аналізу тенденцій, щоб гарантувати відновлення системи після збою та підтримувати початкову ефективність системи. Збір даних за допомогою цього методу зрештою дає користувачеві повну картину використання лазера, але це має певну ціну.
Найбільш очевидним недоліком моніторингу в процесі є час простою. Оскільки вимірювання виконується на всьому лазері, лазер необхідно зняти з виробництва, щоб виконати вимірювання. Якщо лазерна вимірювальна система інтегрована в машину, це зазвичай не становить великої проблеми, але час – гроші. Однак, хоча інтеграція лазерної вимірювальної системи в загальну систему є зручною, вона може бути дорогою, а іноді навіть вважатися непотрібною. Якщо лазерні вимірювальні прилади не інтегровані в загальну систему, їх можна використовувати як засоби обслуговування. Однак для проведення вимірювань лазер потрібно зняти з виробництва, а коли обслуговуючий персонал не знайомий з роботою лазерного інструменту, вимірювання забирають багато часу, що може призвести до менш частих вимірювань або навіть повної їх відсутності. все.
Крім того, існують інші продукти, які можуть надати користувачам інформацію про процес. Наприклад, кілька компаній пропонують продукти, які можуть аналізувати процес зварювання в реальному часі за допомогою різних технологій. Ці системи встановлюють обмеження на процес зварювання «запуск/незапуск» або «прохід/заборона», дозволяючи користувачам знати, коли в системі можуть виникнути проблеми, забезпечуючи виробництво продукції вищої якості та знижуючи кількість браку.
Забезпечення стабільної роботи лазера протягом усього життєвого циклу має вирішальне значення для максимізації та підтримки узгодженості та ефективності процесу, продовження терміну служби лазера та покращення рентабельності інвестицій у систему. Тільки вимірявши продуктивність лазера в полі на робочому місці, користувачі можуть точно знати, як працює лазер.
І методи вимірювання в процесі, і під час процесу мають свої переваги та недоліки, але обидва методи можуть надати важливу інформацію про лазерну обробку. Продукти, які вимірюють індикатори продуктивності лазера, постійно вдосконалюються, стають простішими в експлуатації та довговічнішими. Вимірюючи кілька ключових показників ефективності лазера, користувачам буде легше зрозуміти принцип роботи лазера та виконувати довгострокове обслуговування його продуктивності.
