Abraham Lincoln, az Egyesült Államok 16. elnöke egyszer azt mondta: "Néha az összes embert megtévesztheti, és az emberek egy részét mindig becsaphatja, de nem lehet mindig az összes embert becsapni." [11Ugyanez igaz a rendszerbe integrált lézerek teljesítményének figyelésére is. Az ipari termelésben a teljes rendszer egy ideig figyelhető, vagy a rendszer egy része folyamatosan figyelhető, de lehetetlen a teljes rendszert folyamatosan figyelni. Az Ipar 4.0 korszakában, vagyis az intelligens gyártás korszakában nagyon fontos megérteni a kettő közötti különbséget.
Ipar 4.{1}} megváltoztatja a gyártási helyzetet az élet minden területén. A technológiai fejlődés segíti a gyártókat abban, hogy hatékonyabban, gyorsabban és intelligensebben folytassák le az ipari termelést. Az intelligens gépek megfelelő alkalmazásához különféle adatok gyűjtése, elemzése és szűrése szükséges a folyamat javítása érdekében. A túl kevés adat akadályozza a folyamatok fejlesztését, ugyanakkor a túl sok adat kontraproduktív lehet.
A lézeres feldolgozó rendszerek saját működési jellemzőkkel és kapcsolódó problémákkal rendelkeznek. A lézerteljesítményre vonatkozó túl sok adat kontraproduktív lehet, mivel elsöprő és elsöprő erejű lehet.
Mikor kell mérni a lézerteljesítmény-mérőszámokat?
A lézerteljesítmény mérésének négy módja van. Az első megközelítést a legtöbb lézerrendszer-üzemeltető preferálja, ez az ütemezett karbantartás. Ebben a megközelítésben a lézerteljesítmény-mérőszámokat a lézer tervezett állásideje alapján mérik, általában negyedévente, félévente vagy évente. Ez idő alatt a lézerteljesítmény-mérőszámokat mérik, és összehasonlítják a korábbi mérésekkel a lézerműködési trendek elemzése érdekében.
A második módszer a folyamat meghibásodása során történő mérés. Például, ha a hegesztés minősége romlik a lézeres hegesztés során, vagy ha a vágás meghiúsul, vagy nem hajtható végre a lézervágás során, a lézer teljesítménye mérhető, hogy a lézerrendszer visszaálljon a tervezett működési paraméterekre.
Ebben a cikkben pontosan a harmadik és a negyedik módszerről lesz szó – a folyamat közbeni és a folyamat közbeni megfigyelésről. Mindkét módszernek megvannak a maga előnyei és hátrányai. A kezelőknek tisztában kell lenniük e két módszer előnyeivel és hátrányaival, miközben elsajátítják a lézer optimális feldolgozási módját. Ezenkívül a kezelőknek azt is meg kell érteniük, hogy mely lézerindikátorokat kell mérni az ipari gyártási folyamatok során.
Hogyan dolgozza fel a lézer az anyagokat?
A magas követelményeknek megfelelően, függetlenül attól, hogy milyen feldolgozási technológiához használják a lézert, a kezelőknek meg kell érteniük, hogyan dolgozza fel a lézer az anyagokat. Például ahhoz, hogy megtudja, milyen típusú lézer alkalmas a hegesztésre, még azt is meg kell értenie, hogyan hegeszti a lézer egy autó ajtókeretét. Ezt a legkönnyebben a lézerteljesítmény-sűrűség segítségével érthetjük meg.
A teljesítménysűrűség meghatározása az anyag egységnyi területére besugárzott lézerteljesítményre vonatkozik. A teljesítménysűrűséget általában W/cm2-ben fejezik ki, ahol a "W" a "watt" teljesítményt jelenti. Folyamatos (CW) lézereknél értéke a teljesítményérték, az impulzuslézereknél pedig az átlagos teljesítményérték. A "cm2" a lézerpont területét jelenti a munkasíkon. Például egy 100 W-os, 100 mm-es foltméretre fókuszált lézer teljesítménysűrűsége 1,27 x 103 kW/cm2.
A lézer teljesítménysűrűségét befolyásolja a lézerteljesítmény vagy az anyagra alkalmazott fényméret változása. A lézerkezelőknek meg kell mérniük, elemezniük és meg kell érteniük ezt a két változót, hogy biztosítsák a lézeres folyamat hatékony működését.
Fontos lézeres teljesítményjelző mérések
A lézerfény mérése általában teljesítménymérővel történik. A teljesítménymérő egy olyan érzékelő, amely összegyűjti a lézerfényt, és elektromos jellé alakítja, majd következtet a sugár által termelt teljesítményre vagy energiára, végül pedig a leolvasást egy mérőműszernek vagy számítógépnek továbbítja elemzés céljából. Ez a folyamat általában csak néhány másodpercet vesz igénybe, de az alkalmazott technológiától függően változhat. Ezek a mérések nagyon fontosak az adatgyűjtés és -elemzés szempontjából, különösen a lézer gyártási szakaszában, mivel az adatok lehetővé teszik a felhasználók számára, hogy megértsék, hogyan változik a lézer teljesítménye, és ezek a változások hogyan befolyásolják a lézer alkalmazását a feldolgozási folyamatban.
Ezenkívül meg kell mérni a lézersugár átmérőjét. A nyalábátmérő kiszámításának számos módja van, mint például a D40 módszer, a 13,5%-os csúcs módszer és a 10/90 késéles módszer, és a különböző módszerek számítási eredményei nagyon eltérőek. Különböző iparágakból, háttérrel és tapasztalattal rendelkező emberek a megfelelő számítási módszereket alkalmazzák az alkalmazási forgatókönyveiknek megfelelően.
A gerenda átmérőjének számításakor figyelembe kell venni a gerenda kerekségét vagy elliptikusságát. Fontos megérteni a gerenda alakját és azt, hogy az energia hogyan oszlik el a sugárprofilban. Gauss gerenda vagy lapos tetejű gerenda? Amikor megpróbáljuk megérteni, hogyan használják a lézert a folyamatban, a lézersugár paramétereinek mérését egy iparági szabványnak megfelelő sugárkerék-mérő rendszerrel kell kiegészíteni.
A lézer kiválasztásakor, a lézeralkalmazás kidolgozásakor, valamint a lézerforrás rendszerbe történő integrálásakor vagy hibakeresése során a sugár átmérője mellett a sugár minőségét is figyelembe kell venni. A legtöbb esetben a lézer gyártásba helyezése után a sugárminőségét általában már nem elemzik, ezért nagyon fontos, hogy a sugárminőség-elemzést még azelőtt elvégezzük, hogy a lézer elhagyja a gyárat.
A sugár minősége az M2 értékkel fejezhető ki, és az 1.0 M2 érték azt jelzi, hogy a lézersugár minősége optimális. A sugárparaméter szorzata (BPP=0xw, ahol 0 a nyaláb távoli tér divergencia szögének félszöge, w pedig a sugár derékszöge) és a K érték (1/MM2) is használható a lézersugár minőségének kifejezésére. A lézerforrások sugárminősége és hatékonysága javult. Ha a különböző feldolgozási folyamatokról van szó, a különböző lézerforrásoknak megvannak a maga előnyei.
Fontos, hogy a felhasználók megértsék a lézer teljesítménymutatóinak változásait a feldolgozási folyamat során. A lézerteljesítmény, a sugárméret, valamint ezek időbeli változásának és változásának mérése kritikus fontosságú a rendszer teljesítményének teljes megértéséhez és a stabilabb, hosszú távú teljesítmény biztosításához.
Folyamat közbeni monitorozás vs. folyamat közbeni megfigyelés
Napjainkban az adatbevitelre a lehető legközelebb van szükség a valós időhöz. Ez egy olyan technikát igényel, amelyet általában "folyamat közbeni monitorozásnak" neveznek, amely magában foglalja a lézerteljesítmény-mérések figyelését, miközben a lézeres folyamat folyamatban van. Az additív gyártás területén ezt a technikát "in situ monitorozásnak" nevezik.
A "folyamat közbeni megfigyelés" megfelelője a "folyamat közbeni megfigyelés", amely a folyamatok közötti lézerteljesítményt méri. Mindkét megfigyelési módszernek megvannak a maga előnyei és hátrányai.
n-folyamatmkai
A folyamat közbeni vagy az in situ monitorozás a lézer teljesítményének egy részét méri működés és gyártás során. A lézerrendszerben külön tesztalrendszer van beállítva, amely csak a lézer egy részének teljesítményét méri és valós időben elemzi.
A folyamat közbeni monitorozásnak jelentős előnyei vannak. Először is, mivel az alrendszer integrálva van a teljes rendszerrel, a kettő könnyen kommunikálhat. A lézerteljesítményre vonatkozó valós idejű visszajelzések folyamatosan érkeznek, így szükség esetén gyorsan elvégezhető a teljes rendszer módosítása. Másodszor, ezeket az alrendszereket gyakran kifejezetten ahhoz a rendszerhez tervezték, amelybe integrálják őket, és gyakran egyszerűek, és csak az ügyfél által igényelt visszajelzést nyújtják. Az általuk gyűjtött információk könnyen bemutathatók a lézerkezelő által látott ember-gép interfészen. Ezek az adatok is tárolhatók, elemezhetők, az elemzési eredmények alapján figyelmeztetések is kiadhatók a rendszer és a felhasználók biztonsága, illetve a selejt arány csökkentése érdekében.
A folyamat közbeni felügyelet fő hátránya, hogy ezek az alrendszerek a teljes lézerrendszer lézerteljesítményének csak egy részét képesek mérni. A minta egy részét összegyűjtik, mielőtt a lézer elérné a feldolgozási területet, és a feldolgozás során elemzik. Sajnos sok, a feldolgozás során felmerülő probléma gyakran a feldolgozási területhez közeli komponensek funkcionális leromlását okozza a lézeres mérési minta begyűjtése után. Ha a rendszer egy alkatrésze tönkremegy vagy meghibásodik a feldolgozás során, a lézeres méréshez használt minta elmulaszthatja a romlást vagy meghibásodást, ami hamis visszajelzést ad a rendszernek.
A folyamat közbeni monitorozás másik hátránya az optikai mérőkomponensek kalibrálásának nehézsége. Mivel az alrendszerek integrálva vannak a teljes rendszerrel, gyakran nehéz vagy lehetetlen eltávolítani az újrakalibráláshoz szükséges alkatrészeket. A mérési pontosság érdekében a teljesítménymérő alkatrészeket gyakran kalibrálni kell (az Ophir 12 havonta javasolja a kalibrálást).
Az ilyen mérési alrendszerek további szenzoros visszacsatolást is biztosítanak a lézerrendszernek, hogy jelezzék a lézerteljesítményt anélkül, hogy a lézerteljesítmény tényleges méréseire hagyatkoznának. Például egy hőmérséklet-figyelőt kell felszerelni a fedőüvegre a feldolgozási terület közelében, hogy megvédje a lézerkomponenseket. Ha túl sok feldolgozási törmelék van a fedőüvegen, és a törmelék elnyeli a lézerenergiát, ami a hőmérséklet emelkedését okozza, a hőmérséklet-figyelő emlékezteti a lézerhasználókat, és értékes információkat szolgáltat a rendszernek és a felhasználóknak.
Folyamat közbeni felügyelet
A folyamat közbeni felügyelet általában külön termékkészletet használ a lézeres feldolgozási területen történő mérésekhez és a teljes lézerrendszer elemzéséhez. Ezek a felügyeleti rendszerek összeállíthatók különálló termékekből a lézerteljesítmény-, energia- és sugárminőség-elemzésre, vagy olyan termékekből, amelyek ezeket a paramétereket egyidejűleg is tesztelhetik (lásd 2. ábra). Ezek az ellenőrző rendszerek lehetnek egymástól függőek vagy függetlenek, integrálhatók a teljes rendszerbe, vagy a rendszer rendszeresen karbantartható a folyamatok között.
Az in situ monitorozáshoz hasonlóan a folyamat közbeni felügyeletnek is megvannak az előnyei és hátrányai. A folyamat közbeni felügyelet fő előnye a teljes lézerteljesítmény teljesebb értékelése a rendszeren belül. A lézersugár 100%-át teljesítmény- vagy energiaméréshez gyűjtik össze, és a fókuszált pont is elemezhető, így a felhasználó átfogó elemzést kaphat a lézer adott időpontban történő teljesítményéről. Ezek az adatok a rendszerben menthetők, tárolhatók vagy naplózhatók, majd trendelemzés céljából hozzáférhetnek a rendszer hiba utáni helyreállításához és az eredeti rendszer hatékonyságának megőrzéséhez. Az ezzel a módszerrel végzett adatgyűjtés végül teljes képet ad a felhasználónak a lézer használatáról, de ennek költsége van.
A folyamat közbeni felügyelet legnyilvánvalóbb hátránya az állásidő. Mivel a mérés a teljes lézeren történik, a lézert el kell távolítani a gyártásból a mérés elvégzéséhez. Ha a lézeres mérőrendszert beépítik a gépbe, az általában nem nagy baj, de az idő pénz. Bár a lézeres mérőrendszer integrálása a teljes rendszerbe kényelmes, költséges lehet, sőt néha szükségtelennek is tekinthető. Ha nem integrálják a teljes rendszerbe, a lézeres mérőtermékek karbantartási eszközként használhatók. A mérések elvégzéséhez azonban a lézert ki kell venni a gyártásból, és ha a karbantartó személyzet nem ismeri a lézerszerszám működését, a mérések nagyon időigényesek, ami azt eredményezheti, hogy ritkábban kell méréseket végezni, vagy akár nem is kell mérést végezni. minden.
Ezen kívül vannak más termékek is, amelyek információkat nyújthatnak a felhasználóknak a folyamatról. Például számos cég kínál olyan termékeket, amelyek különféle technológiák segítségével valós időben elemezhetik a hegesztési folyamatot. Ezek a rendszerek "go/no-go" vagy "pass/no-go" korlátokat valósítanak meg a hegesztési folyamatban, lehetővé téve a felhasználók számára, hogy tudják, mikor léphetnek fel problémák a rendszerrel, biztosítva a jobb minőségű termékek előállítását és csökkentve a selejt arányát.
Annak biztosítása, hogy a lézer az életciklusa során stabilan működjön, kritikus fontosságú a folyamat konzisztenciájának és hatékonyságának maximalizálása és fenntartása, a lézer élettartamának meghosszabbítása és a rendszer befektetésének megtérülése szempontjából. Csak a lézer teljesítményének a munkaterületen történő mérésével tudják a felhasználók pontosan, hogyan működik a lézer.
Mind a folyamat közbeni, mind a folyamat közbeni mérési módszereknek megvannak a maga előnyei és hátrányai, de mindkét módszer fontos lézeres feldolgozási információkat szolgáltathat. A lézeres teljesítménymutatókat mérő termékek folyamatosan fejlődnek, egyre könnyebben kezelhetők és tartósabbak. A lézer több kulcsfontosságú teljesítménymutatójának mérésével a felhasználók könnyebben megérthetik a lézer működési elvét, és a lézer teljesítményének hosszú távú karbantartását is elvégezhetik.
