Abraham Lincoln, 16. prezident Spojených států, jednou řekl: "Můžete občas oklamat všechny lidi a některé lidi můžete oklamat pořád, ale nemůžete oklamat všechny lidi pořád." [11Totéž platí při monitorování výkonu laserů integrovaných do systému. V průmyslové výrobě může být po určitou dobu monitorován celý systém, nebo může být monitorována stále část systému, ale nelze neustále sledovat celý systém. V éře Průmyslu 4.0, tedy v éře chytré výroby, je velmi důležité pochopit rozdíl mezi těmito dvěma.
Průmysl 4.{1}} mění výrobní situaci ve všech oblastech života. Technologický pokrok pomáhá výrobcům provádět průmyslovou výrobu efektivněji, rychleji a chytřeji. Pro správnou aplikaci chytrých strojů je nutné sbírat různá data, analyzovat je a filtrovat, aby se proces zlepšil. Příliš málo dat bude bránit zlepšování procesů, ale zároveň může být příliš mnoho dat kontraproduktivní.
Systémy laserového zpracování mají svůj vlastní soubor provozních charakteristik a souvisejících problémů. Příliš mnoho údajů o výkonu laseru může být kontraproduktivní, protože může být ohromující a ohromující.
Kdy měřit metriky výkonu laseru?
Existují čtyři způsoby měření výkonu laseru. První přístup je to, co většina provozovatelů laserových systémů preferuje, což je plánovaná údržba. V tomto přístupu jsou metriky výkonu laseru měřeny na základě plánovaných odstávek laseru, obvykle čtvrtletně, pololetně nebo ročně. Během této doby se měří metriky výkonu laseru a porovnávají se s předchozími měřeními za účelem analýzy provozních trendů laseru.
Druhou metodou je měření při výpadcích procesu. Pokud se například během laserového svařování zhorší kvalita svaru nebo pokud řezání selže nebo jej nelze provést během řezání laserem, lze změřit výkon laseru, aby se laserový systém obnovil na navržené provozní parametry.
Třetí a čtvrtá metoda je přesně to, o čem bude tento článek pojednávat – monitorování v průběhu procesu a monitorování v procesu. Oba způsoby mají své výhody i nevýhody. Operátoři musí mít jasno o výhodách a nevýhodách těchto dvou metod a zároveň si osvojit optimální metodu zpracování laserem. Kromě toho musí operátoři také rozumět tomu, které laserové indikátory jsou rozhodující pro měření během průmyslových výrobních procesů.
Jak laser zpracovává materiály?
Podle vysokých požadavků, bez ohledu na to, pro jakou technologii zpracování se laser používá, musí obsluha rozumět tomu, jak laser zpracovává materiály. Chcete-li například vědět, který typ laseru je vhodný pro svařování, musíte dokonce pochopit, jak laser svařuje rám dveří automobilu. Nejjednodušší způsob, jak to pochopit, je hustota výkonu laseru.
Definice hustoty výkonu se týká výkonu laseru ozářeného na jednotku plochy materiálu. Hustota výkonu se obvykle vyjadřuje ve W/cm2, kde „W“ znamená výkon „watt“. U kontinuálních (CW) laserů je jeho hodnota hodnotou výkonu: u pulzních laserů je to jeho průměrná hodnota výkonu. "cm2" představuje plochu laserového bodu na pracovní rovině. Například 100W laser zaostřený na bod o velikosti 100 mm má hustotu výkonu 1,27 x 103 kW/cm2.
Hustota výkonu laseru je ovlivněna změnami výkonu laseru nebo velikosti světla aplikovaného na materiál. Operátoři laseru musí měřit, analyzovat a rozumět těmto dvěma proměnným, aby zajistili efektivní provoz laserového procesu.
Důležitá měření indikátoru výkonu laseru
Měření laserového světla se obvykle provádí měřičem výkonu. Měřič výkonu je senzor, který shromažďuje laserové světlo a převádí ho na elektrický signál, poté odvodí výkon nebo energii produkovanou paprskem a nakonec poskytuje údaje měřidlu nebo počítači pro analýzu. Tento proces obvykle trvá jen několik sekund, ale může se lišit v závislosti na použité technologii. Tato měření jsou velmi důležitá pro sběr a analýzu dat, zejména ve fázi výroby laseru, protože data umožňují uživatelům pochopit, jak se mění výkon laseru a jak tyto změny ovlivňují použití laseru v procesu zpracování.
Kromě toho je třeba změřit průměr laserového paprsku. Existuje mnoho způsobů, jak vypočítat průměr paprsku, jako je metoda D40, metoda 13,5% vrcholu a metoda 10/90 ostří nože a výsledky výpočtu různých metod se velmi liší. Lidé z různých odvětví, prostředí a zkušeností používají odpovídající metody výpočtu podle scénářů jejich aplikace.
Při výpočtu průměru nosníku je třeba vzít v úvahu hodnotu kruhovitosti nebo elipticity nosníku. Je důležité porozumět tvaru paprsku a způsobu distribuce energie v profilu paprsku. Je to Gaussův paprsek nebo plochý paprsek? Při snaze porozumět tomu, jak se v procesu používá laser, by mělo být měření parametrů laserového paprsku doplněno průmyslovým standardním systémem měření paprskového kola.
Kromě průměru paprsku je třeba při výběru laseru, vývoji laserové aplikace a integraci nebo ladění laserového zdroje do systému brát v úvahu také kvalitu paprsku. Ve většině případů, jakmile je laser uveden do výroby, kvalita jeho paprsku se obecně již neanalyzuje, takže je velmi důležité dokončit analýzu kvality paprsku předtím, než laser opustí továrnu.
Kvalitu paprsku lze vyjádřit hodnotou M2 a hodnotou M2 1.0 znamená, že kvalita laserového paprsku je optimální. Součin parametru paprsku (BPP=0xw, kde 0 je poloviční úhel úhlu divergence vzdáleného pole paprsku a w je poloměr pasu paprsku) a hodnota K (1/MM2) může také použít k vyjádření kvality laserového paprsku. Zlepšila se kvalita paprsku a účinnost laserových zdrojů. Pokud jde o různé procesy zpracování, různé laserové zdroje mají své výhody.
Pro uživatele je důležité porozumět změnám ve výkonnostních ukazatelích laseru během procesu zpracování. Měření výkonu laseru, velikosti paprsku a toho, jak a proč se v průběhu času mění, je zásadní pro úplné pochopení výkonu systému a zajištění stabilnějšího dlouhodobého výkonu.
Monitorování v průběhu procesu vs. monitorování v procesu
V dnešní době je vyžadováno vkládání dat co nejblíže reálnému času. To vyžaduje techniku běžně označovanou jako "monitorování během procesu", která zahrnuje monitorování měření výkonu laseru, zatímco laserový proces probíhá. V oblasti aditivní výroby se tato technika nazývá „monitorování in-situ“.
Protějškem k „monitorování během procesu“ je „monitorování během procesu“, které měří výkon laseru mezi procesy. Oba způsoby monitorování mají své výhody a nevýhody.
n-processmkai
Monitorování během procesu nebo monitorování in situ měří část výkonu laseru během provozu a výroby. V laserovém systému je zřízen vyhrazený testovací subsystém, který měří výkon pouze části laseru a analyzuje jej v reálném čase.
Průběžné monitorování má významné výhody. Za prvé, protože subsystém je integrován s celým systémem, mohou spolu snadno komunikovat. Zpětná vazba o výkonu laseru v reálném čase je poskytována nepřetržitě, takže v případě potřeby lze rychle provést úpravy celého systému. Za druhé, tyto subsystémy jsou často navrženy speciálně pro systém, do kterého jsou integrovány, a jsou často jednoduché a poskytují pouze zpětnou vazbu požadovanou zákazníkem. Informace, které shromažďují, lze snadno prezentovat na rozhraní člověk-stroj, které vidí operátor laseru. Tato data lze také ukládat a analyzovat a na základě výsledků analýzy lze vydávat varování, aby byla zajištěna bezpečnost systému a uživatelů nebo aby se snížila zmetkovitost.
Hlavní nevýhodou průběžného monitorování je, že tyto subsystémy mohou měřit pouze část výkonu laseru celého laserového systému. Část vzorku se odebere předtím, než laser dosáhne oblasti zpracování a analyzuje se během zpracování. Bohužel mnoho problémů, které vznikají během zpracování, je často způsobeno funkční degradací součástí v blízkosti oblasti zpracování poté, co byl odebrán vzorek laserového měření. Pokud se součást v systému během zpracování degraduje nebo selže, vzorek použitý pro laserové měření nemusí degradovat nebo selhat, což poskytuje systému falešnou zpětnou vazbu.
Další nevýhodou monitorování v průběhu procesu je obtížnost kalibrace optických měřicích komponent. Vzhledem k tomu, že subsystémy jsou integrovány s celkovým systémem, je často obtížné nebo nemožné odstranit součásti pro rekalibraci. Komponenty pro měření výkonu je nutné často kalibrovat (Ophir doporučuje kalibraci každých 12 měsíců), aby byla zajištěna přesnost měření.
Takové měřicí subsystémy také poskytují dodatečnou senzorickou zpětnou vazbu laserovému systému pro indikaci výkonu laseru, aniž by se spoléhaly na skutečná měření výkonu laseru. Například monitor teploty je instalován na krycím skle v blízkosti oblasti zpracování pro ochranu laserových komponent. Když je na krycím skle příliš mnoho zbytků ze zpracování a úlomky absorbují laserovou energii, což způsobí zvýšení teploty, teplotní monitor to uživatelům laseru připomene a poskytne systému a uživatelům cenné informace.
Monitorování během procesu
Monitorování během procesu obvykle používá samostatnou sadu produktů pro měření v oblasti laserového zpracování a analýzu celého laserového systému. Tyto monitorovací systémy mohou být složeny ze samostatných produktů pro měření výkonu laseru, energie a analýzy kvality paprsku, nebo mohou být složeny z produktů, které mohou tyto parametry testovat současně (viz obrázek 2). Tyto kontrolní systémy mohou být vzájemně závislé nebo na sobě nezávislé, integrované do celkového systému, nebo může být systém pravidelně udržován mezi procesy.
Podobně jako monitorování in situ má monitorování at-process své klady a zápory. Hlavní výhodou at-process monitoringu je úplnější vyhodnocení celého výkonu laseru v rámci systému. 100 % laserového paprsku se shromažďuje pro měření výkonu nebo energie a zaostřené místo lze také analyzovat, aby uživatel mohl získat komplexní analýzu výkonu laseru v daném okamžiku. Tato data lze uložit, uložit nebo zaprotokolovat v celém systému a poté k nim přistupovat pro analýzu trendů, aby bylo zajištěno obnovení systému po selhání a zachování původní účinnosti systému. Sběr dat pomocí této metody v konečném důsledku poskytuje uživateli úplný obrázek o použití laseru, ale stojí to za to.
Nejviditelnější nevýhodou monitorování v procesu jsou prostoje. Vzhledem k tomu, že měření probíhá na celém laseru, musí být laser pro provedení měření odstraněn z výroby. Pokud je laserový měřicí systém integrován do stroje, obvykle to není velký problém, ale čas jsou peníze. I když je integrace laserového měřicího systému do celkového systému pohodlná, může být nákladná a někdy dokonce považována za zbytečnou. Pokud nejsou produkty laserového měření integrovány do celkového systému, lze je použít jako nástroje údržby. K provedení měření však musí být laser vyřazen z výroby, a když personál údržby není obeznámen s provozem laserového nástroje, měření je velmi časově náročné, což může vést k méně častým měřením nebo dokonce k žádnému měření. vše.
Kromě toho existují další produkty, které mohou uživatelům poskytnout informace o procesu. Několik společností například nabízí produkty, které dokážou analyzovat proces svařování v reálném čase pomocí různých technologií. Tyto systémy implementují limity „go/no-go“ nebo „pass/no-go“ na svařovací proces, což uživatelům umožňuje vědět, kdy může mít systém problémy, zajišťují výrobu produktů vyšší kvality a snižují míru zmetkovitosti.
Zajištění stabilního výkonu laseru během celého životního cyklu je zásadní pro maximalizaci a udržení konzistence a účinnosti procesu, prodloužení životnosti laseru a zlepšení návratnosti investic do systému. Pouze měřením výkonu laseru v terénu na pracovišti mohou uživatelé přesně vědět, jak laser funguje.
Metody měření v procesu i v procesu mají své výhody a nevýhody, ale obě metody mohou poskytnout důležité informace o laserovém zpracování. Produkty, které měří ukazatele výkonu laseru, se neustále vyvíjejí, snáze se obsluhují a jsou odolnější. Měřením několika klíčových ukazatelů výkonu laseru uživatelé snáze porozumí principu činnosti laseru a budou provádět dlouhodobou údržbu výkonu laseru.
