Ameerika Ühendriikide 16. president Abraham Lincoln ütles kord: "Sa võid lollitada kõiki inimesi ja sa võid lollitada osa inimesi kogu aeg, kuid sa ei saa lollitada kõiki inimesi kogu aeg." [11Sama kehtib ka süsteemi integreeritud laserite jõudluse jälgimisel. Tööstuslikus tootmises saab kogu süsteemi teatud aja jooksul jälgida või osa süsteemist kogu aeg jälgida, kuid kogu süsteemi kogu aeg on võimatu jälgida. Tööstuse 4.0 ajastul ehk nutika tootmise ajastul on väga oluline mõista nende kahe erinevust.
Tööstus 4.0 muudab tootmisolukorda kõigil elualadel. Tehnoloogia areng aitab tootjatel tööstuslikku tootmist tõhusamalt, kiiremini ja nutikamalt läbi viia. Nutikate masinate õigeks rakendamiseks on vaja protsessi täiustamiseks koguda erinevaid andmeid, neid analüüsida ja filtreerida. Liiga vähe andmeid takistab protsesside täiustamist, kuid samal ajal võib liiga palju andmeid olla kahjulik.
Lasertöötlussüsteemidel on oma tööomadused ja nendega seotud probleemid. Liiga palju andmeid laseri jõudluse kohta võib olla kahjulik, kuna see võib olla ülekaalukas ja ülekaalukas.
Millal mõõta laseri jõudluse mõõdikuid?
Laseri jõudluse mõõtmiseks on neli võimalust. Esimene lähenemisviis on see, mida enamik lasersüsteemide operaatoreid eelistab, see on plaaniline hooldus. Selle lähenemisviisi puhul mõõdetakse laseri jõudluse mõõdikuid laseri kavandatud seisakuaja alusel, tavaliselt kord kvartalis, poolaastas või kord aastas. Selle aja jooksul mõõdetakse laseri jõudluse mõõdikuid ja võrreldakse neid varasemate mõõtmistega, et analüüsida laseri töötrende.
Teine meetod on mõõtmine protsessi rikete ajal. Näiteks kui keevisõmbluse kvaliteet on laserkeevitamise ajal halvenenud või kui lõikamine ebaõnnestub või seda ei saa laserlõikamise ajal teostada, saab laseri jõudlust mõõta, et taastada lasersüsteemi kavandatud tööparameetrid.
Kolmas ja neljas meetod on täpselt see, mida selles artiklis käsitletakse – protsessisisene jälgimine ja protsessiseire. Mõlemal meetodil on oma eelised ja puudused. Operaatorid peavad olema selged nende kahe meetodi eelistest ja puudustest, valdades samal ajal laseri optimaalset töötlemismeetodit. Lisaks peavad operaatorid mõistma, milliseid laserindikaatoreid on tööstusliku tootmisprotsessi käigus kriitilise tähtsusega mõõta.
Kuidas laser materjale töötleb?
Vastavalt kõrgetele nõuetele, olenemata sellest, millise töötlemistehnoloogia jaoks laserit kasutatakse, peavad operaatorid mõistma, kuidas laser materjale töötleb. Näiteks selleks, et teada saada, millist tüüpi laser keevitamiseks sobib, peate isegi aru saama, kuidas laser keevitab auto ukseraami. Lihtsaim viis seda mõista on laseri võimsustiheduse abil.
Võimsustiheduse määratlus viitab laseri võimsusele, mida kiiritatakse materjali pindalaühikule. Võimsustihedust väljendatakse tavaliselt ühikutes W/cm2, kus "W" tähistab võimsust "vatti". Pidevate (CW) laserite puhul on selle väärtus võimsuse väärtus: impulsslaserite puhul on see keskmine võimsuse väärtus. "cm2" tähistab laserpunkti pindala töötlustasandil. Näiteks 100 mm täpisuurusele fokuseeritud 100 W laseri võimsustihedus on 1,27 x 103 kW/cm2.
Laseri võimsustihedust mõjutavad laseri võimsuse või materjalile rakendatava valguse suuruse muutused. Laserioperaatorid peavad mõõtma, analüüsima ja mõistma neid kahte muutujat, et tagada laserprotsessi tõhus toimimine.
Olulised laseri jõudlusnäitajate mõõtmised
Laservalguse mõõtmine saavutatakse tavaliselt võimsusmõõturiga. Võimsusmõõtur on andur, mis kogub laservalgust ja muundab selle elektrisignaaliks, järeldab seejärel kiire toodetud võimsuse või energia ja annab lõpuks näidu mõõtjale või arvutile analüüsimiseks. See protsess võtab tavaliselt vaid mõne sekundi, kuid see võib olenevalt kasutatavast tehnoloogiast erineda. Need mõõtmised on andmete kogumisel ja analüüsimisel väga olulised, eriti laseri tootmisfaasis, sest andmed võimaldavad kasutajatel mõista, kuidas laseri jõudlus muutub ja kuidas need muutused mõjutavad laseri rakendamist töötlemisprotsessis.
Lisaks tuleb mõõta laserkiire läbimõõt. Tala läbimõõdu arvutamiseks on palju võimalusi, näiteks D40 meetod, 13,5% piigi meetod ja 10/90 noatera meetod ning erinevate meetodite arvutustulemused on väga erinevad. Erinevate tööstusharude, tausta ja kogemustega inimesed kasutavad vastavaid arvutusmeetodeid vastavalt oma rakendusstsenaariumidele.
Tala läbimõõdu arvutamisel tuleb arvestada tala ümaruse või elliptilisuse väärtust. Oluline on mõista tala kuju ja seda, kuidas energia talaprofiilis jaotub. Kas see on Gaussi tala või tasapinnaline tala? Püüdes mõista, kuidas laserit protsessis kasutatakse, peaks laserkiire parameetrite mõõtmise lõpule viima tööstusstandardi kiire ratta mõõtmise süsteem.
Lisaks kiire läbimõõdule tuleb laseri valimisel, laserirakenduse väljatöötamisel ja laserallika süsteemi integreerimisel või silumisel arvestada ka kiire kvaliteediga. Enamikul juhtudel, kui laser on tootmisse pandud, selle kiire kvaliteeti üldjuhul enam ei analüüsita, mistõttu on väga oluline kiire kvaliteedianalüüs lõpetada enne laseri tehasest lahkumist.
Kiire kvaliteeti saab väljendada M2 väärtusega ja M2 väärtus 1.0 näitab, et laserkiire kvaliteet on optimaalne. Kiire parameetri korrutis (BPP=0xw, kus 0 on kiire kaugvälja lahknemisnurga poolnurk ja w on kiire vööraadius) ja K väärtus (1/MM2) kasutada laserkiire kvaliteedi väljendamiseks. Laserallikate kiire kvaliteet ja efektiivsus on paranenud. Erinevate töötlemisprotsesside puhul on erinevatel laserallikatel omad eelised.
Kasutajate jaoks on oluline mõista laseri jõudlusnäitajate muutusi töötlemisprotsessi käigus. Laseri võimsuse, kiire suuruse ning selle muutumise ja põhjuste mõõtmine aja jooksul on süsteemi jõudluse täielikuks mõistmiseks ja stabiilsema pikaajalise jõudluse tagamiseks ülioluline.
Protsessi seire vs protsessiseire
Tänapäeval on andmete sisestamine vajalik võimalikult reaalajas. See nõuab meetodit, mida tavaliselt nimetatakse "protsessisiseseks jälgimiseks", mis hõlmab laseri jõudluse mõõtmiste jälgimist laserprotsessi ajal. Lisandite valmistamise valdkonnas nimetatakse seda tehnikat "in situ monitooringuks".
"Protsessisisese jälgimise" vaste on "protsessi jälgimine", mis mõõdab laseri jõudlust protsesside vahel. Mõlemal seiremeetodil on oma eelised ja puudused.
n-protsessmkai
Protsessi seire või in situ monitooring mõõdab osa laseri jõudlusest töö ja tootmise ajal. Lasersüsteemis on loodud spetsiaalne testimise alamsüsteem, et mõõta ainult osa laseri jõudlust ja analüüsida seda reaalajas.
Protsessisisesel jälgimisel on olulisi eeliseid. Esiteks, kuna alamsüsteem on integreeritud kogu süsteemiga, saavad need kaks hõlpsasti suhelda. Laseri jõudluse kohta edastatakse reaalajas tagasisidet pidevalt, nii et kogu süsteemi saab vajadusel kiiresti kohandada. Teiseks on need alamsüsteemid sageli loodud spetsiaalselt selle süsteemi jaoks, millesse nad on integreeritud, ja on sageli lihtsad, pakkudes ainult kliendi nõutud tagasisidet. Nende kogutud teavet saab hõlpsasti esitada inimese ja masina liidesel, mida laseroperaator näeb. Neid andmeid saab ka salvestada ja analüüsida ning analüüsitulemuste põhjal anda hoiatusi, et tagada süsteemi ja kasutajate ohutus või vähendada praagi määra.
Protsessisisese seire peamine puudus on see, et need alamsüsteemid suudavad mõõta ainult osa kogu lasersüsteemi laseri jõudlusest. Osa proovist kogutakse enne laseri töötlemisalale jõudmist ja analüüsitakse töötlemise ajal. Kahjuks on paljud töötlemise käigus tekkivad probleemid sageli põhjustatud töötlemisala lähedal olevate komponentide funktsionaalsest lagunemisest pärast lasermõõteproovi kogumist. Kui süsteemi komponent laguneb või ebaõnnestub töötlemise ajal, võib lasermõõtmiseks kasutatud proov kahjustusest või tõrkest puududa, andes süsteemile vale tagasisidet.
Teine protsessisisese seire puudus on optiliste mõõtekomponentide kalibreerimise raskus. Kuna alamsüsteemid on integreeritud kogu süsteemiga, on sageli keeruline või võimatu komponente uuesti kalibreerimiseks eemaldada. Mõõtmise täpsuse tagamiseks tuleb võimsuse mõõtmise komponente sageli kalibreerida (Ophir soovitab kalibreerida iga 12 kuu tagant).
Sellised mõõtmise alamsüsteemid pakuvad lasersüsteemile ka täiendavat sensoorset tagasisidet, et näidata laseri jõudlust ilma laseri jõudluse tegelikele mõõtmistele tuginemata. Näiteks paigaldatakse katteklaasile töötlemisala lähedale temperatuurimonitor, et kaitsta laserkomponente. Kui katteklaasil on liiga palju töötlemisprahti ja praht neelab laserenergiat, põhjustades temperatuuri tõusu, tuletab temperatuurimonitor Laseri kasutajatele meelde ning annab süsteemile ja kasutajatele väärtuslikku teavet.
Protsessiaegne jälgimine
Protsessi jälgimisel kasutatakse lasertöötluspiirkonnas mõõtmiste tegemiseks ja kogu lasersüsteemi analüüsimiseks tavaliselt eraldi tootekomplekti. Need seiresüsteemid võivad koosneda eraldi toodetest laseri võimsuse, energia ja kiire kvaliteedi analüüsimiseks või need võivad koosneda toodetest, mis suudavad neid parameetreid samaaegselt testida (vt joonis 2). Need kontrollisüsteemid võivad olla üksteisest sõltuvad või üksteisest sõltumatud, integreeritud üldisesse süsteemi või süsteemi saab protsesside vahel regulaarselt hooldada.
Sarnaselt in situ monitooringuga on ka protsessisisesel jälgimisel oma plussid ja miinused. Protsessiaegse jälgimise peamine eelis on kogu süsteemi laseri jõudluse täielikum hindamine. 100% laserkiirest kogutakse võimsuse või energia mõõtmiseks ning fookuspunkti saab ka analüüsida, et anda kasutajale põhjalik analüüs laseri jõudluse kohta sel ajahetkel. Neid andmeid saab kogu süsteemis salvestada, salvestada või logida ning seejärel suundumuste analüüsimiseks juurde pääseda, et tagada süsteemi taastumine pärast riket ja säilitada süsteemi algne tõhusus. Selle meetodi abil andmete kogumine annab lõppkokkuvõttes kasutajale laseri kasutamisest täieliku ülevaate, kuid see maksab.
Protsessiaegse jälgimise kõige ilmsem puudus on seisakud. Kuna mõõtmine toimub kogu laseril, tuleb laser mõõtmise teostamiseks tootmisest eemaldada. Kui lasermõõtesüsteem on masinasse integreeritud, pole see tavaliselt suurem asi, kuid aeg on raha. Kuigi lasermõõtesüsteemi integreerimine üldisesse süsteemi on mugav, võib see osutuda kulukaks ja mõnikord isegi ebavajalikuks. Kui lasermõõtmistooteid ei ole integreeritud üldisesse süsteemi, saab neid kasutada hooldusvahenditena. Mõõtmiste tegemiseks tuleb aga laser tootmisest välja võtta ja kui hoolduspersonal lasertööriista tööga kursis ei ole, on mõõtmised väga aeganõudvad, mistõttu võivad mõõtmised toimuda harvemini või isegi mitte mõõtmisi teha. kõik.
Lisaks on ka teisi tooteid, mis pakuvad kasutajatele protsessi kohta teavet. Näiteks pakuvad mitmed ettevõtted tooteid, mis suudavad erinevate tehnoloogiate abil reaalajas keevitusprotsessi analüüsida. Need süsteemid rakendavad keevitusprotsessis "go/no-go" või "pass/no-go" piiranguid, võimaldades kasutajatel teada, millal süsteemis võib esineda probleeme, tagades kvaliteetsemate toodete tootmise ja vähendades praagi määra.
Laseri stabiilse toimimise tagamine kogu elutsükli jooksul on ülioluline protsessi järjepidevuse ja tõhususe maksimeerimiseks ja säilitamiseks, laseri eluea pikendamiseks ja süsteemi investeeringutasuvuse parandamiseks. Ainult laseri jõudlust töökohal põllul mõõtes saavad kasutajad täpselt teada, kuidas laser töötab.
Nii protsessisisesel kui ka protsessiaegsel mõõtmismeetodil on oma eelised ja puudused, kuid mõlemad meetodid võivad anda olulist lasertöötlusteavet. Laseri jõudlusnäitajaid mõõtvad tooted arenevad pidevalt, muutuvad lihtsamini kasutatavaks ja vastupidavamaks. Mõõtes laseri mitmeid peamisi jõudlusnäitajaid, on kasutajatel lihtsam mõista laseri tööpõhimõtet ja teostada laseri pikaajalist jõudluse hooldust.
