Abraham Lincoln, cel de-al 16-lea președinte al Statelor Unite, a spus odată: „Poți păcăli toți oamenii o dată și poți păcăli pe unii dintre oameni tot timpul, dar nu poți păcăli toți oamenii tot timpul”. [11Același lucru este valabil și în cazul monitorizării performanței laserelor integrate într-un sistem. În producția industrială, întregul sistem poate fi monitorizat pentru o perioadă de timp, sau o parte din sistem poate fi monitorizată tot timpul, dar este imposibil să monitorizezi întregul sistem tot timpul. În epoca Industriei 4.0, adică în era producției inteligente, este foarte important să înțelegem diferența dintre cele două.
Industria 4.0 schimbă situația producției în toate domeniile vieții. Progresele tehnologice ajută producătorii să conducă producția industrială mai eficient, mai rapid și mai inteligent. Pentru a aplica corect mașinile inteligente, este necesar să colectați diverse date, să le analizați și să le filtrați pentru a îmbunătăți procesul. Prea puține date vor împiedica îmbunătățirea procesului, dar, în același timp, prea multe date pot fi contraproductive.
Sistemele de procesare cu laser au propriul set de caracteristici de operare și probleme conexe. Prea multe date despre performanța laserului pot fi contraproductive, deoarece pot fi copleșitoare și copleșitoare.
Când să măsori parametrii de performanță laser?
Există patru moduri de a măsura performanța laserului. Prima abordare este ceea ce preferă majoritatea operatorilor de sisteme laser, și anume întreținerea programată. În această abordare, valorile performanței laserului sunt măsurate pe baza timpului de oprire programat al laserului, de obicei trimestrial, semestrial sau anual. În acest timp, valorile performanței laserului sunt măsurate și comparate cu măsurătorile anterioare pentru a analiza tendințele de funcționare a laserului.
A doua metodă este măsurarea în timpul defecțiunilor procesului. De exemplu, dacă calitatea sudurii este degradată în timpul sudării cu laser sau dacă tăierea eșuează sau nu poate fi efectuată în timpul tăierii cu laser, performanța laserului poate fi măsurată pentru a restabili sistemul laser la parametrii de funcționare proiectați.
A treia și a patra metodă sunt exact ceea ce va discuta acest articol - monitorizarea în proces și monitorizarea în timpul procesului. Ambele metode au avantajele și dezavantajele lor. Operatorii trebuie să fie clari cu privire la avantajele și dezavantajele acestor două metode în timp ce stăpânesc metoda optimă de procesare a laserului. În plus, operatorii trebuie să înțeleagă și ce indicatori laser sunt esențiali pentru măsurat în timpul proceselor de producție industrială.
Cum procesează laserul materialele?
În conformitate cu cerințele înalte, indiferent de tehnologia de procesare pentru care este utilizat laserul, operatorii trebuie să înțeleagă modul în care laserul prelucrează materialele. De exemplu, pentru a ști ce tip de laser este potrivit pentru sudare, trebuie chiar să înțelegeți cum sudează laserul cadrul ușii unui automobil. Cel mai simplu mod de a înțelege acest lucru este prin densitatea puterii laserului.
Definiția densității de putere se referă la puterea laser iradiată pe o unitate de suprafață a materialului. Densitatea de putere este de obicei exprimată în W/cm2, unde „W” reprezintă puterea „watt”. Pentru laserele continue (CW), valoarea sa este valoarea puterii: pentru laserele cu impulsuri, aceasta este valoarea medie a puterii. „cm2” reprezintă aria punctului laser pe planul de lucru. De exemplu, laserul de 100 W focalizat la o dimensiune a spotului de 100 mm are o densitate de putere de 1,27x103kW/cm2.
Densitatea de putere a unui laser este afectată de modificările puterii laserului sau ale dimensiunii luminii aplicate materialului. Operatorii laser trebuie să măsoare, să analizeze și să înțeleagă aceste două variabile pentru a asigura funcționarea eficientă a procesului laser.
Măsurători importante ale indicatorului de performanță laser
Măsurarea luminii laser este de obicei realizată de un contor de putere. Un contor de putere este un senzor care colectează lumina laser și o transformă într-un semnal electric, apoi deduce puterea sau energia produsă de fascicul și în cele din urmă furnizează citirea unui contor sau computer pentru analiză. Acest proces durează de obicei doar câteva secunde, dar poate varia în funcție de tehnologia utilizată. Aceste măsurători sunt foarte importante pentru colectarea și analiza datelor, în special în etapa de producție a laserului, deoarece datele permit utilizatorilor să înțeleagă cum se modifică performanța laserului și cum afectează aceste modificări aplicarea laserului în procesul de prelucrare.
În plus, trebuie măsurat diametrul fasciculului laser. Există multe modalități de a calcula diametrul fasciculului, cum ar fi metoda D40, metoda vârfului de 13,5% și metoda muchiei cuțitului 10/90, iar rezultatele calculului diferitelor metode variază foarte mult. Oameni din diferite industrii, medii și experiențe folosesc metode de calcul corespunzătoare în funcție de scenariile lor de aplicare.
Atunci când se calculează diametrul fasciculului, trebuie luată în considerare rotunjimea sau valoarea elipticității fasciculului. Este important să înțelegeți forma fasciculului și modul în care energia este distribuită în profilul fasciculului. Este un fascicul gaussian sau un fascicul plat? Când încercați să înțelegeți cum este utilizat laserul în proces, măsurarea parametrilor fasciculului laser ar trebui să fie finalizată de un sistem de măsurare a roții fasciculului standard din industrie.
Pe lângă diametrul fasciculului, calitatea fasciculului trebuie luată în considerare și la selectarea unui laser, dezvoltarea unei aplicații laser și integrarea sau depanarea unei surse laser într-un sistem. În cele mai multe cazuri, odată ce un laser este pus în producție, calitatea fasciculului său nu mai este în general analizată, așa că este foarte important să finalizați analiza calității fasciculului înainte ca laserul să părăsească fabrica.
Calitatea fasciculului poate fi exprimată prin valoarea M2, iar o valoare M2 de 1.0 indică faptul că calitatea fasciculului laser este optimă. Produsul parametru al fasciculului (BPP=0xw, unde 0 este jumătatea unghiului de divergență a unghiului de câmp îndepărtat al fasciculului și w este raza taliei fasciculului) și valoarea K (1/MM2) pot de asemenea poate fi folosit pentru a exprima calitatea fasciculului laser. Calitatea fasciculului și eficiența surselor laser s-au îmbunătățit. Când vine vorba de diferite procese de procesare, diferite surse laser au propriile lor avantaje.
Este important ca utilizatorii să înțeleagă modificările indicatorilor de performanță ai laserului în timpul procesului de procesare. Măsurarea puterii laserului, a mărimii fasciculului și a modului în care și de ce se schimbă în timp este esențială pentru a înțelege pe deplin performanța sistemului și pentru a asigura o performanță mai stabilă pe termen lung.
Monitorizarea în timpul procesului vs. monitorizarea în timpul procesului
Astăzi, introducerea datelor este necesară cât mai aproape posibil de timp real. Acest lucru necesită o tehnică denumită în mod obișnuit „monitorizare în proces”, care implică monitorizarea măsurătorilor performanței laserului în timp ce procesul laser este în desfășurare. În domeniul fabricației aditive, această tehnică se numește „monitorizare in situ”.
Omologul „monitorizării în timpul procesului” este „monitorizarea în timpul procesului”, care măsoară performanța laserului între procese. Ambele metode de monitorizare au propriile avantaje și dezavantaje.
n-procesmkai
Monitorizarea în timpul procesului sau monitorizarea in situ măsoară o parte din performanța laserului în timpul funcționării și producției. Un subsistem de testare dedicat este configurat în sistemul laser pentru a măsura doar performanța unei părți a laserului și a o analiza în timp real.
Monitorizarea în timpul procesului are avantaje semnificative. În primul rând, deoarece subsistemul este integrat cu întregul sistem, cei doi pot comunica cu ușurință. Feedback-ul în timp real asupra performanței laserului este furnizat continuu, astfel încât ajustările întregului sistem pot fi făcute rapid dacă este necesar. În al doilea rând, aceste subsisteme sunt adesea proiectate special pentru sistemul în care sunt integrate și sunt adesea simple, oferind doar feedback-ul cerut de client. Informațiile pe care le colectează pot fi prezentate cu ușurință pe o interfață om-mașină văzută de operatorul laser. Aceste date pot fi, de asemenea, stocate și analizate, iar avertismentele pot fi emise pe baza rezultatelor analizei pentru a asigura siguranța sistemului și a utilizatorilor sau pentru a reduce rata deșeurilor.
Principalul dezavantaj al monitorizării în timpul procesului este că aceste subsisteme pot măsura doar o parte din performanța laserului întregului sistem laser. O porțiune din probă este colectată înainte ca laserul să ajungă în zona de procesare și analizată în timpul procesării. Din păcate, multe probleme care apar în timpul procesării sunt adesea cauzate de degradarea funcțională a componentelor din apropierea zonei de prelucrare după ce proba de măsurare cu laser a fost colectată. Dacă o componentă a sistemului se degradează sau se defectează în timpul procesării, eșantionul utilizat pentru măsurarea laser poate pierde degradarea sau defecțiunea, oferind feedback fals sistemului.
Un alt dezavantaj al monitorizării în timpul procesului este dificultatea de calibrare a componentelor optice de măsurare. Deoarece subsistemele sunt integrate cu sistemul general, este adesea dificil sau imposibil să îndepărtați componente pentru recalibrare. Componentele de măsurare a puterii trebuie calibrate frecvent (Ophir recomandă calibrarea la fiecare 12 luni) pentru a asigura acuratețea măsurării.
Astfel de subsisteme de măsurare oferă, de asemenea, feedback senzorial suplimentar sistemului laser pentru a indica performanța laserului fără a se baza pe măsurătorile reale ale performanței laserului. De exemplu, un monitor de temperatură este instalat pe capacul de sticlă aproape de zona de procesare pentru a proteja componentele laser. Când există prea multe resturi de procesare pe capacul de sticlă, iar resturile absorb energia laserului, determinând creșterea temperaturii, monitorul de temperatură va reaminti utilizatorilor laser și va oferi informații valoroase sistemului și utilizatorilor.
Monitorizare în timpul procesului
Monitorizarea în timpul procesului utilizează de obicei un set separat de produse pentru a efectua măsurători în zona de procesare laser și pentru a analiza întregul sistem laser. Aceste sisteme de monitorizare pot fi compuse din produse separate pentru măsurarea puterii laserului, energiei și analiza calității fasciculului, sau pot fi compuse din produse care pot testa acești parametri simultan (vezi Figura 2). Aceste sisteme de inspecție pot fi interdependente sau independente unele de altele, integrate în sistemul general sau sistemul poate fi întreținut în mod regulat între procese.
Similar cu monitorizarea in situ, monitorizarea în timpul procesului are avantajele și dezavantajele sale. Principalul beneficiu al monitorizării în timpul procesului este o evaluare mai completă a întregii performanțe laser în cadrul sistemului. 100% din fasciculul laser este colectat pentru măsurarea puterii sau a energiei, iar punctul focalizat poate fi, de asemenea, analizat pentru a oferi utilizatorului o analiză cuprinzătoare a performanței laserului în acel moment. Aceste date pot fi salvate, stocate sau înregistrate în întregul sistem și apoi accesate pentru analiza tendințelor pentru a asigura recuperarea sistemului după o defecțiune și pentru a menține eficiența originală a sistemului. Colectarea datelor folosind această metodă oferă în cele din urmă utilizatorului o imagine completă a utilizării laserului, dar are un cost.
Cel mai evident dezavantaj al monitorizării în timpul procesului este timpul de nefuncționare. Deoarece măsurarea este efectuată pe întregul laser, laserul trebuie scos din producție pentru a efectua măsurarea. Dacă sistemul de măsurare cu laser este integrat în mașină, de obicei nu este mare lucru, dar timpul înseamnă bani. Cu toate acestea, deși integrarea unui sistem de măsurare cu laser în sistemul general este convenabilă, poate fi costisitoare și uneori chiar considerată inutilă. Dacă nu sunt integrate în sistemul general, produsele de măsurare cu laser pot fi utilizate ca instrumente de întreținere. Cu toate acestea, laserul trebuie scos din producție pentru a efectua măsurători, iar atunci când personalul de întreținere nu este familiarizat cu funcționarea instrumentului laser, măsurătorile necesită foarte mult timp, ceea ce poate duce la măsurători mai puțin frecvente sau chiar fără măsurători la toate.
În plus, există și alte produse care pot oferi utilizatorilor informații despre proces. De exemplu, mai multe companii oferă produse care pot analiza procesul de sudare în timp real folosind o varietate de tehnologii. Aceste sisteme implementează limite „go/no-go” sau „pass/no-go” asupra procesului de sudare, permițând utilizatorilor să știe când sistemul poate avea probleme, asigurând producția de produse de calitate superioară și reducând ratele de deșeuri.
Asigurarea că laserul funcționează stabil pe tot parcursul ciclului său de viață este esențială pentru maximizarea și menținerea consistenței și eficienței procesului, extinderea duratei de viață a laserului și îmbunătățirea rentabilității investiției în sistem. Numai prin măsurarea performanței laserului pe teren la șantier, utilizatorii pot ști exact cum funcționează laserul.
Atât metodele de măsurare în proces, cât și în timpul procesului au propriile avantaje și dezavantaje, dar ambele metode pot oferi informații importante de procesare cu laser. Produsele care măsoară indicatorii de performanță laser evoluează constant, devin mai ușor de utilizat și mai durabile. Măsurând mai mulți indicatori cheie de performanță ai laserului, utilizatorilor le va fi mai ușor să înțeleagă principiul de funcționare al laserului și să efectueze întreținerea performanței pe termen lung a laserului.
