Abraham Lincoln, USAs 16. president, sa en gang: "Du kan lure alle folk noen ganger, og du kan lure noen av folket hele tiden, men du kan ikke lure alle folk hele tiden." [11Det samme gjelder når man overvåker ytelsen til lasere integrert i et system. I industriell produksjon kan hele systemet overvåkes i en periode, eller deler av systemet kan overvåkes hele tiden, men det er umulig å overvåke hele systemet hele tiden. I epoken med industri 4.0, det vil si epoken med smart produksjon, er det veldig viktig å forstå forskjellen mellom de to.
Industri 4.0 endrer produksjonssituasjonen i alle samfunnslag. Teknologiske fremskritt hjelper produsenter med å drive industriell produksjon mer effektivt, raskere og smartere. For å bruke smarte maskiner riktig, er det nødvendig å samle ulike data, analysere og filtrere dem for å forbedre prosessen. For lite data vil hindre prosessforbedring, men samtidig kan for mye data virke kontraproduktivt.
Laserbehandlingssystemer har sitt eget sett med driftsegenskaper og relaterte problemer. For mye data om laserytelse kan være kontraproduktivt, siden det kan være overveldende og overveldende.
Når skal man måle laserytelsesmålinger?
Det er fire måter å måle laserytelse på. Den første tilnærmingen er det de fleste lasersystemoperatører foretrekker, som er planlagt vedlikehold. I denne tilnærmingen måles laserytelsesmålinger basert på planlagt nedetid for laseren, vanligvis kvartalsvis, halvårlig eller årlig. I løpet av denne tiden blir laserytelsesmålinger målt og sammenlignet med tidligere målinger for å analysere laserdriftstrender.
Den andre metoden er å måle under prosessfeil. For eksempel, hvis sveisekvaliteten forringes under lasersveising, eller hvis skjæringen mislykkes eller ikke kan utføres under laserskjæring, kan ytelsen til laseren måles for å gjenopprette lasersystemet til de utformede driftsparametrene.
Den tredje og fjerde metoden er nøyaktig hva denne artikkelen vil diskutere - in-prosess overvåking og at-prosess overvåking. Begge metodene har sine fordeler og ulemper. Operatører må være tydelige på fordelene og ulempene ved disse to metodene mens de mestrer den optimale prosesseringsmetoden til laseren. I tillegg må operatørene også forstå hvilke laserindikatorer som er kritiske å måle under industrielle produksjonsprosesser.
Hvordan behandler laseren materialer?
I henhold til høye krav, uansett hvilken prosessteknologi laseren brukes til, må operatører forstå hvordan laseren behandler materialer. For eksempel, for å vite hvilken type laser som er egnet for sveising, må du til og med forstå hvordan laseren sveiser dørkarmen til en bil. Den enkleste måten å forstå dette på er gjennom laserkrafttetthet.
Definisjonen av effekttetthet refererer til laserkraften som utstråles til en enhetsareal av materiale. Effekttetthet uttrykkes vanligvis i W/cm2, hvor "W" står for effekt "watt". For kontinuerlige (CW) lasere er verdien kraftverdien: for pulserende lasere er det dens gjennomsnittlige effektverdi. "cm2" representerer arealet av laserpunktet på arbeidsplanet. For eksempel har 100 W laser fokusert til en punktstørrelse på 100 mm en effekttetthet på 1,27x103kW/cm2.
Effekttettheten til en laser påvirkes av endringer i lasereffekten eller lysstørrelsen som påføres materialet. Laseroperatører må måle, analysere og forstå disse to variablene for å sikre effektiv drift av laserprosessen.
Viktige målinger av laserytelsesindikator
Målingen av laserlys oppnås vanligvis med en effektmåler. En strømmåler er en sensor som samler laserlys og konverterer det til et elektrisk signal, for så å utlede kraften eller energien som produseres av strålen, og til slutt gir avlesningen til en måler eller datamaskin for analyse. Denne prosessen tar vanligvis bare noen få sekunder, men den kan variere avhengig av teknologien som brukes. Disse målingene er svært viktige for datainnsamling og analyse, spesielt i produksjonsfasen av laseren, fordi dataene lar brukerne forstå hvordan ytelsen til laseren endres og hvordan disse endringene påvirker bruken av laseren i prosesseringsprosessen.
I tillegg skal diameteren på laserstrålen måles. Det er mange måter å beregne bjelkediameteren på, slik som D40-metoden, 13,5 % peak-metoden og 10/90 knivegg-metoden, og beregningsresultatene for ulike metoder varierer veldig. Folk fra ulike bransjer, bakgrunner og erfaringer bruker tilsvarende beregningsmetoder i henhold til deres applikasjonsscenarier.
Ved beregning av bjelkediameteren må bjelkens rundhet eller elliptiske verdi vurderes. Det er viktig å forstå bjelkens form og hvordan energien er fordelt i bjelkeprofilen. Er det en gaussisk bjelke eller en flat-top bjelke? Når du prøver å forstå hvordan laseren brukes i prosessen, bør målingen av laserstråleparametere fullføres av et industristandard målesystem for strålehjul.
I tillegg til strålediameter, må strålekvalitet også vurderes ved valg av laser, utvikling av en laserapplikasjon og integrering eller feilsøking av en laserkilde i et system. I de fleste tilfeller, når en laser er satt i produksjon, blir strålekvaliteten vanligvis ikke lenger analysert, så det er svært viktig å fullføre strålekvalitetsanalysen før laseren forlater fabrikken.
Strålekvaliteten kan uttrykkes ved M2-verdien, og en M2-verdi på 1.0 indikerer at laserstrålekvaliteten er optimal. Stråleparameterproduktet (BPP=0xw, hvor 0 er halvvinkelen til strålens fjernfeltdivergensvinkel og w er strålens midjeradius) og K-verdien (1/MM2) kan også brukes til å uttrykke laserstrålekvalitet. Strålekvaliteten og effektiviteten til laserkilder er forbedret. Når det gjelder ulike prosesseringsprosesser, har ulike laserkilder sine egne fordeler.
Det er viktig for brukere å forstå endringene i ytelsesindikatorene til laseren under prosesseringsprosessen. Måling av laserkraft, strålestørrelse og hvordan og hvorfor de endres over tid er avgjørende for å forstå systemytelsen fullt ut og sikre mer stabil langsiktig ytelse.
Prosessovervåking vs. prosessovervåking
I dag kreves datainndata så nær sanntid som mulig. Dette krever en teknikk som ofte refereres til som "overvåking i prosess", som innebærer overvåking av laserytelsesmålinger mens laserprosessen pågår. I feltet additiv produksjon kalles denne teknikken "in-situ overvåking."
Motstykket til «overvåking under prosess» er «overvåking under prosess», som måler laserytelse mellom prosesser. Begge overvåkingsmetodene har sine egne fordeler og ulemper.
n-prosessmkai
In-prosess overvåking eller in situ overvåking måler deler av ytelsen til laseren under drift og produksjon. Et dedikert testdelsystem er satt opp i lasersystemet for kun å måle ytelsen til en del av laseren og analysere den i sanntid.
Prosessovervåking har betydelige fordeler. For det første, siden delsystemet er integrert med hele systemet, kan de to kommunisere enkelt. Sanntidstilbakemelding på laserytelse leveres kontinuerlig, slik at justeringer av hele systemet kan gjøres raskt ved behov. For det andre er disse delsystemene ofte designet spesifikt for systemet de er integrert i og er ofte enkle, og gir kun tilbakemeldingene som kreves av kunden. Informasjonen de samler inn kan enkelt presenteres på et menneske-maskin-grensesnitt sett av laseroperatøren. Disse dataene kan også lagres og analyseres, og advarsler kan gis basert på analyseresultatene for å ivareta sikkerheten til systemet og brukerne, eller for å redusere skrothastigheten.
Den største ulempen med prosessovervåking er at disse delsystemene bare kan måle en del av laserytelsen til hele lasersystemet. En del av prøven samles før laseren når behandlingsområdet og analyseres under behandlingen. Dessverre er mange problemer som oppstår under prosessering ofte forårsaket av funksjonell degradering av komponenter nær prosessområdet etter at lasermåleprøven er samlet inn. Hvis en komponent i systemet degraderes eller svikter under behandlingen, kan prøven som brukes for lasermåling gå glipp av degraderingen eller feilen, og gi falsk tilbakemelding til systemet.
En annen ulempe med prosessovervåking er vanskeligheten med å kalibrere de optiske målekomponentene. Fordi delsystemer er integrert med det overordnede systemet, er det ofte vanskelig eller umulig å fjerne komponenter for rekalibrering. Effektmålekomponenter må kalibreres ofte (Ophir anbefaler kalibrering hver 12. måned) for å sikre målenøyaktighet.
Slike måleundersystemer gir også ekstra sensorisk tilbakemelding til lasersystemet for å indikere laserytelse uten å stole på faktiske målinger av laserytelse. For eksempel er en temperaturmonitor installert på dekkglasset nær behandlingsområdet for å beskytte laserkomponentene. Når det er for mye prosessavfall på dekkglasset og rusk absorberer laserenergien, noe som får temperaturen til å stige, vil temperaturmonitoren minne laserbrukere og gi verdifull informasjon til systemet og brukerne.
Ved prosessovervåking
Ved-prosessovervåking bruker vanligvis et eget sett med produkter for å ta målinger i laserbehandlingsområdet og analysere hele lasersystemet. Disse overvåkingssystemene kan være sammensatt av separate produkter for måling av lasereffekt, energi og strålekvalitetsanalyse, eller de kan være sammensatt av produkter som kan teste disse parameterne samtidig (se figur 2). Disse inspeksjonssystemene kan være gjensidig avhengige eller uavhengige av hverandre, integrert i det overordnede systemet, eller systemet kan vedlikeholdes regelmessig mellom prosessene.
I likhet med in situ-overvåking, har prosessovervåking sine fordeler og ulemper. Hovedfordelen med prosessovervåking er en mer fullstendig vurdering av hele laserytelsen i systemet. 100 % av laserstrålen samles inn for effekt- eller energimåling, og det fokuserte punktet kan også analyseres for å gi brukeren en omfattende analyse av laserens ytelse på det tidspunktet. Disse dataene kan lagres, lagres eller logges i hele systemet, og deretter åpnes for trendanalyse for å sikre systemgjenoppretting etter en feil og opprettholde den opprinnelige systemeffektiviteten. Innsamling av data ved hjelp av denne metoden gir til syvende og sist brukeren et fullstendig bilde av laserens bruk, men det har en kostnad.
Den mest åpenbare ulempen ved prosessovervåking er nedetid. Siden målingen utføres på hele laseren, må laseren tas ut av produksjonen for å utføre målingen. Hvis lasermålesystemet er integrert i maskinen, er det vanligvis ikke en stor sak, men tid er penger. Men selv om det er praktisk å integrere et lasermålesystem i det totale systemet, kan det være kostbart og noen ganger til og med anses som unødvendig. Hvis de ikke er integrert i det overordnede systemet, kan lasermåleprodukter brukes som vedlikeholdsverktøy. Laseren må imidlertid tas ut av produksjon for å foreta målingene, og når vedlikeholdspersonell ikke er kjent med driften av laserverktøyet, er målingene svært tidkrevende, noe som kan resultere i mindre hyppige målinger eller til og med ingen målinger kl. alle.
I tillegg finnes det andre produkter som kan gi brukerne informasjon om prosessen. For eksempel tilbyr flere selskaper produkter som kan analysere sveiseprosessen i sanntid ved hjelp av en rekke teknologier. Disse systemene implementerer "go/no-go" eller "pass/no-go"-grenser på sveiseprosessen, slik at brukerne kan vite når systemet kan ha problemer, og sikrer produksjon av produkter av høyere kvalitet og reduserer skraphastigheter.
Å sikre at laseren yter stabilt gjennom hele livssyklusen er avgjørende for å maksimere og opprettholde konsistensen og effektiviteten til prosessen, forlenge levetiden til laseren og forbedre avkastningen på investeringen til systemet. Bare ved å måle ytelsen til laseren i felten på arbeidsstedet kan brukere vite nøyaktig hvordan laseren fungerer.
Målemetoder både i prosess og ved prosess har sine egne fordeler og ulemper, men begge metodene kan gi viktig laserbehandlingsinformasjon. Produkter som måler laserytelsesindikatorer er i stadig utvikling, blir enklere å betjene og mer holdbare. Ved å måle flere nøkkelytelsesindikatorer for laseren, vil brukerne finne det lettere å forstå laserens arbeidsprinsipp og utføre langsiktig ytelsesvedlikehold av laseren.
