Abraham Lincoln, Yhdysvaltain 16. presidentti, sanoi kerran: "Voit huijata kaikkia ihmisiä jonkin aikaa, ja voit huijata joitain ihmisiä koko ajan, mutta et voi huijata kaikkia ihmisiä koko ajan." [11Sama pätee, kun valvotaan järjestelmään integroitujen lasereiden suorituskykyä. Teollisessa tuotannossa koko järjestelmää voidaan valvoa tietyn ajan tai osaa järjestelmästä seurata koko ajan, mutta koko järjestelmän jatkuva valvonta on mahdotonta. Teollisuus 4:n.0 aikakaudella eli älykkään valmistuksen aikakaudella on erittäin tärkeää ymmärtää näiden kahden välinen ero.
Toimiala 4.0 muuttaa tuotantotilannetta kaikilla elämänaloilla. Teknologinen kehitys auttaa valmistajia harjoittamaan teollista tuotantoa tehokkaammin, nopeammin ja älykkäämmin. Älykkäiden koneiden oikea soveltaminen edellyttää erilaisten tietojen keräämistä, analysointia ja suodattamista prosessin parantamiseksi. Liian vähän dataa haittaa prosessin parantamista, mutta samalla liian paljon dataa voi olla haitallista.
Laserkäsittelyjärjestelmillä on omat toimintaominaisuudet ja niihin liittyvät ongelmansa. Liian paljon lasersuorituskykyä koskevia tietoja voi olla haitallista, koska se voi olla ylivoimaista ja ylivoimaista.
Milloin laserin suorituskykymittareita mitataan?
On neljä tapaa mitata laserin suorituskykyä. Ensimmäinen lähestymistapa on se, mitä useimmat laserjärjestelmien käyttäjät pitävät, eli määräaikaishuoltoa. Tässä lähestymistavassa laserin suorituskykymittarit mitataan laserin suunniteltujen seisokkien perusteella, yleensä neljännesvuosittain, puolivuosittain tai vuosittain. Tänä aikana laserin suorituskykymittareita mitataan ja verrataan aikaisempiin mittauksiin laserin toimintatrendien analysoimiseksi.
Toinen tapa on mitata prosessivikojen aikana. Esimerkiksi jos hitsin laatu heikkenee laserhitsauksen aikana tai jos leikkaus epäonnistuu tai sitä ei voida suorittaa laserleikkauksen aikana, laserin suorituskykyä voidaan mitata laserjärjestelmän palauttamiseksi suunniteltuihin toimintaparametreihin.
Kolmas ja neljäs menetelmä ovat juuri sitä, mitä tässä artikkelissa käsitellään - prosessin sisäinen seuranta ja prosessin seuranta. Molemmilla tavoilla on hyvät ja huonot puolensa. Käyttäjien on oltava selvillä näiden kahden menetelmän eduista ja haitoista samalla kun he hallitsevat laserin optimaalisen käsittelymenetelmän. Lisäksi käyttäjien on myös ymmärrettävä, mitkä laserindikaattorit ovat kriittisiä mitata teollisissa tuotantoprosesseissa.
Miten laser käsittelee materiaaleja?
Korkeiden vaatimusten mukaisesti, riippumatta siitä, mihin käsittelytekniikkaan laseria käytetään, käyttäjien on ymmärrettävä, miten laser käsittelee materiaaleja. Esimerkiksi, jotta tiedät, minkä tyyppinen laser sopii hitsaukseen, sinun on jopa ymmärrettävä, kuinka laser hitsaa auton oven karmin. Helpoin tapa ymmärtää tämä on laserin tehotiheyden avulla.
Tehotiheyden määritelmä viittaa laserin tehoon, joka säteilytetään materiaalin pinta-alayksikköön. Tehon tiheys ilmaistaan yleensä W/cm2:na, jossa "W" tarkoittaa tehoa "wattia". Jatkuvassa (CW) laserissa sen arvo on tehoarvo: pulssilasereilla se on sen keskimääräinen tehoarvo. "cm2" edustaa laserpisteen pinta-alaa työstötasolla. Esimerkiksi 100 W:n laserin, joka on fokusoitu 100 mm:n pistekokoon, tehotiheys on 1,27 x 103 kW/cm2.
Laserin tehotiheyteen vaikuttavat muutokset laserin tehossa tai materiaaliin kohdistetun valon koosta. Laseroperaattoreiden on mitattava, analysoitava ja ymmärrettävä nämä kaksi muuttujaa laserprosessin tehokkaan toiminnan varmistamiseksi.
Tärkeitä lasersuorituskykymittauksia
Laservalon mittaus suoritetaan yleensä tehomittarilla. Tehomittari on anturi, joka kerää laservaloa ja muuntaa sen sähkösignaaliksi, päättelee sitten säteen tuottaman tehon tai energian ja toimittaa lopuksi lukeman mittarille tai tietokoneelle analysointia varten. Tämä prosessi kestää yleensä vain muutaman sekunnin, mutta se voi vaihdella käytetyn tekniikan mukaan. Nämä mittaukset ovat erittäin tärkeitä tiedonkeruun ja -analyysin kannalta, erityisesti laserin tuotantovaiheessa, koska data antaa käyttäjälle mahdollisuuden ymmärtää, miten laserin suorituskyky muuttuu ja miten nämä muutokset vaikuttavat laserin käyttöön käsittelyprosessissa.
Lisäksi on mitattava lasersäteen halkaisija. Palkin halkaisija voidaan laskea monella tapaa, kuten D40-menetelmällä, 13,5 %:n huippumenetelmällä ja 10/90-veitsenterämenetelmällä, ja eri menetelmien laskentatulokset vaihtelevat suuresti. Eri toimialoilta, taustoilta ja kokemuksilta tulevat ihmiset käyttävät vastaavia laskentamenetelmiä sovellusskenaarioidensa mukaan.
Palkin halkaisijaa laskettaessa on otettava huomioon palkin pyöreys- tai elliptisyysarvo. On tärkeää ymmärtää palkin muoto ja kuinka energia jakautuu palkin profiilissa. Onko se Gaussin palkki vai tasainen palkki? Kun yritetään ymmärtää, miten laseria käytetään prosessissa, lasersäteen parametrien mittaus tulisi täydentää alan standardinmukaisella säteen pyörämittausjärjestelmällä.
Säteen halkaisijan lisäksi on otettava huomioon myös säteen laatu laseria valittaessa, lasersovellusta kehitettäessä sekä laserlähteen integroinnissa tai virheenkorjauksessa järjestelmään. Useimmissa tapauksissa, kun laser on otettu tuotantoon, sen säteen laatua ei yleensä enää analysoida, joten on erittäin tärkeää suorittaa säteen laatuanalyysi ennen kuin laser lähtee tehtaalta.
Säteen laatu voidaan ilmaista M2-arvolla, ja M2-arvo 1.0 osoittaa, että lasersäteen laatu on optimaalinen. Säteen parametrin tulo (BPP=0xw, missä 0 on säteen kaukokentän hajoamiskulman puolikulma ja w on säteen vyötärön säde) ja K-arvo (1/MM2) voivat myös voidaan käyttää ilmaisemaan lasersäteen laatua. Laserlähteiden säteen laatu ja tehokkuus ovat parantuneet. Mitä tulee erilaisiin käsittelyprosesseihin, eri laserlähteillä on omat etunsa.
Käyttäjien on tärkeää ymmärtää laserin suorituskykyindikaattoreiden muutokset käsittelyprosessin aikana. Lasertehon, säteen koon ja sen muuttumisen ajan mittaan mittaaminen on ratkaisevan tärkeää järjestelmän suorituskyvyn ymmärtämiseksi ja vakaamman pitkän aikavälin suorituskyvyn varmistamiseksi.
Prosessin sisäinen seuranta vs. prosessinaikainen seuranta
Nykyään tietojen syöttämistä vaaditaan mahdollisimman lähellä reaaliaikaa. Tämä vaatii tekniikkaa, jota kutsutaan yleisesti "prosessin sisäiseksi valvonnaksi", joka sisältää laserin suorituskykymittausten tarkkailun laserprosessin ollessa käynnissä. Lisäainevalmistuksen alalla tätä tekniikkaa kutsutaan "in situ -valvonnaksi".
"Prosessin sisäisen valvonnan" vastine on "prosessin seuranta", joka mittaa laserin suorituskykyä prosessien välillä. Molemmilla seurantamenetelmillä on omat etunsa ja haittansa.
n-prosessimkai
Prosessin sisäinen tai in situ -seuranta mittaa osan laserin suorituskyvystä käytön ja tuotannon aikana. Laserjärjestelmään on asetettu erillinen testialijärjestelmä, joka mittaa vain osan laserista suorituskykyä ja analysoi sitä reaaliajassa.
Prosessin sisäisellä valvonnalla on merkittäviä etuja. Ensinnäkin, koska osajärjestelmä on integroitu koko järjestelmään, nämä kaksi voivat kommunikoida helposti. Reaaliaikaista palautetta lasersuorituskyvystä toimitetaan jatkuvasti, joten koko järjestelmää voidaan tarvittaessa säätää nopeasti. Toiseksi nämä alijärjestelmät on usein suunniteltu erityisesti sitä järjestelmää varten, johon ne on integroitu, ja ne ovat usein yksinkertaisia ja tarjoavat vain asiakkaan tarvitseman palautteen. Heidän keräämänsä tiedot voidaan helposti esittää laseroperaattorin näkemällä ihmisen ja koneen välisellä rajapinnalla. Näitä tietoja voidaan myös tallentaa ja analysoida sekä analyysitulosten perusteella antaa varoituksia järjestelmän ja käyttäjien turvallisuuden varmistamiseksi tai romumäärän vähentämiseksi.
Prosessin sisäisen valvonnan suurin haittapuoli on, että nämä osajärjestelmät voivat mitata vain osan koko laserjärjestelmän lasersuorituskyvystä. Osa näytteestä kerätään ennen kuin laser saavuttaa käsittelyalueen ja analysoidaan käsittelyn aikana. Valitettavasti monet käsittelyn aikana ilmenevät ongelmat johtuvat usein käsittelyalueen lähellä olevien komponenttien toiminnallisesta heikkenemisestä lasermittausnäytteen keräämisen jälkeen. Jos järjestelmän komponentti hajoaa tai vioittuu käsittelyn aikana, lasermittaukseen käytetystä näytteestä saattaa jäädä huononeminen tai vika, mikä antaa väärän palautteen järjestelmälle.
Toinen prosessin sisäisen valvonnan haittapuoli on optisten mittauskomponenttien kalibroinnin vaikeus. Koska osajärjestelmät on integroitu koko järjestelmään, komponenttien poistaminen uudelleenkalibrointia varten on usein vaikeaa tai mahdotonta. Tehonmittauskomponentit on kalibroitava usein (Ophir suosittelee kalibrointia 12 kuukauden välein) mittaustarkkuuden varmistamiseksi.
Tällaiset mittausalijärjestelmät tarjoavat myös ylimääräistä sensorista palautetta laserjärjestelmälle laserin suorituskyvyn osoittamiseksi ilman, että ne luottaisivat lasersuorituskyvyn todellisiin mittauksiin. Esimerkiksi suojalasiin on asennettu lämpötilan valvonta lähelle käsittelyaluetta laserosien suojaamiseksi. Kun kansilasilla on liian paljon käsittelyjätettä ja roskat imevät laserenergiaa aiheuttaen lämpötilan kohoamisen, lämpötilamonitori muistuttaa laserkäyttäjiä ja antaa arvokasta tietoa järjestelmälle ja käyttäjille.
Prosessin seuranta
Prosessin valvonnassa käytetään tyypillisesti erillistä tuotesarjaa mittausten tekemiseen laserkäsittelyalueella ja koko laserjärjestelmän analysointiin. Nämä valvontajärjestelmät voivat koostua erillisistä lasertehon, energian ja säteen laadun mittaamiseen tarkoitetuista tuotteista tai ne voivat koostua tuotteista, jotka voivat testata näitä parametreja samanaikaisesti (katso kuva 2). Nämä tarkastusjärjestelmät voivat olla toisistaan riippuvaisia tai toisistaan riippumattomia, integroituja kokonaisjärjestelmään tai järjestelmää voidaan ylläpitää säännöllisesti prosessien välillä.
Samoin kuin in situ -valvonnassa, myös prosessien valvonnassa on hyvät ja huonot puolensa. Prosessin valvonnan tärkein etu on järjestelmän koko lasersuorituskyvyn täydellisempi arviointi. 100 % lasersäteestä kerätään tehon tai energian mittausta varten, ja fokusoitu kohta voidaan myös analysoida, jotta käyttäjä saa kattavan analyysin laserin toiminnasta sillä hetkellä. Nämä tiedot voidaan tallentaa, tallentaa tai kirjata koko järjestelmään ja käyttää sitten trendianalyysiä varten, jotta voidaan varmistaa järjestelmän palautuminen vian jälkeen ja säilyttää alkuperäinen järjestelmän tehokkuus. Tietojen kerääminen tällä menetelmällä antaa käyttäjälle lopulta täydellisen kuvan laserin käytöstä, mutta se maksaa.
Prosessin valvonnan ilmeisin haittapuoli on seisokit. Koska mittaus suoritetaan koko laserille, laser on poistettava tuotannosta mittauksen suorittamiseksi. Jos lasermittausjärjestelmä on integroitu koneeseen, se ei yleensä ole iso juttu, mutta aika on rahaa. Vaikka lasermittausjärjestelmän integrointi koko järjestelmään on kätevää, se voi kuitenkin olla kallista ja joskus jopa tarpeettomana. Jos lasermittaustuotteita ei ole integroitu koko järjestelmään, niitä voidaan käyttää huoltotyökaluina. Laser on kuitenkin poistettava tuotannosta mittausten suorittamista varten, ja kun huoltohenkilöstö ei tunne lasertyökalun toimintaa, mittaukset ovat erittäin aikaa vieviä, mikä voi johtaa harvempiin mittauksiin tai jopa olematta mittauksia. kaikki.
Lisäksi on muita tuotteita, jotka voivat tarjota käyttäjille tietoa prosessista. Esimerkiksi useat yritykset tarjoavat tuotteita, jotka voivat analysoida hitsausprosessia reaaliajassa eri teknologioiden avulla. Nämä järjestelmät soveltavat "go/no-go"- tai "pass/no-go" -rajoituksia hitsausprosessiin, jolloin käyttäjät voivat tietää, milloin järjestelmässä voi olla ongelmia, mikä varmistaa laadukkaampien tuotteiden tuotannon ja vähentää romun määrää.
Laserin vakaan toiminnan varmistaminen koko elinkaarensa ajan on erittäin tärkeää prosessin johdonmukaisuuden ja tehokkuuden maksimoimiseksi ja ylläpitämiseksi, laserin käyttöiän pidentämiseksi ja järjestelmän investointien tuoton parantamiseksi. Vain mittaamalla laserin suorituskykyä kentällä työmaalla käyttäjät voivat tietää tarkalleen, kuinka laser toimii.
Sekä prosessin aikana että prosessin aikana tapahtuvilla mittausmenetelmillä on omat etunsa ja haittansa, mutta molemmat menetelmät voivat tarjota tärkeitä laserprosessointitietoja. Laserin suorituskykyindikaattoreita mittaavat tuotteet kehittyvät jatkuvasti, niistä tulee entistä helpompi käyttää ja kestävämpiä. Mittaamalla useita laserin keskeisiä suorituskykyindikaattoreita käyttäjien on helpompi ymmärtää laserin toimintaperiaate ja suorittaa laserin pitkäaikaista suorituskyvyn ylläpitoa.
