Abraham Lincoln, 16. predsjednik Sjedinjenih Država, jednom je rekao: "Možete prevariti sve ljude neko vrijeme, i možete prevariti neke od ljudi cijelo vrijeme, ali ne možete prevariti sve ljude cijelo vrijeme." [11Isto vrijedi i za praćenje rada lasera integriranih u sustav. U industrijskoj proizvodnji se može pratiti cijeli sustav određeno vrijeme, ili se dio sustava može nadzirati cijelo vrijeme, ali je nemoguće nadzirati cijeli sustav cijelo vrijeme. U eri industrije 4.0, odnosno eri pametne proizvodnje, vrlo je važno razumjeti razliku između to dvoje.
Industrija 4.0 mijenja situaciju proizvodnje u svim segmentima života. Tehnološki napredak pomaže proizvođačima da vode industrijsku proizvodnju učinkovitije, brže i pametnije. Za pravilnu primjenu pametnih strojeva potrebno je prikupiti različite podatke, analizirati ih i filtrirati kako bi se poboljšao proces. Premalo podataka spriječit će poboljšanje procesa, ali u isto vrijeme previše podataka može biti kontraproduktivno.
Sustavi laserske obrade imaju vlastiti skup radnih karakteristika i povezanih pitanja. Previše podataka o učinkovitosti lasera može biti kontraproduktivno, jer može biti porazno i porazno.
Kada mjeriti metriku rada lasera?
Postoje četiri načina za mjerenje učinka lasera. Prvi pristup je ono što većina operatera laserskih sustava preferira, a to je planirano održavanje. U ovom pristupu, metrika učinkovitosti lasera se mjeri na temelju planiranog prekida rada lasera, obično tromjesečno, polugodišnje ili godišnje. Tijekom tog vremena mjere se metrike performansi lasera i uspoređuju s prethodnim mjerenjima kako bi se analizirali trendovi rada lasera.
Druga metoda je mjerenje tijekom kvarova procesa. Na primjer, ako je kvaliteta zavara degradirana tijekom laserskog zavarivanja ili ako rezanje ne uspije ili se ne može izvesti tijekom laserskog rezanja, učinak lasera može se izmjeriti kako bi se laserski sustav vratio na projektirane radne parametre.
Treća i četvrta metoda upravo su ono o čemu će se raspravljati u ovom članku - nadzor u procesu i nadzor u procesu. Obje metode imaju svoje prednosti i nedostatke. Operaterima moraju biti jasne prednosti i nedostaci ove dvije metode dok svladavaju optimalnu metodu obrade lasera. Osim toga, operateri također moraju razumjeti koji su laserski indikatori ključni za mjerenje tijekom procesa industrijske proizvodnje.
Kako laser obrađuje materijale?
Prema visokim zahtjevima, bez obzira za koju se tehnologiju obrade laser koristi, operateri moraju razumjeti kako laser obrađuje materijale. Na primjer, da biste znali koja je vrsta lasera prikladna za zavarivanje, morate čak razumjeti kako laser zavaruje okvir vrata automobila. Najlakši način da to shvatite je kroz gustoću snage lasera.
Definicija gustoće snage odnosi se na snagu lasera ozračenu na jedinici površine materijala. Gustoća snage obično se izražava u W/cm2, gdje "W" označava snagu "watt". Za kontinuirane (CW) lasere, njegova vrijednost je vrijednost snage: za pulsirajuće lasere, to je njegova prosječna vrijednost snage. "cm2" predstavlja površinu laserske točke na radnoj ravnini. Na primjer, laser od 100 W fokusiran na točku veličine 100 mm ima gustoću snage od 1,27x103kW/cm2.
Na gustoću snage lasera utječu promjene u snazi lasera ili veličini svjetlosti primijenjenoj na materijal. Operateri lasera moraju mjeriti, analizirati i razumjeti ove dvije varijable kako bi osigurali učinkovit rad laserskog procesa.
Važna mjerenja pokazatelja rada lasera
Mjerenje laserske svjetlosti obično se postiže mjeračem snage. Mjerač snage je senzor koji prikuplja lasersko svjetlo i pretvara ga u električni signal, zatim zaključuje o snazi ili energiji koju proizvodi snop i na kraju daje očitanje mjeraču ili računalu za analizu. Ovaj proces obično traje samo nekoliko sekundi, ali može varirati ovisno o korištenoj tehnologiji. Ta su mjerenja vrlo važna za prikupljanje i analizu podataka, posebno u fazi proizvodnje lasera, jer podaci omogućuju korisnicima da razumiju kako se mijenja izvedba lasera i kako te promjene utječu na primjenu lasera u procesu obrade.
Osim toga, potrebno je izmjeriti promjer laserske zrake. Postoji mnogo načina za izračunavanje promjera grede, kao što je metoda D40, metoda vrha od 13,5% i metoda oštrice noža 10/90, a rezultati izračuna različitih metoda uvelike se razlikuju. Ljudi iz različitih industrija, pozadina i iskustava koriste odgovarajuće metode izračuna u skladu sa svojim scenarijima primjene.
Pri izračunavanju promjera grede mora se uzeti u obzir vrijednost zaobljenosti ili eliptičnosti grede. Važno je razumjeti oblik snopa i kako se energija raspoređuje u profilu snopa. Je li to Gaussov snop ili snop s ravnim vrhom? Kada pokušavate razumjeti kako se laser koristi u procesu, mjerenje parametara laserske zrake trebalo bi dovršiti standardnim sustavom mjerenja kotačića zrake.
Uz promjer snopa, kvaliteta snopa također se mora uzeti u obzir pri odabiru lasera, razvoju laserske aplikacije i integraciji ili otklanjanju grešaka laserskog izvora u sustav. U većini slučajeva, nakon što se laser pusti u proizvodnju, kvaliteta njegove zrake općenito se više ne analizira, stoga je vrlo važno dovršiti analizu kvalitete zrake prije nego što laser napusti tvornicu.
Kvaliteta zrake može se izraziti vrijednošću M2, a vrijednost M2 od 1.0 označava da je kvaliteta laserske zrake optimalna. Umnožak parametra snopa (BPP=0xw, gdje je 0 polukut divergencije dalekog polja snopa, a w polumjer struka snopa) i vrijednost K (1/MM2) također mogu koristiti za izražavanje kvalitete laserske zrake. Kvaliteta zrake i učinkovitost laserskih izvora su poboljšani. Kada je riječ o različitim procesima obrade, različiti laserski izvori imaju svoje prednosti.
Korisnicima je važno razumjeti promjene u pokazateljima učinka lasera tijekom procesa obrade. Mjerenje snage lasera, veličine zrake te kako i zašto se mijenjaju tijekom vremena ključno je za potpuno razumijevanje performansi sustava i osiguravanje stabilnije dugoročne izvedbe.
Praćenje u procesu u odnosu na praćenje u procesu
Danas je unos podataka potreban što bliže stvarnom vremenu. To zahtijeva tehniku koja se obično naziva "nadzor u procesu", koja uključuje praćenje mjerenja performansi lasera dok je laserski proces u tijeku. U području aditivne proizvodnje ova se tehnika naziva "nadzor na licu mjesta".
Pandan "nadzoru unutar procesa" je "nadzor u procesu", koji mjeri performanse lasera između procesa. Obje metode praćenja imaju svoje prednosti i nedostatke.
n-procesmkai
Praćenje u procesu ili praćenje na licu mjesta mjeri dio performansi lasera tijekom rada i proizvodnje. Namjenski ispitni podsustav postavljen je u laserskom sustavu kako bi se izmjerila samo učinkovitost dijela lasera i analizirala u stvarnom vremenu.
Praćenje u procesu ima značajne prednosti. Prvo, budući da je podsustav integriran s cijelim sustavom, njih dvoje mogu lako komunicirati. Povratne informacije o radu lasera u stvarnom vremenu isporučuju se kontinuirano, tako da se po potrebi mogu brzo prilagoditi cijeli sustav. Drugo, ti su podsustavi često dizajnirani posebno za sustav u koji su integrirani i često su jednostavni, dajući samo povratne informacije koje zahtijeva kupac. Informacije koje prikupljaju mogu se lako prikazati na sučelju čovjek-stroj koje vidi laserski operater. Ti se podaci također mogu pohraniti i analizirati, a na temelju rezultata analize mogu se izdati upozorenja kako bi se osigurala sigurnost sustava i korisnika ili kako bi se smanjila stopa otpada.
Glavni nedostatak nadzora unutar procesa je taj što ti podsustavi mogu mjeriti samo dio laserskih performansi cijelog laserskog sustava. Dio uzorka se prikuplja prije nego što laser dođe do područja obrade i analizira se tijekom obrade. Nažalost, mnogi problemi koji se javljaju tijekom obrade često su uzrokovani funkcionalnom degradacijom komponenti u blizini područja obrade nakon što je prikupljen uzorak laserskog mjerenja. Ako se komponenta u sustavu pogorša ili otkaže tijekom obrade, uzorak koji se koristi za lasersko mjerenje može propustiti degradaciju ili kvar, dajući lažnu povratnu informaciju sustavu.
Još jedan nedostatak nadzora u procesu je poteškoća u kalibraciji komponenti optičkog mjerenja. Budući da su podsustavi integrirani u cjelokupni sustav, često je teško ili nemoguće ukloniti komponente za ponovno kalibriranje. Komponente za mjerenje snage moraju se često kalibrirati (Ophir preporučuje kalibraciju svakih 12 mjeseci) kako bi se osigurala točnost mjerenja.
Takvi mjerni podsustavi također daju dodatnu senzorsku povratnu informaciju laserskom sustavu za indikaciju performansi lasera bez oslanjanja na stvarna mjerenja performansi lasera. Na primjer, monitor temperature postavljen je na pokrovno staklo u blizini područja obrade kako bi se zaštitile komponente lasera. Kada na pokrovnom staklu ima previše ostataka od procesa i oni apsorbiraju energiju lasera, uzrokujući porast temperature, monitor temperature će podsjetiti korisnike lasera i pružiti vrijedne informacije sustavu i korisnicima.
Praćenje procesa
Praćenje tijekom procesa obično koristi zaseban set proizvoda za mjerenja u području laserske obrade i analizu cijelog laserskog sustava. Ovi nadzorni sustavi mogu se sastojati od zasebnih proizvoda za mjerenje snage lasera, energije i analize kvalitete zrake ili se mogu sastojati od proizvoda koji mogu testirati te parametre istovremeno (vidi sliku 2). Ovi inspekcijski sustavi mogu biti međusobno ovisni ili neovisni jedan o drugom, integrirani u cjelokupni sustav ili se sustav može redovito održavati između procesa.
Slično nadzoru na licu mjesta, nadzor u procesu ima svoje prednosti i mane. Glavna prednost praćenja tijekom procesa je potpunija procjena cjelokupne performanse lasera unutar sustava. 100% laserske zrake prikuplja se za mjerenje snage ili energije, a fokusirana točka također se može analizirati kako bi se korisniku pružila sveobuhvatna analiza performansi lasera u tom trenutku. Ovi se podaci mogu spremiti, pohraniti ili zabilježiti u cijelom sustavu, a zatim im se može pristupiti radi analize trenda kako bi se osigurao oporavak sustava nakon kvara i održala izvorna učinkovitost sustava. Prikupljanje podataka ovom metodom u konačnici korisniku daje potpunu sliku o korištenju lasera, ali to ima svoju cijenu.
Najočitiji nedostatak nadzora tijekom procesa je zastoj. Budući da se mjerenje provodi na cijelom laseru, laser se mora ukloniti iz proizvodnje kako bi se izvršilo mjerenje. Ako je laserski mjerni sustav integriran u stroj, to obično nije velika stvar, ali vrijeme je novac. Međutim, iako je integracija laserskog mjernog sustava u cjelokupni sustav prikladna, može biti skupa, a ponekad se čak smatrati i nepotrebnom. Ako nisu integrirani u cjelokupni sustav, proizvodi za lasersko mjerenje mogu se koristiti kao alati za održavanje. Međutim, laser se mora povući iz proizvodnje kako bi se izvršila mjerenja, a kada osoblje za održavanje nije upoznato s radom laserskog alata, mjerenja su dugotrajna, što može rezultirati rjeđim mjerenjima ili čak nikakvim mjerenjima na sve.
Osim toga, postoje i drugi proizvodi koji korisnicima mogu pružiti informacije o procesu. Na primjer, nekoliko tvrtki nudi proizvode koji mogu analizirati proces zavarivanja u stvarnom vremenu koristeći različite tehnologije. Ovi sustavi implementiraju ograničenja "go/no-go" ili "pass/no-go" za proces zavarivanja, omogućujući korisnicima da znaju kada bi sustav mogao imati problema, osiguravajući proizvodnju proizvoda više kvalitete i smanjujući stope otpada.
Osiguravanje stabilnog rada lasera tijekom njegovog životnog ciklusa ključno je za maksimiziranje i održavanje dosljednosti i učinkovitosti procesa, produljenje vijeka trajanja lasera i poboljšanje povrata ulaganja u sustav. Samo mjerenjem učinka lasera na terenu na gradilištu korisnici mogu točno znati kako laser radi.
I metode mjerenja u procesu i metode mjerenja u procesu imaju svoje prednosti i nedostatke, ali obje metode mogu pružiti važne informacije o laserskoj obradi. Proizvodi koji mjere laserske indikatore učinkovitosti neprestano se razvijaju, postaju lakši za rukovanje i trajniji. Mjerenjem više ključnih pokazatelja rada lasera, korisnicima će biti lakše razumjeti princip rada lasera i izvršiti dugoročno održavanje performansi lasera.
