Авраам Линкольн, 16-й президент Соединённых Штатов, однажды сказал: «Вы можете какое-то время дурачить всех людей, и вы можете всё время дурачить некоторых людей, но вы не можете всё время обманывать всех людей». [11То же самое справедливо и при мониторинге производительности лазеров, интегрированных в систему. В промышленном производстве можно контролировать всю систему в течение определенного периода времени или все время контролировать часть системы, но постоянно контролировать всю систему невозможно. В эпоху Индустрии 4.0, то есть в эпоху умного производства, очень важно понимать разницу между ними.
Индустрия 4.0 меняет производственную ситуацию во всех сферах жизни. Технологические достижения помогают производителям вести промышленное производство более эффективно, быстрее и разумнее. Чтобы правильно применять умные машины, необходимо собирать различные данные, анализировать и фильтровать их для улучшения процесса. Слишком мало данных будет препятствовать улучшению процессов, но в то же время слишком много данных может быть контрпродуктивным.
Системы лазерной обработки имеют свой набор рабочих характеристик и связанных с ними проблем. Слишком много данных о производительности лазера может оказаться контрпродуктивным, поскольку оно может быть ошеломляющим и ошеломляющим.
Когда измерять показатели производительности лазера?
Существует четыре способа измерения производительности лазера. Первый подход – это то, что предпочитает большинство операторов лазерных систем, а именно плановое техническое обслуживание. При таком подходе показатели производительности лазера измеряются на основе планового простоя лазера, обычно ежеквартального, полугодового или ежегодного. В течение этого времени измеряются показатели производительности лазера и сравниваются с предыдущими измерениями для анализа тенденций работы лазера.
Второй метод заключается в измерении во время сбоев процесса. Например, если качество сварного шва ухудшается во время лазерной сварки или если резка не удается или ее невозможно выполнить во время лазерной резки, можно измерить производительность лазера, чтобы восстановить лазерную систему до проектных рабочих параметров.
В этой статье будут обсуждаться именно третий и четвертый методы — внутрипроцессный мониторинг и внутрипроцессный мониторинг. Оба метода имеют свои преимущества и недостатки. Операторы должны четко понимать преимущества и недостатки этих двух методов при освоении оптимального метода лазерной обработки. Кроме того, операторы также должны понимать, какие лазерные индикаторы крайне важно измерять в процессах промышленного производства.
Как лазер обрабатывает материалы?
Согласно высоким требованиям, независимо от того, для какой технологии обработки используется лазер, операторы должны понимать, как лазер обрабатывает материалы. Например, чтобы знать, какой тип лазера подходит для сварки, нужно даже понимать, как лазером сваривается дверная коробка автомобиля. Самый простой способ понять это — изучить плотность мощности лазера.
Определение плотности мощности относится к мощности лазера, облучаемой на единицу площади материала. Плотность мощности обычно выражается в Вт/см2, где «Вт» означает мощность «Ватт». Для непрерывных (непрерывных) лазеров его значением является значение мощности: для импульсных лазеров — это среднее значение мощности. «см2» представляет собой площадь лазерного пятна на рабочей плоскости. Например, лазер мощностью 100 Вт, сфокусированный на пятно размером 100 мм, имеет плотность мощности 1,27x103 кВт/см2.
На плотность мощности лазера влияют изменения мощности лазера или размера света, воздействующего на материал. Операторы лазеров должны измерять, анализировать и понимать эти две переменные, чтобы обеспечить эффективную работу лазерного процесса.
Важные измерения показателей производительности лазера
Измерение лазерного света обычно осуществляется с помощью измерителя мощности. Измеритель мощности — это датчик, который собирает лазерный свет и преобразует его в электрический сигнал, затем определяет мощность или энергию, производимую лучом, и, наконец, передает показания на измеритель или компьютер для анализа. Обычно этот процесс занимает всего несколько секунд, но он может варьироваться в зависимости от используемой технологии. Эти измерения очень важны для сбора и анализа данных, особенно на этапе производства лазера, поскольку данные позволяют пользователям понять, как меняются характеристики лазера и как эти изменения влияют на применение лазера в процессе обработки.
Кроме того, необходимо измерить диаметр лазерного луча. Существует много способов расчета диаметра луча, например, метод D40, метод пика 13,5% и метод ножевой кромки 10/90, и результаты расчета разных методов сильно различаются. Люди из разных отраслей, с разным опытом и опытом используют соответствующие методы расчета в соответствии со сценариями своих приложений.
При расчете диаметра балки необходимо учитывать значение округлости или эллиптичности балки. Важно понимать форму луча и то, как энергия распределяется по профилю луча. Это гауссов луч или луч с плоской вершиной? Чтобы понять, как в этом процессе используется лазер, измерение параметров лазерного луча должно выполняться с помощью стандартной системы измерения колеса луча.
Помимо диаметра луча, при выборе лазера, разработке применения лазера, а также интеграции или отладке лазерного источника в систему необходимо учитывать его качество. В большинстве случаев после запуска лазера в производство качество его луча, как правило, больше не анализируется, поэтому очень важно завершить анализ качества луча до того, как лазер покинет завод.
Качество луча можно выразить значением M2, а значение M2, равное 1.0 указывает на оптимальное качество лазерного луча. Произведение параметров луча (BPP=0xw, где 0 — половина угла расходимости луча в дальней зоне, а w — радиус перетяжки луча) и значение K (1/MM2) также может использоваться для выражения качества лазерного луча. Улучшилось качество луча и эффективность лазерных источников. Когда дело доходит до разных процессов обработки, разные лазерные источники имеют свои преимущества.
Пользователям важно понимать изменения показателей производительности лазера в процессе обработки. Измерение мощности лазера, размера луча, а также того, как и почему они изменяются с течением времени, имеет решающее значение для полного понимания производительности системы и обеспечения более стабильной долгосрочной работы.
Внутрипроцессный мониторинг и внутрипроцессный мониторинг
Сегодня ввод данных требуется максимально приближенным к реальному времени. Для этого требуется метод, обычно называемый «мониторингом в процессе», который включает в себя мониторинг измерений производительности лазера во время лазерного процесса. В области аддитивного производства этот метод называется «мониторингом на месте».
Аналогом «мониторинга в процессе» является «мониторинг в процессе», который измеряет производительность лазера между процессами. Оба метода мониторинга имеют свои преимущества и недостатки.
н-процессмкай
Мониторинг в процессе или мониторинг на месте частично измеряет производительность лазера во время эксплуатации и производства. В лазерной системе установлена специальная тестовая подсистема, позволяющая измерять производительность только части лазера и анализировать ее в режиме реального времени.
Мониторинг в процессе производства имеет значительные преимущества. Во-первых, поскольку подсистема интегрирована со всей системой, они могут легко взаимодействовать. Обратная связь о производительности лазера предоставляется в режиме реального времени, поэтому при необходимости можно быстро внести коррективы во всю систему. Во-вторых, эти подсистемы часто разрабатываются специально для системы, в которую они интегрированы, и зачастую просты и обеспечивают только обратную связь, необходимую заказчику. Собираемая ими информация может быть легко представлена на человеко-машинном интерфейсе, видимом оператором лазера. Эти данные также можно хранить и анализировать, а на основе результатов анализа можно выдавать предупреждения, чтобы обеспечить безопасность системы и пользователей или снизить процент брака.
Основным недостатком производственного мониторинга является то, что эти подсистемы могут измерять только часть производительности всей лазерной системы. Часть образца собирается до того, как лазер достигает зоны обработки, и анализируется во время обработки. К сожалению, многие проблемы, возникающие во время обработки, часто вызваны функциональной деградацией компонентов, близких к зоне обработки, после сбора образца для лазерных измерений. Если компонент системы ухудшается или выходит из строя во время обработки, образец, используемый для лазерных измерений, может не заметить деградацию или отказ, обеспечивая ложную обратную связь с системой.
Еще одним недостатком производственного мониторинга является сложность калибровки оптических измерительных компонентов. Поскольку подсистемы интегрированы в общую систему, часто бывает сложно или невозможно удалить компоненты для повторной калибровки. Компоненты измерения мощности необходимо часто калибровать (Ophir рекомендует проводить калибровку каждые 12 месяцев), чтобы обеспечить точность измерений.
Такие подсистемы измерения также обеспечивают дополнительную сенсорную обратную связь с лазерной системой для определения характеристик лазера, не полагаясь на фактические измерения характеристик лазера. Например, на покровном стекле рядом с зоной обработки устанавливается датчик температуры для защиты компонентов лазера. Когда на защитном стекле слишком много мусора, связанного с обработкой, и мусор поглощает энергию лазера, вызывая повышение температуры, монитор температуры напомнит пользователям лазера и предоставит ценную информацию системе и пользователям.
Мониторинг в процессе
Для мониторинга процесса обычно используется отдельный набор продуктов для проведения измерений в зоне лазерной обработки и анализа всей лазерной системы. Эти системы мониторинга могут состоять из отдельных продуктов для измерения мощности лазера, энергии и анализа качества луча, или они могут состоять из продуктов, которые могут проверять эти параметры одновременно (см. Рисунок 2). Эти системы контроля могут быть взаимозависимыми или независимыми друг от друга, интегрированными в общую систему, либо система может регулярно обслуживаться между процессами.
Подобно мониторингу на месте, мониторинг в ходе процесса имеет свои плюсы и минусы. Основным преимуществом мониторинга процесса является более полная оценка всей производительности лазера в системе. 100% лазерного луча собирается для измерения мощности или энергии, а сфокусированное пятно также может быть проанализировано, чтобы предоставить пользователю всесторонний анализ производительности лазера на данный момент времени. Эти данные могут быть сохранены, сохранены или зарегистрированы во всей системе, а затем доступны для анализа тенденций, чтобы гарантировать восстановление системы после сбоя и поддерживать первоначальную эффективность системы. Сбор данных с помощью этого метода в конечном итоге дает пользователю полную картину использования лазера, но за это приходится платить.
Самый очевидный недостаток непрерывного мониторинга — время простоя. Поскольку измерение выполняется на всем лазере, для проведения измерения лазер необходимо снять с производства. Если в станок встроена лазерная измерительная система, обычно это не имеет большого значения, но время – деньги. Однако, хотя интеграция лазерной измерительной системы в общую систему удобна, она может быть дорогостоящей, а иногда даже считаться ненужной. Если устройства для лазерных измерений не интегрированы в общую систему, их можно использовать в качестве инструментов технического обслуживания. Однако для проведения измерений лазер необходимо снять с производства, а когда обслуживающий персонал не знаком с работой лазерного инструмента, измерения занимают очень много времени, что может привести к менее частым измерениям или даже к отсутствию измерений при все.
Кроме того, существуют и другие продукты, которые могут предоставить пользователям информацию о процессе. Например, несколько компаний предлагают продукты, способные анализировать сварочный процесс в режиме реального времени с использованием различных технологий. Эти системы реализуют ограничения «годен/не годен» или «годен/не годен» для сварочного процесса, что позволяет пользователям знать, когда в системе могут возникнуть проблемы, обеспечивая производство продукции более высокого качества и снижая процент брака.
Обеспечение стабильной работы лазера на протяжении всего жизненного цикла имеет решающее значение для максимизации и поддержания последовательности и эффективности процесса, продления срока службы лазера и повышения рентабельности инвестиций в систему. Только измеряя производительность лазера в полевых условиях на рабочей площадке, пользователи могут точно узнать, как работает лазер.
Методы измерения как в процессе, так и во время процесса имеют свои преимущества и недостатки, но оба метода могут предоставить важную информацию о лазерной обработке. Изделия, измеряющие показатели производительности лазера, постоянно развиваются, становятся проще в эксплуатации и долговечнее. Измеряя несколько ключевых показателей производительности лазера, пользователям будет легче понять принцип работы лазера и выполнять долгосрочное техническое обслуживание лазера.
