Абрахам Линколн, 16. председник Сједињених Држава, једном је рекао: „Можете повремено преварити све људе, а неке људе можете заваравати све време, али не можете све време заваравати све људе. [11 Исто важи и за праћење перформанси ласера интегрисаних у систем. У индустријској производњи може се пратити цео систем у одређеном временском периоду или део система може да се прати све време, али је немогуће стално пратити цео систем. У ери индустрије 4.0, односно у ери паметне производње, веома је важно разумети разлику између њих.
Индустрија 4.0 мења ситуацију у производњи у свим сферама живота. Технолошки напредак помаже произвођачима да спроводе индустријску производњу ефикасније, брже и паметније. Да бисте правилно применили паметне машине, потребно је прикупити различите податке, анализирати их и филтрирати како би се процес унапредио. Премало података ће ометати побољшање процеса, али у исто време, превише података може бити контрапродуктивно.
Системи за ласерску обраду имају свој скуп радних карактеристика и сродних проблема. Превише података о перформансама ласера може бити контрапродуктивно, јер може бити неодољиво и неодољиво.
Када мерити метрику учинка ласера?
Постоје четири начина за мерење перформанси ласера. Први приступ је оно што већина оператера ласерских система преферира, а то је планирано одржавање. У овом приступу, метрика перформанси ласера се мери на основу планираног застоја ласера, обично тромесечно, полугодишње или годишње. Током овог времена, мерење перформанси ласера се врши и пореди са претходним мерењима да би се анализирали трендови рада ласера.
Други метод је мерење током кварова у процесу. На пример, ако се квалитет шава погорша током ласерског заваривања, или ако сечење не успе или не може да се изврши током ласерског сечења, перформансе ласера се могу мерити да би се ласерски систем вратио на пројектоване радне параметре.
Трећа и четврта метода су управо оно о чему ће се расправљати у овом чланку – праћење у процесу и праћење у процесу. Обе методе имају своје предности и мане. Оператери морају бити јасни о предностима и недостацима ове две методе док савладавају оптималну методу обраде ласера. Поред тога, оператери такође морају да разумеју који ласерски индикатори су критични за мерење током процеса индустријске производње.
Како ласер обрађује материјале?
Према високим захтевима, без обзира за коју се технологију обраде ласер користи, оператери морају разумети како ласер обрађује материјале. На пример, да бисте знали која врста ласера је погодна за заваривање, чак морате да разумете како ласер завари оквир врата аутомобила. Најлакши начин да се ово разуме је преко густине снаге ласера.
Дефиниција густине снаге односи се на снагу ласера озрачену на јединичну површину материјала. Густина снаге се обично изражава у В/цм2, где "В" означава снагу "ват". За континуиране (ЦВ) ласере, његова вредност је вредност снаге: за импулсне ласере, то је његова просечна вредност снаге. „цм2“ представља површину ласерске тачке на радној равни. На пример, ласер од 100 В фокусиран на тачку величине 100 мм има густину снаге од 1,27к103кВ/цм2.
На густину снаге ласера утичу промене у снази ласера или величини светлости примењене на материјал. Оператери ласера морају да мере, анализирају и разумеју ове две варијабле да би обезбедили ефикасан рад ласерског процеса.
Важна мерења индикатора перформанси ласера
Мерење ласерске светлости се обично постиже помоћу мерача снаге. Мерач снаге је сензор који прикупља ласерско светло и претвара га у електрични сигнал, затим закључује снагу или енергију коју производи сноп, и на крају даје очитавање мерачу или рачунару за анализу. Овај процес обично траје само неколико секунди, али може варирати у зависности од технологије која се користи. Ова мерења су веома важна за прикупљање и анализу података, посебно у фази производње ласера, јер подаци омогућавају корисницима да разумеју како се мењају перформансе ласера и како те промене утичу на примену ласера у процесу обраде.
Поред тога, мора се измерити пречник ласерског зрака. Постоји много начина за израчунавање пречника снопа, као што су метода Д40, метода врха од 13,5% и метода ивице ножа 10/90, а резултати прорачуна различитих метода се веома разликују. Људи из различитих индустрија, позадина и искустава користе одговарајуће методе прорачуна у складу са својим сценаријима примене.
Приликом израчунавања пречника греде мора се узети у обзир вредност заобљености или елиптичности греде. Важно је разумети облик греде и како се енергија распоређује у профилу греде. Да ли је то Гаусова греда или греда са равним врхом? Када покушавате да разумете како се ласер користи у процесу, мерење параметара ласерског снопа треба да буде завршено индустријским стандардним системом мерења снопа.
Поред пречника снопа, квалитет зрака се такође мора узети у обзир при избору ласера, развоју ласерске апликације и интеграцији или отклањању грешака ласерског извора у систем. У већини случајева, када се ласер пусти у производњу, његов квалитет зрака се генерално више не анализира, тако да је веома важно да се заврши анализа квалитета зрака пре него што ласер напусти фабрику.
Квалитет зрака се може изразити вредношћу М2, а вредност М2 од 1.0 означава да је квалитет ласерског зрака оптималан. Производ параметара зрака (БПП=0кв, где је 0 полуугао угла дивергенције далеког поља снопа, а в је полупречник струка снопа) и К вредност (1/ММ2) такође могу користити за изражавање квалитета ласерског зрака. Квалитет зрака и ефикасност ласерских извора су побољшани. Када су у питању различити процеси обраде, различити ласерски извори имају своје предности.
За кориснике је важно да разумеју промене у индикаторима перформанси ласера током процеса обраде. Мерење снаге ласера, величине зрака и начина на који и зашто се они мењају током времена је кључно за потпуно разумевање перформанси система и обезбеђивање стабилнијих дугорочних перформанси.
Праћење у процесу наспрам праћења у процесу
Данас је унос података потребан што је могуће ближе реалном времену. Ово захтева технику која се обично назива „надгледање у процесу“, која укључује праћење мерења перформанси ласера док је ласерски процес у току. У области адитивне производње, ова техника се назива „надгледање на лицу места“.
Пандан „надгледању у процесу“ је „надгледање у процесу“, које мери перформансе ласера између процеса. Обе методе праћења имају своје предности и мане.
н-процессмкаи
Ин-процесс мониторинг или ин ситу мониторинг мери део перформанси ласера током рада и производње. Наменски подсистем за тестирање је постављен у ласерском систему да мери само перформансе дела ласера и анализира их у реалном времену.
Мониторинг у процесу има значајне предности. Прво, пошто је подсистем интегрисан са целим системом, њих двоје могу лако да комуницирају. Повратне информације о перформансама ласера у реалном времену се достављају континуирано, тако да се прилагођавања целог система могу брзо извршити ако је потребно. Друго, ови подсистеми су често дизајнирани посебно за систем у који су интегрисани и често су једноставни, дајући само повратну информацију коју захтева купац. Информације које прикупљају могу се лако представити на интерфејсу човек-машина који види ласерски оператер. Ови подаци се такође могу чувати и анализирати, а упозорења се могу издати на основу резултата анализе како би се осигурала безбедност система и корисника или смањила стопа отпада.
Главни недостатак праћења у току процеса је тај што ови подсистеми могу мерити само део ласерских перформанси целог ласерског система. Део узорка се сакупља пре него што ласер дође до области обраде и анализира се током обраде. Нажалост, многи проблеми који се јављају током обраде често су узроковани функционалном деградацијом компоненти у близини подручја обраде након што је ласерски мерни узорак сакупљен. Ако се компонента у систему деградира или поквари током обраде, узорак који се користи за ласерско мерење може пропустити деградацију или квар, пружајући систему лажне повратне информације.
Још један недостатак праћења у току процеса је тешкоћа у калибрацији оптичких мерних компоненти. Пошто су подсистеми интегрисани са целокупним системом, често је тешко или немогуће уклонити компоненте ради поновне калибрације. Компоненте за мерење снаге морају се често калибрисати (Опхир препоручује калибрацију сваких 12 месеци) да би се обезбедила тачност мерења.
Такви мерни подсистеми такође пружају додатну сензорну повратну информацију ласерском систему како би указали на перформансе ласера без ослањања на стварна мерења ласерских перформанси. На пример, температурни монитор је инсталиран на покривном стаклу близу области обраде ради заштите ласерских компоненти. Када има превише остатака обраде на покривном стаклу и крхотине апсорбују ласерску енергију, узрокујући пораст температуре, монитор температуре ће подсетити кориснике ласера и пружити вредне информације систему и корисницима.
Праћење у процесу
Праћење у процесу обично користи посебан скуп производа за мерење у области ласерске обраде и анализу целог ласерског система. Ови системи за праћење могу бити састављени од одвојених производа за мерење снаге ласера, енергије и анализе квалитета зрака, или могу бити састављени од производа који могу тестирати ове параметре истовремено (видети слику 2). Ови системи инспекције могу бити међусобно зависни или независни један од другог, интегрисани у целокупни систем или се систем може редовно одржавати између процеса.
Слично праћењу на лицу места, праћење у процесу има своје предности и недостатке. Главна предност праћења у процесу је потпунија процена целокупног ласерског учинка унутар система. 100% ласерског зрака се прикупља за мерење снаге или енергије, а фокусирана тачка се такође може анализирати како би се кориснику пружила свеобухватна анализа перформанси ласера у том тренутку. Ови подаци се могу сачувати, ускладиштити или евидентирати у целом систему, а затим им се приступити ради анализе тренда како би се обезбедио опоравак система након квара и одржала оригинална ефикасност система. Прикупљање података помоћу ове методе на крају даје кориснику потпуну слику о употреби ласера, али то има своју цену.
Најочигледнији недостатак праћења у процесу је застој. Пошто се мерење врши на целом ласеру, ласер се мора уклонити из производње да би се извршило мерење. Ако је ласерски мерни систем интегрисан у машину, то обично није велика ствар, али време је новац. Међутим, иако је интеграција ласерског мерног система у целокупни систем згодна, може бити скупа, а понекад се чак сматрати и непотребним. Ако нису интегрисани у целокупни систем, ласерски мерни производи се могу користити као алати за одржавање. Међутим, ласер мора бити повучен из производње да би се извршила мерења, а када особље за одржавање није упознато са радом ласерског алата, мерења су веома дуготрајна, што може резултирати ређим мерењима или чак никаквим мерењима на све.
Поред тога, постоје и други производи који корисницима могу пружити информације о процесу. На пример, неколико компанија нуди производе који могу анализирати процес заваривања у реалном времену користећи различите технологије. Ови системи примењују ограничења „иди/не-иди” или „прођи/не-иди” на процес заваривања, омогућавајући корисницима да знају када систем може имати проблема, обезбеђујући производњу производа вишег квалитета и смањујући стопе отпада.
Обезбеђивање стабилног рада ласера током свог животног циклуса је кључно за максимизирање и одржавање конзистентности и ефикасности процеса, продужење века трајања ласера и побољшање поврата улагања у систем. Само мерењем перформанси ласера на терену на градилишту корисници могу тачно да знају како ласер ради.
И методе мерења у процесу и у процесу имају своје предности и недостатке, али обе методе могу пружити важне информације о ласерској обради. Производи који мере индикаторе перформанси ласера стално се развијају, постају лакши за руковање и издржљивији. Мерењем више кључних индикатора перформанси ласера, корисници ће лакше разумети принцип рада ласера и обављати дуготрајно одржавање перформанси ласера.
