Abraham Lincoln, 16. predsjednik Sjedinjenih Država, jednom je rekao: "Možete prevariti sve ljude neko vrijeme, i neke ljude možete zavaravati cijelo vrijeme, ali ne možete zavaravati sve ljude cijelo vrijeme." [11 Isto važi i za praćenje performansi lasera integrisanih u sistem. U industrijskoj proizvodnji može se pratiti cijeli sistem u određenom vremenskom periodu ili dio sistema stalno, ali je nemoguće cijelo vrijeme pratiti cijeli sistem. U eri industrije 4.0, odnosno u eri pametne proizvodnje, veoma je važno razumjeti razliku između njih.
Industrija 4.0 mijenja proizvodnu situaciju u svim sferama života. Tehnološki napredak pomaže proizvođačima da sprovode industrijsku proizvodnju efikasnije, brže i pametnije. Za pravilnu primjenu pametnih mašina potrebno je prikupiti različite podatke, analizirati ih i filtrirati kako bi se proces poboljšao. Premalo podataka će ometati poboljšanje procesa, ali u isto vrijeme previše podataka može biti kontraproduktivno.
Laserski sistemi za obradu imaju svoj skup radnih karakteristika i povezanih problema. Previše podataka o performansama lasera može biti kontraproduktivno, jer može biti neodoljivo i neodoljivo.
Kada mjeriti metriku performansi lasera?
Postoje četiri načina za mjerenje performansi lasera. Prvi pristup je ono što većina operatera laserskih sistema preferira, a to je planirano održavanje. U ovom pristupu, metrika performansi lasera se mjeri na osnovu planiranog zastoja lasera, obično tromjesečno, polugodišnje ili godišnje. Tokom ovog vremena mjere se metrike laserskih performansi i upoređuju sa prethodnim mjerenjima kako bi se analizirali trendovi rada lasera.
Druga metoda je mjerenje tokom kvarova u procesu. Na primjer, ako se kvalitet zavara pogorša tokom laserskog zavarivanja, ili ako sečenje ne uspije ili se ne može izvršiti tokom laserskog rezanja, performanse lasera se mogu izmjeriti kako bi se laserski sistem vratio na projektovane radne parametre.
Treća i četvrta metoda su upravo ono o čemu će se raspravljati u ovom članku – praćenje u procesu i praćenje u procesu. Obje metode imaju svoje prednosti i nedostatke. Operateri moraju biti jasni o prednostima i nedostacima ove dvije metode dok savladavaju optimalnu metodu obrade lasera. Osim toga, operateri također moraju razumjeti koji su laserski indikatori kritični za mjerenje tokom 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 koji je tip lasera pogodan za zavarivanje, morate čak razumjeti kako laser zavari okvir vrata automobila. Najlakši način da to shvatite je pomoću gustine snage lasera.
Definicija gustine snage odnosi se na snagu lasera ozračenu na jediničnu površinu materijala. Gustina snage se obično izražava u W/cm2, gdje "W" označava snagu "vat". Za kontinuirane (CW) lasere, njegova vrijednost je vrijednost snage: za impulsne lasere, to je njegova prosječna vrijednost snage. "cm2" predstavlja površinu laserske tačke na radnoj ravni. Na primjer, laser od 100 W fokusiran na tačku veličine 100 mm ima gustinu snage od 1,27x103kW/cm2.
Na gustoću snage lasera utječu promjene u snazi lasera ili veličini svjetlosti primijenjene na materijal. Operateri lasera moraju mjeriti, analizirati i razumjeti ove dvije varijable kako bi osigurali efikasan rad laserskog procesa.
Važna mjerenja indikatora performansi lasera
Mjerenje laserske svjetlosti se obično postiže mjeračem snage. Mjerač snage je senzor koji prikuplja lasersko svjetlo i pretvara ga u električni signal, zatim zaključuje snagu ili energiju koju proizvodi snop, i na kraju daje očitavanje mjeraču ili kompjuteru za analizu. Ovaj proces obično traje samo nekoliko sekundi, ali može varirati ovisno o korištenoj tehnologiji. Ova mjerenja su vrlo važna za prikupljanje i analizu podataka, posebno u fazi proizvodnje lasera, jer podaci omogućavaju korisnicima da razumiju kako se mijenjaju performanse lasera i kako te promjene utiču na primjenu lasera u procesu obrade.
Osim toga, mora se izmjeriti prečnik laserskog snopa. Postoji mnogo načina za izračunavanje promjera snopa, kao što su metoda D40, metoda vrha od 13,5% i metoda ivice noža 10/90, a rezultati proračuna različitih metoda uvelike se razlikuju. Ljudi iz različitih industrija, pozadina i iskustava koriste odgovarajuće metode izračuna u skladu sa svojim scenarijima primjene.
Prilikom izračunavanja prečnika grede mora se uzeti u obzir vrednost zaobljenosti ili eliptičnosti grede. Važno je razumjeti oblik grede i kako je energija raspoređena u profilu grede. Da li je to Gausova greda ili greda sa ravnim vrhom? Kada pokušavate da razumete kako se laser koristi u procesu, merenje parametara laserskog snopa treba da bude završeno industrijskim standardnim sistemom merenja snopa.
Pored prečnika snopa, kvalitet zraka se takođe mora uzeti u obzir pri odabiru lasera, razvoju laserske aplikacije i integraciji ili otklanjanju grešaka laserskog izvora u sistem. U većini slučajeva, kada se laser pusti u proizvodnju, njegov se kvalitet zraka uglavnom više ne analizira, tako da je vrlo važno završiti analizu kvaliteta zraka prije nego što laser napusti tvornicu.
Kvalitet zraka se može izraziti vrijednošću M2, a vrijednost M2 od 1.0 označava da je kvalitet laserskog zraka optimalan. Proizvod parametara snopa (BPP=0xw, gdje je 0 pola ugla ugla divergencije dalekog polja snopa, a w je polumjer struka snopa) i K vrijednost (1/MM2) također mogu koristiti za izražavanje kvaliteta laserskog zraka. Kvalitet zraka i efikasnost laserskih izvora su poboljšani. Kada su u pitanju različiti procesi obrade, različiti laserski izvori imaju svoje prednosti.
Za korisnike je važno da razumeju promene u indikatorima performansi lasera tokom procesa obrade. Mjerenje snage lasera, veličine zraka i načina i zašto se oni mijenjaju tokom vremena je ključno za potpuno razumijevanje performansi sistema i osiguravanje stabilnijih dugoročnih performansi.
Praćenje u procesu naspram praćenja u procesu
Danas je unos podataka potreban što bliže realnom vremenu. Ovo zahtijeva tehniku koja se obično naziva "nadgledanje u procesu", koja uključuje praćenje mjerenja performansi lasera dok je laserski proces u toku. U oblasti aditivne proizvodnje, ova tehnika se naziva "in-situ monitoring".
Pandan "nadzoru u procesu" je "nadzor u procesu", koji mjeri performanse lasera između procesa. Obje metode praćenja imaju svoje prednosti i nedostatke.
n-processmkai
In-process monitoring ili in situ monitoring mjeri dio performansi lasera tokom rada i proizvodnje. Namenski testni podsistem je postavljen u laserskom sistemu da meri samo performanse dela lasera i analizira ih u realnom vremenu.
Praćenje u procesu ima značajne prednosti. Prvo, pošto je podsistem integrisan sa celim sistemom, ova dva mogu lako da komuniciraju. Povratne informacije o performansama lasera u realnom vremenu se isporučuju kontinuirano, tako da se prilagođavanja cijelog sistema mogu brzo izvršiti ako je potrebno. Drugo, ovi podsistemi su često dizajnirani posebno za sistem u koji su integrisani i često su jednostavni, dajući samo povratnu informaciju koju traži korisnik. Informacije koje prikupljaju mogu se lako prikazati na sučelju čovjek-mašina koji vidi laserski operater. Ovi podaci se također mogu pohraniti i analizirati, a upozorenja se mogu izdati na osnovu rezultata analize kako bi se osigurala sigurnost sistema i korisnika ili smanjila stopa otpada.
Glavni nedostatak nadzora u procesu je taj što ovi podsistemi mogu mjeriti samo dio laserskih performansi cijelog laserskog sistema. Dio uzorka se sakuplja prije nego što laser dođe do područja obrade i analizira se tokom obrade. Nažalost, mnogi problemi koji se javljaju tokom obrade često su uzrokovani funkcionalnom degradacijom komponenti u blizini područja obrade nakon što je laserski mjerni uzorak sakupljen. Ako se komponenta u sistemu degradira ili pokvari tokom obrade, uzorak koji se koristi za lasersko mjerenje može propustiti degradaciju ili kvar, pružajući sistemu lažne povratne informacije.
Još jedan nedostatak praćenja u procesu je teškoća u kalibraciji optičkih mjernih komponenti. Budući da su podsistemi integrisani sa celokupnim sistemom, često je teško ili nemoguće ukloniti komponente radi rekalibracije. Komponente za mjerenje snage moraju se često kalibrirati (Ophir preporučuje kalibraciju svakih 12 mjeseci) kako bi se osigurala tačnost mjerenja.
Takvi mjerni podsistemi također pružaju dodatnu senzornu povratnu informaciju laserskom sistemu kako bi ukazali na performanse lasera bez oslanjanja na stvarna mjerenja laserskih performansi. Na primjer, temperaturni monitor je instaliran na pokrovnom staklu blizu područja obrade radi zaštite laserskih komponenti. Kada na pokrovnom staklu ima previše ostataka obrade i krhotine apsorbiraju lasersku energiju, uzrokujući porast temperature, monitor temperature će podsjetiti korisnike lasera i pružiti vrijedne informacije sistemu i korisnicima.
Praćenje u procesu
Praćenje u procesu obično koristi poseban skup proizvoda za mjerenje u području laserske obrade i analizu cijelog laserskog sistema. Ovi sistemi za praćenje mogu biti sastavljeni od zasebnih proizvoda za mjerenje laserske snage, energije i analize kvaliteta zraka, ili mogu biti sastavljeni od proizvoda koji mogu testirati ove parametre istovremeno (vidi sliku 2). Ovi sistemi inspekcije mogu biti međusobno zavisni ili nezavisni jedan od drugog, integrirani u cjelokupni sistem ili se sistem može redovno održavati između procesa.
Slično praćenju na licu mjesta, praćenje u procesu ima svoje prednosti i nedostatke. Glavna prednost praćenja u procesu je potpunija procjena cjelokupnog laserskog učinka unutar sistema. 100% laserskog snopa se prikuplja za mjerenje snage ili energije, a fokusirana tačka se također može analizirati kako bi se korisniku pružila sveobuhvatna analiza performansi lasera u tom trenutku. Ovi podaci se mogu sačuvati, pohraniti ili evidentirati u cijelom sistemu, a zatim im se pristupiti radi analize trenda kako bi se osigurao oporavak sistema nakon kvara i održala originalna efikasnost sistema. Prikupljanje podataka pomoću ove metode na kraju daje korisniku potpunu sliku o upotrebi lasera, ali to ima svoju cijenu.
Najočigledniji nedostatak praćenja u procesu je zastoj. Budući da se mjerenje vrši na cijelom laseru, laser se mora ukloniti iz proizvodnje da bi se izvršilo mjerenje. Ako je laserski mjerni sistem integriran u mašinu, to obično nije velika stvar, ali vrijeme je novac. Međutim, iako je integracija laserskog mjernog sistema u cjelokupni sistem zgodna, može biti skupa, a ponekad se čak i smatrati nepotrebnom. Ako nisu integrirani u cjelokupni sistem, laserski mjerni proizvodi mogu se koristiti kao alati za održavanje. Međutim, laser mora biti povučen iz proizvodnje da 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 bez mjerenja na sve.
Osim toga, postoje i drugi proizvodi koji korisnicima mogu pružiti informacije o procesu. Na primjer, nekoliko kompanija nudi proizvode koji mogu analizirati proces zavarivanja u realnom vremenu koristeći različite tehnologije. Ovi sistemi implementiraju "idi/ne-idi" ili "prođi/ne-idi" ograničenja u procesu zavarivanja, omogućavajući korisnicima da znaju kada sistem može imati problema, osiguravajući proizvodnju proizvoda višeg kvaliteta i smanjujući stopu otpada.
Osigurati da laser radi stabilno tokom svog životnog ciklusa je ključno za maksimiziranje i održavanje konzistentnosti i efikasnosti procesa, produžavanje vijeka trajanja lasera i poboljšanje povrata ulaganja u sistem. Samo mjerenjem performansi lasera na terenu na gradilištu korisnici mogu tačno znati kako laser radi.
I metode mjerenja u procesu i u procesu imaju svoje prednosti i nedostatke, ali obje metode mogu pružiti važne informacije o laserskoj obradi. Proizvodi koji mjere indikatore performansi lasera stalno se razvijaju, postaju lakši za rukovanje i izdržljiviji. Mjerenjem više ključnih indikatora performansi lasera, korisnici će lakše razumjeti princip rada lasera i obavljati dugotrajno održavanje performansi lasera.
