Abraham Lincoln, USA's 16. præsident, sagde engang: "Du kan narre alle mennesker noget af tiden, og du kan narre nogle af folket hele tiden, men du kan ikke narre alle mennesker hele tiden." [11Det samme gælder, når man overvåger ydeevnen af lasere integreret i et system. I industriel produktion kan hele systemet overvåges i en periode, eller en del af systemet kan overvåges hele tiden, men det er umuligt at overvåge hele systemet hele tiden. I æraen af Industry 4.0, det vil sige æraen med smart fremstilling, er det meget vigtigt at forstå forskellen mellem de to.
Industri 4.0 ændrer produktionssituationen i alle samfundslag. Teknologiske fremskridt hjælper producenter med at udføre industriel produktion mere effektivt, hurtigere og smartere. For korrekt at anvende smarte maskiner er det nødvendigt at indsamle forskellige data, analysere og filtrere dem for at forbedre processen. For lidt data vil hindre procesforbedringer, men samtidig kan for meget data virke kontraproduktivt.
Laserbehandlingssystemer har deres eget sæt driftsegenskaber og relaterede problemer. For mange data om laserydelse kan virke kontraproduktivt, da det kan være overvældende og overvældende.
Hvornår skal man måle laserpræstationsmålinger?
Der er fire måder at måle laserens ydeevne på. Den første tilgang er, hvad de fleste lasersystemoperatører foretrækker, som er planlagt vedligeholdelse. I denne tilgang måles laserydeevnemålinger baseret på planlagt nedetid for laseren, normalt kvartalsvis, halvårligt eller årligt. I løbet af denne tid bliver laserpræstationsmålinger målt og sammenlignet med tidligere målinger for at analysere laserdriftstendenser.
Den anden metode er at måle under procesfejl. For eksempel, hvis svejsekvaliteten forringes under lasersvejsning, eller hvis skæringen fejler eller ikke kan udføres under laserskæring, kan laserens ydeevne måles for at genoprette lasersystemet til de beregnede driftsparametre.
Den tredje og fjerde metode er præcis, hvad denne artikel vil diskutere - overvågning i processen og overvågning i processen. Begge metoder har deres fordele og ulemper. Operatører skal være klar over fordele og ulemper ved disse to metoder, mens de mestrer laserens optimale behandlingsmetode. Derudover skal operatører også forstå, hvilke laserindikatorer der er kritiske at måle under industrielle produktionsprocesser.
Hvordan behandler laseren materialer?
Ifølge høje krav skal operatører, uanset hvilken behandlingsteknologi laseren bruges til, forstå, hvordan laseren behandler materialer. For for eksempel at vide, hvilken type laser der er egnet til svejsning, skal du endda forstå, hvordan laseren svejser dørkarmen på en bil. Den nemmeste måde at forstå dette på er gennem lasereffekttæthed.
Definitionen af effekttæthed refererer til lasereffekten, der bestråles til en enhedsareal af materiale. Effekttæthed udtrykkes normalt i W/cm2, hvor "W" står for effekt "watt". For kontinuerlige (CW) lasere er dens værdi effektværdien: for pulserende lasere er det dens gennemsnitlige effektværdi. "cm2" repræsenterer arealet af laserpunktet på arbejdsplanet. For eksempel har 100 W laser fokuseret til en spotstørrelse på 100 mm en effekttæthed på 1,27x103kW/cm2.
En lasers effekttæthed påvirkes af ændringer i lasereffekten eller lysstørrelsen påført materialet. Laseroperatører skal måle, analysere og forstå disse to variabler for at sikre en effektiv drift af laserprocessen.
Vigtige målinger af laserydelsesindikatorer
Målingen af laserlys opnås normalt ved hjælp af en effektmåler. En effektmåler er en sensor, der opsamler laserlys og konverterer det til et elektrisk signal, derefter udleder den effekt eller energi, der produceres af strålen, og til sidst leverer aflæsningen til en måler eller computer til analyse. Denne proces tager normalt kun et par sekunder, men den kan variere afhængigt af den anvendte teknologi. Disse målinger er meget vigtige for dataindsamling og analyse, især i produktionsstadiet af laseren, fordi dataene giver brugerne mulighed for at forstå, hvordan laserens ydeevne ændrer sig, og hvordan disse ændringer påvirker anvendelsen af laseren i behandlingsprocessen.
Desuden skal laserstrålens diameter måles. Der er mange måder at beregne bjælkediameteren på, såsom D40-metoden, 13,5% peak-metoden og 10/90 knivsægsmetoden, og beregningsresultaterne for forskellige metoder varierer meget. Folk fra forskellige brancher, baggrunde og erfaringer bruger tilsvarende beregningsmetoder i henhold til deres anvendelsesscenarier.
Ved beregning af bjælkediameteren skal bjælkens rundhed eller elliptiske værdi tages i betragtning. Det er vigtigt at forstå bjælkens form og hvordan energien er fordelt i bjælkeprofilen. Er det en Gauss-bjælke eller en flad-top-bjælke? Når man forsøger at forstå, hvordan laseren bruges i processen, bør målingen af laserstråleparametre udføres af et industristandard strålehjulsmålesystem.
Ud over strålediameteren skal strålekvaliteten også tages i betragtning, når man vælger en laser, udvikler en laserapplikation og integrerer eller fejlfinder en laserkilde i et system. I de fleste tilfælde, når en laser først er sat i produktion, analyseres dens strålekvalitet generelt ikke længere, så det er meget vigtigt at gennemføre strålekvalitetsanalysen, før laseren forlader fabrikken.
Strålekvaliteten kan udtrykkes ved M2-værdien, og en M2-værdi på 1.0 indikerer, at laserstrålekvaliteten er optimal. Stråleparameterproduktet (BPP=0xw, hvor 0 er halvvinklen af strålefjernfeltsdivergensvinklen og w er stråletaljeradius) og K-værdien (1/MM2) kan også bruges til at udtrykke laserstrålekvalitet. Strålekvaliteten og effektiviteten af laserkilder er forbedret. Når det kommer til forskellige behandlingsprocesser, har forskellige laserkilder deres egne fordele.
Det er vigtigt for brugerne at forstå ændringerne i laserens ydeevneindikatorer under behandlingsprocessen. Måling af lasereffekt, strålestørrelse og hvordan og hvorfor de ændrer sig over tid er afgørende for fuldt ud at forstå systemets ydeevne og sikre mere stabil langsigtet ydeevne.
Igangværende overvågning vs. overvågning under forløb
I dag kræves datainput så tæt på realtid som muligt. Dette kræver en teknik, der almindeligvis omtales som "overvågning i processen", som involverer overvågning af laserpræstationsmålinger, mens laserprocessen er i gang. Inden for additiv fremstilling kaldes denne teknik "in-situ overvågning."
Modstykket til "in-proces monitoring" er "at-proces monitoring", som måler laserydelse mellem processer. Begge overvågningsmetoder har deres egne fordele og ulemper.
n-processmkai
In-proces overvågning eller in situ overvågning måler en del af laserens ydeevne under drift og produktion. Et dedikeret testundersystem er sat op i lasersystemet til kun at måle ydeevnen af en del af laseren og analysere den i realtid.
Overvågning i processen har betydelige fordele. For det første, da delsystemet er integreret med hele systemet, kan de to kommunikere let. Realtidsfeedback om laserydelse leveres kontinuerligt, så justeringer af hele systemet kan foretages hurtigt, hvis det er nødvendigt. For det andet er disse undersystemer ofte designet specifikt til det system, de er integreret i, og de er ofte enkle, idet de kun giver den feedback, som kunden kræver. Den information, de indsamler, kan nemt præsenteres på en menneske-maskine-grænseflade, som laseroperatøren kan se. Disse data kan også gemmes og analyseres, og der kan udsendes advarsler baseret på analyseresultaterne for at sikre systemets og brugernes sikkerhed eller for at reducere skrotningsraten.
Den største ulempe ved overvågning i processen er, at disse undersystemer kun kan måle en del af laserydelsen af hele lasersystemet. En del af prøven opsamles før laseren når behandlingsområdet og analyseres under behandlingen. Desværre er mange problemer, der opstår under behandling, ofte forårsaget af funktionel nedbrydning af komponenter tæt på behandlingsområdet, efter at lasermåleprøven er blevet indsamlet. Hvis en komponent i systemet nedbrydes eller svigter under behandlingen, kan prøven, der bruges til lasermåling, gå glip af nedbrydningen eller fejlen, hvilket giver falsk feedback til systemet.
En anden ulempe ved overvågning i processen er vanskeligheden ved at kalibrere de optiske målekomponenter. Fordi delsystemer er integreret med det overordnede system, er det ofte svært eller umuligt at fjerne komponenter til rekalibrering. Effektmålingskomponenter skal kalibreres ofte (Ophir anbefaler kalibrering hver 12. måned) for at sikre målenøjagtighed.
Sådanne måleundersystemer giver også yderligere sensorisk feedback til lasersystemet for at indikere laserydelse uden at være afhængig af faktiske målinger af laserydeevne. For eksempel er en temperaturmonitor installeret på dækglasset tæt på behandlingsområdet for at beskytte laserkomponenterne. Når der er for mange behandlingsaffald på dækglasset, og affaldet absorberer laserenergien, hvilket får temperaturen til at stige, vil temperaturmonitoren Den minde laserbrugere og give værdifuld information til systemet og brugerne.
At-proces overvågning
At-proces overvågning bruger typisk et separat sæt produkter til at tage målinger i laserbehandlingsområdet og analysere hele lasersystemet. Disse overvågningssystemer kan være sammensat af separate produkter til måling af lasereffekt, energi og strålekvalitetsanalyse, eller de kan være sammensat af produkter, der kan teste disse parametre samtidigt (se figur 2). Disse inspektionssystemer kan være indbyrdes afhængige eller uafhængige af hinanden, integreret i det samlede system, eller systemet kan vedligeholdes regelmæssigt mellem processerne.
I lighed med in situ-overvågning har procesovervågning sine fordele og ulemper. Den største fordel ved procesovervågning er en mere fuldstændig vurdering af hele laserydelsen i systemet. 100 % af laserstrålen opsamles til effekt- eller energimåling, og det fokuserede punkt kan også analyseres for at give brugeren en omfattende analyse af laserens ydeevne på det pågældende tidspunkt. Disse data kan gemmes, lagres eller logges i hele systemet og derefter tilgås til trendanalyse for at sikre systemgendannelse efter en fejl og bevare den oprindelige systemeffektivitet. Indsamling af data ved hjælp af denne metode giver i sidste ende brugeren et fuldstændigt billede af laserens brug, men det har en pris.
Den mest åbenlyse ulempe ved procesovervågning er nedetid. Da målingen udføres på hele laseren, skal laseren tages ud af produktionen for at udføre målingen. Hvis lasermålesystemet er integreret i maskinen, er det normalt ikke en stor sag, men tid er penge. Men selvom det er bekvemt at integrere et lasermålesystem i det samlede system, kan det være dyrt og nogle gange endda betragtes som unødvendigt. Hvis de ikke er integreret i det samlede system, kan lasermåleprodukter bruges som vedligeholdelsesværktøjer. Laseren skal dog tages ud af produktion for at foretage målingerne, og når vedligeholdelsespersonalet ikke er bekendt med laserværktøjets betjening, er målingerne meget tidskrævende, hvilket kan resultere i mindre hyppige målinger eller endda ingen målinger kl. alle.
Derudover er der andre produkter, der kan give brugerne information om processen. For eksempel tilbyder flere virksomheder produkter, der kan analysere svejseprocessen i realtid ved hjælp af en række forskellige teknologier. Disse systemer implementerer "go/no-go" eller "pass/no-go" grænser på svejseprocessen, hvilket giver brugerne mulighed for at vide, hvornår systemet kan have problemer, hvilket sikrer produktion af produkter af højere kvalitet og reducerer skrotmængden.
At sikre, at laseren yder stabilt gennem hele sin livscyklus, er afgørende for at maksimere og opretholde processens konsistens og effektivitet, forlænge laserens levetid og forbedre systemets investeringsafkast. Kun ved at måle laserens ydeevne i marken på arbejdspladsen kan brugerne vide præcis, hvordan laseren fungerer.
Både in-proces og at-proces målemetoder har deres egne fordele og ulemper, men begge metoder kan give vigtig laserbehandlingsinformation. Produkter, der måler laserpræstationsindikatorer, udvikler sig konstant, bliver nemmere at betjene og mere holdbare. Ved at måle flere vigtige ydelsesindikatorer for laseren, vil brugerne finde det lettere at forstå laserens arbejdsprincip og udføre langsigtet vedligeholdelse af laserens ydeevne.
