Ο Αβραάμ Λίνκολν, ο 16ος Πρόεδρος των Ηνωμένων Πολιτειών, είπε κάποτε: «Μπορείς να κοροϊδεύεις όλους τους ανθρώπους κάποια στιγμή, και μπορείς να κοροϊδεύεις μερικούς από τους ανθρώπους όλη την ώρα, αλλά δεν μπορείς να κοροϊδεύεις όλους τους ανθρώπους όλη την ώρα». [11Το ίδιο ισχύει κατά την παρακολούθηση της απόδοσης των λέιζερ που είναι ενσωματωμένα σε ένα σύστημα. Στη βιομηχανική παραγωγή, ολόκληρο το σύστημα μπορεί να παρακολουθείται για μια χρονική περίοδο ή μέρος του συστήματος μπορεί να παρακολουθείται συνεχώς, αλλά είναι αδύνατο να παρακολουθείται ολόκληρο το σύστημα όλη την ώρα. Στην εποχή του Industry 4.0, δηλαδή στην εποχή της έξυπνης κατασκευής, είναι πολύ σημαντικό να κατανοήσουμε τη διαφορά μεταξύ των δύο.
Ο κλάδος 4.0 αλλάζει την κατάσταση παραγωγής σε όλους τους τομείς της ζωής. Οι τεχνολογικές εξελίξεις βοηθούν τους κατασκευαστές να διεξάγουν τη βιομηχανική παραγωγή πιο αποτελεσματικά, ταχύτερα και πιο έξυπνα. Για να εφαρμοστούν σωστά οι έξυπνες μηχανές, είναι απαραίτητο να συλλέξουμε διάφορα δεδομένα, να τα αναλύσουμε και να τα φιλτράρουμε για να βελτιώσουμε τη διαδικασία. Τα πολύ λίγα δεδομένα θα εμποδίσουν τη βελτίωση της διαδικασίας, αλλά ταυτόχρονα, τα πάρα πολλά δεδομένα μπορεί να είναι αντιπαραγωγικά.
Τα συστήματα επεξεργασίας λέιζερ έχουν το δικό τους σύνολο λειτουργικών χαρακτηριστικών και σχετικά ζητήματα. Τα πάρα πολλά δεδομένα σχετικά με την απόδοση λέιζερ μπορεί να είναι αντιπαραγωγικά, καθώς μπορεί να είναι συντριπτικά και συντριπτικά.
Πότε να μετρήσετε μετρήσεις απόδοσης λέιζερ;
Υπάρχουν τέσσερις τρόποι μέτρησης της απόδοσης του λέιζερ. Η πρώτη προσέγγιση είναι αυτή που προτιμούν οι περισσότεροι χειριστές συστημάτων λέιζερ, η οποία είναι η προγραμματισμένη συντήρηση. Σε αυτήν την προσέγγιση, οι μετρήσεις απόδοσης λέιζερ μετρώνται με βάση τον προγραμματισμένο χρόνο διακοπής λειτουργίας του λέιζερ, συνήθως τριμηνιαία, εξαμηνιαία ή ετήσια. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, οι μετρήσεις απόδοσης λέιζερ μετρώνται και συγκρίνονται με προηγούμενες μετρήσεις για την ανάλυση των τάσεων λειτουργίας του λέιζερ.
Η δεύτερη μέθοδος είναι η μέτρηση κατά τη διάρκεια αστοχιών της διαδικασίας. Για παράδειγμα, εάν η ποιότητα της συγκόλλησης υποβαθμιστεί κατά τη συγκόλληση με λέιζερ ή εάν η κοπή αποτύχει ή δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί κατά τη διάρκεια της κοπής με λέιζερ, η απόδοση του λέιζερ μπορεί να μετρηθεί για να επαναφέρει το σύστημα λέιζερ στις σχεδιασμένες παραμέτρους λειτουργίας.
Η τρίτη και η τέταρτη μέθοδος είναι ακριβώς αυτό που θα συζητήσει αυτό το άρθρο - παρακολούθηση κατά τη διαδικασία και παρακολούθηση κατά τη διαδικασία. Και οι δύο μέθοδοι έχουν τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά τους. Οι χειριστές πρέπει να είναι ξεκάθαροι σχετικά με τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα αυτών των δύο μεθόδων, ενώ παράλληλα κατακτούν τη βέλτιστη μέθοδο επεξεργασίας του λέιζερ. Επιπλέον, οι χειριστές πρέπει επίσης να κατανοήσουν ποιοι δείκτες λέιζερ είναι κρίσιμοι για τη μέτρηση κατά τις διαδικασίες βιομηχανικής παραγωγής.
Πώς επεξεργάζεται τα υλικά το λέιζερ;
Σύμφωνα με υψηλές απαιτήσεις, ανεξάρτητα από την τεχνολογία επεξεργασίας για την οποία χρησιμοποιείται το λέιζερ, οι χειριστές πρέπει να κατανοήσουν πώς το λέιζερ επεξεργάζεται υλικά. Για παράδειγμα, για να γνωρίζετε ποιος τύπος λέιζερ είναι κατάλληλος για συγκόλληση, πρέπει ακόμη και να κατανοήσετε πώς συγκολλά το λέιζερ το πλαίσιο της πόρτας ενός αυτοκινήτου. Ο ευκολότερος τρόπος για να το καταλάβετε αυτό είναι μέσω της πυκνότητας ισχύος λέιζερ.
Ο ορισμός της πυκνότητας ισχύος αναφέρεται στην ισχύ λέιζερ που ακτινοβολείται σε μια μονάδα επιφάνειας υλικού. Η πυκνότητα ισχύος εκφράζεται συνήθως σε W/cm2, όπου το "W" σημαίνει ισχύς "watt". Για συνεχή (CW) λέιζερ, η τιμή του είναι η τιμή ισχύος: για τα παλμικά λέιζερ, είναι η μέση τιμή ισχύος τους. Το "cm2" αντιπροσωπεύει την περιοχή του σημείου λέιζερ στο επίπεδο εργασίας. Για παράδειγμα, το λέιζερ 100 W εστιασμένο σε μέγεθος σημείου 100 mm έχει πυκνότητα ισχύος 1,27x103 kW/cm2.
Η πυκνότητα ισχύος ενός λέιζερ επηρεάζεται από αλλαγές στην ισχύ του λέιζερ ή στο μέγεθος του φωτός που εφαρμόζεται στο υλικό. Οι χειριστές λέιζερ πρέπει να μετρήσουν, να αναλύσουν και να κατανοήσουν αυτές τις δύο μεταβλητές για να εξασφαλίσουν την αποτελεσματική λειτουργία της διαδικασίας λέιζερ.
Σημαντικές μετρήσεις δείκτη απόδοσης λέιζερ
Η μέτρηση του φωτός λέιζερ συνήθως επιτυγχάνεται με μετρητή ισχύος. Ένας μετρητής ισχύος είναι ένας αισθητήρας που συλλέγει το φως λέιζερ και το μετατρέπει σε ηλεκτρικό σήμα, στη συνέχεια συμπεραίνει την ισχύ ή την ενέργεια που παράγεται από τη δέσμη και τέλος παρέχει την ένδειξη σε έναν μετρητή ή έναν υπολογιστή για ανάλυση. Αυτή η διαδικασία συνήθως διαρκεί μόνο λίγα δευτερόλεπτα, αλλά μπορεί να διαφέρει ανάλογα με την τεχνολογία που χρησιμοποιείται. Αυτές οι μετρήσεις είναι πολύ σημαντικές για τη συλλογή και ανάλυση δεδομένων, ειδικά στο στάδιο παραγωγής του λέιζερ, επειδή τα δεδομένα επιτρέπουν στους χρήστες να κατανοήσουν πώς αλλάζει η απόδοση του λέιζερ και πώς αυτές οι αλλαγές επηρεάζουν την εφαρμογή του λέιζερ στη διαδικασία επεξεργασίας.
Επιπλέον, πρέπει να μετρηθεί η διάμετρος της δέσμης λέιζερ. Υπάρχουν πολλοί τρόποι υπολογισμού της διαμέτρου δοκού, όπως η μέθοδος D40, η μέθοδος κορυφής 13,5% και η μέθοδος ακμής μαχαιριού 10/90, και τα αποτελέσματα υπολογισμού διαφορετικών μεθόδων ποικίλλουν πολύ. Άτομα από διαφορετικούς κλάδους, υπόβαθρα και εμπειρίες χρησιμοποιούν αντίστοιχες μεθόδους υπολογισμού σύμφωνα με τα σενάρια εφαρμογής τους.
Κατά τον υπολογισμό της διαμέτρου της δοκού, πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η τιμή στρογγυλότητας ή ελλειπτικότητας της δοκού. Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε το σχήμα της δέσμης και πώς κατανέμεται η ενέργεια στο προφίλ της δέσμης. Είναι μια δοκός Gauss ή μια δοκός επίπεδης κορυφής; Όταν προσπαθείτε να κατανοήσετε πώς χρησιμοποιείται το λέιζερ στη διαδικασία, η μέτρηση των παραμέτρων της δέσμης λέιζερ θα πρέπει να ολοκληρώνεται από ένα βιομηχανικό πρότυπο σύστημα μέτρησης τροχού δέσμης.
Εκτός από τη διάμετρο δέσμης, η ποιότητα της δέσμης πρέπει επίσης να λαμβάνεται υπόψη κατά την επιλογή ενός λέιζερ, την ανάπτυξη μιας εφαρμογής λέιζερ και την ενσωμάτωση ή τον εντοπισμό σφαλμάτων μιας πηγής λέιζερ σε ένα σύστημα. Στις περισσότερες περιπτώσεις, όταν ένα λέιζερ τεθεί σε παραγωγή, η ποιότητα της δέσμης του γενικά δεν αναλύεται πλέον, επομένως είναι πολύ σημαντικό να ολοκληρωθεί η ανάλυση ποιότητας δέσμης πριν το λέιζερ φύγει από το εργοστάσιο.
Η ποιότητα δέσμης μπορεί να εκφραστεί με την τιμή M2 και η τιμή M2 1.0 υποδηλώνει ότι η ποιότητα της δέσμης λέιζερ είναι βέλτιστη. Το γινόμενο της παραμέτρου δέσμης (BPP=0xw, όπου 0 είναι η μισή γωνία της γωνίας απόκλισης της δέσμης απομακρυσμένου πεδίου και w είναι η ακτίνα μέσης δέσμης) και η τιμή K (1/MM2) μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθεί για την έκφραση της ποιότητας της δέσμης λέιζερ. Η ποιότητα της δέσμης και η απόδοση των πηγών λέιζερ έχουν βελτιωθεί. Όταν πρόκειται για διαφορετικές διαδικασίες επεξεργασίας, διαφορετικές πηγές λέιζερ έχουν τα δικά τους πλεονεκτήματα.
Είναι σημαντικό για τους χρήστες να κατανοήσουν τις αλλαγές στους δείκτες απόδοσης του λέιζερ κατά τη διαδικασία επεξεργασίας. Η μέτρηση της ισχύος λέιζερ, του μεγέθους της δέσμης και του πώς και γιατί αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου είναι ζωτικής σημασίας για την πλήρη κατανόηση της απόδοσης του συστήματος και τη διασφάλιση πιο σταθερής μακροπρόθεσμης απόδοσης.
Παρακολούθηση κατά τη διαδικασία έναντι παρακολούθησης κατά τη διαδικασία
Σήμερα, η εισαγωγή δεδομένων απαιτείται όσο το δυνατόν πλησιέστερα σε πραγματικό χρόνο. Αυτό απαιτεί μια τεχνική που συνήθως αναφέρεται ως "παρακολούθηση κατά τη διαδικασία", η οποία περιλαμβάνει την παρακολούθηση μετρήσεων απόδοσης λέιζερ ενώ η διαδικασία λέιζερ βρίσκεται σε εξέλιξη. Στον τομέα της παραγωγής προσθέτων, αυτή η τεχνική ονομάζεται «επί τόπου παρακολούθηση».
Το αντίστοιχο της "παρακολούθησης κατά τη διαδικασία" είναι η "παρακολούθηση κατά τη διαδικασία", η οποία μετρά την απόδοση λέιζερ μεταξύ των διεργασιών. Και οι δύο μέθοδοι παρακολούθησης έχουν τα δικά τους πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα.
n-διαδικασίαmkai
Η παρακολούθηση κατά τη διαδικασία ή η επί τόπου παρακολούθηση μετρά μέρος της απόδοσης του λέιζερ κατά τη λειτουργία και την παραγωγή. Ένα ειδικό υποσύστημα δοκιμής έχει δημιουργηθεί στο σύστημα λέιζερ για να μετράει μόνο την απόδοση μέρους του λέιζερ και να το αναλύει σε πραγματικό χρόνο.
Η παρακολούθηση κατά τη διαδικασία έχει σημαντικά πλεονεκτήματα. Πρώτον, δεδομένου ότι το υποσύστημα είναι ενσωματωμένο με ολόκληρο το σύστημα, τα δύο μπορούν να επικοινωνούν εύκολα. Η ανάδραση σε πραγματικό χρόνο σχετικά με την απόδοση του λέιζερ παρέχεται συνεχώς, επομένως οι προσαρμογές σε ολόκληρο το σύστημα μπορούν να γίνουν γρήγορα εάν χρειαστεί. Δεύτερον, αυτά τα υποσυστήματα συχνά σχεδιάζονται ειδικά για το σύστημα στο οποίο είναι ενσωματωμένα και συχνά είναι απλά, παρέχοντας μόνο την ανατροφοδότηση που απαιτείται από τον πελάτη. Οι πληροφορίες που συλλέγουν μπορούν εύκολα να παρουσιαστούν σε μια διεπαφή ανθρώπου-μηχανής που βλέπει ο χειριστής λέιζερ. Αυτά τα δεδομένα μπορούν επίσης να αποθηκευτούν και να αναλυθούν και να εκδοθούν προειδοποιήσεις με βάση τα αποτελέσματα της ανάλυσης για να διασφαλιστεί η ασφάλεια του συστήματος και των χρηστών ή να μειωθεί το ποσοστό σκραπ.
Το κύριο μειονέκτημα της παρακολούθησης κατά τη διαδικασία είναι ότι αυτά τα υποσυστήματα μπορούν να μετρήσουν μόνο ένα μέρος της απόδοσης λέιζερ ολόκληρου του συστήματος λέιζερ. Ένα μέρος του δείγματος συλλέγεται πριν το λέιζερ φτάσει στην περιοχή επεξεργασίας και αναλύεται κατά την επεξεργασία. Δυστυχώς, πολλά προβλήματα που προκύπτουν κατά την επεξεργασία προκαλούνται συχνά από λειτουργική υποβάθμιση εξαρτημάτων κοντά στην περιοχή επεξεργασίας μετά τη συλλογή του δείγματος μέτρησης με λέιζερ. Εάν ένα εξάρτημα στο σύστημα υποβαθμιστεί ή αποτύχει κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας, το δείγμα που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση με λέιζερ μπορεί να χάσει την υποβάθμιση ή την αστοχία, παρέχοντας εσφαλμένη ανάδραση στο σύστημα.
Ένα άλλο μειονέκτημα της παρακολούθησης κατά τη διαδικασία είναι η δυσκολία στη βαθμονόμηση των οπτικών στοιχείων μέτρησης. Επειδή τα υποσυστήματα είναι ενσωματωμένα στο συνολικό σύστημα, είναι συχνά δύσκολο ή αδύνατο να αφαιρεθούν εξαρτήματα για επαναβαθμονόμηση. Τα εξαρτήματα μέτρησης ισχύος πρέπει να βαθμονομούνται συχνά (η Ophir συνιστά βαθμονόμηση κάθε 12 μήνες) για να διασφαλιστεί η ακρίβεια της μέτρησης.
Τέτοια υποσυστήματα μέτρησης παρέχουν επίσης πρόσθετη αισθητηριακή ανάδραση στο σύστημα λέιζερ για να υποδείξουν την απόδοση λέιζερ χωρίς να βασίζονται σε πραγματικές μετρήσεις απόδοσης λέιζερ. Για παράδειγμα, ένα μόνιτορ θερμοκρασίας είναι εγκατεστημένο στο γυαλί του καλύμματος κοντά στην περιοχή επεξεργασίας για την προστασία των εξαρτημάτων λέιζερ. Όταν υπάρχουν πάρα πολλά υπολείμματα επεξεργασίας στο γυαλί του καλύμματος και τα υπολείμματα απορροφούν την ενέργεια λέιζερ, προκαλώντας αύξηση της θερμοκρασίας, η οθόνη παρακολούθησης θερμοκρασίας θα υπενθυμίσει στους χρήστες λέιζερ και θα παρέχει πολύτιμες πληροφορίες στο σύστημα και στους χρήστες.
Παρακολούθηση κατά τη διαδικασία
Η παρακολούθηση κατά τη διαδικασία χρησιμοποιεί συνήθως ένα ξεχωριστό σύνολο προϊόντων για τη λήψη μετρήσεων στην περιοχή επεξεργασίας λέιζερ και την ανάλυση ολόκληρου του συστήματος λέιζερ. Αυτά τα συστήματα παρακολούθησης μπορούν να αποτελούνται από ξεχωριστά προϊόντα για τη μέτρηση της ισχύος λέιζερ, της ενέργειας και της ποιότητας της ανάλυσης δέσμης ή μπορούν να αποτελούνται από προϊόντα που μπορούν να ελέγξουν αυτές τις παραμέτρους ταυτόχρονα (βλ. Εικόνα 2). Αυτά τα συστήματα επιθεώρησης μπορεί να είναι αλληλεξαρτώμενα ή ανεξάρτητα μεταξύ τους, ενσωματωμένα στο συνολικό σύστημα ή το σύστημα μπορεί να συντηρείται τακτικά μεταξύ των διεργασιών.
Παρόμοια με την επί τόπου παρακολούθηση, η παρακολούθηση κατά τη διαδικασία έχει τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά της. Το κύριο πλεονέκτημα της παρακολούθησης κατά τη διαδικασία είναι η πληρέστερη αξιολόγηση της συνολικής απόδοσης λέιζερ εντός του συστήματος. Το 100% της δέσμης λέιζερ συλλέγεται για μέτρηση ισχύος ή ενέργειας και το εστιασμένο σημείο μπορεί επίσης να αναλυθεί για να παρέχει στον χρήστη μια ολοκληρωμένη ανάλυση της απόδοσης του λέιζερ σε αυτό το χρονικό σημείο. Αυτά τα δεδομένα μπορούν να αποθηκευτούν, να αποθηκευτούν ή να καταγραφούν σε όλο το σύστημα και στη συνέχεια να προσπελαστούν για ανάλυση τάσεων για να διασφαλιστεί η ανάκτηση του συστήματος μετά από μια αποτυχία και να διατηρηθεί η αρχική απόδοση του συστήματος. Η συλλογή δεδομένων χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο δίνει τελικά στον χρήστη μια πλήρη εικόνα της χρήσης του λέιζερ, αλλά έχει κόστος.
Το πιο προφανές μειονέκτημα της παρακολούθησης κατά τη διαδικασία είναι ο χρόνος διακοπής λειτουργίας. Εφόσον η μέτρηση πραγματοποιείται σε ολόκληρο το λέιζερ, το λέιζερ πρέπει να αφαιρεθεί από την παραγωγή για να πραγματοποιηθεί η μέτρηση. Εάν το σύστημα μέτρησης λέιζερ είναι ενσωματωμένο στο μηχάνημα, συνήθως δεν είναι μεγάλη υπόθεση, αλλά ο χρόνος είναι χρήμα. Ωστόσο, ενώ η ενσωμάτωση ενός συστήματος μέτρησης λέιζερ στο συνολικό σύστημα είναι βολική, μπορεί να είναι δαπανηρή και μερικές φορές ακόμη και να θεωρείται περιττή. Εάν δεν ενσωματωθούν στο συνολικό σύστημα, τα προϊόντα μέτρησης λέιζερ μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως εργαλεία συντήρησης. Ωστόσο, το λέιζερ πρέπει να βγει από την παραγωγή για να γίνουν οι μετρήσεις και όταν το προσωπικό συντήρησης δεν είναι εξοικειωμένο με τη λειτουργία του εργαλείου λέιζερ, οι μετρήσεις είναι πολύ χρονοβόρες, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε λιγότερο συχνές μετρήσεις ή ακόμη και μη μετρήσεις σε όλοι.
Επιπλέον, υπάρχουν και άλλα προϊόντα που μπορούν να παρέχουν στους χρήστες πληροφορίες σχετικά με τη διαδικασία. Για παράδειγμα, αρκετές εταιρείες προσφέρουν προϊόντα που μπορούν να αναλύσουν τη διαδικασία συγκόλλησης σε πραγματικό χρόνο χρησιμοποιώντας μια ποικιλία τεχνολογιών. Αυτά τα συστήματα εφαρμόζουν όρια "go/no-go" ή "pass/no-go" στη διαδικασία συγκόλλησης, επιτρέποντας στους χρήστες να γνωρίζουν πότε το σύστημα μπορεί να έχει προβλήματα, διασφαλίζοντας την παραγωγή προϊόντων υψηλότερης ποιότητας και μειώνοντας τα ποσοστά σκραπ.
Η διασφάλιση της σταθερής απόδοσης του λέιζερ καθ' όλη τη διάρκεια του κύκλου ζωής του είναι κρίσιμη για τη μεγιστοποίηση και τη διατήρηση της συνέπειας και της αποτελεσματικότητας της διαδικασίας, την παράταση της διάρκειας ζωής του λέιζερ και τη βελτίωση της απόδοσης επένδυσης του συστήματος. Μόνο με τη μέτρηση της απόδοσης του λέιζερ στο πεδίο στο χώρο εργασίας μπορούν οι χρήστες να γνωρίζουν ακριβώς πώς λειτουργεί το λέιζερ.
Και οι δύο μέθοδοι μέτρησης κατά τη διαδικασία και κατά τη διαδικασία έχουν τα δικά τους πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα, αλλά και οι δύο μέθοδοι μπορούν να παρέχουν σημαντικές πληροφορίες επεξεργασίας λέιζερ. Τα προϊόντα που μετρούν τους δείκτες απόδοσης λέιζερ εξελίσσονται συνεχώς, γίνονται ευκολότερα στη χρήση και πιο ανθεκτικά. Με τη μέτρηση πολλαπλών βασικών δεικτών απόδοσης του λέιζερ, οι χρήστες θα κατανοήσουν ευκολότερα την αρχή λειτουργίας του λέιζερ και θα πραγματοποιήσουν μακροπρόθεσμη συντήρηση απόδοσης του λέιζερ.
