Kā uzraudzīt lāzera darbības rādītājus lāzera apstrādes laikā?

Ābrahams Linkolns, 16. ASV prezidents, reiz teica: "Jūs varat apmānīt visus cilvēkus kādu laiku, un jūs varat apmānīt dažus cilvēkus visu laiku, bet jūs nevarat apmānīt visus cilvēkus visu laiku." [11Tas pats attiecas uz sistēmā integrēto lāzeru veiktspējas uzraudzību. Rūpnieciskajā ražošanā visu sistēmu var uzraudzīt noteiktu laika periodu, vai arī daļu sistēmas var uzraudzīt visu laiku, bet visu laiku nav iespējams uzraudzīt visu sistēmu. 4. rūpniecības laikmetā.0, tas ir, viedās ražošanas laikmetā, ir ļoti svarīgi saprast atšķirību starp abiem.

4. nozare.{1}} maina ražošanas situāciju visās dzīves jomās. Tehnoloģiju attīstība palīdz ražotājiem veikt rūpniecisko ražošanu efektīvāk, ātrāk un gudrāk. Lai pareizi lietotu viedās mašīnas, ir nepieciešams apkopot dažādus datus, analizēt un filtrēt tos, lai uzlabotu procesu. Pārāk maz datu kavēs procesa uzlabošanu, taču tajā pašā laikā pārāk daudz datu var būt neproduktīvi.

Lāzera apstrādes sistēmām ir savs darbības raksturlielumu kopums un ar to saistītās problēmas. Pārāk daudz datu par lāzera veiktspēju var būt neproduktīvi, jo tie var būt milzīgi un pārliecinoši.

Kad mērīt lāzera veiktspējas rādītājus?
Ir četri veidi, kā izmērīt lāzera veiktspēju. Pirmā pieeja ir tas, kam lielākā daļa lāzersistēmu operatoru dod priekšroku, proti, plānotā apkope. Izmantojot šo pieeju, lāzera veiktspējas rādītāji tiek mērīti, pamatojoties uz plānoto lāzera dīkstāvi, parasti reizi ceturksnī, pusgadā vai gadā. Šajā laikā lāzera veiktspējas rādītāji tiek mērīti un salīdzināti ar iepriekšējiem mērījumiem, lai analizētu lāzera darbības tendences.

Otrā metode ir mērīšana procesa kļūmju laikā. Piemēram, ja metināšanas kvalitāte ir pasliktinājusies lāzermetināšanas laikā vai ja griešana neizdodas vai to nevar veikt lāzergriešanas laikā, lāzera veiktspēju var izmērīt, lai atjaunotu lāzera sistēmas paredzētos darbības parametrus.

Trešā un ceturtā metode ir tieši tā, par ko tiks runāts šajā rakstā – procesa uzraudzība un procesa uzraudzība. Abām metodēm ir savas priekšrocības un trūkumi. Operatoriem ir jābūt skaidrībai par šo divu metožu priekšrocībām un trūkumiem, vienlaikus apgūstot optimālo lāzera apstrādes metodi. Turklāt operatoriem ir arī jāsaprot, kuri lāzera indikatori ir būtiski mērīšanai rūpnieciskās ražošanas procesos.

Kā lāzers apstrādā materiālus?

Saskaņā ar augstām prasībām neatkarīgi no tā, kādai apstrādes tehnoloģijai lāzers tiek izmantots, operatoriem ir jāsaprot, kā lāzers apstrādā materiālus. Piemēram, lai zinātu, kurš lāzera veids ir piemērots metināšanai, jums pat ir jāsaprot, kā lāzers metina automašīnas durvju rāmi. Vienkāršākais veids, kā to saprast, ir lāzera jaudas blīvums.

Jaudas blīvuma definīcija attiecas uz lāzera jaudu, kas apstarota materiāla laukuma vienībā. Jaudas blīvumu parasti izsaka W/cm2, kur "W" apzīmē jaudu "vats". Nepārtrauktajiem (CW) lāzeriem tā vērtība ir jaudas vērtība: impulsu lāzeriem tā ir vidējā jaudas vērtība. "cm2" apzīmē lāzera vietas laukumu apstrādes plaknē. Piemēram, 100 W lāzera, kas fokusēts uz 100 mm vietas izmēru, jaudas blīvums ir 1,27 x 103 kW/cm2.

Lāzera jaudas blīvumu ietekmē materiālam pielietotās lāzera jaudas vai gaismas lieluma izmaiņas. Lāzera operatoriem ir jāmēra, jāanalizē un jāsaprot šie divi mainīgie, lai nodrošinātu efektīvu lāzera procesa darbību.

Svarīgi lāzera darbības indikatora mērījumi
Lāzera gaismas mērīšanu parasti panāk ar jaudas mērītāju. Jaudas mērītājs ir sensors, kas savāc lāzera gaismu un pārvērš to elektriskajā signālā, pēc tam secina staru radīto jaudu vai enerģiju un visbeidzot nodrošina rādījumu skaitītājam vai datoram analīzei. Šis process parasti aizņem tikai dažas sekundes, taču tas var atšķirties atkarībā no izmantotās tehnoloģijas. Šie mērījumi ir ļoti svarīgi datu vākšanai un analīzei, īpaši lāzera ražošanas posmā, jo dati ļauj lietotājiem saprast, kā mainās lāzera veiktspēja un kā šīs izmaiņas ietekmē lāzera pielietojumu apstrādes procesā.

Turklāt ir jāmēra lāzera stara diametrs. Ir daudzi veidi, kā aprēķināt sijas diametru, piemēram, D40 metode, 13,5% pīķa metode un 10/90 naža malas metode, un dažādu metožu aprēķinu rezultāti ievērojami atšķiras. Cilvēki no dažādām nozarēm, pieredzes un pieredzes izmanto atbilstošas ​​aprēķinu metodes atbilstoši saviem pielietojuma scenārijiem.
Aprēķinot sijas diametru, jāņem vērā sijas apaļuma vai eliptiskuma vērtība. Ir svarīgi saprast stara formu un to, kā enerģija tiek sadalīta stara profilā. Vai tas ir Gausa stars vai plakanvirsmas sija? Mēģinot saprast, kā lāzers tiek izmantots šajā procesā, lāzera staru parametru mērīšana jāpabeidz ar nozares standarta stara riteņu mērīšanas sistēmu.

Izvēloties lāzeru, izstrādājot lāzera lietojumu un integrējot vai atkļūdojot lāzera avotu sistēmā, papildus stara diametram ir jāņem vērā arī stara kvalitāte. Vairumā gadījumu, kad lāzers ir nodots ražošanā, tā stara kvalitāte vairs netiek analizēta, tāpēc ir ļoti svarīgi pabeigt stara kvalitātes analīzi pirms lāzera izvešanas no rūpnīcas.

Stara kvalitāti var izteikt ar M2 vērtību, un M2 vērtība 1.0 norāda, ka lāzera stara kvalitāte ir optimāla. Var arī izmantot staru kūļa parametra reizinājumu (BPP=0xw, kur 0 ir staru kūļa tālā lauka novirzes leņķa pusleņķis un w ir stara vidukļa rādiuss) un K vērtība (1/MM2). var izmantot, lai izteiktu lāzera stara kvalitāti. Ir uzlabojusies lāzera avotu staru kvalitāte un efektivitāte. Runājot par dažādiem apstrādes procesiem, dažādiem lāzera avotiem ir savas priekšrocības.

Lietotājiem ir svarīgi saprast lāzera darbības rādītāju izmaiņas apstrādes procesā. Lai pilnībā izprastu sistēmas veiktspēju un nodrošinātu stabilāku ilgtermiņa veiktspēju, ir svarīgi izmērīt lāzera jaudu, stara izmēru un to, kā un kāpēc tie mainās laika gaitā.

Procesa uzraudzība pret procesa uzraudzību
Mūsdienās datu ievade ir nepieciešama pēc iespējas tuvāk reāllaikam. Tam nepieciešama metode, ko parasti dēvē par "procesa uzraudzību", kas ietver lāzera veiktspējas mērījumu uzraudzību, kamēr notiek lāzera process. Piedevu ražošanas jomā šo paņēmienu sauc par "in-situ monitoringu".

"procesa uzraudzības" līdzinieks ir "procesa uzraudzība", kas mēra lāzera veiktspēju starp procesiem. Abām uzraudzības metodēm ir savas priekšrocības un trūkumi.

n-processmkai
Uzraudzība procesa laikā vai in situ uzraudzība mēra daļu no lāzera veiktspējas darbības un ražošanas laikā. Lāzera sistēmā ir izveidota īpaša testa apakšsistēma, lai mērītu tikai daļas lāzera veiktspēju un analizētu to reāllaikā.
Procesa uzraudzībai ir būtiskas priekšrocības. Pirmkārt, tā kā apakšsistēma ir integrēta ar visu sistēmu, abas var viegli sazināties. Reāllaika atgriezeniskā saite par lāzera veiktspēju tiek piegādāta nepārtraukti, tāpēc, ja nepieciešams, var ātri veikt visas sistēmas pielāgojumus. Otrkārt, šīs apakšsistēmas bieži ir īpaši izstrādātas sistēmai, kurā tās ir integrētas, un bieži vien ir vienkāršas, sniedzot tikai klientam nepieciešamo atgriezenisko saiti. Viņu apkopoto informāciju var viegli parādīt cilvēka un mašīnas saskarnē, ko redz lāzera operators. Šos datus var arī uzglabāt un analizēt, kā arī, pamatojoties uz analīzes rezultātiem, var izdot brīdinājumus, lai nodrošinātu sistēmas un lietotāju drošību vai samazinātu metāllūžņu daudzumu.

Galvenais procesa uzraudzības trūkums ir tas, ka šīs apakšsistēmas var izmērīt tikai daļu no visas lāzera sistēmas lāzera veiktspējas. Daļu parauga savāc, pirms lāzers sasniedz apstrādes zonu, un analizē apstrādes laikā. Diemžēl daudzas problēmas, kas rodas apstrādes laikā, bieži izraisa to komponentu funkcionālā degradācija, kas atrodas tuvu apstrādes zonai pēc lāzera mērījumu parauga savākšanas. Ja kāds sistēmas komponents apstrādes laikā sabojājas vai sabojājas, lāzera mērījumiem izmantotais paraugs var nepamanīt degradāciju vai kļūmi, nodrošinot sistēmai nepatiesu atgriezenisko saiti.

Vēl viens procesa uzraudzības trūkums ir optisko mērījumu komponentu kalibrēšanas grūtības. Tā kā apakšsistēmas ir integrētas kopējā sistēmā, bieži vien ir grūti vai neiespējami noņemt komponentus atkārtotai kalibrēšanai. Jaudas mērīšanas komponenti ir jākalibrē bieži (Ophir iesaka kalibrēt ik pēc 12 mēnešiem), lai nodrošinātu mērījumu precizitāti.

Šādas mērījumu apakšsistēmas nodrošina arī papildu sensoro atgriezenisko saiti lāzera sistēmai, lai norādītu lāzera veiktspēju, nepaļaujoties uz faktiskiem lāzera veiktspējas mērījumiem. Piemēram, temperatūras monitors ir uzstādīts uz vāka stikla tuvu apstrādes zonai, lai aizsargātu lāzera komponentus. Ja uz vāka stikla ir pārāk daudz apstrādes gružu un atkritumi absorbē lāzera enerģiju, izraisot temperatūras paaugstināšanos, temperatūras monitors atgādinās lāzera lietotājiem un sniegs vērtīgu informāciju sistēmai un lietotājiem.

Procesa uzraudzība
Procesa uzraudzība parasti izmanto atsevišķu produktu komplektu, lai veiktu mērījumus lāzera apstrādes zonā un analizētu visu lāzera sistēmu. Šīs uzraudzības sistēmas var sastāvēt no atsevišķiem produktiem lāzera jaudas, enerģijas un staru kūļa kvalitātes analīzei, vai arī tās var sastāvēt no produktiem, kas var testēt šos parametrus vienlaicīgi (sk. 2. attēlu). Šīs pārbaudes sistēmas var būt savstarpēji atkarīgas vai neatkarīgas viena no otras, integrētas kopējā sistēmā, vai arī sistēmu var regulāri uzturēt starp procesiem.

Līdzīgi kā in situ uzraudzībai, procesa uzraudzībai ir savi plusi un mīnusi. Galvenais procesa uzraudzības ieguvums ir pilnīgāks visas lāzera veiktspējas novērtējums sistēmā. 100% lāzera stara tiek savākti jaudas vai enerģijas mērīšanai, un fokusēto punktu var arī analizēt, lai sniegtu lietotājam visaptverošu lāzera veiktspējas analīzi konkrētajā brīdī. Šos datus var saglabāt, glabāt vai reģistrēt visā sistēmā un pēc tam piekļūt tendenču analīzei, lai nodrošinātu sistēmas atkopšanu pēc kļūmes un saglabātu sākotnējo sistēmas efektivitāti. Datu vākšana, izmantojot šo metodi, galu galā sniedz lietotājam pilnīgu priekšstatu par lāzera lietošanu, taču par to ir jāmaksā.

Acīmredzamākais procesa uzraudzības trūkums ir dīkstāve. Tā kā mērījums tiek veikts visam lāzeram, lāzers ir jāizņem no ražošanas, lai veiktu mērījumu. Ja lāzera mērīšanas sistēma ir integrēta iekārtā, parasti tas nav nekas liels, bet laiks ir nauda. Tomēr, lai gan lāzermērīšanas sistēmas integrēšana kopējā sistēmā ir ērta, tā var būt dārga un dažkārt pat uzskatīta par nevajadzīgu. Ja lāzera mērīšanas produkti nav integrēti kopējā sistēmā, tos var izmantot kā apkopes rīkus. Tomēr, lai veiktu mērījumus, lāzers ir jāizņem no ražošanas, un, ja apkopes personāls nepārzina lāzera instrumenta darbību, mērījumi ir ļoti laikietilpīgi, kā rezultātā mērījumi var tikt veikti retāk vai pat vispār netiks veikti. visi.

Turklāt ir arī citi produkti, kas var sniegt lietotājiem informāciju par procesu. Piemēram, vairāki uzņēmumi piedāvā produktus, kas var reāllaikā analizēt metināšanas procesu, izmantojot dažādas tehnoloģijas. Šīs sistēmas metināšanas procesā ievieš "go/no-go" vai "pass/no-go" ierobežojumus, ļaujot lietotājiem zināt, kad sistēmā var rasties problēmas, nodrošinot augstākas kvalitātes produktu ražošanu un samazinot lūžņu daudzumu.

Lāzera stabilas darbības nodrošināšana visā tā dzīves ciklā ir ļoti svarīga, lai maksimāli palielinātu un uzturētu procesa konsekvenci un efektivitāti, pagarinātu lāzera kalpošanas laiku un uzlabotu sistēmas ieguldījumu atdevi. Tikai mērot lāzera veiktspēju uz lauka darba vietā, lietotāji var precīzi zināt, kā lāzers darbojas.

Gan procesa, gan procesa mērīšanas metodēm ir savas priekšrocības un trūkumi, taču abas metodes var sniegt svarīgu lāzera apstrādes informāciju. Produkti, kas mēra lāzera veiktspējas rādītājus, pastāvīgi attīstās, kļūst vieglāk lietojami un izturīgāki. Izmērot vairākus galvenos lāzera veiktspējas rādītājus, lietotājiem būs vieglāk izprast lāzera darbības principu un veikt lāzera ilgtermiņa darbības uzturēšanu.