Amerika Birleşik Devletleri'nin 16. Başkanı Abraham Lincoln bir keresinde şöyle demişti: "Tüm insanları bir süre kandırabilirsiniz, bazı insanları her zaman kandırabilirsiniz, ancak tüm insanları her zaman kandıramazsınız." [11Bir sisteme entegre edilmiş lazerlerin performansını izlerken de aynı durum geçerlidir. Endüstriyel üretimde sistemin tamamı belirli bir süre izlenebilir veya sistemin bir kısmı sürekli izlenebilir ancak sistemin tamamının sürekli izlenmesi mümkün değildir. Endüstri 4.0 çağında, yani akıllı üretim çağında, ikisi arasındaki farkı anlamak çok önemlidir.
Endüstri 4.0 hayatın her alanında üretim durumunu değiştiriyor. Teknolojik gelişmeler üreticilerin endüstriyel üretimi daha verimli, daha hızlı ve daha akıllı gerçekleştirmelerine yardımcı oluyor. Akıllı makinelerin doğru bir şekilde uygulanabilmesi için çeşitli verilerin toplanması, analiz edilmesi ve filtrelenmesi, sürecin iyileştirilmesi gerekmektedir. Çok az veri süreç iyileştirmeyi engelleyecektir, ancak aynı zamanda çok fazla veri de verimsiz olabilir.
Lazer işleme sistemlerinin kendi çalışma özellikleri ve ilgili sorunları vardır. Lazer performansıyla ilgili çok fazla veri, bunaltıcı ve bunaltıcı olabileceğinden verimsiz olabilir.
Lazer performans ölçümleri ne zaman ölçülmeli?
Lazer performansını ölçmenin dört yolu vardır. İlk yaklaşım çoğu lazer sistemi operatörünün tercih ettiği planlı bakımdır. Bu yaklaşımda, lazer performansı ölçümleri, genellikle üç aylık, altı aylık veya yıllık olmak üzere lazerin planlanmış kesinti süresine göre ölçülür. Bu süre zarfında, lazer çalışma eğilimlerini analiz etmek için lazer performans ölçümleri ölçülür ve önceki ölçümlerle karşılaştırılır.
İkinci yöntem ise proses arızaları sırasında ölçüm yapmaktır. Örneğin, lazer kaynağı sırasında kaynak kalitesi düşerse veya lazer kesim sırasında kesme işlemi başarısız olursa veya gerçekleştirilemezse, lazer sistemini tasarlanan çalışma parametrelerine geri döndürmek için lazerin performansı ölçülebilir.
Üçüncü ve dördüncü yöntemler tam olarak bu makalenin tartışacağı konulardır: süreç içi izleme ve süreç içi izleme. Her iki yöntemin de avantajları ve dezavantajları vardır. Operatörler, lazerin optimum işleme yöntemine hakim olurken bu iki yöntemin avantaj ve dezavantajları konusunda net olmalıdır. Ayrıca operatörler, endüstriyel üretim süreçlerinde hangi lazer göstergelerin ölçülmesinin kritik olduğunu da anlamalıdır.
Lazer malzemeleri nasıl işler?
Yüksek gereksinimlere göre, lazer hangi işleme teknolojisi için kullanılırsa kullanılsın, operatörlerin lazerin malzemeleri nasıl işlediğini anlamaları gerekir. Örneğin hangi tip lazerin kaynak yapmaya uygun olduğunu bilmek için, lazerin bir otomobilin kapı çerçevesine nasıl kaynak yaptığını bile anlamanız gerekir. Bunu anlamanın en kolay yolu lazer güç yoğunluğundan geçmektedir.
Güç yoğunluğunun tanımı, malzemenin birim alanına ışınlanan lazer gücünü ifade eder. Güç yoğunluğu genellikle W/cm2 cinsinden ifade edilir; burada "W", güç "watt" anlamına gelir. Sürekli (CW) lazerler için değeri güç değeridir; darbeli lazerler için ortalama güç değeridir. "cm2" lazer noktasının çalışma düzlemindeki alanını temsil eder. Örneğin 100 mm nokta boyutuna odaklanan 100 W lazerin güç yoğunluğu 1,27x103kW/cm2'dir.
Bir lazerin güç yoğunluğu, malzemeye uygulanan lazer gücündeki veya ışık boyutundaki değişikliklerden etkilenir. Lazer operatörlerinin, lazer işleminin verimli çalışmasını sağlamak için bu iki değişkeni ölçmesi, analiz etmesi ve anlaması gerekir.
Önemli lazer performans göstergesi ölçümleri
Lazer ışığının ölçümü genellikle bir güç ölçer ile yapılır. Güç ölçer, lazer ışığını toplayan ve onu bir elektrik sinyaline dönüştüren, daha sonra ışın tarafından üretilen gücü veya enerjiyi çıkaran ve son olarak okumayı analiz için bir sayaca veya bilgisayara sağlayan bir sensördür. Bu işlem genellikle yalnızca birkaç saniye sürer ancak kullanılan teknolojiye bağlı olarak değişebilir. Bu ölçümler, özellikle lazerin üretim aşamasında veri toplama ve analiz için çok önemlidir, çünkü veriler, kullanıcıların lazerin performansının nasıl değiştiğini ve bu değişikliklerin, lazerin işleme sürecinde uygulanmasını nasıl etkilediğini anlamasını sağlar.
Ayrıca lazer ışınının çapının da ölçülmesi gerekir. Kiriş çapını hesaplamanın D40 yöntemi, %13,5 tepe yöntemi ve 10/90 bıçak kenarı yöntemi gibi birçok yolu vardır ve farklı yöntemlerin hesaplama sonuçları büyük ölçüde farklılık gösterir. Farklı sektörlerden, geçmişlerden ve deneyimlerden insanlar, uygulama senaryolarına göre ilgili hesaplama yöntemlerini kullanır.
Kiriş çapı hesaplanırken kirişin yuvarlaklık veya eliptiklik değeri dikkate alınmalıdır. Kirişin şeklini ve enerjinin kiriş profilinde nasıl dağıldığını anlamak önemlidir. Gauss ışın mı yoksa düz tepeli ışın mı? Lazerin proseste nasıl kullanıldığını anlamaya çalışırken, lazer ışını parametrelerinin ölçümü endüstri standardı bir ışın tekerleği ölçüm sistemi ile tamamlanmalıdır.
Bir lazer seçilirken, bir lazer uygulaması geliştirilirken ve bir lazer kaynağı bir sisteme entegre edilirken veya hata ayıklanırken ışın çapının yanı sıra ışın kalitesi de dikkate alınmalıdır. Çoğu durumda, bir lazer üretime alındıktan sonra ışın kalitesi genellikle artık analiz edilmez, dolayısıyla lazer fabrikadan çıkmadan önce ışın kalitesi analizinin tamamlanması çok önemlidir.
Işın kalitesi M2 değeriyle ifade edilebilir ve M2 değeri 1.0, lazer ışın kalitesinin optimum olduğunu gösterir. Işın parametresi çarpımı (BPP=0xw, burada 0 ışının uzak alan sapma açısının yarım açısıdır ve w ışının bel yarıçapıdır) ve K değeri (1/MM2) ayrıca Lazer ışınının kalitesini ifade etmek için kullanılabilir. Lazer kaynaklarının ışın kalitesi ve verimliliği arttı. Farklı işleme süreçleri söz konusu olduğunda, farklı lazer kaynaklarının kendi avantajları vardır.
İşleme sürecinde lazerin performans göstergelerinde meydana gelen değişiklikleri kullanıcıların anlaması önemlidir. Lazer gücünün, ışın boyutunun ve bunların zaman içinde nasıl ve neden değiştiğinin ölçülmesi, sistem performansının tam olarak anlaşılması ve daha istikrarlı uzun vadeli performansın sağlanması açısından kritik öneme sahiptir.
Süreç içi izleme ve süreç içi izleme
Günümüzde veri girişinin mümkün olduğunca gerçek zamana yakın olması gerekmektedir. Bu, genellikle "süreç içi izleme" olarak adlandırılan ve lazer işlemi devam ederken lazer performansı ölçümlerinin izlenmesini içeren bir teknik gerektirir. Eklemeli imalat alanında bu tekniğe "yerinde izleme" adı verilmektedir.
"Süreç içi izleme"nin karşılığı, işlemler arasındaki lazer performansını ölçen "süreç içi izleme"dir. Her iki izleme yönteminin de kendine göre avantaj ve dezavantajları bulunmaktadır.
n-processmkai
Proses içi izleme veya yerinde izleme, lazerin çalışma ve üretim sırasındaki performansının bir kısmını ölçer. Lazer sisteminde yalnızca lazerin bir kısmının performansını ölçmek ve gerçek zamanlı olarak analiz etmek için özel bir test alt sistemi kurulmuştur.
Proses içi izlemenin önemli avantajları vardır. Birincisi, alt sistem tüm sistemle entegre olduğundan ikisi kolayca iletişim kurabilir. Lazer performansına ilişkin gerçek zamanlı geri bildirim sürekli olarak sağlanır, böylece gerektiğinde tüm sistemde ayarlamalar hızlı bir şekilde yapılabilir. İkincisi, bu alt sistemler çoğunlukla entegre oldukları sisteme özel olarak tasarlanırlar ve genellikle basittirler, yalnızca müşterinin ihtiyaç duyduğu geri bildirimi sağlarlar. Topladıkları bilgiler, lazer operatörü tarafından görülen insan-makine arayüzünde kolaylıkla sunulabilir. Bu veriler aynı zamanda saklanıp analiz edilebilmekte ve analiz sonuçlarına göre sistemin ve kullanıcıların güvenliğinin sağlanması veya hurda oranının düşürülmesi amacıyla uyarılar verilebilmektedir.
Proses içi izlemenin ana dezavantajı, bu alt sistemlerin tüm lazer sisteminin lazer performansının yalnızca bir kısmını ölçebilmesidir. Numunenin bir kısmı, lazer işlem alanına ulaşmadan önce toplanır ve işlem sırasında analiz edilir. Ne yazık ki, işleme sırasında ortaya çıkan birçok sorun, genellikle lazer ölçüm numunesi toplandıktan sonra işleme alanına yakın bileşenlerin işlevsel olarak bozulmasından kaynaklanmaktadır. Sistemdeki bir bileşen işleme sırasında bozulur veya arızalanırsa, lazer ölçümü için kullanılan numune, bozulmayı veya arızayı gözden kaçırabilir ve sisteme yanlış geri bildirim sağlayabilir.
Proses içi izlemenin diğer bir dezavantajı optik ölçüm bileşenlerinin kalibre edilmesindeki zorluktur. Alt sistemler genel sistemle entegre olduğundan, yeniden kalibrasyon için bileşenlerin çıkarılması genellikle zor veya imkansızdır. Ölçüm doğruluğunu sağlamak için güç ölçüm bileşenlerinin sık sık kalibre edilmesi gerekir (Ophir, her 12 ayda bir kalibrasyon yapılmasını önerir).
Bu tür ölçüm alt sistemleri ayrıca, lazer performansının gerçek ölçümlerine dayanmadan, lazer performansını belirtmek için lazer sistemine ek duyusal geri bildirim sağlar. Örneğin, lazer bileşenlerini korumak için işleme alanının yakınındaki kapak camına bir sıcaklık monitörü yerleştirilmiştir. Kapak camında çok fazla işlem kalıntısı olduğunda ve kalıntılar lazer enerjisini emerek sıcaklığın yükselmesine neden olduğunda, sıcaklık monitörü lazer kullanıcılarına hatırlatma yapacak ve sisteme ve kullanıcılara değerli bilgiler sağlayacaktır.
Süreç içi izleme
Proses sırasında izleme, lazer işleme alanında ölçümler almak ve tüm lazer sistemini analiz etmek için genellikle ayrı bir ürün seti kullanır. Bu izleme sistemleri lazer gücü, enerjisi ve ışın kalitesi analizini ölçen ayrı ürünlerden oluşabileceği gibi bu parametreleri eş zamanlı olarak test edebilen ürünlerden de oluşabilir (bkz. Şekil 2). Bu denetim sistemleri birbirine bağlı veya bağımsız olabilir, genel sisteme entegre edilebilir veya süreçler arasında sistemin düzenli olarak bakımı yapılabilir.
Yerinde izlemeye benzer şekilde, süreç içi izlemenin de artıları ve eksileri vardır. Proses içi izlemenin temel faydası, sistem içindeki tüm lazer performansının daha kapsamlı bir değerlendirmesidir. Güç veya enerji ölçümü için lazer ışınının %100'ü toplanır ve odaklanılan nokta, kullanıcıya lazerin o andaki performansının kapsamlı bir analizini sağlamak için de analiz edilebilir. Bu veriler sistem genelinde kaydedilebilir, saklanabilir veya günlüğe kaydedilebilir ve ardından bir arıza sonrasında sistemin kurtarılmasını sağlamak ve orijinal sistem verimliliğini korumak amacıyla trend analizi için erişilebilir. Bu yöntemi kullanarak veri toplamak sonuçta kullanıcıya lazerin kullanımının tam bir resmini verir, ancak bunun bir maliyeti vardır.
Proses içi izlemenin en belirgin dezavantajı kesinti süresidir. Ölçüm lazerin tamamında gerçekleştirildiğinden, ölçümün yapılabilmesi için lazerin üretimden çıkarılması gerekir. Lazer ölçüm sistemi makineye entegre edilmişse, bu genellikle önemli değildir ancak vakit nakittir. Ancak, bir lazer ölçüm sisteminin genel sisteme entegre edilmesi uygun olsa da maliyetli olabilir ve hatta bazen gereksiz bile sayılabilir. Lazer ölçüm ürünleri, genel sisteme entegre edilmediği takdirde bakım aracı olarak kullanılabilir. Bununla birlikte, ölçümleri yapmak için lazerin üretimden çıkarılması gerekir ve bakım personeli lazer aletinin kullanımına aşina olmadığında, ölçümler çok zaman alır, bu da daha az sıklıkta ölçüm yapılmasına veya hatta aynı anda ölçüm yapılmamasına neden olabilir. Tümü.
Ayrıca kullanıcılara süreç hakkında bilgi verebilecek başka ürünler de bulunmaktadır. Örneğin birçok şirket, çeşitli teknolojileri kullanarak kaynak işlemini gerçek zamanlı olarak analiz edebilen ürünler sunmaktadır. Bu sistemler kaynak prosesine "geç/geçme" veya "geçme/geçme" limitleri uygulayarak kullanıcıların sistemde ne zaman sorun yaşayabileceğini bilmesini sağlar, daha kaliteli ürün üretilmesini sağlar ve hurda oranlarını azaltır.
Lazerin kullanım ömrü boyunca istikrarlı bir performans göstermesini sağlamak, sürecin tutarlılığını ve verimliliğini en üst düzeye çıkarmak ve sürdürmek, lazerin ömrünü uzatmak ve sistemin yatırım getirisini artırmak açısından kritik öneme sahiptir. Kullanıcılar yalnızca lazerin çalışma sahasındaki performansını ölçerek lazerin tam olarak nasıl çalıştığını bilebilirler.
Hem süreç içi hem de süreç içi ölçüm yöntemlerinin kendi avantajları ve dezavantajları vardır, ancak her iki yöntem de önemli lazer işleme bilgileri sağlayabilir. Lazer performans göstergelerini ölçen ürünler sürekli gelişerek kullanımı daha kolay ve daha dayanıklı hale geliyor. Kullanıcılar, lazerin birden fazla temel performans göstergesini ölçerek, lazerin çalışma prensibini daha kolay anlayacak ve lazerin uzun vadeli performans bakımını gerçekleştirebilecektir.
