Abraham Lincoln, el decimosexto presidente de los Estados Unidos, dijo una vez: "Se puede engañar a toda la gente algún tiempo, y se puede engañar a algunas personas todo el tiempo, pero no se puede engañar a todas las personas todo el tiempo". [11Lo mismo ocurre cuando se monitorea el rendimiento de los láseres integrados en un sistema. En la producción industrial, se puede monitorear todo el sistema durante un período de tiempo, o parte del sistema se puede monitorear todo el tiempo, pero es imposible monitorear todo el sistema todo el tiempo. En la era de la Industria 4.0, es decir, la era de la fabricación inteligente, es muy importante comprender la diferencia entre ambas.
La Industria 4.0 está cambiando la situación de la fabricación en todos los ámbitos de la vida. Los avances tecnológicos están ayudando a los fabricantes a realizar la producción industrial de manera más eficiente, rápida e inteligente. Para aplicar correctamente las máquinas inteligentes, es necesario recopilar diversos datos, analizarlos y filtrarlos para mejorar el proceso. Muy pocos datos obstaculizarán la mejora de los procesos, pero al mismo tiempo, demasiados datos pueden ser contraproducentes.
Los sistemas de procesamiento láser tienen su propio conjunto de características operativas y cuestiones relacionadas. Demasiados datos sobre el rendimiento del láser pueden resultar contraproducentes, ya que pueden resultar abrumadores y abrumadores.
¿Cuándo medir las métricas de rendimiento del láser?
Hay cuatro formas de medir el rendimiento del láser. El primer enfoque es el que prefieren la mayoría de los operadores de sistemas láser: el mantenimiento programado. En este enfoque, las métricas de rendimiento del láser se miden en función del tiempo de inactividad programado del láser, generalmente trimestral, semestral o anual. Durante este tiempo, las métricas de rendimiento del láser se miden y se comparan con mediciones anteriores para analizar las tendencias operativas del láser.
El segundo método consiste en medir durante las fallas del proceso. Por ejemplo, si la calidad de la soldadura se degrada durante la soldadura por láser, o si el corte falla o no se puede realizar durante el corte por láser, se puede medir el rendimiento del láser para restaurar el sistema láser a los parámetros operativos diseñados.
Los métodos tercero y cuarto son exactamente los que se discutirán en este artículo: monitoreo en proceso y monitoreo en proceso. Ambos métodos tienen sus ventajas y desventajas. Los operadores deben tener claras las ventajas y desventajas de estos dos métodos mientras dominan el método de procesamiento óptimo del láser. Además, los operadores también deben comprender qué indicadores láser son fundamentales para medir durante los procesos de producción industrial.
¿Cómo procesa el láser los materiales?
De acuerdo con los altos requisitos, no importa para qué tecnología de procesamiento se utilice el láser, los operadores deben comprender cómo el láser procesa los materiales. Por ejemplo, para saber qué tipo de láser es adecuado para soldar, incluso hay que entender cómo el láser suelda el marco de la puerta de un automóvil. La forma más sencilla de entender esto es a través de la densidad de potencia del láser.
La definición de densidad de potencia se refiere a la potencia del láser irradiada a una unidad de área de material. La densidad de potencia suele expresarse en W/cm2, donde "W" significa potencia "vatio". Para los láseres continuos (CW), su valor es el valor de potencia: para los láseres pulsados, es su valor de potencia promedio. "cm2" representa el área del punto láser en el plano de trabajo. Por ejemplo, un láser de 100 W enfocado a un tamaño de punto de 100 mm tiene una densidad de potencia de 1,27x103kW/cm2.
La densidad de potencia de un láser se ve afectada por los cambios en la potencia del láser o el tamaño de la luz aplicada al material. Los operadores de láser deben medir, analizar y comprender estas dos variables para garantizar el funcionamiento eficiente del proceso láser.
Medidas importantes del indicador de rendimiento del láser
La medición de la luz láser normalmente se realiza mediante un medidor de potencia. Un medidor de potencia es un sensor que recopila luz láser y la convierte en una señal eléctrica, luego infiere la potencia o energía producida por el haz y finalmente proporciona la lectura a un medidor o computadora para su análisis. Este proceso suele tardar sólo unos segundos, pero puede variar según la tecnología utilizada. Estas mediciones son muy importantes para la recopilación y el análisis de datos, especialmente en la etapa de producción del láser, porque los datos permiten a los usuarios comprender cómo cambia el rendimiento del láser y cómo estos cambios afectan la aplicación del láser en el proceso de procesamiento.
Además, se debe medir el diámetro del rayo láser. Hay muchas formas de calcular el diámetro de la viga, como el método D40, el método de pico del 13,5% y el método de filo de cuchillo 10/90, y los resultados de los cálculos de los diferentes métodos varían mucho. Personas de diferentes industrias, orígenes y experiencias utilizan los métodos de cálculo correspondientes según sus escenarios de aplicación.
Al calcular el diámetro de la viga, se debe considerar el valor de redondez o elipticidad de la viga. Es importante entender la forma de la viga y cómo se distribuye la energía en el perfil de la viga. ¿Es una viga gaussiana o una viga plana? Al intentar comprender cómo se utiliza el láser en el proceso, la medición de los parámetros del rayo láser debe completarse mediante un sistema de medición de rueda de haz estándar de la industria.
Además del diámetro del haz, también se debe considerar la calidad del haz al seleccionar un láser, desarrollar una aplicación láser e integrar o depurar una fuente láser en un sistema. En la mayoría de los casos, una vez que un láser se pone en producción, la calidad del haz ya no se analiza, por lo que es muy importante completar el análisis de la calidad del haz antes de que el láser salga de fábrica.
La calidad del haz se puede expresar mediante el valor M2, y un valor M2 de 1.0 indica que la calidad del haz láser es óptima. El producto del parámetro del haz (BPP=0xw, donde 0 es el medio ángulo del ángulo de divergencia de campo lejano del haz y w es el radio de cintura del haz) y el valor K (1/MM2) también pueden utilizarse para expresar la calidad del rayo láser. La calidad del haz y la eficiencia de las fuentes láser han mejorado. Cuando se trata de diferentes procesos de procesamiento, las distintas fuentes láser tienen sus propias ventajas.
Es importante que los usuarios comprendan los cambios en los indicadores de rendimiento del láser durante el proceso de procesamiento. Medir la potencia del láser, el tamaño del haz y cómo y por qué cambian con el tiempo es fundamental para comprender completamente el rendimiento del sistema y garantizar un rendimiento más estable a largo plazo.
Monitoreo en proceso versus monitoreo en proceso
Hoy en día, la entrada de datos se requiere lo más cerca posible del tiempo real. Esto requiere una técnica comúnmente conocida como "monitoreo en proceso", que implica monitorear las mediciones del rendimiento del láser mientras el proceso láser está en progreso. En el ámbito de la fabricación aditiva, esta técnica se denomina "monitoreo in situ".
La contraparte del "monitoreo durante el proceso" es el "monitoreo en el proceso", que mide el rendimiento del láser entre procesos. Ambos métodos de seguimiento tienen sus propias ventajas y desventajas.
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El monitoreo en proceso o monitoreo in situ mide parte del desempeño del láser durante la operación y producción. Se configura un subsistema de prueba dedicado en el sistema láser para medir solo el rendimiento de una parte del láser y analizarlo en tiempo real.
El monitoreo durante el proceso tiene ventajas significativas. Primero, dado que el subsistema está integrado con todo el sistema, los dos pueden comunicarse fácilmente. Se entrega continuamente información en tiempo real sobre el rendimiento del láser, por lo que se pueden realizar ajustes en todo el sistema rápidamente si es necesario. En segundo lugar, estos subsistemas suelen estar diseñados específicamente para el sistema en el que están integrados y, a menudo, son simples y proporcionan sólo la retroalimentación requerida por el cliente. La información que recopilan se puede presentar fácilmente en una interfaz hombre-máquina vista por el operador del láser. Estos datos también se pueden almacenar y analizar, y se pueden emitir advertencias basadas en los resultados del análisis para garantizar la seguridad del sistema y de los usuarios, o para reducir la tasa de desechos.
La principal desventaja del monitoreo durante el proceso es que estos subsistemas solo pueden medir una parte del rendimiento del láser de todo el sistema láser. Una parte de la muestra se recolecta antes de que el láser llegue al área de procesamiento y se analiza durante el procesamiento. Desafortunadamente, muchos problemas que surgen durante el procesamiento a menudo son causados por la degradación funcional de los componentes cercanos al área de procesamiento después de que se ha recolectado la muestra de medición láser. Si un componente del sistema se degrada o falla durante el procesamiento, la muestra utilizada para la medición láser puede no detectar la degradación o falla, proporcionando retroalimentación falsa al sistema.
Otra desventaja del monitoreo durante el proceso es la dificultad para calibrar los componentes ópticos de medición. Debido a que los subsistemas están integrados con el sistema general, a menudo es difícil o imposible retirar componentes para recalibrarlos. Los componentes de medición de potencia deben calibrarse con frecuencia (Ophir recomienda la calibración cada 12 meses) para garantizar la precisión de la medición.
Dichos subsistemas de medición también proporcionan retroalimentación sensorial adicional al sistema láser para indicar el desempeño del láser sin depender de mediciones reales del desempeño del láser. Por ejemplo, se instala un monitor de temperatura en la cubierta de vidrio cerca del área de procesamiento para proteger los componentes del láser. Cuando hay demasiados residuos de procesamiento en la cubierta de vidrio y los residuos absorben la energía del láser, lo que hace que la temperatura aumente, el monitor de temperatura recordará a los usuarios del láser y proporcionará información valiosa al sistema y a los usuarios.
Monitoreo en proceso
El monitoreo durante el proceso generalmente utiliza un conjunto separado de productos para tomar medidas en el área de procesamiento láser y analizar todo el sistema láser. Estos sistemas de monitoreo pueden estar compuestos por productos separados para medir la potencia del láser, la energía y el análisis de la calidad del haz, o pueden estar compuestos por productos que pueden probar estos parámetros simultáneamente (consulte la Figura 2). Estos sistemas de inspección pueden ser interdependientes o independientes entre sí, estar integrados en el sistema general o el sistema puede mantenerse periódicamente entre procesos.
De manera similar al monitoreo in situ, el monitoreo en proceso tiene sus ventajas y desventajas. El principal beneficio del monitoreo durante el proceso es una evaluación más completa de todo el rendimiento del láser dentro del sistema. El 100% del rayo láser se recoge para medir la potencia o la energía, y el punto enfocado también se puede analizar para proporcionar al usuario un análisis completo del rendimiento del láser en ese momento. Estos datos se pueden guardar, almacenar o registrar en todo el sistema y luego acceder a ellos para realizar análisis de tendencias a fin de garantizar la recuperación del sistema después de una falla y mantener la eficiencia original del sistema. La recopilación de datos mediante este método, en última instancia, le brinda al usuario una imagen completa del uso del láser, pero tiene un costo.
La desventaja más obvia del monitoreo en el proceso es el tiempo de inactividad. Dado que la medición se realiza en todo el láser, el láser debe retirarse de producción para realizar la medición. Si el sistema de medición láser está integrado en la máquina, normalmente no supone gran problema, pero el tiempo es dinero. Sin embargo, si bien integrar un sistema de medición láser en el sistema general es conveniente, puede resultar costoso y, en ocasiones, incluso considerarse innecesario. Si no se integran en el sistema general, los productos de medición láser se pueden utilizar como herramientas de mantenimiento. Sin embargo, el láser debe retirarse de producción para realizar las mediciones, y cuando el personal de mantenimiento no está familiarizado con el funcionamiento de la herramienta láser, las mediciones consumen mucho tiempo, lo que puede resultar en mediciones menos frecuentes o incluso ninguna medición en el momento. todo.
Además, existen otros productos que pueden proporcionar a los usuarios información sobre el proceso. Por ejemplo, varias empresas ofrecen productos que pueden analizar el proceso de soldadura en tiempo real utilizando una variedad de tecnologías. Estos sistemas implementan límites de "pasa/no pasa" o "pasa/no pasa" en el proceso de soldadura, lo que permite a los usuarios saber cuándo el sistema puede tener problemas, garantizando la producción de productos de mayor calidad y reduciendo las tasas de desperdicio.
Garantizar que el láser funcione de manera estable durante todo su ciclo de vida es fundamental para maximizar y mantener la consistencia y eficiencia del proceso, extender la vida útil del láser y mejorar el retorno de la inversión del sistema. Sólo midiendo el rendimiento del láser en el lugar de trabajo los usuarios pueden saber exactamente cómo está funcionando el láser.
Tanto los métodos de medición durante como durante el proceso tienen sus propias ventajas y desventajas, pero ambos métodos pueden proporcionar información importante sobre el procesamiento láser. Los productos que miden los indicadores de rendimiento del láser evolucionan constantemente y se vuelven más fáciles de operar y más duraderos. Al medir múltiples indicadores clave de rendimiento del láser, a los usuarios les resultará más fácil comprender el principio de funcionamiento del láser y realizar el mantenimiento del rendimiento del láser a largo plazo.
