قال أبراهام لنكولن، الرئيس السادس عشر للولايات المتحدة، ذات مرة: "يمكنك أن تخدع كل الناس بعض الوقت، ويمكنك أن تخدع بعض الناس كل الوقت، لكن لا يمكنك أن تخدع كل الناس كل الوقت". [11 وينطبق الشيء نفسه عند مراقبة أداء أجهزة الليزر المدمجة في النظام. في الإنتاج الصناعي، يمكن مراقبة النظام بأكمله لفترة من الوقت، أو يمكن مراقبة جزء من النظام طوال الوقت، ولكن من المستحيل مراقبة النظام بأكمله طوال الوقت. في عصر الصناعة 4.0، أي عصر التصنيع الذكي، من المهم جدًا فهم الفرق بين الاثنين.
الصناعة 4.0 تعمل على تغيير وضع التصنيع في جميع مناحي الحياة. يساعد التقدم التكنولوجي الشركات المصنعة على إجراء الإنتاج الصناعي بشكل أكثر كفاءة وأسرع وأكثر ذكاءً. لتطبيق الأجهزة الذكية بشكل صحيح، من الضروري جمع البيانات المختلفة وتحليلها وتصفيتها لتحسين العملية. إن قلة البيانات ستعيق تحسين العملية، ولكن في الوقت نفسه، قد تؤدي كثرة البيانات إلى نتائج عكسية.
تتمتع أنظمة المعالجة بالليزر بمجموعة خاصة بها من خصائص التشغيل والقضايا ذات الصلة. يمكن أن تؤدي البيانات الكثيرة حول أداء الليزر إلى نتائج عكسية، حيث يمكن أن تكون ساحقة ومربكة.
متى يتم قياس مقاييس أداء الليزر؟
هناك أربع طرق لقياس أداء الليزر. النهج الأول هو ما يفضله معظم مشغلي أنظمة الليزر، وهو الصيانة المجدولة. في هذا النهج، يتم قياس مقاييس أداء الليزر بناءً على وقت التوقف المقرر لليزر، وعادةً ما يكون ذلك بشكل ربع سنوي أو نصف سنوي أو سنويًا. خلال هذا الوقت، يتم قياس مقاييس أداء الليزر ومقارنتها بالقياسات السابقة لتحليل اتجاهات تشغيل الليزر.
الطريقة الثانية هي القياس أثناء فشل العملية. على سبيل المثال، إذا تدهورت جودة اللحام أثناء اللحام بالليزر، أو إذا فشل القطع أو لا يمكن إجراؤه أثناء القطع بالليزر، فيمكن قياس أداء الليزر لاستعادة نظام الليزر إلى معلمات التشغيل المصممة.
الطريقتان الثالثة والرابعة هما بالضبط ما ستناقشه هذه المقالة - المراقبة أثناء العملية والمراقبة أثناء العملية. كلا الطريقتين لها مزاياها وعيوبها. يجب أن يكون المشغلون واضحين بشأن مزايا وعيوب هاتين الطريقتين أثناء إتقان طريقة المعالجة المثالية بالليزر. بالإضافة إلى ذلك، يجب على المشغلين أيضًا فهم مؤشرات الليزر التي تعتبر بالغة الأهمية للقياس أثناء عمليات الإنتاج الصناعي.
كيف يقوم الليزر بمعالجة المواد؟
وفقًا للمتطلبات العالية، بغض النظر عن تقنية المعالجة التي يتم استخدام الليزر فيها، يجب على المشغلين فهم كيفية معالجة الليزر للمواد. على سبيل المثال، لمعرفة نوع الليزر المناسب للحام، عليك أيضًا أن تفهم كيف يقوم الليزر بلحام إطار باب السيارة. أسهل طريقة لفهم ذلك هي من خلال كثافة طاقة الليزر.
يشير تعريف كثافة الطاقة إلى طاقة الليزر المشععة على مساحة وحدة من المادة. عادة ما يتم التعبير عن كثافة الطاقة بوحدة W/cm2، حيث يشير "W" إلى الطاقة "واط". بالنسبة لأشعة الليزر المستمرة (CW)، فإن قيمتها هي قيمة الطاقة: أما بالنسبة لليزر النبضي، فهي قيمة متوسط الطاقة. يمثل "cm2" مساحة بقعة الليزر على مستوى العمل. على سبيل المثال، يتمتع ليزر 100 واط الذي يتم تركيزه على حجم موضعي يبلغ 100 مم بكثافة طاقة تبلغ 1.27 × 103 كيلو وات/سم2.
تتأثر كثافة طاقة الليزر بالتغيرات في قوة الليزر أو حجم الضوء المطبق على المادة. يجب على مشغلي الليزر قياس وتحليل وفهم هذين المتغيرين لضمان التشغيل الفعال لعملية الليزر.
قياسات مؤشر أداء الليزر الهامة
عادة ما يتم قياس ضوء الليزر بواسطة عداد الطاقة. مقياس الطاقة هو جهاز استشعار يجمع ضوء الليزر ويحوله إلى إشارة كهربائية، ثم يستنتج الطاقة أو الطاقة التي ينتجها الشعاع، وأخيرا يوفر القراءة إلى جهاز قياس أو جهاز كمبيوتر لتحليلها. عادةً ما تستغرق هذه العملية بضع ثوانٍ فقط، ولكنها قد تختلف وفقًا للتكنولوجيا المستخدمة. تعتبر هذه القياسات مهمة جدًا لجمع البيانات وتحليلها، خاصة في مرحلة إنتاج الليزر، لأن البيانات تتيح للمستخدمين فهم كيفية تغير أداء الليزر وكيف تؤثر هذه التغييرات على تطبيق الليزر في عملية المعالجة.
وبالإضافة إلى ذلك، يجب قياس قطر شعاع الليزر. هناك العديد من الطرق لحساب قطر الشعاع، مثل طريقة D40، وطريقة الذروة 13.5%، وطريقة حافة السكين 10/90، وتختلف نتائج الحساب للطرق المختلفة بشكل كبير. يستخدم الأشخاص من مختلف الصناعات والخلفيات والخبرات طرق الحساب المقابلة وفقًا لسيناريوهات التطبيق الخاصة بهم.
عند حساب قطر الشعاع، يجب أن تؤخذ في الاعتبار قيمة الاستدارة أو الإهليلجية للشعاع. من المهم أن نفهم شكل الشعاع وكيفية توزيع الطاقة في ملف الشعاع. هل هو شعاع غاوسي أم شعاع مسطح؟ عند محاولة فهم كيفية استخدام الليزر في العملية، يجب إكمال قياس معلمات شعاع الليزر بواسطة نظام قياس عجلة الشعاع المتوافق مع معايير الصناعة.
بالإضافة إلى قطر الشعاع، يجب أيضًا مراعاة جودة الشعاع عند اختيار الليزر، وتطوير تطبيق الليزر، ودمج أو تصحيح مصدر الليزر في النظام. في معظم الحالات، بمجرد وضع الليزر في مرحلة الإنتاج، لا يتم تحليل جودة شعاعه بشكل عام، لذلك من المهم جدًا إكمال تحليل جودة الشعاع قبل مغادرة الليزر للمصنع.
يمكن التعبير عن جودة الشعاع بقيمة M2، وتشير قيمة M2 البالغة 1.0 إلى أن جودة شعاع الليزر هي الأمثل. منتج معلمة الحزمة (BPP=0xw، حيث 0 هي نصف زاوية زاوية انحراف المجال البعيد للحزمة وw هو نصف قطر خصر الحزمة) ويمكن أيضًا استخدام قيمة K (1/MM2) يمكن استخدامها للتعبير عن جودة شعاع الليزر. تحسنت جودة شعاع وكفاءة مصادر الليزر. عندما يتعلق الأمر بعمليات المعالجة المختلفة، فإن مصادر الليزر المختلفة لها مزاياها الخاصة.
من المهم للمستخدمين فهم التغييرات في مؤشرات أداء الليزر أثناء عملية المعالجة. يعد قياس قوة الليزر وحجم الشعاع وكيفية وسبب تغيرها بمرور الوقت أمرًا بالغ الأهمية لفهم أداء النظام بشكل كامل وضمان أداء أكثر استقرارًا على المدى الطويل.
المراقبة أثناء العملية مقابل المراقبة أثناء العملية
اليوم، مطلوب إدخال البيانات في أقرب وقت ممكن من الوقت الحقيقي. وهذا يتطلب تقنية يُشار إليها عمومًا باسم "المراقبة أثناء العملية"، والتي تتضمن مراقبة قياسات أداء الليزر أثناء تقدم عملية الليزر. في مجال التصنيع الإضافي، تسمى هذه التقنية "المراقبة في الموقع".
إن نظير "المراقبة أثناء العملية" هو "المراقبة أثناء العملية"، والتي تقيس أداء الليزر بين العمليات. كلتا طريقتي المراقبة لها مزاياها وعيوبها.
n-processmkai
تقيس المراقبة أثناء العملية أو المراقبة في الموقع جزءًا من أداء الليزر أثناء التشغيل والإنتاج. تم إعداد نظام فرعي مخصص للاختبار في نظام الليزر لقياس أداء جزء من الليزر فقط وتحليله في الوقت الفعلي.
تتمتع المراقبة أثناء العملية بمزايا كبيرة. أولاً، بما أن النظام الفرعي متكامل مع النظام بأكمله، فيمكن أن يتواصل الاثنان بسهولة. يتم تقديم تعليقات في الوقت الفعلي حول أداء الليزر بشكل مستمر، لذلك يمكن إجراء التعديلات على النظام بأكمله بسرعة إذا لزم الأمر. ثانيًا، غالبًا ما يتم تصميم هذه الأنظمة الفرعية خصيصًا للنظام المدمج فيه وغالبًا ما تكون بسيطة، ولا تقدم سوى التعليقات التي يطلبها العميل. ويمكن عرض المعلومات التي يجمعونها بسهولة على واجهة بين الإنسان والآلة يراها مشغل الليزر. ويمكن أيضًا تخزين هذه البيانات وتحليلها، ويمكن إصدار تحذيرات بناءً على نتائج التحليل للتأكد من سلامة النظام والمستخدمين، أو لتقليل معدل الخردة.
العيب الرئيسي للمراقبة أثناء العملية هو أن هذه الأنظمة الفرعية يمكنها فقط قياس جزء من أداء الليزر لنظام الليزر بأكمله. يتم جمع جزء من العينة قبل وصول الليزر إلى منطقة المعالجة ويتم تحليلها أثناء المعالجة. لسوء الحظ، غالبًا ما يكون سبب العديد من المشكلات التي تنشأ أثناء المعالجة هو التدهور الوظيفي للمكونات القريبة من منطقة المعالجة بعد جمع عينة القياس بالليزر. إذا تدهور أحد مكونات النظام أو فشل أثناء المعالجة، فقد لا تلاحظ التدهور أو الفشل في العينة المستخدمة لقياس الليزر، مما يوفر ردود فعل خاطئة للنظام.
ومن العيوب الأخرى للمراقبة أثناء العملية صعوبة معايرة مكونات القياس البصري. نظرًا لتكامل الأنظمة الفرعية مع النظام العام، غالبًا ما يكون من الصعب أو المستحيل إزالة المكونات لإعادة المعايرة. يجب معايرة مكونات قياس الطاقة بشكل متكرر (يوصي أوفير بالمعايرة كل 12 شهرًا) لضمان دقة القياس.
توفر أنظمة القياس الفرعية هذه أيضًا ردود فعل حسية إضافية لنظام الليزر للإشارة إلى أداء الليزر دون الاعتماد على القياسات الفعلية لأداء الليزر. على سبيل المثال، يتم تركيب جهاز مراقبة درجة الحرارة على زجاج الغطاء بالقرب من منطقة المعالجة لحماية مكونات الليزر. عندما يكون هناك الكثير من حطام المعالجة على زجاج الغطاء وتمتص الحطام طاقة الليزر، مما يتسبب في ارتفاع درجة الحرارة، فإن جهاز مراقبة درجة الحرارة سيذكر مستخدمي الليزر ويوفر معلومات قيمة للنظام والمستخدمين.
مراقبة العملية
تستخدم المراقبة أثناء العملية عادةً مجموعة منفصلة من المنتجات لأخذ قياسات في منطقة معالجة الليزر وتحليل نظام الليزر بالكامل. يمكن أن تتكون أنظمة المراقبة هذه من منتجات منفصلة لقياس قوة الليزر وتحليل جودة الطاقة والشعاع، أو يمكن أن تتكون من منتجات يمكنها اختبار هذه المعلمات في وقت واحد (انظر الشكل 2). يمكن أن تكون أنظمة التفتيش هذه مترابطة أو مستقلة عن بعضها البعض، أو مدمجة في النظام العام، أو يمكن صيانة النظام بانتظام بين العمليات.
على غرار المراقبة في الموقع، فإن المراقبة أثناء العملية لها إيجابيات وسلبيات. وتتمثل الفائدة الرئيسية للمراقبة أثناء العملية في إجراء تقييم أكثر اكتمالاً لأداء الليزر بالكامل داخل النظام. يتم جمع 100% من شعاع الليزر لقياس الطاقة أو الطاقة، ويمكن أيضًا تحليل البقعة المركزة لتزويد المستخدم بتحليل شامل لأداء الليزر في تلك المرحلة الزمنية. يمكن حفظ هذه البيانات أو تخزينها أو تسجيلها في جميع أنحاء النظام، ثم الوصول إليها لتحليل الاتجاه لضمان استعادة النظام بعد الفشل والحفاظ على كفاءة النظام الأصلي. جمع البيانات باستخدام هذه الطريقة يمنح المستخدم في نهاية المطاف صورة كاملة عن استخدام الليزر، ولكن ذلك يأتي بتكلفة.
العيب الأكثر وضوحًا للمراقبة أثناء العملية هو وقت التوقف عن العمل. وبما أن القياس يتم على الليزر بأكمله، فيجب إزالة الليزر من الإنتاج لإجراء القياس. إذا تم دمج نظام القياس بالليزر في الجهاز، فعادةً لا يكون ذلك مشكلة كبيرة، ولكن الوقت هو المال. ومع ذلك، في حين أن دمج نظام القياس بالليزر في النظام العام يعد أمرًا مريحًا، إلا أنه قد يكون مكلفًا وفي بعض الأحيان يعتبر غير ضروري. إذا لم يتم دمجها في النظام العام، فيمكن استخدام منتجات القياس بالليزر كأدوات صيانة. ومع ذلك، يجب إخراج الليزر من الإنتاج لإجراء القياسات، وعندما لا يكون موظفو الصيانة على دراية بتشغيل أداة الليزر، فإن القياسات تستغرق وقتًا طويلاً للغاية، مما قد يؤدي إلى قياسات أقل تكرارًا أو حتى عدم إجراء قياسات في الجميع.
بالإضافة إلى ذلك، هناك منتجات أخرى يمكنها تزويد المستخدمين بمعلومات حول العملية. على سبيل المثال، تقدم العديد من الشركات منتجات يمكنها تحليل عملية اللحام في الوقت الفعلي باستخدام مجموعة متنوعة من التقنيات. تطبق هذه الأنظمة حدود "الانتقال/عدم الانطلاق" أو "التمرير/عدم الانطلاق" في عملية اللحام، مما يسمح للمستخدمين بمعرفة متى قد يواجه النظام مشكلات، مما يضمن إنتاج منتجات عالية الجودة وتقليل معدلات الخردة.
يعد ضمان أداء الليزر بشكل ثابت طوال دورة حياته أمرًا بالغ الأهمية لزيادة اتساق وكفاءة العملية والحفاظ عليها، وإطالة عمر الليزر، وتحسين عائد استثمار النظام. فقط من خلال قياس أداء الليزر في الميدان في موقع العمل يمكن للمستخدمين معرفة كيفية عمل الليزر بالضبط.
تتميز كل من طرق القياس أثناء العملية وأثناء العملية بمزاياها وعيوبها، ولكن يمكن أن توفر كلتا الطريقتين معلومات مهمة عن المعالجة بالليزر. تتطور المنتجات التي تقيس مؤشرات أداء الليزر باستمرار، وأصبحت أسهل في التشغيل وأكثر متانة. من خلال قياس مؤشرات الأداء الرئيسية المتعددة لليزر، سيجد المستخدمون أنه من الأسهل فهم مبدأ عمل الليزر وإجراء صيانة أداء الليزر على المدى الطويل.
