Abraham Lincoln, Presiden Amerika Serikat ke-16, pernah berkata: "Anda dapat membodohi semua orang pada suatu waktu, dan Anda dapat membodohi beberapa orang sepanjang waktu, tetapi Anda tidak dapat membodohi semua orang sepanjang waktu." [11Hal yang sama juga berlaku ketika memantau kinerja laser yang terintegrasi ke dalam suatu sistem. Dalam produksi industri, seluruh sistem dapat dipantau untuk jangka waktu tertentu, atau sebagian sistem dapat dipantau sepanjang waktu, namun tidak mungkin memantau keseluruhan sistem sepanjang waktu. Di era Industri 4.0, yaitu era manufaktur cerdas, sangat penting untuk memahami perbedaan keduanya.
Industri 4.0 mengubah situasi manufaktur di semua lapisan masyarakat. Kemajuan teknologi membantu produsen melakukan produksi industri dengan lebih efisien, cepat, dan cerdas. Untuk menerapkan mesin pintar dengan benar, perlu mengumpulkan berbagai data, menganalisis, dan memfilternya untuk meningkatkan prosesnya. Terlalu sedikit data akan menghambat perbaikan proses, namun pada saat yang sama, terlalu banyak data mungkin kontraproduktif.
Sistem pemrosesan laser memiliki karakteristik pengoperasian dan masalah terkaitnya sendiri. Terlalu banyak data tentang kinerja laser dapat menjadi kontraproduktif, karena dapat membebani dan membebani.
Kapan mengukur metrik kinerja laser?
Ada empat cara untuk mengukur kinerja laser. Pendekatan pertama yang disukai sebagian besar operator sistem laser, yaitu pemeliharaan terjadwal. Dalam pendekatan ini, metrik kinerja laser diukur berdasarkan waktu henti laser yang terjadwal, biasanya triwulanan, semesteran, atau tahunan. Selama waktu ini, metrik kinerja laser diukur dan dibandingkan dengan pengukuran sebelumnya untuk menganalisis tren pengoperasian laser.
Metode kedua adalah mengukur selama kegagalan proses. Misalnya, jika kualitas las menurun selama pengelasan laser, atau jika pemotongan gagal atau tidak dapat dilakukan selama pemotongan laser, kinerja laser dapat diukur untuk mengembalikan sistem laser ke parameter pengoperasian yang dirancang.
Metode ketiga dan keempat adalah apa yang akan dibahas dalam artikel ini - pemantauan dalam proses dan pemantauan saat proses. Kedua metode tersebut mempunyai kelebihan dan kekurangan masing-masing. Operator harus memahami dengan jelas kelebihan dan kekurangan kedua metode ini sambil menguasai metode pemrosesan laser yang optimal. Selain itu, operator juga harus memahami indikator laser mana yang penting untuk diukur selama proses produksi industri.
Bagaimana cara laser memproses material?
Sesuai dengan persyaratan yang tinggi, apa pun teknologi pemrosesan yang digunakan laser, operator harus memahami cara laser memproses material. Misalnya, untuk mengetahui jenis laser mana yang cocok untuk pengelasan, Anda bahkan harus memahami cara laser mengelas kusen pintu mobil. Cara termudah untuk memahami hal ini adalah melalui kepadatan daya laser.
Definisi kepadatan daya mengacu pada daya laser yang disinari ke satuan luas material. Kerapatan daya biasanya dinyatakan dalam W/cm2, dimana "W" berarti daya "watt". Untuk laser kontinu (CW), nilainya adalah nilai daya: untuk laser berdenyut, nilainya adalah nilai daya rata-rata. "cm2" mewakili luas titik laser pada bidang kerja. Misalnya, laser 100 W yang difokuskan pada ukuran titik 100 mm memiliki kepadatan daya 1,27x103kW/cm2.
Kepadatan daya laser dipengaruhi oleh perubahan daya laser atau ukuran cahaya yang diterapkan pada material. Operator laser harus mengukur, menganalisis, dan memahami kedua variabel ini untuk memastikan pengoperasian proses laser yang efisien.
Pengukuran indikator kinerja laser yang penting
Pengukuran sinar laser biasanya dilakukan dengan meteran listrik. Meteran listrik adalah sensor yang mengumpulkan sinar laser dan mengubahnya menjadi sinyal listrik, kemudian menyimpulkan daya atau energi yang dihasilkan oleh sinar tersebut, dan akhirnya memberikan pembacaan ke meteran atau komputer untuk dianalisis. Proses ini biasanya hanya memakan waktu beberapa detik, namun bisa berbeda-beda tergantung teknologi yang digunakan. Pengukuran ini sangat penting untuk pengumpulan dan analisis data, terutama pada tahap produksi laser, karena data memungkinkan pengguna memahami bagaimana kinerja laser berubah dan bagaimana perubahan ini memengaruhi penerapan laser dalam proses pemrosesan.
Selain itu, diameter sinar laser harus diukur. Ada banyak cara untuk menghitung diameter balok, seperti metode D40, metode puncak 13,5%, dan metode tepi pisau 10/90, dan hasil perhitungan dari berbagai metode sangat bervariasi. Orang-orang dari berbagai industri, latar belakang, dan pengalaman menggunakan metode penghitungan yang sesuai dengan skenario penerapannya.
Saat menghitung diameter balok, nilai kebulatan atau eliptisitas balok harus diperhatikan. Penting untuk memahami bentuk berkas dan bagaimana energi didistribusikan dalam profil berkas. Apakah itu balok Gaussian atau balok puncak datar? Saat mencoba memahami bagaimana laser digunakan dalam proses tersebut, pengukuran parameter sinar laser harus diselesaikan dengan sistem pengukuran roda sinar berstandar industri.
Selain diameter sinar, kualitas sinar juga harus dipertimbangkan ketika memilih laser, mengembangkan aplikasi laser, dan mengintegrasikan atau melakukan debug sumber laser ke dalam sistem. Dalam kebanyakan kasus, setelah laser diproduksi, kualitas sinarnya umumnya tidak lagi dianalisis, jadi sangat penting untuk menyelesaikan analisis kualitas sinar sebelum laser meninggalkan pabrik.
Kualitas sinar dapat dinyatakan dengan nilai M2, dan nilai M2 sebesar 1.0 menunjukkan bahwa kualitas sinar laser optimal. Hasil kali parameter sinar (BPP=0xw, di mana 0 adalah setengah sudut sudut divergensi medan jauh sinar dan w adalah jari-jari pinggang sinar) dan nilai K (1/MM2) juga dapat digunakan untuk menyatakan kualitas sinar laser. Kualitas sinar dan efisiensi sumber laser telah meningkat. Jika menyangkut proses pemrosesan yang berbeda, sumber laser yang berbeda memiliki kelebihannya masing-masing.
Penting bagi pengguna untuk memahami perubahan indikator kinerja laser selama proses pemrosesan. Mengukur kekuatan laser, ukuran sinar, dan bagaimana serta mengapa perubahannya seiring waktu sangat penting untuk memahami sepenuhnya kinerja sistem dan memastikan kinerja jangka panjang yang lebih stabil.
Pemantauan dalam proses vs. pemantauan saat proses
Saat ini, input data diperlukan sedekat mungkin dengan waktu nyata. Hal ini memerlukan teknik yang biasa disebut sebagai "pemantauan dalam proses", yang melibatkan pemantauan pengukuran kinerja laser saat proses laser sedang berlangsung. Di bidang manufaktur aditif, teknik ini disebut "pemantauan in-situ".
Lawan dari "pemantauan dalam proses" adalah "pemantauan saat proses", yang mengukur kinerja laser antar proses. Kedua metode pemantauan tersebut mempunyai kelebihan dan kekurangan masing-masing.
n-prosesmkai
Pemantauan dalam proses atau pemantauan in situ mengukur sebagian kinerja laser selama pengoperasian dan produksi. Subsistem pengujian khusus disiapkan dalam sistem laser untuk hanya mengukur kinerja sebagian laser dan menganalisisnya secara real-time.
Pemantauan dalam proses memiliki keuntungan yang signifikan. Pertama, karena subsistem terintegrasi dengan keseluruhan sistem, keduanya dapat berkomunikasi dengan mudah. Umpan balik real-time mengenai kinerja laser dikirimkan secara terus-menerus, sehingga penyesuaian pada keseluruhan sistem dapat dilakukan dengan cepat jika diperlukan. Kedua, subsistem ini sering kali dirancang khusus untuk sistem tempat mereka diintegrasikan dan seringkali sederhana, hanya memberikan umpan balik yang diperlukan oleh pelanggan. Informasi yang mereka kumpulkan dapat dengan mudah disajikan pada antarmuka manusia-mesin yang dapat dilihat oleh operator laser. Data ini juga dapat disimpan dan dianalisis, dan peringatan dapat dikeluarkan berdasarkan hasil analisis untuk memastikan keamanan sistem dan pengguna, atau untuk mengurangi tingkat kerusakan.
Kerugian utama dari pemantauan dalam proses adalah bahwa subsistem ini hanya dapat mengukur sebagian kinerja laser dari keseluruhan sistem laser. Sebagian sampel dikumpulkan sebelum laser mencapai area pemrosesan dan dianalisis selama pemrosesan. Sayangnya, banyak masalah yang muncul selama pemrosesan sering kali disebabkan oleh penurunan fungsi komponen di dekat area pemrosesan setelah sampel pengukuran laser dikumpulkan. Jika komponen dalam sistem mengalami penurunan atau kegagalan selama pemrosesan, sampel yang digunakan untuk pengukuran laser mungkin tidak mengalami degradasi atau kegagalan, sehingga memberikan umpan balik yang salah ke sistem.
Kerugian lain dari pemantauan dalam proses adalah kesulitan dalam mengkalibrasi komponen pengukuran optik. Karena subsistem terintegrasi dengan sistem secara keseluruhan, seringkali sulit atau tidak mungkin untuk menghapus komponen untuk kalibrasi ulang. Komponen pengukuran daya harus sering dikalibrasi (Ophir merekomendasikan kalibrasi setiap 12 bulan) untuk memastikan keakuratan pengukuran.
Subsistem pengukuran tersebut juga memberikan umpan balik sensorik tambahan ke sistem laser untuk menunjukkan kinerja laser tanpa bergantung pada pengukuran kinerja laser yang sebenarnya. Misalnya, monitor suhu dipasang pada kaca penutup dekat area pemrosesan untuk melindungi komponen laser. Ketika ada terlalu banyak serpihan pemrosesan pada kaca penutup dan serpihan tersebut menyerap energi laser, menyebabkan suhu meningkat, monitor suhu Ini akan mengingatkan pengguna laser dan memberikan informasi berharga kepada sistem dan pengguna.
Pemantauan saat proses
Pemantauan pada proses biasanya menggunakan serangkaian produk terpisah untuk melakukan pengukuran di area pemrosesan laser dan menganalisis keseluruhan sistem laser. Sistem pemantauan ini dapat terdiri dari produk terpisah untuk mengukur daya laser, energi, dan analisis kualitas sinar, atau dapat terdiri dari produk yang dapat menguji parameter ini secara bersamaan (lihat Gambar 2). Sistem inspeksi ini dapat saling bergantung atau independen satu sama lain, diintegrasikan ke dalam sistem secara keseluruhan, atau sistem dapat dipelihara secara berkala antar proses.
Mirip dengan pemantauan in situ, pemantauan pada proses mempunyai kelebihan dan kekurangan. Manfaat utama pemantauan saat proses adalah penilaian yang lebih lengkap terhadap keseluruhan kinerja laser dalam sistem. 100% sinar laser dikumpulkan untuk pengukuran daya atau energi, dan titik fokus juga dapat dianalisis untuk memberi pengguna analisis komprehensif tentang kinerja laser pada saat itu. Data ini dapat disimpan, disimpan, atau dicatat di seluruh sistem, dan kemudian diakses untuk analisis tren guna memastikan pemulihan sistem setelah kegagalan dan mempertahankan efisiensi sistem asli. Pengumpulan data menggunakan metode ini pada akhirnya memberikan gambaran lengkap kepada pengguna tentang penggunaan laser, namun hal ini memerlukan biaya.
Kerugian paling nyata dari pemantauan saat proses adalah waktu henti (downtime). Karena pengukuran dilakukan pada keseluruhan laser, laser harus dikeluarkan dari produksi untuk melakukan pengukuran. Jika sistem pengukuran laser diintegrasikan ke dalam mesin, biasanya ini bukan masalah besar, tetapi waktu adalah uang. Namun, meskipun mengintegrasikan sistem pengukuran laser ke dalam sistem secara keseluruhan merupakan hal yang mudah, hal ini dapat memakan biaya yang mahal dan terkadang bahkan dianggap tidak diperlukan. Jika tidak diintegrasikan ke dalam sistem secara keseluruhan, produk pengukuran laser dapat digunakan sebagai alat pemeliharaan. Namun, laser harus dikeluarkan dari produksi untuk melakukan pengukuran, dan jika personel pemeliharaan tidak terbiasa dengan pengoperasian alat laser, pengukuran akan sangat memakan waktu, sehingga dapat mengakibatkan pengukuran menjadi lebih jarang atau bahkan tidak ada pengukuran sama sekali. semua.
Selain itu, ada produk lain yang dapat memberikan informasi kepada pengguna tentang prosesnya. Misalnya, beberapa perusahaan menawarkan produk yang dapat menganalisis proses pengelasan secara real time dengan menggunakan berbagai teknologi. Sistem ini menerapkan batasan "go/no-go" atau "pass/no-go" pada proses pengelasan, memungkinkan pengguna mengetahui kapan sistem mungkin mengalami masalah, memastikan produksi produk berkualitas lebih tinggi dan mengurangi tingkat scrap.
Memastikan bahwa laser bekerja secara stabil sepanjang siklus hidupnya sangat penting untuk memaksimalkan dan menjaga konsistensi dan efisiensi proses, memperpanjang masa pakai laser, dan meningkatkan laba atas investasi sistem. Hanya dengan mengukur kinerja laser di lapangan di lokasi kerja, pengguna dapat mengetahui secara pasti cara kerja laser.
Baik metode pengukuran dalam proses maupun saat proses memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing, namun kedua metode tersebut dapat memberikan informasi pemrosesan laser yang penting. Produk yang mengukur indikator kinerja laser terus berkembang, menjadi lebih mudah dioperasikan, dan lebih tahan lama. Dengan mengukur beberapa indikator kinerja utama laser, pengguna akan lebih mudah memahami prinsip kerja laser dan melakukan pemeliharaan kinerja laser dalam jangka panjang.
