จะตรวจสอบตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพเลเซอร์ในระหว่างการประมวลผลด้วยเลเซอร์ได้อย่างไร

อับราฮัม ลินคอล์น ประธานาธิบดีคนที่ 16 ของสหรัฐอเมริกาเคยกล่าวไว้ว่า "คุณสามารถหลอกคนทุกคนได้ในบางเวลา และคุณสามารถหลอกคนบางคนได้ตลอดเวลา แต่คุณไม่สามารถหลอกคนทุกคนได้ตลอดเวลา" [11เช่นเดียวกันเมื่อตรวจสอบประสิทธิภาพของเลเซอร์ที่รวมอยู่ในระบบ ในการผลิตทางอุตสาหกรรมสามารถตรวจสอบทั้งระบบได้ในช่วงระยะเวลาหนึ่งหรือสามารถตรวจสอบบางส่วนของระบบได้ตลอดเวลา แต่ก็เป็นไปไม่ได้ที่จะตรวจสอบทั้งระบบตลอดเวลา ในยุคอุตสาหกรรม 40 นั่นคือยุคของการผลิตที่ชาญฉลาด สิ่งสำคัญมากคือการเข้าใจความแตกต่างระหว่างทั้งสอง

อุตสาหกรรม 4.0 กำลังเปลี่ยนแปลงสถานการณ์การผลิตในทุกสาขาอาชีพ ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีช่วยให้ผู้ผลิตดำเนินการผลิตทางอุตสาหกรรมได้อย่างมีประสิทธิภาพ เร็วขึ้น และชาญฉลาดยิ่งขึ้น ในการใช้เครื่องจักรอัจฉริยะอย่างเหมาะสม จำเป็นต้องรวบรวมข้อมูลต่างๆ วิเคราะห์และกรองเพื่อปรับปรุงกระบวนการ ข้อมูลน้อยเกินไปจะเป็นอุปสรรคต่อการปรับปรุงกระบวนการ แต่ในขณะเดียวกัน ข้อมูลที่มากเกินไปก็อาจไม่เกิดประสิทธิผล

ระบบการประมวลผลด้วยเลเซอร์มีลักษณะการทำงานและประเด็นที่เกี่ยวข้องเป็นของตัวเอง ข้อมูลมากเกินไปเกี่ยวกับประสิทธิภาพของเลเซอร์อาจส่งผลเสียได้ เนื่องจากข้อมูลดังกล่าวอาจล้นหลามและล้นหลามได้

เมื่อใดจึงควรวัดตัวชี้วัดประสิทธิภาพของเลเซอร์?
มีสี่วิธีในการวัดประสิทธิภาพของเลเซอร์ แนวทางแรกคือสิ่งที่ผู้ปฏิบัติงานระบบเลเซอร์ส่วนใหญ่ชอบ ซึ่งเป็นการกำหนดการบำรุงรักษา ในแนวทางนี้ หน่วยวัดประสิทธิภาพของเลเซอร์จะถูกวัดตามกำหนดเวลาการหยุดทำงานของเลเซอร์ ซึ่งโดยปกติจะเป็นรายไตรมาส รายครึ่งปี หรือรายปี ในช่วงเวลานี้ จะมีการวัดตัวชี้วัดประสิทธิภาพของเลเซอร์และเปรียบเทียบกับการวัดก่อนหน้านี้ เพื่อวิเคราะห์แนวโน้มการทำงานของเลเซอร์

วิธีที่สองคือการวัดในระหว่างที่กระบวนการล้มเหลว ตัวอย่างเช่น หากคุณภาพการเชื่อมลดลงในระหว่างการเชื่อมด้วยเลเซอร์ หรือหากการตัดล้มเหลวหรือไม่สามารถทำได้ในระหว่างการตัดด้วยเลเซอร์ ก็สามารถวัดประสิทธิภาพของเลเซอร์เพื่อคืนค่าระบบเลเซอร์ให้เป็นพารามิเตอร์การทำงานที่ออกแบบไว้ได้

วิธีที่สามและสี่คือสิ่งที่บทความนี้จะกล่าวถึงอย่างแน่นอน - การตรวจสอบในกระบวนการและการตรวจสอบในกระบวนการ ทั้งสองวิธีมีข้อดีและข้อเสีย ผู้ปฏิบัติงานจะต้องมีความชัดเจนเกี่ยวกับข้อดีและข้อเสียของทั้งสองวิธีนี้ ขณะเดียวกันก็เชี่ยวชาญในวิธีการประมวลผลเลเซอร์ที่เหมาะสมที่สุด นอกจากนี้ ผู้ปฏิบัติงานต้องเข้าใจว่าตัวบ่งชี้เลเซอร์ตัวใดมีความสำคัญต่อการวัดในระหว่างกระบวนการผลิตทางอุตสาหกรรม

เลเซอร์ประมวลผลวัสดุอย่างไร?

ตามข้อกำหนดระดับสูง ไม่ว่าเลเซอร์จะใช้เทคโนโลยีการประมวลผลแบบใดก็ตาม ผู้ปฏิบัติงานจะต้องเข้าใจวิธีที่เลเซอร์ประมวลผลวัสดุ ตัวอย่างเช่น หากต้องการทราบว่าเลเซอร์ชนิดใดที่เหมาะกับการเชื่อม คุณยังต้องเข้าใจว่าเลเซอร์เชื่อมกรอบประตูรถยนต์อย่างไร วิธีที่ง่ายที่สุดในการทำความเข้าใจสิ่งนี้คือผ่านความหนาแน่นของพลังงานเลเซอร์

คำจำกัดความของความหนาแน่นของพลังงานหมายถึงพลังงานเลเซอร์ที่ฉายรังสีไปยังพื้นที่หน่วยของวัสดุ ความหนาแน่นของพลังงานมักจะแสดงเป็น W/cm2 โดยที่ "W" หมายถึงพลังงาน "วัตต์" สำหรับเลเซอร์ต่อเนื่อง (CW) ค่าของมันคือค่ากำลัง ส่วนสำหรับเลเซอร์แบบพัลซิ่ง ค่าของมันคือค่ากำลังเฉลี่ย "cm2" หมายถึงพื้นที่ของจุดเลเซอร์บนระนาบการทำงาน ตัวอย่างเช่น เลเซอร์ 100 W ที่โฟกัสไปที่จุดขนาด 100 มม. มีความหนาแน่นของพลังงาน 1.27x103kW/cm2

ความหนาแน่นของพลังงานของเลเซอร์ได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงของพลังงานเลเซอร์หรือขนาดแสงที่ใช้กับวัสดุ ผู้ปฏิบัติงานเลเซอร์จะต้องวัด วิเคราะห์ และทำความเข้าใจตัวแปรทั้งสองนี้เพื่อให้แน่ใจว่ากระบวนการเลเซอร์ทำงานอย่างมีประสิทธิภาพ

การวัดตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพเลเซอร์ที่สำคัญ
การวัดแสงเลเซอร์มักจะทำได้โดยใช้มิเตอร์ไฟฟ้า เครื่องวัดกำลังคือเซ็นเซอร์ที่รวบรวมแสงเลเซอร์และแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้า จากนั้นอนุมานกำลังหรือพลังงานที่เกิดจากลำแสง และสุดท้ายจะส่งค่าที่อ่านไปยังมิเตอร์หรือคอมพิวเตอร์เพื่อการวิเคราะห์ โดยปกติกระบวนการนี้จะใช้เวลาเพียงไม่กี่วินาที แต่อาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีที่ใช้ การวัดเหล่านี้มีความสำคัญมากสำหรับการรวบรวมและวิเคราะห์ข้อมูล โดยเฉพาะอย่างยิ่งในขั้นตอนการผลิตเลเซอร์ เนื่องจากข้อมูลช่วยให้ผู้ใช้เข้าใจว่าประสิทธิภาพของเลเซอร์เปลี่ยนแปลงไปอย่างไร และการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ส่งผลต่อการใช้เลเซอร์ในกระบวนการประมวลผลอย่างไร

นอกจากนี้ จะต้องวัดเส้นผ่านศูนย์กลางของลำแสงเลเซอร์ด้วย มีหลายวิธีในการคำนวณเส้นผ่านศูนย์กลางลำแสง เช่น วิธี D40 วิธีจุดสูงสุด 13.5% และวิธีการคมมีด 10/90 และผลการคำนวณของวิธีต่างๆ จะแตกต่างกันอย่างมาก ผู้คนจากอุตสาหกรรม พื้นหลัง และประสบการณ์ที่แตกต่างกันใช้วิธีการคำนวณที่สอดคล้องกันตามสถานการณ์การใช้งานของพวกเขา
เมื่อคำนวณเส้นผ่านศูนย์กลางของลำแสงต้องพิจารณาค่าความกลมหรือค่าความรีของลำแสง สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจรูปร่างของลำแสงและวิธีกระจายพลังงานในโปรไฟล์ลำแสง เป็นคานเกาส์เซียนหรือคานแบน? เมื่อพยายามทำความเข้าใจวิธีการใช้เลเซอร์ในกระบวนการ การวัดพารามิเตอร์ลำแสงเลเซอร์ควรจะเสร็จสิ้นโดยใช้ระบบการวัดล้อลำแสงมาตรฐานอุตสาหกรรม

นอกจากเส้นผ่านศูนย์กลางลำแสงแล้ว ยังต้องพิจารณาคุณภาพของลำแสงเมื่อเลือกเลเซอร์ พัฒนาการใช้งานเลเซอร์ และบูรณาการหรือแก้ไขแหล่งกำเนิดเลเซอร์เข้าสู่ระบบ ในกรณีส่วนใหญ่ เมื่อนำเลเซอร์เข้าสู่การผลิต โดยทั่วไปคุณภาพของลำแสงจะไม่ได้รับการวิเคราะห์อีกต่อไป ดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญมากที่จะต้องวิเคราะห์คุณภาพลำแสงให้เสร็จสิ้นก่อนที่เลเซอร์จะออกจากโรงงาน

คุณภาพของลำแสงสามารถแสดงได้ด้วยค่า M2 และค่า M2 เท่ากับ 1.0 บ่งชี้ว่าคุณภาพลำแสงเลเซอร์มีความเหมาะสมที่สุด ผลิตภัณฑ์พารามิเตอร์ลำแสง (BPP=0xw โดยที่ 0 คือมุมครึ่งหนึ่งของมุมไดเวอร์เจนซ์ของลำแสงระยะไกล และ w คือรัศมีเอวของลำแสง) และค่า K (1/MM2) ก็สามารถ ใช้เพื่อแสดงคุณภาพลำแสงเลเซอร์ คุณภาพลำแสงและประสิทธิภาพของแหล่งกำเนิดเลเซอร์ได้รับการปรับปรุง เมื่อพูดถึงกระบวนการแปรรูปที่แตกต่างกัน แหล่งกำเนิดเลเซอร์ที่แตกต่างกันก็มีข้อดีในตัวเอง

สิ่งสำคัญคือผู้ใช้จะต้องเข้าใจการเปลี่ยนแปลงในตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพของเลเซอร์ในระหว่างกระบวนการประมวลผล การวัดกำลังเลเซอร์ ขนาดลำแสง รวมถึงวิธีและสาเหตุที่มีการเปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำความเข้าใจประสิทธิภาพของระบบอย่างสมบูรณ์ และรับประกันประสิทธิภาพในระยะยาวที่มีเสถียรภาพมากขึ้น

การตรวจสอบในกระบวนการเทียบกับการตรวจสอบในกระบวนการ
ปัจจุบัน การป้อนข้อมูลจำเป็นต้องใกล้เคียงกับเรียลไทม์มากที่สุด ซึ่งต้องใช้เทคนิคที่เรียกกันทั่วไปว่า "การตรวจสอบในกระบวนการ" ซึ่งเกี่ยวข้องกับการตรวจสอบการวัดประสิทธิภาพของเลเซอร์ในขณะที่กระบวนการเลเซอร์อยู่ระหว่างดำเนินการ ในด้านการผลิตแบบเติมเนื้อ เทคนิคนี้เรียกว่า "การตรวจสอบในแหล่งกำเนิด"

สิ่งที่เทียบเท่ากับ "การตรวจสอบในกระบวนการ" คือ "การตรวจสอบที่กระบวนการ" ซึ่งวัดประสิทธิภาพของเลเซอร์ระหว่างกระบวนการ วิธีการติดตามทั้งสองมีข้อดีและข้อเสียในตัวเอง

n-processmkai
การตรวจสอบในกระบวนการหรือการตรวจสอบในแหล่งกำเนิดจะวัดประสิทธิภาพของเลเซอร์ระหว่างการทำงานและการผลิต ระบบย่อยการทดสอบเฉพาะได้รับการตั้งค่าไว้ในระบบเลเซอร์เพื่อวัดประสิทธิภาพของส่วนหนึ่งของเลเซอร์เท่านั้นและวิเคราะห์แบบเรียลไทม์
การตรวจสอบระหว่างกระบวนการมีข้อได้เปรียบที่สำคัญ ประการแรก เนื่องจากระบบย่อยถูกรวมเข้ากับทั้งระบบ ทั้งสองจึงสามารถสื่อสารกันได้อย่างง่ายดาย การตอบสนองแบบเรียลไทม์เกี่ยวกับประสิทธิภาพของเลเซอร์จะถูกส่งอย่างต่อเนื่อง ดังนั้นจึงสามารถปรับเปลี่ยนทั้งระบบได้อย่างรวดเร็วหากจำเป็น ประการที่สอง ระบบย่อยเหล่านี้มักได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับระบบที่รวมเข้าด้วยกันและมักจะเรียบง่าย โดยให้เฉพาะผลตอบรับที่ลูกค้าต้องการเท่านั้น ข้อมูลที่พวกเขารวบรวมสามารถนำเสนอได้อย่างง่ายดายบนอินเทอร์เฟซระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักรที่ผู้ปฏิบัติงานเลเซอร์มองเห็นได้ ข้อมูลนี้ยังสามารถจัดเก็บและวิเคราะห์ได้ และสามารถออกคำเตือนตามผลการวิเคราะห์เพื่อความปลอดภัยของระบบและผู้ใช้ หรือเพื่อลดอัตราของเสีย

ข้อเสียเปรียบหลักของการตรวจสอบในกระบวนการคือระบบย่อยเหล่านี้สามารถวัดประสิทธิภาพเลเซอร์ของระบบเลเซอร์ทั้งหมดได้เพียงบางส่วนเท่านั้น ตัวอย่างบางส่วนจะถูกรวบรวมก่อนที่เลเซอร์จะไปถึงพื้นที่การประมวลผล และวิเคราะห์ระหว่างการประมวลผล น่าเสียดายที่ปัญหามากมายที่เกิดขึ้นระหว่างการประมวลผลมักเกิดจากการเสื่อมประสิทธิภาพการทำงานของส่วนประกอบใกล้กับพื้นที่การประมวลผลหลังจากเก็บตัวอย่างการวัดด้วยเลเซอร์แล้ว หากส่วนประกอบในระบบเสื่อมคุณภาพหรือล้มเหลวในระหว่างการประมวลผล ตัวอย่างที่ใช้สำหรับการวัดด้วยเลเซอร์อาจพลาดการเสื่อมสภาพหรือความล้มเหลว ส่งผลให้ระบบป้อนกลับผิดพลาด

ข้อเสียอีกประการหนึ่งของการตรวจสอบในกระบวนการคือความยากในการสอบเทียบส่วนประกอบการวัดด้วยแสง เนื่องจากระบบย่อยถูกรวมเข้ากับระบบโดยรวม จึงมักจะเป็นเรื่องยากหรือเป็นไปไม่ได้ที่จะถอดส่วนประกอบออกเพื่อการสอบเทียบใหม่ ส่วนประกอบการวัดกำลังจะต้องได้รับการสอบเทียบบ่อยครั้ง (Ophir แนะนำให้ทำการสอบเทียบทุกๆ 12 เดือน) เพื่อให้มั่นใจในความแม่นยำในการวัด

ระบบย่อยการวัดดังกล่าวยังให้การตอบสนองทางประสาทสัมผัสเพิ่มเติมไปยังระบบเลเซอร์เพื่อระบุประสิทธิภาพของเลเซอร์โดยไม่ต้องอาศัยการวัดประสิทธิภาพของเลเซอร์จริง ตัวอย่างเช่น มีการติดตั้งเครื่องตรวจวัดอุณหภูมิบนกระจกฝาครอบใกล้กับพื้นที่การประมวลผลเพื่อปกป้องส่วนประกอบเลเซอร์ เมื่อมีเศษการประมวลผลมากเกินไปบนกระจกฝาครอบ และเศษดูดซับพลังงานเลเซอร์ ทำให้อุณหภูมิสูงขึ้น เครื่องตรวจวัดอุณหภูมิ จะเตือนผู้ใช้เลเซอร์และให้ข้อมูลอันมีค่าแก่ระบบและผู้ใช้

การตรวจสอบในกระบวนการ
โดยทั่วไปการตรวจสอบที่กระบวนการจะใช้ชุดผลิตภัณฑ์แยกต่างหากเพื่อทำการวัดในพื้นที่การประมวลผลด้วยเลเซอร์และวิเคราะห์ระบบเลเซอร์ทั้งหมด ระบบตรวจสอบเหล่านี้สามารถประกอบด้วยผลิตภัณฑ์แยกต่างหากสำหรับการวัดกำลังเลเซอร์ พลังงาน และการวิเคราะห์คุณภาพลำแสง หรืออาจประกอบด้วยผลิตภัณฑ์ที่สามารถทดสอบพารามิเตอร์เหล่านี้พร้อมกันได้ (ดูรูปที่ 2) ระบบการตรวจสอบเหล่านี้สามารถพึ่งพาอาศัยกันหรือเป็นอิสระจากกัน รวมเข้ากับระบบโดยรวม หรือสามารถบำรุงรักษาระบบอย่างสม่ำเสมอระหว่างกระบวนการต่างๆ

เช่นเดียวกับการตรวจสอบในแหล่งกำเนิด การตรวจสอบที่กระบวนการมีข้อดีและข้อเสีย ประโยชน์หลักของการตรวจสอบที่กระบวนการคือการประเมินประสิทธิภาพของเลเซอร์ทั้งหมดภายในระบบได้สมบูรณ์ยิ่งขึ้น ลำแสงเลเซอร์ 100% จะถูกรวบรวมไว้สำหรับการวัดกำลังหรือพลังงาน และสามารถวิเคราะห์จุดที่โฟกัสได้เพื่อให้ผู้ใช้ได้รับการวิเคราะห์ที่ครอบคลุมเกี่ยวกับประสิทธิภาพของเลเซอร์ ณ เวลานั้น ข้อมูลนี้สามารถบันทึก จัดเก็บ หรือบันทึกทั่วทั้งระบบ จากนั้นจึงเข้าถึงเพื่อการวิเคราะห์แนวโน้มเพื่อให้แน่ใจว่าระบบจะฟื้นตัวหลังจากเกิดความล้มเหลว และรักษาประสิทธิภาพระบบเดิมไว้ การรวบรวมข้อมูลโดยใช้วิธีนี้จะทำให้ผู้ใช้เห็นภาพการใช้งานเลเซอร์ที่สมบูรณ์ แต่จะมีค่าใช้จ่าย

ข้อเสียที่ชัดเจนที่สุดของการตรวจสอบขณะดำเนินการคือการหยุดทำงาน เนื่องจากการวัดจะดำเนินการบนเลเซอร์ทั้งหมด จึงต้องถอดเลเซอร์ออกจากการผลิตเพื่อทำการวัด หากรวมระบบการวัดด้วยเลเซอร์เข้ากับเครื่องจักร ก็มักจะไม่ใช่เรื่องใหญ่ แต่เวลาคือเงิน อย่างไรก็ตาม แม้ว่าการรวมระบบการวัดด้วยเลเซอร์เข้ากับระบบโดยรวมจะสะดวก แต่ก็อาจมีค่าใช้จ่ายสูงและบางครั้งก็ถือว่าไม่จำเป็นด้วยซ้ำ หากไม่ได้รวมเข้ากับระบบโดยรวม ผลิตภัณฑ์การวัดด้วยเลเซอร์ก็สามารถใช้เป็นเครื่องมือในการบำรุงรักษาได้ อย่างไรก็ตาม จะต้องถอดเลเซอร์ออกจากการผลิตเพื่อทำการวัด และเมื่อเจ้าหน้าที่บำรุงรักษาไม่คุ้นเคยกับการทำงานของเครื่องมือเลเซอร์ การวัดจะใช้เวลานานมาก ซึ่งอาจส่งผลให้การวัดน้อยลงหรือแม้กระทั่งไม่มีการวัดเลยที่ ทั้งหมด.

นอกจากนี้ยังมีผลิตภัณฑ์อื่นๆ ที่สามารถให้ข้อมูลเกี่ยวกับกระบวนการแก่ผู้ใช้ได้ ตัวอย่างเช่น หลายบริษัทนำเสนอผลิตภัณฑ์ที่สามารถวิเคราะห์กระบวนการเชื่อมแบบเรียลไทม์โดยใช้เทคโนโลยีที่หลากหลาย ระบบเหล่านี้ใช้ข้อจำกัด "ไป/ไม่ไป" หรือ "ผ่าน/ไม่ไป" ในกระบวนการเชื่อม ช่วยให้ผู้ใช้ทราบว่าระบบอาจมีปัญหาเมื่อใด ช่วยให้มั่นใจในการผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีคุณภาพสูงขึ้นและลดอัตราของเสีย

การตรวจสอบให้แน่ใจว่าเลเซอร์ทำงานได้อย่างเสถียรตลอดวงจรชีวิตถือเป็นสิ่งสำคัญในการเพิ่มและรักษาความสม่ำเสมอและประสิทธิภาพของกระบวนการ ยืดอายุของเลเซอร์ และปรับปรุงผลตอบแทนจากการลงทุนของระบบ มีเพียงการวัดประสิทธิภาพของเลเซอร์ในภาคสนามที่ไซต์งานเท่านั้นที่ผู้ใช้สามารถทราบได้อย่างแน่ชัดว่าเลเซอร์ทำงานอย่างไร

วิธีการวัดทั้งในกระบวนการและในกระบวนการมีข้อดีและข้อเสียในตัวเอง แต่ทั้งสองวิธีสามารถให้ข้อมูลการประมวลผลด้วยเลเซอร์ที่สำคัญได้ ผลิตภัณฑ์ที่วัดตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพเลเซอร์มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง ใช้งานง่ายขึ้น และทนทานมากขึ้น ด้วยการวัดตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพหลักหลายตัวของเลเซอร์ ผู้ใช้จะเข้าใจหลักการทำงานของเลเซอร์ได้ง่ายขึ้น และบำรุงรักษาประสิทธิภาพของเลเซอร์ในระยะยาว