미국의 제16대 대통령 에이브러햄 링컨은 이렇게 말했습니다. “모든 사람을 한동안 속일 수 있고, 일부 사람을 항상 속일 수는 있지만, 모든 사람을 항상 속일 수는 없습니다.” [11시스템에 통합된 레이저의 성능을 모니터링할 때도 마찬가지입니다. 산업 생산에서는 전체 시스템을 일정 기간 모니터링하거나 시스템의 일부를 항상 모니터링할 수 있지만 전체 시스템을 항상 모니터링하는 것은 불가능합니다. Industry 4.0 시대, 즉 스마트 제조 시대에는 둘의 차이점을 이해하는 것이 매우 중요합니다.
산업 4.0는 모든 계층의 제조 상황을 변화시키고 있습니다. 기술 발전은 제조업체가 산업 생산을 보다 효율적이고 빠르며 스마트하게 수행하는 데 도움이 됩니다. 스마트머신을 제대로 적용하기 위해서는 다양한 데이터를 수집하고 분석, 필터링하여 프로세스를 개선하는 과정이 필요합니다. 데이터가 너무 적으면 프로세스 개선이 방해되지만, 동시에 데이터가 너무 많으면 역효과를 낳을 수 있습니다.
레이저 가공 시스템에는 고유한 작동 특성 및 관련 문제가 있습니다. 레이저 성능에 대한 데이터가 너무 많으면 부담스럽고 부담스러울 수 있으므로 역효과를 낳을 수 있습니다.
레이저 성능 지표를 언제 측정해야 합니까?
레이저 성능을 측정하는 방법에는 네 가지가 있습니다. 첫 번째 접근 방식은 대부분의 레이저 시스템 운영자가 선호하는 예정된 유지 관리입니다. 이 접근 방식에서 레이저 성능 지표는 일반적으로 분기별, 반기별 또는 매년 레이저의 예정된 가동 중지 시간을 기준으로 측정됩니다. 이 기간 동안 레이저 성능 지표를 측정하고 이전 측정치와 비교하여 레이저 작동 추세를 분석합니다.
두 번째 방법은 프로세스 실패 시 측정하는 것입니다. 예를 들어 레이저 용접 중에 용접 품질이 저하되거나 레이저 절단 중에 절단이 실패하거나 수행할 수 없는 경우 레이저 성능을 측정하여 레이저 시스템을 설계된 작동 매개변수로 복원할 수 있습니다.
세 번째와 네 번째 방법은 바로 이 기사에서 설명할 프로세스 중 모니터링 및 프로세스 중 모니터링입니다. 두 방법 모두 장점과 단점이 있습니다. 작업자는 레이저의 최적 가공 방법을 익히면서 이 두 가지 방법의 장점과 단점을 명확히 이해해야 합니다. 또한 작업자는 산업 생산 공정에서 측정하는 데 어떤 레이저 표시기가 중요한지 이해해야 합니다.
레이저 가공 재료는 어떻게 되나요?
높은 요구 사항에 따라 레이저가 사용되는 가공 기술에 관계없이 작업자는 레이저가 재료를 가공하는 방법을 이해해야 합니다. 예를 들어, 용접에 적합한 레이저 유형을 알려면 레이저가 자동차 도어 프레임을 용접하는 방법도 이해해야 합니다. 이를 이해하는 가장 쉬운 방법은 레이저 출력 밀도를 이용하는 것입니다.
출력밀도의 정의는 재료의 단위면적에 조사되는 레이저 출력을 말한다. 전력 밀도는 일반적으로 W/cm2로 표시되며, 여기서 "W"는 전력 "와트"를 나타냅니다. 연속(CW) 레이저의 경우 해당 값은 출력 값이고, 펄스 레이저의 경우 해당 값은 평균 출력 값입니다. "cm2"는 작업면의 레이저 스폿 면적을 나타냅니다. 예를 들어, 100mm의 스폿 크기에 초점을 맞춘 100W 레이저의 출력 밀도는 1.27x103kW/cm2입니다.
레이저의 출력 밀도는 재료에 적용되는 레이저 출력 또는 빛 크기의 변화에 의해 영향을 받습니다. 레이저 작업자는 레이저 공정의 효율적인 작동을 보장하기 위해 이 두 가지 변수를 측정, 분석 및 이해해야 합니다.
중요한 레이저 성능 표시기 측정
레이저 광의 측정은 일반적으로 파워미터를 통해 이루어집니다. 파워 미터는 레이저 빛을 수집하여 전기 신호로 변환한 다음 빔에서 생성된 전력 또는 에너지를 추론하고 최종적으로 분석을 위해 측정값 또는 컴퓨터에 판독값을 제공하는 센서입니다. 이 프로세스는 일반적으로 몇 초밖에 걸리지 않지만 사용되는 기술에 따라 달라질 수 있습니다. 이러한 측정은 특히 레이저 생산 단계에서 데이터 수집 및 분석에 매우 중요합니다. 데이터를 통해 사용자는 레이저 성능이 어떻게 변하고 이러한 변화가 가공 공정에서 레이저 적용에 어떤 영향을 미치는지 이해할 수 있기 때문입니다.
또한 레이저 빔의 직경도 측정해야 합니다. 빔 직경을 계산하는 방법에는 D40 방법, 13.5% 피크 방법, 10/90 나이프 에지 방법 등 여러 가지가 있으며, 다양한 방법의 계산 결과는 크게 다릅니다. 다양한 산업, 배경, 경험을 가진 사람들이 각자의 응용 시나리오에 따라 해당 계산 방법을 사용합니다.
빔 직경을 계산할 때 빔의 진원도 또는 타원율 값을 고려해야 합니다. 빔의 모양과 에너지가 빔 프로파일에 어떻게 분포되는지 이해하는 것이 중요합니다. 가우스 빔인가요 아니면 플랫탑 빔인가요? 공정에서 레이저가 어떻게 사용되는지 이해하려고 할 때 레이저 빔 매개변수의 측정은 산업 표준 빔 휠 측정 시스템으로 완료되어야 합니다.
레이저를 선택하고, 레이저 애플리케이션을 개발하고, 레이저 소스를 시스템에 통합하거나 디버깅할 때 빔 직경 외에도 빔 품질도 고려해야 합니다. 대부분의 경우 레이저가 생산에 투입되면 일반적으로 빔 품질은 더 이상 분석되지 않으므로 레이저가 공장에서 출고되기 전에 빔 품질 분석을 완료하는 것이 매우 중요합니다.
빔 품질은 M2 값으로 표현할 수 있으며 M2 값이 1이면 레이저 빔 품질이 최적임을 나타냅니다. 빔 매개변수 곱(BPP=0xw, 여기서 0는 빔 원거리 발산 각도의 절반 각도이고 w는 빔 웨이스트 반경)과 K 값(1/MM2)도 가능합니다. 레이저빔의 품질을 표현하는데 사용됩니다. 레이저 소스의 빔 품질과 효율성이 향상되었습니다. 다양한 가공 공정의 경우 다양한 레이저 소스에는 고유한 장점이 있습니다.
사용자가 가공 공정 중 레이저 성능 지표의 변화를 이해하는 것이 중요합니다. 레이저 출력, 빔 크기, 시간이 지남에 따라 변화하는 방식과 이유를 측정하는 것은 시스템 성능을 완전히 이해하고 보다 안정적인 장기 성능을 보장하는 데 중요합니다.
공정 중 모니터링과 공정 중 모니터링
오늘날에는 최대한 실시간에 가까운 데이터 입력이 필요합니다. 이를 위해서는 일반적으로 레이저 공정이 진행되는 동안 레이저 성능 측정을 모니터링하는 "공정 중 모니터링"이라고 하는 기술이 필요합니다. 적층 제조 분야에서는 이 기술을 "현장 모니터링"이라고 합니다.
"공정 중 모니터링"에 대응하는 것은 공정 간 레이저 성능을 측정하는 "공정 중 모니터링"입니다. 두 모니터링 방법 모두 고유한 장점과 단점이 있습니다.
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공정 내 모니터링 또는 현장 모니터링은 작동 및 생산 중 레이저 성능의 일부를 측정합니다. 레이저 시스템에는 전용 테스트 하위 시스템이 설치되어 레이저 일부의 성능만 측정하고 실시간으로 분석합니다.
공정 중 모니터링에는 상당한 이점이 있습니다. 첫째, 하위 시스템은 전체 시스템과 통합되어 있기 때문에 두 시스템이 쉽게 통신할 수 있습니다. 레이저 성능에 대한 실시간 피드백이 지속적으로 제공되므로 필요한 경우 전체 시스템을 신속하게 조정할 수 있습니다. 둘째, 이러한 하위 시스템은 통합된 시스템을 위해 특별히 설계되는 경우가 많고 단순하여 고객이 요구하는 피드백만 제공하는 경우가 많습니다. 수집된 정보는 레이저 작업자가 볼 수 있는 인간-기계 인터페이스에 쉽게 표시될 수 있습니다. 또한 이 데이터는 저장 및 분석될 수 있으며, 분석 결과에 따라 경고가 발행되어 시스템과 사용자의 안전을 보장하거나 불량률을 줄일 수 있습니다.
공정 중 모니터링의 가장 큰 단점은 이러한 하위 시스템이 전체 레이저 시스템의 레이저 성능 중 일부만 측정할 수 있다는 것입니다. 레이저가 처리 영역에 도달하기 전에 샘플의 일부가 수집되어 처리 중에 분석됩니다. 불행하게도 가공 중에 발생하는 많은 문제는 레이저 측정 샘플을 수집한 후 가공 영역에 가까운 구성 요소의 기능 저하로 인해 발생하는 경우가 많습니다. 시스템의 구성 요소가 처리 중에 성능이 저하되거나 오류가 발생하면 레이저 측정에 사용되는 샘플이 성능 저하 또는 오류를 놓치고 시스템에 잘못된 피드백을 제공할 수 있습니다.
공정 내 모니터링의 또 다른 단점은 광학 측정 구성 요소를 교정하기가 어렵다는 것입니다. 하위 시스템은 전체 시스템과 통합되어 있기 때문에 재보정을 위해 구성 요소를 제거하는 것이 어렵거나 불가능한 경우가 많습니다. 측정 정확도를 보장하려면 전력 측정 구성 요소를 자주 교정해야 합니다(Ophir에서는 12개월마다 교정을 권장함).
이러한 측정 하위 시스템은 또한 레이저 성능의 실제 측정에 의존하지 않고 레이저 성능을 나타내기 위해 레이저 시스템에 추가적인 감각 피드백을 제공합니다. 예를 들어 레이저 부품을 보호하기 위해 가공 영역에 가까운 커버 유리에 온도 모니터를 설치합니다. 커버 유리에 가공 잔해물이 너무 많아 잔해물이 레이저 에너지를 흡수하여 온도가 상승하는 경우 온도 모니터가 레이저 사용자에게 상기시켜 주고 시스템과 사용자에게 귀중한 정보를 제공합니다.
공정 중 모니터링
공정 중 모니터링은 일반적으로 별도의 제품 세트를 사용하여 레이저 가공 영역에서 측정을 수행하고 전체 레이저 시스템을 분석합니다. 이러한 모니터링 시스템은 레이저 출력, 에너지 및 빔 품질 분석을 측정하기 위한 별도의 제품으로 구성되거나 이러한 매개변수를 동시에 테스트할 수 있는 제품으로 구성될 수 있습니다(그림 2 참조). 이러한 검사 시스템은 서로 상호의존적이거나 독립적일 수 있으며 전체 시스템에 통합되거나 프로세스 간에 시스템을 정기적으로 유지 관리할 수 있습니다.
현장 모니터링과 유사하게 공정 내 모니터링에도 장단점이 있습니다. 공정 중 모니터링의 주요 이점은 시스템 내 전체 레이저 성능을 보다 완벽하게 평가할 수 있다는 것입니다. 레이저 빔의 100%는 전력 또는 에너지 측정을 위해 수집되며, 초점이 맞춰진 지점을 분석하여 사용자에게 해당 시점의 레이저 성능에 대한 포괄적인 분석을 제공할 수도 있습니다. 이 데이터는 시스템 전체에 걸쳐 저장, 저장 또는 기록된 다음 추세 분석을 위해 액세스하여 장애 후 시스템 복구를 보장하고 원래 시스템 효율성을 유지할 수 있습니다. 이 방법을 사용하여 데이터를 수집하면 궁극적으로 사용자에게 레이저 사용에 대한 완전한 그림이 제공되지만 비용이 발생합니다.
at-process 모니터링의 가장 명백한 단점은 가동 중지 시간입니다. 측정은 전체 레이저에 대해 수행되므로 측정을 수행하려면 생산에서 레이저를 제거해야 합니다. 레이저 측정 시스템이 기계에 통합되면 일반적으로 큰 문제는 아니지만 시간은 곧 돈입니다. 그러나 레이저 측정 시스템을 전체 시스템에 통합하는 것은 편리하지만 비용이 많이 들고 때로는 불필요한 것으로 간주될 수도 있습니다. 전체 시스템에 통합되지 않은 경우 레이저 측정 제품을 유지 관리 도구로 사용할 수 있습니다. 그러나 측정을 하려면 레이저를 생산 중단해야 하며, 유지보수 담당자가 레이저 도구의 작동에 익숙하지 않은 경우 측정에 매우 많은 시간이 소요되어 측정 빈도가 낮아지거나 심지어 측정이 전혀 이루어지지 않을 수도 있습니다. 모두.
또한 사용자에게 프로세스에 대한 정보를 제공할 수 있는 다른 제품도 있습니다. 예를 들어, 여러 회사에서는 다양한 기술을 사용하여 용접 공정을 실시간으로 분석할 수 있는 제품을 제공합니다. 이러한 시스템은 용접 프로세스에 대해 "go/no-go" 또는 "pass/no-go" 제한을 구현하여 시스템에 문제가 있을 수 있는 시기를 사용자가 알 수 있도록 하여 더 높은 품질의 제품 생산을 보장하고 폐기율을 줄입니다.
레이저가 수명 주기 전반에 걸쳐 안정적으로 작동하도록 보장하는 것은 프로세스의 일관성과 효율성을 극대화 및 유지하고, 레이저 수명을 연장하며, 시스템의 투자 수익을 향상시키는 데 중요합니다. 작업 현장의 현장에서 레이저 성능을 측정해야만 사용자는 레이저가 어떻게 작동하는지 정확히 알 수 있습니다.
공정 중 측정 방법과 공정 중 측정 방법 모두 장점과 단점이 있지만 두 방법 모두 중요한 레이저 가공 정보를 제공할 수 있습니다. 레이저 성능 표시기를 측정하는 제품은 지속적으로 발전하고 있으며 작동이 더욱 간편해지고 내구성이 향상되고 있습니다. 레이저의 여러 핵심 성과 지표를 측정함으로써 사용자는 레이저의 작동 원리를 더 쉽게 이해하고 레이저의 장기적인 성능 유지 관리를 수행할 수 있습니다.
