Отходы производства: как уменьшить их с помощью лазерного профилирования и определения характеристик

1. Лучший способ
2. Сканирующие щелевые профилировщики: микроватты до 1000 Вт
3. Профилирование на основе камеры: микроватты до 1000 Вт
4. Бесконтактный: от 500 Вт до 120 кВт

Марк Сзорик, МКС Инструменты

NanoScan 2s - сканирующий профилировщик с щелевым лучом, который захватывает и анализирует длины волн от 190 до 950 нм. Пользовательский интерфейс сообщает измеренные характеристики луча. [Изображение предоставлено MKS Instruments]

Как правило, большинство отраслей, готовящих производственную линию, используют несколько жертвенных продуктов, а затем, если все проверено, начинают производство. Это все хорошо, пока не получится неожиданное попадание в качество продукта или объем - или в оба. Когда что-то выходит из строя в современном, точном, высокоскоростном процессе, это может быстро затронуть сотни или даже тысячи ценных деталей, создавая массу лома, часто с большими затратами.

В процессе производства лазера важно знать, какие параметры процесса или ключевые параметры управления следует измерять и как они связаны с качеством продукта и отходами. Система лазерного профилирования может быть очень полезна в этом вопросе. Нередко обсуждают лазерный процесс пользователя и приходят к выводу, что он никогда не оценивал качество своего луча за пределами первоначальной поставки и оценки документа по вводу в эксплуатацию или сертификации своего лазера.

Многие компании просто запускают несколько тестовых компонентов после первоначальной настройки системы и, если все идет хорошо, продолжают работать до тех пор, пока неисправные части неизбежно не появятся. Когда это происходит, операторы, инженеры-технологи, обслуживающий персонал и супервизоры активно участвуют в настройке различных ручек и элементов управления в надежде вернуть процесс к «нормальному состоянию». Это может продолжаться в течение нескольких дней, прежде чем кто-то потеряет терпение из-за монтажного лома и его отходов. расходы. Это когда яростный вызов отправляется в сервисную организацию, чтобы получить данные о том, что может пойти не так, что повлечет за собой дополнительные расходы и увеличит время простоя. Этот подход, к сожалению, является всего лишь временным промежутком, который редко приводит к выявлению и окончательному устранению проблемы.

Лучший способ

Шесть Сигма учит, что вы можете в конечном итоге контролировать потери и снизить общую стоимость, если вы отображаете процесс и понимаете ключевые переменные, связанные с каждым шагом, а также источники изменчивости, связанные с этими переменными. Чтобы уменьшить количество отходов, крайне важно понимать переменные внутри процесса и соотносить их с техническими характеристиками и пригодностью конечного продукта (пригодными для использования). Что касается лазерных применений, ключевыми переменными могут быть диаметр луча, томография или модальная структура луча, пространственная мощность, плотность и распределение энергии, коллимация или выравнивание.

• Диаметр луча или симметрия, также известная как ширина луча, относится к круглому поперечному сечению лазера относительно его большой и вспомогательной осей. Связанные названия включают: сигма D4, 1 / e2, и 10/90 или 20/80 лезвие ножа. Луч
• Лучевая томография или модальная структура относится к 1D, 2D и 3D профилям или аспектам данного луча.
• Пространственная мощность - это сумма полной энергии или мощности, измеренная устройством в известной или определенной области - окружности, квадрате, эллипсе и т. Д. Обычно измерения мощности и энергии проводятся с использованием измерителя мощности и соответствующей головки датчика мощности или энергии.
• Плотность энергии - это количество энергии, измеренное в определенной области. Как и пространственная мощность, она обычно измеряется с использованием измерителя мощности и соответствующего датчика пироэлектрической энергии.
• Коллимация - это широкий термин, используемый во многих различных областях, связанных с лазерами. Это мера того, насколько хорошо выровнен лазерный источник распространения к конечной цели. Многие лазеры имеют встроенные коллиматоры для регулировки или оптимизации фокусировки луча.

Понимание, измерение и сопоставление этих переменных окажет положительное влияние на качество конечного продукта (пригонка и отделка) и сокращение отходов. Точные данные процесса, собранные до и после производственного цикла, обеспечивают критическое знание процесса и отслеживаемость, требуемую многими отраслями. Ожидание отказа или использование конечного продукта в качестве индикатора проблемы должно быть делом прошлого.

Тем не менее, многие люди, использующие лазеры, не знают, что помимо базовой комбинации измерителя мощности и датчика имеется ряд инструментов, которые помогают измерять, характеризовать и понимать их мощность лазера в режиме реального времени. В следующем обзоре перечислены некоторые из многих инструментов профилирования и их возможности.

Сканирующие щелевые профилировщики: микроватты до 1000 Вт

NanoScan, высокоточный прибор, измеряет импульсные лазерные источники непрерывной волны и кГц с размерами луча от 7 мкм до 6 мм, в зависимости от мощности и длины волны. Прибор измеряет длины волн от 190 нм до 100 мкм. Это можно сделать, выбрав один из 3 различных одноэлементных детекторов: кремний (от 190 до 950 нм), германий (от 700 до 1800 нм) или пироэлектрический (от 190 до 100 мкм).

После выравнивания с лазерным источником результаты мгновенные. Настраиваемые результаты включают ширину луча, положение центроида, расходимость луча, эллиптичность, подгонку Гаусса, стабильность наведения и многое другое. Программное обеспечение NanoScan регистрирует измеренные данные и создает диаграммы и отчеты.

Поскольку это сканирующее щелевое устройство, в большинстве случаев дополнительное затухание не требуется. Это портативное устройство использует прямое подключение USB и поэтому не требует внешних контроллеров или источников питания.

Профилирование на основе камеры: микроватты до 1000 Вт

Как правило, системы на базе камер включают в себя камеру, аксессуар для ослабления луча и программное обеспечение. Такое расположение позволяет пользователям оценивать непрерывные и импульсные источники с длинами волн от 190 нм до 3000 мкм. В камерах используется детектор с решеткой, а не один элемент. Поскольку эти камеры имеют детекторные матрицы, которые в основном зависят от размера пикселя, они несколько ограничены в отношении наименьшего луча, который они могут точно измерять без дополнительных оптических улучшений. Как правило, нам нравится освещать минимальный блок 10 x 10 пикселей, чтобы обеспечить точное представление лазерного источника.

Размеры луча от 40 мкм до 4 мм можно анализировать в зависимости от камеры и решетки. Большинство камер имеют интерфейсы USB, поэтому они легко подключаются к компьютеру.

Бесконтактный: от 500 Вт до 120 кВт

BeamWatch, мощный, бесконтактный монитор фокусного пятна и размера, измеряет лазеры с длинами волн от 980 до 1080 нм. Прелесть этого прибора в том, что он может эффективно измерять мощность лазера до 500 Вт, и, поскольку это бесконтактный прибор, не сообщается о верхнем пределе мощности.

BeamWatch измеряет сигнал, генерируемый рассеянием Рэлея вокруг талии лазерного луча. Это позволяет пользователям мгновенно измерять размер пятна фокусировки, местоположение пятна фокусировки, отклонение или смещение луча, местоположение центроида, произведение параметров луча и другие ключевые пространственные параметры и параметры качества луча. BeamWatch может быть связан с автоматизацией с помощью инструментов, которые поддерживают различные клиенты автоматизации. Связь осуществляется через ПК с использованием подключения GigE Ethernet.

В качестве выходного интерфейса программное обеспечение для профилирования BeamGage помогает анализировать лазерный источник в режиме реального времени. Программное обеспечение поставляется в двух версиях, стандартной и профессиональной. BeamGage PRO, обновленная версия BeamGage STD, имеет дополнительные разделы, называемые интерфейсом автоматизации (LabVIEW, .NET VB и Excel), пользовательскими расчетами (программируемыми и определяемыми пользователем) и разделением изображений. После выравнивания и ослабления сбор данных происходит мгновенно с высокой степенью разрешения и точности.

Упомянутые здесь устройства для профилирования пучка обеспечивают отличный шаг в понимании и управлении процессом. Эти инструменты мирового класса признаны и хорошо зарекомендовали себя в лазерной промышленности. Это не займет много времени, чтобы стать опытным, и благодаря этому лазерный оператор может быстро и эффективно собирать точную и очень воспроизводимую информацию.

Многие отрасли уже используют лазерные измерительные инструменты для проведения исследований по анализу первопричин, проверки выравнивания и настройки, понимания эффектов подкомпонентов лазера, проведения экспериментов по скринингу и исследований корреляции, установления графиков профилактического обслуживания и разработки окон приложений процесса. Знание того, что процесс является стабильным, последовательным, предсказуемым и способным, имеет большое значение для получения устойчивой прибыли, минимизации потерь и повышения удовлетворенности клиентов.

Марк Сзорик, старший менеджер по продажам МКС Инструменты Ophir-Spiricon Products работает в сфере промышленного производства более 30 лет, имеет опыт в области исследований и разработок, технического маркетинга, приложений, продаж, управления качеством, технической поддержки и управления продукцией.

Похожие

Комментарии