Лазерийн боолтын машин яаж боолтын чанарыг хангах вэ?

Тогтвортой боолтын чанарыг хангахын тулд лазерын параметрийг нарийвчлан удирдах

Операторууд тохиргоог зөв тохируулбал одоогийн байдлаар лазерын цэгнэлтийн тоног төхөөрөмж хүчтэй, цэвэр нийлмэлийг үүсгэдэг. Цэгнэлт ямар чанартай болохыг гурван үндсэн хувьсагч нөлөөлдөг: 500 ваттаас 6000 ваттын хооронд хувьсах чадал, минутанд 0.5 метрээс 20 метр хүртэлх хурд, материал дээр лазерын туяа фокуслогдох байршил нь 0.1 миллиметр нарийвчлалтай. Өнгөрсөн жил Алдрын Үйлдвэрлэлийн Судалгааны сэтгүүлд нийтлэгдсэн судалгаагаар эдгээр тохиргооны аль нэг нь зорилтот утгаасаа 5%-иас илүү хазайвал алюминийн цэгнэлтэнд бага томъёотой цэврүү үүсэх магадлал 34%-иар нэмэгддэг. Энэ нь алюминийн деталуудтай ажилладаг хүмүүст ихээхэн чухал асуудал юм.

Лазерын чадал, хурд, фокусын цэгнэлтийн нэвтрэлт, нэгдэлтэнд нөлөөлөх нөлөө

Чадал нь дулааны оролтыг тодорхойлдог (2–10 кЖ/см), харин хурд нь харилцан үйлчлэх хугацааг шийдвэрлэдэг. Жишээ нь, 3 мм зэвэрдэггүй гангийн хувьд бүрэн нэвтрэхийн тулд 4 м/мин хурдтай үед 3 кВт чадал шаардлагатай. Фокусын цэгүүдийн эгзэгтэй байршлын алдаа энергийн нягтыг хамгийн ихдээ 40%-иар бууруулж, бүрэн бус нэгдэл үүсгэдэг.

Гэмгүй холболтуудын төлөвшилтийн машин тохируулгын үнэлгээ

DOE-ийн бүтцийн арга нь туршиж үзэх замаар тохируулах ажиллагааг багасгадаг. Ажиллагчид дараах зүйлсийг эрхэмлэдэг:

1. Дулааны нөлөөллийн бүсийг хамгийн бага байлгахын тулд чадлыг (1,200–2,500 Вт) ба хурдыг (6–12 м/мин) тэнцвэржүүлэх
2. Фокусын байрыг ±0.05 мм нарийвчлалын дотор барьж байх
3. 15–25 л/мин аргон урсгалд тохируулан хийн савхыг калибракцын хийх

Энэхүү протокол нь зузаан хальс ашиглан онгоцны бүтээцэнд нийлүүлэх үед цацрагдах дутагдалтыг 2024 оны шалгалтын өгөгдлийн дагуу 78%-иар бууруулдаг.

Процессын тогтвортой байдлын хувьд пульсын давтамж болон хамгаалах хийн урсгалын нөлөө

Пульсийн давтамж (20–500 Гц) магни-д нэлээн дулаан шингээдэг хайлш нарийн дахилтгүй байхыг хангана. Энэ арга нь 20 мкм-ийн туяа хэлбэлзүүлэхтэй хослуулбал, хамгийн өндөр температурыг 210°C-р бууруулж, холболтын үр ашгийг 95% хадгалж чадна. Хамгаалагч хийн хэмжээ бага (<10 л/мин) бол титан дээрх боолтын исэлдэлтийн дутагдал 6 дахин нэмэгдэнэ.

Туршилтын тохиолдол: Авто машины лазерийн боолтын параметрийг оновчтой болгох

Ерөнхий нийлүүлэгч нь EV-ийн цахилгаан баттерейн хайрцагт адаптив чадлын хяналтыг (800–1,400 Вт модульлалт) ба 0.8 мм/с сканнерийн хурдыг ашиглан боолтын зөрүүг 91%-иар бууруулсан. Бодит цагт инфра ултра шинжилгээний мэдээлэл үндсэн металл хоорондын давхаргын зузааныг 5 мкм-ээс доош хадгалж байв.

Чиг хандлага: Лазерын параметрийг бодит цагт тохируулах зориулалттай хиймэл оюун ухааны алгоритм

Одоогоор сүлжээний систем нь олон мэдрэгчийн системээс ирж буй мэдээллийг ашиглан <50 мс-д хамгийн тохиромжтой параметрийг урьдчилан таамаглаж чаддаг. 2023 оны стандарт шалгуур нь эдгээр системийн 12,000 авто машины боолтын анхны амжилтын түвшинг 99.2%-р сайжруулсан байна.

Тогтвортой боолтын үйл явцыг хангахын тулд хөгжүүлсэн оптик ба туяа дамжуулах систем

Тогтвортой нийлүүлэлтийн үед цацрагийн чанар болон хүргэлтийн оптикийн үүрэг

Өндөр чанартай цацраг хүргэх оптик нь лазерийн нийлүүлэх машин ашиглах үед энерги ижил тэгш тарахыг баталгаажуулдаг. Хамгийн сайн фокусчлагч линзүүд 50 микрон доорх цэгийн хэмжээтэй болох бөгөөд нарийвчлалтай тольнууд цацрагийг ихэвчлэн ойролцоогоор 0.1 градусын алдаанд дотор нарийвчлан удирддаг. Сүүлийн 2024 оны лазерын боловсруулалтын судалгаанд дурдсан адаптив оптикийн технологи нь материалын ялгааг тооцож цацрагийн хэлбэрийг бодит цагт өөрчилдөг. Энэ нь цөгцийн нийлүүлэлтэнд гарч байдаг цэвэршүүлтийг ойролцоогоор 40%-иар бууруулахад тусалдаг нь маш гайхалтай юм. Ийм төрлийн системүүд 0.5 мм-ээс 6 мм хүртэлх зэвсгийн хаягт төрхөнд сайн ажилладаг. Эдгээр нь металл бүхэлдээ хайлж нэвтрэх цорын ганц пассын нийлүүлэлтийг боломж болгодог боловч зузаан материалуудад зарим тохиолдолд тухайн хэрэглээнд хамааран тохируулга шаардлагатай байдаг.

Цацрагийн эгнэлт болон фокусын нарийвчлалыг хадгалахад тулгардаг бэрхшээл

Цацрагийн эгнэлтийг хадгалах нь дулаан линзний нөлөөгөөр фокусын шилжилт 100 Вт-д 12 мкм хүртэл үүсгэж, хэвийн байдлыг хадгалахад хэцүү байдаг. Сүүлийн үеийн шийдэл нь усанд хөргөгч оптик болон идэвхтэй эгнэлтийн системийг нэгтгэж, бодит цагт тохируулга хийдэг. 2023 оны шинжилгээгээр эдгээр систем нь тасралтгүй боолтын үйл ажиллагааны эгнэлтэнд хамаарах доголдолд 60% -иар бууруулдаг байна.

Шилэн ширмийн нийлүүлэлт болон сканерийн системийн дэвшил

Одоо шилэн ширмийн нийлүүлэлтийн систем 6 кВт чадалтай, 1 км-д 0,1 дБ-с бага алдагдалтай ажиллах боломжийг олгодог бөгөөд роботын интеграцийг хялбар болгодог. Дугуй цацрагийн хэлбэлзэл ашигласан дохилох боолт зэрэг шинэчлэл нь хайлуурын агуулахыг тогтворжуулахад тусалж, хувьсах бүрдэл хэсгүүдийн параметрийн цонхыг 35%-иар өргөжүүлдэг.

Доголдлыг урьдчилан сэргийлэхийн тулд бодит цагт хяналт тавих ба уялдаатай хариу урвал

Сүүлийн үеийн лазерын нэгэндэгч хэрэгсэл нь одоогоор фотодиод массив болон оптикийн когерент томографи, эсвэл товчоор OCT-г ашиглан нэгдэлтийн гүнийг микрон түвшинд хянах боломжийг олгодог. Нэгэндэх үед фотодиодууд плазмын цацрагийг мэдрэх бөгөөд OCT систем нь гэрлийг гадаргуу доор отойлгох замаар үйл явцад юу болж байгааг харуулдаг. Эдгээр хоёр систем зэрэг ажиллах нь нэгэндэх үед металл хэдий зэргээр хайлж нэгдсэнийг, ихэвчлэн дунджаар дээшээ доошоо 5 микрон дотор нарийвчлалтайгаар шалгах боломжийг олгоно. Ийм нарийвчлал нь жижигхэн 0.1 миллиметрээс давсан гүний өөрчлөлт нь ирээдүйд сул цэг үүсгэж, гэмтэлд орох эрсдэлтэй цэнэгийн холбоосыг холбоход маш чухал ач холбогдолтой.

Хяналтын системүүд нь лазерын тохиргоог тодорхой хязгаараас давснаар автоматаар зохицуулах ухаалаг удирдлагын алгоритмуудтай хамт ажилладаг. 2023 онд автомашиний салбарт хийсэн судалгаа нь эдгээр хариу үйлдлийн механизм нь машин баганы хэсгүүдийг нийлүүлэх үед гарч буй цоорхойн асуудлыг гурван хоёроор бууруулсан гэж харуулсан ба энэ нь маш сайн үр дүнтэй байв. Эдгээр нь нарийн төвөгтэй давхардсан хэсгүүд дээр ажиллах үед чадлын түвшнийг өөрчлөх, лазерын пульсийн давтамжийг тохируулах замаар энэ амжилтыг гаргасан. Бүхний голд лазерын туяаг хамгийн сайн үр дүнгийн тулд ямар байрлалд оруулахыг тодорхойлохын тулд халуун зургийг судалж, нийлүүлэх хэсгээс гарч буй гэрлийн цацрагийг шинжлэх хандлагатай хүчинтэй машин сургалтын програм хангамж оршдог.

Хайланги нь хэдий хугацаанд үргэлжлэх, хэр гүн зайд орохыг хянаж байх нь тогтмол дулааны оролтыг хадгалахад тусалдаг бөгөөд энэ нь бүрэн бус нэгдэлтийн асуудлыг саатуулахад маш чухал юм. Зарим сайн системүүд хайлагны усны түвшний хэлбэрийг болон инфра улаан туяаны температурыг судалж, хайлангийн үргэлжлэх хугацаа шүлтлэг сталийн хувьд 0.8-1.2 секундын хооронд байхгүй тохиолдолд дохио өгдөг. Энэ цагийг зөв тохируулах нь хүйтэн давхардлыг үүсэхээс сэргийлдэг бөгөөд угсрах шугам дээр өдөрт мянга мянган хайлангийн ажил хийгдэж байсан ч анхны туршилтын амжилт 98% орчимд байлгах боломжийг олгодог. Гэсэн хэдий ч зарим үйлдвэрүүд тоног төхөөрөмжийн байгууламж болон ажиллаж буй ажилтны туршлагаас хамааран илүү бага хувийг тайлагнадаг.

Үнэндээ сүүлийн үеийн бүх ахиц тэтгэвч, фотодиод системүүд нь 15 метр/минутад болон түүнээс дээш хурдаар нягтлах үед дэлгэрэнгүй мэдээллийг шийдвэрлэхэд хангалтгүй байна. Ийм өндөр хурдтай үед сенсорууд үйл явцад өөрчлөлт гарах хурдтай тааруулахуйц хурдан дээж авах чадваргүй байдаг. Бодит цаг хугацаанд ирмэгийн AI боловсруулалт энд тус болох боловч үйл явцын ойролцоох шинжилгээ хийх боломжийг олгоно. Гэсэн хэдий ч өнгөрсөн жилийн Сварлын технологийн хандалтын сүүлийн судалгааны дагуу, 10-ийн 8 нь энэ шинэ технологийг хуучин чанарын хяналтын системтэй холбоход асуудалд тулгардаг. Энэ том саад болой. Зарим компани одоо OCT технологийг өндөр нарийвчлалтай CMOS камеруудтай хослуулах талаар туршиж байна. Эдгээр холимог тохируулгууд нь олон эх сурвалжийн мэдээллийг зэрэг хослуулан үйлдвэрлэлтийн үеэр юу болсон байгааг илүү тодорхой зураглал өгөхөд тусалж, олонтой асуудлыг онол ёсоор шийдвэрлэх ёстой.

Лазерын нягталтын статистик үйл явцын хяналт ба өгөгдөлд суурилсан оновчтойжуулалт

Лазерын нэгдэлтийн чанарын хяналтанд SPC-ийг ашиглах

Статистик процессын хяналт (SPC) нь лазерын чадал (ихэвчлэн 1.2-6 киловатт), мөн 2-10 метр/минут хооронд хэлбэлзэх хөдөлгөөний хурд зэрэг чухал хүчин зүйлсийн хувьд өөрчлөлтийг ойролцоогоор 2%-иас хэтрэхгүй байлгахад үйлдвэрлэгчдэд тусалдаг. Эдгээр системүүд цаг тутамд ойролцоогоор 120-150 шилжих жинхэнэ дээжийн өгөгдлийг шалгаж, нэгдэлтийн гүн 0.3 миллиметрээс илүү болох эсвэл температурын горим 15 Сelsius градусаас илүү өөрчлөгдөх зэрэг асуудлыг илрүүлдэг. Nature Communications сэтгүүлд өнгөрсөн жил гарсан судалгаа маш сайн үр дүн харуулсан. Судалгаанд үзүүлснээр үйлдвэрүүд үйл ажиллагаанддаа SPC-ийг нэвтрүүлэхэд зөвхөн энгийн гарын авчлаар шалгахтай харьцуулавал цоорхойн дутагдал бараг гуравны хоёроор буурдаг байна, ялангуяа зузаан багатай металл хавтанг ашиглаж ажиллах үед илүү үр дүнтэй байдаг.

Процессын параметрийг тохируулах өгөгдөлд суурилсан арга зам

Өнөөгийн цэгнэх системүүд нь машин сургалтыг ашиглан нэг цэгнэлтийн ажилд тохиолдох мянга орчим өгөгдлийг боловсруулдаг. Энэ нь хайлмалын хэмжээний их бага болон хэр хурдан хөргөсөн гэх мэт бүх зүйл юм. Оюунлаг загварууд алдаа гарсны дараа зөвхөн таван арван миллисекундын дотор пульсын уртыг хагас миллисекундээс хорин миллисекунд хооронд, лазерын фокусыг цэг тэг таван миллиметрийн орчмын бага хэмжээгээр шилжүүлж чаддаг. Судалгаануудын зарим нь үйлдвэрлэгчид хуучин арга барилын оронд ийм төрлийн өгөгдлийн шинжилгээг ашиглахад илүү сайн үр дүнд хүрдэг гэж зааж байна. Жишээлбэл, өнгөрсөн жилд Journal of Manufacturing Systems сэтгүүлд хэвлэгдсэн судалгаагаар нягт битүүн шовх цэгнэлтийн хувьд анхны амжилтанд хүрэх магадлал хуучин арга барилын ойролцоогоор 72 хувь байхад одоогийнх 89 орчим хувь болтол нэмэгдсэн байна.

Туршлагын жишээ: SPC ашиглан цахилгаан баттерейн самбарын цэгнэлтийн хувьсах байдлыг бууруулах

Цахилгаан хөдөлгүүртэй тээврийн хэрэгслийн нэг томоохон баттерей үйлдвэрлэгч 16 лазерийн боодлын төхөөрөмжтэй, цагт ойролцоогоор 8000 шилжүүлэгчийг боловсруулдаг өөрийнхөө үйлдвэрт статистик процессын удирдлагыг нэвтрүүлсэн. Эдгээр машинуудын дундуур минутанд 15-25 литр хооронд хамгаалагч хийг яаж урсдаг, мөн боодлын цэгүүд ойролцоогоор 3.2 миллиметртэй байх ба зөвхөн аравны нэг миллиметрийн хэлбэлзэлтэйгээр хэр их нарийвчлалтай байгааг судлах үедээ сонирхолтой зүйлийг анзаарсан. Энэ холбоосын үндсэн дээр тохируулга хийснээс хойш компани нь гажигтай боодлыг дараа нь засварлах шаардлагыг маш ихээр бууруулсан - зөвхөн зургаан сарын дотор бараг хагасаар бууруулсан. Одоо тэдний систем электрод элэгдэж эхлэхийг бараг 93 хувийн нарийвчлалтайгаар урьдчилан тааварлах боломжтой болсон. Энэ нь мөн үнэтэй савхнуудыг илүү урт хугацаагаар ашиглахад нөлөөлсөн бөгөөд бүр 50 мянган боодолд солих шаардлагатай байснаа одоо 82 мянган боодлын дараа солино.

Эцсийн чанарын баталгаажуулалтад зориулсан задлан шинжилгээгүй шалгалт болон дүрсийн суурь шалгалт

Лазерын боолтын машинууд нь бүрэлдэхүүн хэсгийн үйл ажиллагааг задлахгүй шалгах (NDT) болон дүрсний оношлогооны системийг ашиглан боолтын бүтэн байдлыг шалгадаг. Эдгээр арга замууд нь авиаци, анагаах ухааны тоног төхөөрөмжийн үйлдвэрлэл зэрэг чухал хэрэглээнд бүтцийн гажиг илрэхээс сэргийлдэг.

Боолтын дараа рентген, дууны долгион, соронзон эгзэгт тестийг ашиглах

Рентген шинжилгээ нь материалд рентген туяа дамжуулж, материалын зузааны 0.1%-иас бага хэмжээтэй хоосон зай эсвэл трещинийг ч тодорхойлох боломжтой. Харин дууны долгион шинжилгээ нь гадаргуугийн доорх доголдолыг илрүүлэхийн тулд өндөр давтамжит дууны долгионыг гадаргуунаас ойлгоно. Төмөрлөг металлаар ажилладаг хүмүүст соронзон хэсгийн шинжилгээ нь гадаргуугийн цоорхойг илрүүлэх хамгийн түгээмэл арга юм. Орчин үеийн тоног төхөөрөмж нь хагас миллиметрээс их хэмжээтэй бараг бүх дутагдалтыг илрүүлж чаддаг тул инженерүүд үнэлгээгээ итгэлтэй гаргаж чаддаг. Эдгээр аргачлалуудын хамгийн их давуу тал бол хамтдаа ажиллах чадвар юм. Аль нь ч шалгаж буй жинхэнэ деталийг задалдаггүй ч, хамтдаа олон хэмжээсийн хувьд нэгдсэн зураглалыг өгч, багийн шүдний бат бөх байдлын бүрэн зургийг өгдөг.

Гадаргуун дэфект илрүүлэх зориулалттай хараа суурь шинжилгээний аргачлал

Автомжуулсан машинийн хараа систем нь 10 мегапиксел камер болон спектрийн шинжилгээний алгоритмуудыг нэгтгэж, микро-трещины (≥25 µm) эсвэл тархмал бохирдлын зэрэг гадаргуугийн дутагдалтыг илрүүлдэг. Гиперспектраль зураглалын сүүлийн үеийн ахиц нь RGB камеруудад харагдахгүй байсан ислийн загварыг илрүүлэх боломжийг олгоно. Энэ нь титан хайлш зэрэг идэвхтэй материалд маш чухал.

Дотоод цоорхой болон трещиныг илрүүлэх NDT аргуудын харьцуулалт

Ультра авиан шинжилгээ нь их хэмжээний лазерын нягтлах хэрэглээнд доголдлын мэдрэг чанар болон нэвтрэлтийн хооронд хамгийн тохиромжтой тэнцвэрийг олгох бол, рентген арга нь 3D доголдлын шинжилгээ шаардлагатай онгоцны чухал хэсгүүдийн хувьд ясархаг үлдсэн байна.

НӨАТ-ын хэсэг

Лазерын нягтлалын чанарыг нөлөөлөх гол параметрүүд юу вэ?

Гүйдлийн хүч, хөдөлгөөний хурд болон лазерын цацрагийн фокус нь гол параметрүүд юм. Эдгээр нь хайлшны чанарыг хамгийн сайн түвшинд байлгахын тулд нарийвчлан удирдлагатай байх шаардлагатай.

Статистик үйл явцын хяналт (SPC) лазерын хайлшны чанарыг хэрхэн сайжруулах вэ?

SPC нь үйлдвэрлэлийн үйл явцыг тасралтгүй мэдээллийг ажиглаж, бага зэвсэгт байлгаж байдаг. Энэ нь хайлшнуудын тогтвортой байдлыг хангаж, дутагдалтыг бууруулдаг.

Лазерын хайлшны үед задлан шинжилгээгүй шалгалтын арга хэрхэн ач холбогдолтой вэ?

Радиограф, дууны долгион, соронзон эсгийлтийн арга зэрэг задлан шинжилгээгүй шалгалтын аргууд нь деталь бүртээ халдваргүйгээр хайлшны бүтэн байдлыг үнэлэхэд маш чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.