संयुक्त राज्य अमेरिका के 16वें राष्ट्रपति अब्राहम लिंकन ने एक बार कहा था: "आप सभी लोगों को कुछ समय के लिए मूर्ख बना सकते हैं, और आप कुछ लोगों को हर समय मूर्ख बना सकते हैं, लेकिन आप सभी लोगों को हर समय मूर्ख नहीं बना सकते।" [11 सिस्टम में एकीकृत लेज़रों के प्रदर्शन की निगरानी करते समय भी यही सच है। औद्योगिक उत्पादन में, पूरे सिस्टम की कुछ समय के लिए निगरानी की जा सकती है, या सिस्टम के एक हिस्से की हर समय निगरानी की जा सकती है, लेकिन पूरे सिस्टम की हर समय निगरानी करना असंभव है। इंडस्ट्री 4. के युग में यानी स्मार्ट मैन्युफैक्चरिंग के युग में दोनों के बीच के अंतर को समझना बहुत जरूरी है।
उद्योग 4.0 जीवन के सभी क्षेत्रों में विनिर्माण स्थिति को बदल रहा है। तकनीकी प्रगति निर्माताओं को औद्योगिक उत्पादन को अधिक कुशलतापूर्वक, तेज और स्मार्ट तरीके से संचालित करने में मदद कर रही है। स्मार्ट मशीनों को ठीक से लागू करने के लिए, प्रक्रिया को बेहतर बनाने के लिए विभिन्न डेटा एकत्र करना, उनका विश्लेषण करना और फ़िल्टर करना आवश्यक है। बहुत कम डेटा प्रक्रिया में सुधार में बाधा बनेगा, लेकिन साथ ही, बहुत अधिक डेटा प्रतिकूल भी हो सकता है।
लेज़र प्रोसेसिंग सिस्टम में ऑपरेटिंग विशेषताओं और संबंधित मुद्दों का अपना सेट होता है। लेजर प्रदर्शन के बारे में बहुत अधिक डेटा प्रतिकूल हो सकता है, क्योंकि यह भारी और भारी हो सकता है।
लेजर प्रदर्शन मेट्रिक्स को कब मापें?
लेजर प्रदर्शन को मापने के चार तरीके हैं। पहला दृष्टिकोण वह है जिसे अधिकांश लेजर सिस्टम ऑपरेटर पसंद करते हैं, जो कि निर्धारित रखरखाव है। इस दृष्टिकोण में, लेज़र प्रदर्शन मेट्रिक्स को लेज़र के निर्धारित डाउनटाइम के आधार पर मापा जाता है, आमतौर पर त्रैमासिक, अर्ध-वार्षिक या वार्षिक। इस समय के दौरान, लेजर प्रदर्शन मेट्रिक्स को मापा जाता है और लेजर ऑपरेटिंग रुझानों का विश्लेषण करने के लिए पिछले मापों की तुलना की जाती है।
दूसरी विधि प्रक्रिया विफलताओं के दौरान मापना है। उदाहरण के लिए, यदि लेजर वेल्डिंग के दौरान वेल्ड की गुणवत्ता खराब हो जाती है, या यदि लेजर कटिंग के दौरान कटिंग विफल हो जाती है या नहीं की जा सकती है, तो लेजर सिस्टम को डिज़ाइन किए गए ऑपरेटिंग मापदंडों पर बहाल करने के लिए लेजर के प्रदर्शन को मापा जा सकता है।
तीसरी और चौथी विधियाँ वही हैं जिन पर यह लेख चर्चा करेगा - इन-प्रोसेस मॉनिटरिंग और एट-प्रोसेस मॉनिटरिंग। दोनों तरीकों के अपने फायदे और नुकसान हैं। लेजर की इष्टतम प्रसंस्करण विधि में महारत हासिल करते समय ऑपरेटरों को इन दो तरीकों के फायदे और नुकसान के बारे में स्पष्ट होना चाहिए। इसके अलावा, ऑपरेटरों को यह भी समझना चाहिए कि औद्योगिक उत्पादन प्रक्रियाओं के दौरान मापने के लिए कौन से लेजर संकेतक महत्वपूर्ण हैं।
लेज़र सामग्री को कैसे संसाधित करता है?
उच्च आवश्यकताओं के अनुसार, इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि लेजर का उपयोग किस प्रसंस्करण तकनीक के लिए किया जाता है, ऑपरेटरों को यह समझना चाहिए कि लेजर सामग्री को कैसे संसाधित करता है। उदाहरण के लिए, यह जानने के लिए कि वेल्डिंग के लिए किस प्रकार का लेजर उपयुक्त है, आपको यह भी समझना होगा कि लेजर किसी ऑटोमोबाइल के दरवाजे के फ्रेम को कैसे वेल्ड करता है। इसे समझने का सबसे आसान तरीका लेजर पावर डेंसिटी है।
शक्ति घनत्व की परिभाषा सामग्री के एक इकाई क्षेत्र में विकिरणित लेजर शक्ति को संदर्भित करती है। शक्ति घनत्व आमतौर पर W/cm2 में व्यक्त किया जाता है, जहां "W" का अर्थ शक्ति "वाट" है। निरंतर (सीडब्ल्यू) लेज़रों के लिए, इसका मान शक्ति मान है: स्पंदित लेज़रों के लिए, यह इसका औसत शक्ति मान है। "cm2" कार्यशील तल पर लेज़र स्पॉट के क्षेत्र का प्रतिनिधित्व करता है। उदाहरण के लिए, 100 मिमी के स्पॉट आकार पर केंद्रित 100 W लेजर का पावर घनत्व 1.27x103kW/cm2 है।
लेज़र का शक्ति घनत्व लेज़र की शक्ति या सामग्री पर लागू प्रकाश के आकार में परिवर्तन से प्रभावित होता है। लेज़र प्रक्रिया के कुशल संचालन को सुनिश्चित करने के लिए लेज़र ऑपरेटरों को इन दो चरों को मापना, विश्लेषण करना और समझना चाहिए।
महत्वपूर्ण लेजर प्रदर्शन संकेतक माप
लेज़र प्रकाश का माप आमतौर पर बिजली मीटर द्वारा प्राप्त किया जाता है। पावर मीटर एक सेंसर है जो लेजर प्रकाश एकत्र करता है और इसे विद्युत सिग्नल में परिवर्तित करता है, फिर बीम द्वारा उत्पादित शक्ति या ऊर्जा का अनुमान लगाता है, और अंत में विश्लेषण के लिए मीटर या कंप्यूटर को रीडिंग प्रदान करता है। इस प्रक्रिया में आमतौर पर केवल कुछ सेकंड लगते हैं, लेकिन यह उपयोग की गई तकनीक के आधार पर भिन्न हो सकती है। ये माप डेटा संग्रह और विश्लेषण के लिए बहुत महत्वपूर्ण हैं, विशेष रूप से लेजर के उत्पादन चरण में, क्योंकि डेटा उपयोगकर्ताओं को यह समझने की अनुमति देता है कि लेजर का प्रदर्शन कैसे बदलता है और ये परिवर्तन प्रसंस्करण प्रक्रिया में लेजर के अनुप्रयोग को कैसे प्रभावित करते हैं।
इसके अलावा, लेजर बीम का व्यास मापा जाना चाहिए। बीम व्यास की गणना करने के कई तरीके हैं, जैसे डी40 विधि, 13.5% शिखर विधि, और 10/90 चाकू धार विधि, और विभिन्न तरीकों के गणना परिणाम बहुत भिन्न होते हैं। विभिन्न उद्योगों, पृष्ठभूमियों और अनुभवों के लोग अपने अनुप्रयोग परिदृश्यों के अनुसार संबंधित गणना विधियों का उपयोग करते हैं।
बीम व्यास की गणना करते समय, बीम की गोलाई या अण्डाकारता मान पर विचार किया जाना चाहिए। बीम के आकार और बीम प्रोफ़ाइल में ऊर्जा कैसे वितरित की जाती है, इसे समझना महत्वपूर्ण है। क्या यह गॉसियन बीम या फ्लैट-टॉप बीम है? यह समझने की कोशिश करते समय कि प्रक्रिया में लेजर का उपयोग कैसे किया जाता है, लेजर बीम मापदंडों का माप एक उद्योग-मानक बीम व्हील माप प्रणाली द्वारा पूरा किया जाना चाहिए।
बीम व्यास के अलावा, लेजर का चयन करते समय, लेजर एप्लिकेशन विकसित करते समय, और सिस्टम में लेजर स्रोत को एकीकृत या डीबग करते समय बीम की गुणवत्ता पर भी विचार किया जाना चाहिए। ज्यादातर मामलों में, एक बार जब लेजर को उत्पादन में डाल दिया जाता है, तो इसकी बीम गुणवत्ता का आम तौर पर विश्लेषण नहीं किया जाता है, इसलिए लेजर के कारखाने छोड़ने से पहले बीम गुणवत्ता विश्लेषण को पूरा करना बहुत महत्वपूर्ण है।
बीम की गुणवत्ता को एम2 मान द्वारा व्यक्त किया जा सकता है, और 1 का एम2 मान इंगित करता है कि लेजर बीम की गुणवत्ता इष्टतम है। बीम पैरामीटर उत्पाद (BPP=0xw, जहां 0 बीम दूर-क्षेत्र विचलन कोण का आधा कोण है और w बीम कमर त्रिज्या है) और K मान (1/MM2) भी हो सकता है लेजर बीम गुणवत्ता को व्यक्त करने के लिए उपयोग किया जाता है। लेजर स्रोतों की बीम गुणवत्ता और दक्षता में सुधार हुआ है। जब विभिन्न प्रसंस्करण प्रक्रियाओं की बात आती है, तो विभिन्न लेजर स्रोतों के अपने फायदे होते हैं।
उपयोगकर्ताओं के लिए प्रसंस्करण प्रक्रिया के दौरान लेजर के प्रदर्शन संकेतकों में परिवर्तन को समझना महत्वपूर्ण है। सिस्टम प्रदर्शन को पूरी तरह से समझने और अधिक स्थिर दीर्घकालिक प्रदर्शन सुनिश्चित करने के लिए लेजर शक्ति, बीम आकार और वे समय के साथ कैसे और क्यों बदलते हैं, इसे मापना महत्वपूर्ण है।
इन-प्रोसेस मॉनिटरिंग बनाम एट-प्रोसेस मॉनिटरिंग
आज, डेटा इनपुट की आवश्यकता यथासंभव वास्तविक समय के करीब होती है। इसके लिए एक तकनीक की आवश्यकता होती है जिसे आमतौर पर "इन-प्रोसेस मॉनिटरिंग" कहा जाता है, जिसमें लेजर प्रक्रिया के प्रगति के दौरान लेजर प्रदर्शन माप की निगरानी करना शामिल होता है। एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग के क्षेत्र में, इस तकनीक को "इन-सीटू मॉनिटरिंग" कहा जाता है।
"इन-प्रोसेस मॉनिटरिंग" का समकक्ष "एट-प्रोसेस मॉनिटरिंग" है, जो प्रक्रियाओं के बीच लेजर प्रदर्शन को मापता है। दोनों निगरानी विधियों के अपने-अपने फायदे और नुकसान हैं।
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इन-प्रोसेस मॉनिटरिंग या इन-सीटू मॉनिटरिंग ऑपरेशन और उत्पादन के दौरान लेजर के प्रदर्शन का हिस्सा मापती है। लेज़र प्रणाली में केवल लेज़र के भाग के प्रदर्शन को मापने और वास्तविक समय में इसका विश्लेषण करने के लिए एक समर्पित परीक्षण उपप्रणाली स्थापित की गई है।
इन-प्रोसेस मॉनिटरिंग के महत्वपूर्ण फायदे हैं। पहला, चूंकि सबसिस्टम पूरे सिस्टम के साथ एकीकृत है, इसलिए दोनों आसानी से संवाद कर सकते हैं। लेजर प्रदर्शन पर वास्तविक समय की प्रतिक्रिया लगातार वितरित की जाती है, इसलिए यदि आवश्यक हो तो पूरे सिस्टम में समायोजन जल्दी से किया जा सकता है। दूसरा, ये सबसिस्टम अक्सर विशेष रूप से उस सिस्टम के लिए डिज़ाइन किए जाते हैं जिसमें वे एकीकृत होते हैं और अक्सर सरल होते हैं, जो केवल ग्राहक द्वारा आवश्यक फीडबैक प्रदान करते हैं। उनके द्वारा एकत्र की गई जानकारी को लेजर ऑपरेटर द्वारा देखे गए मानव-मशीन इंटरफ़ेस पर आसानी से प्रस्तुत किया जा सकता है। इस डेटा को संग्रहीत और विश्लेषण भी किया जा सकता है, और सिस्टम और उपयोगकर्ताओं की सुरक्षा सुनिश्चित करने या स्क्रैप दर को कम करने के लिए विश्लेषण परिणामों के आधार पर चेतावनी जारी की जा सकती है।
इन-प्रोसेस मॉनिटरिंग का मुख्य नुकसान यह है कि ये सबसिस्टम पूरे लेजर सिस्टम के लेजर प्रदर्शन के केवल एक हिस्से को ही माप सकते हैं। लेजर के प्रसंस्करण क्षेत्र में पहुंचने से पहले नमूने का एक हिस्सा एकत्र किया जाता है और प्रसंस्करण के दौरान उसका विश्लेषण किया जाता है। दुर्भाग्य से, प्रसंस्करण के दौरान उत्पन्न होने वाली कई समस्याएं अक्सर लेजर माप नमूना एकत्र किए जाने के बाद प्रसंस्करण क्षेत्र के करीब घटकों के कार्यात्मक गिरावट के कारण होती हैं। यदि सिस्टम में कोई घटक प्रसंस्करण के दौरान खराब हो जाता है या विफल हो जाता है, तो लेजर माप के लिए उपयोग किया जाने वाला नमूना गिरावट या विफलता से चूक सकता है, जिससे सिस्टम को गलत प्रतिक्रिया मिलती है।
इन-प्रोसेस मॉनिटरिंग का एक और नुकसान ऑप्टिकल माप घटकों को कैलिब्रेट करने में कठिनाई है। क्योंकि उपप्रणालियाँ समग्र प्रणाली के साथ एकीकृत होती हैं, पुनर्गणना के लिए घटकों को हटाना अक्सर मुश्किल या असंभव होता है। माप सटीकता सुनिश्चित करने के लिए पावर माप घटकों को बार-बार कैलिब्रेट किया जाना चाहिए (ओफिर हर 12 महीने में कैलिब्रेशन की सिफारिश करता है)।
इस तरह के माप उपप्रणाली लेजर प्रदर्शन के वास्तविक माप पर भरोसा किए बिना लेजर प्रदर्शन को इंगित करने के लिए लेजर सिस्टम को अतिरिक्त संवेदी प्रतिक्रिया भी प्रदान करते हैं। उदाहरण के लिए, लेजर घटकों की सुरक्षा के लिए प्रसंस्करण क्षेत्र के करीब कवर ग्लास पर एक तापमान मॉनिटर स्थापित किया जाता है। जब कवर ग्लास पर बहुत अधिक प्रसंस्करण मलबा होता है और मलबा लेजर ऊर्जा को अवशोषित करता है, जिससे तापमान बढ़ता है, तो तापमान मॉनिटर लेजर उपयोगकर्ताओं को याद दिलाएगा और सिस्टम और उपयोगकर्ताओं को बहुमूल्य जानकारी प्रदान करेगा।
प्रक्रिया पर निगरानी
एट-प्रोसेस मॉनिटरिंग आमतौर पर लेजर प्रसंस्करण क्षेत्र में माप लेने और संपूर्ण लेजर सिस्टम का विश्लेषण करने के लिए उत्पादों के एक अलग सेट का उपयोग करती है। ये निगरानी प्रणालियाँ लेजर शक्ति, ऊर्जा और बीम गुणवत्ता विश्लेषण को मापने के लिए अलग-अलग उत्पादों से बनी हो सकती हैं, या वे ऐसे उत्पादों से बनी हो सकती हैं जो इन मापदंडों का एक साथ परीक्षण कर सकते हैं (चित्र 2 देखें)। ये निरीक्षण प्रणालियाँ एक-दूसरे पर निर्भर या स्वतंत्र हो सकती हैं, समग्र प्रणाली में एकीकृत हो सकती हैं, या सिस्टम को प्रक्रियाओं के बीच नियमित रूप से बनाए रखा जा सकता है।
इन-सीटू मॉनिटरिंग के समान, एट-प्रोसेस मॉनिटरिंग के अपने फायदे और नुकसान हैं। प्रक्रिया में निगरानी का मुख्य लाभ सिस्टम के भीतर संपूर्ण लेजर प्रदर्शन का अधिक संपूर्ण मूल्यांकन है। लेज़र बीम का 100% शक्ति या ऊर्जा माप के लिए एकत्र किया जाता है, और उपयोगकर्ता को उस समय लेज़र के प्रदर्शन का व्यापक विश्लेषण प्रदान करने के लिए केंद्रित स्थान का भी विश्लेषण किया जा सकता है। इस डेटा को पूरे सिस्टम में सहेजा, संग्रहीत या लॉग किया जा सकता है, और फिर विफलता के बाद सिस्टम पुनर्प्राप्ति सुनिश्चित करने और मूल सिस्टम दक्षता बनाए रखने के लिए प्रवृत्ति विश्लेषण के लिए एक्सेस किया जा सकता है। इस पद्धति का उपयोग करके डेटा एकत्र करने से अंततः उपयोगकर्ता को लेजर के उपयोग की पूरी तस्वीर मिल जाती है, लेकिन इसकी कीमत चुकानी पड़ती है।
प्रक्रिया के दौरान निगरानी का सबसे स्पष्ट नुकसान डाउनटाइम है। चूँकि माप पूरे लेज़र पर किया जाता है, माप करने के लिए लेज़र को उत्पादन से हटाया जाना चाहिए। यदि लेजर माप प्रणाली को मशीन में एकीकृत किया जाता है, तो यह आमतौर पर कोई बड़ी बात नहीं है, लेकिन समय पैसा है। हालाँकि, लेजर माप प्रणाली को समग्र प्रणाली में एकीकृत करना सुविधाजनक है, लेकिन यह महंगा हो सकता है और कभी-कभी अनावश्यक भी माना जाता है। यदि समग्र प्रणाली में एकीकृत नहीं किया गया है, तो लेजर माप उत्पादों का उपयोग रखरखाव उपकरण के रूप में किया जा सकता है। हालाँकि, माप करने के लिए लेजर को उत्पादन से बाहर ले जाना चाहिए, और जब रखरखाव कर्मी लेजर उपकरण के संचालन से परिचित नहीं होते हैं, तो माप में बहुत समय लगता है, जिसके परिणामस्वरूप कम बार माप हो सकता है या यहां तक कि कोई माप नहीं हो सकता है सभी।
इसके अलावा, ऐसे अन्य उत्पाद भी हैं जो उपयोगकर्ताओं को प्रक्रिया के बारे में जानकारी प्रदान कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, कई कंपनियां ऐसे उत्पाद पेश करती हैं जो विभिन्न प्रौद्योगिकियों का उपयोग करके वास्तविक समय में वेल्डिंग प्रक्रिया का विश्लेषण कर सकते हैं। ये सिस्टम वेल्डिंग प्रक्रिया पर "गो/नो-गो" या "पास/नो-गो" सीमाएं लागू करते हैं, जिससे उपयोगकर्ताओं को यह पता चल जाता है कि सिस्टम में कब समस्या हो सकती है, उच्च गुणवत्ता वाले उत्पादों का उत्पादन सुनिश्चित किया जा सकता है और स्क्रैप दरों को कम किया जा सकता है।
यह सुनिश्चित करना कि लेज़र अपने पूरे जीवन चक्र में स्थिर रूप से प्रदर्शन करता है, प्रक्रिया की स्थिरता और दक्षता को अधिकतम करने और बनाए रखने, लेज़र के जीवन को बढ़ाने और सिस्टम के निवेश पर रिटर्न में सुधार करने के लिए महत्वपूर्ण है। केवल कार्य स्थल पर क्षेत्र में लेज़र के प्रदर्शन को मापकर ही उपयोगकर्ता जान सकते हैं कि लेज़र कैसे काम कर रहा है।
इन-प्रोसेस और एट-प्रोसेस माप विधियों दोनों के अपने फायदे और नुकसान हैं, लेकिन दोनों विधियां महत्वपूर्ण लेजर प्रसंस्करण जानकारी प्रदान कर सकती हैं। लेज़र प्रदर्शन संकेतकों को मापने वाले उत्पाद लगातार विकसित हो रहे हैं, संचालित करना आसान और अधिक टिकाऊ होते जा रहे हैं। लेज़र के कई प्रमुख प्रदर्शन संकेतकों को मापने से, उपयोगकर्ताओं को लेज़र के कार्य सिद्धांत को समझना और लेज़र का दीर्घकालिक प्रदर्शन रखरखाव करना आसान हो जाएगा।
