用於生產的高功率雷射，應該多久檢查一次功率品質?
用於生產的高功率雷射，應該多久檢查一次功率品質?
技術的變革正在不斷改善製造業的面貌。在這個新的工業時代，收集過程數據不再是一件繁瑣的事情，而是越來越需要。
如今，流程的持續改進不僅需要收集相關數據，還需要對數據進行分析，以便對流程進行調整且優化流程系統的維護。
涉及雷射的工藝需要測量和監控雷射以外的許多變因，例如與材料和工具相關的變量。但雷射性能的變化往往會給雷射使用人員帶來許多問題，因為該工具涉及復雜系統產生的不可見光。
雷射功率計和光束分析儀以往是雷射運行的重要組成。長期收集有關雷射性能的數據通常可以為雷射使用人員提供何時應進行維護的指示，以及在系統出現問題時有效且相對快速地排除故障的方法。
然而，這種設備通常非常脆弱，無法承受惡劣的生產環境。它們集成到雷射單元中也相對麻煩。最近推出的新技術可以解決這些挑戰並克服這些障礙。
功率密度的影響
用於材料加工的雷射的性能通常可以定義為其功率密度的函數，表示為“瓦特每平方厘米”(W/cm2）。無論雷射系統的應用如何，為了達到所需的結果，每種材料都具有特定的雷射工作功率密度。例如，焊接金屬可能需要千瓦的雷射功率，聚焦到毫米或更小的光斑尺寸（在許多情況下），從而導致功率密度（MW/cm2）。
如果由於光學組件故障而導致雷射功率下降，或者由於雷射系統的熱效應而導致工作現場的光束尺寸增加，則功率密度將會降低，並且雷射連接材料的能力最終會降低或消除。
關鍵雷射功率測量
儘管定期收集雷射功率只能反映雷射性能的一部分，但大多數雷射使用人員都能認同，它是整個雷射系統如何加工其材料的重要指標。與雷射功率相比，能夠客觀地驗證工作現場的雷射功率將確保整個系統的雷射功率損失最小化。
雷射功率測量隨時間的趨勢分析可用於驗證雷射功率的穩定性，這與雷射系統的整體健康狀況直接相關。顯然，雷射功率的突然喪失就表明系統組件出現故障，否則可能會被忽視。
雷射功率應該多久檢查一次的問題經常出現。事實是，對於應該多久檢查一次雷射沒有固定的規則。加工規範要求對雷射進行檢查，從每天幾次到每季一次，具體取決於製造商的需求。
也就是說，在雷射的整個生命週期中，有幾次需要進行測量。雷射功率最常在（a）開發新雷射源期間、（b）開發其應用時以及（c）將其集成到新系統時進行驗證。
但由於某種原因，一旦雷射在其最後階段投入生產，雷射功率檢查往往被忽視。
定期收集雷射功率資料是整個雷射系統如何處理其材料的重要指標。
維修工具
雷射功率計通常有三種使用方式。
最明顯和最頻繁的用途是作為維護工具。
最終用戶使用功率計來定期檢查雷射系統以確保雷射功率健康狀況一致的價值。
雷射功率通常還可用於解決雷射工藝中出現的問題，並幫助確定問題是否出在雷射源上。這些功率計通常具有多功能性和便攜性，可用於多個雷射系統。
這些便攜式系統的一個缺點是必須將雷射停產才能進行功率檢查。此外，功率計與雷射系統的設置方式也存在雷射安全問題。
趨勢分析
功率計與高功率生產雷射結合使用的最常見方法是趨勢分析，分為兩大類：短期趨勢分析和長期趨勢分析。短期趨勢分析評估從雷射發射到雷射開啟後幾秒的雷射功率。健康的雷射將表現出接近編程雷射功率的穩定雷射功率水平。長期趨勢分析比較長時間內的雷射功率讀數，以確保一致性並更好地驗證工藝穩定性。
這兩種趨勢分析方法告訴雷射用戶有關雷射系統的一些信息。首先，從雷射發射時到幾秒後的不穩定雷射功率讀數可能表明雷射諧振器存在問題。此外，雷射功率在較長時間內緩慢降低可以警告雷射用戶系統組件（例如光學器件或窗口）正在退化。最後，雷射功率的大幅降低可以告訴雷射用戶組件發生了災難性故障。用於趨勢分析的功率計通常是集成設備，可以調用雷射功率並將其記錄到雷射的 HMI。
集成到惡劣的生產環境中
設計和集成數百個組件來組成一個用雷射加工材料的系統可能是一項艱鉅的任務。系統集成商不斷尋找供應商為其提供能夠在物理和邏輯上輕鬆無縫地融入其設計系統的組件。
雷射功率計應包括 IP 級物理連接，旨在承受金屬雷射加工碎片不斷污染空間的惡劣生產環境。其堅固的設計將確保雷射在整個使用壽命期間的使用壽命。還必須考慮行業標准通信協議。通常，不同的國家會有不同的標準和做法。在某些情況下，美國主要使用採用 Profinet 和 RS232 的以太網 IP 通信。無論所需的通信協議如何，功率計都應該足夠靈活以符合客戶的意願。
功率測量的進展
最近，Ophir 推出了一款新型工業功率計，以解決工業雷射用戶在測量雷射功率時遇到的問題。
Ophir IPM-10KW是一款高功率模塊化雷射功率傳感器，可在惡劣的生產環境中提供高精度和可重複的測量。該系統可測量 100W 至 11kW 的功率，波長范圍為 900 至 1100nm 和 10.6μm。該傳感器專為雷射切割和焊接機器製造商以及使用這些機器生產零件的用戶而設計。
IPM-10KW功率計本質上是兩個設備。
(1) 功率計的核心是一個帶有鍍鎳 12mm 快速斷開裝置的水冷傳感器，額定雷射功率高達 11kW。
該傳感器與許多工業客戶所依賴的先進技術相同，用於輕鬆、準確地測量雷射功率，現在安裝在堅固的外殼中。
該傳感器和與雷射系統通信所需的電子設備構成了基本單元。
(2) 基本單元通過 RS232 與“COM Box”進行通信。COM Box 通過選擇首選通信協議與雷射系統進行通信：EtherNet/IP、Profinet 或 EtherCAT。為了進一步保護雷射傳感器免受工業環境的影響，還有一個可選的電子驅動快門，帶有可現場更換的增透膜防護窗口。
結論
應保護對雷射工藝的投資，部分方法是通過監控其性能，確保其工藝在系統的使用壽命內盡可能保持一致。
功率計的新發展提供了工業級千瓦等級雷射功率計，其設計可以在物理上和邏輯上輕鬆集成到雷射加工單元中。
這將幫助雷射使用人員知道其單元中的雷射在設計規範內始終如一地運行，並為他們提供一種更快地排除系統出現的問題的方法。