Nowoczesne monitorowanie sposobem na zapobieganie awariom

Niespodziewane awarie i nagła konieczność serwisowania, a zatem także wyłączenia maszyny z pracy, to jedne z najbardziej stresujących sytuacji. Mogą one przynieść ogromne straty finansowe. Jakie są sposoby na zmniejszenie ryzyka nieplanowanego przestoju?

Firma KIMLA prowadzi od wielu lat prace badawczo-rozwojowe nad rozwojem technik monitorowania elementów optycznych w głowicy tnącej, ponieważ są to krytyczne elementy wycinarki, których awaria może zatrzymać produkcję w niespodziewanym momencie. Do głowicy wciąż dodawane są kolejne funkcjonalności, które mają zapewnić jej poprawne działanie, wykrycie wszelkich anomalii na jak najwcześniejszym etapie w celu uniknięcia niespodziewanych napraw i konieczności nagłego serwisowania maszyny. Pomiar temperatury elementów optycznych w głowicy jest bardzo istotny szczególnie w laserach o dużych mocach. Niestety dotychczasowe techniki pomiaru temperatury bazowały na pomiarze temperatury ich obudowy. Soczewki, które są wykonane ze szkła kwarcowego, mają stosunkowo niską przewodność cieplną, co powoduje, że temperatura generowana przez promień lasera na środku soczewki potrzebuje nawet kilku minut na dotarcie do jej krawędzi i rozgrzanie obudowy. Taka zwłoka często powoduje, że wykrycie anomalii jest zbyt późne i dochodzi do zniszczenia głowicy. Firma KIMLA wewnątrz głowicy umieszcza miniaturowe kamery termowizyjne, które analizują bez- dotykowo powierzchnie elementów optycznych. Dzięki temu gdy np. soczewka zaczyna się rozgrzewać, możemy natychmiast zareagować i automatyczne zatrzymać proces cięcia. Oprócz alarmowego progu temperatury, który automatycznie wyłączy laser, jest również próg ostrzegawczy, który informuje operatora o konieczności serwisu optyki w najbliższym czasie,co pozwala zaplanować prace serwisowe. To daje też użytkownikowi kilka dni czy nawet kilka tygodni na to, żeby sobie taki serwis zorganizować.

Czynniki środowiskowe

Oprócz czynników związanych z pomiarem temperatury i szybkością wykrycia ewentualnych anomalii bardzo ważne jest również mierzenie innych warunków środowiskowych. Przykładem czynnika, który powoduje nadmierne zużycie optyki w głowicach, jest wilgotność. Wilgotność jest w powietrzu i nawet w stosunkowo szczelnej głowicy ta wilgotność przenika w długim okresie i wpływa na działanie soczewek. Często zaskoczeniem jest, że soczewki w laserze używanym codziennie pracują dłużej niż w laserze pracującym incydentalnie. Wynika to z tego, że warstwy antyrefleksyjne na powierzchni soczewek w czasie długotrwałego przestoju absorbują wilgoć z powietrza i w momencie, kiedy laser zostaje włączony, ogromna moc światła przechodzącego przez soczewkę powoduje natychmiastowe odparowanie tej wilgoci. To z kolei powoduje mikropęknięcia w warstwie antyrefleksyjnej. Te pęknięcia są zalążkami defektów, które później poprzez proces nagrzewania i chłodzenia zwiększają się, aż do momentu, w którym następuje destrukcja katastrofalna. Gdy laser używany jest codziennie, to upłynie zbyt mało czasu, aby soczewka zaabsorbowała istotną ilość wilgoci, natomiast tygodniowe przestoje już wykazują taki efekt.

Rozwiązanie – wykorzystanie azotu

KIMLA zastosowała nadciśnienie, czyli przedmuch głowicy azotem. Rozwiązanie polega na tym, że do komory optycznej głowicy została doprowadzona niewielka ilość azotu, który utrzymując lekkie nadciśnienie, nie pozwala na dostanie się wilgotnego powietrza do wnętrza głowicy. Jest to ten sam azot, który służy do cięcia i nie trzeba stosować żadnego dodatkowego gazu. Azot ten po przejściu przez bardzo dokładne filtry jest doprowadzony do wnętrza komory, w której znajdują się soczewki. Oczywiście ta wilgotność jest wewnątrz głowicy monitorowana, operator również jest informowany o tym, jaka jest wilgotność wewnątrz głowicy. Nadciśnienie również jest mierzone. Dzięki temu mamy pewność, że jest właściwe. Dodatkowo każdy element optyczny w głowicy (nie tylko soczewki, ale też np. szkiełka zabezpieczające) jest monitorowany pod kątem zanieczyszczeń. KIMLA jako pierwsza firma rozpoczęła produkcję głowic umożliwiających pomiar temperaturykwarcu światłowodu. Kwarc światłowodu to jest miejsce, z którego wychodzi wiązka lasera doprowadzona ze źródła. Do tej pory nie było technologii, która by monitorowała na bieżąco temperaturę kwarcu światłowodu. To rozwiązanie zostało opatentowane i obecnie użytkownik, oprócz tego, że wie, jakie są temperatury soczewek i szkiełek zabezpieczających, wie również, jaka jest temperatura kwarcu wyjściowego światłowodu. Dzięki temu można lepiej kontrolować proces i wiedzieć, co jest przyczyną ewentualnych problemów. Zatem diagnostyka tego, co się dzieje w głowicy, jest teraz najważniejszym czynnikiem z punktu widzenia rozwoju technik cięcia laserowego. W tej chwili jest czas na optymalizację i automatyzację całego procesu oraz rozwój mechanizmów pozwalających na automatyczną diagnostykę systemów– zgodnie z koncepcją Przemysłu 4.0 są to takie rozwiązania, jak automatyczne powiadomienia, raportowanie czy informacje o stanach alarmowych, łącznie z możliwością wysłania maila do odpowiednich służb serwisowych z informacją, że w głowicy przegrzewa się optyka.

Spójność systemu

Firma KIMLA opracowała także spójny system, który nazwaliśmy lens care. To system, który ma obsługiwać i zajmować się elementami optycznymi w głowicy. Jest to rodzaj specjalnego panelu kontrolnego wewnątrz systemu sterowania lasera, który odpowiada za wszystkie funkcje głowicy. Są tam wszelkiego rodzaju informacje dotyczące temperatur, ciśnienia, wilgotności, wartości historyczne, ustawienia wartości alarmowych i ostrzegawczych. Te informacje operator widzi na ekranie swojego komputera w czasie rzeczywistym.