製造業のデジタル化
デジタル化と「ビッグデータ」に関するあらゆる話題により、製造業者は生産プロセスをデジタル化することのメリットがますます認識されるようになりました。製品自体の品質を向上させるだけでなく、ダウンタイムを大幅に削減し、生産全体を最適化することもできます。問題の核心は、処理中の測定データの収集と保存です。レーザーの測定技術のメーカーとして、MKS Instrumentsはこの課題に立ち向かいました。同社のOphirブランドは、さまざまなデータインターフェイスを備えたセンサーの幅広いポートフォリオを提供しています。さらに、新しく開発されたいくつかの測定装置は自動化された生産プロセスに直接統合でき、すぐに使用できるデータを提供いたします。
著者
Christian Dini, Director Business Development Ophir
レーザー測定技術用インターフェイス
自動化された生産で最も重要なのは、エネルギー効率と低いダウンタイムを伴う高可用性と生産性 (OEE) です。レーザーシステムの場合、これにはレーザービームを正しく調整する必要があります。ビームパラメーターが事前に定義されたプロセスパラメーターから逸脱すると、品質の低下、エネルギー消費量の増加、生産性の低下が生じ、ダウンタイムやさらに悪いことに製品リコールにつながる可能性があります。これを回避するには、溶接や切断プロセス、あるいはアディティブマニュファクチャリングにおいても、レーザービームを継続的にチェックすることが不可欠です。これには、それぞれのプロセスの耐障害性に応じてさまざまな方法があります。最も基本的なレベルでは、集光レーザービームのパワーを測定するだけで、より高い耐障害性を備えたプロセスに十分な情報が得られます。どの測定方法が使用されるかに関係なく、ローカルまたはネットワーク上のデータストレージの問題はますます重要になっています。
接続: PCインターフェイス経由の接続
従来、パワーゲージは校正済みのセンサーと校正済みのディスプレイで構成されており、どちらもPCとは独立して動作します。データを読み出すために、一部の表示ユニットにはインターフェースが組み込まれています。別個のディスプレイを用意する代わりに、PCにこの機能を処理させることができます。必要なのは、適切なソフトウェアと調整されたインターフェースだけです。基本的に、Ophir PCインターフェイスは、独自の画面を持たないディスプレイユニットまたはディスプレイです。ディスプレイユニットの最初で最も重要なタスクは、アナログセンサー信号を、デバイス自体またはPC (StarLabなどのソフトウェア経由) で表示できるデジタル値に変換することです。豊富なオプションがあります。しかし、従来のハンドヘルド表示デバイスを超えて、PCやネットワーク上でプロセスデータを表示および評価することがますます重要になっています。
センサーのリモコンのようなもの
データ評価の最初のステップはPCです。OphirのQuasarなどの外部Bluetoothインターフェイスを使用すると、センサーとインターフェイスを任意のPCからワイヤレスで操作できます。
クラシックな有線USBコネクターは、サイズが小さいにも関わらず、最大10kHzのパルス周波数を記録できます。このインターフェイスは、センサーとPCの間にあるケーブルのコンポーネントのように機能します。たとえば、Ophirは、StarViewerとともに、スマートフォンやタブレットをパワーメーターにすばやく変換できる無料のAndroidアプリを提供しています。これらの「4-in-1」システムは、複数のセンサーの接続に適しています。
Ethernetアダプターを使用すると、測定ヘッドをEthernetパワーメーターに素早く簡単に変換できます。パワー測定ヘッドは別個のアダプターを介してEthernetに接続し、測定データを既存のネットワークに送信してさらなる処理を行うだけです。これにより、ユーザーに空間的自由が与えられます。これは、単一のテストセットアップで数百のセンサーの管理を担当できる産業オートメーションや研究開発などの分野では重要な要素です。
Ethernetベースのセンサーのもう1つの興味深い用途は、リモート監視です。これは、たとえば、専門的な技術専門知識を持ってフィールドエンジニアをサポートするコンサルタントや、工場全体に相当するセンサーを監視する必要がある品質管理者などに当てはまります。Ethernet接続は、どこにいてもインターネット経由でこれらのタスクを実行できることを意味します。
GigEコネクターを備えたカメラ
Ophirは、Stuttgartで開催された「Lasys 2018」で SP920Gを発表しました。このカメラは小型で堅牢な筐体に組み込まれており、GigE接続を介してPCから最大100メートル離れた場所でも操作できるため、セキュリティーや空間上の理由からレーザービームを使用できない環境でもレーザービームを測定できます。USB接続では使用できません。これにより、機械工学やプラント建設におけるOEMアプリケーションが大幅に簡素化されます。GigEインターフェイス経由で送信された測定データは、BeamGageソフトウェアを使用して簡単に評価できます。
産業用ネットワークにおける統合パワー測定
しかし、自動生産におけるパワー測定では、システムにさらに高い要求が課せられます。PROFINETまたはRS-232インターフェイスを介して産業ネットワークに柔軟に統合できることに加えて、デバイスはコンパクトで耐久性も必要です。Ophirは、特に自動製造における固体レーザー用途向けにHELIOSを開発しました。0.1～10秒の短い照射期間中、測定システムは100W～12kWのレーザー出力と10J～10kJのレーザーエネルギーを測定します。
安全面: 非接触ビーム解析
特に、厳しい公差を遵守する必要がある産業用レーザープロセスでは、レーザービームの品質について信頼できる情報を得るには、ビーム全体のコースティクスを測定する必要があります。製造プロセスで高い基準を維持するには、焦点の位置や経年変化、汚れ、温度による潜在的なシフト、レーザーのM2品質スコアやパワー密度などのレーザーパラメーターを継続的に監視する必要があります。レーザービームの非接触測定のためにOphirが開発した技術の1つは、実質的にパワー制限がなく、すでに100kWクラスの高出力レーザーでテストされています。この摩耗のない、正確で極めて高速なテクノロジーを自動生産に適用するために、同社はBeamWatch Integratedを開発しました。BeamWatch Integratedは、最適化された設計と内蔵パワーメーターに加えて、PROFINET、Ethernet/IP、またはCC-Linkなどの生産ネットワークに測定データを直接転送するためのインターフェイスをいくつか備えています。
この記事は、Applicazioni Laser 2018年10月ににイタリア語で掲載されました。