La digitalizzazione in produzione: metrologia laser con interfacce

Gli incontri e gli eventi in merito a Industria 4.0 e Big Data hanno destato l’interesse delle aziende e i vantaggi di una digitalizzazione in produzione sono sempre più evidenti: la qualità dei prodotti migliora, i tempi di fermo si riducono notevolmente e, complessivamente, si ottimizzano i processi.

La raccolta e la memorizzazione di dati misurati in ambito produttivo è diventata un tema di importante attualità. In qualità di produttore di soluzioni metrologiche per laser, MKS Instruments ha riconosciuto questa evoluzione e, con il marchio Ophir, offre un’ampia gamma di sensori dotati di diverse interfacce dati. Inoltre, diversi strumenti di misura di nuova generazione possono essere integrati direttamente nella produzione automatizzata e forniscono dati misurati subito utilizzabili.

di Christian Dini

Nella produzione automatizzata è importante poter contare su elevate disponibilità e produttività, accompagnate da efficienza energetica e ridotti tempi di fermo. Per gli impianti laser va considerata anche la corretta regolazione del fascio laser. Se i parametri del fascio non corrispondono ai parametri di processo predefiniti, ne conseguono un peggioramento della qualità dei prodotti, un maggiore consumo energetico, una minore produttività e, in determinate circostanze, perdite di produzione o, nel peggiore dei casi, campagne di richiamo. Per evitare simili scenari, è fondamentale verificare sempre e costantemente il fascio laser sia in processi di saldatura o taglio che nella produzione additiva. A questo proposito sono disponibili diverse possibilità, in funzione della tolleranza agli errori del relativo processo. Se consideriamo un “entry level”, la misura della potenza laser del fascio a valle del sistema ottico di lavorazione per processi con tolleranza agli errori piuttosto elevata fornisce dati sufficienti. Indipendentemente dal metodo di misura scelto, la memorizzazione dei dati localmente o in rete sta assumendo un’importanza sempre più rilevante.

Get connected: collegamento tramite interfacce PC
Uno strumento di misura della potenza è costituito solitamente da un sensore calibrato e da un indicatore calibrato, che lavorano entrambi in modo indipendente da un PC; per la lettura dei dati, gli indicatori sono dotati, in parte, di interfacce integrate. In alternativa al display separato, è possibile trasferire la funzione di indicazione al PC, ma per farlo è necessario un software specifico e un’interfaccia calibrata. In linea di principio, un’interfaccia PC Ophir è un indicatore o meglio uno strumento di misura senza display. Il vero scopo dell’indicatore è quello di trasformare il segnale puramente analogico – molto preciso – del sensore in un valore digitale che può essere visualizzato sul display stesso o su un software PC come StarLab. A questo riguardo, vi sono diverse possibilità. Accanto a classici indicatori palmari, acquisisce sempre più importanza la visualizzazione e la valutazione dei dati attraverso il PC e le reti.

Il comando a distanza passa per il sensore
Il primo passo per l’analisi dei dati porta a un PC. Interfacce Bluetooth esterne – quali Quasar di Ophir – consentono di controllare wireless sensore e interfaccia con qualunque PC. Le interfacce PC classiche via cavo con collegamento USB registrano frequenze d’impulso fino a 10 kHz e convincono per le dimensioni contenute. L’interfaccia funziona come un componente del cavo tra sensore e PC: Ophir propone StarViewer, una app Android gratuita, grazie alla quale anche gli smartphone o i tablet si trasformano rapidamente in uno strumento di misura della potenza. Per collegare più sensori sono perfetti i cosiddetti sistemi 4-in-1.
Chi desidera trasformare le proprie teste di misura in strumenti di misura della potenza Ethernet, può farlo in modo rapido e semplice utilizzando un adattatore Ethernet. Le teste di misura per la misura della potenza sono collegate a Ethernet tramite l’adattatore separato e inviano i dati misurati direttamente attraverso la rete disponibile per l’ulteriore elaborazione. L’utilizzatore guadagna quindi in termini di indipendenza dagli spazi, un fattore di grande importanza in molti ambiti, tra i quali l’automazione industriale ma anche Ricerca&Sviluppo, settore in cui – in parte – vengono gestite diverse centinaia di sensori in una singola configurazione di prova.
Un’altra applicazione interessante di un sensore basato su Ethernet è il Remote Monitoring. Per esempio, è importante per consulenti che supportano i tecnici sul campo con un know-how tecnico dedicato o per gli addetti alla qualità che devono monitorare l’intera fabbrica con tutti i sensori. Connettività Ethernet significa poter seguire le attività tramite Internet in modo delocalizzato in base alle proprie esigenze.

Videocamera con collegamento GigE
In occasione della fiera Lasys 2018 di Stoccarda, Ophir ha presentato per la prima volta SP920G. La videocamera è alloggiata in un corpo robusto e compatto e può essere controllata fino a 100 m di distanza dal PC attraverso un collegamento GigE. Pertanto, i fasci laser possono essere misurati anche in ambienti che, a esempio, per motivi di spazio o sicurezza, non potrebbero essere raggiunti attraverso un collegamento USB. Anche le applicazioni OEM nell’industria meccanica e nell’impiantistica vengono notevolmente semplificate da questa soluzione. I dati misurati che vengono trasmessi attraverso l’interfaccia GigE possono essere analizzati comodamente tramite il software BeamGage.

Misura della potenza integrata in reti industriali
La misura della potenza nella produzione automatizzata presenta tuttavia sfide ancor più ardue: oltre all’integrazione flessibile nelle reti industriali tramite Profinet o interfacce RS-232, i dispositivi devono essere compatti e robusti. Per le applicazioni con laser allo stato solido nella produzione automatizzata, Ophir ha sviluppato HELIOS. Durante un breve periodo di irraggiamento compreso tra 0,1 e 10 s, il sistema di misura compatto accerta potenze laser da 100 W a 12 kW e un’energia laser da 10 J a 10 kJ.

Per andare sul sicuro: l’analisi del fascio senza contatto
Nei processi laser della produzione industriale, per i quali è necessario rispettare tolleranze molto strette, solo una misurazione del profilo del fascio garantisce dati accurati sulla qualità del fascio laser. Chi intende mantenere a livelli alti la qualità dei suoi processi, deve verificare costantemente i parametri laser quali la posizione del fuoco, nella fattispecie il suo spostamento dovuto a invecchiamento, sporco o variazioni termiche, il fattore di qualità M2 del fascio laser e la densità di potenza del laser. Una tecnologia sviluppata da Ophir per la misura senza contatto del fascio laser non conosce limiti di potenza ed è già stata testata per laser high-power con 100 kW. Per poter utilizzare questa tecnologia precisa, estremamente veloce e resistente all’usura, l’azienda ha sviluppato anche BeamWatch Integrated. Oltre alla struttura ottimizzata e ad un strumento di misura della potenza integrato, BeamWatch Integrated ha diverse interfacce che consentono la trasmissione diretta dei dati misurati alle reti di produzione.

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