Bên trong bộ nâng cấp laser sợi quang TRUMPF từ CO2: Giải thích các phần cứng và hệ thống điều khiển chính

Tại sao việc nâng cấp laser CO₂ TRUMPF lại là một dự án tích hợp hệ thống

Máy TRUMPF được xây dựng như một hệ thống hoàn chỉnh. CNC, hệ thống điều khiển chiều cao, chu trình cắt, cảnh báo và thiết bị ngoại vi đều hoạt động phối hợp. Việc thay đổi công nghệ laser ảnh hưởng đến cách các hệ thống này giao tiếp với nhau.

Mục tiêu của một bản nâng cấp được thiết kế tốt không phải là loại bỏ mọi thành phần gốc. Ở những nơi có thể, các bộ phận đã được chứng minh của máy hiện tại có thể được giữ lại và tích hợp với thiết bị laser sợi quang mới. Điều này giảm thiểu các thay đổi không cần thiết đồng thời giữ nguyên các chức năng máy quen thuộc.

Tuy nhiên, việc nâng cấp cũng phải bổ sung các tính năng mà cấu hình CO₂ ban đầu không yêu cầu. Bao gồm kiểm soát chu kỳ làm việc của laser sợi quang, quản lý lấy nét tự động, giám sát nhiệt độ quang học, chẩn đoán từ xa và phần cứng được điều chỉnh đặc biệt cho cắt bằng sợi quang.

1. Đầu cắt laser sợi quang và hệ thống cảm biến chiều cao gốc

Một trong những thay đổi dễ nhận thấy nhất là việc thay thế đầu cắt CO₂ ban đầu bằng đầu cắt laser sợi quang.

Trong quá trình chuyển đổi, các thành phần cảm biến chiều cao điện dung TRUMPF ban đầu có thể được điều chỉnh phù hợp với đầu mới. Bộ cảm biến và kết nối cáp gốc của nó vẫn được liên kết với bộ điều khiển chiều cao TRUMPF, cho phép máy tiếp tục theo dõi khoảng cách giữa vòi phun và bề mặt tấm kim loại.

Việc giữ lại phần này của hệ thống điều khiển chiều cao ban đầu có hai lợi ích quan trọng:

• Nó giữ lại chức năng máy đã được chứng minh.
• Nó giảm số lần thay đổi không cần thiết đối với kiến trúc điều khiển ban đầu.

Đầu cắt phải được chọn theo công suất laser dự kiến. Ví dụ, đầu cắt có công suất tối đa 8 kW có thể hỗ trợ nâng cấp 6 kW, trong khi hệ thống 12 kW yêu cầu đầu cắt được thiết kế cho mức công suất cao hơn.

2. Giám sát Nhiệt độ Quang học và Bảo vệ Tự động

Quang học sạch và khỏe mạnh là điều cần thiết trong cắt laser sợi quang công suất cao. Ô nhiễm hoặc hư hỏng cửa sổ bảo vệ, thấu kính lấy nét hoặc quang học hội tụ có thể làm nhiệt độ bên trong đầu cắt tăng lên.

Hệ thống nâng cấp sử dụng phần mềm để giám sát nhiệt độ quang học theo thời gian thực. Nếu nhiệt độ được giám sát vượt quá giới hạn định trước, đầu cắt sẽ gửi tín hiệu báo động đến bộ điều khiển nâng cấp. Bộ điều khiển sau đó truyền thông báo lỗi đến máy TRUMPF để dừng quá trình cắt.

Chuỗi bảo vệ này giúp ngăn ngừa một vấn đề quang học nhỏ phát triển thành hư hỏng nghiêm trọng hơn:

Một thiết bị di động chuyên dụng cũng có thể được cung cấp để giám sát dữ liệu đầu cắt tại chỗ, giúp người vận hành dễ dàng xem tình trạng quang học trong quá trình sản xuất và bảo trì.

3. Bộ Truyền Động Servo Lấy Nét Tự Động

Khác với bố trí quang học ban đầu, đầu cắt sợi quang mới yêu cầu điều khiển lấy nét tự động riêng biệt. Một bộ truyền động servo lấy nét tự động di chuyển hệ thống lấy nét bên trong đến vị trí yêu cầu theo lệnh từ bộ điều khiển nâng cấp.

Vị trí tiêu điểm là một tham số quy trình quan trọng. Khoan, cắt, loại bỏ màng, và các kết hợp vật liệu hoặc độ dày khác nhau có thể yêu cầu các vị trí tiêu điểm khác nhau. Bộ truyền động servo cho phép kiểm soát chính xác các vị trí này như một phần của chu trình máy.

Hệ thống cũng cung cấp chế độ lấy nét thủ công cho công việc thiết lập. Điều này đặc biệt hữu ích khi kiểm tra và điều chỉnh căn chỉnh vòi phun vì kỹ thuật viên có thể di chuyển tiêu điểm trực tiếp từ giao diện nâng cấp mà không phải dựa vào chu trình tự động thông thường.

4. Cổng Dịch vụ Từ xa Công nghiệp

Hỗ trợ từ xa là một phần quan trọng của hệ thống nâng cấp hiện đại, đặc biệt khi máy được lắp đặt xa nhà cung cấp nâng cấp.

Cổng dịch vụ từ xa công nghiệp cung cấp truy cập an toàn đến bộ điều khiển cải tiến và màn hình cảm ứng khi khách hàng kết nối thiết bị với internet. Với sự ủy quyền và kết nối hợp lệ, kỹ sư dịch vụ có thể kiểm tra trạng thái hệ thống và xem lại cảnh báo mà không cần phải đến trực tiếp hiện trường ngay lập tức. Sky Fire Laser cũng cung cấp tùy chọn vận hành và hỗ trợ kỹ thuật từ xa cho các dự án phù hợp.

Tùy thuộc vào các tín hiệu kết nối, chẩn đoán từ xa có thể bao phủ:

• cảnh báo nhiệt độ đầu cắt và quang học;
• cảnh báo nguồn laser sợi quang;
• cảnh báo máy làm lạnh nước;
• lấy nét tự động và trạng thái bộ điều khiển; và
• các lỗi khác được tích hợp vào hệ thống cải tiến.

Truy cập từ xa không thay thế bảo trì tại chỗ, nhưng có thể cải thiện đáng kể việc chẩn đoán lỗi ban đầu. Trong nhiều trường hợp, đội ngũ dịch vụ có thể xác định được phân hệ bị ảnh hưởng và hướng dẫn khách hàng bước tiếp theo đúng trước khi sắp xếp chuyến thăm tại chỗ.

5. Bộ điều khiển giao diện cải tiến: Trung tâm của việc chuyển đổi

Bộ điều khiển giao diện là liên kết trung tâm giữa máy TRUMPF gốc và thiết bị laser sợi quang mới. Một hệ thống điều khiển cải tiến TRUMPF CO₂ sang laser sợi quang chuyên dụng được sử dụng để quản lý việc chuyển đổi tín hiệu này và các chức năng laser sợi quang bổ sung.

Nhiệm vụ của nó là nhận tín hiệu quá trình từ bộ điều khiển TRUMPF, giải mã và tạo ra các lệnh cần thiết cho thiết bị mới.

Tín hiệu nhận từ máy gốc

Bộ điều khiển có thể ghi nhận các lệnh và tham số như:

• trạng thái khoan và cắt;
• công suất laser yêu cầu; và
• tần số xung.

Tín hiệu gửi đến hệ thống laser sợi quang

Sau khi xử lý các tín hiệu máy gốc, bộ điều khiển gửi các đầu ra cần thiết đến:

• nguồn laser sợi quang;
• bộ truyền động servo lấy nét tự động; và
• các thiết bị an toàn và điều khiển cải tiến khác.

Các đầu ra này có thể bao gồm bật laser, yêu cầu công suất, tần số, chu kỳ làm việc và lệnh vị trí lấy nét.

Việc chuyển đổi tín hiệu này là cần thiết vì nguồn laser CO₂ và nguồn laser sợi quang không hoạt động với các yêu cầu điều khiển giống nhau. Bộ điều khiển giao diện cho phép CNC gốc vẫn là bộ điều khiển chính của máy trong khi cung cấp cho nguồn laser sợi quang các lệnh bổ sung cần thiết.

6. Tại sao phải thêm điều khiển chu kỳ làm việc

Trong cấu hình CO₂ ban đầu, máy chủ yếu cung cấp lệnh công suất và tần số laser. Quá trình laser sợi quang cũng phụ thuộc nhiều vào chu kỳ làm việc — tỷ lệ phần trăm của mỗi chu kỳ xung trong đó laser phát ra.

Chu kỳ làm việc đặc biệt quan trọng trong khoan. Nếu năng lượng quá lớn được cung cấp quá nhanh, lỗ khoan có thể trở nên không ổn định và tạo ra nhiều tia lửa hoặc vụ nổ mạnh. Điều này đặc biệt liên quan khi sử dụng oxy để xử lý thép cacbon.

Do đó, màn hình cảm ứng nâng cấp cho phép định nghĩa các giá trị chu kỳ làm việc cho các thao tác khác nhau, bao gồm:

• khoan;
• cắt bình thường;
• đánh dấu hoặc khắc; và
• gỡ bỏ màng bảo vệ trước khi cắt.

Cắt bình thường có thể sử dụng chu kỳ làm việc gần như liên tục, trong khi khoan thường yêu cầu giá trị thấp hơn, được điều chỉnh cẩn thận. Tham số chính xác phụ thuộc vào công suất laser, vật liệu, độ dày, khí hỗ trợ, cấu hình đầu phun và kết quả quy trình yêu cầu. Chúng phải được thiết lập trong quá trình vận hành chứ không sao chép mù quáng từ máy khác.

7. Chức năng màn hình cảm ứng cho thiết lập và căn chỉnh đầu phun

Màn hình cảm ứng nâng cấp không chỉ là màn hình hiển thị trạng thái. Nó cung cấp các chức năng quy trình không có trong giao diện máy CO₂ gốc.

Một chức năng chính là kiểm tra căn giữa đầu phun. Để cắt ổn định, tia laser phải đi qua tâm lỗ đầu phun. Kỹ thuật viên có thể đặt công suất thử thấp, thời gian xung, tần số và chu kỳ làm việc, sau đó kích hoạt một xung ngắn để kiểm tra vị trí tia trên mục tiêu.

Nếu dấu không nằm chính giữa, đầu cắt sẽ được điều chỉnh và kiểm tra lại cho đến khi tia laser được căn chỉnh đúng.

Màn hình cảm ứng cũng cho phép di chuyển tiêu cự thủ công trong quá trình này, giúp thiết lập nhanh hơn và tiện lợi hơn. Vì ngay cả sai lệch nhỏ trong căn chỉnh cũng có thể ảnh hưởng đến lưu lượng khí, chất lượng cắt hoặc tuổi thọ đầu phun, chức năng này là công cụ thiết yếu cho việc vận hành và bảo trì.

8. Lắp đặt cơ khí tùy chỉnh và quản lý cáp

Đầu cắt sợi quang không thể chỉ đơn giản được bắt vít vào vị trí của đầu CO₂ gốc. Cần một bộ phận cơ khí tùy chỉnh để gắn đầu mới chắc chắn vào cấu trúc máy hiện có.

Những bộ phận này có thể bao gồm:

• một tấm gắn đầu cắt;
• giá đỡ và khối gắn;
• bộ chuyển đổi phù hợp với thanh trượt hoặc xe trượt gốc; và
• giá đỡ kim loại tấm cho chuỗi kéo.

Chuỗi kéo phải đảm bảo an toàn cho cáp quang, cáp điện, đường dẫn khí hỗ trợ và các dịch vụ khác khi đầu cắt di chuyển. Lộ trình của nó phải tuân thủ bán kính uốn tối thiểu của cáp quang và ngăn chặn việc cọ xát, xoắn hoặc can thiệp trong suốt hành trình trục.

Những thành phần này có vẻ đơn giản, nhưng kích thước và vị trí lắp đặt của chúng dựa trên hình học máy và kinh nghiệm nâng cấp. Độ chính xác cơ khí ảnh hưởng trực tiếp đến căn chỉnh đầu, độ tin cậy chuyển động và sự ổn định lâu dài.

9. Bộ chuyển đổi gốm và đầu phun hai lớp

Cấu hình cắt CO₂ TRUMPF ban đầu thường sử dụng đầu phun một lớp. Tuy nhiên, cắt laser sợi quang có thể yêu cầu thiết kế đầu phun khác. Đầu phun hai lớp thường được sử dụng cho cắt oxy thép cacbon.

Giá đỡ gốm ban đầu và đầu phun laser sợi quang tiêu chuẩn có thể sử dụng ren hoặc kích thước không tương thích. Để giải quyết điều này, có thể sản xuất bộ chuyển đổi gốm tùy chỉnh với:

• kích thước bên ngoài tương thích với bộ lắp ráp đầu cắt TRUMPF; và
• ren trong được thiết kế cho đầu phun laser sợi quang cần thiết.

Bộ chuyển đổi nhỏ này cho phép việc nâng cấp giữ lại giao diện cơ khí cần thiết đồng thời hỗ trợ các tùy chọn đầu phun phù hợp với cắt laser sợi quang.

10. Tại sao việc vận hành chuyên nghiệp tại chỗ là cần thiết

Cung cấp bộ nâng cấp không có nghĩa là việc chuyển đổi nên được coi là lắp đặt tự làm.

TRUMPF đã sản xuất nhiều mẫu máy và cấu hình khác nhau. Mặc dù bộ điều khiển, đầu cắt, các bộ phận lắp đặt và hệ thống dây điện có thể được lắp ráp và kiểm tra trước khi vận chuyển, việc tích hợp cuối cùng vẫn phụ thuộc vào máy cụ thể.

Công việc tại chỗ có thể bao gồm:

• xác minh cấu hình máy chính xác;
• lắp đặt và căn chỉnh các bộ phận cơ khí;
• hoàn thành kết nối điện và điều khiển;
• điều chỉnh logic tín hiệu và các thông số máy;
• kiểm tra các khóa liên động và cảnh báo;
• căn chỉnh tia laser và đầu phun;
• kiểm tra chuyển động lấy nét;
• điều chỉnh các thông số cắt và khoan; và
• xác nhận hiệu suất dưới điều kiện sản xuất thực tế.

Vì lý do này, kỹ sư nâng cấp có kinh nghiệm nên hoàn thành việc lắp đặt và vận hành tại cơ sở của khách hàng. Việc nâng cấp TRUMPF có thể phức tạp hơn so với việc chuyển đổi các nền tảng máy ít tích hợp hơn, và những chi tiết nhỏ có thể quyết định hệ thống hoàn chỉnh có đáng tin cậy và an toàn hay không.

Kết luận

Việc nâng cấp TRUMPF từ laser CO₂ sang laser sợi quang không phải là một nâng cấp đơn lẻ. Đây là sự tích hợp phối hợp giữa nguồn laser mới và đầu cắt với CNC gốc của máy, điều khiển chiều cao, nền tảng chuyển động, mạch an toàn và thiết bị ngoại vi.

Các yếu tố chính bao gồm:

• đầu cắt sợi quang phù hợp công suất;
• giữ lại và điều chỉnh các thành phần cảm biến chiều cao TRUMPF;
• bảo vệ nhiệt độ quang học theo thời gian thực;
• điều khiển lấy nét tự động;
• bộ điều khiển chuyển đổi tín hiệu chuyên dụng;
• chức năng chu kỳ làm việc và căn chỉnh đầu phun;
• chẩn đoán từ xa;
• phần cứng lắp đặt tùy chỉnh và quản lý cáp; và
• bộ chuyển đổi đầu phun được thiết kế cho công nghệ cắt laser sợi quang.

Khi các hệ thống này được thiết kế, lắp đặt và vận hành như một gói hoàn chỉnh, một nền tảng máy hiện có có thể được nâng cấp khả năng xử lý của công nghệ laser sợi quang trong khi vẫn giữ lại các bộ phận giá trị của thiết bị gốc.