Laser vermisst die vollständige 3D-Kontur von bis zu 1.200 °C warmen Schmiedeprüflingen

Baesweiler, 9. März 2023    Auf der METEC stellt nokra erstmals das alpha.hot3D System für die 3D-Laser-Vermessung von warmen Schmiedeteilen vor. Es macht die Vorhersage der Kaltabmessungen innerhalb von wenigen Sekunden nach dem Schmieden möglich. So kann der Umformprozess schon nach den ersten Teilen überprüft und sofort optimiert werden.

Beim Schmieden ist es von entscheidender Bedeutung für Gewinn und Verlust, möglichst schnell nach dem Umformen der ersten Stücke zu wissen, ob sie die spezifizierten Abmessungen einhalten werden, nachdem sie erkaltet sind. Bisher muss je nach Größe der Schmiedestücke bis zu zwei Stunden gewartet werden, bis sie für eine Messung mit einem Koordinaten-Messsystem ausreichend abgekühlt sind. Bis dahin kann eine moderne Warmpresse bereits viele Tausend Teile produziert haben, die den geometrischen Spezifikationen eventuell nicht entsprechen.

Das neue alpha.hot3D System von nokra erfasst die vollständige Kontur von bis zu 1.200 °C warmen Prüflingen und berechnet die Abmessungen der Teile im erkalteten Zustand mit einer Genauigkeit von bis zu ± 25 µm: Der Schmiedeprozess kann bereits wenige Sekunden nach dem Umformen des ersten Teils optimiert werden.

Das System ist so kompakt, dass es auf der Betriebsbühne der Schmiedepresse installiert werden kann – die warmen Schmiedestücke werden unmittelbar nach dem Verlassen der Schmiedepresse direkt vom Förderband in die Messzelle eingesetzt. Die Messung startet auf Knopfdruck, das Kaltmaß-Ergebnis – „i.O.“ oder „n.i.O.“ – liegt einschließlich der Darstellung der Merkmale und dem Soll-/Ist-Vergleich nach wenigen Sekunden vor. Anschließend kann der Prüfling dem Prozess wieder zugeführt werden.

Die Feuerprobe hat das System bei der Messung von rotationssymmetrischen Teilen an einer Warmpresse bestanden. Die Kaltmaße, die alpha.hot3D berechnet hatte, wurden mit denen eines Koordinaten-Messsystems verglichen. Die Abweichungen lagen zwischen 5 und 20 µm und waren somit deutlich geringer, als der Anwender erwartet hatte.

Günter Lauven, der Geschäftsführer der nokra GmbH, sieht hohes Potenzial für die neue Anlage: „Speziell für kleinere Losgrößen rechnet sich die Investition in unsere Anlage sehr schnell, denn ein Fehler am Werkzeug fällt dabei umso mehr ins Gewicht. Und wenn prozessbegleitend in regelmäßigen Abständen gemessen wird, bringt das zusätzliche Sicherheit.“

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Die Technik im Detail

alpha.hot3D misst die vollständige 3D-Kontur von warmen Werkstücken. Bis zu vier nokra Laserlichtschnitt-Sensoren erfassen die 3D-Geometrie, während sich das warme Werkstück in der Messzelle um 360° dreht. Ein weiterer Sensor misst die Temperatur des Prüflings.

Aus den Konturwerten berechnen verschiedene Algorithmen die im Prüfplan konfigurierten Geometriemerkmale. Ein weiterer ermittelt auf Basis der gemessenen Temperatur die jeweiligen Kaltmaße. Das System wird für jeden Schmiedeteile-Typ trainiert, sodass die Vorhersage des Kaltmaßes exakt an den jeweiligen Teiletyp und dessen Merkmale angepasst ist. Dabei berücksichtigt der Algorithmus nicht nur die Wärmeausdehnung des Werkstoffes pauschal, sondern auch die Gestalt der Teile, denn einige Bereiche kühlen schneller ab als andere.

Die erste gebaute Anlage nimmt Teile mit einem Durchmesser von 130 mm x 115 mm auf, Anlagen für Komponentengrößen bis zu 185 mm x 190 mm sind in Vorbereitung; sie ist so kompakt, dass sie auf der Bedienerbühne der Presse aufgestellt werden kann.

Die Technik: 1.000 Zeichen einschließlich Leerzeichen

nokra auf der METEC 2023
Düsseldorf, 12. bis 16. Juni 2023:
Halle 1, Stand B29

Über nokra

Die nokra GmbH ist ein international operierendes Unternehmen, das hochwertige Mess- und Prüfsysteme für den Einsatz in der Fertigung anbietet. Die Systeme erfassen und prüfen geometrische Merkmale wie Länge, Breite, Dicke, Ebenheit, Profil, Form und Lage.

Die dafür erforderlichen Lasersensoren und automatisierten Prüfanlagen entwickelt und produziert nokra selbst. So kann eine Standardanlage schnell für den jeweiligen Anwendungsfall optimiert werden. nokra verfügt über umfassende Expertise im Umgang mit messtechnischen Fragestellungen der Stahl-, Aluminium-, Automobilindustrie, dem Anlagenbau sowie der Kunststoffindustrie und der Autoglasverarbeitung.

Abbildungen und Bildunterschriften
Figures and Captions

Abb. 1: Die warmen Schmiedestücke werden unmittelbar nach dem Verlassen der Schmiedepresse direkt vom Förderband in die Messzelle eingesetzt. Fig. 1: The hot forged parts are picked up by a conveyor belt as they leave the forging press and directly placed into the measuring cell.
Abb. 2a: Während der Messung rotiert das Schmiedestück auf dem Drehteller. Fig. 2a: During the measurement, the forging is rotated by a turntable.
Abb. 2b: Während der Messung rotiert das Schmiedestück auf dem Drehteller. Fig. 2b: During the measurement, the forging is rotated by a turntable.
Abb. 3: Ergebnis der Kontur-Messung ist der digitale Zwilling des Schmiedestückes Fig. 3: A digital twin of the forging is generated based on the contour data measured.
Abb. 4: Die Ergebnisse werden nach wenigen Sekunden angezeigt. Fig. 4: The results are displayed in a matter of seconds.

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At METEC 2023, nokra will be showing for the first time its new alpha.hot3D system for 3D laser-based measurements of hot forging specimens. The system can predict the cold dimensions of a forged part in a matter of seconds after forging. This makes it possible to verify as early as the first few parts have been produced that the forming process is working without a hitch. If it is not, you can immediately take measures to adjust it.

The sooner you can be sure that the parts you are forging will comply with the cold dimensions specified, the higher the efficiency of the forging line will be. So far, operators had to wait up to two hours – depending on the component size – for a forging specimen to cool down to a sufficiently low temperature to be able to measure its cold dimensions in a coordinate measuring system.

By that time, modern hot forging presses could - in the worst case - have produced thousands of out-of-spec forged parts.

In contrast, nokra’s new alpha.hot3D system can measure parts up to 1,200°C hot, capturing their entire contour and calculating their cold dimensions with an accuracy down to ± 25 µm. Consequently, the system makes it possible for the operator to adjust the forging process in a matter of seconds after the first part has been formed.

Thanks to its compact design, the system can be installed right on the working platform of a forging press. The hot forged parts are picked up from the conveyor belt as they leave the forging press and directly placed into the measuring cell. The measurement is started with the press of a button. The “within specs” or “out of specs” result of the cold-dimension calculation, including a display of the component characteristics and a target/as-is comparison, is available within just a few seconds. After the measurement, the forging specimen can be returned to the process flow.

The system passed the acid test measuring rotationally symmetrical components produced by a hot forging press. The cold dimensions calculated by alpha.hot3D were compared with those measured with a coordinate measuring system. The results differed by only between 5 and 20 µm – much less than the operator expected.

Günter Lauven, Managing Director of nokra GmbH, sees great potential for the new system: “The investment pays off quickly, in particular when being used with smaller batches where any irregularity of the dies has quite an impact. Performing measurements at regular intervals during production, moreover, provides additional confidence and process security.”

420 words including introduction

The technology in detail

alpha.hot3D measures the entire 3D contour of hot components. Up to four nokra laser light-section sensors capture the 3D geometry while the hot component is rotating through 360° in the measuring cell. A further sensor is provided for measuring the component temperature.

From the contour values measured, various algorithms calculate the geometrical characteristics specified. The cold dimensions of the forging specimen are calculated by a dedicated algorithm based on the measured temperature. As the system is being trained for each individual forging type to be measured, the calculation of the cold dimensions is always adapted to the specific component and its features. The algorithm does not only use the typical thermal expansion coefficient of the alloy in the calculation, but also takes into account the component shape and the fact that some areas may cool down faster than others.

The first system built is designed for a maximum component size of 130 mm x 115 mm. The highly compact benchtop system can be conveniently set up on the working platform of the press. Systems for component sizes up to 185 mm x 190 mm are in preparation.

Technology in detail: 180 words

nokra at METEC 2023
Düsseldorf, Germany, 12 to 16 June 2023
Hall 1, Stand B29

About nokra

nokra GmbH is an international business specialized in high-end measuring and testing equipment for the manufacturing industry. nokra systems measure and inspect geometrical features such as length, width, thickness, flatness, profile, shape and position.

nokra develops and manufactures the automated inspection systems and the laser sensors for the systems in-house. This enables nokra to easily optimize a standard system for the specific use case on hand. The company builds on comprehensive expertise from a wide range of projects addressing measuring tasks in industries such as steel, aluminium and automotive, plant engineering, automotive glazing and the plastics industry.

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