Aktive Verformungskompensation stellt volle Messgenauigkeit auch bei 2.000 mm Messtiefe sicher.

Baesweiler, den 16. November 2021    Das neue laseroptische Dicken-Messsystem „alpha.ti 5.0“ von nokra ermöglicht es erstmals, die Dicke von kaltgewalzten, bis zu 2.000 mm breiten Bändern präzise zu messen, ohne dass die Justierung während der Produktion häufig überprüft werden muss. So ist es das weltweit erste System, das sich für die Messung an breiten Bändern auch bei stark schwankenden Umgebungstemperaturen eignet.

Die laseroptische Dickenmessung hat sich an Bandanlagen immer mehr gegen Röntgensysteme durchgesetzt. Bei breiten Bändern und entsprechend großen Schenkellängen des C-Bügels stieß dieses Verfahren jedoch an seine Grenzen: Die mechanischen und thermo-mechanischen Einflüsse auf den Bügel wären so groß, dass sehr häufige Referenzfahrten erforderlich wären.

Deshalb hat nokra für sein neues laseroptisches Dicken-Messsystem „alpha.ti 5.0“ eine aktive Verformungskompensation entwickelt und zum Patent angemeldet. Im Gegensatz zu Systemen, bei denen die Verformung des C-Bügels lediglich minimiert wird, misst nokra im neuen System kontinuierlich den momentanen Abstand der Sensoren auf +/- 0,5 µm genau und verwendet ihn für die automatische Kompensation der Messwerte.

Erste Ergebnisse mit einem System der Nullserie bestätigen, dass es die spezifizierte Messgenauigkeit auch bei ausgeprägten Tag/Nacht-Temperaturzyklen über einen Zeitraum von mehreren Tagen einhält. Das System wird in Kürze im Werk eines Kunden ausführlichen Praxistests unterzogen.

Mit der aktiven Verformungskompensation realisiert nokra als einziger Anbieter optischer Dicken-Messsysteme C-Bügel mit einer Schenkellänge von bis zu 2 m. Die Systeme eignen sich für Schmalband ebenso wie für sehr breite Bänder, bei denen das vollständige Dicken-Querprofil traversierend gemessen wird.

Referenzfahrten brauchen nur noch sehr selten durchgeführt zu werden, zum Beispiel bei der Inbetriebnahme oder geplanten Wartungsstillständen. Dies ist besonders vorteilhaft bei Endlosbändern, zum Beispiel in Conti-Anlagen, denn in Laufrichtung des Bandes gibt es keine ungemessenen, blinden Abschnitte mehr.

Die Technik hinter der laseroptischen Dickenmessung

Bei der laserbasierten Messung wird die Dicke des Bandes aus den Ergebnissen der Abstandsmessung der beiden über und unter dem Band angeordneten Triangulations-Sensoren und dem Abstand der Sensoren berechnet. Dieser spielt neben der Messgenauigkeit der Abstandsmessung der beiden Sensoren eine entscheidende Rolle. Insbesondere Schwankungen der Umgebungstemperatur können zu thermischen Verformungen der Messbügel und somit zu Drift führen. Durch die kontinuierliche Messung des Abstands der Sensoren eliminiert nokra diesen Effekt.

Für die seltenen Referenzfahrten wird eine kleine Referenziereinheit verwendet, die außerhalb des Bandlaufs stationär neben dem C-Bügel angeordnet ist und bei Bedarf in den Strahlengang geschwenkt wird. Sie enthält drei handelsübliche Endmaße. Für den Nachweis der Messmittelfähigkeit, zum Beispiel bei Audits, kann der Kunde die Einheit mit eigenen Endmaßen bestücken.

Über nokra

nokra Optische Prüftechnik und Automation GmbH wurde 1991 als Spin-off der Fraunhofer-Institute für Lasertechnik (ILT) und Produktionstechnologie (IPT) in Aachen gegründet. Als mittelständisches Unternehmen entwickelt, produziert und vertreibt nokra weltweit Lasermesssysteme für die automatische Inline-Prüfung geometrischer Merkmale von Produkten der Metall-, Automobil- und Glasindustrie.

Prüfobjekte sind Walzprodukte in der Stahl-, Aluminium- und Buntmetallindustrie, Großrohre sowie Komponenten von Fahrzeugen, wie Nocken- oder Kurbelwellen, Achsträger und Windschutzscheiben.

Abbildungen

Abb. 1: alpha.ti 5.0 ist das weltweit erste laseroptische Dicken-Messsystem mit einer Messtiefe von bis zu 2 m. Dateiname: nokra_Alpha.ti_5_C-Buegel_2000.jpg
Abb. 2: Das System eignet sich für Schmalband ebenso wie für bis zu 2 m breite Bänder, bei denen das vollständige Dicken-Querprofil traversierend gemessen wird. Dateiname: nokra_mh473235.jpg

^{Bildrechte: Werksfotos nokra}

Baesweiler, Germany, November 16, 2021    nokra’s new laser-optical thickness measuring system, “alpha.ti 5.0”, is unique in that it can measure the thickness of up to 2,000-mm-wide cold-rolled strip without having to interrupt production for frequent reference runs. This new system is the first of its kind worldwide able to perform high-precision thickness measurements on wide strip even under operating conditions that entail high temperature variations.

On strip processing lines, thickness measuring systems based on laser optics have been increasingly replacing X-ray-based systems. However, beyond a certain strip width, laser-optical systems reach their performance limits because of the C-frame length required to cover the complete strip width. The physical and thermo-mechanical effects acting on such long frames are simply too high to assure reliable measurements without frequent reference runs of the system.

To solve this problem, nokra has developed a – patent pending – system that actively compensates any deformation of the frame equipment. While other systems achieve only a minimization of the C-frame deformation, the new nokra system measures the current distances of the sensors continuously with an accuracy of +/- 0.5 µm and automatically adjusts the thickness data based on these distance measurements.

First results obtained with a zero-series system have confirmed that the system meets the specified measuring accuracy even over a period of several days with greatly varying day/night temperature cycles. The system will shortly be subjected to comprehensive field tests at the facilities of one of nokra’s customers.

The development of the active deformation compensation enables nokra to offer optical thickness measuring systems with C-frames of up to 2 m length, which is unique in the industry. The systems are suitable for the measurement of the complete transverse thickness profile of both narrow and wide strip.

Reference runs will only be necessary on very few occasions, as e.g. during commissioning of the system or for scheduled maintenance. This provides great benefits, particularly for operators of continuous strip processing lines, as there will be no gaps in the measurement along the length of the strips.

The technology behind laser-optical thickness measurements

Laser-based strip thickness measurement systems use two triangulation sensors – one arranged above and one below the strip. The strip thickness is calculated based on the measured distances of the sensors to the strip surfaces and the distance between the two sensors. In addition to the measurement accuracy of the two sensors, the distance between the sensors is a crucial parameter for reliable thickness measurements. Particularly variations in ambient temperature can cause thermal deformation of the measuring frame, leading to drift. nokra has now successfully eliminated this effect by means of a system that continuously measures the distance between the two sensors.

For the rare case that a reference run has to be performed, the measuring system comes with a highly compact reference unit. This unit is arranged in a stationary position at the side of the C-frame. To perform a reference run, the C-frame is placed in its retracted position and the reference piece can simply be moved into the laser path. It contains three commercially available references. Operators can use their own references to prove the measuring capability of the system, as part of audits, for example.

About nokra

nokra Optische Prüftechnik und Automation GmbH was founded in 1991 as a spin-off of the Fraunhofer Institutes for Laser Technology (ILT) and Production Technology (IPT), both based in Aachen, Germany. The medium-sized company develops and manufactures laser-based systems for the automatic inline measurement of geometrical features of products made for and in the metals, automotive and glass industries. nokra sells its systems to customers worldwide.

nokra systems are used to inspect products as wide ranging as rolled products made of steel, aluminium and other NF-metals, large-diameter pipes and automotive components, such as camshafts, crankshafts, axle supports and wind screens.

Images and captions

Fig. 1: alpha.ti 5.0 is the world’s first laser-optical thickness measuring system suitable for up to 2-meter-wide strip. File name: nokra_Alpha.ti_5_C-Buegel_2000.jpg
Fig. 2: The system can perform traversing measurements of the complete transverse thickness profile of narrow and up to 2-m-wide strip. File name: nokra_mh473235.jpg

^{Photos: Courtesy nokra}

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