Laser Line Triangulation Sensors for Geometry Measurement in Hot Forging Industry: Design, Prototype and Inline Integration

Questa ricerca presenta un sistema di ispezione non distruttiva (NDI) basato sulla tecnologia di triangolazione laser (LLT) per la misurazione geometrica, applicato al controllo qualità in linea nell’industria della forgiatura a caldo per Zero-Defect-Manufacturing nell'ambito del progetto HE openZDM. L'applicazione è sfidante poiché i sensori ottici devono essere implementati in condizioni industriali ostili e coprire un ampio campo di misura per misurare la rettilineità di barre di acciaio lunghe fino a 1 m, che vengono lavorate per forgiare sospensioni meccaniche. Visti i limiti delle soluzioni disponibili in commercio, questa ricerca presenta il prototipo di due repliche di sensori LLT ad alta risoluzione per un ampio campo di misura. Uno dei sensori progettati è particolarmente innovativo in quanto consente l'ispezione di prodotti ad alta temperatura, fino a 1200 °C, che risulta critica visto il basso contrasto della linea laser rispetto alla superficie della barra calda incandescente. Questa ricerca propone soluzioni per migliorare il rapporto segnale/rumore, ottimizzando le prestazioni del sensore sia dal punto di vista hardware che software. La tesi copre tutte le fasi dello sviluppo dei prototipi LLT, dal disegno CAD iniziale, all'assemblaggio, la calibrazione e infine l'installazione in linea di produzione. L'applicazione è completamente automatica, garantendo un'ispezione del 100% dei prodotti. Gli NDI sono completamente integrati nell’infrastruttura digitale dell’industria e comunicano tramite MQTT con il PLC e la piattaforma openZDM per la condivisione dei dati. Pertanto, lo sviluppo del prototipo LLT si è rivelato un successo, poiché i sistemi sono pienamente operativi e integrati in linea di produzione, resistendo a condizioni ambientali difficili per più di un anno di installazione permanente e mantenendo al tempo stesso prestazioni stabili come è stato confermato dai risultati della Measurement System Analysis.