第２９卷第４期
２０１９年１０月
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安徽冶金科技职业学院学报
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｎｈｕｉＶｏｃａｔｉｏｎａｌＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｔａｌｌｕｒｇｙａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
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Ｖｏｌ.２９.Ｎｏ.４Ｏｃｔ.２０１９
奔驰 宝马 奥迪汽车钢板表面波纹度测量标准方法对比
李子涛ꎬ王㊀辉ꎬ王伟峰
(马钢股份公司技术中心㊀安徽马鞍山㊀２４３０００)
摘㊀要：总结了汽车板表面波纹度的测量标准方法ꎬ并对汽车行业常用的波纹度参数Ｗａ㊁Ｗ㊁Ｗｓａ㊁Ｗａ０.８等参数的测量条比亚迪fo改装
件ꎬ滤波方式进行了详细对比ꎮ
关键词：汽车钢板ꎻ波纹度ꎻ测量标准
中图分类号:ＴＧ１７４.４６１㊀文献标识码:Ｂ㊀文章编号:１６７２－９９９４(２０１９)０４－００２５－０３收稿日期:２０１９－１０－１８
作者简介：李子涛(１９８７－)ꎬ男ꎬ马钢股份公司技术中心ꎬ工程师ꎮ
㊀㊀近年以来ꎬ在环保和节能减排方面的需求的促进下ꎬ２Ｃ１Ｂ工艺迅速发展并得到了应用ꎮ
㊀㊀传统的３Ｃ２Ｂ工艺能够较好的覆盖钢板表面轮廓ꎬ但在新的２Ｃ１Ｂ之下ꎬ漆膜厚度大为降低ꎬ造成了油漆对钢板表面轮廓的覆盖能力不足ꎬ车身外观质量将会出现明显降低[１]ꎮ新型涂装工艺下ꎬ如何实现钢板表面结构的测量㊁控制ꎬ实现钢板涂漆后获得良好的外观质量是钢厂必须面临的课题ꎮ
㊀㊀关于汽车板材表面结构对于涂装外观质量的影响ꎬ目前ꎬ国内外的研究基本形成一致的观点：粗糙度波长在涂装过程中容易被覆盖ꎬ对外观质量的影响较小ꎬ而板材的波纹度在涂装之后被保留的比例较高ꎬ进而造成涂漆后橘皮值超标㊁鲜映性降低的问题[２]－[５]ꎮ因此汽车板表面波纹度的测量与控制是重要的ꎮ
１㊀波纹度测量原理
㊀㊀总的来说ꎬ钢板表面波纹度的测试方法分为两种：接触式测量㊁非接触式测量ꎮ
㊀㊀接触式测量技术始于十九世纪ꎬ德英美等发达国家相继制定了各自的光洁度标准ꎬ几与同时泰勒－霍普森发明了探针式表面粗糙度仪ꎬ从此探针式
成为接触式测量方法的主导ꎮ接触式测量技术是目前汽车行业应用广泛的一种技术ꎬ其原理是通过细小的探针在钢板表面行走ꎬ记录钢板表面形貌ꎬ
再按照一定的规则将表面波纹度与形状㊁粗糙度轮廓分离ꎮ接触式测量方法是目前应用最为广泛的方法ꎬ特点是工作可靠ꎬ可进行多参数测量ꎬ但其局限性在于其依靠探针在表面的行走记录表面轮廓ꎬ测试速度较慢㊁探针容易磨损[６]㊁[７]ꎮ
㊀㊀非接触式测量方法对于汽车钢板生产过程中表面结构参数的快速检测具有非常重要的意义ꎮ
这是由于当接触式仪器测量波纹度时ꎬ它是静态的ꎬ并且总是从钢卷的头部或尾部取样ꎬ所以不一定代表钢卷所有部位的数据ꎬ无法监测生产设备的异常情况并及时调整ꎮ为了解决这一问题ꎬ２０１５年ＡｒｃｅｌｏｒＭｉｔｔａｌ㊁Ｔａｔａ㊁ＣＲＭ㊁ＡＭＥＰＡ等联合了开发了ＷＡＶＩＳＵＲＦ测量技术ꎬ如图１ꎬ在ＡｒｃｅｌｏｒＭｉｔｔａｌ㊁Ｔａｔａ已经在线安装ꎬ并使用接触式测量仪器验证了可靠性ꎮＷＡＶＩＳＵＲＦ是基于激光成像技术开发出来的集成式波纹度在线测量仪器ꎬ其原理为激光照射被测量物表面产生反射ꎬ高速相机记录反射光源信息ꎬ图像处理系统计算去除高度梯度㊁形状轮廓㊁粗糙度轮廓ꎬ得到波纹度值[８]ꎮ
㊀㊀由于非接触式测量技术目前应用较少ꎬ以下将重点介绍常见的接触式测量标准方法ꎮ
２㊀常用的波纹度测量标准
㊀㊀目前在汽车用钢领域应用较为广泛的波纹度参数为:(１)Ｗꎬ在法系车企中应用较多ꎻ(２)Ｗｓａ㊁
Ｗａ０.８为德国钢铁行业标准ＳＥＰ１９４１定义ꎻ(３)Ｗａ为ＩＳＯ标准体系㊁新ＪＩＳ标准㊁国标中定义ꎮ下面将介绍这些参数的定义及测量ꎮ
图１㊀ＷＡＶＩＳＵＲＦ原理及实物
㊀㊀此外ꎬ还有一些波纹度参数如ＦＦＴ(快速傅里叶转换)㊁Ｒａｍａｃｒｏ㊁ＷｃＰ５－０.８等ꎬ由
于应用范围较窄或者标准作废ꎬ在这里不做介绍ꎮ
２.１㊀ＩＳＯ及国标[９ꎬ１０ꎬ１１]
㊀㊀目前ꎬ与测量表面粗糙度㊁波纹度相关的国家标准和ＩＳＯ国际标准有十多个ꎬＩＳＯ国际标准的特点侧重于表面结构测量的顶层平台规划ꎬ具备纲领性技术文件的基础支撑作用ꎮＷａ为ＩＳＯ标准定义参数ꎬ其含义为波纹度轮廓算术平均偏差(Ｗａ)ꎬＷａ可理解为在一个波纹度取样长度内ꎬ检测时直接获得的实际表面断面曲线经过滤波所得曲线Ｚ(ｘ)偏离最小二乘中心线的距离绝对值的算术平均值ꎬ如下:
㊀㊀Ｗａ＝１ｌｗʏ｜Ｚ(ｘ)｜ｄｘ
㊀㊀Ｗａ与日本的Ｗｃａ参数的区别在于评价条件选择的滤波器类型不同ꎬＷａ选择Ｇａｕｓｓｉａｎ滤波器ꎻＷｃａ选择２ＲＣ７５滤波器ꎮ然而ꎬＩＳＯ和国家标准都只是在表面粗糙度试验方法中ꎬ附带提及表面波纹度ꎬ对于测试条件的要求不够系统完整ꎬ在可操作性方面显得不足ꎬ具体测试条件如表１ꎮ
表１㊀ＩＳＯ标准Ｗａ㊁日标Ｗｃａ测量条件
项目单位ＷａＷｃａ
针尖直径μｍ//
锥体角度ʎ//
λｓμｍ８８
λｃｍｍ０.８０.８
λｆｍｍ８８
ｌｍｍｍ//
针速度ｍｍ/ｓ//
滤波方式高斯滤波２ＲＣ７５㊀㊀注:/表示未有明确要求２.２㊀ＳＥＰ１９４１[１２]
㊀㊀ＳＥＰ１９４１是德国钢铁行业标准ꎬ专门用于测量金属薄板表面的波纹度ꎬ在德系车企中使用较多ꎬ标准中对测针㊁测试条件㊁滤波方式规定详细ꎬ指导性较强ꎮ其规定的波纹度参数为波纹度算术平均值Ｗｓａꎬ并在附录中规定了Ｗａ０.８ꎮ
㊀㊀Ｗｓａ采用指数滤波器将形状㊁粗糙度轮廓分离去除后ꎬ得到波纹度轮廓ꎮ再通过公式计算得到Ｗ
ｓａ数值ꎮ与Ｗｓａ不同的是ꎬＷａ０.８使用五次多项式回归去除形状轮廓ꎬ再使用高斯滤波去除粗糙度轮廓ꎬ从而得到波纹度轮廓ꎬ再经过计算得到Ｗａ０.８的值ꎮ
２.３㊀Ｍｏｔｉｆ[１３]
㊀㊀Ｍｏｔｉｆ方法是法国的汽车产业界中使用的测量方法ꎬ这一方法也成为了国际标准«ＩＳＯ１２０８５几何产品规范表面纹理：轮廓方法Ｍｏｔｉｆ参数»ꎬ也就是国标«ＧＢ/Ｔ１８６１８－２００９产品几何技术规范(ＧＰＳ)表面结构轮廓法图形参数»ꎬ其常用参数为Ｗ值ꎮ
表２㊀Ｗｓａ１－５㊁Ｗａ０.８测量条件
项目单位Ｗｓａ１－５Ｗａ０.８
针尖直径μｍɤ５ɤ５
锥体角度ʎ９０(＋５/－１０)９０(＋５/－１０)λｓμｍ８８
λｃｍｍ１０.８
s1000rr
λｆｍｍ５关
ｌｍｍｍ２５５０
针速度ｍｍ/ｓɤ１ɤ１滤波方式指数滤波
五次多项式去除形
状㊁高斯去除粗糙度㊀㊀Ｍｏｔｉｆ指在原始轮廓的并不一定相邻的２个轮廓局部峰(在２个相邻的轮廓最小值之间的一部
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分称轮廓局部峰)的最高点间的一部分(图２为一个Ｍｏｔｉｆ)ꎮＭｏｔｉｆ评定方法不采用任何轮廓滤波器ꎬ不断把小Ｍｏｔｉｆ合并成大的Ｍｏｔｉｆꎬ再通过设定不同的阈值可以将波纹度和表面粗糙度分离开来
ꎮ
图２㊀Ｍｏｔｉｆ的定义
㊀㊀粗糙度Ｍｏｔｉｆ和波纹度Ｍｏｔｉｆ评定参数见表３ꎮ其评定方法如下:(１)设定表面粗糙度或表面波纹度阈值ꎬ(２)对轮廓进行分段ꎬ(３)对每个段内的表面Ｍｏｔｉｆ进行合并ꎬ并检验条件(１)㊁(２)㊁(３)对整个轮廓上的Ｍｏｔｉｆ合并ꎬ直到不能再进行合并为止ꎬ(４)计算Ｍｏｔｉｆ参数ꎮ
表３㊀Ｍｏｔｉｆ测量条件
标准
粗糙度Ｍｏｔｉｆ上限长度Ａ/ｍｍ波纹度Ｍｏｔｉｆ上限长度Ｂ/ｍｍ评价长度/ｍｍλｓ
进京最新要求/μｍ
最大触针
1126顶端半径
/μｍＩＳＯ１２０８５
０.０２
０.１０.５２.５
０.１０.５２.５１２.５
０.６４３.２１６８０
２.５２.５８２５
２２５１０
３㊀结语
㊀㊀由于新型涂装技术的兴起ꎬ汽车面板表面波纹度的控制技术已成为钢厂的必需面临的重点课题ꎮ
精确的测量是技术进步的开始ꎬ在汽车板表面波纹度测量过程中ꎬ应充分理解标准中测试条件ꎬ对于标准中未明确规定的内容ꎬ应充分研究其不同设置对于试验结果的影响ꎬ确保测量的一致性ꎮ参考文献
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北京 闯红灯[１３]㊀ＧＢＴ１８６１８－２００９ꎬ产品几何技术规范(ＧＰＳ)表面结
构轮廓法图形参数[Ｓ]
ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆＳｔａｎｄａｒｄＭｅｔｈｏｄｓｆｏｒＭｅａｓｕｒｉｎｇＷａｖｉｎｅｓｓ
ｏｆＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＳｔｅｅｌＳｈｅｅｌ
ＬＩＺｉ－ｔａｏꎬＷＡＮＧＨｕｉꎬＷＡＮＧＷｅｉ－ｆｅｎｇ
㊀㊀Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒꎬｓｕｆａｃｅｗａｖｉｎｅｓｓｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｔａｎｄａｒｄｍｅｔｈｏｄｓｃｏｍｍｏｎｌｙｕｓｅｓｉｎｔｈｅａｕ￣ｔｏｍｏｔｉｖｅｉｎｄｕｓｔｒｙꎬｓｕｃｈａｓＷａꎬＷꎬＷｓａꎬＷａ０.８ｗａｖｉｎｅｓｓｐａｒａｍｅｔ
ｅｒｓꎬａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄａｎｄｔｈｅｍｅａｓ￣ｕｒｅｍｅｎｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｆｉｌｔｅｒｉｎｇｍｅｔｈｏｄｉｓｃｏｍｐａｒｅｄ.
㊀㊀Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅｓｔｅｅｌｓｈｅｅｔꎻｗａｖｉｎｅｓｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓꎻｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｔａｎｄａｒｄ
７２ 总第８６期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀李子涛ꎬ王㊀辉ꎬ王伟峰：汽车钢板表面波纹度测量标准方法对比