汽車鋼板表面波紋度測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)方法對(duì)比

李子濤，王 輝，王偉峰

(馬鋼股份公司技術(shù)中心 安徽馬鞍山 243000)

近年以來(lái)，在環(huán)保和節(jié)能減排方面的需求的促進(jìn)下，2C1B工藝迅速發(fā)展并得到了應(yīng)用。

傳統(tǒng)的3C2B工藝能夠較好的覆蓋鋼板表面輪廓，但在新的2C1B之下，漆膜厚度大為降低，造成了油漆對(duì)鋼板表面輪廓的覆蓋能力不足，車身外觀質(zhì)量將會(huì)出現(xiàn)明顯降低[1]。新型涂裝工藝下，如何實(shí)現(xiàn)鋼板表面結(jié)構(gòu)的測(cè)量、控制，實(shí)現(xiàn)鋼板涂漆后獲得良好的外觀質(zhì)量是鋼廠必須面臨的課題。

關(guān)于汽車板材表面結(jié)構(gòu)對(duì)于涂裝外觀質(zhì)量的影響，目前，國(guó)內(nèi)外的研究基本形成一致的觀點(diǎn)：粗糙度波長(zhǎng)在涂裝過(guò)程中容易被覆蓋，對(duì)外觀質(zhì)量的影響較小，而板材的波紋度在涂裝之后被保留的比例較高，進(jìn)而造成涂漆后橘皮值超標(biāo)、鮮映性降低的問(wèn)題[2]-[5]。因此汽車板表面波紋度的測(cè)量與控制是重要的。

1 波紋度測(cè)量原理

總的來(lái)說(shuō)，鋼板表面波紋度的測(cè)試方法分為兩種：接觸式測(cè)量、非接觸式測(cè)量。

接觸式測(cè)量技術(shù)始于十九世紀(jì)，德英美等發(fā)達(dá)國(guó)家相繼制定了各自的光潔度標(biāo)準(zhǔn)，幾與同時(shí)泰勒-霍普森發(fā)明了探針式表面粗糙度儀，從此探針式成為接觸式測(cè)量方法的主導(dǎo)。接觸式測(cè)量技術(shù)是目前汽車行業(yè)應(yīng)用廣泛的一種技術(shù)，其原理是通過(guò)細(xì)小的探針在鋼板表面行走，記錄鋼板表面形貌，再按照一定的規(guī)則將表面波紋度與形狀、粗糙度輪廓分離。接觸式測(cè)量方法是目前應(yīng)用最為廣泛的方法，特點(diǎn)是工作可靠，可進(jìn)行多參數(shù)測(cè)量，但其局限性在于其依靠探針在表面的行走記錄表面輪廓，測(cè)試速度較慢、探針容易磨損[6]、[7]。

非接觸式測(cè)量方法對(duì)于汽車鋼板生產(chǎn)過(guò)程中表面結(jié)構(gòu)參數(shù)的快速檢測(cè)具有非常重要的意義。這是由于當(dāng)接觸式儀器測(cè)量波紋度時(shí)，它是靜態(tài)的，并且總是從鋼卷的頭部或尾部取樣，所以不一定代表鋼卷所有部位的數(shù)據(jù)，無(wú)法監(jiān)測(cè)生產(chǎn)設(shè)備的異常情況并及時(shí)調(diào)整。為了解決這一問(wèn)題，2015年Arcelor Mittal、Tata、CRM、AMEPA等聯(lián)合了開(kāi)發(fā)了WAVISURF測(cè)量技術(shù)，如圖1，在Arcelor Mittal、Tata已經(jīng)在線安裝，并使用接觸式測(cè)量?jī)x器驗(yàn)證了可靠性。WAVISURF是基于激光成像技術(shù)開(kāi)發(fā)出來(lái)的集成式波紋度在線測(cè)量?jī)x器，其原理為激光照射被測(cè)量物表面產(chǎn)生反射，高速相機(jī)記錄反射光源信息，圖像處理系統(tǒng)計(jì)算去除高度梯度、形狀輪廓、粗糙度輪廓，得到波紋度值[8]。

由于非接觸式測(cè)量技術(shù)目前應(yīng)用較少，以下將重點(diǎn)介紹常見(jiàn)的接觸式測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)方法。

2 常用的波紋度測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)

目前在汽車用鋼領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的波紋度參數(shù)為：(1)W，在法系車企中應(yīng)用較多；(2)Wsa、Wa0.8為德國(guó)鋼鐵行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SEP 1941定義；(3)Wa為ISO標(biāo)準(zhǔn)體系、新JIS標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)標(biāo)中定義。下面將介紹這些參數(shù)的定義及測(cè)量。

圖1 WAVISURF原理及實(shí)物

此外，還有一些波紋度參數(shù)如FFT(快速傅里葉轉(zhuǎn)換)、Ramacro、WcP5-0.8等，由于應(yīng)用范圍較窄或者標(biāo)準(zhǔn)作廢，在這里不做介紹。

2.1 ISO及國(guó)標(biāo)[9，10，11]

目前，與測(cè)量表面粗糙度、波紋度相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)有十多個(gè)，ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)側(cè)重于表面結(jié)構(gòu)測(cè)量的頂層平臺(tái)規(guī)劃，具備綱領(lǐng)性技術(shù)文件的基礎(chǔ)支撐作用。Wa為ISO標(biāo)準(zhǔn)定義參數(shù)，其含義為波紋度輪廓算術(shù)平均偏差(Wa)，Wa可理解為在一個(gè)波紋度取樣長(zhǎng)度內(nèi)，檢測(cè)時(shí)直接獲得的實(shí)際表面斷面曲線經(jīng)過(guò)濾波所得曲線Z(x)偏離最小二乘中心線的距離絕對(duì)值的算術(shù)平均值，如下：

Wa與日本的Wca參數(shù)的區(qū)別在于評(píng)價(jià)條件選擇的濾波器類型不同，Wa選擇Gaussian濾波器；Wca選擇2RC75濾波器。然而，ISO和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)都只是在表面粗糙度試驗(yàn)方法中，附帶提及表面波紋度，對(duì)于測(cè)試條件的要求不夠系統(tǒng)完整，在可操作性方面顯得不足，具體測(cè)試條件如表1。

表1 ISO標(biāo)準(zhǔn)Wa、日標(biāo)Wca測(cè)量條件

注：/表示未有明確要求

2.2 SEP 1941[12]

SEP 1941是德國(guó)鋼鐵行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，專門(mén)用于測(cè)量金屬薄板表面的波紋度，在德系車企中使用較多，標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)測(cè)針、測(cè)試條件、濾波方式規(guī)定詳細(xì)，指導(dǎo)性較強(qiáng)。其規(guī)定的波紋度參數(shù)為波紋度算術(shù)平均值Wsa，并在附錄中規(guī)定了Wa0.8。

Wsa采用指數(shù)濾波器將形狀、粗糙度輪廓分離去除后，得到波紋度輪廓。再通過(guò)公式計(jì)算得到Wsa數(shù)值。與Wsa不同的是，Wa0.8使用五次多項(xiàng)式回歸去除形狀輪廓，再使用高斯濾波去除粗糙度輪廓，從而得到波紋度輪廓，再經(jīng)過(guò)計(jì)算得到Wa0.8的值。

2.3 Motif[13]

Motif方法是法國(guó)的汽車產(chǎn)業(yè)界中使用的測(cè)量方法，這一方法也成為了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)《ISO 12085幾何產(chǎn)品規(guī)范表面紋理：輪廓方法Motif參數(shù)》，也就是國(guó)標(biāo)《GB/T 18618-2009 產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)表面結(jié)構(gòu) 輪廓法 圖形參數(shù)》，其常用參數(shù)為W值。

表2 Wsa1-5、Wa0.8測(cè)量條件

Motif指在原始輪廓的并不一定相鄰的2個(gè)輪廓局部峰(在2個(gè)相鄰的輪廓最小值之間的一部分稱輪廓局部峰)的最高點(diǎn)間的一部分(圖2為一個(gè)Motif)。Motif評(píng)定方法不采用任何輪廓濾波器，不斷把小Motif合并成大的Motif，再通過(guò)設(shè)定不同的閾值可以將波紋度和表面粗糙度分離開(kāi)來(lái)。

圖2Motif的定義

粗糙度Motif和波紋度Motif評(píng)定參數(shù)見(jiàn)表3。其評(píng)定方法如下：(1)設(shè)定表面粗糙度或表面波紋度閾值，(2)對(duì)輪廓進(jìn)行分段，(3)對(duì)每個(gè)段內(nèi)的表面Motif 進(jìn)行合并，并檢驗(yàn)條件(1)、(2)、(3)對(duì)整個(gè)輪廓上的Motif合并，直到不能再進(jìn)行合并為止，(4)計(jì)算Motif參數(shù)。

表3 Motif測(cè)量條件

3 結(jié)語(yǔ)

由于新型涂裝技術(shù)的興起，汽車面板表面波紋度的控制技術(shù)已成為鋼廠的必需面臨的重點(diǎn)課題。精確的測(cè)量是技術(shù)進(jìn)步的開(kāi)始，在汽車板表面波紋度測(cè)量過(guò)程中，應(yīng)充分理解標(biāo)準(zhǔn)中測(cè)試條件，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)中未明確規(guī)定的內(nèi)容，應(yīng)充分研究其不同設(shè)置對(duì)于試驗(yàn)結(jié)果的影響，確保測(cè)量的一致性。