DE102008060115A1

DE102008060115A1 - Verfahren zum automatischen Vorausbestimmen der Struktur endlackierter Bauteiloberflächen

Info

Publication number: DE102008060115A1
Application number: DE200810060115
Authority: DE
Inventors: Peter Bannwitz; Frank Meißen
Original assignee: Inpro Innovationsgesellschaft fuer Fortgeschrittene Produktionssysteme in der Fahrzeugindustrie mbH
Current assignee: Inpro Innovationsgesellschaft fuer Fortgeschrittene Produktionssysteme in der Fahrzeugindustrie mbH
Priority date: 2008-12-03
Filing date: 2008-12-03
Publication date: 2010-06-17
Anticipated expiration: 2028-12-04
Also published as: DE102008060115B4; DE102009025334B4; DE102009025334A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verfahren zum automatischen Vorausbestimmen der Struktur endlackierter Oberflächen eines aus einem Ausgangsmaterial wie einem Stahlfeinblechcoil herzustellenden Bauteils in Abhängigkeit von der jeweiligen Oberflächenstruktur des Bauteils in den einzelnen Stufen (l-Mund l-N) eines M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses bzw. eines diesem nachgeordneten N-stufigen Bauteillackierprozesses. Angestrebt wird die Verifikation der eindeutigen Chrakterisierung unterschiedlicher Bauteiloberflächen durch neue Flächen-Kenngrößen. Hierdurch wird in jeder Stufe des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses und den nachfolgenden N-stufigen Bauteillackierprozesses die Oberfläche des Bauteils flächenhaft topographisch vermessen. aus den sich jeweils ergebenden Topographiemessdaten werden für jede Verfahrensstufe mittels einer vorgegebenen Berechnungsfunktion neue Flächen-Kenngrößen ermittelt, die eine Vorhersage der erreichbaren Struktur der endlackierten Bauteiloberfläche, bezogen auf die jeweilige Verfahrensstufe, symbolisieren. Die Vorhersage wird jeweils mit Sollkenngrößen der Struktur der endlackierten Bauteiloberfläche hinsichtlich einer Korrelation verglichen. Bei Abweichungen der Vorhersage von den Sollkenngrößen erfolgt jeweils über Steuerschleifen in der entsprechenden Verfahrensstufe eine Fehlerkompensation.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Vorausbestimmen der Struktur endlackierter Oberflächen eines aus einem Ausgangsmaterial wie einem Stahlfeinblechcoil herzustellenden Bauteils in Abhängigkeit von der jeweiligen Oberflächenstruktur des Bauteils in den einzelnen Stufen eines M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses und eines diesem nachgeordneten N-stufigen Bauteillackierprozesses.
Die Blechumformung gehört nach wie vor zu den bedeutendsten Fertigungsverfahren im Automobilbau. Hierbei erweist sich immer noch die Optimierung der mit den zur Zeit bekannten Tiefziehprozessen herstellbaren Topographien als schwierig, da noch nicht bekannt ist, welche geometrischen Eigenschaften der Blechoberfläche eine optimales Erscheinungsbild der lackierten Top-Oberfläche garantieren. Untersuchungen zeigen jedoch, dass die Appearance endlackierter Bauteiloberflächen und insbesondere die Oberflächenstruktur stark von der Qualität des verwendeten Ausgangsmaterials wie z. B. der Blechqualität beeinflusst werden.
Bei angestrebten verkürzten Lackierprozessen, bei denen im Unterschied zum Standardlackierprozess die Prozessschritte Füllerapplikation, Füllertrocknung und Füllerschleifung entfallen und die Gesamtschichtdicke des Lackes reduziert ist, wird besonders deutlich, dass sich die Texturierung des verwendeten Stahlfeinblechs auf das Erscheinungsbild der endlackierten Oberfläche des aus dem Stahlfeinblech hergestellten Bauteils bemerkbar macht. Messungen haben ergeben, dass unterschiedliche Blechqualitäten bei konstantem Lackierprozess unterschiedliche Lackierergebnisse, besonders in der langen Welle, liefern.
Die Beurteilung der geometrischen Eigenschaften von Blechoberflächen, insbesondere durch flächige (3D) Kenngrößen und deren Einfluss auf das nach der Lackierung erreichbare Erscheinungsbild (Appearance) der Bauteiloberflächen ist gegenwärtig noch nicht durchgehend möglich. Auch können die Möglichkeiten der zur Zeit verfügbaren Texturierungsverfahren noch nicht voll genutzt werden, da nicht bekannt ist, welche geometrischen Eigenschaften der Topographie z. B. das tribologische Materialverhalten beim Tiefziehprozess und somit die tiefgezogene Blechoberfläche beeinflussen. Andererseits stellt die vorgegebene Blechqualität beim Lackierprozess einen wichtigen Einflussfaktor auf das Erscheinungsbild der endlackierten Bauteiloberfläche dar.
Das dominierende Verfahren zur Messung der Oberflächenmikrostruktur im Maschinenbau ist gegenwärtig das Tastschnittverfahren, bei dem durch mechanisches Abtasten der Oberfläche mit einer Diamantnadel das Oberflächenprofil induktiv in ein den Höhenänderungen des Profils proportionales Spannungssignal umgewandelt und digital ausgewertet wird.
In der DIN-Norm 4287 sind per Definition Kenngrößen zur Beschreibung der Oberflächenbeschaffenheit wie Rauheits-, Welligkeits- und Primärprofil durch das Tastschnittverfahren bestimmt. Die Auflösung des Tastschnittverfahrens sowohl vertikal als auch horizontal ist jedoch aufgrund der Tastspitzengeometrie begrenzt. Der Verschleiß und die elastische Verformung der Tastspitze und der Oberfläche vergrößern die Messungenauigkeit.
Das Tastschnittverfahren liefert das Ist-Profil der Oberfläche, das sich wegen der nichtlinearen Filterung durch die Tastspitze (reale Abmessung) von dem wahren Oberflächenprofil unterscheidet. Feinste Oberflächenstrukturen mit großen Oberflächensteigerungen können dabei nicht korrekt wiedergegeben werden. Zudem reichen Kenndaten nach dem Tastschnittverfahren DIN 4287 (R_a, R_z, ...) erfahrungsgemäß nicht zur flächigen Beschreibung von Blechqualitäten aus, da Linienparameter (2D) hierzu nur bedingt verwendbar sind. Das Tastschnittverfahren ist daher für eine flächige und onlinefähige Qualitätskontrolle von unterschiedlichen Blech- und KTL-Qualitäten nicht geeignet.
Mit dem berührungslosen Messverfahren der Weißlichtinterferometrie und der konfokalen Mikroskopie sind hingegen unterschiedliche Blechqualitäten flächig zu messen. Die konfokale Mikroskopie ist wie die das Linien messende Autofokussensor-Verfahren online-fähig einsetzbar.
Mit der Weißlichtinterferometrie (WLI) ist eine sehr hohe vertikale Auflösung (> 10 nm) zu erreichen. Die horizontale Auflösung beträgt wenige μm und ist objektivabhängig. Von Vorteil ist weiterhin, dass keine Wechselwirkung mit der zu untersuchenden Oberfläche stattfindet. Das Weißlicht wird von oben senkrecht auf die zu prüfende Oberfläche gerichtet und kann somit ungehindert alle Oberflächenpunkte – Hinterschnitte ausgenommen – erreichen, womit die Erfassung höchster Höhen und tiefster Tiefen der flächigen Topographiemessung möglich ist.
Beim Autofokussensor-Verfahren, das z. B. auf CNC-gesteuerten optischen Dreikoordinatenmessgeräten zum Einsatz kommt, wird auf der Probenoberfläche ein kohärenter Laserstrahl mit Hilfe eines Messobjektivs fokussiert. Das reflektierte Licht wird auf einen Fokusdetektor gelenkt, der Abweichungen vom Idealfokus im Bereich weniger nm genau registriert. Bei einer Abstandsänderung fährt die Probenoberfläche aus dem Fokus heraus. Die gemessene Abweichung von Fokus wird über einen Regelkreis an die Optikverstelleinheit weitergeleitet. Die Stellung der Optik ist somit ein absolutes Maß für die Höhenkoordinate des Oberflächenpunktes. Durch die Nachführung der Fokussierlinse wird der Brennpunkt des Laserstrahls während der Vorschubbewegung immer genau auf die zu scannende Bauteiloberfläche nachgefahren. Das Stellsignal an der Fokussierlinse entspricht dann dem Oberflächenprofil.
Eine Erweiterung des Messprinzips auf Flächenmessung ist mit dem konfokalen Mikroskop realisiert, wobei die Bauteiloberfläche punktförmig durch eine rotierende Scheibe abgetastet wird. Alternativ kann auch mit dem Autofokussensor-Verfahren eine flächenhafte Messung durch parallele Linienmessungen erzeugt werden.
Die Auswertung der Messwerte, die mit den oben beschriebenen Verfahren zur flächigen Messung unterschiedlicher Blechqualitäten gewonnen werden, mittels eines nachgeschalteten Prozeßrechners bietet eine Vielzahl sowohl linien- als auch flächiger Kenngrößen zur Charakterisierung und somit zur Bewertung unterschiedlicher Blechqualitäten.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher die Verifikation der eindeutigen Charakterisierung unterschiedlicher Bauteiloberflächen durch (neue) Flächen-Kenngrößen, die durch genormte Kenngrößen wie Linienparameter nicht gelingt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zur automatischen Vorausbestimmung der Struktur endlackierter Überflächen eines aus einem Ausgangsmaterial wie einem Stahlfeinblechcoil oder einem Kunststoffrohling herzustellenden Bauteils zur Verfügung zu stellen, mit dem die Qualität der endlackierten Bauteiloberfläche in jedem Stadium des Bauteilherstellungsprozesses und des nachfolgenden Bauteillackierprozesses im Hinblick auf die vorgegebenen Sollkenngrößen der Struktur der endlackierten Bauteiloberfläche zu überwachen und in Korrelation zu bringen ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch folgende mittels Steuerungsschleifen des Bauteilherstellungsprozesses und des nachgeordneten Bauteillackierprozesses aufeinanderfolgend auszuführende Verfahrensschritte:

– in einer Null-Stufe wird die Oberfläche des angelieferten Stahlfeinblechcoils mittels eines flächenhaft messenden Topographiemeßsystems topographisch vermessen,
– aus den Topographiemeßdaten werden mittels eines dem Topographiemeßsystem nachgeschalteten Prozeßrechners die klassischen Rauheitsparameter (Ra, Rz, usw.) sowie flächenhafte Rauheitsparameter (maximale offene Leerflächenzahl usw.) und über diese die charakteristische Blechqualität des verwendeten Stahlfeinblechcoils mit der Spitzenzahl Rpc usw. bestimmt,
– die ermittelte charakteristische Blechqualität wird von einem dem Prozeßrechner nachgeschalteten ersten Signal-Komparator mit dem deklarierten Istwert der charakteristischen Blechqualität des angelieferten Stahlfeinblechcoils in der Null-Stufe verglichen,

– durch ein n.i.O.-Signal des ersten Signal-Komparators

– durch ein i.O.-Signal des ersten Signal-Komparators der Prozeßrechner aktiviert zur Ermittlung von Kenngrößen aus den Topographiemessdaten des Stahlfeinblechcoils in der Null-Stufe mittels einer vorbestimmten Rechenfunktion, wobei die erhaltenen Kenngrößen eine Vorhersage der erreichbaren Struktur der endlackierten Bauteiloberfläche bezogen auf den deklarierten Istwert der charakteristischen Blechqualität des in der Nullstufe angelieferten Stahlfeinblechcoils symbolisieren,
– diese Vorhersage wird dann in einem dem Prozeßrechner nachgeschalteten zweiten Signal-Komparator mit in diesem gespeicherten Sollkenngrößen der Struktur der endlackierten Bauteiloberfläche hinsichtlich einer Korrelation verglichen, alternativ wird
– durch ein erstes n.i.O.-Signal des zweiten Signal-Komparators, das oberhalb eines vorbestimmten Schwellwertes liegt, ebenfalls der notwendige Austausch des in der Nullstufe angelieferten Stahlfeinblechcoils angezeigt und zugleich die Einleitung der ersten Stufe des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses blockiert, oder
– entweder durch ein i.O.-Signal des zweiten Signal-Komparators oder durch ein zweites n.i.O.-Signal des letzteren, das maximal einem vorbestimmten Schwellwert entspricht, unmittelbar der Start der ersten Stufe des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses freigegeben, in der das Bauteil dann aus dem Stahlfeinblechcoil gewonnen wird,

– anschließend wird die Oberfläche des in der ersten Stufe des M-stufigen Bauteilprozesses gewonnenen Bauteils mittels des flächenhaft messenden Topographiemeßsystems topographisch vermessen,
– dann werden aus den Topographiemeßdaten der ersten Stufe des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses von dem dem Topographiemeßsystems nachgeschalteten Prozeßrechner mittels der vorbestimmten Rechnungsfunktion Kenngrößen ermittelt, die eine Vorhersage der erreichbaren Struktur der endlackierten Bauteiloberfläche bezogen auf die erste Stufe des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses symbolisieren,
– die sich ergebende Vorhersage wird dann in dem zweiten Signal-Komparator mit den in diesem gespeicherten Sollkenngrößen der Struktur der endlackierten Bauteiloberfläche hinsichtlich einer Korrelation verglichen, alternativ wird
– durch ein drittes n.i.O.-Signal des zweiten Signal-Komparators, das oberhalb eines vorbestimmten Schwellwertes liegt, die Unbrauchbarkeit des in der ersten Stufe des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses gewonnenen Bauteils angezeigt und zugleich die Einleitung der zweiten Stufe des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses blockiert, oder
– entweder durch ein i.O.-Signal des zweiten Signal-Komparators oder durch ein viertes n.i.O.-Signal des letzteren, das maximal dem vorbestimmten Schwellwert entspricht, unmittelbar der Start der zweiten Stufe des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses freigegeben,

– anschließend werden für die zweite und jede weitere Stufe des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses sowie für jede Stufe des nachfolgenden N-stufigen Bauteillackierprozesses die im Zusammenhang mit der ersten Stufe beschriebenen Verfahrensschritte zur Ermittlung der Vorhersage der Struktur der endlackierten Bauteiloberfläche mit den entsprechenden Steuerungsschleifen durchgeführt, wobei
– in der letzten Stufe des N-stufigen Bauteillackierprozesses die in dieser erreichte Struktur der endlackierten Bauteiloberfläche nur noch mit den in dem zweiten Signal-Komparator gespeicherten Sollkenngrößen der Struktur der endlackierten Bauteiloberfläche hinsichtlich Korrelation verglichen wird.

Vorzugsweise erfolgt die Ermittlung der jeweiligen Kenngrößen, die die Vorhersage der erreichbaren Struktur der endlackierten Bauteiloberfläche bezogen auf die jeweilige Stufe des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses wie des diesem nachfolgenden N-stufigen Bauteillackierprozesses symbolisieren, mittels der vorgegebenen Rechenfunktion,

– indem die flächige Messung der Topographie der Bauteiloberfläche des Stahlfeinblechcoils in jeder Stufe des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses und des N-stufigen Bauteillackierprozesses als L-fache Linienmessung interpretiert wird,
– für jede Linienmessung das Spektrum (Amplitude als Funktion der Wellenzahl bzw. Wellenlänge) mittels Fourier-Transformation ermittelt wird,
– für jede einzelne Wellenzahl eine Mittelwertbildung über die erhaltenen L-Spektren durchgeführt wird,
– die erhaltenen Mittelwerten als Funktion der Wellenzahl bzw. der Wellenlänge dargestellt werden und somit ein Mittleres Spektrum erhalten wird und
– aus dem Mittleren Spektrum ein bestimmter Wellenzahlbereich/Wellenlängenbereich ausgewählt und das Integral über letzteren oder der Mittelwert gebildet wird, dessen Wert die die Vorhersage symbolisierenden Kenngrößen darstellt.

Bevorzugt wird als Topographiemeßsystem ein konfokales Mikroskop verwendet.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht in vorteilhafter Weise eine online-fähige, mit vorgegebenen Sollwerten korrelierende Vorausbestimmung und Beeinflussung der Struktur der zu erreichenden endlackierten Oberfläche eines z. B. aus Kunststoff oder einem Stahlfeinblechcoil herzustellenden Bauteils in Abhängigkeit von der jeweiligen Oberflächenstruktur des Bauteils in dessen einzelnen Herstellungs- und nachfolgenden Lackierstufen.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen erläutert. In diesen sind:
1 ein Blockschaltbild, aus dem schematisch ein Steuerungssystem zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hervorgeht, und
2a ein Diagramm, in dem die aus dem mittleren Spektrum sich ergebende mittlere Amplitude über Wellenlängenbereiche W_a: 0,1 mm bis 0,3 mm, W_b: 0,3 mm bis 1,0 mm; W_c: 1,0 mm bis 3,0 mm und W_d: 3,0 mm bis 10,0 mm aufgetragen und Kurven von Topographiemesswerten von sechs unterschiedlich strukturierten Blechen mit identischer Lackierung unmittelbar auf dem Blech dargestellt sind,
2b in Vergrößerung der Teil des Diagramms in 1 im Bereich der mittleren Amplitude von 0 bis 2,0,
3 ein Diagramm, das dem Diagramm der 1 entspricht, mit entsprechenden Kurven der Topographiemesswerte, jedoch bei Lackierung einer auf das Blechbauteil aufgebrachten KTL-Beschichtung,
4 ein dem Diagramm, das dem Diagramm der 1 entspricht, mit entsprechenden Kurven der Topographiemesswerte, jedoch bei Messung auf einer auf die KTL-Beschichtung aufgebrachten Decklackbeschichtung, und
5 eine schematische Darstellung des prinzipiellen Schichtaufbaus auf der Bauteiloberfläche unter Kennzeichnung der zur Topographiemessung jeweils verwendeten Messgeräte.
Aus 1 geht ein Steuerungssystem mit Steuerungsschleifen hervor, mittels der aufeinanderfolgende Verfahrensschritte eine Verfahrens zum automatischen Vorausbestimmen der Struktur endlackierter Oberflächen eines aus einem Ausgangsmaterial wie z. B. einem Stahlfeinblechcoil herzustellenden Bauteils in Abhängigkeit von der jeweiligen Oberflächenstruktur des Bauteils auszuführen sind, und zwar in einer Stufe 0 der Anlieferung des Ausgangsmaterials, in den einzelnen Stufen 1 bis M eines M-stufigen eines Bauteilherstellungsprozesses und in den einzelnen Stufen 1 bis N eines anschließenden N-stufigen Bauteillackierprozesses.
Die Oberfläche des in der Null-Stufe angelieferten Stahlfeinblechcoils wird in dieser mittels eines flächenhaft messenden Topographiemesssystems T topographisch vermessen. Dann werden die Topographiemesswerte W einem dem Topographiemesssystem T nachgeschalteten Prozessrechner P eingegeben, von dem aus den Topographiemesswerten W die klassischen Rauheitsparameter Ra, Rz usw. sowie flächenhaften Rauheitsparameter R wie die maximale offene Leerflächenzahl usw. und über diese die charakteristische Blechqualität Q_e des angelieferten Stahlfeinblechcoils mit der Spitzenzahl Rpc usw. bestimmt werden.
Die vom Prozessrechner P ermittelte charakteristische Blechqualität Q_e wird einem diesem nachgeschalteten ersten Signal-Komparator SK₁ eingegeben, in dem der deklarierte Istwert der charakteristischen Blechqualität Q_Ist des in der Stufe 0 angelieferten Stahlfeinblechs gespeichert worden ist. Vom ersten Signal-Komparator SK wird dann die vom Prozessrechner P ermittelte charakteristische Blechqualität Q_e mit dem gespeicherten deklarierten Istwert der charakteristischen Blechqualität Q_Ist des in der Stufe 0 angelieferten Stahlfeinblechcoils verglichen.
Ergibt sich durch diesen Vergleich am Ausgangs des ersten Signal-Komparators SK ein n.i.O.-Signal, so wird damit der notwendige Austausch des Stahlfeinblechcoils in der Stufe 0 angezeigt. Zugleich wird schaltungsmäßig die Einleitung der Stufe 1 des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses blockiert und somit die Erzeugung eines möglichen Materialausschusses verhindert.
Tritt hingegen am Ausgang des ersten Signal-Komparators SK₁ ein i.O.-Signal auf, so wird schaltungsmässig der Prozessrechner P aktiviert, um aus den Topographiemesswerten W des Stahlfeinblechcoils in der Stufe 0 mittels einer vorgegebenen Berechnungsfunktion A neue Kenngrößen K zu ermitteln, wobei die erhaltenen Kenngrößen K eine Vorhersage V der erreichbaren Struktur der endlackierten Bauteiloberfläche bezogen auf den deklarierten Istwert der charakteristischen Blechqualität Q_Ist des in der Stufe 0 angelieferten Stahlfeinblechcoils symbolisieren.
Die sich ergebende Vorhersage V wird dann vom Prozessrechner P einem zweiten Signal-Komparator SK₂ zugeführt, in dem die Sollkenngrößen S der Struktur der endlackierten Bauteiloberfläche gespeichert sind. Im zweiten Signal-Komparator SK₂ wird hierauf die erhaltene Vorhersage V mit den gespeicherten Sollkenngrößen S der Struktur der endlackierten Bauteiloberfläche auf Korrelation verglichen.
Wird durch den Vergleich am Ausgang der zweiten Signal-Komparators SK₂ ein erstes n.i.O₁.-Signal erhalten, das oberhalb eines vorbestimmten Schwellwertes liegt, so wird ebenfalls der notwendige Austausch des in der Stufe 0 angelieferten Stahlfeinblechcoils angezeigt und zugleich schaltungsmäßig die Einleitung der Stufe 1 des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses blockiert und die Erzeugung eines möglichen Materialausschusses abermals verhindert.
Ergibt sich hingegen durch den Vergleich am Ausgang des zweiten Signal-Komparators SK₂ ein i.O-Signal oder ein zweites n.i.O₂.-Signal, das maximal dem vorbestimmten Schwellwert entspricht, so wird schaltungsmäßig unmittelbar der Start der Stufe 1 des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses freigegeben und das Bauteil dann in der Stufe 1 aus dem angelieferten Stahlfeinblechcoil hergestellt.
Für den Fall, dass am Ausgang des zweiten Signal-Komparators SK₂ das zweite n.i.O₂.-Signal auftritt, wird zugleich schaltungsmäßig eine vom zweiten Signal-Komparator SK₂ zu mindestens einer der Stufen des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses und/oder des N-stufigen Bauteillackierprozesses geführte Korrekturschleife KS aktiviert. Über diese aktivierte Korrekturschleife KS werden die durch das zweite n.i.O₂.-Signal des zweiten Signal-Komparators SK₂ signalisierten Fehler der Stufe 0 bei der Ausführung der mindestens einen nachfolgenden Stufe des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses und/oder N-stufigen Bauteillackierprozesses kompensiert.
Im Anschluss an die Herstellung des Bauteils aus dem Stahlfeinblechcoil in der Stufe 1 des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses wird die Oberfläche des Bauteils mittels des flächenhaft messenden Topographiemesssystems T topographisch vermessen und dann werden aus den Topographiemesswerten W₁ der Stufe 1 des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses von dem Prozessrechner P, der dem Topographiemesssystem T nachgeschaltet ist, mittels der vorbestimmten Berechnungsfunktion A die neuen Kenngrößen K ermittelt, die eine Vorhersage V₁ der erreichbaren Struktur der endlackierten Bauteiloberfläche bezogen auf die Stufe 1 des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses symbolisieren.
Die Ermittlung der jeweiligen Kenngrößen K, die die Vorhersage V der erreichbaren Struktur der endlackierten Bauteiloberfläche auf die Stufe 0 wie die jeweilige Stufe des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses und des diesem nachfolgenden N-stufigen Bauteillackierprozesses symbolisieren, erfolgt vorzugsweise, indem

– die flächigen Messung der Topographie der Oberfläche des Stahlfeinblechcoils bzw. der Bauteiloberfläche in jeder Stufe des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses und des N-stufigen Bauteillackierprozesses als L-fache Linienmessung interpretiert wird,
– für jede Linienmessung das Spektrum (Amplitude der Wellenzahl bzw. Wellenlänge) mittels Fourier-Transformation ermittelt wird,
– für jede einzelne Wellenzahl eine Mittelwertbildung über die erhaltenen L-Spektren durchgeführt wird,
– die erhaltenen Mittelwerte als Funktion der Wellenzahl bzw. der Wellenlänge dargestellt werden und somit ein Mittleres Spektrum erhalten wird und
– aus dem Mittleren Spektrum ein bestimmter Wellenzahlbereich/Wellenlängenbereich ausgewählt und das Integral über letzteren oder der Mittelwert gebildet wird, dessen Wert die die Vorhersage V symbolisierenden Kenngrößen K darstellt.

Die sich ergebende Vorhersage V₁ der erreichbaren Struktur der endlackierten Bauteiloberfläche bezogen auf die Stufe 1 des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses wird dann in dem zweiten Signal-Komparator SK₂ mit den in diesem gespeicherten Sollkenngrößen S der Struktur der endlackierten Bauteiloberfläche hinsichtlich einer Korrelation verglichen.
Ergibt sich bei dem Vergleich am Ausgang des zweiten Signal-Komparators SK₂ ein drittes n.i.O₃.-Signal, das oberhalb eines vorbestimmten Schwellwertes liegt, so wird hierdurch die Unbrauchbarkeit des in der Stufe 1 des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses gewonnenen Bauteils angezeigt und zugleich schaltungsmäßig die Einleitung der Stufe 2 des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses blockiert.
Tritt jedoch am Ausgang des zweiten Signal-Komparators SK₂ ein i.O.-Signal oder ein viertes n.i.O₄.-Signal auf, das maximal dem vorbestimmten Schwellwert entspricht, so wird schaltungsmäßig unmittelbar der Start der Stufe 2 des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses freigegeben. Hierbei wird beim Auftreten des vierten n.i.O₄.-Signals am Ausgang des zweiten Signal-Komparators SK₂ zugleich von diesem die Korrekturschleife KS, die mindestens zu einer der Stufe 1 nachfolgenden Stufe des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses und/oder des Bauteillackierprozesses geführt ist, aktiviert, um die durch das vierte i.n.O₄.-Signal des zweiten Signal-Komparators SK₂ signalisierten Fehler der Stufe 1 des Bauteilherstellungsprozesses bei der Ausführung der mindestens einen nachfolgenden Stufe des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses und/oder des N-stufigen Bauteillackierprozesses zu kompensieren.
Anschließend werden für die Stufe 2 und jede weitere Stufe des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses sowie für jede Stufe des nachfolgenden N-stufigen Bauteillackierprozesses die im Zusammenhang mit der Stufe 1 beschriebenen Verfahrensschritte zur Ermittlung der Vorhersage V der Struktur der endlackierten Bauteiloberfläche mit den entsprechenden Steuerungsschleifen durchgeführt. Hierbei wird in der letzten Stufe N_L des N-stufigen Bauteillackierprozesses die in dieser erreichte Struktur der endlackierten Bauteiloberfläche nur noch mit den in dem zweiten Signal-Komparator SK₂ gespeicherten Sollkenngrößen S der Struktur der endlackierten Bauteiloberfläche hinsichtlich einer Korrelation verglichen.
Aus den Diagrammen der 2a, 2b, 3 und 4 gehen mit den wave-scan vergleichbare, aus Mittleren Spektren ermittelte Größen hervor, die auf Messungen auf unterschiedlich strukturierten Blechen mit identischer Lackierung basieren In den Diagrammen sind die mittleren Amplituden über Wellenlängenbereichen aufgetragen.
Wie der in 5 schematisch dargestellte prinzipielle Schichtaufbau zeigt, wurden zur Charakterisierung der unterschiedlichen Blechqualitäten Q vor und nach der kathodischen Tauchlackierung (KTL-Beschichtung) folgende Topographiemessgeräte eingesetzt:

– Flächig messendes oder parallel linienförmig messendes Topographiemessystem H

Die Lackierqualität nach der Decklackierung (Farbschicht(en) + Klarlack) wurde beurteilt mittels:

– wave-scan-Messgerät I (Messstrecke 10 cm) und
– Glanz/Haze-Messgerät GH

Mit dem wave-scan-Messgerät I können je nach Wellenlänge folgende Messgrößen ermittelt werden:

– Dullness (du)	Wellenlänge	< 0,1 mm
– W_a	Wellenlänge	0,1 mm–0,3 mm
– W_b	Wellenlänge	0,3 mm–1,0 mm
– W_c	Wellenlänge	1,0 mm–3,0 mm
- W_d	Wellenlänge	3,0 mm–10 mm
– W_e	Wellenlänge	10 mm–30 mm
– Shortwave (SW)	Wellenlänge	0,3 mm–1,2 mm
– Longwave (LW)	Wellenlänge	1,2 mm–12 mm

In jedem der Diagramme der 2a, 2b, 3 und 4 sind die Messwerte, die auf sechs unterschiedlich strukturierten Blechen ermittelt worden sind, wie folgt bezogen auf die Blechtextur T₁ bis T₆ gekennzeichnet und jeweils zu einem Kurvenzug verbunden:

Kreuzsymbol: Textur T₁

Kreissymbol: Textur T₂

Quadratsymbol: Textur T₃

Rautensymbol: Textur T₄

Dreieckssymbol: Textur T₅

Sternsymbol: Textur T₆
Liste der Bezugszeichen:

0

Stufe der Anlieferung des Ausgangsmaterials (z. B. Stahlfeinblechccoil)

1_H–M_H

Stufen des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses

1_L–N_L

Stufen des N-stufigen Bauteillackierprozesses

T

Topographiemesssystem

W

Topographiemesswerte

P

Prozessrechner

A

vorgegebene Berechnungsfunktion

R

klassische und flächenhafte Rauheitsparameter

Q_e

ermittelte charakteristische Blechqualität

Q_Ist

deklarierter Ist-Wert der charakteristischen Blechqualität

SK₁

erster Signal-Komparator

SK₂

zweiter Signal-Komparator

K

Kenngrößen

V

Vorhersage

S

Sollkenngrößen

KS

Korrekturschleife

H

flächig messendes oder parallel linienförmig messendes Topographiemessystem

I

wave-scan-Messgerät

GH

Glanz/Haze-Messgerät

T₁ bis T₆

Blechtexturen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

- DIN-Norm 4287 [0006]
- DIN 4287 [0007]

Claims

Verfahren zum automatischen Vorausbestimmen der Struktur endlackierter Oberflächen eines aus einem Ausgangsmaterial wie einem Stahlfeinblechcoil herzustellenden Bauteils in Abhängigkeit von der jeweiligen Oberflächenstruktur des Bauteils in den einzelnen Stufen (1_H–M_H und 1_L–N_L) eines M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses bzw. eines diesem nachgeordneten N-stufigen Bauteillackierprozesses, gekennzeichnet durch folgende mittels Steuerungsschleifen des Bauteilherstellungsprozesses und des nachgeordneten Bauteillackierprozesses aufeinanderfolgend auszuführende Verfahrensschritte: – in einer Stufe 0 wird die Oberfläche des angelieferten Stahlfeinblechcoils mittels eines flächenhaft messenden Topographiemesssystems (T) topographisch vermessen, – aus den Topographiemesswerten (W) werden mittels eines dem Topographiemesssystem (T) nachgeschalteten Prozessrechners (P) die klassischen Rauheitsparameter (Ra, Rz usw.) sowie flächenhafte Rauheitsparameter (maximale offene Leerflächenzahl usw.) und über diese die charakteristische Blechqualität Q_e des verwendeten Stahlfeinblechcoils mit der Spitzenzahl Rpc usw. bestimmt, – die ermittelte charakteristische Blechqualität (Q_e) wird von einem dem Prozessrechner (P) nachgeschalteten ersten Signal-Komparator (SK₁) mit dem deklarierten Istwert der charakteristischen Blechqualität (Q_Ist) des angelieferten Stahlfeinblechcoils in der Stufe 0 verglichen, alternativ wird in der Stufe 0 – durch ein n.i.O.-Signal des ersten Signal-Komparators (SK₁) entweder der notwendigen Austausch des Stahlfeinblechcoils angezeigt und zugleich die Einleitung der ersten Stufe (1_H) des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses blockiert oder – durch ein i.O.-Signal des ersten Signal-Komparators (SK₁) der Prozessrechner (P) aktiviert zur Ermittlung von Kenngrößen (K) aus den Topographiemesswerten (W) des Stahlfeinblechcoils in der Stufe 0 mittels einer vorbestimmten Berechnungsfunktion (A), wobei die erhaltenen Kenngrößen (K) eine Vorhersage V der erreichbaren Struktur der endlackierten Bauteiloberfläche bezogen auf den deklarierten Istwert der charakteritische Blechqualität (Q_Ist) des in der Stufe 0 angelieferten Stahlfeinblechcoils symbolisieren, – diese Vorhersage V wird dann in einem dem Prozessrechner (P) nachgeschalteten zweiten Signal-Komparator (SK₂) mit in diesem gespeicherten Sollkenngrößen (S) der Struktur der endlackierten Bauteiloberfläche hinsichtlich einer Korrelation verglichen, alternativ wird – durch ein erstes n.i.O₁.-Signal des zweiten Signal-Komparators (SK₂), das oberhalb eines vorbestimmten Schwellwertes liegt, ebenfalls der notwendige Austausch des in der Stufe 0 angelieferten Stahlfeinblechcoils angezeigt und zugleich die Einleitung der ersten Stufe (1_H) des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses blockiert, oder – entweder durch ein i.O.-Signal des zweiten Signal-Komparators (SK₂) oder durch ein zweites n.i.O₂.-Signal des letzteren, das maximal einem vorbestimmten Schwellwert entspricht, unmittelbar der Start der ersten Stufe (1_H) des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses freigegeben, in der das Bauteil dann aus dem Stahlfeinblechcoil gewonnen wird, wobei beim Auftreten des zweiten n.i.O₂.-Signals des zweiten Signal-Komparators (SK₂) zugleich eine von diesem zu mindestens einer der Stufen (1_H–M_H und/oder 1_L und N_L) des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses und/oder des N-stufigen Bauteillackierprozesses geführte Korrekturschleife (KS) aktiviert wird zur Kompensation der durch das zweite n.i.O₂.-Signal des zweiten Signal-Komparators (SK₂) signalisierten Fehler der Stufe 0 im Vollzug der mindestens einen nachfolgenden Stufe des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses und/oder N-stufigen Bauteillackierprozesses, – anschließend wird die Oberfläche des in der ersten Stufe (1_H) des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses gewonnenen Bauteils mittels des flächenhaft messenden Topographiemesssystems (T) topographisch vermessen, – dann werden aus den Topographiemesswerte (W) der ersten Stufe (1_H) des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses von dem dem Topographiemesssystem (T) nachgeschalteten Prozessrechner (P) mittels der vorbestimmten Berechnungsfunktion (A) Kenngrößen (K) ermittelt, die eine Vorhersage (V) der erreichbaren Struktur der endlackierten Bauteiloberfläche bezogen auf die erste Stufe (1_H) des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses symbolisieren, – die sich ergebende Vorhersage (V) wird dann in dem zweiten Signal-Komparator (SK₂) mit den in diesem gespeicherten Sollkenngrößen (S) der Struktur des endlackierten Bauteiloberfläche hinsichtlich einer Korrelation verglichen, alternativ wird – durch ein drittes n.i.O₃.-Signal des zweiten Signal-Komparators (SK₂), das oberhalb eines vorbestimmten Schwellwertes liegt, die Unbrauchbarkeit des in der ersten Stufe (1_H) des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses gewonnenen Bauteils angezeigt und zugleich die Einleitung der zweiten Stufe (2_H) des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses blockiert, oder – entweder durch ein i.O.-Signal des zweiten Signal-Komparators (SK₂) oder durch ein viertes n.i.O₄.-Signal des letzteren, das maximal dem vorbestimmten Schwellwert entspricht, unmittelbar der Start der zweiten Stufe (2_H) des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses freigegeben, wobei beim Auftreten des vierten n.i.O₄.-Signals des zweiten Signal-Komparators (SK₂) zugleich von diesem eine Korrekturschleife (KS), die mindestens zu einer der ersten Stufe (1_H) nachfolgenden Stufe des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses und/oder des Bauteillackierprozesses geführt ist, aktiviert wird zur Kompensation der durch das vierte n.i.O₄.-Signal des zweiten Signal-Komparators (SK₂) signalisierten Fehler der ersten Stufe (1_H) des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses im Vollzug der mindestens einen nachfolgenden Stufe des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses und/oder des N-stufigen Bauteillackierprozesses, – anschließend werden für die zweite und jede weitere Stufe des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses sowie für jede Stufe des nachfolgenden N-stufigen Bauteillackierprozesses die im Zusammenhang mit der ersten Stufe (1_H) beschriebenen Verfahrensschritte zur Ermittlung der Vorhersage (V) der Struktur der endlackierten Bauteiloberfläche mit den entsprechenden Steuerungsschleifen durchgeführt, wobei – in der letzten Stufe (N_L) des N-stufigen Bauteillackierprozesses die in dieser erreichte Struktur der endlackierten Bauteiloberfläche nur noch mit den in dem zweiten Signal-Komparator (SK₂) gespeicherten Sollkenngrößen (S) der Struktur der endlackierten Bauteiloberfläche hinsichtlich Korrelation verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der jeweiligen Kenngrößen (K), die die Vorhersage (V) der erreichbaren Struktur der endlackierten Bauteiloberfläche bezogen auf die Stufe 0 wie auf die jeweilige Stufe des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses wie des diesem nachfolgenden N-stufigen Bauteillackierprozesses symbolisieren, erfolgt, – indem die flächige Messung der Topographie der Oberfläche des Stahlfeinblechcoils wie die Oberfläche des aus diesem hergestellten Bauteils in jeder Stufe (1_H–M_H; 1_L bis N_L) des M-stufigen Bauteilherstellungsprozesses und des N-stufigen Bauteillackierprozesses als L-fache Linienmessung interpretiert wird, – für jede Linienmessung das Spektrum (Amplitude als Funktion der Wellenzahl bzw. Wellenlänge) mittels Fourier-Transformation ermittelt wird, – für jede einzelne Wellenzahl eine Mittelwertbildung über die erhaltenen L-Spektren durchgeführt wird, – die erhaltenen Mittelwerte als Funktion der Wellenzahl bzw. der Wellenlänge dargestellt werden und somit ein Mittleres Spektrum erhalten wird und – aus dem Mittleren Spektrum ein bestimmter Wellenzahlbereich/Wellenlängenbereich ausgewählt und das Integral über letzteren oder der Mittelwert gebildet wird, dessen Wert die die Vorhersage (V) symbolisierenden Kenngrößen (K) darstellt.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Topographiemesssystem (T) ein flächig messendes oder parallel linienförmig messendes Topographiemesssystem verwendet wird.