DE10217950B4

DE10217950B4 - Verfahren zur Bestimmung einer Beschichtungsstärke

Info

Publication number: DE10217950B4
Application number: DE10217950A
Authority: DE
Inventors: Hans-Heinrich Pröhl
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2001-04-24
Filing date: 2002-04-22
Publication date: 2011-01-13
Anticipated expiration: 2022-04-23
Also published as: DE10217950A1

Abstract

Verfahren zur berührungslosen Bestimmung einer Beschichtungsstärke einer Beschichtung, die zunächst einer Bestrahlung mit Laserlicht ausgesetzt und anschließend das durch die Anregung von einem der Beschichtung zugesetzten Fluoreszenzmittel emittierte Fluoreszenzlicht erfasst und daraus die Beschichtungsstärke ermittelt wird, wobei die Beschichtungsstärke einer als Trockenschmierstoff ausgeführten Beschichtung, nämlich die Beschichtungsstärke von Wachs auf einem Blech während eines Umformprozesses des Blechs, bestimmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Bestimmung einer Beschichtungsstärke einer Beschichtung, die zunächst einer Bestrahlung mit Laserlicht ausgesetzt und anschließend das durch die Anregung von einem der Beschichtung zugesetzten Fluoreszenzmittel emittierte Fluoreszenzlicht erfasst und daraus die Beschichtungsstärke ermittelt wird.
Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der GB 2 349 210 A bekannt, welche die berührungslose Bestimmung einer Stärke einer Wachsschicht auf einem Material beschreibt. Dabei wird kein Blech erwähnt. Weiterhin erfolgt die Messung der Stärke nicht während des Umformprozesses.
Die WO 01/25347 A1 offenbart die berührungslose Bestimmung der Stärke einer Schicht eines Schmierstoffs auf einem Blech. Dabei wird jedoch kein Wachs erwähnt. Weiterhin erfolg die Messung der Stärke nicht während des Umformprozesses, sondern vor der Umformung.
Durch die DE 29 07 620 A1 ist ein Verfahren und eine Einrichtung zum Messen der Dicke durchsichtiger, dünner Schichten, insbesondere von Schmierstoff-Filmen auf ruhenden oder bewegten Oberflächen, bekannt. Der zu untersuchenden Schicht wird vor dem Aufbringen auf die Oberfläche ein insbesondere lösliches oder suspendierbares Fluoreszenzmittel zugesetzt. Anschließend wird die Schicht durch eine die Fluoreszenz anregende Lichtstrahlung beleuchtet und die Intensität der von der Schicht erzeugten Fluoreszenzstrahlung als Maß der Schichtstärke ermittelt.
Weiterhin bezieht sich die DE 196 36 042 A1 auf ein Verfahren zur Bestimmung der Tiefenausdehnung von Verteilungen fluoreszierender Stoffe, die aus unterschiedlichen Einfallswinkeln zur Fluoreszenz angeregt werden. Als Anwendungsbeispiel wird darin die Bestimmung der Beschichtungsstärke von fluoreszierenden Lackschichten genannt.
Durch die DE 41 06 313 A1 ist auch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Beschichtungsstärke eines Fluides, insbesondere einer Feuchtmittelschichtdicke bekannt, bei der dem Fluid ein Fluoreszenzmittel in bestimmter Konzentration zugegeben und zur Fluoreszenz angeregt wird. Die Fluoreszenzstrahlung wird detektiert und deren Intensität als Maß für die Beschichtungsstärke herangezogen.
Außerdem beschreibt die US 49 56 558 A ein Verfahren zur Bestimmung der Beschichtungsstärke eines dünnen Films eines Materials durch Erfassung des Fluoreszenzlichtes, während das Material der Strahlung einer Energiequelle ausgesetzt wird. Die Menge des Fluoreszenzlichtes wird als Maß für die Beschichtungsstärke herangezogen. Hierdurch kann beispielsweise die Dicke einer Ölschicht gemessen werden.
Ferner zeigt auch die EP 03 42 979 A2 bereits ein optisches Sensorsystem, bei dem das Fluoreszenzlicht, welches von einem Objekt abgegeben wird, gemessen wird.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass dadurch die Einsatzmöglichkeiten in der Praxis wesentlich erweitert werden. Weiterhin soll ein zur Durchführung des Verfahrens geeigneter Stoff geschaffen werden.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren zur berührungslosen Bestimmung einer Beschichtungsstärke einer Beschichtung vorgesehen, die zunächst einer Bestrahlung mit Laserlicht ausgesetzt und anschließend das durch die Anregung von einem der Beschichtung zugesetzten Fluoreszenzmittel emittierte Fluoreszenzlicht erfasst und daraus die Beschichtungsstärke ermittelt wird, wobei die Beschichtungsstärke einer als Trockenschmierstoff ausgeführten Beschichtung, nämlich die Beschichtungsstärke von Wachs auf einem Blech während eines Umformprozesses des Blechs, bestimmt wird. Hierdurch wird es erstmals möglich, die Beschichtungsstärke von Trockenschmierstoff zuverlässig zu bestimmen, ohne dass hierzu die genaue Kenntnis der Art und Beschaffenheit oder der spezifischen Eigenschaften des Trockenschmierstoffs erforderlich ist. Hierzu wird der aromatische Kohlenwasserstoffanteil des zugesetzten Fluoreszenzmittels von der Laserstrahlung zur Fluoreszenz angeregt, indem dieses zunächst die Energie aufnimmt und in Form der Fluoreszenz in einem von dem Laserlicht unterscheidbaren Wellenlängenbereich abstrahlt. Die Fluoreszenz richtet sich nach der Konzentration bzw. der Schichtdicke des bestrahlten Trockenschmierstoffs. Auf diese Weise kann eine automatische Überwachung der gewünschten Beschichtungsstärke des Trockenschmierstoffs erreicht werden, die zu einer erhöhten Qualität des Fertigungsprozesses speziell bei der Umformung von Karosseriebauteilen führt. Unter der Bezeichnung „Trockenschmierstoff” sind dabei solche Schmierstoffe zu verstehen, die in ihrer flüssigen Phase aufgetragen werden und deren beispielsweise durch Wasser gegebenes Lösungsmittel sich nach dem Auftragen verflüchtigt. Hierdurch wird ein zu null werdendes Abtropf- bzw. Ablaufverhalten erreicht. Das Verfahren ist dabei insbesondere auch dann einsetzbar, wenn die Beschichtungsstärke des Trockenschmierstoffs gleich null ist, um so beispielsweise das rückstandsfreie Entfernen der Schmierstoffschicht erfassen und überwachen zu können. Die Beschichtungsstärke von Wachs ist für die Einstellung der Parameter beim Umformungsprozess von entscheidender Bedeutung. Durch die so erreichbare, einheitliche und reproduzierbare Schichtdicke des Wachses können daher die Bauteilqualität wesentlich erhöht und die Fertigungskosten gesenkt werden. Als Wachse werden dabei alle natürlichen oder künstlichen Stoffe verstanden, die bei Raumtemperatur fest oder verformbar sind, oberhalb von ca. 40°C, gegebenenfalls erst bei deutlich höheren Temperaturen jedoch schmelzen. Dadurch, dass die Beschichtungsstärke während eines Umformprozesses des Blechs bestimmt wird, können mögliche Veränderung der Beschichtungsstärke während des Umformungsprozesses erfasst und die gegebenenfalls erforderliche Anpassung der Beschichtungsstärke unmittelbar anschließend vorgenommen werden. Hierdurch können einheitliche Parameter während des gesamten Umformprozesses zuverlässig eingehalten und so der Steuerungsaufwand vermindert werden.
Eine andere ebenfalls besonders erfolgversprechende Ausgestaltung des Verfahrens wird auch geschaffen, indem die Beschichtungsstärke des Trockenschmierstoffes auf einer Aluminiumoberfläche bestimmt wird. Hierdurch wird die in der Praxis hinsichtlich der Einhaltung vorbestimmter Parameter besonders anspruchsvolle Umformung von Aluminium wesentlich erleichtert, wenn dabei die Beschichtungsstärke des insbesondere durch Wachs oder wachsähnliche Substanzen gegebenen Trockenschmierstoffes in engen Toleranzbereichen einstellbar ist.
Als besonders praxisnah hat es sich auch erwiesen, wenn das Fluoreszenzlicht während des Aufbringens der Beschichtung erfasst und die daraus bestimmte Beschichtungsstärke mittels der Steuereinheit in eine Korrekturgröße umgesetzt wird, um auf diese Weise unmittelbar in einen laufenden Fertigungsprozess korrigierend eingreifen zu können.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Intensität des emittierten Fluoreszenzlichtes gemessen wird. Die Intensität der Fluoreszenz richtet sich nach der Konzentration bzw. der Schichtdicke der bestrahlten Beschichtung. Daher wird eine erhöhte Intensität bei einer großen Beschichtungsstärke erfasst. Neben der Intensität des Fluoreszenzlichtes kann auch der zugeordnete Wellenlängenbereich bzw. die Wellenlängencharakteristik erfasst werden, um daraus eine eindeutige Identifikation der Beschichtung ableiten zu können. Eine unbemerkte Verwendung einer unerwünschten Beschichtung wird dabei zugleich ausgeschlossen.
Eine besonders günstige Ausführungsform der Erfindung wird auch dadurch geschaffen, dass das Fluoreszenzlicht mittels einer CCD-Kamera erfasst wird. Hierdurch kann die Intensität des Fluoreszenzlichtes zuverlässig erfaßt und der Steuereinheit zugeführt werden.
Hingegen ist die Durchführung des Verfahrens dann besonders günstig, wenn das Laserlicht mittels einer Laserdiode erzeugt wird, die in handelsüblicher Ausführung kostengünstig bezogen werden kann und lediglich einen geringen Bauraum erfordert.
Die Erfindung läßt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
1 eine Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 ein Meßergebnis des Fluoreszenzlichtes.
1 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren in einer Prinzipskizze. Dargestellt ist eine Laserlichtquelle 1, deren Anregungslicht 2 auf eine Beschichtung 3 eines Werkstückes 4 trifft. Die von der Beschichtung 3 aufgenommene Energie wird unmittelbar in Form eines Fluoreszenzlichtes 5, welches sich durch eine in 2 dargestellte Phasenverschiebung von dem Anregungslicht 2 deutlich unterscheidet, abgegeben. Das Fluoreszenzlicht 5 wird durch einen mit einer Steuereinheit 6 verbundenen Sensor erfaßt und daraus eine Beschichtungsstärke 7 der beispielsweise durch einen Ölfilm gegebenen Beschichtung 3 bestimmt.
Ein solches Meßergebnis wird anhand der 2 näher beschrieben. Zu erkennen ist zunächst das Anregungslicht 2, dessen Intensitätsmaximum 8 nicht nur das Intensitätsmaximum 9 des Fluoreszenzlichtes 5 übertrifft, sondern auch durch einen abweichenden Wellenlängenbereich problemlos unterscheidbar ist. Aus dem Intensitätsmaximum 9 kann dabei die in 1 dargestellte Beschichtungsstärke 7 abgeleitet werden, während die Verteilung über den Wellenlängenbereich zur Identifikation der in 1 dargestellten Beschichtung 3 herangezogen werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Laserlichtquelle
2: Anregungslicht
3: Beschichtung
4: Werkstück
5: Fluoreszenzlicht
6: Steuereinheit
7: Beschichtungsstärke
8: Intensitätsmaximum
9: Intensitätsmaximum

Claims

Verfahren zur berührungslosen Bestimmung einer Beschichtungsstärke einer Beschichtung, die zunächst einer Bestrahlung mit Laserlicht ausgesetzt und anschließend das durch die Anregung von einem der Beschichtung zugesetzten Fluoreszenzmittel emittierte Fluoreszenzlicht erfasst und daraus die Beschichtungsstärke ermittelt wird, wobei die Beschichtungsstärke einer als Trockenschmierstoff ausgeführten Beschichtung, nämlich die Beschichtungsstärke von Wachs auf einem Blech während eines Umformprozesses des Blechs, bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsstärke des Trockenschmierstoffs auf einer Aluminiumoberfläche bestimmt wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluoreszenzlicht während des Aufbringens der Beschichtung erfasst und die daraus bestimmte Beschichtungsstärke mittels der Steuereinheit in eine Korrekturgröße umgesetzt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität des emittierten Fluoreszenzlichts gemessen wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluoreszenzlicht mittels einer CCD-Kamera erfasst wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Laserlicht mittels einer Laserdiode erzeugt wird.