DE10241919A1

DE10241919A1 - Verfahren zum Bestimmen von Strakfehlern von flächigen Bauteilen, insbesondere von Blechbauteilen

Info

Publication number: DE10241919A1
Application number: DE2002141919
Authority: DE
Inventors: Manfred Taubenmann
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2002-09-10
Filing date: 2002-09-10
Publication date: 2004-03-18

Abstract

Prüfverfahren zum Bestimmen von Strakfehlern von Blechbauteilen, wobei eine Ist-Kontur eines Blechbauteils mit einer vorgegebenen Soll-Kontur verglichen wird, derart, dass in einander zugeordneten Oberflächenpunkten der Soll-Kontur und der Ist-Kontur jeweils eine Flächennormale bestimmt und die Richtungsabweichung zwischen den Flächennormalen als Maß für den Strakfehler angesehen wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Prüfverfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Im Automobilbau werden hohe Anforderungen an die Maßgenauigkeit von Außenhautteilen der Karosserie gestellt. Während des gesamten Prozessablaufs vom Pressen des Karosserieblechs bis zum montierten Zustand des lackierten Blechteils am Fahrzeug werden wiederholt Prüfungen der "Maßgenauigkeit" durchgeführt. "Maßfehler" können vielfältige Ursachen haben, z.B. Werkzeugfehler, Beschädigungen während des Prozessablaufs, Beschädigungen bei der Montage etc. Bei der Prüfung der Maßgenauigkeit wird stets die "Ist-Kontur" des Blechsteils mit einer "Soll-Kontur" verglichen. Wenn die Ist-Kontur von der Soll-Kontur abweicht, liegt ein "Maßfehler" vor. Üblicherweise unterscheidet man folgende Arten von Maßfehlern:

– Formfehler
– Lagefehler
– Strakfehler.

Von Formfehlern spricht man, wenn die Ist-Kontur zwar "glatt" ist, aber einen von der Soll-Kontur abweichenden Krümmungsradius aufweist. 1 zeigt einen Formfehler, bei dem eine Ist-Kontur 1 einen etwas größeren Krümmungsradius aufweist als eine zu erreichende Soll-Kontur 2. Die Ist-Kontur ist zwar in sich glatt. Legt man aber, wie in 1 dargestellt, die Ist-Kontur 1 und die Soll-Kontur gedanklich so aneinander, dass sie sich in Randbereichen 3, 4 berühren, so ergibt sich in einem zwischen den Randbereichen 3, 4 liegenden Mittelbereich 5 eine Formabweichung 6.

Ein "Lagefehler" liegt vor, wenn ein Flächenbereich eines Blechteils hinsichtlich seiner Lage im Raum einen Versatz gegenüber der Soll-Kontur aufweist. 2 zeigt einen Fall, bei dem ein Formfehler, wie in 1 dargestellt, vorliegt und zusätzlich ein Lagefehler. Bei 2 weicht nämlich die Soll-Kontur 1 auch in den Randbereichen 3, 4 des betrachteten Flächenbereichs des Blechteils von der Soll-Kontur 2 ab. Das heißt, auch in den Randbereichen liegt jeweils ein Versatz 7, 8 vor. Somit ergibt sich im Mittelbereich 5 ein größerer Versatz als bei 1. Der durch den Lagefehler hervorgerufene Versatz addiert sich nämlich mit dem durch den Formfehler hervorgerufenen Versatz zu einem Gesamtversatz 9 im Mittelbereich.

Bei den im Zusammenhang mit 1 und 2 erläuterten Lage- bzw. Formfehlern weicht zwar die Ist-Kontur von der Soll-Kontur ab. Die Ist-Kontur ist jedoch in sich glatt. Derartige Fehler sind beim lackierten Blech somit mit bloßem Auge nicht bzw. kaum zu erkennen. Wesentlich störender hinsichtlich des optischen Eindrucks eines lackierten Blechteils sind sogenannte "Strakfehler". Von Strakfehlern spricht man, wenn die Ist-Kontur gegenüber der Soll-Kontur Beulen, Dellen oder Wellen aufweist. Derartige Maßfehler sind häufig bereits mit bloßem Auge am lackierten Blechteil erkennbar. Durch aufwändige Nacharbeit am lackierten Blechteil können zwar auch solche Maßfehler korrigiert werden. Dies ist jedoch sehr zeit- und somit kostenintensiv.

Bei der Prüfung von Blechteilen werden unterschiedliche Verfahren eingesetzt. Zu nennen sind hier beispielsweise Fühl-, Sicht- und Schliffbild-Prüfungen. Ferner werden optische Mess- bzw. Prüfverfahren eingesetzt, bei denen das Blechteil optisch vermessen wird und Maßabweichungen am Rechner farbig simuliert dargestellt werden können. Bekannt sind Verfahren, bei denen ein geometrisches Muster, beispielsweise ein Rautenmuster, auf die Ist-Kontur des Blechteils projiziert wird. Das sich ergebende Rautenmuster ist bei Vorliegen von Maßungenauigkeiten verzerrt, was durch CCD-Kameras sowie Rechner-Programme ausgewertet werden kann. Ferner ist ein System mit Streifenprojektion und Kameradaten-Erfassung bekannt, bei dem Strakfehler in Fehlfarbenbildern am Rechner dargestellt werden können.

Auch bei Strakfehlern gibt es Maßungenauigkeiten, die relativ gering sind und mit bloßem Auge am lackierten Blechteil nicht erkennbar und somit tolerierbar sind. Es gibt jedoch auch "größere" Strakfehler, die am lackierten Blechteil mit bloßem Auge zu sehen sind. Problematisch bei den bislang bekannten Prüfverfahren ist, dass eine Unterscheidung zwischen "kritischen" und "unkritischen" Strakfehlern nicht zuverlässig möglich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Prüfverfahren zum Bestimmen von Strakfehlern anzugeben, bei dem die Größe des Strakfehlers in einfacher Weise quantifizierbar ist. Das Verfahren soll ganz allgemein zur Anwendung bei flächigen Bauteilen, insbesondere Karosserieteilen aus Blech oder Kunststoff geeignet sein.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dem Unteranspruch zu entnehmen.

Ausgangspunkt der Erfindung ist die Erkenntnis, dass in der Umgebung eines Strakfehlers der Gradient der Ist-Kontur des Bauteilteils relativ stark vom Gradient der Soll-Kontur abweicht. Der Kern der Erfindung besteht nun darin, für zwei einander zugeordnete Oberflächenpunkte der Soll-Kontur und der Ist-Kontur, d.h. für einen Punkt der Ist-Kontur und einen zugeordneten Punkt der Soll-Kontur jeweils die Flächennormale zu bestimmen und die "Abweichung" zwischen den Flächennormalen oder, genauer gesagt, die Richtungsabweichung der Flächennormalen, als Maß für den Strakfehler der Ist-Kontur im betrachteten Oberflächenpunkt anzusehen. Die Abweichung der Flächennormalen ist nämlich ein Maß für die Differenz der Gradienten der Soll-Kontur und der Ist-Kontur in den betrachteten Oberflächenpunkten.

Ein ganz wesentlicher Vorteil dieses Verfahrens gegenüber anderen bekannten Verfahren besteht darin, dass Strakfehler „unabhängig" von anderen Fehlern, wie Form- oder Lagefehlern erkannt werden. Wie eingangs bereits erwähnt liegen nämlich häufig „Mischfehler" vor, d.h. eine Überlagerung von Form-, Lage- und Strakfehlern. Form- und Lagefehler werden bei dem Verfahren gemäß der Erfindung „herausgefiltert". Strakfehler werden somit zuverlässig erkannt.

Wenn im folgenden von „Blechteilen" die Rede ist, gilt dies selbstverständlich auch für Bauteile aus anderen Materialien, wie z.B. Kunststoff.

Zur Ermittlung der Lage der Flächennormalen werden zunächst die Tangentialebenen für die betrachteten Oberflächenpunkte der Ist- bzw. Soll-Kontur ermittelt. Die Flächennormalen stehen dann jeweils senkrecht auf der jeweiligen Tangentialebene. Die "Abweichung" zwischen den Flächennormalen kann als Winkel, Tangenswert oder Steigung ausgedrückt werden.

Zur Unterscheidung "kritischer" und "unkritischer Strakfehler" kann ganz einfach eine zulässige Abweichung zwischen den Flächennormalen vorgegeben sein. Wenn der Winkel zwischen den beiden Flächennormalen kleiner als ein vorgegebener Winkel ist, so liegt ein unkritischer Strakfehler vor. Wenn er größer ist, dann handelt es sich um einen kritischen Strakfehler, der am lackierten Blechteil mit bloßem Auge erkennbar ist. Selbstverständlich können einzelne Bereich des Bauteils je nach Anforderungen an die Geometrie unterschiedlich „streng" beurteilt werden.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung geht man bei der Bestimmung der Abweichung wie folgt vor. Zunächst wird in einem zu untersuchenden Oberflächenpunkt der Soll-Kontur die Flächennormale des betrachteten Oberflächenpunktes bestimmt. Anschließend wird der dem zu untersuchenden Oberflächenpunkt der Soll-Kontur zugeordnete Oberflächenpunkt der Ist-Kontur ermittelt. Der zugeordnete Oberflächenpunkt der Ist-Kontur ist der Schnittpunkt zwischen der Flächennormalen der Soll-Kontur und der Ist-Kontur. Anschließend wird in diesem Schnittpunkt mit der Ist-Kontur die Flächennormale der Ist-Kontur ermittelt. Die beiden Flächennormalen schneiden sich somit in dem o.g. Oberflächenpunkt der Ist-Kontur. Anschließend kann in bekannter Weise der Winkel zwischen den beiden Flächennormalen als Maß für den Strakfehler ermittelt werden.

Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass man auch in umgekehrter Weise vorgehen kann. Das heißt man kann auch zunächst die Flächennormale für die Ist-Kontur, dann den Schnittpunkt mit der Soll-Kontur, anschließend die Flächennormale der Sollkontur und dann die Abweichung zwischen den Flächennormalen bestimmen. Es liegt auf der Hand, dass die Abweichungen der Flächennormalen bei den beiden Vorgehensweisen nicht exakt gleich groß sein müssen. Dennoch stellen die Abweichungen ein hinreichend genaues Maß für die Größe des im betrachteten Oberflächenbereichs vorliegenden Strakfehlers dar.

Im folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 Ein Blechteil mit einem Formfehler;
2 ein Blechteil mit einem Form- und Lagefehler;
3 das Grundprinzip gemäß der Erfindung zur Ermittlung der Größe von Strakfehlern; und
4 eine vergrößerte Darstellung des Strakfehlerbereichs der 3.
3 zeigt die Ist-Kontur 1 eines Blechteils, das in einem Oberflächenbereich 10 eine Delle aufweist, die als „Strakfehler" bezeichnet wird. Wie aus 3 ersichtlich ist, ist die entsprechende Soll-Kontur 2 im Oberflächenbereich 10 glatt. Die Soll-Kontur 2 hat also keine Delle. Zur Quantifizierung der „Stärke" der Delle, d.h. zur Ermittlung der Größe des Strakfehlers im Oberflächenbereich 10 wird nun wie folgt vorgegangen.
Zunächst wird, wie in 4 dargestellt, für einen Oberflächenpunkt 11 der Soll-Kontur 2 die Flächennormale 12 bestimmt. Anschließend wird ein Schnittpunkt 13 der Flächennormale 12 mit der Ist-Kontur 1 ermittelt. In einem weiteren Schritt wird im Schnittpunkt 13 eine Flächennormale 14 der Ist-Kontur 1 ermittelt. Der sich zwischen den Flächennormalen 12 und 14 ergebende Winkel a ist nun ein Maß für die Größe des Strakfehlers im Oberflächenbereich 10.
Selbstverständlich kann die Berechnung der Flächennormalen und des Winkels zwischen den Flächennormalen mit Hilfe eines Rechnerprogramms erfolgen. Beispielsweise kann über ein zu untersuchendes Blechteil ein "Rechteckraster gelegt" werden. An den Kreuzungspunkten des Rechteckrasters kann jeweils eine solche Berechnung durchgeführt werden. Je engmaschiger das Raster ist, desto zuverlässiger können Strakfehler erkannt werden.
Ausdrücklich wird darauf hingewiesen, dass bei der Bestimmung der Abweichung auch "umgekehrt" vorgegangen werden kann. Alternativ zu der oben beschriebenen Vorgehensweise kann zunächst die Flächennormale für einen Oberflächenpunkt der Ist-Kontur bestimmt werden. Anschließend wird dann der Schnittpunkt der Flächennormalen mit der Soll-Kontur ermittelt. In einem weiteren Schritt wird dann die Flächennormale der Soll-Kontur im Schnittpunkt ermittelt.

Claims

Prüfverfahren zum Bestimmen von Strakfehlern von Bauteilen, insbesondere von Karosserieteilen für Fahrzeuge, wobei eine Ist-Kontur eines Blechbauteils mit einer vorgegebenen Soll-Kontur verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einander zugeordneten Oberflächenpunkten der Soll-Kontur und der Ist-Kontur jeweils eine Flächennormale bestimmt und die Richtungsabweichung zwischen den Flächennormalen als Maß für den Strakfehler angesehen wird.
Prüfverfahren nach Anspruch 2, wobei in einem Oberflächenpunkt der Soll-Kontur die Flächennormale für die Soll-Kontur bestimmt wird, ein Schnittpunkt der Flächennormalen der Soll-Kontur mit der Ist-Kontur ermittelt wird und in dem Schnittpunkt die Flächennormale der Ist-Kontur bestimmt wird.
Prüfverfahren nach Anspruch 1, wobei in einem zu untersuchenden Oberflächenpunkt der Ist-Kontur die Flächennormale der Ist-Kontur bestimmt wird, ein Schnittpunkt der Flächennormalen der Ist-Kontur mit der Soll-Kontur ermittelt wird und in dem Schnittpunkt die Flächennormale der Soll-Kontur bestimmt wird.