DE10217950A1

DE10217950A1 - Verfahren zur Bestimmung einer Beschichtungsstärke und ein hierzu geeigneter Trockenschmierstoff

Info

Publication number: DE10217950A1
Application number: DE10217950A
Authority: DE
Inventors: Hans-Heinrich Proehl
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2001-04-24
Filing date: 2002-04-22
Publication date: 2002-11-07
Anticipated expiration: 2022-04-23
Also published as: DE10217950B4

Abstract

Bei einem berührungslosen Verfahren zur Bestimmung einer Beschichtungsstärke (7) einer als Trockenschmierstoff ausgeführten Beschichtung (3) wird diese zunächst der Betrahlung durch ein Anregungslicht (2) einer Laserlichtquelle (1) ausgesetzt. Hierdurch wird von dem Trockenschmierstoff, der hierzu mit einem die sonstigen Eigenschaften nicht beeinflussenden Fluoreszenzmittel versetzt ist, Fluoreszenzlicht (5) abgestrahlt, dessen Intensitätsmaximum durch eine Steuereinheit (6) erfasst und daraus die Beschichtungsstärke (7) der Beschichtung (3) ermittelt werden kann. Auf diese Weise kann beispielsweise die Dicke von Wachs auf Aluminiumblech für den Karosseriebau vor oder auch während der Umformung eindeutig bestimmt und dadurch die Qualität des Fertigungsprozesses verbessert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Bestimmung einer Beschichtungs stärke einer Beschichtung auf einem Werkstück, bei dem die Beschichtung zunächst einer Bestrahlung mit Laserlicht ausgesetzt und anschließend das durch die Anregung von einem der Beschichtung zugesetzten Fluoreszenzmittel emittierte Fluoreszenzlicht erfasst und dar aus die Beschichtungsstärke ermittelt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung einen zur Durch führung des Verfahrens geeigneten Trockenschmierstoff.

Ein solches Verfahren ist beispielsweise durch die DE 29 07 620 A1 bekannt, welche ein Verfahren und eine Einrichtung zum Messen der Dicke durchsichtiger dünner Schichten, insbesondere Schmierstoff-Filme auf ruhenden oder bewegten Oberflächen, beschreibt. 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 Tiefen ausdehnung von Verteilungen fluoreszierender Stoffe, die aus unterschiedlichen Einfallswin keln 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 ein Verfahren zur Bestimmung der Beschichtungs stärke eines dünnen Films eines Materials durch Erfassung des Fluoreszenzlichtes, während das Material der Strahlung einer Energiequelle ausgesetzt wird. Die Menge des Fluores zenzlichtes wird als Maß für die Beschichtungsstärke herangezogen. Hierdurch kann bei spielsweise 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 ein gangs genannten Art derart auszuführen, dass dadurch die Einsatzmöglichkeiten in der Pra xis wesentlich erweitert werden. Weiterhin soll ein zur Durchführung des Verfahrens geeig neter 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 vorgesehen, bei dem die Beschichtungsstärke einer als Trockenschmierstoff ausgeführten Beschichtung bestimmt wird. Hierdurch wird es erst mals möglich, die Beschichtungsstärke von Trockenschmierstoff zuverlässig zu bestimmen, ohne dass hierzu die genaue Kenntnis der Art und Beschaffenheit oder der spezifischen Ei genschaften des Trockenschmierstoffes erforderlich ist. Hierzu wird der aromatische Koh lenwasserstoffanteil des zugesetzten Fluoreszenzmittels von der Laserstrahlung zur Fluo reszenz angeregt, indem dieses zunächst die Energie aufnimmt und in Form der Fluores zenz in einem von dem Laserlicht unterscheidbaren Wellenlängenbereich abstrahlt. Die Fluo reszenz richtet sich nach der Konzentration bzw. der Schichtdicke des bestrahlten Trocken schmierstoffes. Auf diese Weise kann eine automatische Überwachung der gewünschten Beschichtungsstärke des Trockenschmierstoffes erreicht werden, die zu einer erhöhten Qua lität 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 Trockenschmierstoffes gleich null ist, um so beispielsweise das rückstandsfreie Entfernen der Schmierstoffschicht erfassen und überwachen zu können.

Dabei ist es auch besonders praxisnah, wenn die Beschichtungsstärke von Wachs auf einem Blech bestimmt wird. Die Beschichtungsstärke von Wachs ist für die Einstellung der Para meter 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 ca. 40°C, gegebenenfalls erst bei deutliche höheren Temperaturen, jedoch schmelzen.

Eine andere ebenfalls besonders erfolgversprechende Ausgestaltung des Verfahrens wird auch geschaffen, indem die Beschichtungsstärke des Trockenschmierstoffes auf einer Alu miniumoberfläche 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 wach sähnliche Substanzen gegebenen Trockenschmierstoffes in engen Toleranzbereichen ein stellbar ist.

Eine weitere besonders günstige Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird da durch geschaffen, dass die Beschichtungsstärke während eines Umformprozesses des Blechs bestimmt wird. Hierdurch können mögliche Veränderung der Beschichtungsstärke während des Umformungsprozesses erfasst und die gegebenenfalls erforderliche Anpas sung der Beschichtungsstärke unmittelbar anschließend vorgenommen werden. Hierdurch können einheitliche Parameter während des gesamten Umformprozesses zuverlässig einge halten und so der Steuerungsaufwand vermindert werden.

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 gro ßen 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 Inten sität 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 be zogen werden kann und lediglich einen geringen Bauraum erfordert.

Die zweitgenannte Aufgabe, einen zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Trocken schmierstoff zum Aufbringen auf eine metallische Oberfläche, insbesondere ein Aluminium blech zu schaffen, wird erfindungsgemäß durch einen Zusatz eines Fluoreszenzmittels er reicht. Bekannte Trockenschmierstoffe enthalten keine fluoreszierenden Bestandteile und werden daher von der Laserstrahlung nicht zur Fluoreszenz angeregt. Durch Zugabe des Fluoreszenzmittels, beispielsweise einem Farbstoff oder einer anderen geeigneten Sub stanz, in definierter Konzentration bei homogener Verteilung wird es möglich, den Trocken schmierstoff oder Wachs zur Emission von Fluoreszenzlicht anzuregen. Die hinsichtlich des Herstellungsprozesses relevanten Eigenschaften des Trockenschmierstoffes werden dabei nicht verändert.

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

Fig. 1 eine Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2 ein Messergebnis des Fluoreszenzlichtes.

Fig. 1 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren in einer Prinzipskizze. Dargestellt ist eine Laserlichtquelle 1, deren Anregungslicht 2 auf eine als Trockenschmierstoff ausgeführte Be schichtung 3 eines Werkstückes 4 trifft. Die von Fluoreszenzmittelzusätzen der Beschichtung 3 aufgenommene Energie wird unmittelbar in Form eines Fluoreszenzlichtes 5, welches sich durch eine in Fig. 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 wachsartigen Beschichtung 3 bestimmt.

Ein solches Messergebnis wird anhand der Fig. 2 näher beschrieben. Zu erkennen ist zu nächst das Anregungslicht 2, dessen Intensitätsmaximum 8 nicht nur das Intensitätsmaxi mum 9 des Fluoreszenzlichtes 5 übertrifft, sondern auch durch einen abweichenden Wel lenlängenbereich problemlos unterscheidbar ist. Aus dem Intensitätsmaximum 9 kann dabei die in Fig. 1 dargestellte Beschichtungsstärke 7 abgeleitet werden, während die Verteilung über den Wellenlängenbereich zur Identifikation der in Fig. 1 dargestellten, als Trocken schmierstoff ausgeführten 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

1. Verfahren zur berührungslosen Bestimmung einer Beschichtungsstärke einer Be schichtung, 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, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsstärke einer als Trockenschmier stoff ausgeführten Beschichtung bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsstärke von Wachs auf einem Blech bestimmt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Be schichtungsstärke des Trockenschmierstoffes auf einer Aluminiumoberfläche bestimmt wird.

4. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Beschichtungsstärke während eines Umformprozesses des Blechs bestimmt wird.

5. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das Fluoreszenzlicht während des Aufbringens der Beschichtung er fasst und die daraus bestimmte Beschichtungsstärke mittels der Steuereinheit in eine Korrekturgröße umgesetzt wird.

6. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Intensität des emittierten Fluoreszenzlichtes gemessen wird.

7. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das Fluoreszenzlicht mittels einer CCD-Kamera erfasst wird.

8. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das Laserlicht mittels einer Laserdiode erzeugt wird.

9. Ein zum Aufbringen auf eine metallische Oberfläche, insbesondere ein Aluminium blech, bestimmter Trockenschmierstoff, gekennzeichnet durch einen Zusatz eines Fluoreszenzmittels.