汽車鋼板表面波紋度測量標準方法對比

李子濤，王 輝，王偉峰

(馬鋼股份公司技術中心 安徽馬鞍山 243000)

近年以來，在環保和節能減排方面的需求的促進下，2C1B工藝迅速發展并得到了應用。

傳統的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，造成了油漆對鋼板表面輪廓的覆蓋能力不足，車身外觀質量將會出現明顯降低[1]。新型涂裝工藝下，如何實現鋼板表面結構的測量、控制，實現鋼板涂漆后獲得良好的外觀質量是鋼廠必須面臨的課題。

關于汽車板材表面結構對于涂裝外觀質量的影響，目前，國內外的研究基本形成一致的觀點：粗糙度波長在涂裝過程中容易被覆蓋，對外觀質量的影響較小，而板材的波紋度在涂裝之后被保留的比例較高，進而造成涂漆后橘皮值超標、鮮映性降低的問題[2]-[5]。因此汽車板表面波紋度的測量與控制是重要的。

1 波紋度測量原理

總的來說，鋼板表面波紋度的測試方法分為兩種：接觸式測量、非接觸式測量。

接觸式測量技術始于十九世紀，德英美等發達國家相繼制定了各自的光潔度標準，幾與同時泰勒-霍普森發明了探針式表面粗糙度儀，從此探針式成為接觸式測量方法的主導。接觸式測量技術是目前汽車行業應用廣泛的一種技術，其原理是通過細小的探針在鋼板表面行走，記錄鋼板表面形貌，再按照一定的規則將表面波紋度與形狀、粗糙度輪廓分離。接觸式測量方法是目前應用最為廣泛的方法，特點是工作可靠，可進行多參數測量，但其局限性在于其依靠探針在表面的行走記錄表面輪廓，測試速度較慢、探針容易磨損[6]、[7]。

非接觸式測量方法對于汽車鋼板生產過程中表面結構參數的快速檢測具有非常重要的意義。這是由于當接觸式儀器測量波紋度時，它是靜態的，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據，無法監測生產設備的異常情況并及時調整。為了解決這一問題，2015年Arcelor Mittal、Tata、CRM、AMEPA等聯合了開發了WAVISURF測量技術，如圖1，在Arcelor Mittal、Tata已經在線安裝，并使用接觸式測量儀器驗證了可靠性。WAVISURF是基于激光成像技術開發出來的集成式波紋度在線測量儀器，其原理為激光照射被測量物表面產生反射，高速相機記錄反射光源信息，圖像處理系統計算去除高度梯度、形狀輪廓、粗糙度輪廓，得到波紋度值[8]。

由于非接觸式測量技術目前應用較少，以下將重點介紹常見的接觸式測量標準方法。

2 常用的波紋度測量標準

目前在汽車用鋼領域應用較為廣泛的波紋度參數為：(1)W，在法系車企中應用較多；(2)Wsa、Wa0.8為德國鋼鐵行業標準SEP 1941定義；(3)Wa為ISO標準體系、新JIS標準、國標中定義。下面將介紹這些參數的定義及測量。

圖1 WAVISURF原理及實物

此外，還有一些波紋度參數如FFT(快速傅里葉轉換)、Ramacro、WcP5-0.8等，由于應用范圍較窄或者標準作廢，在這里不做介紹。

2.1 ISO及國標[9，10，11]

目前，與測量表面粗糙度、波紋度相關的國家標準和ISO國際標準有十多個，ISO國際標準的特點側重于表面結構測量的頂層平臺規劃，具備綱領性技術文件的基礎支撐作用。Wa為ISO標準定義參數，其含義為波紋度輪廓算術平均偏差(Wa)，Wa可理解為在一個波紋度取樣長度內，檢測時直接獲得的實際表面斷面曲線經過濾波所得曲線Z(x)偏離最小二乘中心線的距離絕對值的算術平均值，如下：

Wa與日本的Wca參數的區別在于評價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和國家標準都只是在表面粗糙度試驗方法中，附帶提及表面波紋度，對于測試條件的要求不夠系統完整，在可操作性方面顯得不足，具體測試條件如表1。

表1 ISO標準Wa、日標Wca測量條件

注：/表示未有明確要求

2.2 SEP 1941[12]

SEP 1941是德國鋼鐵行業標準，專門用于測量金屬薄板表面的波紋度，在德系車企中使用較多，標準中對測針、測試條件、濾波方式規定詳細，指導性較強。其規定的波紋度參數為波紋度算術平均值Wsa，并在附錄中規定了Wa0.8。

Wsa采用指數濾波器將形狀、粗糙度輪廓分離去除后，得到波紋度輪廓。再通過公式計算得到Wsa數值。與Wsa不同的是，Wa0.8使用五次多項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，再經過計算得到Wa0.8的值。

2.3 Motif[13]

Motif方法是法國的汽車產業界中使用的測量方法，這一方法也成為了國際標準《ISO 12085幾何產品規范表面紋理：輪廓方法Motif參數》，也就是國標《GB/T 18618-2009 產品幾何技術規范(GPS)表面結構 輪廓法 圖形參數》，其常用參數為W值。

表2 Wsa1-5、Wa0.8測量條件

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

圖2Motif的定義

粗糙度Motif和波紋度Motif評定參數見表3。其評定方法如下：(1)設定表面粗糙度或表面波紋度閾值，(2)對輪廓進行分段，(3)對每個段內的表面Motif 進行合并，并檢驗條件(1)、(2)、(3)對整個輪廓上的Motif合并，直到不能再進行合并為止，(4)計算Motif參數。

表3 Motif測量條件

3 結語

由于新型涂裝技術的興起，汽車面板表面波紋度的控制技術已成為鋼廠的必需面臨的重點課題。精確的測量是技術進步的開始，在汽車板表面波紋度測量過程中，應充分理解標準中測試條件，對于標準中未明確規定的內容，應充分研究其不同設置對于試驗結果的影響，確保測量的一致性。