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基本信息

項(xiàng)目名稱(chēng)：
塑料模具鋼表面拋光性能光學(xué)評(píng)定系統(tǒng)及應(yīng)用
小類(lèi)：
能源化工
簡(jiǎn)介：
目前，世界塑料總產(chǎn)量已超過(guò)2億噸，塑料已經(jīng)和鋼鐵、木材、水泥一起構(gòu)成現(xiàn)代社會(huì)的四大基礎(chǔ)材料。但目前塑料模具鋼的拋光性能主要依靠肉眼觀察或原子力顯微鏡測(cè)定，前者精確度低、標(biāo)準(zhǔn)不一，后者工作量大，數(shù)據(jù)代表性不強(qiáng)。 本發(fā)明借助光學(xué)干涉原理搭建出適合評(píng)價(jià)塑料模具鋼的拋光性能的裝置，操作簡(jiǎn)便、快速，測(cè)量范圍大，測(cè)量結(jié)果直觀且能進(jìn)行數(shù)學(xué)處理。既可以在實(shí)驗(yàn)室中評(píng)價(jià)材料的拋光性能，為塑料模具鋼的組織控制提供指導(dǎo)，又能夠方便地用于實(shí)際的塑料模具行腔拋光性能的檢測(cè)中，有廣闊的應(yīng)用前景。
詳細(xì)介紹：
隨著石油化工工業(yè)的迅速發(fā)展，塑料產(chǎn)量迅速增加。1960年，世界塑料總產(chǎn)量?jī)H670萬(wàn)噸，而2006年超過(guò)2億噸，塑料已經(jīng)和鋼鐵、木材、水泥一起構(gòu)成現(xiàn)代社會(huì)的四大基礎(chǔ)材料。很多塑料制品必須采用模具壓制成型，所以塑料模具的需用量迅速增加，性能要求也越來(lái)越高。其中塑料模具鋼的拋光性能直接決定著塑料產(chǎn)品表面光潔度。目前，我國(guó)還沒(méi)有關(guān)于評(píng)定模具鋼拋光性能的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)際上也還沒(méi)形成為大家普遍接受的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。 本發(fā)明的目的是提供一種塑料模具鋼表面拋光性能干涉測(cè)量?jī)x。本項(xiàng)目搭建了一個(gè)塑料模具鋼拋光性能干涉測(cè)量系統(tǒng)，包括一個(gè)激光器和一個(gè)計(jì)算機(jī)，其特征在于：所述激光器發(fā)出具有良好干涉性能的窄波激光，經(jīng)一個(gè)衰減器把激光功率調(diào)整到所需要的水平，從而產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象，調(diào)整后的激光經(jīng)一個(gè)光闌控制成像光束的大小、成像范圍、控制光功率、攔截?cái)z影鏡頭系統(tǒng)中的雜散光，然后經(jīng)一個(gè)分光鏡將激光器發(fā)出的經(jīng)衰減器和光闌擴(kuò)束準(zhǔn)直后的光束分為兩路，分別垂直照射一個(gè)參考平面鏡和待測(cè)試樣，并分別從參考平面鏡和待測(cè)試樣上反射回來(lái)會(huì)合，從而產(chǎn)生干涉條紋圖像，由一個(gè)CCD攝取干涉條紋圖像，傳送到所述計(jì)算機(jī)進(jìn)行結(jié)果分析。 本系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下優(yōu)點(diǎn)：借助光學(xué)干涉原理，操作簡(jiǎn)便、快速，測(cè)量范圍大，測(cè)量結(jié)果直觀且能進(jìn)行數(shù)學(xué)處理。本測(cè)量?jī)x既可以在實(shí)驗(yàn)室中評(píng)價(jià)材料的拋光性能，又能夠方便地用于實(shí)際的塑料模具行腔拋光性能的檢測(cè)中。 目前我國(guó)模具生產(chǎn)廠點(diǎn)據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)約有3萬(wàn)家,大中型企業(yè)100家左右。本項(xiàng)目在塑料模具鋼企業(yè)的生產(chǎn)中有很好的推廣潛力，能在不遠(yuǎn)的將來(lái)方便地應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，發(fā)揮出其良好的應(yīng)用價(jià)值。

作品圖片

  • 塑料模具鋼表面拋光性能光學(xué)評(píng)定系統(tǒng)及應(yīng)用
  • 塑料模具鋼表面拋光性能光學(xué)評(píng)定系統(tǒng)及應(yīng)用
  • 塑料模具鋼表面拋光性能光學(xué)評(píng)定系統(tǒng)及應(yīng)用
  • 塑料模具鋼表面拋光性能光學(xué)評(píng)定系統(tǒng)及應(yīng)用
  • 塑料模具鋼表面拋光性能光學(xué)評(píng)定系統(tǒng)及應(yīng)用

作品專(zhuān)業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

一、發(fā)明目的： 塑料的產(chǎn)量按體積計(jì)算在世界上已超過(guò)鋼鐵的產(chǎn)量，而塑料模具是塑料制品成形加工工業(yè)不可缺少的工具。塑料模具的制作成本中，加工和拋光占到了70%～80%，因此探索用更簡(jiǎn)便、直觀的方法來(lái)檢測(cè)塑料模具鋼的拋光性能就顯得極其重要。目前塑料模具鋼的拋光性能主要依靠肉眼觀察或原子力顯微鏡測(cè)定，前者精確度低、標(biāo)準(zhǔn)不一，后者工作量大，數(shù)據(jù)代表性不強(qiáng)。本項(xiàng)目尋求以光學(xué)干涉方法測(cè)定塑料模具鋼的拋光性能，克服以上兩種方法的不足。 二、基本思路： 以光學(xué)干涉原理、邁克爾遜激光干涉儀為基礎(chǔ)，搭建適合塑料模具鋼的拋光性能測(cè)定的系統(tǒng)，采集干涉圖像，從而判定塑料模具鋼的拋光性能的優(yōu)劣。 三、創(chuàng)新點(diǎn)： 材料學(xué)、物理學(xué)、光學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)圖像處理等專(zhuān)業(yè)知識(shí)的綜合應(yīng)用，充分發(fā)揮交叉學(xué)科的優(yōu)勢(shì)。 四、技術(shù)關(guān)鍵： 光學(xué)系統(tǒng)的搭建、集成，干涉圖像的對(duì)比與分析。 五、主要技術(shù)指標(biāo)： 干涉圖像條紋的彎折程度（進(jìn)一步判定目標(biāo)：圖像處理軟件定量分析）。

科學(xué)性、先進(jìn)性

一、傳統(tǒng)方法不足： 傳統(tǒng)的表面粗糙度測(cè)量方法有比較法、粗糙度測(cè)試儀法、原子力顯微鏡法等。比較法缺點(diǎn)是評(píng)價(jià)結(jié)果粗略，主觀因素較強(qiáng)。粗糙度測(cè)試儀方法對(duì)測(cè)量的試樣有要求，還會(huì)劃傷試樣表面，若應(yīng)用到大型的塑料模具行腔將會(huì)耗費(fèi)較多時(shí)間。原子力顯微鏡測(cè)量區(qū)域不超過(guò)一百微米。 二、本作品的創(chuàng)新： 1、測(cè)量范圍大。由CCD采集的圖像為624*496像素，攝像頭的像素間距為5.2微米，即采集到的每張圖片反映的是拋光試樣上3245微米*2579微米大的區(qū)域，約為8.4平方毫米，比傳統(tǒng)方法可測(cè)范圍大大增加。 2、測(cè)得的圖像直觀。還可進(jìn)一步用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行圖像處理，具有良好的應(yīng)用前景。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

2009年4月上海市首屆大學(xué)生創(chuàng)新活動(dòng)論壇 ——學(xué)生學(xué)術(shù)交流會(huì)議“上海大學(xué)十佳案例”

作品所處階段

實(shí)驗(yàn)室階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

專(zhuān)利轉(zhuǎn)讓

作品可展示的形式

圖紙、圖片、視頻、實(shí)物、現(xiàn)場(chǎng)演示

使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

一、作品應(yīng)用范圍及優(yōu)勢(shì)： 本塑料模具鋼的拋光性能光學(xué)評(píng)定系統(tǒng)進(jìn)一步集成為輕便儀器后，在實(shí)驗(yàn)室、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)均可方便使用，測(cè)量范圍大、測(cè)得的圖像直觀，便于用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行圖像處理。 二、市場(chǎng)前景分析： 目前塑料已成為四大原材料之一（即水泥、塑料、鋼鐵和木材），從需求量而言，已居世界第二。塑料工業(yè)已被稱(chēng)為“朝陽(yáng)工業(yè)”，塑料模具鋼及其深加工產(chǎn)品有著很好的前景和廣闊的市場(chǎng)。按目前發(fā)展增速推算，2010年中國(guó)模具鋼使用將有望達(dá)到100萬(wàn)噸的規(guī)模。目前在中國(guó)模具鋼中，塑料模具鋼約占到50%，預(yù)計(jì)其需求還將進(jìn)一步增長(zhǎng)。模具鋼的主要需求市場(chǎng)中，華東容量最大，占全國(guó)總量的50%-55%左右，年需求量超過(guò)30 萬(wàn)噸，其中僅P20、718 的需求量就有8 萬(wàn)噸左右。目前我國(guó)模具生產(chǎn)廠點(diǎn)據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)約有3萬(wàn)家,大中型企業(yè)100家左右。 本項(xiàng)目在塑料模具鋼企業(yè)的生產(chǎn)中有很好的推廣潛力，能在不遠(yuǎn)的將來(lái)方便地應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，發(fā)揮出其良好的應(yīng)用價(jià)值。

同類(lèi)課題研究水平概述

近40多年來(lái)，隨著石油化工工業(yè)的迅速發(fā)展，塑料產(chǎn)量迅速增加。1960年，世界塑料總產(chǎn)量?jī)H670萬(wàn)噸，而2006年超過(guò)2億噸，塑料已經(jīng)和鋼鐵、木材、水泥一起構(gòu)成現(xiàn)代社會(huì)的四大基礎(chǔ)材料。很多塑料制品必須采用模具壓制成型，所以塑料模具的需用量迅速增加，性能要求也越來(lái)越高。其中塑料模具鋼的拋光性能直接決定著塑料產(chǎn)品表面光潔度。 目前，我國(guó)還沒(méi)有關(guān)于評(píng)定模具鋼拋光性能的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)際上也還沒(méi)形成為大家普遍接受的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。 目前塑料模具鋼的拋光性能的評(píng)價(jià)方式有如下幾種： （1）肉眼觀察塑料模具鋼拋光面。該方法的優(yōu)點(diǎn)是直觀、拋光性能的評(píng)價(jià)區(qū)域大，在塑料模具行腔中的適用性好，缺點(diǎn)是評(píng)價(jià)結(jié)果粗略，主觀因素較強(qiáng)。難以得到表面光潔度的具體數(shù)據(jù)。 （2）采用粗糙度測(cè)試儀檢測(cè)試樣拋光表面的粗糙度，從粗糙度結(jié)果來(lái)反映光潔度，該評(píng)價(jià)方式的優(yōu)點(diǎn)是方便地獲取表面光潔度的具體數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)客觀、精度高。但是對(duì)測(cè)量的試樣有要求，還會(huì)劃傷試樣表面。 （3）采用原子力顯微鏡的測(cè)量結(jié)果來(lái)表面反映表明粗糙度，該方法也可以歸于（2）中，只是因?yàn)樵撛O(shè)備多半用在精密的材料測(cè)試領(lǐng)域而單獨(dú)列出。該設(shè)備通過(guò)檢測(cè)樣品表面與細(xì)微的探針尖端之間的相互作用力（原子力）測(cè)出表面的形貌，其優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)精度更高，同時(shí)獲得表面立體的形貌反映材料的粗糙度更加直觀，缺點(diǎn)是測(cè)量區(qū)域不超過(guò)一百微米。 因此，探索其他簡(jiǎn)便、易行、工作量小、便于進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及圖像處理的塑料模具鋼的拋光性能測(cè)定方法對(duì)于生產(chǎn)實(shí)踐有著重要的意義和作用。
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