基本信息
- 项目名称：
- 塑料模具钢表面抛光性能光学评定系统及应用
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 目前，世界塑料总产量已超过2亿吨，塑料已经和钢铁、木材、水泥一起构成现代社会的四大基础材料。但目前塑料模具钢的抛光性能主要依靠肉眼观察或原子力显微镜测定，前者精确度低、标准不一，后者工作量大，数据代表性不强。 本发明借助光学干涉原理搭建出适合评价塑料模具钢的抛光性能的装置，操作简便、快速，测量范围大，测量结果直观且能进行数学处理。既可以在实验室中评价材料的抛光性能，为塑料模具钢的组织控制提供指导，又能够方便地用于实际的塑料模具行腔抛光性能的检测中，有广阔的应用前景。
- 详细介绍：
- 随着石油化工工业的迅速发展，塑料产量迅速增加。1960年，世界塑料总产量仅670万吨，而2006年超过2亿吨，塑料已经和钢铁、木材、水泥一起构成现代社会的四大基础材料。很多塑料制品必须采用模具压制成型，所以塑料模具的需用量迅速增加，性能要求也越来越高。其中塑料模具钢的抛光性能直接决定着塑料产品表面光洁度。目前，我国还没有关于评定模具钢抛光性能的国家标准，国际上也还没形成为大家普遍接受的评判标准。 本发明的目的是提供一种塑料模具钢表面抛光性能干涉测量仪。本项目搭建了一个塑料模具钢抛光性能干涉测量系统，包括一个激光器和一个计算机，其特征在于：所述激光器发出具有良好干涉性能的窄波激光，经一个衰减器把激光功率调整到所需要的水平，从而产生稳定的干涉现象，调整后的激光经一个光阑控制成像光束的大小、成像范围、控制光功率、拦截摄影镜头系统中的杂散光，然后经一个分光镜将激光器发出的经衰减器和光阑扩束准直后的光束分为两路，分别垂直照射一个参考平面镜和待测试样，并分别从参考平面镜和待测试样上反射回来会合，从而产生干涉条纹图像，由一个CCD摄取干涉条纹图像，传送到所述计算机进行结果分析。 本系统与现有技术相比较，具有如下优点：借助光学干涉原理，操作简便、快速，测量范围大，测量结果直观且能进行数学处理。本测量仪既可以在实验室中评价材料的抛光性能，又能够方便地用于实际的塑料模具行腔抛光性能的检测中。 目前我国模具生产厂点据不完全统计约有3万家,大中型企业100家左右。本项目在塑料模具钢企业的生产中有很好的推广潜力，能在不远的将来方便地应用于实际生产中，发挥出其良好的应用价值。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 一、发明目的： 塑料的产量按体积计算在世界上已超过钢铁的产量，而塑料模具是塑料制品成形加工工业不可缺少的工具。塑料模具的制作成本中，加工和抛光占到了70%～80%，因此探索用更简便、直观的方法来检测塑料模具钢的抛光性能就显得极其重要。目前塑料模具钢的抛光性能主要依靠肉眼观察或原子力显微镜测定，前者精确度低、标准不一，后者工作量大，数据代表性不强。本项目寻求以光学干涉方法测定塑料模具钢的抛光性能，克服以上两种方法的不足。 二、基本思路： 以光学干涉原理、迈克尔逊激光干涉仪为基础，搭建适合塑料模具钢的抛光性能测定的系统，采集干涉图像，从而判定塑料模具钢的抛光性能的优劣。 三、创新点： 材料学、物理学、光学、机械设计、计算机图像处理等专业知识的综合应用，充分发挥交叉学科的优势。 四、技术关键： 光学系统的搭建、集成，干涉图像的对比与分析。 五、主要技术指标： 干涉图像条纹的弯折程度（进一步判定目标：图像处理软件定量分析）。
科学性、先进性
- 一、传统方法不足： 传统的表面粗糙度测量方法有比较法、粗糙度测试仪法、原子力显微镜法等。比较法缺点是评价结果粗略，主观因素较强。粗糙度测试仪方法对测量的试样有要求，还会划伤试样表面，若应用到大型的塑料模具行腔将会耗费较多时间。原子力显微镜测量区域不超过一百微米。 二、本作品的创新： 1、测量范围大。由CCD采集的图像为624*496像素，摄像头的像素间距为5.2微米，即采集到的每张图片反映的是抛光试样上3245微米*2579微米大的区域，约为8.4平方毫米，比传统方法可测范围大大增加。 2、测得的图像直观。还可进一步用计算机软件进行图像处理，具有良好的应用前景。
获奖情况及鉴定结果
- 2009年4月上海市首届大学生创新活动论坛 ——学生学术交流会议“上海大学十佳案例”
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 专利转让
作品可展示的形式
- 图纸、图片、视频、实物、现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 一、作品应用范围及优势： 本塑料模具钢的抛光性能光学评定系统进一步集成为轻便仪器后，在实验室、生产现场均可方便使用，测量范围大、测得的图像直观，便于用计算机软件进行图像处理。 二、市场前景分析： 目前塑料已成为四大原材料之一（即水泥、塑料、钢铁和木材），从需求量而言，已居世界第二。塑料工业已被称为“朝阳工业”，塑料模具钢及其深加工产品有着很好的前景和广阔的市场。按目前发展增速推算，2010年中国模具钢使用将有望达到100万吨的规模。目前在中国模具钢中，塑料模具钢约占到50%，预计其需求还将进一步增长。模具钢的主要需求市场中，华东容量最大，占全国总量的50%-55%左右，年需求量超过30 万吨，其中仅P20、718 的需求量就有8 万吨左右。目前我国模具生产厂点据不完全统计约有3万家,大中型企业100家左右。 本项目在塑料模具钢企业的生产中有很好的推广潜力，能在不远的将来方便地应用于实际生产中，发挥出其良好的应用价值。
同类课题研究水平概述
- 近40多年来，随着石油化工工业的迅速发展，塑料产量迅速增加。1960年，世界塑料总产量仅670万吨，而2006年超过2亿吨，塑料已经和钢铁、木材、水泥一起构成现代社会的四大基础材料。很多塑料制品必须采用模具压制成型，所以塑料模具的需用量迅速增加，性能要求也越来越高。其中塑料模具钢的抛光性能直接决定着塑料产品表面光洁度。 目前，我国还没有关于评定模具钢抛光性能的国家标准，国际上也还没形成为大家普遍接受的评判标准。 目前塑料模具钢的抛光性能的评价方式有如下几种： （1）肉眼观察塑料模具钢抛光面。该方法的优点是直观、抛光性能的评价区域大，在塑料模具行腔中的适用性好，缺点是评价结果粗略，主观因素较强。难以得到表面光洁度的具体数据。 （2）采用粗糙度测试仪检测试样抛光表面的粗糙度，从粗糙度结果来反映光洁度，该评价方式的优点是方便地获取表面光洁度的具体数据，而且数据客观、精度高。但是对测量的试样有要求，还会划伤试样表面。 （3）采用原子力显微镜的测量结果来表面反映表明粗糙度，该方法也可以归于（2）中，只是因为该设备多半用在精密的材料测试领域而单独列出。该设备通过检测样品表面与细微的探针尖端之间的相互作用力（原子力）测出表面的形貌，其优点是数据精度更高，同时获得表面立体的形貌反映材料的粗糙度更加直观，缺点是测量区域不超过一百微米。 因此，探索其他简便、易行、工作量小、便于进行数据分析及图像处理的塑料模具钢的抛光性能测定方法对于生产实践有着重要的意义和作用。
