基于护目镜图像识别的光弹性材料精密注塑成型研究
随着塑料科技与工业的发展，光学制品的应用领域越来越广泛，传统的玻璃透镜已经满足不了人们轻量化，低成本，高效率的需求。目前在很多领域聚合物透镜逐渐取代玻璃透镜，在航空航天、军事技术、交通出行等领域发挥着重要的作用。聚合物透镜的主要加工方式之一是注塑成型，但是由于光学制品加工工艺复杂，质量要求高，不可避免的存在制品光学检测周期长，测试成本高等难以解决的问题，阻碍了光学制品的进一步发展。本文以护目镜为研究对象，立足于光弹性聚合物材料，基于应力光学定律结合模流仿真分析、图像识别技术，建立了一套残余应力的识别方案，实现了高效无损且定量的对注塑光学制品性能的全覆盖检测。主要研究工作如下: (1)以残余应力和翘曲变形为分析指标，通过模拟优化并得到了护目镜生产过程中的最优工艺参数，经应力偏光仪测试表明优化后的制品与原始工艺参数得到的制品在浇口处的应力条纹明显减少，制品质量得到明显改善，为注塑制品的生产和制品质量的改善提供了思路。 (2)由于残余应力检测成本高，周期慢，对于产品的快速监测有明显的局限性。本研究结合应力光学定律和图像识别原理，提出一种通过图像识别光弹性材料的制品应力状态的新方法，对于不同的位置采取不同分析方式，在镜面应力条纹的不明显区域应用整体期望值的方式来评价制品的应力状态。对于浇口附近应力集中区域应力条纹明显位置，取其位置中心线绘制灰度值变化曲线，以曲线的波峰数量来评价制品的应力变化，将得到的结果做正交分析并与模拟结果对比，证明了该方法的可行性，为光学制品生产状态的实时监测提供了新方法。 (3)本研究选择浇口附近位置和镜面两个位置分别研究，发现注塑工艺参数对于注塑制品不同位置的应力状态影响大小和影响趋势具有差异性。对镜面区域残余应力影响最大的工艺参数为熔体温度。对浇口位置附近应力变化影响最大的工艺参数为保压时间。 (4)通过模流仿真分析和实验研究发现，镜面光学性能，残余应力，翘曲变形，质量与镜面灰度值受模具温度，熔体温度，注射速度保压时间，冷却时间的影响趋势具有一致性。证明了质量、应力、翘曲、光学性能之间变化是相互制约的。 (5)结合研究对象的单一性和应力光学定律对应力求解公式进行简化，并通过盲孔实验法和应力图像识别相结合，求解出应力计算公式的相关系数，并对系数准确性进行了验证。
注塑成型;图像识别;护目镜;残余应力;翘曲变形
北京化工大学
硕士
动力工程及工程热物理
张有忱
2021
中文
TQ320.662
2021-09-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）