[01165617]环保包装材料-蜂窝纸板质量在线检测与强度评价方法研究

一、课题来源与背景本课题为天津市科技计划项目（项目编号为：06YFGPSH04100），起止时间为2006年4月至2008年12月，天津商业大学主持，天津大学参与实施。自1998年美国、加拿大、英国对我国出口货物的木质包装入境进行限制，到1999年6月欧盟15国实行紧急措施防止中国产品木质包装中携带的虫害在欧盟扩散，加速了我国对代木包装材料的推广应用，由于蜂窝纸板是一种高强度、高弹性、承重大、成本低、可回收环境友好的新型包装材料，所以成为了代替传统木质包装材料的理想用品。主要用于制作托盘、包装箱和缓冲衬垫，具有节约资源、包装减量化和轻量化、环境友好的特点。可用于电子仪器、家用电器和机电类大宗产品的运输包装，同时在出口产品包装中的地位越来越重要。但我国蜂窝纸板的生产线的完整性、稳定性、加工精度、质量控制等与国外先进设备相比，还存在一定差距。突出表现在：①在产品制造和使用过程中由于材料自身（面纸、芯纸、胶粘剂）质量或性能问题，或生产工艺问题，很容易产生粘接界面脱胶质量问题。但现有行业标准中没有给出脱胶缺陷的检测技术措施，依靠目测是很难检测出粘接界面的缺陷，更无法准确定量给出脱胶处缺陷面积的大小。②强度检测项目不全面，标准体系不完整。蜂窝纸板主要用于制作包装箱、托盘、建材、家具、衬垫隔板等产品，所以强度检测项目除考虑平压、弯曲、剥离强度试验之外，还应考虑平拉、侧压、剪切等强度试验，以便对蜂窝纸板全部机械性能进行评价。二、技术原理及性能指标本课题在分析蜂窝纸板结构特征和各种无损检测技术特点的基础上，采用错位散斑干涉技术对蜂窝纸板脱粘缺陷进行现场无损检测，具有快速、实时、无损、非接触、全场、直观、适合现场检测的特点。这种检测方法的基本原理是基于对被测部件加载后进行高灵敏度变形测量，检测出缺陷部位的变形畸变，并以“蝴蝶”型斑纹干涉图像直观地定位缺陷的位置和显示缺陷的大小。该蜂窝纸板脱胶缺陷无损检测系统主要有加载装置（如红外灯或远红外加热板、卤光灯、新闻灯和宽音频扫描加载等），激光器，扩束镜，玻璃光楔，可调焦光学镜头，CCD摄像机，数据采集控制计算机和图像采集卡组成。激光器发出的激光束经过扩束镜头的放大均匀的照射在待测的蜂窝纸板的表面上，经蜂窝纸板漫反射的激光斑点经过玻璃光楔和可调焦光学镜头后成像在CCD摄像机的靶面上，启动数据采集控制计算机中的图像分析软件，将CCD靶面上的图像显示在计算机的显示器上，采集一幅图像存在计算机的内存中。启动加载装置，使蜂窝纸板处于外载荷激励之下，这时实时采集蜂窝纸板受热变形后的图像，并把此图像与前面存在计算机内存中的图像进行实时的相减运算，并将相减之后的结果实时的显示在计算机的屏幕上。由于蜂窝纸板有粘接缺陷的地方和没有缺陷的地方在受热后的变形不同，于是，蜂窝纸板上有缺陷的地方就在计算机的显示器上呈现出高反衬度的“蝴蝶”型条纹图像，对该区域的条纹图像面积进行计算，然后乘以相对应的图像放大倍率，就可以得到缺陷面积的定量值。 该项目技术指标为：错位角度0.5°； 错位方向 360° 连续可调；检测面积：最大可达 500 ×400 (mm2) （内部激光器）；检测灵敏度：0.266μm / 错位距离。三、技术的创造性和先进性①以错位术降低防震要求，以视频信号代替全息干板记录，以数字图象处理代替光学处理，达到不避震、不避光、不照相、快速、实时的检测能力。②由错位光学传感器探头，数据采集、分析、控制系统，加载系统组成的蜂窝纸板现场无损检测系统，能够开发成体积小、重量轻、集成度高的定型检测仪器，为用于现场在线检测的目的提供了技术基础。③完善了蜂窝纸板粘合强度评价体系。四、技术的成熟程度、适用范围和安全性该项目研制的先进的非接触、全视场的无损检测系统，能形成适于现场检测的定型仪器，与现有的国产蜂窝纸板生产线配套使用，升级现有的国产生产线，可用于蜂窝纸板产品质量控制，提高蜂窝纸板生产线的质量检测的自动化水平，市场前景将十分可观。目前技术较成熟，也不会有安全上的隐患。五、应用情况及存在的问题应用情况：目前该成果尚未推广应用。存在的问题：由于半导体激光技术的飞速发展使激光器体积越来越小，集激光器、扩束镜、CCD和成像镜头于一体的错位光学传感探头，将可以研制得更加小型化，使检测头运动更加自如。同时为提高大面积试样的检测速度，有待于研制双检测探头或多检测探头的激光错位散斑蜂窝纸板脱胶缺陷无损检测仪。