[发明专利]油膜厚度光干涉测量的阶梯速度方法

说明书

技术领域

本发明涉及高油膜厚度条件下，微型滑块轴承油膜厚度的光干涉测量方法，属于低副接触流体动力润滑油膜厚度的实验测量领域。

背景技术

1962年，Kirk首次将光干涉技术应用于弹流润滑试验研究中成功地在实验中测量出弹流油膜形状；随后，1966年Cameron和Gohar发表了应用光干涉法测量弹流油膜厚度的第一篇文章；此后，光干涉法被证明是测量油膜形状和厚度的一种有效方法并被广泛应用在弹流润滑的研究中。 

图1是青岛理工大学郭峰研制的微型滑块轴承润滑油膜测量仪，该测量仪是光干涉法在流体动压润滑研究方面的成功应用，能够测量恒倾角面接触流体动力润滑油膜的厚度。图2所示是该测量仪膜厚测量系统的工作过程：

（1）冷光源经同轴照明设备输入显微镜，照射在滑块和玻璃盘形成的楔形间隙上形成干涉图像；

（2）干涉图像通过显微镜的放大投射到与显微镜目镜相连的CCD上，经CCD和图像采集卡的处理在电脑屏幕上显示出干涉图像（如图3）；

（3）干涉图像经编制的图像处理软件的处理转换成光强曲线（如图4），由光强曲线得出干涉级次，利用干涉级次与油膜厚度之间的关系计算出油膜的厚度。

然而，在该实验系统测量油膜厚度的过程中发现：在油膜厚度值较大的情况下，当油膜厚度变化比较快时，启动或停机过程中会出现丢失干涉级次的现象，从而会影响油膜厚度的准确测量与计算。

出现上述丢失干涉级次现象的原因，主要是实验系统所采用的图像采集卡的处理能力（最高处理速度为60帧/秒）限制了油膜厚度快速变化时对实验中一点处的光强的采集速度。如果采用更换高速图像采集卡，或者是通过编制特定的伺服电机控制软件来控制电机的启动与停机速度来解决这个问题，将大大增加实验设备的成本。    

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种油膜厚度光干涉测量的阶梯速度方法，通过逐步启动或逐步停机的方式，分几个速度段逐步增加或减小速度，有效解决由于油膜厚度变化速度较快，由干涉图像所得到的光强曲线会出现丢失干涉级次的问题 ，从而更加准确计算出油膜厚度。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是，一种油膜厚度光干涉测量的阶梯速度方法，其包括以下步骤：

（1）确定临界速度：实验中，当油膜厚度变化较大时，通过直接启动或直接停机得出的光强曲线中，相邻波峰波谷之间无采样点，说明已经出现丢失干涉级次的现象。逐步降低电机速度直到光强曲线中没有干涉级次丢失的现象出现，记录下干涉级次由丢失到不丢失转变时的电机速度作为临界速度；

（2）划分速度段，记录各段光强曲线：选取低于临界速度的速度值，作为划分速度段测量油膜厚度的起点速度值，将实验中所设定的电机速度最大值作为终点速度值，起点速度与终点速度之间划分速度段；在需要电机启动阶段的光强曲线时，实验中由起点速度通过各个速度段逐步增大电机速度达到所需的终点速度，并记录下各速度段的光强曲线；在需要电机停机阶段的光强曲线时，由终点速度通过各个速度段逐步降低电机速度到起点速度，并记录下各速度段的光强曲线；

（3）计算油膜厚度：起点速度值对应的油膜厚度与每个速度段测得的光强曲线计算出的油膜厚度之和，即为实验测得的油膜厚度。

上述的油膜厚度光干涉测量的阶梯速度方法，其中，步骤（2）中划分各个速度段时，选取的各个速度值是在楔形滑块轴承研究中所需相对滑动速度的基础上，以在对数坐标系中分布均匀以及各个速度段的光强曲线中的波峰波谷之间的数据采集点的个数不少于1个为原则划分的。

上述的油膜厚度光干涉测量的阶梯速度方法，其中，所使用的电机为伺服电机，并为其配有配套的控制卡，实验中通过控制输入的脉冲频率来控制电机速度，以此来达到精确控制玻璃盘与滑块组成的摩擦副的相对滑动速度的目的。

本发明具有如下优点及有益效果：

通过逐步启动或逐步停机的方式，分几个速度段逐步增加或减小速度，有效解决由于油膜厚度变化速度较快，由干涉图像所得到的光强曲线会出现丢失干涉级次的问题 ，消除了丢失干涉级次的现象，从而更加准确计算出油膜厚度。

附图说明

图1是实验中用到的微型滑块轴承润滑油膜测量仪；

图2是膜厚测量系统原理图；

图3是微型滑块轴承润滑油膜测量仪数据采集界面图；

图4是直接停机时采集到的光强曲线图；

图5是分段速度值对应脉冲频率为2314-1808的光强曲线图；