[发明专利]基于液滴渗流特性的金属接触表面能量检测方法与装置

说明书

本发明公开了基于液滴渗流特性的金属接触表面能量检测方法与装置。尚未发现有利用液滴渗流特性的方法检测金属接触面之间能量的方法与装置。本发明步骤：压紧被测金属块和矩形玻璃砖；将液滴注射器的检测液体滴入被测金属块的表面微结构槽中；高速显微摄像机实时拍摄，对渗流影像进行逐帧对比分析，得到液滴渗流过程中的渗流形态；通过比较相邻两帧间隔的时间和液滴渗流的距离得出液滴渗流的瞬时速度，通过比较液滴的初始位置和最终位置得出液滴渗流的深度；进行被测金属块接触表面的能量评估。本发明通过采用不同表面微结构槽对比分析不同情况下的液滴渗流特性，并通过分析液滴在金属接触表面间的渗流特性评估金属接触表面的能量。

技术领域

本发明属于金属接触表面能量检测技术领域，特别涉及一种基于液滴渗流特性的金属接触表面能量检测方法与装置。

背景技术

金属接触表面的能量检测对机械加工、水利、土建、等许多领域都有重要的研究意义。例如在拉削过程中，为了降低拉削负载提高拉削精度，往往需要在拉削过程中使用一些切削液或是冷却液，这些液体会在拉削刀具和切屑所形成的狭缝中进行渗流，而这一渗流特性往往是与金属接触表面间的能量差有着直接的联系。因此，深入了解液滴微纳狭缝渗流特性，并研制一种操作简单、实用可靠的利用液滴渗流特性检测金属接触面表面能量方法与装置有着十分重要的意义。

目前，基于液滴渗流特性的金属接触表面能量检测的技术研究较少，并且尚未发现有利用液滴渗流特性的方法检测金属接触面之间能量的方法与装置。如申请专利号为CN201710060599的发明专利公开了一种跨尺度运动狭缝的液滴渗流特性监测方法及装置。该装置包括狭缝形态调整模块、微进给模块和检测监测模块。该专利主要用于研究液体在不同狭缝宽度的介质中的渗流特性，通过标准玻璃砖上的调整螺栓设定被被测样本与标准玻璃砖间的狭缝形态和间隙，利用高精度滑轨和高速摄像机实现了对相对运动狭缝中液滴流动状态的监测。但是该专利中的狭缝形态仅仅局限于规则的楔形，而实际情况中狭缝的形态是多种多样的，该专利并不能实现多种狭缝形态之间的渗流特性的对比分析。此外，该专利只能单纯的进行渗流特性研究，并不能实现金属接触面的能量检测，效率较低，实用性不强。

发明内容

本发明针对目前尚无较好的利用液滴渗流特性进行金属接触表面能量检测的方法和装置，提供了一种可实现高速实时采样和分析的多种液滴向具有表面微结构槽的金属接触面间渗流特性自动检测与分析方法及装置。该方法是利用液滴渗流特性对金属接触表面进行能量评估的方法；是一种可实现液滴向具有表面微结构槽的金属接触表面间渗流特性的高速摄像检测方法；是一种多种液滴渗流动特性的同时对比检测与分析方法；是一种微米级精密伺服驱动多针管的液滴发生方法及装置；是一种可设置金属接触面微结构槽(圆形，三角形，矩形，六边形等凹槽)的液滴渗流特性检测方法与装置；是一种自动可检测和分析液滴渗流形态、速度和深度等特性的方法及装置。

本发明基于液滴渗流特性的金属接触表面能量检测方法，具体如下：

步骤一、将具有表面微结构槽的被测金属块平放于微纳狭缝夹紧机构的各个下夹紧平台上，将矩形玻璃砖平放在被测金属块上，使用扭矩扳手拧紧微纳狭缝夹紧机构的各个拧紧螺栓，压紧被测金属块和矩形玻璃砖，扭矩扳手对各个拧紧螺栓的拧紧扭矩相同，使被测金属块与矩形玻璃砖处于水平夹紧状态。

步骤二、调整液滴发生机构的初始位置，使液滴注射器的针头到达矩形玻璃砖的液滴输入端正上方；矩形玻璃砖的长度方向为液滴输入至输出方向，矩形玻璃砖的长度小于被测金属块的长度；在各个液滴注射器中加入密度为ρ的检测液体，利用伺服输送滑台推动各个液滴注射器的活塞杆，通过设定伺服输送滑台的每次进给量s，将液滴注射器的检测液体滴入被测金属块的表面微结构槽中。

步骤三、通过高速显微摄像机对液滴在被测金属块的表面微结构中的渗流过程进行实时拍摄和记录，在渗流结束后，视频图像处理主机提取高速显微摄像机中记录的渗流影像，对渗流影像进行逐帧对比分析，得到液滴渗流过程中的渗流形态；通过比较相邻两帧间隔的时间t和液滴渗流的距离l得出液滴渗流的瞬时速度v，通过比较液滴的初始位置和最终位置得出液滴渗流的深度L。