[发明专利]一种双色光干涉测量润滑油膜厚度的方法

摘要

本发明属于光学测量技术领域，涉及一种双色光干涉测量润滑油膜厚度的方法，计先算钢球和玻璃盘之间润滑油膜厚度的红绿双色光干涉三刺激值，再测量记录不同滑动速度和不同加载荷条件下的钢球和玻璃盘接触区润滑油膜厚引起的光干涉图像，分析距离接触中心最近的黑色特征条纹的G-R调制光强曲线，确定整个干涉图像中所有条纹的具体级数，计算得到具体的膜厚分布，实现润滑油膜厚度的测量；其测量过程简单，测量效率高，获取到比白光干涉大3倍的量程，便于测量不同滑动速度和不同载荷下整个接触区的油膜厚度分布。

主权项

一种双色光干涉测量润滑油膜厚度的方法，其特征在于采用双色光油膜润滑试验台实现润滑油膜厚度的测量，其具体测量步骤包括：(1)、计算钢球和玻璃盘之间润滑油膜厚度从1nm到4500nm对应的红绿双色光干涉三刺激值，即油膜干涉系统红绿RG相对光强分布；利用颜色相加原理和颜色复现方程式，对光谱敏感特性分别为fR(λ)、fG(λ)、fB(λ)的3CCD彩色相机的3CCD(RGB)彩色相机获得的颜色三刺激值为C=∫λkS(λ)Ih(λ)fC(λ)dλ,]]>C＝R,G,B其中，C表示R(红)、G(绿)、B(蓝)三刺激值，S(λ)为所用红绿双色光源的光谱能量分布函数，k为调节系数，k的取值范围在0到1之间，目的在于使三刺激值均归一化，Ih(λ)为每一波段λ上膜厚为h处的干涉光强，玻璃盘界面的干涉光强I按照公式I=|E‾0-|2=|E‾0-1+E‾0-2+E‾0-3+E‾0-4+···|2=|Σm=1∞E‾0-m|2]]>进行计算，其中表示反射光的电向量，m＝1,2,……，下标0代表玻璃介质，直接玻璃盘界面反射而来，其他反射光均经过玻璃盘以下各层的反射和投射；然后沿润滑油膜厚度从0nm增加到4500nm，将绿光的归一化光强减去红光的归一化光强得到双色调制光强G‑R，并以此绘制出膜厚与G、R、G‑R相对光强的对应变化关系曲线图；G‑R调制光强曲线对膜厚的变化呈现调制波的特征，该曲线极值点的大小与膜厚存在一一对应的关系，与之对应的双色光干涉图像在每个调制波拍分界处呈现出黑色特征条纹；对采用的中心波长分别为653nm和532nm的红绿双色激光光源，计算结果显示G‑R调制光强曲线中每个波拍对应的光学厚度为1408nm，每个波拍均包含10个极值点，相邻的波拍并非完全相同，对计算出的4500nm膜厚范围内双色光干涉图像的黑色特征条纹位置计算归一化红绿光强值后作出G‑R调制光强曲线后，取曲线每个波拍上第8个和第9个极值点光强值的绝对值之和SUM作为判据区分前三个波拍，发现SUM值在1.0到1.8之间为第一波拍，SUM值在1.8到2.8之间则属于第二波拍，SUM值在2.5到3.2之间为第三波拍，其中前三个波拍第8个极值点对应单色红光干涉的干涉级次分别为(4,4)、(8,8)、(12,12)；(2)、测量记录滑动速度大于0mm/s时的钢球和玻璃盘接触区润滑油膜厚引起的光干涉图像，分析距离接触中心最近的黑色特征条纹的G‑R调制光强曲线，同时计算第8个和第9个极值点光强值绝对值之和并与计算得到的SUM值对比出所属拍波段，以及第8个极值点所在位置对应红光的干涉级次；然后与计算得到的0～4500nm红光的膜厚相对光强曲线对照，得出此滑动速度下的中心干涉区的具体干涉级数，从而确定整个干涉图像中所有条纹的具体级数，然后利用干涉原理计算得到具体的膜厚分布；利用相同方法连续记录不同滑动速度的钢球和玻璃盘接触区润滑膜引起的光的干涉图像，从而得到不同滑动速度下的中心接触区干涉级次和膜厚分布；(3)、测量记录加载杠杆施加载荷条件下钢球和玻璃盘接触区润滑膜引起的干涉图像，测量得出此载荷下距离接触区中心最近的黑色特征条纹的G‑R调制光强曲线，同时利用第8个和第9个极值点光强值绝对值之和判断出第8个极值点所在位置对应红光的干涉级次；然后与计算得到的0～4500nm红光的膜厚‑相对光强曲线对比得出此速度下的中心干涉区的具体干涉级数，从而确定整个干涉图像中所有条纹的具体级数，然后利用干涉原理计算得到具体的膜厚分布，实现润滑油膜厚度的测量。