[发明专利]一种面接触润滑实验机油膜厚度在线测量方法

说明书

本发明属于分析及测量控制技术领域，涉及一种面接触润滑实验机油膜厚度在线测量方法，先获取红绿双色光干涉图像的一维调制光强曲线，再选择与膜厚具有对应关系的追踪目标区域，然后使用光流算法和动态时间弯曲算法，寻找追踪目标在当前帧对应一维光强曲线上的位置，计算出口处膜厚；不仅能在线测量稳态膜厚，还能实时在线测量动态过程的膜厚变化，为观察动态过程油膜变化规律提供有效手段，改变原有实验装置只能离线处理数据，不能实时测出膜厚的不足，提高实验效率，测量结果准确。

技术领域：

本发明属于分析及测量控制技术领域，涉及一种面接触润滑实验机油膜厚度在线测量方法，特别是一种应用于面接触润滑实验机的基于光干涉技术的油膜厚度在线测量方法。

背景技术：

摩擦副之间的油膜厚度是表征流体润滑状态的最重要参数，各国科学家提出了多种测量油膜厚度的方法，例如：电阻法、电容法、超声波法、光干涉法、X射线透射法等，这些方法各有其优缺点和适用测量条件，其中光干涉法因为精度高、直观、容易实现等优点，成为测量油膜厚度和形状的最有效方法之一。

光干涉法测量油膜厚度，常见如下三种类型：第一种是以白光为光源，通过分析干涉图像的颜色来获得膜厚；第二种是以单色光为光源，通过分析干涉图像的光强变化来获得膜厚；第三种是以两种波长的光为光源，结合干涉图像的颜色和光强来分析膜厚，其中第一种类型用白光做光源，可以在线测量点接触弹流润滑油膜厚度，但是该方法仅适合测量膜厚不超过1um的情况，不适合面接触动压润滑油膜厚度1um以上的测量；第二种类型最高可测量膜厚可达到几十微米，甚至更高，但是实验结束后需要进行繁琐干涉级次计数和复杂的数据处理才能计算出膜厚；中国专利201410432296.4“一种双色光干涉测量润滑油膜厚度的方法”描述了上述第三种类型，实验结束后通过一幅双色光干涉图像判断出固定点的干涉级次，减少了干涉级次计数的工作量，但是实验结束后计算膜厚的数据处理过程仍然很复杂；第二种和第三种类型，对膜厚测量人员要求较高，均需要掌握专业的光学知识，面接触润滑实验机测量流体动压润滑状态下油膜厚度可达几十微米，要测量面接触副在变载荷、变速度及匀速运行实验过程中的膜厚变化情况，即使用上述方法，测量过程中仍然需要记录多幅图片，实验结束后数据处理工作量仍然很大。因此，为观察和记录实验过程中的油膜厚度变化，提高实验效率，降低测量工作复杂性，降低对测量人员的要求，探索面接触润滑实验机油膜厚度的在线测量方法是很有必要的。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，针对目前面接触润滑实验机油膜厚度测量实验后数据处理复杂、对操作人员要求高、不能实验过程中实时获得油膜厚度的不足，提供一种面接触润滑实验机油膜厚度在线测量方法，能够实时显示和自动记录实验过程中油膜厚度的变化。

为了实现上述目的，本发明采用红绿双色光做光源，在微型滑块轴承润滑油膜测量仪(即面接触润滑实验机)上实现膜厚在线测量，微型滑块轴承润滑油膜测量仪上设置有3CCD彩色相机，能实时获取滑块和玻璃盘形成的面接触副干涉图像，干涉图像经图像卡显示在计算机屏幕上，具体过程为：

(1)获取红绿双色光干涉图像的一维调制光强曲线：在玻璃盘上加注待测的润滑油，并加载预定的载荷，在玻璃盘静止状态下调整滑块与玻璃盘，使干涉条纹呈竖直或水平方向，在垂直于干涉条纹的方向画一条线，提取该条线上的红光和绿光光强数据，分别记做I_r和I_g，用I_r减I_g得到红绿双色光的一维调制光强曲线，继续调整滑块倾角，直至一维调制光强曲线出现3个以上拍波，对I_g数据，用文献《面接触润滑油膜测量系统滑块倾角的快速计算》方法，计算出滑块倾角，记做α₁，用公式h_in＝B×α₁，计算滑块入口处油膜厚度h_in，其中B表示滑块宽度；