[發明專利]一種超聲波測量膜厚的標定裝置及其測定方法

有效

• 申請號: 201711286565.0
• 申請日: 2017-12-07
• 公開（公告）號: CN107966120B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 梁鵬;郭峰;栗心明
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: G01B17/02
• 分類號: G01B17/02
• 代理公司: 青島高曉專利事務所(普通合伙) 37104
• 代理人: 張世功

本發明屬于超聲波精密測量技術領域，具體涉及一種超聲波測量油膜厚度的標定裝置和標定方法，其主體機構包括有上頂板、支撐腿、橫梁、油槽、可調支撐腳、小連接桿、角度調節螺栓、左連接板、左平移臺、左L形板、松緊度調節螺栓、夾緊塊、超聲波探頭、大連接桿、第一聯軸器、超聲波發射/接收儀、示波器和PC機，既能夠進行靜態標定又能夠進行動態標定，本發明中的標定裝置結構簡單、成本低、體積小，兩種標定方式共用一個主體結構，節省了空間和成本，簡化了設備結構，同時油膜厚度可任意調節，不同頻響的探頭均可進行標定：靜態標定時，通過調節右平移臺的高度，可形成任意的油膜厚度，系統誤差小，標定精度高，應用環境友好，市場前景廣闊。

技術領域：

本發明屬于超聲波精密測量技術領域，具體涉及一種超聲波測量膜厚的標定裝置及其測定方法。

背景技術：

齒輪、軸承等機械元件依賴潤滑油膜對接觸表面的隔離，正常工作時具有很長的使用壽命。然而，一旦潤滑油膜失效，兩接觸表面會發生接觸和摩擦，隨之而來的就是元件的磨損及膠合。所以，合適的油膜厚度將對摩擦機械的使用性能及使用時間影響很大。潤滑油的性能、兩接觸表面的形狀及運轉狀態都會影響潤滑油膜的厚度。兩個表面的接觸方式分為面接觸(如徑向軸承和推力軸承)、線接觸(如齒輪)及點接觸(如滾動軸承)。面接觸下動壓潤滑區域的油膜厚度一般在1um～100um范圍內，而點接觸和線接觸下彈流潤滑區域油膜厚度小于1um。不論是何種接觸方式，潤滑油膜必須足夠厚以此來隔離兩表面，但是油膜太厚又會導致油膜摩擦力增大，導致過量的泵力損失。因此，油膜厚度會影響液體潤滑的質量，需要對膜厚進行測量，從而實時了解機械設備的潤滑狀態。

目前有多種方法被用來測量油膜厚度，如電阻法，電容法，光學法等等。電阻法和電容法測量時需要進行電隔離或者表面安裝電極，并且測量結果對表面粗糙度非常敏感；且這兩種方法一般只能測量1um以上的油膜厚度。光學法測量時需要兩接觸表面中的一個表面是透明的或者要設置透明窗，透明窗的設置使得光學測量法暫時還不能在工業界中應用。以上方法均具有侵入性，測量時需要對軸承進行不同程度上的侵害，所以這些方法目前還不能進行工業軸承油膜厚度的實際測量。非侵入性超聲波測量法的出現為解決這個問題提供了可能，其原理是通過對固-液界面的反射信號進行頻譜分析，通過選擇合適的信號處理方法(如共振模型或者彈簧模型)得到油膜厚度。超聲波法可測量的膜厚范圍很廣，從幾十納米到幾百毫米均可勝任，完全適用于工業軸承膜厚的測量。然而，雖然超聲波法有如此多的優點，但目前對超聲波膜厚測量設備的標定仍然處于一個初級的階段。有的研究者利用兩表面之間鋪設特定厚度的墊片進行標定，也有研究者利用試塊的上表面加工出特定厚度的凹槽進行標定的，這些標定方法都具有如下缺點：標定過程中油膜厚度是個固定不變的值，而不同頻響的超聲波探頭是需要不同油膜厚度來標定的；標定過程中無法確定兩表面和中間墊片之間是否仍然存在縫隙；最重要的是測量結果包含了系統誤差和加工誤差等，特別是當標定油膜厚度需要很小時，普通車間的機械加工精度很難保證墊片厚度或者試塊凹槽深度就是所需的數值。由此可見，目前的超聲波測量膜厚標定設備和方法導致標定結果及測量結果誤差很大。

發明內容：

本發明的目的在于克服現有技術存在的標定方法精度低、標定厚度單一的缺陷，尋求設計提供超聲波測量膜厚的標定裝置及其測定方法，既能夠實現靜態標定，也能夠實現動態標定，通過靜態標定實現膜厚恒定或較長時間不變時的探頭測量精度及范圍的標定，通過動態標定實現膜厚隨時間變化時的探頭測量精度及范圍標定，兩種標定方式互為補償，用于不同情況下的標定。