CN109916317A - 一种荧光成像膜厚测量系统的标定装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种荧光成像膜厚测量系统的标定装置及方法，包括试验台架，在试验台架上设有实验水池和安设在实验水池处的螺距头，在实验水池的上端或下端设有玻璃板，所述螺距头通过调距螺杆连接有实验板，所述实验板安设在试验水池内与玻璃板相对并平行设置，在试验台架上位于实验水池的两侧对称设有可调节的光源，在实验水池的上方或下方设有拍照设备，螺距头通过调距螺杆对实验板与玻璃板之间的距离，通过光源和拍照设备的工作对其进行采样。本发明采用高精度螺距头对液膜厚度进行控制，并且通过实验台架的设计确保液膜的光源的强度的准确性和均匀性，以及液膜的完整性，从而得到标准情况下，液膜厚度与亮度的标定关系。

Description

一种荧光成像膜厚测量系统的标定装置及方法

技术领域

本发明属于液膜膜厚监测技术领域，具体涉及一种荧光成像膜厚测量系统的标定装置及方法。

背景技术

齿轮、轴承等机械元件依赖润滑介质对接触面的润滑，正常工作的润滑表面可以使用很长时间。但一旦膜厚变得很小，那么就会发生接触，进而产生元件的磨损，甚至是失效。膜厚的大小直接影响到润滑状态，进而影响一系列的润滑性能与机械损耗。对于膜厚进行实时监控，不仅能对设备运行状况进行监控，而且还能观察润滑状态。但是膜厚的级别一般在1～100μm之间，因此需要很高的精度测量方法，其中就包括电阻法。电容法、光学法。而目前光学法，基本原理为试验时，在轴承冷却水中加入荧光物质，用大功率光源激发该物质发射荧光，用高速高清相机记录不同转速下瓦面上荧光光强，通过已建立的光强和液膜厚度的映射关系，可以直接识别试验台从启动到稳定运转过程中瓦面润滑膜形成和演变过程，并显示出液膜厚度。但对于膜厚与亮度的映射关系标定却没有精度很高的标定设备。这样的情况下，亮度观测只能得到基础的膜厚特征，但无法得到精确的膜厚数据。

目前能够给出接触区膜厚分布的测量方法之中光学的方法缺乏特定的膜厚标尺，即膜厚与液膜亮度的标定关系。目前液膜的厚度的测量可以借用亮度来进行表征，但是液膜与膜厚的亮度标定却由于不同环境和测试方法的情况下，得不到一个确切标准的亮度标准。因此，本发明将制作亮度基准，将玻璃板、实验板及实验水池液体的材料更换后，可以进行任何膜厚、任何摩擦副之间的亮度标定，保存为文件后，进而在做相关实验时，对液膜厚度进行一一对应和识别。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种结构简单，标定精度高的荧光成像膜厚测量系统的标定装置及方法。

本发明所采用的技术方案为：一种荧光成像膜厚测量系统的标定装置，其特征在于：包括试验台架，在试验台架上设有实验水池和安设在实验水池处的螺距头，在实验水池的上端或下端设有玻璃板，所述螺距头通过调距螺杆连接有实验板，所述实验板安设在试验水池内与玻璃板相对并平行设置，在试验台架上位于实验水池的两侧对称设有可调节的光源，在实验水池的上方或下方设有拍照设备，螺距头通过调距螺杆对实验板与玻璃板之间的距离，通过光源和拍照设备的工作对其进行采样。

按上述技术方案，在实验台架上设有定位件，所述螺距头通过定位件定位实验水池。

按上述技术方案，所述螺距头安设在实验水池的上方，拍照设备安设在实验水池的下方。

按上述技术方案，所述螺距头安设在实验水池的下方，拍照设备安设在实验水池的上方，所述调距螺杆的下端通过密封机构与试验水池密封后与螺距头相连。

按上述技术方案，在实验水池上还配置有与外界连通的连通器。

按上述技术方案，在实验台架的下端连接有可调支脚。

按上述技术方案，实验水池整体嵌在定位槽中，并通过强力胶进行粘接。

如上所述的一种荧光成像膜厚测量系统的定方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、在对实验板的材料和实验水池中的荧光液体种类进行确定后；

S2、通过调节螺距头使实验板与玻璃板接触，将螺距头调零；

S3、将螺距头调节，使实验板与玻璃板隔开一段距离，调节光源的角度及拍照设备，使拍照设备中的图像亮度均匀且清晰；

S4、将螺距头调节，使得实验板与玻璃板相接触，此时拍照设备观测的部分即为零膜厚；

S5、调节螺距头进行距离控制，螺距头的显示的距离即为膜厚，拍照设备拍摄下该膜厚对应的亮度值，此亮度值即为本次膜厚的标定值；

S6、依次调节螺距头的设定距离，可完成其余数值膜厚的全部标定。

按上述技术方案，拍照设备需要加转特定波长的镜头进行过滤，从而保证亮度的确定性。

按上述技术方案，实验水池可采用不同特定配比的液体，保证在光源的的激发下产生于拍照设备镜头有同样波长的光产生，从而得到不同的亮度标准。

本发明所取得的有益效果为：

1、本发明采用高精度螺距头对液膜厚度进行控制，并且通过实验台架的设计确保液膜的光源的强度的准确性和均匀性，以及液膜的完整性，从而得到标准情况下，液膜厚度与亮度的标定关系，本发明的标定设备结构简单、成本低、体积小，而且搭建结构中的结构件大部分为长方体和圆柱形，加工容易，成本低廉，不仅适用于实验室，同样适用于企业。

2、现有的基于磁学和光学的膜厚测量方法基于理论计算，甚至破坏工作表面影响测量精度，而本发明通过调整膜厚标定设备即可得到膜厚标准亮度基准，只需要更换实验材料即可进行比对并得到数据。

3、利用光学法采取得到的标定，同时利用高精度螺距头进行调距，解决了以往标定方法简陋、标定精度低、标定采集设备单一的问题，应用环境友好，市场广阔，具有很高的推广价值。

附图说明

图1为本发明提供的实施例一的结构图。

图2为图1中实验水池的局部放大图。

图3为本发明提供的实施例二的结构图。

图4为图3中实验水池的局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例一：

如图所示，本实施例提供了一种荧光成像膜厚测量系统的标定装置，包括试验台架2，在试验台架2上设有实验水池4和安设在实验水池处的高精度的螺距头1，在实验水池4的下端设有玻璃板7，所述螺距头1通过调距螺杆5连接有实验板6，所述实验板6安设在试验水池4内与玻璃板7相对并平行设置，在试验台架2上位于实验水池的两侧对称设有可调节的光源8，在实验水池的下方设有拍照设备，本实施例中以拍照设备为高清相机9为例进行说明。

所述实施例一的实验水池4的结构如图2所示，螺距头1在调节过程中通过调距螺杆5带动实验板6，进而调整玻璃板7与实验板6之间的距离。进而得到膜厚与亮度的关系。

本实施例中，螺距头1通过试验台架2上的定位槽3，将实验水池4进行定位，而高清相机也通过试验台架2的导向孔安装定位保证成像的准确性。其中，实验水池4整体嵌在定位槽中，并通过强力胶进行粘接，以保证其稳定性和牢固性。

试验台架2的设计在对实验水池4、光源8、高清相机9进行定位之外，还增加了可以调节的可调支脚10，保证实验设备整体的平稳性。

所述实验台架2对光源8的固定采取了可调节方式，其可以绕着两侧的支撑杆进行角度的调节，保证光源对液膜的照射强度，同时对称加装的光源也保证了实验时光源强度的准确性和均匀性。

其工作过程如下：高清相机9放置在试验台架2上，通过高清相机9的固定的裙边固定于支架上，实验水池4通过试验台架2上的定位槽3进行固定，调整光源8对玻璃板7进行照射，通过螺距头1和调距螺杆5控制试验板6与玻璃板7之间的距离，从而得到不同的膜厚尺寸，高清相机9进行相关拍摄，最终得到膜厚亮度基准。在后续试验中通过程序将实验亮度与文件保存的亮度标准进行比对，最终转换出膜厚数据。

本实施例还提供了一种荧光成像膜厚测量系统的定方法，包括如下步骤：

S1、对实验板6的材料和实验水池4中的荧光液体种类进行确定；

S2、通过调节螺距头1使实验板6与玻璃板7接触，将螺距头1调零；

S3、将螺距头1调节，使实验板6与玻璃板7隔开一小段距离，此时打开两侧光源8，调节光源的角度，使高清相机9中的图像亮度均匀，同时调节高清相机9焦距，使图像清晰；

S4、再次将螺距头1调节，使得实验板6与玻璃板7相接触，此时高清相机观测的部分即为零膜厚，若出现亮度不均匀或者亮度较高的情况，则考虑实验板6在材料在更换过程中是否安装规整；

S5、调节螺距头进行距离控制，螺距头的显示的距离即为膜厚，高清相机拍摄下该膜厚对应的亮度值，此亮度值即为本次膜厚的标定值；

S6、此时调节螺距头1进行距离控制，螺距头的显示的距离即为膜厚，高清相机拍摄下此时对应的亮度值，此亮度值即为本次膜厚的标定值，依次本标定设备可完成其余数值膜厚的全部标定。

实施例二：

本实施例与实施例一的结构基本相同，不同之处在于：螺距头1的安装方式及高清相机的安装位置，本实施例中螺距头安设在实验水池4的下方，螺距头1的上端连接有调节螺杆5，调节螺杆5的上端连接实验板，调节螺杆5通过密封圈与实验水池密封连接，所述实验水池通过定位销定位在实验台架上，在实验水池上还配置有与外界连通的连通器11，连通器11中水位高于玻璃板7从而保证实验水池4中充满实验液体。高清相机安设在实验水池的上方。为防止实验水池在调节螺距头的时候发生移动，将定位槽更换为定位销12，还可以为变换为定位凸台，具体设计根据实际需求而定。同时为了保证实验水池的密封性，加装密封圈13。

Claims (10)

1.一种荧光成像膜厚测量系统的标定装置，其特征在于：包括试验台架，在试验台架上设有实验水池和安设在实验水池处的螺距头，在实验水池的上端或下端设有玻璃板，所述螺距头通过调距螺杆连接有实验板，所述实验板安设在试验水池内与玻璃板相对并平行设置，在试验台架上位于实验水池的两侧对称设有可调节的光源，在实验水池的上方或下方设有拍照设备，螺距头通过调距螺杆对实验板与玻璃板之间的距离，通过光源和拍照设备的工作对其进行采样。

2.根据权利要求1所述的荧光成像膜厚测量系统的标定装置，其特征在于：在实验台架上设有定位件，所述螺距头通过定位件定位实验水池。

3.根据权利要求1或2所述的荧光成像膜厚测量系统的标定装置，其特征在于：所述螺距头安设在实验水池的上方，拍照设备安设在实验水池的下方。

4.根据权利要求1或2所述的荧光成像膜厚测量系统的标定装置，其特征在于：所述螺距头安设在实验水池的下方，拍照设备安设在实验水池的上方，所述调距螺杆的下端通过密封机构与试验水池密封后与螺距头相连。

5.根据权利要求4所述的荧光成像膜厚测量系统的标定装置，其特征在于：在实验水池上还配置有与外界连通的连通器。

6.根据权利要求1或2所述的荧光成像膜厚测量系统的标定装置，其特征在于：在实验台架的下端连接有可调支脚。

7.根据权利要求2所述的荧光成像膜厚测量系统的标定装置，其特征在于：实验水池整体嵌在定位槽中，并通过强力胶进行粘接。

8.根据权利按要求1-7所述的一种荧光成像膜厚测量系统的标定装置的标定方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、在对实验板的材料和实验水池中的荧光液体种类进行确定后；

S2、通过调节螺距头使实验板与玻璃板接触，将螺距头调零；

S3、将螺距头调节，使实验板与玻璃板隔开一段距离，调节光源的角度及拍照设备，使拍照设备中的图像亮度均匀且清晰；

S4、将螺距头调节，使得实验板与玻璃板相接触，此时拍照设备观测的部分即为零膜厚；

S5、调节螺距头进行距离控制，螺距头的显示的距离即为膜厚，拍照设备拍摄下该膜厚对应的亮度值，此亮度值即为本次膜厚的标定值；

S6、依次调节螺距头的设定距离，可完成其余数值膜厚的全部标定。

9.根据权利要求8所述的荧光成像膜厚测量系统的标定方法，其特征在于：拍照设备需要加转特定波长的镜头进行过滤，从而保证亮度的确定性。

10.根据权利要求8所述的荧光成像膜厚测量系统的标定方法，其特征在于：实验水池可采用不同特定配比的液体，保证在光源的的激发下产生于拍照设备镜头有同样波长的光产生，从而得到不同的亮度标准。