CN111579436A - 一种刀具-工件接触面液滴动态润湿特性检测方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种刀具‑工件接触面液滴动态润湿特性检测方法与装置。检测切削液液滴的动态润湿特性以选择性能更好的切削液是十分必要的。本发明包括微液滴制备装置、刀具块进给装置、工件块、视觉检测系统和机架。微液滴制备装置与刀具块进给装置并排设置；微液滴制备装置包括微液滴蘸取模块和液体盛放容器。微液滴蘸取装置通过呈门形的微液滴制备支架安装在底板上；所述微液滴蘸取模块包括XZ驱动台和碳纤维束。刀具块进给装置包括刀具块、压力气缸、第二连接板和Y向移动平台。本发明分别通过液滴润湿角、液滴铺展面积和液滴黏附痕迹长度建立了层次分析模型，并通过权向量的计算提供了一种适用于不同刀具、工件材料的最佳润湿性液滴选择方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种刀-屑接触面液滴润湿特性检测方法，特别是涉及一种拉刀刀齿的刀-屑接触面液滴动态润湿特性检测方法与装置。
背景技术
液滴动态润湿特性是评判切削液性能的重要指标。在金属切削加工过程中，具有良好润湿性能的切削液能够快速地进入加工区域，起到润滑、冷却等作用，从而达到提高加工质量，减少刀具磨损等目的。随着“绿色生产”理念的持续发展，最小量润滑技术(MQL)被认为是一种绿色的，环境有好的切削液供给方式。传统浇注式供给切削液流量大约为50～100L/h，而MQL则降至30～100ml/h。这意味着使用MQL技术时，切削液往往以微液滴的形式进入刀-屑接触面起到润滑冷却作用。在拉削加工中，以键槽拉刀为例，拉刀与工件做水平方向的相对运动，其中刀齿与工件紧密贴合。这就需要具有良好润湿性的切削液快速进入切削区域改善加工过程。因此检测切削液液滴的动态润湿特性以选择性能更好的切削液是十分必要的。
目前存在的相关检测方法与装置并不多。如专利号为(CN109307642A)的发明专利公开了一种细粒沉积岩中各组分润湿性的测定方法和装置。该专利通过将微纳米液滴滴加在矿物上，通过液滴性质和接触角检测了相关矿物的润湿性。该专利对润湿性的检测虽然和微液滴相关，但其主要聚焦于矿物的润湿性，因此不适用于本领域内相对运动状态下液滴的动态润湿特性。专利号为(CN103604726A)的发明专利公开了一种高温、强化学活性的液态金属锂润湿性的测量系统。该专利由真空室、真空抽气与测量系统，样品台及加热系统等组成。这一专利的研究对象为高温液体金属对基底的润湿特性，通过影响分析法测量了液滴的接触角。同样不适用于本领域内相对运动状态下切削液液滴的润湿特性的研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种刀具-工件接触面液滴动态润湿特性检测方法与装置。
本发明一种刀具-工件接触面液滴动态润湿特性检测方法具体如下：
步骤一、对m种被测液体分别进行液滴摩擦拖拽试验，获得被测液体的铺展面积和粘附痕迹长度。液滴摩擦拖拽试验为将被测液体滴加在刀具块上，并将刀具块和工件块进行一次摩擦运动。铺展面积为摩擦前的俯视面积；粘附痕迹长度为摩擦后所成痕迹的长度。
步骤二、基于层次分析法，将被测液体的动态润湿特性评判过程分为三个层次：最下层为方案层，由m种被测液体组成；中间层为准则层，由测得的润湿角、铺展面积、粘附痕迹长度组成。最上层为目标层，即评判的被测液体的最佳动态润湿特性。
步骤三、构造准则层对目标层的判断矩阵A。将润湿角、铺展面积、粘附痕迹长度分别作为三个因素；分别设定准则层的三个因素中两两之间的重要性影响比；
建立矩阵A如式(1)所示。
式(1)中，aij表示第i个因素与第j个因素之间的重要性影响比，i＝1,2,3，j＝1,2,3，
aij越大表示第i个因素相较于第j个因素越重要；
计算矩阵A的权向量ωa＝[ωa1,ωa2,ωa3]T和最大特征根λa。
步骤四、构造对方案层对目标层的判断矩阵B、C、D。根据m种被测液体的润湿角大小，确定m种被测液体两两之间的润湿角特征比，建立矩阵B如式(2)所示。根据m种被测液体的铺展面积大小，确定m种被测液体两两之间的铺展面积特征比，建立矩阵C如式(3)所示。根据m种被测液体的粘附痕迹长度大小，确定m种被测液体两两之间的痕迹长度特征比，建立矩阵D如式(4)所示。
其中，bxy表示第x种被测液体与第y种被测液体的润湿角特征比；cxy表示第x种被测液体与第y种被测液体的铺展面积特征比；dxy表示第x种被测液体与第y种被测液体的痕迹长度特征比；x＝1,2,…,m，y＝1,2,…,m。
分别计算矩阵B、C、D的权向量ωb＝[ωb1,ωb2,...,ωbm]T、ωc＝[ωc1,ωc2,...,ωcm]T、ωd＝[ωd1,ωd2,...,ωdm]T和最大特征根λb、λc、λd。
步骤五、对矩阵A、B、C、D分别进行一致性检测，对未通过一致性检测的矩阵进行根据步骤六中的方法进行修正；若矩阵A、B、C、D均通过一致性检验，则直接进入步骤七。
步骤六、对各个未通过一致性检测的矩阵A、B、C或D进行修正，使其通过一致性检验。
步骤七、计算各方案对目标的权向量ω如式(7)所示。
权重特征值ω1、ω2、ω3分别对应m种被测液体；权重特征值越大，则对应的被测液体的动态润湿特性越优异，由此得到三种被测液体的动态润湿特性的优劣。
作为优选，步骤六中修正矩阵的具体过程如下：
6-1：将未通过一致性检测的矩阵A、B、C或D分别定义为被修正矩阵Z；根据被修正矩阵Z的权向量ωz＝[ωz1,ωz2,...,ωzn]T构造一致性矩阵W如式(5)所示；
6-2：计算扰动矩阵P如式(6)所示；
P＝Z-W (6)
6-3：按照扰动矩阵P中元素绝对值从大到小的顺序，对修正被修正矩阵Z内各个对应元素进行排序；之后按照顺序依次修正被修正矩阵Z内各个大于1的元素；修正的条件为：若被修正的元素zij≠2且pij＞0，则将zij减小1。若zij≠9且pij<0，则将zij增大1；否则，zij保持不变。当被修正矩阵Z内一个大于1的元素zij被修正时，同步修正该元素在被修正矩阵Z内对角位置的元素zji，使得zij＝1/zji。
每当一个被修正矩阵Z内一个大于1的元素被修正后，均对修正后被修正矩阵Z进行一致性检测；若通过一致性检测，被修正矩阵Z的修正完成。若未通过一致性检测，则继续修正被修正矩阵Z内的下一个元素；若被修正矩阵Z内所有大于1的元素均被修正后，被修正矩阵Z依然未通过一致性检测，则进入步骤6-4。
6-4.以修正后的被修正矩阵Z作为新的被修正矩阵Z重新执行步骤6-1至6-3的修正，直到被修正矩阵Z通过一致性检测。
作为优选，步骤三中，a12＝5，a13＝3，a23＝2。
作为优选，两种被测液体的润湿角特征比的确定方法如下：将液滴润湿角划分为四个区间：分别为[0°,30°)、[30°,60°)、[60°,90°)、[90°,180°)。如果两种被测液体测得的润湿角在同一区间时，则润湿角较小的被测液体与润湿角较大的被测液体的润湿角特征比取1～5。如果两种被测液体测得的润湿角分别在两个相邻的区间，润湿角较小的被测液体与润湿角较大的被测液体的润湿角特征比为7；如果两种被测液体测得的润湿角不处于同一个区间也不处于两个相邻的区间，则润湿角较小的被测液体与润湿角较大的被测液体的润湿角特征比为9。在处于润湿角出去同一区间的前提下，若两被测液体的润湿角的差值为0°至5°，则润湿角较小的被测液体与润湿角较大的被测液体的润湿角特征比为1；若两被测液体的润湿角的差值为5°至10°，则润湿角较小的被测液体与润湿角较大的被测液体的润湿角特征比为2；若两被测液体的润湿角的差值为10°至15°，则润湿角较小的被测液体与润湿角较大的被测液体的润湿角特征比为3；若两被测液体的润湿角的差值为15°至20°，则润湿角较小的被测液体与润湿角较大的被测液体的润湿角特征比为4；若两被测液体的润湿角的差值为20°至30°，则润湿角较小的被测液体与润湿角较大的被测液体的润湿角特征比为5；
作为优选，两种被测液体的铺展面积特征比的确定方法如下：计算最大面积差RS＝Smax-Smin；Smax为m种被测液体的铺展面积的最大值；Smin为m种被测液体的铺展面积的最小值；铺展面积较大的被测液体与铺展面积较小的被测液体之间的铺展面积特征比为
其中，
为向上取整运算；先计算该两种被测液体的铺展面积的差值ΔS；Sl＝RS/7。
作为优选，两种被测液体的痕迹长度特征比的确定方法如下：计算最大面积差RL＝Lmax-Lmin；Lmax为m种被测液体的痕迹长度的最大值；Lmin为m种被测液体的痕迹长度的最小值；痕迹长度较大的被测液体与痕迹长度较小的被测液体之间的痕迹长度特征比为
其中，
为向上取整运算；先计算该两种被测液体的痕迹长度的差值ΔL；Sl＝RL/7。
作为优选，步骤五中对矩阵进行一致性检测的方法如下：计算被检测矩阵的一致性指标
n为被检测矩阵的阶数；λ为被检测矩阵的特征根；引入随机一致性指标RI；RI的大小有被检测矩阵的阶数n决定；如下表所示；
计算一致性比率
若CR＜0.1，则被检测矩阵通过一致性检验；否则被检测矩阵未通过一致性检验。
一种刀具-工件接触面液滴动态润湿特性检测装置，包括微液滴制备装置、刀具块进给装置、工件块、视觉检测系统和机架。微液滴制备装置与刀具块进给装置并排设置；微液滴制备装置吸取被测液滴并滴加至刀具块进给装置的刀具块上。刀具块进给装置与工件块对齐。所述微液滴制备装置包括微液滴蘸取模块和液体盛放容器。微液滴蘸取装置通过呈门形的微液滴制备支架安装在底板上；所述微液滴蘸取模块包括XZ驱动台和碳纤维束。竖直设置的碳纤维束安装在XZ驱动台上。液体盛放容器固定在机架上。
所述的刀具块进给装置包括刀具块、压力气缸、第二连接板和Y向移动平台。Y向移动平台安装在底板上。第二连接板固定在Y向移动平台的滑移块上。压力气缸固定在第二连接板上，且推出杆朝向正上方。刀具块安装在压力气缸的推出杆上。工件块固定在机架上。视觉检测系统包括润湿角检测摄像头、铺展面积检测摄像头和痕迹检测摄像头。润湿角检测摄像头通过视觉检测摄像头支架固定在底板上，且镜头朝向水平设置。铺展面积检测摄像头、痕迹检测摄像头均固定在工件块安装支架上，镜头竖直朝下，高于刀具块的底面，且分别位于刀具块的两端。
作为优选，所述的XZ驱动台包括X向移动平台、第一连接板和Z向移动平台。水平设置的X向移动平台安装在微液滴制备支架的顶部；第一连接板固定在X向移动平台的滑动块上。竖直设置的Z向移动平台安装在第一连接板上。
作为优选，所述的刀具块与压力气缸的推出杆之间设置有三向力传感器。
作为优选，所述工件块的底部设置有倒角。
本发明具有的有益效果是：
1、本发明分别通过液滴润湿角、液滴铺展面积和液滴黏附痕迹长度建立了层次分析模型，并通过权向量的计算提供了一种适用于不同刀具、工件材料的最佳润湿性液滴选择方法。弥补了拉削用切削液润湿性检测方法与技术的空白。
2、本发明简化了拉削加工过程，模拟了切削液微液滴在刀具-工件接触表面间的作用过程。装置操作简单，方便，适应性面广。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明中微液滴制备装置的示意图；
图3为本发明中刀具块进给装置的示意图；
图4为本发明中层次选择法的层次结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种刀具-工件接触面液滴动态润湿特性检测装置，包括微液滴制备装置1、刀具块进给装置2、工件块3、视觉检测系统和机架。微液滴制备装置1与刀具块进给装置2并排设置；微液滴制备装置1吸取被测液滴并滴加至刀具块进给装置2的刀具块201上。刀具块进给装置2与工件块3对齐。刀具块进给装置2的刀具块201上滴加被测液滴后与工件块3进行一次相对摩擦运动，使得液滴在摩擦过程中被拖拽，形成液体痕迹。机架包括微液滴制备支架101、微液滴盛放支架102、工件块安装支架301和视觉检测摄像头支架401。以上所有支架均固定在底板9上。
如图1和2所示，所述微液滴制备装置1包括微液滴蘸取模块和液体盛放容器110。微液滴蘸取装置通过呈门形的微液滴制备支架101安装在底板9上；所述微液滴蘸取模块包括XZ驱动台、碳纤维束导向杆107、粘性贴片108和碳纤维束109。XZ驱动台包括X向移动平台、第一连接板104和Z向移动平台105。水平设置的X向移动平台安装在微液滴制备支架101的顶部；第一连接板104固定在X向移动平台的滑动块上。竖直设置的Z向移动平台105安装在第一连接板104上。碳纤维束导向杆107的顶端与Z向移动平台上的滑动台板106固定。竖直设置的碳纤维束109的顶端与碳纤维束导向杆107的底端通过粘性贴片108粘贴固定。液体盛放容器110通过微液滴盛放支架102固定于底板9上。液体盛放容器110用于盛放被测液体。液体盛放容器110内设置有沿着X向移动平台滑动方向依次排列的多个分隔腔室，用于存放多种不同的被测液体。
如图1和3所示，刀具块进给装置2包括刀具块201、三向力传感器202、压力气缸203、第二连接板204和Y向移动平台205。Y向移动平台205安装在底板9上。第二连接板204固定在Y向移动平台205的滑移块上。压力气缸203固定在第二连接板204上，且推出杆朝向正上方。刀具块201通过三向力传感器202安装在压力气缸203的推出杆上。
工件块3通过工件块安装支架301安装在底板9上。工件块3底面靠近刀具块201的一侧设置有倒角，用于避免液滴被工件块3推出。刀具块201顶面靠近工件块3的一侧呈楔形；刀具块201和工件块3均根据实际工况更换不同材质。三向力传感器202摩擦过程中实时反馈刀具块与工件块之间的正压力和摩擦力。检测过程中由Y向移动平台205完成刀具进给装置的Y向进给。
视觉检测系统包括润湿角检测摄像头4、铺展面积检测摄像头5、痕迹检测摄像头6和数据处理单元。润湿角检测摄像头4通过视觉检测摄像头支架401固定在底板9上，且镜头朝向水平设置；当进行润湿角检测时，润湿角检测摄像头4的镜头与刀具块201的顶面平齐，能够拍摄出液滴的侧面形状，从而通过图像处理获得液滴的润湿角。铺展面积检测摄像头5、痕迹检测摄像头6均固定在工件块安装支架301上，镜头竖直朝下，高于刀具块的底面，且分别位于刀具块3的两端。铺展面积检测摄像头5位于刀具块201靠近微液滴制备装置1的端部。当进行铺展面积检测时，铺展面积检测摄像头5的镜头处于刀具块201的正上方，能够拍摄出未被摩擦拖拽的液滴的顶面形状，从而通过图像处理获得液滴的铺展面积。当进行液滴黏附痕迹长度检测时，痕迹检测摄像头6的镜头处于工件块3的正上方，能够拍摄出被摩擦拖拽后的液滴的顶面形状，从而通过图像处理获得液滴被摩擦拖拽后的痕迹长度。
该刀具-工件接触面液滴动态润湿特性检测方法具体如下：
步骤一、对三种被测液体分别进行以下操作，提取被测液体的润湿角、铺展面积和痕迹长度。对两种被测液体的测试间隙中，对碳纤维束109进行清洁，避免出现被测液体的混合。
1-1.首先，微液滴制备装置1中的XZ驱动台带动碳纤维束109移动，使得碳纤维束109的底端浸入被测液体。之后，XZ驱动台带动碳纤维束109移动，使得碳纤维束109的底端携带被测液体移动至刀具块201正上方。最后，XZ驱动台带动碳纤维束109向下移动至与刀具块201的顶面接触，使得碳纤维束109底端的被测液体被蘸取到刀具块上，形成被测液滴。该过程中利用了碳纤维的疏水性。
1-2.压力气缸203和Y向移动平台205驱动刀具块201移动到与润湿角检测摄像头4平齐的状态，润湿角检测摄像头4拍摄被测液滴的侧面照片；压力气缸203和Y向移动平台205驱动刀具块201移动到铺展面积检测摄像头5的正下方，铺展面积检测摄像头5拍摄被测液滴的顶面照片；数据处理单元根据被测液滴的侧面照片和顶面照片获取被测液滴在刀具块201表面的润湿角和铺展面积。(不同材料的刀具块所得的润湿角和铺展面积不同)，作为评判微液滴润湿特性的参数组成。
1-3.压力气缸203和Y向移动平台205驱动刀具块201移动,使得刀具块201顶面的局部与工件块3紧密贴合在一起，并使两者之间具有一定的压紧力；此时，被测液滴在工件块3范围之外。
1-4.Y向移动平台205驱动刀具块201运动，使得刀具块201与工件块3摩擦，被测液滴经工件块3上的倒角进入刀具块201与工件块3之间，并被拖拽；摩擦过程中刀具块201与工件块3之间的压力、摩擦力由三向力传感器202实时反馈。
1-5.压力气缸203和Y向移动平台205驱动刀具块201移动到铺展面积检测摄像头5的正下方，痕迹检测摄像头6拍摄被拖拽后的被测液滴的顶面照片；数据处理单元根据被测液滴的顶面照片获取被测液滴被拖拽后所成粘附痕迹的长度。
1-6.XZ驱动台、压力气缸203和Y向移动平台205均复位。
步骤二、基于层次分析法，将被测液体的动态润湿特性评判过程分为三个层次：最下层为方案层，由三种测液体组成；中间层为准则层，由测得的润湿角、铺展面积、粘附痕迹长度组成；以上三个准则组成因素集U＝{U1,U2,U3}，U1为润湿角，U2为铺展面积，U3为粘附痕迹长度。最上层为目标层，即评判的被测液体的最佳动态润湿特性。总体评判结构如图4所示。
步骤三、构造准则层对目标层的判断矩阵A。将润湿角、铺展面积、粘附痕迹长度分别作为第1、2、3个因素；分别设定准则层的三个因素中两两之间的重要性影响比；
建立矩阵A如式(1)所示。
式(1)中，aij表示第i个因素与第j个因素之间的重要性影响比，i＝1,2,3，j＝1,2,3；aij＞0，
aij越大表示第i个因素相较于第j个因素越重要；本实施例中a12＝5，a13＝3，a23＝2。
计算矩阵A的权向量ωa＝[ωa1,ωa2,ωa3]T和最大特征根λa。
步骤四、构造对方案层对目标层的判断矩阵B、C、D。根据三种被测液体的润湿角大小，确定三种被测液体两两之间的润湿角特征比，建立矩阵B如式(2)所示。根据三种被测液体的铺展面积大小，确定三种被测液体两两之间的铺展面积特征比，建立矩阵C如式(3)所示。根据三种被测液体的粘附痕迹长度大小，确定三种被测液体两两之间的痕迹长度特征比，建立矩阵D如式(4)所示。
其中，bxy表示第x种被测液体与第y种被测液体的润湿角特征比；cxy表示第x种被测液体与第y种被测液体的铺展面积特征比；dxy表示第x种被测液体与第y种被测液体的痕迹长度特征比；x＝1,2,3，y＝1,2,3。
两种被测液体的润湿角特征比的确定方法如下：
根据固、液、气三相界面见表面平衡张力的大小，将液滴润湿角划分为四个区间：分别为[0°,30°)、[30°,60°)、[60°,90°)、[90°,180°)。当润湿角在0°至30°范围内时，液滴具有良好的润湿性；润湿角在30°至60°范围内时，液滴具有一般的润湿性；润湿角在60°至90°范围内时，液滴具有较差的润湿性；当润湿角大于90°时，液滴具有极差的润湿性。根据上述区间，规定润湿角的成对比较规则：如果两种被测液体测得的润湿角在同一区间时，则润湿角较小的被测液体与润湿角较大的被测液体的润湿角特征比取1～5。如果两种被测液体测得的润湿角分别在两个相邻的区间，润湿角较小的被测液体与润湿角较大的被测液体的润湿角特征比为7；如果两种被测液体测得的润湿角不处于同一个区间也不处于两个相邻的区间，则润湿角较小的被测液体与润湿角较大的被测液体的润湿角特征比为9。在处于润湿角出去同一区间的前提下，若两被测液体的润湿角的差值为0°至5°，则润湿角较小的被测液体与润湿角较大的被测液体的润湿角特征比为1；若两被测液体的润湿角的差值为5°至10°，则润湿角较小的被测液体与润湿角较大的被测液体的润湿角特征比为2；若两被测液体的润湿角的差值为10°至15°，则润湿角较小的被测液体与润湿角较大的被测液体的润湿角特征比为3；若两被测液体的润湿角的差值为15°至20°，则润湿角较小的被测液体与润湿角较大的被测液体的润湿角特征比为4；若两被测液体的润湿角的差值为20°至30°，则润湿角较小的被测液体与润湿角较大的被测液体的润湿角特征比为5；
两种被测液体的铺展面积特征比的确定方法如下：
对于铺展面积，越大的铺展面积意味着越好的润湿性。在三种被测液体中，三种被测液体的面积分别为：Smax、Smid、Smin。规定最大铺展面积Smax的被测液体与最小铺展面积Smin的的被测液体之间的铺展面积特征比为7。计算最大面积差RS＝Smax-Smin；将Smin至Smax的区间平均等分为7个区间，每一段区间的长度为Sl。计算两种被测液体的铺展面积特征比时，先计算该两种被测液体的铺展面积的差值ΔS；该两种被测液体中，铺展面积较大的被测液体与铺展面积较小的被测液体之间的铺展面积特征比为
为向上取整运算。
两种被测液体的痕迹长度特征比的确定方法如下：
对于黏附长度，越长的黏附意味着液滴能够更好的停留在工件表面，提高加工质量。在三种被测液体中，三种被测液体的痕迹长度分别为：Lmax、Lmid、Lmin。规定最大痕迹长度Lmax的被测液体与最小痕迹长度Lmin的的被测液体之间的痕迹长度特征比为7。计算最大面积差RL＝Lmax-Lmin；将Lmin至Lmax的区间平均等分为7个区间，每一段区间的长度为Ll。计算两种被测液体的痕迹长度特征比时，先计算该两种被测液体的痕迹长度的差值ΔL；该两种被测液体中，痕迹长度较大的被测液体与痕迹长度较小的被测液体之间的痕迹长度特征比为
举例来说，三种液体同样取10μl，进行检测。检测结果如下：润湿角：29.04°、49.20°、34.84°；铺展面积：1.204μm2、1.219μm2、0.9514μm2；痕迹长度：11.2mm、13.7mm、9.4mm。则润湿角的成对比较结果为：b12＝7、b13＝5、b23＝3；铺展面积的成对比较结果为：c12＝1、c13＝6、c23＝7；黏附长度的成对比较结果为：
d13＝2、d23＝7。
分别计算矩阵B、C、D的权向量ωb＝[ωb1,ωb2,ωb3]T、ωc＝[ωc1,ωc2,ωc3]T、ωd＝[ωd1,ωd2,ωd3]T和最大特征根λb、λc、λd。
步骤五、对矩阵A、B、C、D分别进行一致性检测，对未通过一致性检测的矩阵进行根据步骤六中的方法进行修正；若矩阵A、B、C、D均通过一致性检验，则直接进入步骤七。对一个矩阵进行一致性检测的方法如下：
计算被检测矩阵的一致性指标
n为被检测矩阵的阶数；λ为被检测矩阵的特征根；若一致性指标CI＝0，则被检测矩阵有完全的一致性；若CI接近于0即表示被检测矩阵有满意的一致性；CI越大，被检测矩阵的不一致越严重。为衡量一致性指标，引入随机一致性指标RI；RI的大小有被检测矩阵的阶数决定；如下表所示；本实施例中矩阵A、B、C、D均为三阶矩阵，故RI均取0.58。
计算一致性比率
若CR＜0.1，则被检测矩阵的不一致程度在允许范围之内，通过一致性检验；否则被检测矩阵未通过一致性检验。
步骤六、对各个未通过一致性检测的矩阵A、B、C或D进行修正，使其通过一致性检验。
具体过程如下：
6-1：将未通过一致性检测的矩阵A、B、C或D分别定义为被修正矩阵Z；根据被修正矩阵Z的权向量ωz＝[ωz1,ωz2,ωz3]T(即为被修正的矩阵A、B、C或D的权向量)构造一致性矩阵W如式(5)所示；
6-2：计算扰动矩阵P如式(6)所示；
对扰动矩阵P中非对角线元素的绝对值pij由大到小进行排序；pij表示扰动矩阵P第i行第j列的元素，得到排序结果
本实施例中n＝3。
6-3：按照扰动矩阵P中元素绝对值从大到小的顺序，对修正被修正矩阵Z内各个对应元素进行排序；之后按照顺序依次修正被修正矩阵Z内各个大于1的元素；修正的条件为：若被修正的元素zij＞1，zij≠2且pij＞0，则将zij降低一个标度值，即减小1。若zij＞1，zij≠9且pij<0，则将zij提高一个标度值，即增大1；否则，zij保持不变。当被修正矩阵Z内一个大于1的元素zij被修正时，同步修正该元素在被修正矩阵Z内对角位置的元素zji，使得zij＝1/zji，让调整后的被修正矩阵Z仍然是互反矩阵。
每当一个被修正矩阵Z内一个大于1的元素被修正后，均对修正后被修正矩阵Z进行一致性检测；若通过一致性检测，被修正矩阵Z的修正完成，重新计算被修正矩阵的权向量，修正后的矩阵Z即为未通过一致性检测的矩阵A或B或C或D修正结果。若未通过一致性检测，则继续修正被修正矩阵Z内的下一个元素；若被修正矩阵Z内所有大于1的元素均被修正后，被修正矩阵Z依然未通过一致性检测，则进入步骤6-4。
对于步骤6-3，举例来说，若l1对应在扰动矩阵P中对应的元素为p12；则首先对z21及z12进行修正，并进行一致性检验。
6-4.以修正后的被修正矩阵Z作为新的被修正矩阵Z重新执行步骤6-1至6-3的修正，直到被修正矩阵Z通过一致性检测。
步骤七、计算各方案对目标的权向量ω如式(7)所示。
其中，权重特征值ω1、ω2、ω3分别对应三种被测液体；权重特征值越大，则对应的被测液体的动态润湿特性越优异，由此得到三种被测液体的动态润湿特性的优劣。
权重特征值ω1、ω2、ω3进行归一化处理后，即表示三种被测液体的动态润湿特性对于目标层所占权重。
Claims (10)
1.一种刀具-工件接触面液滴动态润湿特性检测方法，其特征在于：步骤一、对m种被测液体分别进行液滴摩擦拖拽试验，获得被测液体的铺展面积和粘附痕迹长度；液滴摩擦拖拽试验为将被测液体滴加在刀具块上，并将刀具块和工件块进行一次摩擦运动；铺展面积为摩擦前的俯视面积；粘附痕迹长度为摩擦后所成痕迹的长度；
步骤二、基于层次分析法，将被测液体的动态润湿特性评判过程分为三个层次：最下层为方案层，由m种被测液体组成；中间层为准则层，由测得的润湿角、铺展面积、粘附痕迹长度组成；最上层为目标层，即评判的被测液体的最佳动态润湿特性；
步骤三、构造准则层对目标层的判断矩阵A；将润湿角、铺展面积、粘附痕迹长度分别作为三个因素；分别设定准则层的三个因素中两两之间的重要性影响比；
建立矩阵A如式(1)所示；
式(1)中，aij表示第i个因素与第j个因素之间的重要性影响比，i＝1,2,3，j＝1,2,3，
aij越大表示第i个因素相较于第j个因素越重要；
计算矩阵A的权向量ωa＝[ωa1,ωa2,ωa3]T和最大特征根λa；
步骤四、构造对方案层对目标层的判断矩阵B、C、D；根据m种被测液体的润湿角大小，确定m种被测液体两两之间的润湿角特征比，建立矩阵B如式(2)所示；根据m种被测液体的铺展面积大小，确定m种被测液体两两之间的铺展面积特征比，建立矩阵C如式(3)所示；根据m种被测液体的粘附痕迹长度大小，确定m种被测液体两两之间的痕迹长度特征比，建立矩阵D如式(4)所示；
其中，bxy表示第x种被测液体与第y种被测液体的润湿角特征比；cxy表示第x种被测液体与第y种被测液体的铺展面积特征比；dxy表示第x种被测液体与第y种被测液体的痕迹长度特征比；x＝1,2,…,m，y＝1,2,…,m；
分别计算矩阵B、C、D的权向量ωb＝[ωb1,ωb2,...,ωbm]T、ωc＝[ωc1,ωc2,...,ωcm]T、ωd＝[ωd1,ωd2,...,ωdm]T和最大特征根λb、λc、λd；
步骤五、对矩阵A、B、C、D分别进行一致性检测，对未通过一致性检测的矩阵进行根据步骤六中的方法进行修正；若矩阵A、B、C、D均通过一致性检验，则直接进入步骤七；
步骤六、对各个未通过一致性检测的矩阵A、B、C或D进行修正，使其通过一致性检验；
步骤七、计算各方案对目标的权向量ω如式(7)所示；
权重特征值ω1、ω2、ω3分别对应m种被测液体；权重特征值越大，则对应的被测液体的动态润湿特性越优异，由此得到三种被测液体的动态润湿特性的优劣。
2.根据权利要求1所述的一种刀具-工件接触面液滴动态润湿特性检测方法，其特征在于：步骤六中修正矩阵的具体过程如下：
6-1：将未通过一致性检测的矩阵A、B、C或D分别定义为被修正矩阵Z；根据被修正矩阵Z的权向量ωz＝[ωz1,ωz2,...,ωzn]T构造一致性矩阵W如式(5)所示；
6-2：计算扰动矩阵P如式(6)所示；
P＝Z-W (6)
6-3：按照扰动矩阵P中元素绝对值从大到小的顺序，对修正被修正矩阵Z内各个对应元素进行排序；之后按照顺序依次修正被修正矩阵Z内各个大于1的元素；修正的条件为：若被修正的元素zij≠2且pij＞0，则将zij减小1；若zij≠9且pij<0，则将zij增大1；否则，zij保持不变；当被修正矩阵Z内一个大于1的元素zij被修正时，同步修正该元素在被修正矩阵Z内对角位置的元素zji，使得zij＝1/zji；
每当一个被修正矩阵Z内一个大于1的元素被修正后，均对修正后被修正矩阵Z进行一致性检测；若通过一致性检测，被修正矩阵Z的修正完成；若未通过一致性检测，则继续修正被修正矩阵Z内的下一个元素；若被修正矩阵Z内所有大于1的元素均被修正后，被修正矩阵Z依然未通过一致性检测，则进入步骤6-4；
6-4.以修正后的被修正矩阵Z作为新的被修正矩阵Z重新执行步骤6-1至6-3的修正，直到被修正矩阵Z通过一致性检测。
3.根据权利要求1所述的一种刀具-工件接触面液滴动态润湿特性检测方法，其特征在于：步骤三中，a12＝5，a13＝3，a23＝2。
4.根据权利要求1所述的一种刀具-工件接触面液滴动态润湿特性检测方法，其特征在于：两种被测液体的润湿角特征比的确定方法如下：将液滴润湿角划分为四个区间：分别为[0°,30°)、[30°,60°)、[60°,90°)、[90°,180°)；如果两种被测液体测得的润湿角在同一区间时，则润湿角较小的被测液体与润湿角较大的被测液体的润湿角特征比取1～5；如果两种被测液体测得的润湿角分别在两个相邻的区间，润湿角较小的被测液体与润湿角较大的被测液体的润湿角特征比为7；如果两种被测液体测得的润湿角不处于同一个区间也不处于两个相邻的区间，则润湿角较小的被测液体与润湿角较大的被测液体的润湿角特征比为9；在处于润湿角出去同一区间的前提下，若两被测液体的润湿角的差值为0°至5°，则润湿角较小的被测液体与润湿角较大的被测液体的润湿角特征比为1；若两被测液体的润湿角的差值为5°至10°，则润湿角较小的被测液体与润湿角较大的被测液体的润湿角特征比为2；若两被测液体的润湿角的差值为10°至15°，则润湿角较小的被测液体与润湿角较大的被测液体的润湿角特征比为3；若两被测液体的润湿角的差值为15°至20°，则润湿角较小的被测液体与润湿角较大的被测液体的润湿角特征比为4；若两被测液体的润湿角的差值为20°至30°，则润湿角较小的被测液体与润湿角较大的被测液体的润湿角特征比为5。
5.根据权利要求1所述的一种刀具-工件接触面液滴动态润湿特性检测方法，其特征在于：两种被测液体的铺展面积特征比的确定方法如下：计算最大面积差RS＝Smax-Smin；Smax为m种被测液体的铺展面积的最大值；Smin为m种被测液体的铺展面积的最小值；铺展面积较大的被测液体与铺展面积较小的被测液体之间的铺展面积特征比为
其中，
为向上取整运算；先计算该两种被测液体的铺展面积的差值ΔS；Sl＝RS/7。
6.根据权利要求1所述的一种刀具-工件接触面液滴动态润湿特性检测方法，其特征在于：两种被测液体的痕迹长度特征比的确定方法如下：计算最大面积差RL＝Lmax-Lmin；Lmax为m种被测液体的痕迹长度的最大值；Lmin为m种被测液体的痕迹长度的最小值；痕迹长度较大的被测液体与痕迹长度较小的被测液体之间的痕迹长度特征比为
其中，
为向上取整运算；先计算该两种被测液体的痕迹长度的差值ΔL；Sl＝RL/7。
7.根据权利要求1所述的一种刀具-工件接触面液滴动态润湿特性检测方法，其特征在于：步骤五中对矩阵进行一致性检测的方法如下：计算被检测矩阵的一致性指标
n为被检测矩阵的阶数；λ为被检测矩阵的特征根；引入随机一致性指标RI；RI的大小有被检测矩阵的阶数n决定；如下表所示；
计算一致性比率
若CR＜0.1，则被检测矩阵通过一致性检验；否则被检测矩阵未通过一致性检验。
8.一种刀具-工件接触面液滴动态润湿特性检测装置，包括机架；其特征在于：还包括微液滴制备装置、刀具块进给装置、工件块和视觉检测系统；微液滴制备装置与刀具块进给装置并排设置；微液滴制备装置吸取被测液滴并滴加至刀具块进给装置的刀具块上；刀具块进给装置与工件块对齐；所述微液滴制备装置包括微液滴蘸取模块和液体盛放容器；微液滴蘸取装置通过呈门形的微液滴制备支架安装在底板上；所述微液滴蘸取模块包括XZ驱动台和碳纤维束；竖直设置的碳纤维束安装在XZ驱动台上；液体盛放容器固定在机架上；
所述的刀具块进给装置包括刀具块、压力气缸、第二连接板和Y向移动平台；Y向移动平台安装在底板上；第二连接板固定在Y向移动平台的滑移块上；压力气缸固定在第二连接板上，且推出杆朝向正上方；刀具块安装在压力气缸的推出杆上；工件块固定在机架上；视觉检测系统包括润湿角检测摄像头、铺展面积检测摄像头和痕迹检测摄像头；润湿角检测摄像头通过视觉检测摄像头支架固定在底板上，且镜头朝向水平设置；铺展面积检测摄像头、痕迹检测摄像头均固定在工件块安装支架上，镜头竖直朝下，高于刀具块的底面，且分别位于刀具块的两端。
9.根据权利要求8所述的一种刀具-工件接触面液滴动态润湿特性检测装置，其特征在于：所述的XZ驱动台包括X向移动平台、第一连接板和Z向移动平台；水平设置的X向移动平台安装在微液滴制备支架的顶部；第一连接板固定在X向移动平台的滑动块上；竖直设置的Z向移动平台安装在第一连接板上。
10.根据权利要求8所述的一种刀具-工件接触面液滴动态润湿特性检测装置，其特征在于：所述的刀具块与压力气缸的推出杆之间设置有三向力传感器；所述工件块的底部设置有倒角。
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