基于超声波技术标定液体静压导轨油膜刚度的方法技术

基于超声波技术标定液体静压导轨油膜刚度的方法，属于油膜刚度标定技术领域。方法是：驱动液体静压导轨到达测量位置，将水槽粘于液体静压导轨上，加入水；超声波换能器头部浸入水中，启动超声波信号发生及接收模块，设置超声波参数，计算油膜厚度；在上溜板上施加载荷，利用超声波检测装置测量每次加载后的油膜厚度值；每改变一次载荷值，并返回上一步骤，待所有载荷下的油膜厚度都测量完毕后，执行下一步；将每个载荷值及其油膜厚度值记录于测试数据记录表中；计算油膜刚度；将载荷值作为Y坐标、油膜厚度值作为X坐标，采用线性最小二乘法对二者进行线性拟合，求得的拟合直线的斜率的绝对值即为油膜刚度。本发明专利技术用于标定液体静压导轨油膜刚度。

【技术实现步骤摘要】
基于超声波技术标定液体静压导轨油膜刚度的方法
本专利技术属于油膜刚度标定
，具体涉及一种基于超声波技术标定液体静压导轨油膜刚度的方法。
技术介绍
液体静压导轨是超精密加工机床的重要组成部件，液体静压导轨的动态特性直接影响着超精密加工机床的加工精度和加工水平。液体静压导轨的油膜刚度是评价液体静压导轨的承载能力和运动稳定性的指标。目前，通常测量油膜刚度时，采用固定重量的重物或压力气缸对液体静压导轨的溜板施加垂直负载，并利用位移传感器测量该负载作用时上溜板的位移量，以上溜板的位移量近似代替油膜的变形量，根据多次测量结果获得负载力与位移量之间的对照关系，从而确定油膜单位变形量所能承受的载荷值，即油膜的刚度。但该方法无论是以固定重量的重物或压力气缸进行施加载荷时，都会引起导轨上溜板产生一定的变形。因此，测量传感器得到的位移变形量既包含了导轨上溜板的静变形量又包含了油膜厚度的变形量，因此，用导轨上溜板的位移量近似代替油膜的变形量进行计算时，会导致最终所得的油膜刚度与实际值存在一定的偏差，从而影响油膜刚度测量的准确性。>专利技术内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于超声波技术标定液体静压导轨油膜刚度的方法，其特征在于：所述方法是利用一种用于测量液体静压导轨油膜厚度的超声波检测装置实现的，所述一种用于测量液体静压导轨油膜厚度的超声波检测装置包括龙门架(6)、水平移动平台(5)、竖直移动平台(4)、二维角度调整台(3)、超声波换能器(1)以及超声波信号发生及接收模块(10)；/n所述超声波换能器(1)通过换能器支架(2)与二维角度调整台(3)固定连接，所述二维角度调整台(3)固定安装于竖直移动平台(4)上，所述竖直移动平台(4)固定安装于水平移动平台(5)上，所述水平移动平台(5)固定在龙门架(6)的水平横梁上，所述龙门架(6)固定在超精密加工机...

【技术特征摘要】
1.一种基于超声波技术标定液体静压导轨油膜刚度的方法，其特征在于：所述方法是利用一种用于测量液体静压导轨油膜厚度的超声波检测装置实现的，所述一种用于测量液体静压导轨油膜厚度的超声波检测装置包括龙门架(6)、水平移动平台(5)、竖直移动平台(4)、二维角度调整台(3)、超声波换能器(1)以及超声波信号发生及接收模块(10)；
所述超声波换能器(1)通过换能器支架(2)与二维角度调整台(3)固定连接，所述二维角度调整台(3)固定安装于竖直移动平台(4)上，所述竖直移动平台(4)固定安装于水平移动平台(5)上，所述水平移动平台(5)固定在龙门架(6)的水平横梁上，所述龙门架(6)固定在超精密加工机床床身(7)上，所述超声波信号发生及接收模块(10)固定在超精密加工机床床身(7)上；超声波信号发生及接收模块(10)与超声波换能器(1)之间通过线缆双向连接进行信号传输；
所述方法步骤如下：
步骤一：驱动液体静压导轨(8)到达测量位置；
步骤二：将水槽(9)粘于待测油膜(11)正上方的液体静压导轨(8)上端，在水槽(9)中加入自来水或纯净水；
步骤三：驱动水平位移平台(5)以调整超声波换能器(1)的横向位置，使超声波换能器(1)处于水槽(9)正上方；驱动竖直移动平台(4)以调整超声波换能器(1)的高度位置，使超声波换能器(1)的头部逐渐浸入到水槽(9)内的水中，保证超声波换能器(1)的头部与液体静压导轨(8)的上溜板(8-2)上表面保持2-10mm距离；
步骤四：对二维角度调整台(3)进行俯仰及偏摆角度的调整，使超声波换能器(1)的轴线垂直于所述上溜板(8-2)表面；
步骤五：启动超声波信号发生及接收模块(10)，超声波信号发生及接收模块(10)包括超声波信号发生模块和超声波信号接收模块，在超声波信号发生模块中设置超声波参数，即超声波的强度及频率，计算油膜厚度公式如下；



其中：h为油膜厚度；
c为超声波在油膜(11)中的传播速度；
m为油膜(11)的谐振阶数；
fm为油膜(11)的m阶谐振频率；
步骤六：通过气缸在液体静压导轨(8)的上溜板(8-2)施加载荷，载荷以500N递增，逐步加载至2500N，利用所述超声波检测装置测量每次加载后的油膜厚度值；在本步骤中，每改变一次载荷值，都要返回执行一次步骤五，对油膜厚度进行重新测量，以确定该载荷时对应的油膜厚度，待所有载荷下的油膜厚度都测量完毕后，执行步骤七；
步骤七：将每个载荷值及其对应的油膜厚度值记录于测试数据记录表中；
步骤八：随着作用在油膜(11)上的载荷的不断增加，油膜厚度会逐渐变薄，计算每次载荷变化量与油膜厚度变化量的比值，即油膜刚度；



其中：k为油膜刚度，单位为N/μm，代表油膜(11)单位变形量所能承受的载荷值；
ΔF为载荷变化量，载荷以500N递增，逐步加载至2500N；
Δh为每次加载后的油膜厚度变化量；
由于载荷变化量ΔF为固定值，而每次加载后的油膜厚度变化量Δh是在不断变化的，因此导致任意相邻两个测量点内的油膜刚度值存在差异，无法准确得到油膜刚度值，为此，将载荷值作为Y坐标、油膜厚度值作为X坐标，采用线性最小二乘法对载荷值和油膜厚度值进行线性拟合，求得的拟合直线的斜率的绝对值即为油膜刚度。


2.根据权利要求1所述的基于超声波技术标定液体静压导轨油膜刚度的方法，其特征在于：所述所述二维角度调整台(3)由俯仰台和偏摆台叠加而成，所述俯仰台位于偏摆台下部，俯仰台和偏摆台结构相同，所述俯仰台包括俯仰调节旋钮(3-3)、俯仰台锁紧螺钉(3-4)、俯仰台固定部件(3-5)、俯仰台锁紧片(3-5-1)、俯仰台转动部件(3-6)及俯仰台蜗杆(3-9)；所述偏摆台包括偏摆调节旋钮(3-1)、偏摆台锁紧螺钉(3-2)、偏摆台固定部件(3-7)、偏摆台锁紧片(3-7-1)、偏摆台转动部件(3-8)及偏摆台蜗杆；
所述偏摆台转动部件(3-8)、偏摆台固定部件(3-7)、俯仰台转动部件(3-6)及俯仰台固定部件(3-5)由上至下依次叠放设置，所述偏摆台固定部件(3-7)与俯仰台转动部件(3-6)可拆卸固定连接，所述俯仰台固定部件(3-5)上表面设有贯通前后侧壁的内凹槽一，所述内凹槽一的左右侧壁中部均设有向上凸起的凸块一，所述凸块一上表面的两个顶角分别为直角和倒V形角，位于内凹槽一左右侧壁上的凸块一相对于俯仰台固定部件(3-5)中心对称设置，所述俯仰台转动部件(3-)6下表面设有圆弧形凸起一，俯仰台转动部件(3-6)左右两侧分别设有与所述凸块一相配合的导向槽一，所述俯仰调节旋钮(3-3)与俯仰台蜗杆(3-9)一端固定连接，俯仰台固定部件(3-5)左右侧壁同轴设有两个通孔一，所述俯仰台蜗杆(3-9)两端与所述两个通孔一转动连接，俯仰台转动部件(3-6)的圆弧形凸起一制成与俯仰台蜗杆(3-9)相啮合的蜗轮结构，...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹喜聪，石勇，曹立文，
申请(专利权)人：黑龙江大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23