基于超声波技术标定液体静压导轨油膜刚度的方法与流程

本发明属于油膜刚度标定技术领域，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。

背景技术：

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。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于超声波技术标定液体静压导轨油膜刚度的方法，该方法能够对微米级厚度的油膜进行无损测量，可有效提高油膜刚度的测量准确度，适用于对液体静压导轨的油膜刚度进行测量和标定。

准确标定油膜厚度是获得油膜刚度的重要基础，因此，本发明提出基于超声波技术标定液体静压导轨油膜刚度的方法，采用超声波无损检测方法对油膜厚度进行无损检测，从而提高油膜刚度的测量准确度。液体静压导轨油膜刚度的超声波测量方法能够克服以往方法存在的不足，通过超声波无损检测技术，能够准确地测量油膜厚度及其变形量，从而得到真实的油膜刚度。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：

基于超声波技术标定液体静压导轨油膜刚度的方法，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、水平移动平台、竖直移动平台、二维角度调整台、超声波换能器以及超声波信号发生及接收模块；所述超声波换能器通过换能器支架与二维角度调整台固定连接，所述二维角度调整台固定安装于竖直移动平台上，所述竖直移动平台固定安装于水平移动平台上，所述水平移动平台固定在龙门架的水平横梁上，所述龙门架固定在超精密加工机床床身上，所述超声波信号发生及接收模块固定在超精密加工机床床身上；超声波信号发生及接收模块与超声波换能器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：驱动液体静压导轨到达测量位置；

步骤二：将水槽粘于待测油膜正上方的液体静压导轨上端，在水槽中加入自来水或纯净水；

步骤三：驱动水平位移平台以调整超声波换能器的横向位置，使超声波换能器处于水槽正上方；驱动竖直移动平台以调整超声波换能器的高度位置，使超声波换能器的头部逐渐浸入到水槽内的水中，保证超声波换能器的头部与液体静压导轨的上溜板上表面保持2-10mm距离；

步骤四：对二维角度调整台进行俯仰及偏摆角度的调整，使超声波换能器的轴线垂直于所述上溜板表面；

步骤五：启动超声波信号发生及接收模块，超声波信号发生及接收模块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为超声波在油膜中的传播速度；

m为油膜的谐振阶数；

fm为油膜的m阶谐振频率；

步骤六：通过气缸在液体静压导轨的上溜板施加载荷，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。

本发明相对于现有技术的有益效果是：

本发明采用超声波技术对液体静压导轨的油膜刚度进行标定和测量，本发明提出的测量方法能够实现对油膜厚度进行无损测量，避免克服其他间接式测量方法中液体静压导轨的上溜板变形和近似估算引起的测量误差。根据超声波的反射和透射原理进行油膜厚度的测量，通过采集油膜两侧界面的反射信号可以准确地测得油膜厚度。本发明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，进而求得液体静压导轨的油膜刚度，可提高油膜刚度的测量准确度。

超声波检测技术是目前适用范围最广泛的无损检测技术之一，本发明提出的测量方法具有穿透能力强、测量精度高、灵敏度高、对探测环境友好等优点，此外，本发明具备流程操作简单、数据处理便利、结果准确等特点。

附图说明

图1是利用本发明的一种用于测量液体静压导轨油膜厚度的超声波检测装置测量油膜厚度时的超声波传播介质截面示意图；

图2是超声波反射和透射原理示意图；

图3是本发明的一种用于测量液体静压导轨油膜厚度的超声波检测装置结构示意图；

图4是液体静压导轨结构示意图；

图5是液体静压导轨横截面示意图，图中箭头表示加载载荷；

图6是超声波发生及接收流程示意图；

图7是二维角度调整台的结构示意图；

图8是二维角度调整台的剖视图；

图9是水平移动平台的结构示意图；

图10是竖直移动平台的结构示意图；

图11是图3的d处局部放大图；

图12是图9的e处局部放大图；

图13是图10的c处局部放大图。

上述附图中涉及的部件名称及标号如下：

超声波换能器1、换能器支架2、二维角度调整台3、偏摆调节旋钮3-1、偏摆台锁紧螺钉3-2、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、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、俯仰台蜗杆3-9、竖直移动平台4、锁紧装置4-1、固定套4-1-1、把手4-1-2、驱动手柄4-2、竖直移动丝杠4-3、齿轮保护罩4-4、主动齿轮4-5、从动齿轮4-6、竖直移动导轨滑道4-7、竖直移动滑块4-8、轴承4-9、支撑板4-10、竖直移动载物台4-11、竖直基座4-12、水平移动平台5、水平移动丝杠5-1、丝杠轴承座5-3、联轴器5-4、伺服电机5-5、水平移动载物台5-6、水平移动导轨滑道5-7、丝杠水平移动滑块5-8、基座一5-9、龙门架6、底部支座6-1、超精密加工机床床身7、液体静压导轨8、基座二8-1、上溜板8-2、侧溜板8-3、下溜板8-4、水槽9、超声波信号发生及接收模块10、油膜11、水12、界面一13、界面二14、界面三15。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是“上”、“下”、“前”“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内外”、“表面”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

具体实施方式一：如图3、图6、图11所示，本实施方式披露了一种基于超声波技术标定液体静压导轨油膜刚度的方法，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(通过螺栓)固定安装于竖直移动平台4上(竖直移动平台4可带动二维角度调整台3及超声波换能器1沿竖直方向进行移动，以实现对超声波换能器1高度位置的调整)，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(龙门架6通过底部支座6-1并采用螺栓连接方式与超精密加工机床床身7相连接，龙门架6的主要作用是用于固定、支撑水平移动平台5及用于支撑与水平移动平台5固定连接的竖直移动平台4，以及与竖直移动平台4固定连接的二维角度调整台3，与二维角度调整台3固定连接的超声波换能器1等工作部件)，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(超声波信号发生及接收模块10释放激励信号激发超声波换能器1产生超声波，同时接收超声波换能器1接收的超声反射波并对其进行数据处理，从而得到油膜11厚度的测量值)；

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(没有槽底板)粘于待测油膜11正上方的液体静压导轨8上端(保证水槽9与液体静压导轨8的粘结处不漏水，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(以实现超声波换能器1的空间姿态)，使超声波换能器1的轴线垂直于所述上溜板8-2表面(从而获得较高的超声波反射率)；

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(本发明是基于超声波反射法测量的，而超声波的强度是影响最终反射率的重要因素之一，因此这里需要在超声波信号发生模块设置超声波的强度。关于频率，这里并不是将频率设定为一个固定值，而是将超声波的频率从低到高进行调节。油膜厚度一定时其对应的谐振频率fm是一个恒定值，在超声波的频率从低到高增加的过程中，当超声波的频率与油膜的谐振频率fm相等时，油膜发生共振现象，此时超声波信号接收模块接收到的超声波反射率为零，因此可根据超声波信号发生模块中超声波的频率确定油膜的谐振频率fm，进一步根据公式计算油膜厚度。通常m取1，以油膜11的第一阶谐振频率进行计算)，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(这个值跟油液的本身属性有关)；

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。

超声波换能器1：既是超声波的发出装置，又是超声波的接收装置，将超声波传递到待检测物体(油膜11)，同时收集待检测物体内反射回来的超声波。

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和超声波换能器1之间通过线缆连接进行信号传输，超声波信号发生及接收模块10释放激励信号激发超声波换能器1产生超声波，同时接收超声波换能器1接收的超声反射波并对其进行数据处理，从而得到油膜厚度的测量值。

二维角度调整台3：用于调整超声波换能器1的俯仰及偏摆角度，从而实现超声波入射角度的精确调整，使超声波尽量垂直入射到油膜11表面获得较高的反射率。

竖直移动平台4：带着二维角度调整台3和超声波换能器1沿竖直方向进行移动，用于调整超声波换能器1的空间竖直位置。

水平移动平台5：带着竖直移动平台4及其上的二维角度调整台3和超声波换能器1沿水平方向进行移动，用于调整超声波换能器1的空间水平位置。

龙门架6：主要用于固定、支撑水平移动平台5及与水平移动平台5固定的其他装置等，通过底部支座6-1并采用螺栓连接方式与超精密加工机床床身7相连接。

具体实施方式二：如图3、图7、图8、图11所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，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(采用螺栓)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(即采用中空结构，便于安装俯仰台蜗杆3-9)，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(即圆弧形凸起一的下表面设有数个与俯仰台蜗杆3-9相啮合的齿。旋转俯仰调节旋钮3-3时，俯仰台蜗杆3-9随之转动，进而驱动俯仰台转动部件3-6的圆弧形凸起一沿着导向槽一进行旋转，从而使俯仰台转动部件3-6形成俯仰角度，实现角度调整)，俯仰台转动部件3-6的前侧壁或后侧壁上设有螺纹孔一，所述俯仰台锁紧片3-5-1设置在俯仰台转动部件3-6和俯仰台固定部件3-5的前侧壁或后侧壁处，俯仰台锁紧片3-5-1上设有圆弧形长槽一，所述俯仰台锁紧螺钉3-4穿入所述圆弧形长槽一并与所述螺纹孔一螺纹连接(当俯仰角度调整满足要求时，可通过旋转俯仰台锁紧螺钉3-4的方法紧固二维角度调整台3，直到俯仰台锁紧螺钉3-4与俯仰台锁紧片3-5-1紧密接触，通过螺纹预紧力和摩擦力使得俯仰台转动部件3-6与俯仰台锁紧片3-5-1之间形成紧固连接，从而实现二维角度调整台3的紧固)；

所述偏摆台固定部件3-7上表面设有贯通左右侧壁的内凹槽二(即采用中空结构，便于安装偏摆台蜗杆)，所述内凹槽二的前后侧壁中部均设有向上凸起的凸块二，所述凸块二上表面的两个顶角分别为直角和倒v形角，位于内凹槽二前后侧壁上的凸块二相对于偏摆台固定部件3-7中心对称设置，所述偏摆台转动部件3-8下表面设有圆弧形凸起二，偏摆台转动部件3-8前后两侧分别设有与所述凸块二相配合的导向槽二，所述偏摆调节旋钮3-1与偏摆台蜗杆一端固定连接，偏摆台固定部件3-7前后侧壁同轴设有两个通孔二，所述偏摆台蜗杆两端与所述两个通孔二转动连接，偏摆台转动部件3-8的圆弧形凸起二制成与偏摆台蜗杆相啮合的蜗轮结构(即圆弧形凸起二下表面设有数个与偏摆台蜗杆相啮合的齿。旋转偏摆调节旋钮3-1时，偏摆台蜗杆9随之转动，进而驱动偏摆台转动部件3-8的蜗轮沿着导向槽二进行旋转，从而使偏摆台转动部件3-8形成偏摆角度，实现角度调整)，偏摆台转动部件3-8的左侧壁或右侧壁上设有螺纹孔二，所述偏摆台锁紧片3-7-1设置在偏摆台转动部件3-8和偏摆台固定部件3-7的左侧壁或右侧壁处，偏摆台锁紧片3-7-1上设有圆弧形长槽二，所述偏摆台锁紧螺钉3-2穿入所述圆弧形长槽二并与所述螺纹孔二螺纹连接(当偏摆角度调整满足要求时，可通过旋转偏摆台锁紧螺钉3-2的方法紧固二维角度调整台3，直到偏摆台锁紧螺钉3-2与偏摆台锁紧片3-7-1紧密接触，通过螺纹预紧力和摩擦力使得偏摆台转动部件3-8与偏摆台锁紧片3-7-1之间形成紧固连接，从而实现二维角度调整台3的紧固)；所述超声波换能器1通过换能器支架2与偏摆台转动部件3-8固定连接。

工作原理是：超声波换能器1通过换能器支架2与二维角度调台3进行连接，二维角度调整台3采用蜗轮蜗杆配合的形式，通过手动转动俯仰调节旋钮3-3及偏摆调节旋钮3-1，即可实现超声波换能器1的俯仰及偏摆角度的调整，从而获得较高的超声波反射率。

具体实施方式三：如图3、图7、图8所示，本实施方式是对具体实施方式二作出的进一步说明，所述圆弧形长槽一的圆弧半径与俯仰台转动部件3-6的回转半径相同(从而保证俯仰台锁紧螺钉3-4始终处于圆弧形长槽一内)，所述圆弧形长槽二的圆弧半径与偏摆台转动部件3-8转动半径相同(从而保证偏摆台锁紧螺钉3-2始终处于圆弧形长槽二内)。

具体实施方式四：如图3、图10、图13所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述竖直移动平台4包括驱动手柄4-2、竖直移动丝杠4-3、齿轮保护罩4-4、主动齿轮4-5、从动齿轮4-6、竖直移动载物台4-11、竖直基座4-12、两个轴承4-9、两根竖直移动导轨滑道4-7、四个竖直移动滑块4-8及两个支撑板4-10；

所述驱动手柄4-2与主动齿轮4-5通过转轴连接实现同步运动，所述主动齿轮4-5与从动齿轮4-6相啮合并一同装在齿轮保护罩4-4内，所述从动齿轮4-6固定装在竖直移动丝杠4-3上，所述两个支撑板4-10相对设置并均固定在竖直基座4-12上，且其中一个支撑板4-10与齿轮保护罩4-4一端固定连接，所述竖直移动丝杠4-3两端各安装有一个轴承4-9，所述两个轴承4-9设置在两个支撑板4-10上同轴设有的两个轴孔内，竖直移动丝杠4-3两侧平行设有两根竖直移动导轨滑道4-7，所述两根竖直移动导轨滑道4-7均固定在竖直基座4-12上，且两根竖直移动导轨滑道4-7两端均与两个支撑板4-10固定连接，竖直移动丝杠4-3上旋合连接有竖直移动丝杠螺母，所述竖直移动丝杠螺母(通过四个螺钉)固定在竖直移动载物台4-11背面，所述竖直移动载物台4-11通过四个竖直移动滑块4-8与两根竖直移动导轨滑道4-7滑动连接。

工作原理是：

驱动手柄4-2与主动齿轮4-5通过转轴进行连接从而实现同步运动，旋转驱动手柄4-2可带动主动齿轮4-5旋转，主动齿轮4-5与从动齿轮4-6相互啮合，从而带动从动齿轮4-6和竖直移动丝杠4-3做回转运动，竖直移动丝杠4-3的旋转会使竖直移动丝杠螺母产生运动，竖直移动丝杠螺母与竖直移动载物台4-11背面固定连接，竖直移动载物台4-11背面的四个角部固定装有四个与竖直移动导轨滑道4-7相互滑动配合的竖直移动滑块4-8，竖直移动丝杠螺母便可带动竖直移动载物台4-11进行线性移动，从而实现调整位置的目的。

竖直移动平台4可带动二维角度调台3及超声波换能器1沿竖直方向进行移动，以实现对超声波换能器1高度位置的调整。竖直移动平台4主要作用是做微调整、移动范围不大，因此采用手动驱动形式，通过旋转驱动手柄4-2带动与其同轴的主动齿轮4-5旋转，主动齿轮4-5与固定安装于丝杠4-3上的从动齿轮4-6相啮合，从而带动从动齿轮4-6和丝杠4-3同步旋转，进而实现竖直移动载物台4-11的竖直移动。

具体实施方式五：如图3、图10、图13所示，本实施方式是对具体实施方式四作出的进一步说明，所述竖直移动平台4还包括锁紧装置4-1；所述锁紧装置4-1包括具有一个开口的固定套4-1-1、把手4-1-2及紧固螺钉；所述把手4-1-2一端与紧固螺钉制为一体，所述固定套4-1-1的两个开口端同轴设有两个螺孔，所述固定套4-1-1套装在转轴上，所述紧固螺钉与两个螺孔螺纹连接。

具体实施方式六：如图3、图9、图12所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述的水平移动平台5包括伺服电机5-5、联轴器5-4、水平移动载物台5-6、水平移动丝杠5-1、基座一5-9、两个丝杠轴承座5-3、两根水平移动导轨滑道5-7及四个丝杠水平移动滑块5-8；

所述基座一5-9与龙门架6的水平横梁前表面固定连接，所述伺服电机5-5、两个丝杠轴承座5-3及两根水平移动导轨滑道5-7均固定在基座一5-9上，伺服电机5-5通过联轴器5-4与水平移动丝杠5-1一端传动连接，所述水平移动丝杠5-1两端通过两个丝杠轴承座5-3支撑，所述水平移动丝杠5-1及两根水平移动导轨滑道5-7均平行于龙门架6的水平横梁设置，且两根水平移动导轨滑道5-7位于水平移动丝杠5-1的两侧，水平移动丝杠5-1上旋合连接有水平移动丝杠螺母，所述水平移动丝杠螺母与水平移动载物台5-6背面固定连接，所述水平移动载物台5-6通过四个丝杠水平移动滑块5-8与两根水平移动导轨滑道5-7滑动连接。

工作原理：伺服电机5-5与水平移动丝杠5-1之间采用联轴器5-4连接，伺服电机5-5转动便可带动水平移动丝杠5-1做回转运动，进而带动水平移动丝杠螺母和水平移动载物台5-6实现线性运动。水平移动平台5的主要作用是带着竖直移动平台4及其上的二维角度调整台3和超声波换能器1沿水平方向进行移动，以调整超声波换能器1的水平位置。

本发明的工作原理是：如图3-图5所示，检测前，先将水槽9放置在液体静压导轨8上，液体静压导轨8为左右对称结构并采用直线电机驱动，液体静压导轨8的基座二8-1(通过螺钉)紧固安装在超精密加工机床床身7上，形成液体静压导轨固定部分，与直线电机定子固定在一起。液体静压导轨8的运动部分(包括上溜板8-2、两个侧溜板8-3及两个下溜板8-4)与直线电机动子固定在一起并能够随之一起运动。

如图4所示，液体静压导轨8(为现有技术)包括上溜板8-2、基座二8-1、两个下溜板8-4及两个侧溜板8-3；所述上溜板8-2下端的左侧和右侧各设置有一个侧溜板8-3，所述两个侧溜板8-3下端各设置有一个下溜板8-4，所述基座二8-1设置在两个下溜板8-4上，并位于由上溜板8-2和两个侧溜板8-3围成的空间内，侧溜板8-3与上溜板8-2及下溜板8-4之间均用螺钉紧固链接，形成与基座二8-1相对应的闭合形式，如图4所示。上溜板8-2与基座二8-1之间、基座二8-1与两个下溜板8-4之间以及两个侧溜板8-3与基座二8-1之间均设置有油膜11。上溜板8-2、侧溜板8-3和下溜板8-4内部都有预先加工好的节流孔，作为高压润滑油的流动管道，润滑油在高压作用下使基座二8-1的工作表面与上溜板8-2、侧溜板8-3和下溜板8-4的工作表面之间形成油膜11，如图5所示。

如图5所示，集中载荷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。

图6是超声波发生及接收流程示意图，超声波信号发生及接收模块10与超声波换能器1之间采用线缆连接进行数据传输，超声波信号发生及接收模块10的超声波信号发生模块生成高频激励信号，通过逆压电效应激励超声波换能器1，使超声波换能器1内部的晶片组件产生机械振动，从而形成超声波。对待测油膜11的厚度进行测量。超声波换能器1既是超声波的发出装置，又是超声波的接收装置，将超声波传递到待测油膜11等介质，同时收集待测油膜11等介质反射回来的超声波。反射到超声波换能器1的超声波会引起超声波内部的晶片组件产生机械振动，由此引起的机械振动通过压电效应形成电信号并传输到超声波信号发生及接收模块10的超声波信号接收模块，超声波信号接收模块接收到的电信号可用于后续的数据处理及相关计算。

工作时，水平移动平台5带动超声波换能器1到达满足测量要求的水平位置，旋转竖直移动平台4的驱动手柄4-2，驱动超声波换能器1实现高度方向的调节，使超声波换能器1逐渐浸入到水槽9内的水12(水12作为耦合剂使用，其作用是用来排除驱动超声波换能器1探头和被测物体之间的空气，使超声波能有效地穿入油膜11达到检测目的)中，对二维角度调整台3进行必要的俯仰及偏摆角度的调整，以调整实现超声波换能器1的空间姿态，从而获得较高的超声波反射率。

超声波换能器1既是超声波的发出装置，又是超声波的接收装置，超声波信号发生及接收模块10释放激励信号激发超声波换能器1产生超声波，将超声波传递到油膜11(即待检测物体)；同时超声波换能器1收集油膜11内反射回来的超声波，并将其传递至超声波信号发生及接收模块10并进行相应的数据处理，从而得到油膜厚度的测量结果。

如图1、图4及图5所示，在油膜厚度的测量过程中，超声波换能器1的头部浸入水12中，使超声波依次沿着图1所示的四种介质(由上至下依次为水12、上溜板8-2、油膜11、下溜板8-4)进行传播，相邻接触的两种介质之间形成接触界面，上述四种介质之间形成三个界面，界面一13对应水12和上溜板8-2的接触界面，界面二14对应上溜板8-2和油膜11的接触界面，界面三15对应油膜11和下溜板8-4的接触界面。水作为耦合剂使用，其作用是用来排除超声波换能器1和被测物体(油膜11)之间的空气，使超声波能有效地穿入油膜11达到检测目的。

超声波在界面处的反射及投射原理如图2所示，当超声波t0垂直入射到界面一13时，一部分超声波透过界面一13进入上溜板8-2，成为透射波t1；另一部分超声波则被界面一13反射回来，成为反射波r1。透射波t1进入上溜板8-2后继续向前传播，当透射波t1到达界面二14时，再次发生反射与透射，其反射波r2在上溜板8-2中传播并经由界面一13传播到水12中，其透射波t2进入油膜11介质中进行传播。透射波t2进入油膜11后继续向前传播，当透射波t2到达界面三15时，再次发生反射与透射，其反射波r3经由油膜11、界面二14、上溜板8-2、界面一13传播到水12中。

超声波换能器1能够接收到经过界面一13的反射波r1、r2、r3，并传输到超声波信号发生及接收模块10进行数据处理，根据反射波r2、r3的相关信息，油膜厚度由公式计算得到，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。