TW201533426A - 楔型面接觸之油膜厚度分析裝置 - Google Patents

楔型面接觸之油膜厚度分析裝置 Download PDF

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Feng Guo
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Abstract

本發明係有關一種楔型面接觸之油膜厚度分析裝置，其包括一機台、一旋轉工作台、一導體滑塊、一施力部及一量測組件。機台具有工作孔；旋轉工作台樞設於工作孔。施力部連結並使導體滑塊與旋轉工作台之間概呈傾斜；且使導體滑塊經旋轉工作台上之油膜，對旋轉工作台加壓。量測組件用以擷取旋轉工作台及導體滑塊間之接觸電阻值。當控制轉盤之轉速變慢與慢快，係使油膜之厚度分別變薄與變厚，進而使接觸電阻值分別變小與變大；並當控制加壓力之變小與變大，係使油膜之厚度分別變厚與變薄，而使接觸電阻值分別變大與變小。故，本案兼具不透光材質亦可進行油膜厚度之分析量測，與可增設光學組件而能擴大適用於市面透光材質之油膜厚度分析量測等優點。

Description

楔型面接觸之油膜厚度分析裝置
本發明係有關一種楔型面接觸之油膜厚度分析裝置，尤指一種兼具不透光材質亦可進行油膜厚度之分析量測，與可增設光學組件而能擴大適用於市面透光材質之油膜厚度分析量測之楔型面接觸之油膜厚度分析裝置。
磨潤是一項研究界面性能表現跨領域的科技，是精密機械、電子、光電、化工、建築、環保、微機電、能源等等各零件(軸承、軸封、凸輪、齒輪、滾珠螺桿、滑軌、研磨、切削、塗層、輸送、機械手臂、人工關節、人工眼球、醫學檢測光碟、、、等)之解決摩擦、磨損、潤滑相關問題的技術與方法。可見磨潤儀器之應用場合廣泛且跨產業。
任何元件如何控制在史崔拜克圖(業界公知)的最佳設計區，則能穩定且有效率的運轉，此為相關裝置之性能與壽命的重要關鍵，亦即磨潤儀器設計製造之緣由。
關於相關現有技術，茲簡要說明如下：1962年柯爾克(Kirk)等人首次將光干涉法應用於彈液動潤滑試驗研究中，成功的量測出彈液動潤滑油膜的形狀。
1968年富爾德(Foord)等人在玻璃面鍍上透明反射鉻薄膜，使光干涉條紋更加清晰。
1987年斯拜克(Spikes)和高(Gao)等人採用光學性質與潤滑油膜相近的Al2O3在玻璃表面鍍上薄膜，以薄膜厚度替代了一部分油膜厚度，使光干涉法能夠量測的油膜厚度更小，但另外產生鍍膜不易，且量測誤差大的問題。
2007年KH儲、RP格羅夫尼亞及斯拜克三人(J.H.Choo,R.P.Glovnea,Spikies)利用點與線的接觸做油膜厚度的量測，但是兩接觸平面的平行度問題與傾角角度問題，使得量測範圍受到局限。
亦即，目前裝置都只能以透光材質配合光學量測裝置量測油膜厚度，且鍍膜不易，且，量測誤差大。
目前尚無以不透光材料配合量測接觸電阻值算出油膜厚度之裝置。
有鑑於此，必需研發出可解決上述習用缺點之技術。
本發明之目的，在於提供一種楔型面接觸之油膜厚度分析裝置，其兼具不透光材質亦可進行油膜厚度之分析量測，與可增設光學組件而能擴大適用於市面透光材質之油膜厚度分析量測等優點。特別是，本發明所欲解決之問題係在於目前尚無以不透光材料配合量測接觸電阻值算出油膜厚度之裝置等問題。
解決上述問題之技術手段係提供一種楔型面接觸之油膜厚度分析裝置，其包括：一機台，係設有一工作孔；一旋轉工作台，係樞設於該工作孔上，該旋轉工作台包括一 固定部及一驅動組件；該固定部係設一轉盤，該轉盤包括一基板及一鍍於該基板上之導體膜，該導體膜上用以設置一油膜，該驅動組件係用以驅動該轉盤旋轉；一導體滑塊，係設於該機台上；一施力部，係設於該機台上，用以固定並使該導體滑塊與該轉盤之間具有一傾斜角；且使該導體滑塊可經該油膜，朝該轉盤施加一工作力；一量測組件，係電性連結該轉盤及該導體滑塊，而即時擷取其間之接觸電阻值；一中央裝置，係電性連結該驅動組件及該量測組件，用以擷取該接觸電阻值；藉此，當控制該轉盤之轉速變慢與慢快，係使該油膜之厚度分別變薄與變厚，進而使該接觸電阻值分別變小與變大；並當控制該工作力之變小與變大，係使該油膜之厚度分別變厚與變薄，而使該接觸電阻值分別變大與變小。
本發明之上述目的與優點，不難從下述所選用實施例之詳細說明與附圖中，獲得深入瞭解。
茲以下列實施例並配合圖式詳細說明本發明於後：
10‧‧‧機台
11‧‧‧工作孔
20‧‧‧旋轉工作台
21‧‧‧固定部
211‧‧‧轉盤
21A‧‧‧基板
21B‧‧‧導體膜
22‧‧‧驅動組件
221‧‧‧動力部
222‧‧‧傳動結構
30‧‧‧導體滑塊
40‧‧‧施力部
41‧‧‧施力臂
411‧‧‧樞接端
412‧‧‧固定端
42‧‧‧固定座
43‧‧‧調整桿
50‧‧‧量測組件
51‧‧‧正極部
52‧‧‧負極部
53‧‧‧對外連結部
60‧‧‧中央裝置
61‧‧‧顯示裝置
70‧‧‧光學組件
71‧‧‧單色光源產生部
711‧‧‧單色光束
72‧‧‧影像擷取裝置
721‧‧‧工作影像
91‧‧‧油膜
θ‧‧‧傾斜角
F‧‧‧工作力
L1‧‧‧第一曲線
L2‧‧‧第二曲線
L3‧‧‧第三曲線
L4‧‧‧第四曲線
θ 1‧‧‧第一角度
第一圖係本發明之第一實施例之分解示意圖
第二圖係第一圖之部分結構之示意圖
第三圖係本發明之轉盤轉速-油膜厚度-接觸電阻值之對應關係之曲線圖
第四圖係本發明之工作力-油膜厚度-接觸電阻值之對應關係之曲線圖
第五圖係本發明之第二實施例之分解示意圖
第六圖係第五圖之部分結構之示意圖
第七圖係第六圖之局部放大之示意圖
參閱第一、第二及第七圖，本發明係為一種楔型面接觸之油膜厚度分析裝置，其包括：一機台10，係設有一工作孔11；一旋轉工作台20，係樞設於該工作孔11上，該旋轉工作台20包括一固定部21及一驅動組件22；該固定部21係設一轉盤211，該轉盤211包括一基板21A及一鍍於該基板21A上之導體膜21B，該導體膜21B上用以設置一油膜91，該驅動組件22係用以驅動該轉盤211旋轉；一導體滑塊30，係設於該機台10上；一施力部40，係設於該機台10上，用以固定並使該導體滑塊30與該轉盤211之間具有一傾斜角θ；且使該導體滑塊30可經該油膜91，朝該轉盤211施加一工作力F；一量測組件50，係電性連結該轉盤211及該導體滑塊30，而即時擷取其間之接觸電阻值；一中央裝置60，係電性連結該驅動組件22及該量測組件50，用以擷取該接觸電阻值；藉此，當控制該轉盤211之轉速變慢與慢快(參閱第三圖)， 係使該油膜91之厚度分別變薄與變厚，進而使該接觸電阻值分別變小與變大；並當控制該工作力F之變小與變大(參閱第四圖)，係使該油膜91之厚度分別變厚與變薄，而使該接觸電阻值分別變大與變小。
實務上，於本發明之第一實施例中：該固定部21可為軸承結構，並介於該工作孔11與該轉盤211之間，並受該驅動組件22傳動，而驅動該轉盤211旋轉。
該基板21A可為石英玻璃盤。
該導體膜21B可包括二氧化矽(SiO 2)鍍膜與鉻(Chromium，英文簡稱Cr)鍍膜。二氧化矽(SiO 2)鍍膜係介於該基板21A與鉻鍍膜之間。
該驅動組件22係包括：一動力部221，係電性連結該中央裝置60；一傳動結構222，係連結於該動力部221與該固定部21之間，用以輸出該動力部221之動力，而傳動該固定部21。
該導體滑塊30可為製作軸承之鋼結構。
該施力部40係包括：一施力臂41，係具有一樞接端411及一固定端412；該樞接端411係樞接於該機台10；該固定端312係對應該工作孔11；一固定座42，係用以固定該導體滑塊30；複數個調整桿43，係分別連結於該固定端412與該固定座42之間，用以調整該固定座42與該轉盤211間之該傾斜角θ。
該每一調整桿43可為微調螺桿。
該量測組件50係包括一正極部51、一負極部52及一對外連結 部53，該正極部51係保持電性接觸該轉盤211；該負極部52係電性連結該導體滑塊30，使該量測組件50可即時量測接觸電阻值；該對外連結部53係電性連結該中央裝置60，用以輸出接觸電阻值。
關於第一實施例之使用方式，係如下所述：參閱第二圖，啟動該動力部221，該動力部221經該傳動結構222傳動該轉盤211轉動，參閱第三圖，關於轉盤轉速-油膜厚度-接觸電阻值之對應關係為：該轉盤211之轉速從大約10mm/s(慢速)提高至大約50mm/s(快速)。
該油膜91之油膜厚度從大約625nm增厚至大約2000nm(如第一曲線L1所示)。
而接觸電阻值則從大約7.5Ω提高至大約25Ω(如第二曲線L2所示)。
亦即，在工作力F不變的情況下，轉速愈快，則油膜厚度愈厚，相對接觸電阻值愈大。
當然，關於轉速與油膜厚度之對應關係，可以機械、電子或是光學方式預先取得相關資料，再與接觸電阻對應即可。
另外，當對該施力臂41下壓施力(例如置放砝碼)，係經該導體滑塊30、該油膜91而對轉盤211施加工作力F，關於工作力-油膜厚度-接觸電阻值之對應關係係如第四圖所示：當工作力F從大約2(Kpa)增加至大約12(Kpa)。
該油膜91之油膜厚度從大約2000nm變薄至大約1100nm(如第 三曲線L3所示)。
而接觸電阻值則從大約18Ω降至大約12Ω(如第四曲線L4所示)。
亦即，在轉速不變的情況下，工作力F愈大，則油膜厚度愈薄，相對接觸電阻值愈低。
同樣的，關於轉速與油膜厚度之對應關係，可以機械、電子或是光學方式預先取得相關資料，再與接觸電阻對應即可。
該中央裝置60又包括一顯示裝置61，用以顯示所擷取之相關數據(例如顯示曲線圖)。
參閱第五及第六圖，係本發明之第二實施例，其與第一實施之差異處，僅在於：該導體膜21B鍍於該基板21A上後，該轉盤211概呈透光結構。
該導體滑塊30係經研磨，而具有120~170nm之粗糙度，且；又包括：一光學組件70，係具有一單色光源產生部71及一影像擷取裝置72；該單色光源產生部71係產生一單色光束711，其由下往上以一第一角度θ 1穿透該轉盤211，並透過該油膜91而抵達該導體滑塊30後，再向下反射回該光學組件70中，其間產生光學干涉現象而使得該影像擷取裝置72能擷取到一工作影像721，該工作影像721中係包含光學干涉圖像；藉此，利用該光學干涉圖像之變化，而配合等厚干涉理論運算油膜厚度；控制該轉盤211之轉速變慢與變快，係分別使油膜91之厚度變 薄與變厚，且分別使接觸電阻變小與變大，該光學干涉圖像係隨之變化，並當油膜厚度達到奈米單位時，該光學干涉圖像仍概呈清晰。
本發明之優點及功效係如下所述：
[1]不透光材質亦可進行油膜厚度之分析量測。本發明可於轉盤上鍍設一導體膜，進而量測導體膜與導體滑塊間之接觸電阻值的變化，即可反推出油膜厚度。故。可以不透光材質分析量測油膜厚度。
[2]可增設光學組件而能擴大適用於市面透光材質之油膜厚度分析量測。本發明只是在市面透光材質轉盤(石英玻璃盤)上加鍍一導體膜，即可量測接觸電阻值，並不需要另外開發專用裝置，且原有光學式油膜厚度分析功能仍可正常使用。故，可直接應用於市面透光材質分析量測油膜厚度。
以上僅是藉由較佳實施例詳細說明本發明，對於該實施例所做的任何簡單修改與變化，皆不脫離本發明之精神與範圍。
10‧‧‧機台
11‧‧‧工作孔
20‧‧‧旋轉工作台
21‧‧‧固定部
211‧‧‧轉盤
21A‧‧‧基板
21B‧‧‧導體膜
22‧‧‧驅動組件
221‧‧‧動力部
222‧‧‧傳動結構
30‧‧‧導體滑塊
40‧‧‧施力部
41‧‧‧施力臂
411‧‧‧樞接端
412‧‧‧固定端
42‧‧‧固定座
43‧‧‧調整桿
50‧‧‧量測組件
51‧‧‧正極部
52‧‧‧負極部
53‧‧‧對外連結部
60‧‧‧中央裝置
61‧‧‧顯示裝置
91‧‧‧油膜
θ‧‧‧傾斜角
F‧‧‧工作力

Claims (9)

  1. 一種楔型面接觸之油膜厚度分析裝置，係包括：一機台，係設有一工作孔；一旋轉工作台，係樞設於該工作孔上，該旋轉工作台包括一固定部及一驅動組件；該固定部係設一轉盤，該轉盤包括一基板及一鍍於該基板上之導體膜，該導體膜上用以設置一油膜，該驅動組件係用以驅動該轉盤旋轉；一導體滑塊，係設於該機台上；一施力部，係設於該機台上，用以固定並使該導體滑塊與該轉盤之間具有一傾斜角；且使該導體滑塊可經該油膜，朝該轉盤施加一工作力；一量測組件，係電性連結該轉盤及該導體滑塊，而即時擷取其間之接觸電阻值；一中央裝置，係電性連結該驅動組件及該量測組件，用以擷取該接觸電阻值；藉此，當控制該轉盤之轉速變慢與慢快，係使該油膜之厚度分別變薄與變厚，進而使該接觸電阻值分別變小與變大；並當控制該工作力之變小與變大，係使該油膜之厚度分別變厚與變薄，而使該接觸電阻值分別變大與變小。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之楔型面接觸之油膜厚度分析裝置，其中，該固定部係為軸承結構，並介於該工作孔與該轉盤之間，並受該驅動組件傳動，而驅動該轉盤旋轉。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之楔型面接觸之油膜厚度分析裝置，其中，該基板係為石英玻璃盤。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之楔型面接觸之油膜厚度分析裝置，其中：該導體膜係包括二氧化矽鍍膜與鉻鍍膜；該二氧化矽鍍膜係介於該基板與鉻鍍膜之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之楔型面接觸之油膜厚度分析裝置，其中，該驅動組件係包括：一動力部，係電性連結該中央裝置；一傳動結構，係連結於該動力部與該固定部之間，用以輸出該動力部之動力，而傳動該固定部。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之楔型面接觸之油膜厚度分析裝置，其中，該導體滑塊係為製作軸承之鋼結構。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之楔型面接觸之油膜厚度分析裝置，其中，該施力部係包括：一施力臂，係具有一樞接端及一固定端；該樞接端係樞接於該機台；該固定端係對應該工作孔；一固定座，係用以固定該導體滑塊；複數個調整桿，係分別連結於該固定端與該固定座之間，用以調整該固定座與該轉盤間之該傾斜角。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之楔型面接觸之油膜厚度分析裝置，其中，該量測組件係包括一正極部、一負極部及一對外連結部，該正極部係保持電性接觸該轉盤；該負極部係電性連結該導體滑塊，使該量測組件可 即時量測接觸電阻值；該對外連結部係電性連結該中央裝置，用以輸出接觸電阻值。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之楔型面接觸之油膜厚度分析裝置，其中：該導體膜鍍於該基板上後，該轉盤概呈透光結構；該導體滑塊係經研磨，而具有120~170nm之粗糙度，且；又包括：一光學組件，係具有一單色光源產生部及一影像擷取裝置；該單色光源產生部係產生一單色光束，其由下往上以一第一角度穿透該轉盤，並透過該油膜而抵達該導體滑塊後，再向下反射回該光學組件中，其間產生光學干涉現象而使得該影像擷取裝置能擷取到一工作影像，該工作影像中係包含光學干涉圖像；藉此，利用該光學干涉圖像之變化，而配合等厚干涉理論運算油膜厚度；控制該轉盤之轉速變慢與變快，係分別使油膜之厚度變薄與變厚，且分別使接觸電阻變小與變大，該光學干涉圖像係隨之變化，並當油膜厚度達到奈米單位時，該光學干涉圖像仍概呈清晰。
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