本发明公开了一种能够实时监测活塞环‑缸套摩擦副边界膜厚度的测量装置，包括安装在支撑台架上的导轨，导轨上面安装往复运动装置；支撑台架上的止点附近安装带有刻度尺的机械臂支架，机械臂支架上安装带有刻度尺的机械臂，机械臂与原子力显微镜连接，原子探针连接在原子力显微镜的下面；油盒通过弹性固定装置安装在往复运动装置上面；油盒内的底部设置有加热装置和温度传感器，油盒内安装有固定缸套试件的夹具；施加载荷机构安装在支撑台架上，并与位于缸套试件上方的活塞环连接。本发明通过机械臂的控制，能够使得原子力显微镜对缸套上止点某一固定位置上的边界膜进行实时监测，操作简单，且精度较高。