[發明專利]一種采用多棱鏡折轉光路的3D接觸角測試裝置和方法

有效

• 申請號: 201710951206.6
• 申請日: 2017-10-13
• 公開（公告）號: CN107607445B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 施建輝
• 申請（專利權）人: 上海梭倫信息科技有限公司
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種采用多棱鏡折轉光路的3D接觸角測試裝置和方法，屬于接觸角測量裝置技術領域。包括安裝了背景光源的電氣控制箱、底板、第一垂直向連接板、橫向連接板、第二垂直向連接板、步進電機控制的光學旋轉平臺、調整平臺組件、注射系統、支架、攝像機和與攝像機配合使用的顯微鏡，還包括多棱鏡3D接觸角鏡頭，所述多棱鏡3D接觸角鏡頭包括安裝座、安裝架、若干第一直角棱鏡和第二直角棱鏡，所述注射系統通過翻轉支架與支架轉動連接。本發明實現了同步、快速測試3D接觸角的目的，大大提升了接觸角測試的精度，并通過AOI技術，將各液滴輪廓用ADSA?RealDrop算法得到3D接觸角值。

技術領域

本發明涉及一種采用多棱鏡折轉光路的3D接觸角測試裝置和方法，屬于接觸角測量裝置技術領域。

背景技術

液-液界面張力、液-氣表面張力以及固-液接觸角值等基本指標是表征物質物理化學性質的基本參數。接觸角是指在固體水平平面上滴上一小滴液滴，固體表面上的固－液－氣三相交界點處，其氣-液界面和固-液界面兩切線把液相夾在其中時所形成的角度。接觸角值是一個由材料本身固有性質、化學異構性、表面物理結構、表面清潔度等各種因素綜合決定的一個指標。由于材料化學各向異性和表面粗糙等原因，往往導致接觸角在材料表面形成滯后，體現為左右接觸角值不一致或完全不同，形成非軸對稱液滴。事實上，大多數液滴形成的接觸角輪廓均為非軸對稱的，目前的平面單視角條件下接觸角的測值具有隨機性和偶然性，無法保證測值結果的高重復性和精確度。

在本公司申請的專利專利號 201510225605.5《一種3D接觸角的測試裝置和測試方法》和專利號 201520285650.5《一種3D接觸角的測試裝置》的技術方案中，本公司提出了一種基于樣品臺水平旋轉而實現多視角條件下觀察同一液滴多個圖像的接觸角值的3D接觸角測試裝置和相應的接觸角測試方法，以上的裝置的測量原理為：裝置由垂直和水平旋轉的樣品臺系統組成，采用渦輪蝸桿結構的精密光學旋轉平臺控制著鏡頭、攝像機與樣品臺抑制沿垂直向旋轉，采用光學旋轉平臺控制樣品臺沿水平向360度旋轉，在轉動過程中攝像機拍攝出多張不同角度的照片，再計算出接觸角。

通過后續的使用，我們發現上述裝置存在如下缺陷：（1）測試時，液滴隨著樣品臺做水平旋轉，由于水平轉動的離心力影響使液滴的輪廓發生改變，使接觸角測量出現偏差；（2）注射系統固定在樣品臺的上方，在進行垂直旋轉時，為避免樣品臺與注射系統碰撞，最大偏轉角度僅為98度，無法全面、準確的測量出液滴多視角的接觸角；（3）測試時，必須使液滴保持在水平旋轉結構的中心，否則液滴容易在成像時左右擺動，實際操作困難，且觀測多視角條件下的液滴圖像時，水平轉動360度需要一定的時間，而這段時間內若出現液滴揮發、吸水，導致測量結果不準確，不同圖像的同步性差。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于：提供一種采用多棱鏡折轉光路的3D接觸角測試裝置和測測試方法，它解決了目前的接觸角測量裝置測量不準確、操作復雜、無法全面準確的測量液滴多視角條件下接觸角以及不同圖像之間同步性差的問題。

本發明所要解決的技術問題采取以下技術方案來實現：

一種采用多棱鏡折轉光路的3D接觸角測試裝置，包括安裝了背景光源的電氣控制箱、底板、第一垂直向連接板、橫向連接板、第二垂直向連接板、步進電機控制的光學旋轉平臺、調整平臺組件、注射系統、支架、攝像機和與攝像機配合使用的顯微鏡，還包括多棱鏡3D接觸角鏡頭，所述多棱鏡3D接觸角鏡頭包括安裝座、安裝架、若干第一直角棱鏡和第二直角棱鏡，第一直角棱鏡的大小小于第二直角棱鏡，安裝座中心設有圓形通孔，第一直角棱鏡呈圓形分布、均勻設置在安裝座的通孔內，第二直角棱鏡設置在第一直角棱鏡上方與第一直角棱鏡形成光路折轉結構，安裝座與安裝架固定，安裝架與第一垂直向連接板固定，所述注射系統通過翻轉支架與支架轉動連接。