[實用新型]一種采用多棱鏡折轉(zhuǎn)光路的3D接觸角測試裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201721317403.4
• 申請日: 2017-10-13
• 公開（公告）號: CN207300808U
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 施建輝
• 申請（專利權(quán)）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

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種采用多棱鏡折轉(zhuǎn)光路的3D接觸角測試裝置，屬于接觸角測量裝置技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

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(biāo)是表征物質(zhì)物理化學(xué)性質(zhì)的基本參數(shù)。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(zhì)、化學(xué)異構(gòu)性、表面物理結(jié)構(gòu)、表面清潔度等各種因素綜合決定的一個指標(biāo)。由于材料化學(xué)各向異性和表面粗糙等原因，往往導(dǎo)致接觸角在材料表面形成滯后，體現(xiàn)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(shù)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(jié)果的高重復(fù)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(shù)方案中，本公司提出了一種基于樣品臺水平旋轉(zhuǎn)而實現(xiàn)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(yīng)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(zhuǎn)的樣品臺系統(tǒng)組成，采用渦輪蝸桿結(jié)構(gòu)的精密光學(xué)旋轉(zhuǎn)平臺控制著鏡頭、攝像機與樣品臺抑制沿垂直向旋轉(zhuǎn)，采用光學(xué)旋轉(zhuǎn)平臺控制樣品臺沿水平向360度旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)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(xù)的使用，我們發(fā)現(xiàn)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(zhuǎn)，由于水平轉(zhuǎn)動的離心力影響使液滴的輪廓發(fā)生改變，使接觸角測量出現(xiàn)偏差；（2）注射系統(tǒng)固定在樣品臺的上方，在進行垂直旋轉(zhuǎn)時，為避免樣品臺與注射系統(tǒng)碰撞，最大偏轉(zhuǎn)角度僅為98度，無法全面、準(zhǔn)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(zhuǎn)結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)動360度需要一定的時間，而這段時間內(nèi)若出現(xiàn)液滴揮發(fā)、吸水，導(dǎo)致測量結(jié)果不準(zhǔn)確，不同圖像的同步性差。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于：提供一種采用多棱鏡折轉(zhuǎn)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(zhǔn)確、操作復(fù)雜、無法全面準(zhǔn)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。

本實用新型所要解決的技術(shù)問題采取以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種采用多棱鏡折轉(zhuǎn)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(xué)旋轉(zhuǎn)平臺、調(diào)整平臺組件、注射系統(tǒng)、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(shè)有圓形通孔，第一直角棱鏡呈圓形分布、均勻設(shè)置在安裝座的通孔內(nèi)，第二直角棱鏡設(shè)置在第一直角棱鏡上方與第一直角棱鏡形成光路折轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，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(tǒng)通過翻轉(zhuǎn)支架與支架轉(zhuǎn)動連接。

通過采用上述技術(shù)方案，調(diào)整平臺組件使液滴位于安裝座的通孔內(nèi)，基于多棱鏡3D接觸角鏡頭所組成的光路折轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，通過將多個第一直角棱鏡圍繞一個直徑在攝像機視野范圍內(nèi)的圓均勻分布，再將光路折轉(zhuǎn)至第二直角棱鏡，形成多角度觀測的折轉(zhuǎn)光路的3D接觸角鏡頭，在一次成像時即可展示出不同視角條件下的接觸角；注射系統(tǒng)通過翻轉(zhuǎn)支架與支架轉(zhuǎn)動連接，注射液滴后，將注射系統(tǒng)整體轉(zhuǎn)動后離開調(diào)整平臺組件的垂直轉(zhuǎn)動范圍，從而不會發(fā)生碰撞，使調(diào)整平臺組件的樣品條能夠?qū)崿F(xiàn)360度垂直旋轉(zhuǎn)，為形成更為復(fù)雜的3D接觸角形貌、粘附力測試等提供了可能。

作為優(yōu)選實例，所述調(diào)整平臺組件由X向光學(xué)平移臺、Y向光學(xué)平移臺、Z向光學(xué)平移臺和微分頭控制的二維水平調(diào)整樣品臺組成。

通過采用上述技術(shù)方案，二維水平調(diào)整樣品臺的水平度位置可調(diào)整，且不進行水平旋轉(zhuǎn)，避免水平旋轉(zhuǎn)對液滴輪廓的影響。