CN106596345A - 一种水滴角测量试验台及其测量方法 - Google Patents

一种水滴角测量试验台及其测量方法 Download PDF

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傅惠南
黄辰阳
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Abstract

本发明公开了一种曲线拟合微分法测量水滴角的试验台，主要组成包括：支撑装置、垂直移动装置、水平移动装置和拍摄装置。测量方法为移动载物台调整测试物与光源、摄像机位置，向下移动针管滴定管且滴入液体，拍摄图片，再用曲线拟合微分法测出接触角。本方案提供的装置可在液体滴定前调整测试物位置，避免液体因移动产生测量误差，提高测量精度。

Description

一种水滴角测量试验台及其测量方法
技术领域
本发明涉及水滴角测量技术领域，尤其涉及一种曲线拟合微分法测量水滴角的实验装置。
背景技术
水滴角是指在固、液、气三相交界面处，气-液相界面与固-液相界面之间的夹角。水滴角是显示固体表面湿度的尺度，利用大部分固着物液滴进行滴定。水滴角测量仪的作用主要是用来测试物体表面的接触角度，通过角度值来分析判定物体表面的附着力、粘接性、疏水性、洁净度等重要指标，主要用在手机玻璃镀膜疏水性测试、相机镜头防指纹镀膜喷涂、LED电子元件绑定前洁净度分析、防水防腐材料研发生产等行业中。现阶段已有的水滴角测试仪的测试方法有座滴法、悬滴法、薄膜法、视觉测量法等，其测量精度只有±0.1，在某些研究材料表面特性的科研机构和高校中，现阶段已有的测试仪的测量精度远远不够。
因此，设计一种结构紧凑、操作简单且能提高测量精度的测量装置是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种结构紧凑、操作方便，且能提高测量精度的水滴角测量装置。
本发明采用的测量方法是曲线拟合微分法：用工业相机拍摄液滴在测量物上的图片，再用计算机软件提取液滴表面轮廓，再拟合出液滴表面曲线函数，再微分求出切线斜率，最后计算出角度。根据数值分析理论知识可设曲线函数为：
其导函数为：
某点的导数为：
该点的切线斜率为即所求接触角θ＝arctan(a1+2x0a2+…+mamx0 m-1)
所述a0、a1、a2…am为拟合出的曲线函数常量，x0为液滴轮廓曲线与测试物的交点横坐标，x0可由软件算出。
所述a0、a1、a2…am为拟合出的曲线函数常量，x0为液滴轮廓曲线与测试物的交点横坐标，x0可由软件算出。
本发明所采用的装置，包括：
支撑装置，包括底座支脚、水平工作台、垂直于水平工作台的立柱；
垂直移动装置，包括齿轮、连与齿轮的旋钮、固定齿轮的支架、齿条、固定齿条的滑轮、固定滑轮的支架、保护齿轮齿条的保护壳、连接在齿条中部的水平横杆、针管滴定管套筒、针管滴定管；
水平移动装置，包括第一直线滑道、第一直线滑道平台、支撑第一直线滑道平台的滑轮、第二直线滑道、第二直线滑道平台、支撑第二直线滑道的滑轮、载物平台；
拍摄装置，包括光源、摄像机支架、摄像机。
优选地，在上述水滴角测量装置中，所述旋钮与齿轮支架相连，齿轮支架用于固定齿轮，旋钮可通过旋转方向控制齿轮转向；
优选地，在上述水滴角测量装置中，所述齿条啮合与齿轮，齿条另一侧开有滑道，用于齿条的移动，所述滑道有滑轮，滑轮可固定齿条的水平位置，滑轮安装在滑轮支架上，滑轮支架连接在立柱上；
优选地，在上述水滴角测量装置中，所述齿轮及齿条的外部装有保护壳，齿条的另一侧中部连接有水平横杆，水平横杆上装有可水平移动的针管滴定管套筒，针管滴定管套筒装有针管滴定管；
优选地，在上述水滴角测量装置中，所述第二直线滑道位于第一直线滑道平台上，第一直线滑道与第二直线滑道平行于水平工作台，且第一直线滑道与第二直线滑道相互垂直。
优选地，在上述水滴角测量装置中，所述光源位于载物台的左侧，光源的安装高度应该高于载物台2-5cm，摄像机支架位于载物台的右侧，摄像机安装与摄像机支架上，摄像机应与载物台同高。
使用本发明提供的水滴角测量装置进行测量时，先用第一直线滑道和第二直线滑道移动载物台，使载物台上的测试物与光源、摄像机位于同一水平面且同一直线上，往针管滴定管装入测试液体，转动旋钮使齿轮带动齿条及水平横杆向下移动，当针管滴定管接近测试物且位于其正上方时滴入测试液体，然后反转旋钮使针管滴定管离开测试物，再用摄像机拍摄下此时液体在测试物表面的接触图片，根据拍摄到的图片，利用计算机算出接触角。
可见，本发明提供的水滴角测量装置用支撑装置、垂直移动装置、水平移动装置和拍摄装置实现了对水滴角方便有效的测量，该装置结构紧凑，操作简单且有效地提高了测量精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明具体实施例中的水滴角测试装置正视图；
图2为图1中水滴角测量装置A-A部位的局部放大图；
图3为图1中水滴角测量装置A-A向剖视图；
图4为图1中水滴角测量装置B-B向剖视图。
图1至图4中：
1-水平工作台、2-立柱、3-滑轮支架、31-滑轮、4-齿轮、41-齿轮支架、42-旋钮、43-滚动轴承、5-齿条、51-保护壳、52-水平横杆、6-针管滴定管、61-针管滴定管套筒、7-载物台、71-第二直线滑道平台、72-第二直线滑道、73-第一直线滑道平台、74-滑轮、75-第一直线滑道、8-摄像机、81-摄像机支架、9-光源。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参照图1至图4，图1为本发明具体实施例中的水滴角测量装置的正视图、图2为图1中水滴角测量装置A-A部位的局部放大图，图3为图1中水滴角测量装置A-A向剖视图，图4为图1中水滴角测量装置B-B向剖视图。
在一种具体实施例方案中，本发明提供了一种水滴角测量装置，该水滴角测量装置包括以下几部分：支撑装置、垂直移动装置、水平移动装置和拍摄装置，下面对这几部分进行详细介绍。
支撑装置，包括水平工作台1、立柱2，所述立柱2垂直立于水平工作台1的左侧；
垂直移动装置，包括齿轮4、旋钮42、齿轮支架41、齿条5、滑轮31、滑轮支架3、保护壳51、水平横杆52、针管滴定管套筒62、针管滴定管61，所述旋钮42与齿轮支架41相连，齿轮支架41用于固定齿轮，旋钮42可通过旋转方向控制齿轮4转向，所述齿条5啮合与齿轮4，齿条5另一侧开有滑道，用于齿条5的移动，所述滑道有滑轮31，滑轮31可固定齿条5的水平位置，滑轮31安装在滑轮支架3上，滑轮支架3连接在立柱2上，齿轮4及齿条5的外部装有保护壳51，齿条5的另一侧中部连接有水平横杆52，水平横杆上装有可水平移动的针管滴定管套筒61，针管滴定管套筒装有针管滴定管6；
水平移动装置，包括第一直线滑道75、第一直线滑道平台73、支撑第一直线滑道平台的滑轮74、第二直线滑道平台71、第二直线滑道72、载物台7，所述第二直线滑道72位于第一直线滑道平台73上，第一直线滑道75与第二直线滑道72平行于水平工作台1，且第一直线滑道75与第二直线滑道72相互垂直。
拍摄装置，包括光源9、摄像机支架81、摄像机8，所述光源9位于载物台7的左侧，摄像机支架81位于载物台7的右侧，摄像机8安装与摄像机支架81上。
本方案提供的水滴角测量装置的具体工作过程如下：
1)、将工作台1置于水平测试台，检查测试装置各部件稳定性，调整垂直移动装置和水平移动装置的灵敏性，使其能够达到工作要求；
2)、移动第一直线滑道平台73，使载物台7位于针管滴定管6下方，再移动第二直线滑道平台71，使载物台7与摄像机8位于同一直线，将测试物放在载物台7上；
3)、水平微调横杆52上的针管滴定管套筒61，使针管滴定管61垂直位于载物台7上的测试物正上方，转动旋钮42，使齿轮4带动齿条5向下移动，水平横杆52随着向下移动，使针管滴定管6接近测试物；
4)、将液体从针管滴定管6滴入测试物，待液体稳定滴落后反转旋钮42，使针管滴定管6向上远离载物台7；
5)、用摄像机8拍摄液体在测试物上的图片，将图片信息传入计算机，再用计算机算出液体接触角。

Claims (4)

1.一种曲线拟合微分法测量水滴角的试验台，包括：
支撑装置，主要由水平工作台(1)、立柱(2)组成，所述立柱(2)垂直立于水平工作台(1)的左侧；
垂直移动装置，主要由齿轮(4)、旋钮(42)、齿轮支架(41)、齿条(5)、滑轮(31)、滑轮支架(3)、保护壳(51)、水平横杆(52)、针管滴定管套筒(61)、针管滴定管(6)组成；
水平移动装置，主要由第一直线滑道(75)、第一直线滑道平台(73)、支撑第一直线滑道平台的滑轮(74)、第二直线滑道平台(71)、第二直线滑道(72)、载物台(7)组成；
拍摄装置，主要由光源(9)、摄像机支架(81)、摄像机(8)组成；
其特征在于所述试验台采用机器视觉方法，通过拟合水滴轮廓曲线函数并采用微分法计算水滴角，设计具有齿轮齿条啮合结构的垂直移动装置用于液体滴定，设计由第一直线滑道和第二直线滑道构成的水平移动装置进行水滴图像定位和聚焦。
2.根据权利要求书1所述的水滴角测量试验台，旋钮(42)与齿轮支架(41)相连，齿轮支架(41)用于固定齿轮，旋钮(42)可通过旋转控制齿轮(4)的转向，所述齿轮(4)啮合于齿条(5)，齿条(5)另一侧开有滑道，用于齿条(5)的移动，所述滑道有滑轮(31)，滑轮(31)可固定齿条(5)的水平位置，滑轮(31)安装在滑轮支架(3)上，滑轮支架(3)连接在立柱(2)上，齿轮(4)及齿条(5)的外部装有保护壳(51)，齿条(5)的另一侧中部连接有水平横杆(52)，水平横杆(52)装有可水平移动的针管滴定管套筒(61)，针管滴定管套筒(61)装有针管滴定管(6)。
其特征在于所述试验台的垂直移动装置由齿轮齿条控制水平横杆上下移动进行液体滴定。
3.根据权利要求书1所述的水滴角测量试验台，其特征在于，所述第二直线滑道(72)位于第一直线滑道平台(73)上，第一直线滑道(75)与第二直线滑道(72)平行于水平工作台(1)，且第一直线滑道(75)与第二直线滑道(72)相互垂直。
4.根据权利要求书1所述的水滴角测量试验台，其特征在于，所述光源(9)位于载物台(7)的左侧3cm处，光源(9)高于载物台(7)2-5cm，摄像机支架(81)位于载物台(7)的右侧5cm处，摄像机(8)安装在摄像机支架(81)上，摄像机(8)应与载物台(7)同高。
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