DE10022503B4 - Device for determining the contact angle of a drop lying on a support - Google Patents

Device for determining the contact angle of a drop lying on a support Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zum Bestimmen des Randwinkels (γ) eines auf einer Unterlage (1) aufgebrachten Topfens (2) mit einer Dosiereinrichtung (3) zum definierten Aufbringen des Tropfens (2) und einer Kamera (4) mit zugeordneter Auswerteeinrichtung und Anzeigeeinheit (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als Handgerät mit einem die Dosiereinrichtung (3), eine Beleuchtungseinrichtung (6), die Kamera (4), die Auswerteeinrichtung und die Anzeigeeinheit (5) haltenden, auf der Unterlage (1) aufsetzbaren Tragegerüst oder Gehäuse ausgebildet ist.Device for determining the contact angle (γ) of a pot (2) applied to a base (1) with a metering device (3) for defined application of the drop (2) and a camera (4) with associated evaluation device and display unit (5) in that the device is designed as a handheld device with a carrying frame or housing which holds the metering device (3), a lighting device (6), the camera (4), the evaluation device and the display unit (5), which can be placed on the base (1).

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Figure 00000001

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Bestimmen des Randwinkels (allgemein auch als Kontaktwinkel oder Benetzungswinkel bezeichnet) eines auf einer Unterlage liegenden Tropfens mit einer Kamera zum Erzeugen einer Abbildung des Tropfens und mit einer Auswerteeinrichtung.The The invention relates to a device for determining the contact angle (commonly referred to as contact angle or wetting angle) a lying on a pad drop with a camera for Generating an image of the droplet and with an evaluation device.

Eine derartige Vorrichtung ist in JP 60-085 353 A in Patent Abstracts of Japan, Section P, Vol. 9/No. 227 (1985) P-388 angegeben. Bei dieser bekannten Vorrichtung wird mittels einer optischen Abbildung der Randwinkel eines auf einer Unterlage in Form einer Probenoberfläche aufgebrachten Testtropfens aus einer Seitenansicht bestimmt. Für die optische Abbildung wird z. B. eine Kamera eingesetzt; die Auswertung erfolgt mit einem Bildverarbeitungssystem in Verbindung mit einem Rechner. Der Tropfen wird auf einen in einem Geräteteil untergebrachten Träger aufgebracht, der Rechner mit angeschlossenem Bildschirm ist außerhalb des Geräteteils aufgestellt.Such a device is in JP 60-085353 A in Patent Abstracts of Japan, Section P, Vol. 9 / No. 227 (1985) P-388. In this known device, the contact angle of a test drop applied to a substrate in the form of a sample surface is determined from a side view by means of an optical image. For optical imaging z. B. a camera used; the evaluation is carried out with an image processing system in conjunction with a computer. The drop is applied to a carrier housed in a device part, the computer with a connected screen is placed outside of the device part.

Ähnliche Vorrichtungen sind auch aus der JP 01-126523 A in Patent Abstracts of Japan, Section P, Vol. 13/No. 370 (1989) P-920, JP 05-232009 A in Patent Abstracts of Japan, Section P, Vol. 17/No. 681 (1993) P-1660, JP 08-050088 A in Patent Abstracts of Japan (1996) sowie DE 34 41 317 A1 bekannt.Similar devices are also known from JP 01-126523 A in Patent Abstracts of Japan, Section P, Vol. 13 / No. 370 (1989) P-920, JP 05-232009 A in Patent Abstracts of Japan, Section P, Vol. 17 / No. 681 (1993) P-1660, JP 08-050088 A in Patent Abstracts of Japan (1996) as well as DE 34 41 317 A1 known.

Eine Vorrichtung zum Bestimmen des Randwinkels eines auf einer Unterlage liegenden Tropfens ist auch in der nicht vorveröffentlichten DE 197 54 765 C1 gezeigt. Diese als Kontaktwinkel-Messvorrichtung bezeichnete Anordnung weist eine Dosiereinrichtung, eine Kamera, eine Beleuchtungseinrichtung sowie ein Gehäuse auf. Es ist nicht angegeben, dass eine Auswerteeinrichtung in dem Gehäuse angeordnet ist und auch eine Anzeigeeinheit ist nicht ersichtlich.A device for determining the contact angle of a drop lying on a support is also in the non-prepublished DE 197 54 765 C1 shown. This arrangement, referred to as a contact angle measuring device, has a metering device, a camera, a lighting device and a housing. It is not stated that an evaluation device is arranged in the housing and also a display unit is not apparent.

Aus der DE 196 36 644 C1 geht eine Vorrichtung zur dynamischen Messung der Oberflächenspannung einer Lösung mit einem Handgerät hervor, wobei die Vorrichtung noch weitere Komponenten wie Volumenstromquelle, Drucksensor, Anzeigedisplay und Mikroprozessor aufweist. Jedoch ist bei einem gut handhabbaren Gerät dieser Art andererseits die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Randwinkelbestimmung mit Schwierigkeiten verbunden.From the DE 196 36 644 C1 shows a device for the dynamic measurement of the surface tension of a solution with a handheld device, wherein the device has other components such as volume flow source, pressure sensor, display and display microprocessor. On the other hand, in a device of this type which is easy to handle, on the other hand, the accuracy and reliability of the edge angle determination are difficult.

Nachteile der heutigen Verfahren und Vorrichtungen sind der Aufwand zur Ausrichtung der Probe und zur Anordnung und Justierung der Vorrichtung.disadvantage Today's methods and devices are the cost of alignment the sample and the arrangement and adjustment of the device.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereit zu stellen, mit der der Aufbau der Vorrichtung vereinfacht und die Handhabung bei der Messung erleichtert wird.Of the Invention is the object of a device of the initially called type to provide, with the structure of the device simplifies and facilitates the handling during the measurement.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.These The object is achieved with the features of claim 1.

Mit diesen Maßnahmen wird eine mobile, kompakte, leicht handhabbare Messeinheit erhalten, mit der ohne Schwierigkeiten Messungen an unterschiedlichen Unterlagen vorgenommen werden können. Infolge der Anbringung der Komponenten in dem Handgerät sind dabei die Justierung und die Handhabung einfach. Eine Messung in kleinen Räumen ist möglich, da beispielsweise eine Bauhöhe von unter 200 mm, eine Bautiefe von 90 mm und eine Breite von 120 mm erreicht werden können.With these measures will be a mobile, compact, easy to handle measuring unit, with the without difficulty measurements on different documents can be made. As a result of the attachment of the components in the handset are doing the adjustment and handling easy. A measurement in small clear is possible, for example, a height of less than 200 mm, a depth of 90 mm and a width of 120 mm can be achieved.

Der kompakte Aufbau und die einfache Handhabung werden wesentlich dadurch begünstigt, dass die Kamera als intelligente Kamera mit integriertem Prozessor zur Bildauswertung, Speicher und Ein- und Ausgabeeinheiten ausgebildet ist.Of the compact design and easy handling are essential favors that the camera as an intelligent camera with integrated processor for Image evaluation, memory and input and output units formed is.

Zu einer einfachen Handhabung und reproduzierbaren und schnellen Durchführung von Messungen tragen wesentlich die Maßnahmen bei, dass das Tragegerüst oder Gehäuse mit einer Aufsetzvorrichtung zum stabilen Aufsetzen auf der Unterlage und Einhalten eines vorgegebenen oder vorgebbaren Arbeitsabstands zwischen der Oberfläche mit dem Tropfen und einem Kameraobjektiv versehen ist. Eine günstige Ausbildung besteht dabei darin, dass die Aufsetzvorrichtung einen Rahmen mit in Form eines Dreibeins angeordneten Füßen aufweist. Die Einhaltung eines vorbestimmten oder vorbestimmbaren Abstandes wird dadurch begünstigt, dass zum Einhalten eines bestimmten Abstandes an dem Tragegerüst oder Gehäuse Abstandsstifte vorgesehen sind.To easy handling and reproducible and fast execution of Measurements contribute significantly to the measures that the stretcher or casing with a Aufsetzvorrichtung for stable placement on the pad and Maintaining a given or specifiable working distance between the surface provided with the drop and a camera lens. A favorable education consists in the fact that the Aufsetzvorrichtung a frame with in the form of a tripod arranged feet. Compliance a predetermined or predeterminable distance is thereby favors that to maintain a certain distance on the support frame or casing Spacer pins are provided.

Für eine platzsparende Ausbildung und einen geringen Energieverbrauch ist vorteilhaft vorgesehen, dass die Beleuchtungseinrichtung eine Leuchtdiodenanordnung aufweist. Verschiedene vorteilhafte Ausgestaltungen der Beleuchtungseinrichtung für eine gleichmäßige Ausleuchtung des Tropfens bestehen darin, dass zum Lenken des Lichts der Beleuchtungseinrichtung auf den Tropfen ein schräg gestellter, teil durchlässiger Spiegel vorgesehen ist oder dass zur Beleuchtung eine Ringlichtanordnung vorgesehen ist.For a space-saving Training and low energy consumption is advantageously provided the illumination device has a light-emitting diode arrangement. Various advantageous embodiments of the lighting device for one uniform illumination of the drop are that for directing the light of the illumination device on the drop a slanted, partly permeable Mirror is provided or that provided for lighting a ring light assembly is.

Der kompakte Aufbau wird weiterhin dadurch begünstigt, dass die Dosiereinrichtung eine Piezo-Pumpe des Tropfen-auf-Anforderung-(Drop an Demand-)Typs aufweist oder eine Pumpe des Ausstoß-auf-Anforderung-(Jet an Demand-)Typs aufweist. Mit diesen Maßnahmen werden mechanisch bewegte Teile im Wesentlichen vermieden, und es ergeben sich definierte Tropfen bei einfacher Steuerbarkeit. Eine günstige Ausbildung besteht dabei darin, dass die Piezo-Pumpe ein System mit mikromechanisch bearbeitetem Silizium mit eingebettetem Piezoelement aufweist.The compact design is further facilitated by the metering device having a drop-on-demand type piezo pump or a discharge-on-demand (jet-on-demand) type pump. With these measures mechanically moving parts are substantially avoided, and there are defined drops at simple control bility. A favorable design consists in the fact that the piezo pump has a system with micromechanically processed silicon with embedded piezoelectric element.

Für eine genaue Messung sind weiterhin die Maßnahmen vorteilhaft, dass die Betätigung der Dosiereinrichtung und die Bildaufnahme mit der Kamera mittels einer Steuereinrichtung zeitgesteuert aufeinander abgestimmt sind.For an accurate Measurement continues to be the measures advantageous that the actuation the metering device and the image capture with the camera by means of a control device are timed coordinated with each other.

Eine genaue Messung wird weiterhin dadurch begünstigt, dass zum Einstellen eines Abstandes zwischen einem Kameraobjektiv und dem Tropfen eine automatisch gesteuerte Abstandsjustiervorrichtung vorgesehen ist.A accurate measurement is further favored by the fact that to adjust a distance between a camera lens and the drop one automatically controlled Abstandjustiervorrichtung is provided.

Bei der Auswertung ist es günstig, den Umstand auszunutzen, dass kleine Tropfen eine nahezu ideale Kugelkalotte bilden. Damit kann aus je einer der gemäß 3 zu beobachtenden geometrischen Größen (Basisdurchmesser, Kugeldurchmesser oder Höhe) eines aufgesetzten Testtropfens mit bekanntem Volumen (z. B. 2 μl) mittels der für Kugelkalotten gültigen geometrisch-trigonometrischen Beziehungen (vgl. 4a) der Randwinkel bestimmt werden. Mit erhöhtem mathematischem Aufwand ist dies auch noch bei einer Abweichung des Tropfens von der Idealform einer Kugelkalotte möglich.In the evaluation it is favorable to take advantage of the fact that small drops form a nearly ideal spherical cap. This can from any of the according 3 geometric variables to be observed (base diameter, sphere diameter or height) of an applied test drop of known volume (eg 2 μl) by means of the geometrical-trigonometric relationships valid for spherical caps (cf. 4a ) the contact angle can be determined. With increased mathematical effort, this is still possible with a deviation of the drop from the ideal shape of a spherical cap.

Besonders vorteilhaft ist die Bestimmung des Randwinkels aus dem in Draufsicht von oben – bei durchsichtigen Proben auch von unten – zu beobachtenden Basisdurchmesser. Neben der einfachen Art der Beobachtung, die zu einem flexibel einsetzbaren Gerät führt, nutzt man das überraschende Phänomen, dass ein auf der Unterlage, z. B. auf einer Glasscheibe, aufgesetzter Tropfen seinen Ausgangs-Basisdurchmesser auch während des Verdunstungsvorganges bis knapp vor dem Verschwinden des Tropfens beibehält, so dass er der Messung zeitunkritisch zur Verfügung steht. Dies gilt für die in der Praxis am häufigsten auftretenden Fälle mit Randwinkeln unter 90°.Especially Advantageously, the determination of the contact angle from the top view from above - at transparent samples also from below - observable base diameter. In addition to the simple way of observation, which can be used flexibly Device leads, uses you the surprising Phenomenon, that one on the pad, z. B. on a glass pane, patch Drops its initial base diameter even while the evaporation process until just before the disappearance of the drop maintains, so that he is the measurement non-time critical available. This applies to the in the Practice most often occurring cases with contact angles below 90 °.

Für Randwinkel über 90° ist der in Draufsicht zu beobachtende Durchmesser nicht mehr der Basisdurchmesser der Kalotte, sondern deren Kugeldurchmesser.For contact angle over 90 ° is the in plan view observed diameter no longer the base diameter the dome, but their ball diameter.

Dies wird bei dem Auswertealgorithmus berücksichtigt. Hier sind für den zeitlichen Abstand zwischen Tropfensetzen und Messen die gleichen Vorgaben zu beachten wie bei den vormals üblichen Verfahren.This is taken into account in the evaluation algorithm. Here are for the temporal Distance between dropping and measuring the same specifications to observe as with the formerly usual Method.

Mittels Bildauswerte-Software wird für den mit gutem Kontrast abgebildeten Testtropfen der Durchmesser bestimmt und mittels des im Rechner hinterlegten Algorithmus der Randwinkel berechnet und zur Anzeige gebracht und gegebenenfalls auch weiter verarbeitet.through Image evaluation software is used for the well-contrasted test drops the diameter determined and by means of the algorithm stored in the computer Edge angle calculated and displayed and, where appropriate also processed further.

Falls sich aufgrund gelegentlich nicht auszuschließender leichter Inhomogenitäten einer Probenoberfläche Abweichungen von einer idealen, kreisrunden Konturlinie der Kalottenbasis ergeben, liefert die Auswertung vorteilhafterweise durch eine Bestkreisanpassung einen im Bereich der Tropfengröße gemittelten Randwinkel, was in der Praxis im allgemeinen auch erwünscht ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Messung bis zu gewissen Grenzen auch auf geneigten und nicht planen Probenflächen, z. B. Windschutzscheiben an Kraftfahrzeugen durchgeführt werden kann.If due to the sometimes inhomogeneities of a non - excludable sample surface Deviations from an ideal, circular contour line of the dome base yield, provides the evaluation advantageously by a Bestkreisanpassung averaged in the area of droplet size Edge angle, which is also desirable in practice in general. Another advantage is that the measurement is up to certain limits also on inclined and not planed sample surfaces, eg. B. Windshields carried out on motor vehicles can be.

Neben der Ermittlung des Basisdurchmessers und des Kugeldurchmessers für Randwinkel über 90° aus der Draufsicht kann dafür auch eine Seitenansicht des Testtropfens verwendet werden. Die Seitenansicht erlaubt auch die Ermittlung der Tropfenhöhe und des Kugeldurchmessers für Randwinkel unter 90°. Jede dieser Größen für sich kann wiederum zusammen mit dem bekannten Tropfenvolumen zur Berechnung des Randwinkels verwendet werden. Bei bekannter Tropfenform, z. B. im Näherungsbereich für Kugelkalotten, kann auch ohne Kenntnis des genauen Tropfenvolumens aus jeweils zwei separat ermittelten Geometriegrößen, z. B. Höhe und Basisdurchmesser, der Randwinkel berechnet werden.Next the determination of the base diameter and the ball diameter for contact angles over 90 ° from the Top view can for that Also, a side view of the test drop can be used. The side view also allows the determination of the drop height and the ball diameter for contact angle below 90 °. each these sizes for themselves again together with the known drop volume for the calculation of the contact angle can be used. In known drop shape, z. B. in the approximation area for spherical caps, can also without knowing the exact drop volume from each two separately determined geometry sizes, z. Height and base diameter, the contact angle can be calculated.

Zur näheren Erläuterung sind in den anliegenden Fig. Ausführungsbeispiele dargestellt. Es zeigen:to closer explanation are shown in the accompanying Fig. Embodiments. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Messgerätes zur Bestimmung eines Randwinkels eines Tropfens, 1 a schematic representation of a measuring device for determining a contact angle of a drop,

2a und 2b eine weitere Darstellung des Messgeräts in seitlicher Ansicht bzw. in Vorderansicht, 2a and 2 B a further representation of the measuring device in lateral view or in front view,

3 eine seitliche Ansicht eines auf einer Unterlage aufliegenden Tropfens, 3 a side view of a resting on a pad drop,

4a und 4b Diagramme zu dem Zusammenhang zwischen dem Randwinkel und weiteren geometrischen Daten eines Tropfens und 4a and 4b Diagrams for the relationship between the contact angle and further geometrical data of a drop and

5 eine schematische Anordnung einer Vorrichtung zum Aufbringen eines Tropfens und zur Bestimmung des Randwinkels. 5 a schematic arrangement of a device for applying a droplet and for determining the contact angle.

3 zeigt die Definition eines Randwinkels γ eines auf einer Unterlage 1 aufgebrachten kugelkalottenförmigen Tropfens 2 sowie als geometrische Größen des Tropfens 2 dessen Basisdurchmesser dBa im Bereich der Grenzfläche zwischen Tropfen und Unterlage, dessen Höhe h sowie einen Hinweis auf dessen Kugeldurchmesser dKu. Der Randwinkel γ beträgt hierbei weniger als 90°. 3 shows the definition of a contact angle γ one on a base 1 applied spherical cap-shaped drop 2 as well as geometric sizes of the drop 2 whose base diameter d Ba in the region of the interface between drops and Base, its height h and an indication of its ball diameter d Ku . The contact angle γ is less than 90 °.

In 4a sind der Basisdurchmesser dBa sowie der Kugeldurchmesser dKu eines kugelkalottenförmigen Tropfens sowie dessen Höhe h als Funktion des Randwinkels γ dargestellt.In 4a the base diameter d Ba and the ball diameter d Ku of a spherical cap-shaped drop and its height h are shown as a function of the contact angle γ.

Das Diagramm zeigt in 4b den Zusammenhang zwischen dem an dem Testtropfen 2 in Aufsicht gemessenen Durchmesser und dem daraus berechneten Randwinkel γ. Bis zu einem Randwinkel γ von 90° wird der Basisdurchmesser dBa der Tropfenkalotte verwendet, während für Winkel größer als 90° der Kugeldurchmesser dKu des kalottenförmigen Tropfens 2 verwendet wird.The diagram shows in 4b the relationship between that on the test drop 2 in supervision measured diameter and calculated therefrom contact angle γ. Up to a contact angle γ of 90 °, the base diameter d Ba of the drop dome is used, while for angles greater than 90 °, the ball diameter d Ku of the dome-shaped drop 2 is used.

In 5 ist eine Messvorrichtung zur Bestimmung des Randwinkels γ in einer grundsätzlichen Anordnung der Ausführungsform mit einer ”intelligenten Kamera”, bei der eine Kamera und ein Bildauswertesystem kombiniert sind, schematisch dargestellt. Der mittels einer Dosiereinrichtung 3 z. B. von Hand oder automatisch aufgebrachte Tropfen 2 mit einem genau vorgegebenen Tropfenvolumen wird mittels eines herkömmlichen oder telezentrischen Objektivs 4a und einer intelligenten Kamera 4 abgebildet. Bei Verwendung einer einfachen Kamera 4 befindet sich zwischen der Kamera 4 und einer Anzeigeeinheit 5 noch ein nicht dargestellter externer Rechner zur Auswertung.In 5 For example, a measuring device for determining the contact angle γ in a basic arrangement of the embodiment with a "smart camera" in which a camera and an image evaluation system are combined is shown schematically. The by means of a metering device 3 z. B. by hand or automatically applied drops 2 with a precisely predetermined drop volume is achieved by means of a conventional or telecentric lens 4a and a smart camera 4 displayed. When using a simple camera 4 is located between the camera 4 and a display unit 5 another unrepresented external computer for evaluation.

In einer Auswerteeinheit wird der Randwinkel aus dem vorgegebenen Volumen und den erfassten Geometriedaten Basisdurchmesser dBa, Kugeldurchmesser dKu und Höhe h ermittelt, indem zwei dieser Größen kombiniert werden.In an evaluation unit, the contact angle of the predetermined volume and the detected geometric data base diameter d Ba , ball diameter d Ku and height h is determined by two of these variables are combined.

Die Anzeigeeinheit 5 zeigt schematisch das Bild eines Tropfens in Draufsicht und darunter den berechneten Randwinkel γ.The display unit 5 schematically shows the image of a drop in plan view and below the calculated contact angle γ.

Zusätzlich verfügt die Messvorrichtung noch über eine Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung des Tropfens 2, vgl. 1 und 2a, 2b, bevorzugt von der Draufsicht des Tropfens 2, bei durchsichtigen Unterlagen kann die Beleuchtung auch von der Rück-(Unter-)Seite aus erfolgen.In addition, the measuring device still has a lighting device for illuminating the droplet 2 , see. 1 and 2a . 2 B , preferably from the top view of the drop 2 , with transparent documents the lighting can also be done from the back (lower) side.

Die 1, 2a und 2b zeigen schematische Darstellungen der als Handgerät ausgebildeten Vorrichtung zum Bestimmen des Randwinkels des Tropfens 2. In einem nicht im Einzelnen gezeigten Tragegerüst oder Gehäuse, das auf der den Tropfen 2 tragenden Unterlage 1 aufgesetzt ist, sind die Dosiereinrichtung 3, die Kamera 4 mit dem Kamerobjektiv 4a, eine flache Anzeigeeinheit 5, z. B. eine schwenkbare LCD-Anzeige, die Beleuchtungseinrichtung 6 mit einer Leuchtdiodenanordnung 6.1, ein halbdurchlässiger Spiegel 8 einerseits zum Lenken des Lichts auf den Tropfen 2 und andererseits zum Beobachten des Tropfens 2 mit der Kamera 4, sowie eine Aufsetzvorrichtung mit in Form eines Dreibeins an einem Rahmen angeordneten Füßen 9 als Einheit angebracht. Wie aus den 2a und 2b aus zwei verschiedenen Seitenansichten ersichtlich, weist das so gebildete Handgerät zusätzlich noch eine Elektronik 7 und eine weitere Elektronik 7.1 auf, die z. B. Teil einer Steuereinrichtung sind, die weiterhin einen in der als Kamera 4 integrierten Prozessor bzw. Rechner aufweist. Die Kamera 4 ist als intelligente Kamera ausgebildet. Um zu gewährleisten, dass im Bereich des Tropfens 2 beispielsweise bei einer gewölbten Unterlage 1 ein Arbeitsabstand sicher eingehalten wird, können in diesem Bereich zusätzlich Abstandsstifte 10 vorgesehen sein. Die Füße 9 und die Abstandsstifte 10 können verstellbar sein.The 1 . 2a and 2 B show schematic representations of the designed as a hand-held device for determining the contact angle of the drop 2 , In a not shown in detail support frame or housing, which on the the drops 2 carrying underlay 1 is attached, are the metering device 3 , the camera 4 with the camera lens 4a , a flat display unit 5 , z. As a pivotable LCD display, the lighting device 6 with a light emitting diode array 6.1 , a half-transparent mirror 8th on the one hand for directing the light onto the drop 2 and, on the other hand, to observe the drop 2 with the camera 4 , And a Aufsetzvorrichtung with arranged in the form of a tripod to a frame feet 9 attached as a unit. Like from the 2a and 2 B seen from two different side views, the handset thus formed additionally has an electronics 7 and another electronics 7.1 on, the z. B. are part of a control device, which also has a in the camera 4 integrated processor or computer has. The camera 4 is designed as an intelligent camera. To ensure that in the area of the drop 2 for example, with a curved base 1 A working distance is safely maintained, can in this area in addition spacer pins 10 be provided. The feet 9 and the spacer pins 10 can be adjustable.

Wesentliche Komponente des Handgeräts ist die genannte intelligente Kamera 4, die eine Kombination aus Kamera 4, Kameraoptik 4a und dem integrierten Rechner zur Bildauswertung darstellt. Außerdem kann auch die Beleuchtungseinrichtung 6 unmittelbar an der Kamera angebracht sein.The essential component of the handheld device is the aforementioned intelligent camera 4 that is a combination of camera 4 , Camera optics 4a and the integrated computer for image evaluation. In addition, the lighting device can also 6 be attached directly to the camera.

Die Beleuchtungseinrichtung dient zur Herstellung reproduzierbarer Beleuchtungsverhältnisse für eine rundum schatten- und reflexfreie Beleuchtung des Tropfens 2. Dies wird in vorteilhafter Weise mit einer seitlich über dem teildurchlässigen Spiegel 8, z. B. einer um 45° geneigten Planglasscheibe, eingespiegelten Leuchtdiodenanordnung erreicht, die neben geringen Ab messungen auch einen geringen Leistungsbedarf hat. Alternativ kann auch eine Ringlichtandordnung vorgesehen sein.The illumination device is used to produce reproducible lighting conditions for all-round shadow and reflex-free illumination of the droplet 2 , This is advantageously done with a laterally above the partially transparent mirror 8th , z. As a tilted by 45 ° Planglasscheibe mirrored light emitting diode arrangement achieved, the measurements in addition to small from a low power consumption. Alternatively, a Ringlichtandordnung be provided.

Die Dosiereinrichtung 3 zum Aufbringen von Tropfen 2 mit definiertem Volumen weist vorteilhaft eine Piezo-Pumpe des Tropfen-auf-Anforderung-(Drop an Demand-)Typs auf, mit der das geforderte Volumen mit einer Genauigkeit von +/–2% dosiert werden kann. Hierbei ist es nicht nötig, den Tropfen 2 abzusetzen, vielmehr kann er über eine Distanz von bis zu 15 mm im freien Strahl punktgenau dosiert werden. Prinzipiell einsatzfähig sind auch andere Freistrahlsysteme, beispielsweise des Ausstoß-auf-Anforderung-(Jet an Demand-)Typs. Jedoch ist bei einem solchen Freistrahlsystem darauf zu achten, dass die durch die Dosierung in den liegenden Tropfen 2 eingebrachte kinetische Energie so gering ist, dass keine Beeinflussung der Tropfenkontur erfolgt. Bei dem Drop an Demand-Typ ist diese Gefahr bauartbedingt durch die sehr kleinen Tropfen deutlich geringer.The metering device 3 for applying drops 2 with a defined volume advantageously has a drop-on-demand (piecemeal) type piezo pump, with which the required volume can be metered with an accuracy of +/- 2%. It is not necessary, the drop 2 Instead, it can be precisely metered over a distance of up to 15 mm in the free jet. In principle, other free jet systems are also operational, for example the jet-on-demand (jet-on-demand) type. However, in such a free-jet system, make sure that by the dosage in the lying drops 2 introduced kinetic energy is so low that no influence on the drop contour occurs. With the drop on demand type, this risk is significantly lower due to the very small drops.

Ein Drop an Demand-System besteht vorteilhaft aus mikromechanisch bearbeitetem Silizium mit eingebettetem Piezo-Element. Ein Aufbringen einer bestimmten Spannung auf dieses Element führt zu einer Verformung und zu einem Druckanstieg in einer vorzugsweisen kleinen Vorratskammer (z. B. 800 nl) und zu einem Austritt eines Tropfens mit einem Volumen von ca. 1 nl an der Spitze der Pumpe. Eine angeschlossene Steuereinheit steuert diese Pumpe, die seinerseits von der intelligenten Kamera 4 mittels der Steuereinrichtung automatisch angesprochen werden kann.A drop in demand system advantageously consists of micromechanically processed silicon with an embedded piezo element. Applying a certain tension on this element leads to a deformation and an increase in pressure in a preferably small storage chamber (eg 800 nl) and to a discharge of a drop with a volume of about 1 nl at the top of the pump. An attached control unit controls this pump, which in turn is controlled by the smart camera 4 can be addressed automatically by means of the control device.

Mit diesem Aufbau sind keinerlei mechanisch bewegliche Teile innerhalb des Handgerätes notwendig, und die Größe des Handgerätes kann sehr kompakt gehalten werden, da die Abmessungen der Pumpe 20 mm nicht überschreiten. Das Flüssigkeitsreservoir soll möglichst in Höhe einer Auslassspitze angebracht sein und wird mit Vorteil als Schlauch ausgebildet, um ein Auslaufen beim Transport durch die Bindung der Flüssigkeit mit Hilfe der Kapillarkräfte des Schlauchs zu verhindern. Damit sind ohne Nachfüllung ca. 100 Messungen mit einem Tropfenvolumen von 2 μl möglich.With This structure are no mechanical moving parts within the handset necessary, and the size of the handset can be very be kept compact, since the dimensions of the pump do not exceed 20 mm. The liquid reservoir should as possible in height An outlet tip can be attached and will be used as a hose designed to prevent leakage during transport through the binding of the liquid with the help of capillary forces to prevent the hose. This means without refilling 100 measurements with a drop volume of 2 μl possible.

Denkbar ist alternativ auch eine Dosiereinrichtung 3 mit einem konventionellen Messkolben. Dieser kann von Hand betätigbar sein oder mit einem vorgesehenen Servosystem gesteuert betrieben werden.Alternatively, a metering device is also conceivable 3 with a conventional volumetric flask. This can be operated by hand or operated with a dedicated servo system controlled.

Der Aufbau des Handgeräts wird besonders kompakt, wenn aufgrund einer entsprechenden Mechanik zur Regelung des Abstandes auf eine telezentrische Optik verzichtet und eine kompakte herkömmliche Optik eingesetzt wird. Jedoch ist in diesem Fall eine Justierung des Abstandes zur Probe notwendig. Vorteilhaft ist eine automatische Justierung vorgesehen. Es können mechanische und/oder elektrische Regelungen eingesetzt werden, wobei eine Ausführung mit platzsparenden Blattfedern vorteilhaft ist.Of the Construction of the handheld device becomes particularly compact, if due to a corresponding mechanism to dispense with the regulation of the distance to a telecentric optics and a compact conventional Optics is used. However, in this case, an adjustment necessary for the distance to the sample. Advantageous is an automatic Adjustment provided. It can mechanical and / or electrical controls are used, wherein an execution with space-saving leaf springs is advantageous.

Claims (11)

Vorrichtung zum Bestimmen des Randwinkels (γ) eines auf einer Unterlage (1) aufgebrachten Topfens (2) mit einer Dosiereinrichtung (3) zum definierten Aufbringen des Tropfens (2) und einer Kamera (4) mit zugeordneter Auswerteeinrichtung und Anzeigeeinheit (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als Handgerät mit einem die Dosiereinrichtung (3), eine Beleuchtungseinrichtung (6), die Kamera (4), die Auswerteeinrichtung und die Anzeigeeinheit (5) haltenden, auf der Unterlage (1) aufsetzbaren Tragegerüst oder Gehäuse ausgebildet ist.Device for determining the contact angle (γ) of a support on a support ( 1 ) potted ( 2 ) with a metering device ( 3 ) for defined application of the drop ( 2 ) and a camera ( 4 ) with associated evaluation device and display unit ( 5 ), characterized in that the device as a hand-held device with a metering device ( 3 ), a lighting device ( 6 ), the camera ( 4 ), the evaluation device and the display unit ( 5 ), on the base ( 1 ) attachable support frame or housing is formed. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (4) als intelligente Kamera mit integriertem Prozessor zur Bildauswertung, Speicher und Ein- und Ausgabeeinheiten ausgebildet ist.Device according to claim 1, characterized in that the camera ( 4 ) is designed as an intelligent camera with integrated processor for image analysis, memory and input and output units. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragegerüst oder Gehäuse mit einer Aufsetzvorrichtung zum stabilen Aufsetzen auf der Unterlage (1) und Einhalten eines vorgegebenen oder vorgebbaren Arbeitsabstands zwischen der Oberfläche mit dem Tropfen (2) und einem Kameraobjektiv (4a) versehen ist.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the support frame or housing with a placement device for stable placement on the base ( 1 ) and maintaining a predetermined or predeterminable working distance between the surface and the drop ( 2 ) and a camera lens ( 4a ) is provided. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufsetzvorrichtung einen Rahmen mit in Form eines Dreibeins angeordneten Füßen (9) aufweist.Device according to claim 3, characterized in that the placing device comprises a frame with feet arranged in the form of a tripod ( 9 ) having. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einhalten eines bestimmten Abstandes an dem Tragegerüst oder Gehäuse Abstandsstifte (10) vorgesehen sind.Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that for maintaining a certain distance to the support frame or housing spacer pins ( 10 ) are provided. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (6) eine Leuchtdiodenanordnung (6.1) aufweist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the illumination device ( 6 ) a light-emitting diode arrangement ( 6.1 ) having. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Lenken des Lichts der Beleuchtungseinrichtung (6) auf den Tropfen (2) ein schräggestellter, teildurchlässiger Spiegel (8) vorgesehen ist oder dass eine Ringlichtanordnung vorgesehen ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that for directing the light of the illumination device ( 6 ) on the drops ( 2 ) an inclined, partially transparent mirror ( 8th ) is provided or that a ring light arrangement is provided. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung (3) eine Piezo-Pumpe des Tropfen-auf-Anforderung-(Drop an Demand-)Typs aufweist oder eine Pumpe des Ausstoß-auf-Anforderung-(Jet an Demand-)Typs aufweist, oder dass die Dosiereinrichtung (3) aus einem konventionellen Messkolben besteht, der entweder von Hand betätigbar ist oder mittels eines Servosystems gesteuert betreibbar ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the metering device ( 3 ) has a drop-on-demand type piezo pump or has a discharge-on-demand (jet-on-demand) type pump, or that the metering device ( 3 ) consists of a conventional volumetric flask, which is either manually operable or controlled by a servo system operable. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Piezo-Pumpe ein System mit mikromechanisch bearbeitetem Silizium mit eingebettetem Piezoelement aufweist.Device according to claim 8, characterized in that that the piezo pump is a system with micromechanically processed Having silicon with embedded piezoelectric element. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigung der Dosiereinrichtung (3) und die Bildaufnahme mit der Kamera (4) mittels einer Steuereinrichtung zeitgesteuert aufeinander abgestimmt sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the actuation of the metering device ( 3 ) and taking pictures with the camera ( 4 ) are timed coordinated by means of a control device. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einstellen eines Abstandes zwischen einem Kameraobjektiv (4a) und dem Tropfen (2) eine automatisch gesteuerte Abstandsjustiervorrichtung vorgesehen ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that for adjusting a distance between a camera lens ( 4a ) and the drop ( 2 ) an automatically controlled Abstandjustiervorrichtung is provided.
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