DE202004013564U1

DE202004013564U1 - Flexible arrangement for optical measurement of surface characteristics has illumination unit that can be variably moved along optical axis and that is suitable for increasing/reducing specimen space

Info

Publication number: DE202004013564U1
Application number: DE200420013564
Authority: DE
Original assignee: Kruess GmbH Wissenschaftliche Laborgeraete
Current assignee: Kruess GmbH Wissenschaftliche Laborgeraete
Priority date: 2004-08-31
Filing date: 2004-08-31
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2014-09-01

Abstract

The arrangement has an optical system with an illumination unit (3) and an image acquisition unit (4) for imaging the transition region between the drops (1) and the specimen surface, a suitable specimen table (5) for mounting the specimen body (2) between the illumination and image acquisition units and a dosing device (6) above the body for dosing one or more drops of one or more liquids onto the specimen body. The illumination unit can be variably displaced along the optical axis and is suitable for increasing and/or reducing the specimen space (7).

Description

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zum Messen des Kontaktwinkels, den ein Tropfen einer Probenflüssigkeit zu der Oberfläche eines Probenkörpers ausbildet, mit einem optischen System bestehend aus Beleuchtungseinheit, Bildaufnahmeeinheit und einer Dosiervorrichtung zum Auftragen des Tropfens auf dem Probenkörper, der zwischen Beleuchtungs- und Bildaufnahmeeinheit in einen Probenraum eingebracht wird.The The invention relates to a measuring device for measuring the contact angle, a drop of a sample liquid to the surface a specimen trained with an optical system consisting of lighting unit, Image acquisition unit and a dosing device for applying the Drop on the specimen, between the lighting and image acquisition unit in a sample room is introduced.

Das Benetzungsvermögen von Flüssigkeiten auf Festkörpern hat in vielen Bereichen der industriellen Fertigung eine fundamentale Bedeutung. So wird z.B. beim Beschichten oder Lackieren, beim Kleben oder Trennen, beim Schmieren oder Entfetten sowie beim Dispergieren oder Lösen der Prozess entscheidend durch die Benetzungseigenschaften der beteiligten Stoffsysteme beeinflusst.The Wettability of liquids solids has a fundamental in many areas of industrial manufacturing Importance. For example, when coating or painting, when gluing or separating, when lubricating or degreasing and when dispersing or loosen the process is crucial due to the wetting properties of those involved Influenced material systems.

Ein Maß für die Benetzungseigenschaft ist die freie Oberflächenenergie (freie Grenzflächenenergie) oder Oberflächenspannung (Grenzflächenspannung), die an der Grenzfläche zwischen einem Festkörper und einer Flüssigkeit, an der Grenzfläche zwischen Flüssigkeit und einem Gas oder an der Grenzfläche zwischen einem Festkörper und einem Gas definiert sind. Zur Bestimmung dieser Parameter wird der Grenzwinkel berechnet, den ein Tropfen einer Probenflüssigkeit zu der Oberfläche eines Probenkörpers ausbildet. Dieser Grenzwinkel hängt von der Oberflächenspannung an den Grenzflächen der beteiligten Systeme ab und kann zur Beurteilung der Oberflächenspannung verwendet werden.On Measure of the wetting property is the free surface energy (free interfacial energy) or surface tension (Surface tension), the at the interface between a solid and a liquid, at the interface between liquid and a gas or at the interface between a solid and a gas are defined. To determine these parameters, the Limit angle calculated by a drop of a sample liquid to the surface a specimen formed. This critical angle depends from the surface tension at the interfaces of the systems involved and can be used to assess the surface tension be used.

Messvorrichtungen zur Bestimmung der Kontaktwinkels sind seit Jahren bekannt und in vielen Industriebereichen etabliert. Diese Messvorrichtungen bestehen üblicherweise auf einer Anordnung, die den Übergangsbereich zwischen dem Tropfen und der Oberfläche des Probenkörpers in Seitenansicht abbildet. Hinter der Probe ist eine Beleuchtungseinheit angeordnet, die ein Schattenbild des Tropfens auf dem Probenkörper auf die Bildaufnahmeeinheit projiziert. Die Bildaufnahmeeinheit verarbeitet das Bild in geeigneter Weise weiter, so dass aus der Steigung einer Tangente in dem Punkt, wo der Tropfen die Oberfläche des Probenkörpers berührt, der Kontaktwinkel bestimmt werden kann. Derartige Kontaktwinkelmessvorrichtungen sind beispielsweise in der Firmenschrift „DSA10" und „DSA100" der Krüss GmbH ausführlich beschrieben.measuring devices for determining the contact angle have been known for years and in established in many industrial sectors. These measuring devices usually exist on an arrangement covering the transition area between the drop and the surface of the specimen in Depicts side view. There is a lighting unit behind the sample arranged that a silhouette of the drop on the sample body projected the image pickup unit. The image acquisition unit processes the image in a suitable manner, so that from the slope of a Tangent at the point where the drop touches the surface of the specimen Contact angle can be determined. Such contact angle measuring devices are, for example, described in detail in the company scripts "DSA10" and "DSA100" from Krüss GmbH.

Ein in der praktischen Anwendung häufig auftretendes Problem ist die möglichst optimale Ausgestaltung des Probenraumes, das ist der Raum zwischen Bildaufnahme- und Beleuchtungseinheit. Wegen der Vielfalt der Einsatzmöglichkeiten treten in der Praxis Proben unterschiedlichster Ausmaße auf. Der Probenraum soll also möglichst variabel sein, um unterschiedliche Abmessungen von Probenkörpern aufnehmen zu können. Insbesondere sollen oft auch sehr große Proben vermessen werden können, beispielsweise Kacheln oder Druckzylinder.On common in practical application The problem is the most possible optimal design of the sample room, that is the space between Image acquisition and lighting unit. Because of the variety of possible uses In practice, samples of various dimensions occur. The sample room should therefore be as possible be variable to accommodate different dimensions of specimens to be able to. In particular, very large samples should often be measured can, for example tiles or impression cylinders.

Andererseits ist eine Anforderung an Messvorrichtungen oft, dass sie möglichst wenig Platz im Labor einnehmen, also über eine geringe Grundfläche verfügen sollen, um wenig wertvollen Laborplatz einzunehmen.on the other hand A requirement for measuring devices is often that they are as possible take up little space in the laboratory, i.e. should have a small footprint, to take up little valuable laboratory space.

Die Erfindung stellt eine Lösung für beide Anforderungen dar. Dazu wird die Beleuchtungseinheit verschiebbar gelagert und erlaubt so ein Verkleinern oder Vergrößern des Probenraumes. Hierdurch kann die Messvorrichtung in ihrer Größe flexibel an die aktuell zu vermessende Probe angepasst werden. Verschiebt man beispielsweise nach Abschluss der Messungen die Beleuchtungseinheit so nah wie möglich an die Bildaufnahmeeinheit, so wird nur eine minimale Grundfläche belegt.The Invention provides a solution for both For this purpose, the lighting unit can be moved stored and thus allows a reduction or enlargement of the Sample chamber. This allows the measuring device to be flexible in size be adapted to the sample currently to be measured. moves the lighting unit, for example, after completing the measurements as close as possible the image acquisition unit, only a minimal base area is occupied.

Die weiteren Ausgestaltungsformen werden durch die Unteransprüche wiedergegeben.The further embodiments are represented by the subclaims.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung nach Unteranspruch 2 wird die Dosiervorrichtung an der Bildaufnahmeeinheit entlang der optischen Achse und nicht quer zu dieser mechanisch befestigt. Dadurch entsteht ein zusätzlicher Freiheitsgrad für die Positionierung des Probenkörpers, da der Probenkörper nun ungehindert in y-Richtung, also quer zur optischen Achse verschoben werden kann.In an advantageous embodiment according to subclaim 2 Dosing device on the image acquisition unit along the optical Axis and not mechanically fixed transversely to this. This creates an additional Degree of freedom for the positioning of the specimen, because the specimen now unhindered in the y direction, i.e. shifted across the optical axis can be.

Anspruch 3 beschreibt einen im gesamten Probenraum verschiebbaren (positionierbaren) Probentisch.claim 3 describes a movable (positionable) throughout the sample space Sample table.

In Anspruch 4 wird beschrieben, wie der frei positionierbare Probentisch fixiert werden kann, damit er auch bei größen, schwereren Proben eine stabile Unterstützung darstellt.In Claim 4 is described as the freely positionable sample table can be fixed so that it is also suitable for large, heavier samples stable support represents.

Die Funktionsweise der Dosiervorrichtung wird in den Ansprüchen 5 und 6 erläutert. Anspruch 5 beschreibt eine fixe Dosiervorrichtung und einen in der z-Achse (Höhe) definiert anhebbaren Probentisch, um den Tropfen von der Dosiervorrichtung abzunehmen.The Operation of the metering device is in claims 5 and 6 explained. Claim 5 describes a fixed dosing device and one in the z-axis (height) defines lifting sample table to the drop from the dosing device to decrease.

Anspruch 6 beschreibt das umgekehrte Prinzip. Hier wird ein in der Höhe fixierter Probentisch verwendet. Die Dosiervorrichtung wird zum Absetzen des Tropfens zum Probentisch hinab bewegt.claim 6 describes the opposite principle. Here one is fixed in height Sample table used. The dosing device is used to stop the Dripped down to the sample table.

Im folgenden wird der Aufbau der Messvorrichtung anhand der Skizze gemäß Zeichnung beschrieben. Abgebildet ist der Grundaufbau der Messvorrichtung bestehend aus Bildaufnahmeeinheit (4) und Beleuchtungseinheit (3). Zwischen diesen beiden Einheiten bildet sich ein Probenraum (7), in dem der Probentisch (5) aufgestellt wird, der den Probenkörper (2) aufnimmt. Der Probentisch (5) ist im Probenraum (7) in der Ebene (x-/y-Ebene) frei positionierbar und kann in der Höhe (z-Richtung) verstellt werden. Die Dosiervorrichtung (6) ist an der Bildaufnahmeeinheit (4) mechanisch befestigt und dient zum Aufbringen eines Tropfens (1) auf dem Probenkörper (2). Die Beleuchtungseinheit (3) ist in x-Richtung variabel verstellbar und dient so zum Vergrößern und Verkleinern des Probenraumes (7).The structure of the measuring device is described below using the sketch according to the drawing. The basic structure of the measuring device consisting of image acquisition unit ( 4 ) and lighting unit ( 3 ). A sample space is formed between these two units ( 7 ) in which the sample table ( 5 ) is set up, which the test specimen ( 2 ) records. The rehearsal table ( 5 ) is in the sample room ( 7 ) freely positionable in the plane (x / y plane) and can be adjusted in height (z direction). The dosing device ( 6 ) is on the image acquisition unit ( 4 ) mechanically attached and used to apply a drop ( 1 ) on the specimen ( 2 ). The lighting unit ( 3 ) is variably adjustable in the x-direction and thus serves to enlarge and reduce the sample space ( 7 ).

Claims

Device for measuring the contact angle a drop ( 1 ) a sample liquid to the surface of a sample body ( 2 ), consisting of an optical system, with lighting unit ( 3 ) and image acquisition unit ( 4 ), which are designed for an image of the transition area between the drop and the specimen surface in side view and a suitable sample table ( 5 ) for the storage of the specimen ( 2 ) between lighting unit ( 3 ) and image acquisition unit ( 4 ) and a dosing device ( 6 ) for one or more liquids above the test specimen ( 2 ) is arranged and one or more drops manually or automatically onto the specimen ( 2 ) dosed, characterized in that the lighting unit ( 3 ) can be moved variably in the optical axis and thus to enlarge or reduce the sample space ( 7 ) suitable is.

Device according to protection claim 1, characterized in that the metering device ( 6 ) on a bracket on the side of the image acquisition unit ( 4 ) is attached.

Device according to claim 1 or 2, characterized in that the sample table ( 5 ) is movable independently of a guide and for fastening or supporting the specimen ( 2 ) in the rehearsal room ( 7 ) can be moved completely flexibly.

Device according to claim 3, characterized in that the sample table ( 5 ) on one for supporting the specimen ( 2 ) suitable but anywhere in the sample room ( 7 ) can preferably be fixed magnetically.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that for the dosing of the sample table ( 5 ) to drop ( 1 ) can be lifted to remove the drop from the dosing device ( 6 ) to decrease.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the metering device ( 6 ) to drop the drop ( 1 ) on the specimen ( 2 ) can be lowered.