CN104914019B - 一种用于视频光学接触角测量仪的校准工具和校准方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于视频光学接触角测量仪的校准工具和校准方法，包括圆珠、上面板、侧支架、升降平台板、底座、安装了微分头的精密光学平移台、安装了微分头的精密光学二维水平调整台和支撑柱，上面板中间位置设有圆珠孔，底座下方设有安装了微分头的精密光学二维水平调整台，底座一侧设有安装了微分头的精密光学平移台，安装了微分头的精密光学平移台顶部设有升降平台板，升降平台板伸入上面板的一侧顶部设有支撑柱，支撑柱与圆珠孔位置相应，升降平台板一侧与安装了微分头的精密光学平移台固定连接，从而形成圆珠可以在上面圆珠孔中升降的机构。解决了目前该仪器校准时所采用的分划板或玻璃校准板的检定时的准确性不高的问题。
Description
技术领域
本专利公布了一种用于视频光学接触角测量仪的校准工具和方法，本发明提出的校准工具主要用于检定该仪器的测值准确性、提高测值的精度。通过检测在一个孔中已知直径的圆珠的没有遮住部分的高度，计算得出接触角值并将之与接触角仪测得的接触角值对比，校准并检定该仪器的精度，从而解决了目前该仪器校准时所采用的分划板或玻璃校准板的检定时的准确性不高的问题。本专利涉及的技术可广泛应用于仿生材料研制、芯片清洁度分析、日化、农药、石油化工、表面活性剂研究、消防、电力等各个行业领域，具有极高的推广价值。
背景技术
视频光学接触角测量仪可广泛应用于材料的物性测试，是纳米材料分析、仿生材料分析以及高精密电子零部件加工中分析测试的主要仪器。长期以来，视频光学接触角测量仪的检定方法存在空白。检定方法是指如何检测一个视频光学接触角测量仪的测值精度以及误差等。研制过程中，我们采用了如下两种方法检定视频光学接触角测量值的测值精度，第一种为采用现成的显微镜分划板，通过光学接触角测量仪的成像***量出高和宽后，再用θ/2计算得出接触角值；第二种为采用刻蚀法将一个已知角度值的图像印到一个玻璃板上，再采用视频光学接触角测量仪的捕获到图像后，计算角度值，对比前后角度值的差别从而检定该仪器的精度。但在实际应用中，我们发现无论哪种方法，由于分划板或校准玻璃板均需要垂直于样品台表面以及成像***，这就导致这样的标定，过程中会额外带来不确定因素，检定的精确度也无法得到保证。同时，我们也发现在常规接触角测量过程中，如果样品被测上表面是不水平或不平整的，此时如果样品台不可以调整水平时，水滴在样品表面的两个接触点或由于光路被挡而看不到或者由于镜头俯视原因而在水平线位置形成很多干扰杂点，从而会导致接触角测值误差较大。
本专利公布了一种用于视频光学接触角测量仪的校准工具和方法。本发明提出的校准工具主要用于检定该仪器的测值准确性、提高测值的精度。通过检测在一个孔中已知直径的圆珠的没有遮住部分的高度，计算得出接触角值并将之与接触角仪测得的接触角值对比，校准并检定该仪器的精度，从而解决了目前该仪器校准时所采用的分划板或玻璃校准板的检定时的准确性不高的问题。本专利涉及的技术可广泛应用于仿生材料研制、芯片清洁度分析、日化、农药、石油化工、表面活性剂研究、消防、电力等各个行业领域，具有极高的推广价值。
发明内容
针对上述情况，本发明提供一种用于视频光学接触角测量仪的校准工具，以校准和检定光学视频接触角测量仪的精度和调整样品台的水平度以提升接触角测值的精度为目的，在校准工具的结构方面进行了专门设计。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种用于视频光学接触角测量仪的校准工具，包括圆珠、上面板、侧支架、升降平台板、底座、安装了微分头的精密光学平移台、安装了微分头的精密光学二维水平调整台和支撑柱，上面板中间位置设有圆珠孔，上面板通过两个侧支架与底座通过螺丝联接并固定，底座下方设有安装了微分头的精密光学二维水平调整台，底座一侧设有安装了微分头的精密光学平移台，安装了微分头的精密光学平移台顶部设有升降平台板，升降平台板伸入上面板的一侧顶部设有支撑柱，支撑柱与圆珠孔位置相应，升降平台板一侧与安装了微分头的精密光学平移台固定连接，从而形成圆珠可以在上面圆珠孔中升降的机构。
所述圆珠为轴承钢珠或陶瓷轴承圆珠。
所述安装了微分头的精密光学平移台包括平移台微分头、平移台下面板、导轨、平移台上面板、平移台弹簧、顶块和平移台固定座，平移台固定座上安装有平移台微分头，平移台固定座与平移台上面板通过螺丝连接，平移台下面板上设有一个顶块，平移台微分头的头部与此顶块接触，平移台弹簧安装在平移台上面板与平移台下面板的之间位置，从而形成一个复位机构。
所述安装了微分头的精密光学二维水平调整台包括调整台上面板、调整台下面板、调整台固定座、调整台微分头、头部安装有钢珠的三角块、钢珠和调整台弹簧，调整台下面板上固定了两个调整台固定座，每个调整台固定座外侧安装一个调整台微分头，调整台固定座上方设有调整台上面板，调整台上面板与调整台下面板之间设有两个头部安装有钢珠的三角块和一个钢珠，头部安装有钢珠的三角块固定在调整台固定座上，并与调整台微分头连接前端端头接触，头部安装有钢珠的三角块可沿中心转动。
拧动调整台微分头，头部安装有钢珠的三角块可向上顶起或向下收回。调整台上面板和调整台下面板通过四根拉长的调整台弹簧连接，且在一个角落装有钢珠。通过拧动两个调整台微分头，调整调整台上面板的水平。
提出一种校准和检定视频光学接触角测量仪的方法。通过检测一个已经直径的圆珠在一个孔中未被遮住部分的高度值，结合圆珠直径，计算得出接触角值并将其与视频光
学接触角仪测试得到的接触角值进行对比，从而校准和检定视频光学接触角仪的精度。
本发明的优点是：以校准和检定光学视频接触角测量仪的精度和调整样品台的水平度以提升接触角测值的精度为目的，在校准工具的结构方面进行了专门设计，通过检测在一个圆珠孔中已知直径的圆珠的没有遮住部分的高度，计算得出接触角值并将之与接触角仪测得的接触角值对比，校准并检定该仪器的精度，从而解决了目前该仪器校准时所采用的分划板或玻璃校准板的检定时的准确性不高的问题。本专利涉及的技术可广泛应用于仿生材料研制、芯片清洁度分析、日化、农药、石油化工、表面活性剂研究、消防、电力等各个行业领域，具有极高的推广价值。
附图说明
图1为安装了校准工具的视频光学接触角测量仪的结构示意图。
图2为本发明的主视图。
图3为本发明的左视图。
图4为安装了微分头的精密光学平移台的左视图。
图5为安装了微分头的精密光学平移台的俯视图。
图6为安装了微分头的精密光学二维水平调整台的主视图。
图7为安装了微分头的精密光学二维水平调整台的俯视图。
图8为安装了微分头的精密光学二维水平调整台的左视图。
在图中：1—安装了背景光源的电气控制箱；2—用于滚动角测试的旋转机构；3—进液***；4—校准工具；5一连续变倍显微镜头；6—摄像机；7—支架；8—安装有可调整高度脚的底座；9—可XYZθ多维调整的样品台，41—圆珠；42—上面板；43—侧支架；44—升降平台板；45—底座；46—安装了微分头的精密光学平移台；47—安装了微分头的精密光学二维水平调整台；48—支撑柱；461—平移台微分头；462—平移台下面板；463—导轨；464—平移台上面板；465—平移台弹簧；466一顶块；467一平移台固定座；471一调整台上面板；472—调整台下面板；473—调整台固定座；474—调整台微分头；475—头部安装有钢珠的三角块；476—钢珠；477—调整台弹簧。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参见图1～图8,一种用于视频光学接触角测量仪的校准工具，包括圆珠、上面板、侧支架、升降平台板、底座、安装了微分头的精密光学平移台、安装了微分头的精密光学二维水平调整台和支撑柱，上面板中间位置设有圆珠孔，上面板通过两个侧支架与底座通过螺丝联接并固定，底座下方设有安装了微分头的精密光学二维水平调整台，底座一侧设有安装了微分头的精密光学平移台，安装了微分头的精密光学平移台顶部设有升降平台板，升降平台板伸入上面板的一侧顶部设有支撑柱，支撑柱与圆珠孔位置相应，升降平台板一侧与安装了微分头的精密光学平移台固定连接，从而形成圆珠可以在上面圆珠孔中升降的机构。
所述圆珠为轴承钢珠或陶瓷轴承圆珠。
所述安装了微分头的精密光学平移台包括平移台微分头、平移台下面板、导轨、平移台上面板、平移台弹簧、顶块和平移台固定座，平移台固定座上安装有平移台微分头，平移台固定座与平移台上面板通过螺丝连接，平移台下面板上设有一个顶块，平移台微分头的头部与此顶块接触，平移台弹簧安装在平移台上面板与平移台下面板的之间位置，从而形成一个复位机构。
所述安装了微分头的精密光学二维水平调整台包括调整台上面板、调整台下面板、调整台固定座、调整台微分头、头部安装有钢珠的三角块、钢珠和调整台弹簧，调整台下面板上固定了两个调整台固定座，每个调整台固定座外侧安装一个调整台微分头，调整台固定座上方设有调整台上面板，调整台上面板与调整台下面板之间设有两个头部安装有钢珠的三角块和一个钢珠，头部安装有钢珠的三角块固定在调整台固定座上，并与调整台微分头连接前端端头接触，头部安装有钢珠的三角块可沿中心转动。
拧动调整台微分头，头部安装有钢珠的三角块可向上顶起或向下收回。调整台上面板和调整台下面板通过四根拉长的调整台弹簧连接，且在一个角落装有钢珠。通过拧动两个调整台微分头，调整调整台上面板的水平。
安装了微分头的精密光学二维水平调整台的安装方法：将安装了微分头的精密光学二维水平调整台固定到视频光学接触角仪的样品台上方，在测试时，将样品放置到调整台上面板上，将一个水准泡或水平仪放置在被测样品的上表面，调整水平调整台的两个调整台微分头，调整样品上表面的水平度。
提出一种校准和检定视频光学接触角仪的测值精度的方法。通过检测一个已经直径的圆珠在一个孔中未被遮住部分的高度值，结合圆珠直径，计算得出接触角值并将其与视频光学接触角仪测试得到的接触角值进行对比，从而校准和检定视频光学接触角仪的精度。具体实施方式为：(1)使用外径千分尺量测一个轴承钢珠或轴承用陶瓷球的直径并记录下来；(2)将该圆珠放置于如上提出的用于视频光学接触角测量仪的校准工具的圆珠孔中的支撑柱上面；(3)初始时，拧动光学平移台微分头将升降平台板向下移动，赶到圆珠的顶部完全位于平移台上面板的下方；(4)用一个同样使用磨床磨平的小钢块盖住放置圆珠的圆珠孔；(5)将一个水平仪放置到平移台上面板上，调整调整台微分头直到调整台上面板完全水平；(6)拧动平移台微分头，控制升降平台板的上升，直至平移台微分头的测力装置发现“弹跳声”；(7)记录下此时的平移台微分头上的位置，或按归零键；(8)取下盖住圆珠孔的小钢块；(9)拧动平移台微分头，控制升降平台的升降，此时，圆珠的部分从校准工具的上面板露出；达到预想的高度时，记录下此时的平移台微分头上的位置，将这个值与前面(7)中的值相减，即为此时圆珠的没有遮住部分的高度值；或直接读取平移台微分头上的值；(10)采用圆弧的计算公式，计算得出此时的接触角值；(11)采用视频光学接触角仪的软件，测试得出相应的接触角值；(12)将计算得出的视频光学接触角仪中的接触角值与如上(10)所述的接触角值对比。重复如上(9)-(11)操作，测试多点的接触角对比数据，从而校准和检定目前的视频光学接触角仪的精度。
提供一个安装了微分头的精密光学二维水平调整台，将其安装到视频光学接触角仪的样品台上方，提升接触角测值的精度。具体方式为：将安装了微分头的精密光学二维水平调整台固定到视频光学接触角仪的样品台上方，在测试时，将样品放置到二维水平调整台的调整台上面板上，将一个水准泡或水平仪放置在被测样品的上表面，调整水平调整台的两个调整台微分头，调整样品上表面的水平度。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (3)
1.一种用于视频光学接触角测量仪的校准工具，其特征在于，包括圆珠、上面板、侧支架、升降平台板、底座、安装了微分头的精密光学平移台、安装了微分头的精密光学二维水平调整台和支撑柱，上面板中间位置设有圆珠孔，上面板通过两个侧支架与底座通过螺丝联接并固定，底座下方设有安装了微分头的精密光学二维水平调整台，底座一侧设有安装了微分头的精密光学平移台，安装了微分头的精密光学平移台顶部设有升降平台板，升降平台板伸入上面板的一侧顶部设有支撑柱，支撑柱与圆珠孔位置相应，升降平台板一侧与安装了微分头的精密光学平移台固定连接，从而形成圆珠可以在上面圆珠孔中升降的机构；
所述安装了微分头的精密光学平移台包括平移台微分头、平移台下面板、导轨、平移台上面板、平移台弹簧、顶块和平移台固定座，平移台固定座上安装有平移台微分头，平移台固定座与平移台上面板通过螺丝连接，平移台下面板上设有一个顶块，平移台微分头的头部与此顶块接触，平移台弹簧安装在平移台上面板与平移台下面板的之间位置，从而形成一个复位机构；
所述安装了微分头的精密光学二维水平调整台包括调整台上面板、调整台下面板、调整台固定座、调整台微分头、头部安装有钢珠的三角块、钢珠和调整台弹簧，调整台下面板上固定了两个调整台固定座，每个调整台固定座外侧安装一个调整台微分头，调整台固定座上方设有调整台上面板，调整台上面板与调整台下面板之间设有两个头部安装有钢珠的三角块和一个钢珠，头部装有钢珠的三角块固定在调整台固定座上，并与调整台微分头连接前端端头接触，头部安装有钢珠的三角块可沿中心转动。
2.根据权利要求1所述的用于视频光学接触角测量仪的校准工具，其特征在于，所述圆珠为轴承钢珠或陶瓷轴承圆珠。
3.一种校准和检定视频光学接触角仪的测值精度的方法，其特征在于，通过如上述权利要求1-2任意一项所述的用于视频光学接触角测量仪的校准工具检测一个已知直径的圆珠在一个孔中未被遮住部分的高度值，结合圆珠直径，计算得出接触角值并将其与视频光学接触角仪测试得到的接触角值进行对比，从而校准和检定视频光学接触角仪的精度；
所述校准和检定视频光学接触角仪的测值精度的方法包括以下步骤：
一、使用外径千分尺量测一个轴承钢珠或轴承用陶瓷球的直径并记录下来；
二、将该圆珠放置于所述用于视频光学接触角测量仪的校准工具的圆珠孔中的支撑柱上面；
三、初始时，拧动光学平移台微分头将升降平台板向下移动，赶到圆珠的顶部完全位于平移台上面板的下方；
四、用一个同样使用磨床磨平的小钢块盖住放置圆珠的圆珠孔；
五、将一个水平仪放置到平移台上面板上，调整调整台微分头直到调整台上面板完全水平；
六、拧动平移台微分头，控制升降平台板的上升，直至平移台微分头的测力装置发现“弹跳声”；
七、记录下此时的平移台微分头上的位置，或按归零键；
八、取下盖住圆珠孔的小钢块；
九、拧动平移台微分头，控制升降平台的升降，此时，圆珠的部分从校准工具的上面板露出；达到预想的高度时，记录下此时的平移台微分头上的位置，将这个值与前面步骤七中的值相减，即为此时圆珠的没有遮住部分的高度值；或直接读取平移台微分头上的值；
十、采用圆弧的计算公式，计算得出此时的接触角值；
十一、采用视频光学接触角仪的软件，测试得出相应的接触角值；
十二、将计算得出的视频光学接触角仪中的接触角值与如上步骤十所述的接触角值对比，重复如上步骤九至步骤十一的操作，测试多点的接触角对比数据，从而校准和检定目前的视频光学接触角仪的精度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |