本發(fā)明涉及一種接觸角測(cè)量裝置，屬于親水性測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

測(cè)定樣品的親水性的一種常用方法就是靜態(tài)接觸角法測(cè)量法，如國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T24368-2009，采用接觸角法測(cè)量法測(cè)量親水性時(shí)，先要在樣品上滴上一水滴，水滴在滴在樣品后會(huì)形成一個(gè)水珠，在水珠邊緣線與樣品的交點(diǎn)做水珠邊緣線的切線，切線與樣品表面的夾角即為接觸角，接觸角越小說(shuō)明親水性越好。然而要在水珠上準(zhǔn)確測(cè)量出靜態(tài)接觸角并不簡(jiǎn)單。一種方法是通過(guò)量角器直接測(cè)量水珠的靜態(tài)接觸角，但由于測(cè)量靜態(tài)接觸角時(shí)水珠較小，而人的肉眼對(duì)切線的分辨力有限，致使測(cè)量結(jié)果精確度有限且受人為因素影響較大。

隨著數(shù)碼相機(jī)的普及和分辨率的提高，根據(jù)拍得水珠圖像而計(jì)算靜態(tài)接觸角方法的研究正逐步開(kāi)展。常用的一種靜態(tài)接觸角法的測(cè)量方法，即對(duì)水珠圖像進(jìn)行拍攝，然后在得到的水珠的圖像上獲得水珠邊緣后再使用多項(xiàng)式擬合獲得氣、液、固交界處曲線方程，其中液、固交界處(水珠與樣品的交界面)作為基線，氣、液交界處(水珠與空氣的交界面)擬合形成水珠邊緣曲線，根據(jù)水珠邊緣曲線和基線即可方便得到接觸角。但是液、固交界處的識(shí)別獲得比較困難，導(dǎo)致基線的獲取不準(zhǔn)確，從而影響接觸角的測(cè)量精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：為克服現(xiàn)有技術(shù)中液滴測(cè)量接觸角中基線的獲取不準(zhǔn)確、接觸角的測(cè)量精度差問(wèn)題，提供一種基線的獲取準(zhǔn)確、提高接觸角的測(cè)量精度的接觸角測(cè)量裝置。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明提供一種接觸角測(cè)量裝置，包括用于放置樣品的載物臺(tái)，用于向載物臺(tái)上的樣品滴上水珠的滴管，用于對(duì)液滴進(jìn)行水平拍攝的攝像頭，光源，以及用于接收所述攝像頭拍攝的圖像并對(duì)圖像進(jìn)行處理的以得到接觸角的處理單元；其特征在于：

所述處理單元能夠執(zhí)行以下步驟：

分別識(shí)別出圖像中液滴倒影和液滴本身的邊緣并對(duì)圖像中液滴倒影和液滴本身的邊緣分別進(jìn)行曲線擬合形成擬合線；

液滴倒影邊緣的擬合線與液滴本身邊緣的擬合線的兩個(gè)交點(diǎn)為基點(diǎn)，連接兩個(gè)基點(diǎn)得到基線；

選取其中一個(gè)基點(diǎn)，以該基點(diǎn)做液滴本身邊緣的擬合線的切線，計(jì)算該切線與基線的夾角即為接觸角；

輸出接觸角。

優(yōu)選地，本發(fā)明的接觸角測(cè)量裝置，在對(duì)圖像中液滴倒影中的邊緣進(jìn)行曲線擬合時(shí)，如果僅能識(shí)別出液滴的倒影兩端的邊緣線時(shí)，則通過(guò)兩端的邊緣線形成整個(gè)液滴倒影的擬合曲線。

優(yōu)選地，本發(fā)明的接觸角測(cè)量裝置，曲線擬合采用霍夫圓/霍夫多項(xiàng)式擬合方法。

優(yōu)選地，本發(fā)明的接觸角測(cè)量裝置，通過(guò)圖像得到基點(diǎn)和基線后，還包括測(cè)量液滴倒影邊緣的擬合線與液滴本身邊緣的擬合線到基線的最長(zhǎng)距離，然后比較兩個(gè)距離的差值，如果差值比例小于1％，則確定為最終基點(diǎn)和最終基線，如果差值比例大于1％，則重新對(duì)液滴倒影邊緣和/或液滴本身邊緣進(jìn)行擬合，并重新確定基點(diǎn)和基線，直至液滴倒影邊緣的擬合線與液滴本身邊緣的擬合線到基線的最長(zhǎng)距離之間的差值比例小于1％。

優(yōu)選地，本發(fā)明的接觸角測(cè)量裝置，測(cè)量液滴倒影邊緣的擬合線與液滴本身邊緣的擬合線到基線的最長(zhǎng)距離的方法為，做基線的中垂線，中垂線分別與液滴倒影邊緣的擬合線和液滴本身邊緣的擬合線的交點(diǎn)到基線的長(zhǎng)度分別為量液滴倒影邊緣的擬合線與液滴本身邊緣的擬合線到基線的最長(zhǎng)距離。

優(yōu)選地，本發(fā)明的接觸角測(cè)量裝置，若拍攝的液滴的圖像中不具有倒影或者無(wú)法識(shí)別出液滴倒影部分邊緣線時(shí)，所述處理單元控制滴管在樣品上遠(yuǎn)離攝像頭的位置滴下液滴，并由攝像頭重新拍攝圖像。

優(yōu)選地，本發(fā)明的接觸角測(cè)量裝置，所述樣品放置在載物臺(tái)上，在所述樣品與攝像頭的連線上，所述液滴與載物臺(tái)邊緣的距離≥1.5cm。

優(yōu)選地，本發(fā)明的接觸角測(cè)量裝置，所述液滴與載物臺(tái)邊緣的距離≥10cm。

優(yōu)選地，本發(fā)明的接觸角測(cè)量裝置，還包括吹風(fēng)機(jī)，所述吹風(fēng)機(jī)用于將液滴吹干。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明的接觸角測(cè)量裝置，通過(guò)在對(duì)液滴圖像進(jìn)行處理，擬合得到液滴倒影和液滴本身邊緣的擬合線，兩條擬合線的交點(diǎn)即為基點(diǎn)，連接兩個(gè)交點(diǎn)即為基線，可以克服現(xiàn)有技術(shù)中圖像中液、固交界處的識(shí)別困難，導(dǎo)致基線的獲取不準(zhǔn)確的問(wèn)題，提高基線的獲得精度，提高接觸角的測(cè)量精度。

(2)通過(guò)測(cè)量液滴倒影邊緣的擬合線與液滴本身邊緣的擬合線到基線的最長(zhǎng)距離，然后比較兩個(gè)距離的差值，可以驗(yàn)證液滴倒影邊緣的擬合線與液滴本身邊緣的擬合線，液滴倒影邊緣的擬合線與液滴本身邊緣的擬合線到基線的最長(zhǎng)距離的差值過(guò)大時(shí)，說(shuō)明擬合線擬合精度差或者圖像的質(zhì)量較差，此時(shí)，重新擬合或者重新拍攝圖像進(jìn)行擬合可以進(jìn)一步提高測(cè)量精度。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例3的接觸角測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是能完全識(shí)別出整個(gè)液滴倒影邊緣線的圖像；

圖3是僅能識(shí)別出液滴的倒影兩端的邊緣線的圖像；

圖4是接觸角A的計(jì)算圖示。

1-切線；2-液滴本身邊緣擬合線；3-液滴倒影邊緣擬合線；4-液滴倒影邊緣擬合線；5-基線；6-液滴；7-攝像頭；8-光源；9-載物臺(tái)。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。這些附圖均為簡(jiǎn)化的示意圖，僅以示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供一種液滴測(cè)量接觸角中基點(diǎn)和基線的獲取方法，包括以下步驟：

S1：分別識(shí)別出圖像中液滴倒影和液滴本身的邊緣并對(duì)圖像中液滴倒影和液滴本身的邊緣分別進(jìn)行曲線擬合形成擬合線，對(duì)于液滴倒影的邊緣分為兩種情況，第一種情況是能完全識(shí)別出整個(gè)邊緣線，如圖2所示，此時(shí)就對(duì)整個(gè)邊緣線進(jìn)行擬合，第二種情況時(shí)僅能識(shí)別出液滴的倒影兩端的邊緣線時(shí)(中間段模糊)，則通過(guò)兩端的邊緣線形成整個(gè)液滴倒影的擬合曲線，如圖3所示，曲線擬合采用霍夫圓/霍夫多項(xiàng)式擬合方法；

S2：圖液滴倒影邊緣的擬合線與液滴本身邊緣的擬合線的兩個(gè)交點(diǎn)為基點(diǎn)，連接兩個(gè)基點(diǎn)得到基線。

S3：為了進(jìn)一步驗(yàn)證基點(diǎn)和基線是否準(zhǔn)確，通過(guò)圖像得到基點(diǎn)和基線后，還包括測(cè)量液滴倒影邊緣的擬合線與液滴本身邊緣的擬合線到基線的最長(zhǎng)距離，然后比較兩個(gè)距離的差值，如果差值比例小于1％，則確定為最終基點(diǎn)和最終基線，如果差值比例大于1％，則重新對(duì)液滴倒影邊緣和/或液滴本身邊緣進(jìn)行擬合，并重新確定基點(diǎn)和基線，直至液滴倒影邊緣的擬合線與液滴本身邊緣的擬合線到基線的最長(zhǎng)距離之間的差值比例小于1％，也調(diào)整位置滴下新液滴，重新拍攝圖像。

具體地，測(cè)量液滴倒影邊緣的擬合線與液滴本身邊緣的擬合線到基線的最長(zhǎng)距離的方法為，做基線的中垂線，中垂線分別與液滴倒影邊緣的擬合線和液滴本身邊緣的擬合線的交點(diǎn)到基線的長(zhǎng)度分別為量液滴倒影邊緣的擬合線與液滴本身邊緣的擬合線到基線的最長(zhǎng)距離。

本實(shí)施例的液滴測(cè)量接觸角中基點(diǎn)和基線的獲取方法，通過(guò)在圖像上擬合液滴倒影和液滴本身邊緣的擬合線，兩條擬合線的交點(diǎn)即為基點(diǎn)，連接兩個(gè)交點(diǎn)即為基線，可以克服現(xiàn)有技術(shù)中圖像中液、固交界處的識(shí)別困難，導(dǎo)致基線的獲取不準(zhǔn)確的問(wèn)題，提高基線的獲得精度，提高接觸角的測(cè)量精度。

本實(shí)施例中，采用S3步驟后，可以驗(yàn)證液滴倒影邊緣的擬合線與液滴本身邊緣的擬合線，液滴倒影邊緣的擬合線與液滴本身邊緣的擬合線到基線的最長(zhǎng)距離的差值過(guò)大時(shí)，說(shuō)明擬合線擬合精度差或者圖像的質(zhì)量較差，此時(shí)，重新擬合或者重新拍攝圖像進(jìn)行擬合可以進(jìn)一步提高測(cè)量精度。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提供一種接觸角的測(cè)量方法，包括以下方法：

S11：將樣品放置在載物臺(tái)上，在樣品與攝像頭的連線上，(測(cè)量單晶硅或多晶硅材料時(shí))液滴與載物臺(tái)邊緣的距離d≥1.5cm，優(yōu)選為d≥10cm(1.5-10cm時(shí)得到倒影的中間模糊，只能識(shí)別出部分邊緣線；d≥10cm時(shí)圖像中倒影清楚，能夠識(shí)別出完整的邊緣線，采用上述值時(shí)，可以方便獲取具有倒影的圖像)，通過(guò)滴管在樣品表面滴上液滴；

S12：采用數(shù)碼相機(jī)或CCD傳感器結(jié)合圖像采集卡對(duì)材料上的水珠進(jìn)行水平拍攝，攝像機(jī)平面垂直于樣品平面，獲取具有倒影的液滴的圖像，若拍攝的液滴的圖像中不具有倒影或者無(wú)法識(shí)別出液滴倒影部分邊緣線時(shí)，則控制滴管在樣品上遠(yuǎn)離攝像頭的位置滴下液滴，拍攝完之后圖像被傳輸至處理單元(PC機(jī))；

S13：處理單元對(duì)圖像進(jìn)行處理，處理方法為實(shí)施例1中所述的方法，得到基點(diǎn)和基線；

S14：選取其中一個(gè)基點(diǎn)，以該基點(diǎn)做液滴本身邊緣的擬合線的切線，該切線與基線的夾角即為接觸角A，如圖4所示。

本實(shí)施的接觸角的測(cè)量方法，采用實(shí)施例1的液滴測(cè)量接觸角中基點(diǎn)和基線的獲取方法，基點(diǎn)和基線獲取準(zhǔn)確，接觸角計(jì)算精度在±0.5°，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料親水性的精確檢測(cè)。

實(shí)施例3

本實(shí)施例提供一種接觸角測(cè)量裝置，如圖1所示，包括用于放置樣品的載物臺(tái)9，用于向載物臺(tái)9上的樣品滴上水珠的滴管，用于對(duì)液滴進(jìn)行水平拍攝攝像頭7，光源8，以及用于接收攝像頭圖像并執(zhí)行實(shí)施例2中S13和S14步驟的處理單元。

本實(shí)施例的接觸角測(cè)量裝置，采用實(shí)施例2的接觸角的測(cè)量方法，具有如實(shí)施例2中所述的優(yōu)點(diǎn)。

本實(shí)施例的接觸角測(cè)量裝置，還包括吹風(fēng)機(jī)，所述吹風(fēng)機(jī)用于將液滴吹干。通過(guò)設(shè)置吹風(fēng)機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)液滴的快干，提供工作效率。

實(shí)施例4

本實(shí)施例提供一種接觸角測(cè)量裝置，包括：

識(shí)別模塊，能夠識(shí)別出圖像中液滴倒影和液滴本身的邊緣；

擬合模塊，能夠根據(jù)識(shí)別出圖像中液滴倒影和液滴本身的邊緣，分別對(duì)圖像中液滴倒影和液滴本身的邊緣分別進(jìn)行曲線擬合形成擬合線，擬合時(shí)若拍攝的液滴的圖像中不具有倒影或者無(wú)法識(shí)別出液滴倒影部分邊緣線時(shí)，則控制滴管在樣品上遠(yuǎn)離攝像頭的位置滴下液滴；

基線獲取模塊，將液滴倒影邊緣的擬合線與液滴本身邊緣的擬合線的兩個(gè)交點(diǎn)識(shí)別為基點(diǎn)，連接兩個(gè)基點(diǎn)得到基線；

接觸角獲取模塊，選取其中一個(gè)基點(diǎn)，以該基點(diǎn)做液滴本身邊緣的擬合線的切線，該切線與基線的夾角即為接觸角；

精度控制模塊(可選裝)，在通過(guò)圖像得到基點(diǎn)和基線后，測(cè)量液滴倒影邊緣的擬合線與液滴本身邊緣的擬合線到基線的最長(zhǎng)距離，然后比較兩個(gè)距離的差值，如果差值比例小于1％，則確定為最終基點(diǎn)和最終基線，如果差值比例大于1％，則重新對(duì)液滴倒影邊緣和/或液滴本身邊緣進(jìn)行擬合，并重新確定基點(diǎn)和基線，直至液滴倒影邊緣的擬合線與液滴本身邊緣的擬合線到基線的最長(zhǎng)距離之間的差值比例小于1％，測(cè)量液滴倒影邊緣的擬合線與液滴本身邊緣的擬合線到基線的最長(zhǎng)距離的方法為，做基線的中垂線，中垂線分別與液滴倒影邊緣的擬合線和液滴本身邊緣的擬合線的交點(diǎn)到基線的長(zhǎng)度分別為量液滴倒影邊緣的擬合線與液滴本身邊緣的擬合線到基線的最長(zhǎng)距離。

以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過(guò)上述的說(shuō)明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說(shuō)明書(shū)上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來(lái)確定其技術(shù)性范圍。