阅读说明：本技术 一种材料表面润湿性接触角及滚动角的测量装置 (Measuring device for wettability contact angle and rolling angle of material surface ) 是由 杨志儒 周阳 何自勇 吴万里 乐德正 于 2020-05-11 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种材料表面润湿性接触角及滚动角的测量装置,包括滴液装置、可倾斜工作台装置、滚轮滑块、高速相机、光源、底座和圆盘底座；所述圆盘底座边缘设有环形导轨槽,所述高速相机通过一个滚轮滑块安装在环形导轨槽上,所述光源通过另一滚轮滑块安装在环形导轨槽上；所述圆盘底座中心设有底座,所述底座上安装滴液装置,所述滴液装置用于产生滴液；所述可倾斜工作台装置与底座滑动副连接,所述可倾斜工作台装置上设有待测试表面,所述可倾斜工作台装置用于使待测试表面产生倾斜。本发明可通过滚珠丝杠机构与剪式升降机构的组合使用,通过齿轮齿条的啮合,可精确控制工作台的倾斜角度,有利于精确定位。(The invention provides a device for measuring a contact angle and a rolling angle of wettability of a material surface, which comprises a liquid dropping device, an inclinable workbench device, a roller slider, a high-speed camera, a light source, a base and a disc base, wherein the liquid dropping device is arranged on the base; the edge of the disc base is provided with an annular guide rail groove, the high-speed camera is arranged on the annular guide rail groove through one roller sliding block, and the light source is arranged on the annular guide rail groove through the other roller sliding block; a base is arranged in the center of the disc base, and a liquid dropping device is arranged on the base and used for generating liquid dropping; the tiltable workbench device is connected with the base sliding pair, a surface to be tested is arranged on the tiltable workbench device, and the tiltable workbench device is used for tilting the surface to be tested. The invention can be used by combining the ball screw mechanism and the shear type lifting mechanism, and can accurately control the inclination angle of the workbench through the meshing of the gear and the rack, thereby being beneficial to accurate positioning.)

一种材料表面润湿性接触角及滚动角的测量装置

技术领域

本发明涉及材料表面润湿性测量技术领域，具体涉及一种材料表面润湿性接触角及滚动角的测量装置。

背景技术

液体在固体材料表面上的接触角,是衡量该液体对材料表面润湿性能的重要参数。接触角越大说明材料表面疏水性越强，反之则说明材料表面亲水性越强。滚动角可作为评价材料表面润湿性的另一个指标，滚动角指的是一定质量的液滴在倾斜面上开始滚动的临界角度。滚动角越小说明材料表面疏水性越强，反之则说明材料表面亲水性越强。

目前，接触角测量最广泛最直接方法为外形图像分析法。其原理为将液滴滴于固体样品表面，通过显微镜头与相机获得液滴的外形图像，再运用图像处理液滴投影轮廓，将接触角计算出来。但是，由于材料的表面结构以及化学组分不均匀等原因，往往会导致在不同方向上的测量的接触角不一致甚至差异较大。若减少这种测量误差，则有助于精确反映测量表面的润湿性效果。

滚动角测量需要在可倾斜工作台上进行，此类装置一般采用滚珠丝杠来控制工作台的倾斜角度，用于实时记录滚动角数据。但是都具有一定的局限性，具体如下：

现有中国发明专利中，其装置中的垂直支撑体具有一定的长度，从而导致其工作台具有一定的初始倾斜角度，当滚动角在0至初始倾斜角度范围内无法使用其测量，具有一定的局限性。

现有中国发明专利中，其装置中滚珠丝杠机构固定在倾斜底板上，与水平方向呈一定的夹角。其工作台的初始角度为0，但由于其滚珠丝杠机构与水平方向呈一定夹角，从而导致其工作台的最大倾斜角度小于90°，当滚动角在最大倾斜角度至90°范围内无法使用其测量，同样具有一定的局限性。

滚珠丝杠机构中的滑块或者支撑架与可倾斜工作台的接触方式为直接接触或滚动接触，其缺点在于不利于精确定位，从而无法精确控制工作台的倾斜角度。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种材料表面润湿性接触角及滚动角的测量装置，可通过高速相机360°全方位采集多组图像，进而通过计算机拟合出液滴的三维立体图像，可减小单方向拍摄的二维图像的误差；可通过滚珠丝杠机构与剪式升降机构的组合使用，使倾斜工作台的倾斜角度为0-90°，其滚动角测量范围为0-90°；通过齿轮齿条的啮合，可精确控制工作台的倾斜角度，有利于精确定位。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种材料表面润湿性接触角及滚动角的测量装置，包括滴液装置、可倾斜工作台装置、滚轮滑块、高速相机、光源、底座和圆盘底座；所述圆盘底座边缘设有环形导轨槽，所述高速相机通过一个滚轮滑块安装在环形导轨槽上，所述光源通过另一滚轮滑块安装在环形导轨槽上；所述圆盘底座中心设有底座，所述底座上安装滴液装置，所述滴液装置用于产生滴液；所述可倾斜工作台装置与底座滑动副连接，所述可倾斜工作台装置上设有待测试表面，所述可倾斜工作台装置用于使待测试表面产生倾斜。

进一步，所述滴液装置包括支架、升降调节器、液滴进样器、夹具、滑槽和滑轨；所述支架安装在所述底座上，所述支架上设有滑槽，所述升降调节器安装在支架上，且所述升降调节器沿滑槽移动；所述液滴进样器一端安装在升降调节器上，所述液滴进样器另一端通过夹具固定，所述夹具通过滑轨固定在支架上。

进一步，所述可倾斜工作台装置包括垂直丝杠升降装置、底板、工作台底座、水平滚珠丝杠装置、剪式升降装置、齿轮、齿条、工作台和支撑座；所述底板包括可倾斜工作台装置底座和垂直丝杠升降装置升降台，所述可倾斜工作台装置底座滑动副安装在底座内的第二滑槽；所述垂直丝杠升降装置安装在可倾斜工作台装置底座上，所述垂直丝杠升降装置升降台上安装工作台底座，所述工作台底座上安装水平滚珠丝杠装置，所述水平滚珠丝杠装置的滑块上安装剪式升降装置，所述剪式升降装置顶部设有可转动的齿轮，所述工作台一端与支撑座一端旋转副连接，所述支撑座另一端安装在工作台底座上，所述工作台底面水平方向安装齿条，所述齿条与齿轮啮合，通过水平滚珠丝杠装置的滑块水平移动，使工作台产生倾斜；所述工作台顶面为待测试表面。

进一步，所述滚轮滑块包括电机、上方滚轮、侧方滚轮和下方滚轮；所述上方滚轮和下方滚轮分别与环形导轨槽上下面滚动副接触，所述侧方滚轮与圆盘底座外圆滚动副接触，所述电机、上方滚轮、侧方滚轮和下方滚轮均安装在支撑架上，所述电机通过传动装置与上方滚轮或侧方滚轮传动连接。

进一步，所述高速相机和光源呈180°放置，安装所述高速相机的一个滚轮滑块和安装所述光源的另一滚轮滑块安通过控制部件实现同步转动。

进一步，所述高速相机沿圆盘底座做圆周运动，通过360°全方位采集多组图像，通过计算机拟合出液滴的三维立体图像。

本发明的有益效果在于：

1.材料表面润湿性接触角及滚动角的测量装置，可通过高速相机360°全方位采集多组图像，进而通过计算机拟合出液滴的三维立体图像，可减小单方向拍摄的二维图像的误差，使测量结果更加精确。

2.材料表面润湿性接触角及滚动角的测量装置，可通过滚珠丝杠机构与剪式升降机构的组合使用，使倾斜工作台的倾斜角度为0-90°，其滚动角测量范围为0-90°。

3.材料表面润湿性接触角及滚动角的测量装置，通过齿轮齿条的啮合，可精确控制工作台的倾斜角度，有利于精确定位。

附图说明

图1为本发明整体装配的主视视角轴测图。

图2为本发明整体装配的侧视视角轴测图。

图3为本发明整体装配的局部视角轴测图。

图4为本发明整体装配的另一局部视角轴测图。

图5为本发明所述可倾斜工作台的主视视角轴测图。

图中：

1-滴液装置；2-可倾斜工作台装置；3-滚轮滑块；4-高速相机；5-光源；6-底座；7-圆盘底座；11-支架；12-升降调节器；13-液滴进样器；14-夹具；15-滑槽；16-滑轨；21-垂直丝杠升降装置；22-底板；221-可倾斜工作台装置底座；222-垂直丝杠升降装置升降台；23-工作台底座；231-滑槽；24-水平滚珠丝杠装置；241-手轮；242-支座；243-滑块；25-剪式升降装置；26-齿轮；27-齿条；28-工作台；29-支撑座；291-孔；31-电机；32-上方滚轮；33-侧方滚轮；34-下方滚轮；41-相机支架；51-光源支架；61-第一滑槽；62-第二滑槽；71-环形导轨槽；72-圆盘底座的支撑架。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，本发明所述的材料表面润湿性接触角及滚动角的测量装置，包括滴液装置1、可倾斜工作台装置2、滚轮滑块3、高速相机4、光源5、底座6和圆盘底座7；所述圆盘底座7边缘设有环形导轨槽71，所述高速相机4通过一个滚轮滑块3安装在环形导轨槽71上，所述光源5通过另一滚轮滑块3安装在环形导轨槽71上；所述圆盘底座7中心设有底座6，所述底座6上安装滴液装置1，所述滴液装置1用于产生滴液；所述可倾斜工作台装置2与底座6滑动副连接，所述可倾斜工作台装置2上设有待测试表面，所述可倾斜工作台装置2用于使待测试表面产生倾斜。所述圆盘底座7底部安装圆盘底座的支撑架72。

如图2所示，所述滴液装置1包括支架11、升降调节器12、液滴进样器13、夹具14、滑槽15和滑轨16；所述支架11安装在所述底座6上的第一滑槽61内，所述支架11可以沿滑槽移动；所述支架11上设有滑槽15，所述升降调节器12安装在支架11上，且所述升降调节器12沿滑槽15移动；所述液滴进样器13一端安装在升降调节器12上，所述液滴进样器13另一端通过夹具14固定，所述夹具14通过滑轨16固定在支架11上。

如图5所示，所述可倾斜工作台装置2包括垂直丝杠升降装置21、底板22、工作台底座23、水平滚珠丝杠装置24、剪式升降装置25、齿轮26、齿条27、工作台28和支撑座29；所述底板22包括可倾斜工作台装置底座221和垂直丝杠升降装置升降台222，所述可倾斜工作台装置底座221滑动副安装在底座6内的第二滑槽62；所述垂直丝杠升降装置21安装在可倾斜工作台装置底座221上，所述垂直丝杠升降装置升降台222上安装工作台底座23，所述工作台底座23上安装水平滚珠丝杠装置24，所述水平滚珠丝杠装置24包括手轮241、支座242和滑块243；所述工作台底座23内设有滑槽231，所述滑块243可沿滑槽231移动，所述手轮241与水平滚珠丝杠连接，通过转动手轮241使滑块243水平运动。通过换算关系确定手轮转动圈数与工作台的倾斜角度，并将刻度刻在手轮上；或通过换算关系确定齿轮齿条的啮合位置与工作台的倾斜角度，并将刻度可在工作台的侧面。所述滑块243上设有支座242，所述支座242上安装剪式升降装置25，所述剪式升降装置25顶部设有可转动的齿轮26，所述工作台28一端与支撑座29一端旋转副连接，所述支撑座29另一端安装在工作台底座23上，所述工作台28底面水平方向安装齿条27，所述齿条27与齿轮26啮合，通过水平滚珠丝杠装置24的滑块水平移动，使工作台28产生倾斜；所述工作台28顶面为待测试表面。支撑座29上设有孔291，所述孔291内安装轴承和轴，用于形成旋转副。通过调节剪式升降装置25使工作台28在0-30°范围内精确转动，再通过水平滚珠丝杠装置24使工作台28在30°-90°范围内精确转动，将剪式升降装置25和水平滚珠丝杠装置24组合在一起使用，使其测量范围在0-90°之间。

如图3和图4所示，所述滚轮滑块3包括电机31、上方滚轮32、侧方滚轮33和下方滚轮34；所述上方滚轮32和下方滚轮34分别与环形导轨槽71上下面滚动副接触，所述侧方滚轮33与圆盘底座7外圆滚动副接触，所述电机31、上方滚轮32、侧方滚轮33和下方滚轮34均安装在支撑架上，所述电机31通过传动装置与上方滚轮32或侧方滚轮33传动连接。

所述高速相机4和光源5呈180°放置，所述高速相机4通过相机支架41安装在一个滚轮滑块3上，所述光源5通过光源支架51安装在另一个滚轮滑块3上。安装所述高速相机4的一个滚轮滑块3和安装所述光源5的另一滚轮滑块3安通过控制部件实现同步转动。

所述高速相机4沿圆盘底座7做圆周运动，通过360°全方位采集多组图像，通过计算机拟合出液滴的三维立体图像，可减小单方向拍摄的二维图像的误差，使测量结果更加精确。

实施案例：

使用之前，通过垂直丝杠升降装置21调节垂直丝杠升降装置升降台222的高度，确保工作台28高度正好在高速相机镜头内；通过调节水平滚珠丝杠装置24和剪式升降装置25，确保工作台处于水平位置，工作台28的台面为待测试表面；通过滑动可倾斜工作台装置底座221或支架11，使得液滴进样器13处于工作台28的正上方。

(1)测量液体接触角：

打开高速相机4、光源5以及滚轮滑块3的电源，使高速相机4与光源5以相同速度在圆盘滑槽上转动。通过控制液滴进样器13以控制液体的自由滴落，并启动高速相机连续拍摄功能，在液滴滴落的一瞬间捕捉多组图像，并通过计算机拟合出液滴的三维立体图像，使测量结果更加精确。

(2)测量液体滚动角：

通过调节剪式升降装置25使工作台28由0°缓慢倾斜，再通过测量液体接触角的方法可测得液体的滚动角；当倾斜角度超过30°时，再通过调节水平滚珠丝杠装置24使工作台由30°缓慢倾斜，可测得30°以上的滚动角。

剪式升降装置25和水平滚珠丝杠装置24的一端光滑杆均可通过联轴器连接伺服电机的输出轴，以实现电动控制丝杠上滑块的运动，使工作台匀速倾斜。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。