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现代计量测试 1998年第1期
测量接触角的一种新方法
王中杰刘滨春
(东北大学自动化研究中心沈阳 11006) (空军长春飞行学院力学教研室)
摘要: 本文把图像处理技术引入接触角测量中, 大大提高了接触角测量的精度。基于此所研制的接触角测量仪
具有精度高、重复性好、操作简单、使用方便等一系列优点。
关键词: 接触角, 边缘提取, 最小二乘法
一、引言
所谓接触角, 是指在一固体水平平面上滴一液滴, 固体表面上固、液、气三相交界点处其气—液
界面和固—液界面两切线把液相夹在其中时所成的角, 如图1所
示。
接触角的测量问题是一项涉及范围极广的技术, 在科研、国
防、工业、农业等许多领域都有很重要的应用。通过测量接触角,
可以研制减粘降阻材料, 以满足金属抛光、试剂表面特性测定、润
滑油的特性标定、印刷行业、防水行业、浮选工作、焊接工作和搪
瓷等行业的需要。接触角的测量技术虽然具有很长的研究历史,
图1 接触角的形成但每种方法都有一定的局限性, 远远不能满足各行各业的需要。
因此, 寻求一种精确、有效的接触角测量方法是一个亟待解决的
问题。
二、实验装置
实验装置由三部分组成: JJC- 1型接触角测量仪、液摘控制装置和微机图象处理系统。
JJC- 1型接触角测量仪的结构如图2所示。该仪器由底座、测量显微镜、样品盒和照明光源组
成。样品盒用来放液滴, 可按直角坐标任意移动。液滴控制装置由螺旋测微器和毛细吸管组成。微机
图象系统的基本结构是: 微机+ 图象采集显示卡+ 监视器+ 摄像机。微机的配置为: CPU 采用
80486或80486以上, 内存容量8M B , 硬盘40M B , 外接鼠标器。图象采集显示卡采用 P550双帧伪彩色
图象采集显示卡。
JJC- 1型接触角测量仪的工作过程是: 用摄像机对景物进行实时或准实时采集, 经A D 变换
后, 图象存储在图象存储单元的一个或几个通道中,D A 变换电路自动将图象实时显示在图象监
视器上, 然后可对图象进行处理或存盘。监视器是图象处理系统中必不可少的图象输出显示设备,
其最高分辨率为800点× 600行。摄像机主要完成图象的获取, 其输入信号是光信号, 摄像机的最前
端就是一组光学镜头, 其输出信号是电信号, 作为图象采集显示卡的输入。液滴的采集路径如图3所
24
1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1
1
ΡΡ
ΡΡΡ
Ρ
示。
1 测微鼓轮; 2 调焦手轮; 3 测量显微镜; 4 升降手轮; 5 固定手轮; 6 底座; 7 调平手轮;
8 横向移动手轮; 9 样品盒; 10 光源护帽; 11 照明光源; 12 可调变压器
图2 JJC- 1型接触角测量仪的结构
图3
三、测量原理
1 液滴边缘的提取
采集到的液滴图象是灰度图象(如图4所示) , 由于目标和背景的灰度均匀且目标和背景的灰度
差值较大, 因此首先将液滴灰度图象二值化, 黑色代表目标—液滴, 白色代表背景, 然后提取二值图
象的边缘, 即得液滴的边缘[3 ] (图5)。
在图象灰度值的直方图中, 把灰度值的集合用阀值 t 分成两类, 然后根据两个