Измерительный комплекс для контроля краевого угла смачивания на плоских поверхностях

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ КОНТРОЛЯ КРАЕВОГО УГЛА СМАЧИВАНИЯ НА ПЛОСКИХ ПОВЕРХНОСТЯХ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Савич Вадим Викторович Шипица Николай Александрович Сарока Дмитрий Игнатьевич Киселев Михаил Григорьевич Павич Татьяна Петровна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(57) Измерительный комплекс для контроля краевого угла смачивания на плоских поверхностях, состоящий из столика с исследуемым образцом, помещенного в герметичный корпус, устройства формирования капли, газовакуумной системы, оптической системы, выполненной в виде цифровой камеры, соединенной с компьютером, и источника света,отличающийся тем, что в комплекс дополнительно включен (входит) профилограф-профилометр, источник света выполнен в виде конденсора или лазерной оптической системы,а цифровая камера имеет возможность ручной наводки на резкость изображения капли.(56) 1.5268733,01 11/2601 13/02, 1993. 2.4688938,01 11/26, 1987. 3. Филонов М.Р. Измерение плотности металлических расплавов методом лежащей капли с использованием цифровой фотокамеры // Материаловедение. - 2002,1. - С. 13-19. 21672005.09.30 Предлагаемое техническое решение относится к технической физике и может быть использовано для контроля физико-химических свойств плоской поверхности, в частности для контроля краевого угла смачивания. Известно устройство для определения краевого угла смачивания, которое состоит из исследуемого образца твердого материала, выполненного в виде пластины, расположенного на поддерживающем столике, пипетки для формирования капли исследуемой жидкости на поверхности образца и лампы для проектирования изображения капли на экран,причем на экран нанесена шкала, по которой снимают показания обычной угловой величины и величины, связанной с линией поворота, проходящей через точку касания капли с поверхностью образца и самую верхнюю точку капли, а величину краевого угла смачивания определяют по шкале транспортира 1. Недостатком известного устройства является невысокая точность измерений, связанная с возможной погрешностью, вносимой оператором при интерпретации результатов непосредственных измерений по шкале транспортира. Другим недостатком известного устройства является длительность и малая производительность измерений. Еще одним недостатком данного устройства является невозможность достоверного и точного измерения краевых углов на шероховатых поверхностях. Известно устройство для определения краевого угла смачивания, которое состоит из основания, на котором закрепляется исследуемый образец в горизонтальном положении,коллиматора, формирующего основной параллельный пучок света перпендикулярно поверхности образца, устройства формирования капли, экрана с отверстием для прохождения пучка света от коллиматора и определения диаметра отраженной проекции капли, причем экран параллелен поверхности образца и установлен на известном расстоянии от нее 2. Недостатком известного устройства является ограниченность технических возможностей измерения краевых углов оптически прозрачных жидкостей, сложность измерений, вызванная необходимостью поддержания строгой параллельности экрана и исследуемого образца, а также невозможность определения краевых углов на шероховатых поверхностях. В качестве прототипа выбрано устройство, состоящее из столика с исследуемым образцом, помещенного в герметичный корпус, устройства формирования капли, газовакуумной системы, оптической системы, выполненной в виде цифровой камеры, соединенной с компьютером, и источника света с рассеивающим светофильтром 3. Недостатки данного устройства следующие. Невысокая точность измерений, связанная с возможным искажением действительного профиля и размеров капли, вызванная искажениями светового потока на рассеивающем светофильтре. Другим недостатком известного устройства является невозможность определения краевых углов на шероховатых поверхностях, связанная с явлениями, установленными законом Венцеля-Дерягина. Задача предлагаемой полезной модели - повышение точности измерения краевых углов смачивания с учетом шероховатости поверхности исследуемого образца. Поставленная задача достигается тем, что в известном устройстве для контроля краевого угла смачивания на плоских поверхностях, состоящем из столика с исследуемым образцом, помещенного в герметичный корпус, устройства формирования капли, газовакуумной системы, оптической системы, выполненной в виде цифровой камеры, соединенной с компьютером и источника света, в устройство дополнительно включен (входит) профилографпрофилометр, источник света выполнен в виде конденсора или лазерной оптической системы, а цифровая камера имеет возможность ручной наводки на резкость изображения капли. Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами - фиг. 1-3. На фиг. 1 представлена схема измерительного комплекса, на фиг. 2 - пример регистрации изображения капли жидкости на исследуемом образце, а на фиг. 3 - пример обработки данного изображения с использованием компьютера и одного из программных обеспечений -. Устройство состоит из столика 4 с исследуемым образцом 1, помещенного в герметичный корпус 2, устройства формирования капли 8, газовакуумной системы 6, оптической системы цифрового фотоаппарата 5 и источника света 7. Для измерения параметров шероховатости используется профилометр-профилограф 9. Информация от цифрового фотоаппарата 5 и профилометра-профилографа 9 поступает на компьютер 10. 2 21672005.09.30 Комплекс работает следующим образом на столик 4, помещенный в герметичный корпус 2, помещают исследуемый образец 1. На предварительно очищенную поверхность исследуемого образца 1 при помощи устройства для формирования капли (например,шприца с иглой внутренним диаметром 0,1 мм) наносится капля жидкости 3 (например,физраствора - 0,1 раствор ). Источником света 7 освещают каплю 3. Профиль капли фиксируют при помощи цифровой камеры 5 (например, - 575 х 3 (оптическое) х 6 (цифровое) матрица 4,2 МПксл), связанной с компьютером. Изображение капли увеличивалось до необходимого размера. По фотографии (фиг. 2) или ее электронному аналогу (фиг. 3) определяют параметры капли, необходимые для расчета краевого угла смачивания. Измерения производят при помощи стандартного (например,) или специального программного обеспечения. Предварительно, с помощью профилометра-профилографа 9, определяют стандартные параметры шероховатости , . Для обработки профилограмм профилограф-профилометр соединяют с компьютером 10. Краевой угол рассчитывают по формуле 2,(/ 2) 242 где- коэффициент шероховатости, - высота капли, - длина хорды капли. Формула получена авторами экспериментально-теоретическим путем. На фотографии (фиг. 2) видно, что прямым измерением краевого угла, как в прототипе и в аналогах, получается значение 60,905, что противоречит уравнению Венцеля-Дерягина. С использованием результатов измерений шероховатостиа(шер)/а(полир)2,67/0,73,814 получают значение 13,5. Таким образом, предложенное техническое решение позволяет повысить точность измерения краевых углов смачивания за счет учета шероховатости поверхности исследуемого образца. Фиг. 3 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.