標(biāo)準(zhǔn)的接觸角測量儀測試操作流程及測試數(shù)據(jù)各軟件對(duì)比分析

一、接觸角測量儀/水滴角測量儀的測試操作簡單流程：

1、采用陶瓷標(biāo)定棒對(duì)儀器進(jìn)行標(biāo)定；

2、測試分析用蒸餾水樣品的表面張力值，測試溫度條件為25℃，標(biāo)準(zhǔn)值為71.97mN/m，測試結(jié)果左、右均值為71.69mN/m，符合要求。

如下圖所示：

3、將測試布樣品剪切長條小塊并采用夾具固定。

4、測試每個(gè)樣品的多點(diǎn)位置接觸角值。

二、接觸角測量儀的測試結(jié)果數(shù)據(jù)分析及各軟件測值結(jié)果對(duì)比分析

本測試結(jié)果的對(duì)比分析用圖片均來自于美國科諾的SL200KS型接觸角測量儀。

1、由于該儀器采用了樣品臺(tái)微分頭驅(qū)動(dòng)的水平調(diào)整功能，因而，在水平線的獲得方面與其他公司的接觸角測量儀存在區(qū)別。

2、該儀器在測試之前，已經(jīng)采用了美國科諾檢定工具進(jìn)行了檢定，測試誤差小于1度。

檢定主要是用于考察儀器的整體設(shè)計(jì)性能，檢定球采用了紅寶石球5mm球，精度0.001mm。

3、測試用布由于其自平整度比較差，反光差，獲得比較好的水平線位置的圖像存在一定的難度。

4、測試布這樣的織物材料的接觸角值，同時(shí)要求對(duì)布的張緊程度盡量保持一致，否則由于張緊程度不同而接觸角測值結(jié)果出現(xiàn)差別。

5、通過接觸角測量儀的測值結(jié)果顯示，測值結(jié)果為大于120度的疏水接觸角值。因而，樣品臺(tái)相對(duì)于鏡頭成像的左、右傾斜角度（水平）的保持相當(dāng)重要，否則極易產(chǎn)生左、右接觸角偏差，即前進(jìn)、后退角。如果產(chǎn)生了前進(jìn)、后退角，則建議采用的測值結(jié)果為本征接觸角值，同時(shí)一定要結(jié)合左、右接觸角值來綜合分析。左、右接觸角值偏差越大，說明該樣品的表面存在化學(xué)多樣性或不干凈的可能性就越大。通常而方，對(duì)于疏水材料（接觸角值大于120度時(shí)）出現(xiàn)左、右偏差5度以上時(shí)，就應(yīng)重視此時(shí)的接觸角左、右值的分析。

6、通過分析同一張圖片不同軟件測值結(jié)果，可以查看出軟件的算法的精度、功能等。這也是能夠?qū)Ρ鹊玫侥膫€(gè)接觸角測量軟件更符合用戶的測試需求。

7、CAST3.0提供了將所有擬合曲線自動(dòng)保存到圖片上的功能，可以直接將圖片壓縮成視頻AVI功能，也可以直接將圖片導(dǎo)出進(jìn)行分析。同時(shí)，對(duì)于保存的圖片可以進(jìn)行二次重新分析，提供圖像處理（photoshop同樣的功能）和手自一體測試算法（可手動(dòng)、也有全自動(dòng)）。因而，數(shù)據(jù)的可追溯性更好、可溯源性更高、可靠度更高，更適合于企業(yè)品質(zhì)控制（不同測試人員的數(shù)據(jù)追溯）、學(xué)校研發(fā)（不同學(xué)生的數(shù)據(jù)可靠性分析，發(fā)表文章時(shí)加上擬合曲線后的圖像數(shù)據(jù)相比于僅僅源圖片更可靠）。

8、其他公司對(duì)比分析用測試軟件由第三方提供。測試數(shù)據(jù)僅對(duì)測試時(shí)的版本負(fù)責(zé)。由于軟件升級(jí)等造成測值結(jié)果可能的變化，可以通過下載相關(guān)源圖片后，進(jìn)行重新分析后作重新評(píng)估。

9、測試數(shù)據(jù)對(duì)比僅對(duì)測試分析用圖片負(fù)責(zé)，只是說明某些算法在處理當(dāng)前圖像時(shí)的適用性或表征的細(xì)節(jié)多少情況，同時(shí)也是用于評(píng)估算法的不同性能。這些對(duì)比并非用于終評(píng)估或確認(rèn)特定軟件的優(yōu)劣之分，任何軟件均有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。本文并非對(duì)此作出評(píng)論。 

10、我們歡迎廣大用戶、友商的來圖、來樣對(duì)相關(guān)圖片進(jìn)行綜合分析，為您提供更適用的測試方案和更為接近實(shí)際值的測值結(jié)果。

（一）樣品305E：

1、圖片 1和2樣品不平整導(dǎo)致接觸水平線的查找遇到困難。

這種情況下需要重新調(diào)整樣品的水平傾斜角度。后面的圖片即為調(diào)整后的效果。

2、對(duì)于樣品水平線效果不好的圖片，各個(gè)軟件分析結(jié)果對(duì)比：

以上數(shù)據(jù)說明

• SCA20的測試數(shù)據(jù)大，特別是針對(duì)這種平整度比較差的圖像的分析。
• DSA1.92在單側(cè)擬合效果明顯偏差的情況下的測值結(jié)果與實(shí)際結(jié)果接近，說明擬合好的側(cè)的結(jié)果是可信的，而如果該樣品的右側(cè)結(jié)果如果與左側(cè)明顯不一致，即非軸對(duì)稱時(shí)，其測值結(jié)果則不能用以表征該樣品的性能。

（1）接觸角分析軟件DSA1.92

Young-Laplace方程擬合算法

（2）接觸角分析軟件 SCA20

Young-Laplace方程擬合法

（3）接觸角分析軟件CAST3

ADSA－RealDrop

（4）樣品平整度好的時(shí)候的測值結(jié)果

3、樣品平整度好，水平線比較清晰時(shí)的各個(gè)軟件對(duì)比數(shù)據(jù)

以上數(shù)據(jù)說明

• DSA1.92在單側(cè)擬合效果明顯偏差的情況下的測值結(jié)果與實(shí)際結(jié)果接近，只能說明擬合好的側(cè)的結(jié)果是可信的，而如果該樣品的右側(cè)結(jié)果如果與左側(cè)明顯不一致，即非軸對(duì)稱時(shí)，其測值結(jié)果就不能用以表征該樣品的性能了。
• 橢圓擬合并不能用于測試接觸角值，因?yàn)樵撍惴▋H僅是簡單的幾何量角尺的概念。

（1）接觸角分析軟件DSA1.92

Young-Laplace方程擬合法

同一張圖片采用橢圓擬合時(shí)，測值結(jié)果為140度

（2）接觸角分析軟件SCA20

Young-Laplace方程擬合法

對(duì)于同一張圖片，采用橢圓擬合時(shí)，角度值左右分別為139.9和139.6度

（3）接觸角分析軟件 CAST3.0

ADSA－RealDrop法

橢圓擬合時(shí)，結(jié)果為140度，且明顯的橢圓擬合度在接觸點(diǎn)位置的輪廓重合度比較差。

（二）樣品51

1、第5張圖片開始采用的圖像預(yù)處理功能。

可以明顯看到邊緣的清晰度提升了，但是也出現(xiàn)了一些噪點(diǎn)。第1張是沒有預(yù)處理的圖片，第2張是預(yù)處理的圖片，第3張是預(yù)處理過度的圖片。

需要說明的是

①　3張圖片測點(diǎn)位置不同，所以，極可能測值結(jié)果也會(huì)不明。測值結(jié)果的可靠性取決于圖像邊緣與擬合曲線（綠色線）的重合度。重合度高，測值結(jié)果也更可靠。

②　適當(dāng)?shù)膱D像預(yù)處理，可以提升分析測試接觸角的精度。對(duì)于布這樣的樣品，具有一定的提升作用。

（三）樣品A1

本測試樣品出現(xiàn)了明顯的左、右接觸角不致，即非軸對(duì)稱性。對(duì)于此種情況下，各個(gè)分析軟件的擬合結(jié)果對(duì)比表如下：

通過如上數(shù)據(jù)可以明顯看出

• 橢圓法和切線法時(shí)能夠分辨出左、右接觸角值可能存在不一致。但是無法得到非常的測值結(jié)果；
• 橢圓擬合無法用于測試此時(shí)的液滴圖像，測值結(jié)果明顯偏低。
• 軸對(duì)稱擬合的Young-Laplace方程擬合算法可以測試得到近似的左側(cè)的接觸角值。但是如果非軸對(duì)稱圖像時(shí)，右側(cè)接觸角變化在軸對(duì)稱法時(shí)是無法測得的，因而，測值結(jié)果的更多細(xì)節(jié)只有ADSA-RealDrop算法更適合。
• 非軸對(duì)稱的ADSA－RealDrop算法更能夠表征出樣品的接觸角性質(zhì)，體現(xiàn)的細(xì)節(jié)更多。

（1）接觸角分析軟件 DSA1.92

Young-Laplace方程擬合法

橢圓擬合時(shí)

切線法

（2）接觸角分析軟件SCA20

Young-Laplace方程擬合法

橢圓擬合

切線法

（3）接觸角分析軟件CAST3.0

ADSA-RealDrop法

（四）樣品W1

本樣品也出現(xiàn)了明顯的非軸對(duì)稱。對(duì)于非軸對(duì)稱性的數(shù)據(jù)進(jìn)行再一次對(duì)比如下：

通過如上數(shù)據(jù)可以明顯看出

• 橢圓法和切線法時(shí)能夠分辨出左、右接觸角值可能存在不一致。但是無法得到非常的測值結(jié)果；
• 橢圓擬合無法用于測試此時(shí)的液滴圖像，測值結(jié)果明顯偏低。
• 軸對(duì)稱擬合的Young-Laplace方程擬合算法在測試時(shí)，由于頂點(diǎn)位置的確認(rèn)、左右擬合線的采用等方面影響，在左、右接觸角明顯偏差較大時(shí)，左側(cè)的接觸角計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)了一定的偏差。從擬合的曲線效果來看，擬合線在接觸點(diǎn)位置以上局部出現(xiàn)了往里收縮現(xiàn)象。
• 非軸稱的Young-Laplace方程擬合法無法應(yīng)對(duì)大偏差范圍的接觸角測值的應(yīng)用，也無法實(shí)現(xiàn)更多的接觸角細(xì)節(jié)的表征。
• 非軸對(duì)稱的ADSA－RealDrop算法更能夠表征出樣品的接觸角性質(zhì)，體現(xiàn)的細(xì)節(jié)更多。

（1）接觸角分析軟件DSA1.92

Young-Laplace方程擬合法

橢圓

切線法

（2）接觸角分析軟件 SCA20

Young-Laplace方程擬合法

橢圓擬合

切線法

（3）接觸角分析軟件CAST3

ADSA－RealDrop

分析用源圖下載