[发明专利]一种抗干扰的静态接触角计算方法

说明书

技术领域

本发明属于材料性能测试技术领域，尤其涉及一种抗干扰的静态接触角计算方法。

背景技术

材料的表面能是表征材料性能的一个重要参数，表面能低的材料具有憎水性强的特点，在船舶防污、电力系统防污闪、防覆冰、自清洁材料等方面都有着广泛的应用。表面能是这些材料的关键特性，可以通过测量接触角来获得材料的表面能。因此，准确测量接触角具有广泛的意义。

目前常用座滴法测量静态接触角，通过成像系统采集获得液滴图像后关键部分就是接触角的算法，以圆拟合算法、椭圆拟合算法和ADSA-P(Axisymmetric Drop Shape Analysis-Profile)算法最为常见。圆拟合算法考虑水滴为一个球冠，成像后水珠图像边缘为圆的一部分，通过最小二乘圆拟合获得接触角。椭圆拟合算法将液滴边缘看成椭圆一部分，根据最小二乘椭圆拟合获得接触角。当在接触角不太大、液滴体积不太大的某些情况下圆拟合算法与椭圆拟合算法具有不错的效果，但假设水珠边缘为圆或椭圆的一部分仅仅是对水珠边缘的一种近似，随着接触角和水珠体积的增加，图像上的水珠边缘逐渐偏离圆和椭圆，用圆和椭圆拟合算法的误差逐渐增大。ADSA-P(Axisymmetric Drop Shape Analysis-Profile)算法根据Young-Laplace方程推导获得水珠边缘满足的关系，然后针对获得的水珠边缘点获得方程参数进而获得接触角。ADSA-P算法原理相对复杂、计算量较大、受图像清晰度、偏转等因素影响大，但该算法理论上对水珠体积没有要求，能很好利用水珠边缘信息，具有自己的优点。不同材料的静态接触角差别很大，可在0°～180°范围内变化，而实际测量时所用水珠体积可能在较大范围内变化，甚至可大至数百μL。通常使用的切线法、圆拟合算法、θ/2法、量角法、量高法、多项式和样条拟合法、椭圆拟合算法和ADSA-P算法中任选一个算法均不能在整个接触角和水珠体积变化范围内均能准确获得静态接触角，同时抗干扰能力也不够强。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述背景技术中提到的现有单一静态接触角算法计算精度低，且抗干扰能力不够的问题，提出了一种抗干扰的静态接触角计算方法，用以解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是，一种抗干扰的静态接触角计算方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1：采集液滴图像；

步骤2：提取出液滴边缘；

步骤3：预估静态接触角；

步骤4：选择最佳的接触角算法；

步骤5：根据上述最佳的接触角算法计算求得的固、液、气三者交界点处的液滴边缘的切线求得接触角。

所述最佳的静态接触角计算方法根据液滴实际体积V、预估的静态接触角θ₀、圆拟合算法的临界接触角θ₁、椭圆拟合算法的临界接触角θ₂、ADSA-P算法的临界接触角θ₃、圆拟合算法的临界体积V_C和椭圆拟合算法的临界体积V_E确定，具体为：

(1)当预估的静态接触角θ₀不大于θ₁，且液滴实际体积V不大于圆拟合算法的临界体积V_C时，选择圆拟合计算方法；当预估的静态接触角θ₀不大于θ₁，且液滴实际体积V大于圆拟合算法的临界体积V_C时，则减少液滴体积重做测试；

(2)当预估的静态接触角θ₀大于θ₁且不大于θ₂，同时液滴实际体积V不大于圆拟合算法的临界体积V_C时，选择圆拟合计算方法；

（3）当预估的静态接触角θ₀大于θ₁且不大于θ₂，同时液滴实际体积V大于圆拟合算法的临界体积V_C且不大于椭圆拟合算法的临界体积V_E时，选择椭圆拟合算法；

（4）当预估的静态接触角θ₀大于θ₁且不大于θ₂，同时液滴实际体积V大于椭圆拟合算法的临界体积V_E时，选择ADSA-P算法；