工業接觸角測量軟體與液滴影像演算法開發案例

專案概述

穩格科技面向材料研發、塗層分析、表面處理和品質檢測場景，開發了工業接觸角測量軟體 Vision Measure Pro。系統將工業相機取流、液滴影像識別、基線定位、輪廓擬合、接觸角計算、人工幾何修正、表面能計算和報告輸出整合在同一套 Windows 上位機中，為企業提供視覺化、可複核、可部署的接觸角測量能力。

該專案重點解決複雜光學影像下的基線與接觸點識別問題。針對強倒影、粗糙基材、弧面樣品、低對比度邊緣、針頭干擾和裝置非水平安裝等情況，演算法分別估計基線高度與斜率，並在左右接觸區域採用區域性基材切線計算角度，降低螢幕水平線和安裝姿態對結果的影響。

企業場景與核心難點

• 複雜基材邊緣：樣品表面可能存在粗糙紋理、亮度漸變、黑色檯面或弧面結構，單一水平線模型難以穩定描述真實接觸面。
• 液滴倒影干擾：強背光與鏡面反射容易在液滴下方形成倒影，使基線落入液滴中部，進一步影響左右接觸點定位。
• 安裝姿態偏差：相機、樣品臺和裝置結構很難保持絕對水平，角度演算法需要基於真實基材方向計算，而不是依賴螢幕座標。
• 自動識別與人工複核：企業需要自動化效率，也需要在特殊樣品下直接修正基線和輪廓，並即時看到修正後的角度結果。
• 採集與業務閉環：即時預覽、連續測量、影片幀分析、滴液控制、資料管理和報告輸出需要在統一介面中協同工作。

整體軟體與演算法方案

工業相機與即時影像鏈路

系統對接大恆 Galaxy SDK，並透過獨立相機程序管理即時預覽、凍結取幀、原圖儲存和離線圖片切換。介面同時提供清晰度評分和對焦輔助，便於操作人員快速調整鏡頭、曝光與成像位置。

自動基線與液滴輪廓識別

演算法先完成影像質量判斷和液滴候選區域定位，再分別估計基材表面的高度與斜率。輪廓模組根據液滴形態選擇圓、橢圓、球冠或區域性輪廓模型，左右接觸點獨立定位，並輸出擬合殘差、貼合度和置信度資訊。

區域性切線接觸角計算

接觸角在液滴輪廓與基材表面的交點處計算。對於傾斜平面或弧面樣品，系統採用接觸位置的區域性基材切線作為角度基準，因此測量邏輯不依賴螢幕是否水平。在 ±6° 基線傾斜範圍內，角度結果的最大漂移為 0.060°。

人工幾何複核與即時修正

軟體提供四類人工幾何工具：兩點直線基線、三點弧面圓、三點液滴圓，以及左右各五點的旋轉橢圓最小二乘擬合。使用者可拖動基線端點、整體移動基線或輪廓，並透過輪廓內外側點選調整尺寸；互動過程中左角、右角和平均角同步更新。接觸點採用空心圓環與中心點組合，便於肉眼確認對齊位置。

連續測量、滴液控制與影片分析

系統支援單次測量、連續採集、動態擬合和三步滴液程式。自動程式執行期間持續接收影像並更新角度，同時可錄製短影片；影片暫停後可直接對當前幀進行測量，便於觀察液滴體積變化與接觸角變化。

資料、報告與表面能

測量結果可按批次管理，並輸出 Excel、CSV、Word、PDF 和 HTML 檔案。系統支援儲存原始影像與疊加結果圖，並提供 OWRK 表面能線性迴歸功能，幫助企業將接觸角資料用於材料表面潤溼性和介面特性分析。

核心交付能力

• Windows 上位機、影像演算法、相機介面、滴液控制介面與資料模組一體化開發。
• 自動基線、液滴輪廓、左右接觸點、區域性切線和多模型擬合完整演算法鏈路。
• 平面、傾斜面、弧面、強倒影、粗糙基材及高低角液滴的統一處理能力。
• 即時預覽、離線圖片、連續測量、影片幀、滴液程式和報告輸出統一工作流。
• 多點角度校準、裝置引數持久化、使用者許可權和 Windows x64 自包含安裝部署。

企業應用價值

• 提高操作效率：預覽、取圖、測量、修正與輸出集中在一個介面中，減少頁面切換和重複操作。
• 增強結果可複核性：基線、輪廓、接觸點和切線均以圖形方式疊加顯示，關鍵位置可由操作人員直接確認。
• 適應真實安裝條件：基於區域性基材方向進行角度計算，可覆蓋裝置輕微傾斜與弧面樣品場景。
• 形成資料閉環：原圖、疊加圖、角度結果、擬合質量和報告檔案統一管理，方便研發、品質與生產部門協同使用。
• 便於企業部署：採用 Windows x64 自包含安裝方式，並預留相機 SDK、PLC 和業務介面擴充套件能力。

適用行業

該方案適用於新材料、功能塗層、薄膜、玻璃、金屬表面處理、電子材料、汽車零部件、醫療材料、科研儀器和企業品質分析等場景。對於需要分析潤溼性、清潔度、附著效能、表面改性效果或介面特性的企業，可根據樣品形態、光學條件和裝置介面定製軟體與演算法。

接觸角測量軟體常見問題

接觸角測量軟體主要解決什麼問題？

接觸角測量軟體透過識別液滴輪廓、基材表面和左右接觸點，計算液滴在固體表面的接觸角，用於分析材料潤溼性、表面能和介面特性。

裝置或樣品臺不能完全水平時還能使用嗎？

可以。系統根據識別到的真實基線方向和接觸位置區域性切線計算角度，同時支援拖動基線端點調整斜率，不以螢幕水平線作為唯一基準。

自動識別不理想時如何處理？

操作人員可直接在測量畫面中調整基線、接觸點和液滴輪廓，拖動過程中角度同步更新。對於弧面樣品和特殊液滴，還可切換三點圓或十點橢圓模型。

是否支援相機影像、離線圖片和影片幀？

支援。系統可處理工業相機即時影像，也可匯入常用圖片格式，並對暫停的影片幀執行接觸角測量。

能否與企業現有裝置和業務系統整合？

可以根據相機 SDK、Modbus TCP、PLC 控制協議、檔案格式和資料介面進行定製對接，並將測量能力整合到企業現有裝置、實驗平臺或品質管理流程中。