進(jìn)口和國產(chǎn)接觸角測量?jì)x/水滴角測量?jì)x的主要區別、優(yōu)缺點(diǎn)有哪些

近年，隨著(zhù)中國智造概念的興起，一段時(shí)間提出的國產(chǎn)儀器和進(jìn)口儀器的差別化正在日益消亡。以來(lái)，進(jìn)口分析測量?jì)x器與國產(chǎn)分析測量?jì)x器的區別在論調上通常會(huì )被定義為：

1、國產(chǎn)儀器的性和度不如進(jìn)口產(chǎn)品，性能達不到科研使用要求；

2、進(jìn)口儀器在穩定性、精度、使用壽命等方面性能優(yōu)于國產(chǎn)儀器。

3、國產(chǎn)儀器只是簡(jiǎn)單的拿來(lái)主義，仿制國外儀器是國產(chǎn)儀器廠(chǎng)家通常采用的主要套路，國產(chǎn)儀器只是進(jìn)口儀器的仿制品，在應用中問(wèn)題層出不窮、性能不穩定

以上的論調且不管其是否是進(jìn)口儀器廠(chǎng)商營(yíng)銷(xiāo)過(guò)程采用的陰謀論，為國產(chǎn)儀器廠(chǎng)商設置的陷井，還是某些特定儀器方面國產(chǎn)儀器確實(shí)存在著(zhù)的與國外儀器的區別，然后被進(jìn)口儀器廠(chǎng)商擴大到整個(gè)儀器行業(yè)來(lái)宣傳。但是，從客戶(hù)使用體驗來(lái)講，國產(chǎn)儀器在用戶(hù)使用中的體驗性、應用需求的滿(mǎn)足度或數據可靠性方面確實(shí)存在著(zhù)不足，這是不爭的事實(shí)。儀器使用用戶(hù)作為科學(xué)研究者，是使用儀器來(lái)完成測試數據并作為科學(xué)研究的主要參考，就像醫生采用檢測手段檢測病因一樣，數據的可信度是的評價(jià)標準。儀器人員一個(gè)常見(jiàn)的觀(guān)念是“我購買(mǎi)進(jìn)口的儀器，如果研究結果出現問(wèn)題，那是儀器的事情，因而我已經(jīng)買(mǎi)了至少我認為是的進(jìn)口儀器了；但是，如果購買(mǎi)了國產(chǎn)的儀器，同樣的出現問(wèn)題，那么就是購買(mǎi)儀器的人的問(wèn)題，明明的好的進(jìn)口儀器，為什么化這么多時(shí)間和成本去買(mǎi)一個(gè)有極大數據風(fēng)險的國產(chǎn)儀器？” 

因而，國產(chǎn)儀器在進(jìn)口儀器營(yíng)銷(xiāo)套路和自己技術(shù)研發(fā)和營(yíng)銷(xiāo)管理的雙重缺陷下，活在了進(jìn)口儀器的陰影之下。銷(xiāo)售額僅占進(jìn)口儀器的30%左右甚至不到。本身*小，加上國產(chǎn)儀器動(dòng)輒采用價(jià)格戰的辦法，互相之間自相殘殺，把市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)的這種低價(jià)策略的術(shù)作為企業(yè)生存之本而放棄自主研發(fā)這個(gè)儀器企業(yè)的真正之“本”，國產(chǎn)儀器廠(chǎng)商的利潤一降再降，形成惡性循環(huán)。與進(jìn)口儀器廠(chǎng)商為了保持技術(shù)優(yōu)勢，將利潤進(jìn)一步投入的研發(fā)中，不斷的提供新的技術(shù)路線(xiàn)，實(shí)現從簡(jiǎn)單的完成測試任務(wù)和達到測試需求的“保航”向提供新研發(fā)需求、新研究方面的“”式戰略的發(fā)展。一進(jìn)一退，進(jìn)口儀器廠(chǎng)商和國產(chǎn)儀器廠(chǎng)商之間的差距越拉越大。不可否認，有一些的國產(chǎn)儀器廠(chǎng)商的研發(fā)投入也在不斷的加大，但國產(chǎn)儀器內斗之強，互黑手段日盛的環(huán)境下，這些投入研發(fā)的公司或受制于利潤與研發(fā)投放的剪刀差而被擠跨，或一有成果就直接被國外儀器廠(chǎng)商所收購，成了國外儀器廠(chǎng)商的利潤之源。

目前，給國產(chǎn)儀器廠(chǎng)商的藥方不外乎如下幾個(gè)：

1、政策扶持

2、技術(shù)研發(fā) 

3、客戶(hù)支持

4、市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)（售前、售后等）

等等。

但是，一個(gè)觀(guān)念卻沒(méi)有被我們所提及或真正體會(huì )到，那就是，我們購買(mǎi)儀器的初心是什么？什么才是我們關(guān)心我們要購買(mǎi)的產(chǎn)品的主要評價(jià)項目？

我們?yōu)槭裁催x購進(jìn)口儀器而不選購國產(chǎn)儀器，進(jìn)口儀器的性、重復性、穩定性等確實(shí)一項項與國產(chǎn)儀器對比過(guò)了嗎？對比的依據是什么？是否有技術(shù)支撐？是否講科學(xué)？

或者在進(jìn)口儀器或國產(chǎn)儀器同時(shí)滿(mǎn)足時(shí)，我們僅僅就從價(jià)格或簡(jiǎn)單的民族情節考慮就選擇國產(chǎn)儀器了？滿(mǎn)足現在這些指標就行了？比如說(shuō)我是學(xué)校，我還在學(xué)本人測試一個(gè)簡(jiǎn)單的指標就能夠出研究成果？我想這只是完成了重現別人結果的實(shí)驗，實(shí)際意義多大，還不是很確認。

因而，簡(jiǎn)單的進(jìn)口或國產(chǎn)的這樣的評估標準本身就是一個(gè)很明顯的偽命題。我們不可否認，在人云亦云的年代，我們極可能偏聽(tīng)了進(jìn)口儀器廠(chǎng)商，也存在偏聽(tīng)國產(chǎn)儀器廠(chǎng)商的可能。兼聽(tīng)而明，我們認為回歸本性，回到用戶(hù)評價(jià)以及用戶(hù)的需求以及儀器本身的原理、性能、技術(shù)核心等進(jìn)行綜合評估，才是我們評估的為合理的標準。

進(jìn)口與國產(chǎn)儀器之爭在接觸角測量?jì)x行業(yè)同樣存在，在具體表現方面可能相較于其他儀器同行更為激烈。這主要體現為：

1、“進(jìn)口”儀器廠(chǎng)商的營(yíng)銷(xiāo)策略基本不講測量技術(shù)和測試原理以及與客戶(hù)的適用性，簡(jiǎn)單而粗暴地采用“美國”、“德國”、“法國”或“瑞典”這樣的字眼。后成了列強爭哪國的地步。

2、國產(chǎn)儀器廠(chǎng)商模仿現象非常突出。通常僅僅提供了簡(jiǎn)單數顯顯微鏡的測量幾何尺度的圓擬合、橢圓擬合或切線(xiàn)法（二次曲線(xiàn)、復合曲線(xiàn)）這樣的界面化學(xué)測量技術(shù)20世紀50－80年代的技術(shù)。在軟件算法與脫軌很?chē)乐氐那闆r下，硬件設計以簡(jiǎn)單的模擬為主要表現，而不講技術(shù)原理是否符合測量接觸角測量的目的以及是否能夠結合測量算法。

3、國產(chǎn)儀器廠(chǎng)商采用簡(jiǎn)單的價(jià)格戰的方式以及惡意詆毀競爭對手的市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)的術(shù)的辦法，無(wú)視客戶(hù)的真正需求，在測試方面無(wú)法給予客戶(hù)更多的支持以及技術(shù)線(xiàn)路的引導。

作為一種性強的物理化學(xué)性質(zhì)測量?jì)x器，接觸角測量?jì)x接觸角測量?jì)x是一種界面化學(xué)領(lǐng)域的物性測試儀器。常規意義上的接觸角測量?jì)x是指通過(guò)視頻攝像的方式，將形成的液滴圖像捕捉后，再通過(guò)圖像識別算法，將液滴輪廓圖像的邊緣輪廓識別后，再采用相應的分析算法將接觸角值分析得出的測試儀器。而水滴角測量?jì)x是特指采用蒸餾水或超純水作為探針液體，用于測試固體材料的水滴接觸角值的測量?jì)x器。因而，接觸角測量?jì)x相對而言與水滴角測量?jì)x的區別在于接觸角測量?jì)x滴出液體的考慮更多一些或注射系統的設計方面，接觸角測量?jì)x要求更為復雜、應用面要求更廣泛一些。比如，探針液體是蒸餾水時(shí)，我們僅僅需要考慮如何確保蒸餾水不被二次污染的問(wèn)題，但是接觸角測量?jì)x，如采用一些特殊探針液體時(shí)則需要考慮進(jìn)液器的避光問(wèn)題；采用有機溶劑時(shí)則需要考慮相溶性問(wèn)題；采用酸堿液體時(shí)考慮耐受性問(wèn)題；采用有粘度樣品時(shí)需要考慮如何滴出高粘度樣品等等。

在網(wǎng)絡(luò )時(shí)代，各個(gè)接觸角測量?jì)x或水滴角測量?jì)x的廠(chǎng)商的技術(shù)參數指標可以很簡(jiǎn)單的被用戶(hù)、各競爭對手所獲得。因而，如果此時(shí)試圖采用簡(jiǎn)單的復制、粘貼的方式進(jìn)行技術(shù)指標對比，評估結果只能導向，哪家價(jià)格便宜？或者直接來(lái)一句，他們的數據不準的、不穩定的，只能采購進(jìn)口儀器這樣的簡(jiǎn)單而粗暴的評估體系中去。而終受傷的情況只能是客戶(hù)自己：

買(mǎi)了很便宜的接觸角測量?jì)x后，發(fā)現其測試軟件經(jīng)常無(wú)法測試一些圖片，還是簡(jiǎn)單的圓、橢圓基至WH法（量高）這樣的連自己都無(wú)法說(shuō)服自己的數據；

買(mǎi)了貴的接觸角測量?jì)x后，發(fā)現其使用起來(lái)并非自己所想的那么好，有些圖片無(wú)法識別，明顯看到圖像邊緣沒(méi)有擬合上，也無(wú)法完成了些新的應用；

一、從接觸角測量?jì)x或水滴角測量?jì)x的定義、原理來(lái)分析接觸角測量?jì)x的設計理念問(wèn)題

從如上所提及的接觸角測量?jì)x或水滴角測量?jì)x的原理來(lái)講，接觸角測量是側視條件下拍攝液滴的圖像輪廓，因而，接觸角測量?jì)x或水滴角測量?jì)x的核心技術(shù)設計在于：

1、如何確保樣品臺面上樣品上表面的水平度？

2、以及如何確保樣品上表面水平度的條件下鏡頭或相機的水平度與此保持一致？

3、如何驗證接觸角測值結果的可靠性？是2維條件下的玻璃標定板還是3D條件下的紅寶石球？有沒(méi)有證據證明2D好還是3D好?

4、進(jìn)而，如果樣品臺面不水平或無(wú)法調整水平時(shí)，如何確保此時(shí)的角度值左、右差別的結果被可靠、可信的測得？測試結果是否有理論依據的被修正？

如上部分是否進(jìn)行過(guò)了論證？

當然，硬件部分的還有其他的一些項目需要論證。但論證的重點(diǎn)還是要抓住核心的。比如，不能盡顧著(zhù)手持便攜式接觸角測量?jì)x的便攜而忘記了核心的俯視條件下接觸角測值的巨大誤差，通常便攜式的接觸角測量?jì)x的俯視是不能通過(guò)軟件修正了；便攜接觸角測量?jì)x的應用之一，大液晶屏如100寸，由于角度非常小，通常不是采用便攜式的方式測量，只能通過(guò)超遠工作距離如2米的工業(yè)遠心鏡頭實(shí)現的，且測試算法為阿莎算法。便攜式接觸角測量?jì)x通常采用塑料的進(jìn)液零件如部分進(jìn)口儀器廠(chǎng)商的儀器，此時(shí)相溶性是否合理需要認真評估。

總之，論證過(guò)程應結合自己的實(shí)際需求，實(shí)際測試要求來(lái)確認，并非簡(jiǎn)單的國產(chǎn)、進(jìn)口這樣的區別，更非價(jià)格低、高這樣的判斷標準。

如上的論證，我們提供的參考方案如下，供參考：

1、樣品臺控制提供微分頭控制二維精密光學(xué)水平調整臺（注：這個(gè)部件通常應用于激光或量子計算機的鏡架部分，二維水平調整精度非常高）

2、鏡頭的水平控制提供鏡頭與樣品臺同時(shí)旋轉的蝸輪蝸桿光學(xué)旋轉臺以及鏡頭的微分頭控制一維水平調整臺（注：這樣的設計可以地將前進(jìn)、后退角、滾動(dòng)角、本征接觸角所用的機構與鏡頭的水平控制結合起來(lái)，如果沒(méi)有滾動(dòng)平臺，則需要采用微分頭控制二維水平控制臺）

3、采用3D紅寶石球檢定工具。（注：通過(guò)檢定工具上的千分表讀取高度值以及微分級精度紅寶石球的直徑，計算得出相應的接觸角度值。通過(guò)接觸角測量?jì)x測得的角度值與這個(gè)計算得到的角度值進(jìn)行對比。如果角度值偏差超過(guò)需求范圍，則調樣品臺面的水平和鏡頭的俯視角度、水平度，進(jìn)而完成接觸角測量?jì)x的校準工作。）（2D玻璃板無(wú)3D立體效果，無(wú)法調校儀器，精度方面無(wú)法達到微米級精度）

4、采用ADSA（阿莎算法），能夠分辨左、右接觸角的微小變化。（注：通過(guò)分析左、右接觸角的變化，可以迅速判斷材料本身的接觸角滯后、均勻度、清潔度等，無(wú)需多個(gè)液滴滴出后再得到結果）

二、進(jìn)口、國產(chǎn)這樣的評估標準在接觸角測量?jì)x行業(yè)可能是一個(gè)偽命題

當今世界一體化的經(jīng)濟戰略下，我們很難實(shí)現一個(gè)公司完成所有零件的自已制造的，接觸角測量?jì)x通常是將各個(gè)部件進(jìn)行集成，而集成過(guò)程中，接觸角測量?jì)x生產(chǎn)廠(chǎng)的設計理念才是為核心的。事實(shí)上，我們也不能以這種集成商的地域進(jìn)行簡(jiǎn)單的儀器的區分。美國的公司就一定是好的？德國的公司一定比美國的更好？中國的一定是性?xún)r(jià)比高的？這樣的判斷我們認為均是片面的。

比如，美國的接觸角測量?jì)x與德國的接觸角測量?jì)x，在主要配件方面如下表所述，您得出的結論會(huì )是什么？

如上表格說(shuō)明美國的就是好的？也不一定，這個(gè)得視具體整體設計的合理性是否更為合理。拿一堆的東西拼起來(lái)的不一定還是的，關(guān)鍵得看是否這樣的設計有科學(xué)依據，是否可以整體協(xié)調，是否可以用一個(gè)標準驗證？當然，我們也不能簡(jiǎn)單的以德國的東西就是好的或者德國的儀器使用的多這樣的簡(jiǎn)單標準來(lái)說(shuō)事而無(wú)視接觸角測量的精度、設計原理。比如齒輪齒條的結構在接觸角儀應用于升降時(shí)就是精度差，且易往下自然滑動(dòng)，這個(gè)也不是不爭的事實(shí)。關(guān)鍵看這個(gè)功能是否是影響整體性能的比較關(guān)注的指標。

美國的配件提供商包括了美國、德國、中國等各個(gè)地方，您能說(shuō)他是哪個(gè)國家的？德國的配件即使全是德國的，且不論是否*，僅就性能而言，是否是合理的，滿(mǎn)足測試應用了？德國的技術(shù)總工程師或設計主要負責人是中國人，能說(shuō)他是中國的？

所以，在世界經(jīng)濟一體化條件下，中國、美國、德國或者任何一個(gè)國家的儀器制造均無(wú)法避免的采購了世界各地的配件。中國、德國或美國僅僅是其公司的注冊地而已。注冊地與儀器的性能可能存在一點(diǎn)關(guān)系，但這種關(guān)系從儀器的性能或技術(shù)而言，與這個(gè)公司的技術(shù)開(kāi)發(fā)人員有關(guān)。因而，我們認為，儀器的生命在于測量精度和可靠性，而我們評估的視角應回歸這里：

1、測量精度，控制方便性；

2、測量精度如何確?？煽啃?，是否有經(jīng)得起推敲的驗證或檢測辦法同時(shí)提供；這里的方法不是簡(jiǎn)單的一個(gè)測試報告，而應看測試報告中對應的測試標準或方法。方法決定了精度以及方法是否有效。

3、測量?jì)x器是否能夠提供技術(shù)路線(xiàn)。也就是測量技術(shù)的未來(lái)。在研究辦法層出不窮的時(shí)代，一個(gè)測試技術(shù)并非可以適用于各種復雜而多變的測試要求，儀器廠(chǎng)家與用戶(hù)間的互動(dòng)以及是關(guān)鍵之中的關(guān)鍵。

因而，在技術(shù)先性性以及數據可靠性解決的條件下，國產(chǎn)、進(jìn)口之爭是實(shí)也成了多余。

三、脫離了硬件評估標準后，接觸角測量?jì)x或水滴角測量?jì)x的軟件算法才是核心。

1、Young-Laplace方程擬合是接觸角測量的基本要求。沒(méi)有Young-Laplace方程擬合算法，根本不能視為接觸角測量。

接觸角測量?jì)x的原理為側視條件下拍照。而接觸角表征的是固體與液體、氣體三相間的界面化學(xué)性質(zhì)。事實(shí)上，界面化學(xué)性質(zhì)與簡(jiǎn)單的圓、橢圓或曲線(xiàn)什么的不相關(guān)，也不會(huì )簡(jiǎn)單到這個(gè)程度。目前，被界面化學(xué)領(lǐng)域所接受的公式為Young-Laplace方程。

比如旋轉滴時(shí)離散后的Young-Laplace方程如下所示：

方程中包括了表面張力、重力、接觸角、浮力、離心力等各個(gè)參數項。通過(guò)擬合液滴輪廓邊緣，再將邊緣坐標與方程曲線(xiàn)進(jìn)行小二乘后，即可分析得出相應的表面張力、重力、接觸角、體積等值。

因而，Young-Laplace方程才是與真正界面化學(xué)領(lǐng)域的接觸角或水滴角相關(guān)的算法。而其他的如圓擬合、橢圓擬合、切線(xiàn)法均有其適用條件，在很多條件下由于其精度、重復性、可靠性無(wú)法達到界面化學(xué)測量要求而不被采用。

2、Young-Laplace算法擬合效果如何評估

事實(shí)上，評估Young-Laplace方程擬合效果的簡(jiǎn)單的辦法即為，看接觸基線(xiàn)上方一段區間內液滴輪廓線(xiàn)的邊緣（通常是黑色的）與擬合線(xiàn)的邊緣是否保持重合。如下圖片所示：

這張圖片的擬合中，明顯的看到接觸基線(xiàn)位置以上部分擬合線(xiàn)（綠色）沒(méi)有將液滴輪廓（黑色）所覆蓋或實(shí)現重合，此時(shí)，擬合線(xiàn)偏向內側，因而，測值結果很容易理解為偏大。

再看看這張擬合圖片，效果就會(huì )好得多。

當然，近期我們發(fā)現部分軟件提供商通過(guò)加粗擬合線(xiàn)后，將本來(lái)沒(méi)有擋住或重合部分的液滴輪廓進(jìn)行的遮擋，我們建議用戶(hù)在選購時(shí)一定要注意。這樣的遮擋是會(huì )明顯出現數據的誤導的，測值數據的可信度將會(huì )大大降低。從實(shí)驗結果來(lái)看，如果擬合輪廓線(xiàn)往液滴輪廓線(xiàn)內收縮1像素左右，導致的角度值誤差約為6%－9%左右。如下表所示：

總之，接觸角測量?jì)x或水滴角測量?jì)x行業(yè)，我們認為不能簡(jiǎn)單的以國產(chǎn)或進(jìn)口，美國、中國、德國，或者以誰(shuí)家數量多少以評估儀器的性能或選購儀器。這樣的評估標準容易造成用戶(hù)自身的傷害。在選購接觸角測量?jì)x或水滴角測量?jì)x時(shí)，我們建議根據自身的實(shí)際測試需求，與供應商討論一個(gè)更為合適的解決方案。

比如，僅僅是想完成一個(gè)論文的寫(xiě)作，測試幾組數據，那么，買(mǎi)一個(gè)貴的所謂的進(jìn)口儀器，也沒(méi)有這個(gè)必要；而此時(shí)，因為價(jià)格便宜，隨便買(mǎi)一個(gè)價(jià)格便宜的國產(chǎn)的儀器，數據采用橢圓擬合或簡(jiǎn)單的Young-Laplace方程擬合，沒(méi)有參考文獻，論文的質(zhì)量也不能得到，此時(shí)也是得不償失的。所以，這種情況下，其他的方案如借用儀器才是不錯的選擇。

再如，工廠(chǎng)進(jìn)行批量化數據測量時(shí)，儀器的重復性與數據可比性、數據可追溯性、可靠性才是關(guān)鍵。工廠(chǎng)也需要向其用戶(hù)提供一個(gè)可靠性的證明。此時(shí)，如果工廠(chǎng)沒(méi)有證據證明其數據是對的或者僅僅拿出一個(gè)玻璃校定板（哪怕有）來(lái)作證，此時(shí)的可信度有多高就可想而知了。此時(shí)，我們需要的是的、講科學(xué)的、經(jīng)得起的儀器。因而，3D紅寶石球檢定工具、擬合線(xiàn)保存在每張圖片上、數據可追溯才是關(guān)鍵。

當然，如上僅僅是我們的一家之言，在具體采購或選購中每個(gè)用戶(hù)均有其特殊的不同需求，只有結合不同的需求，提供不同的解決方案，為客戶(hù)實(shí)現利潤增長(cháng)或價(jià)值增長(cháng)，才是上海梭倫或美國科諾所倡導的顧問(wèn)式營(yíng)銷(xiāo)理念的關(guān)鍵。

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