Técnicas ópticas para el contorneo de superficies tridimensionales

A. Martínez, J.A. Rayas, J.M. Flores M., R. Rodríguez-Vera y D. Donato Aguayo

Centro de Investigaciones en Óptica, A.C., Apartado Postal 1-948, 37000, León, Gto., México, e-mail: amalia@cio.mx, jrayas@cio.mx, jmflores@cio.mx, rarove@cio.mx, daguayo@cio.mx

Recibido el 14 de febrero de 2005. ]]> Aceptado el 17 de mayo de 2005.

Resumen

Se presentan algunos sistemas sin contacto para la recuperación de la topografía de objetos tridimensionales. Entre ellos están los sistemas ópticos basados en la técnica de proyección de franjas incoherente, interferometría Talbot e interferometría de moteado. En la técnica de proyección de franjas incoherente, se inicia la digitalización al proyectar sobre el objeto una serie de líneas blancas y negras cuya imagen sobre la pieza es registrada por una cámara CCD. En interferometría Talbot, el objeto a digitalizar es colocado en uno de los planos de las autoimágenes de una rejilla. Posteriormente, se capta con una CCD la imagen del objeto con la rejilla proyectada ahora deformada. Ésta es superpuesta con una rejilla generada sintéticamente, formando así un patrón de franjas de moiré, el cual nos dará información de la topografía del objeto bajo prueba. Para el caso de interferometría de moteado, el objeto es iluminado dual y simétricamente a un ángulo θ con respecto al eje óptico. Se capta una imagen inicial y una segunda imagen después de rotar el objeto un ángulo Δθ. Procesando ambas imágenes se obtiene información de la profundidad del objeto bajo estudio. Como ejemplo de objetos digitalizados se presentan una parte automotriz, una membrana metálica la cual forma parte de un empaquetamiento conocido comercialmente como "gasket", una horma de calzado, entre otros. Se discutirán las ventajas e inconvenientes de las técnicas utilizadas.

Descriptores: Metrología óptica, proyección de franjas, interferometría de Talbot, interferometría de moteado.

Abstract

We will present some non-contact systems for obtaining three-dimensional objects topography. The described systems are incoherent fringe projection technique, Talbot and speckle interferometry. In fringe projection technique, the digitalization is realized when black and white lines are projected over the object and this image is captured by the CCD. In Talbot interferometry, the object is collocated on one of the grating auto-image planes. The deformed grating image is captured by the CCD and superposed with a synthetic grating generated in the computer for obtaining a moire pattern which gives information about the object topography. In the speckle interferometry technique, dual collimated illumination is used for contouring. The collimated beams illuminate symmetrically the object at an angle θ with the optical axis, and an image is recorded in the usual way. Now if the object is tilted by a small Δθ, a system of equispaced interference planes intersects the object. A second recorded is taking in this object position. Both images are processed to get the object topography. The shape of the car part, a gasket, shoe mold and other examples of digitalized objects are shown. Advantages and disadvantages of the techniques are discussed.

Keywords: Optical metrology, fringes projection, Talbot interferometry, speckle interferometry.

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Agradecimientos

Los autores desean agradecer al Consejo de Ciencia y Tecnología del estado de Guanajuato convenio 05-04-K117-037, anexo 1 el apoyo parcial otorgado. J. Mauricio Flores M. y D. Donato Aguayo agradecen a CONACYT el apoyo económico recibido a través de sus becas de maestría.

1. http://www.plastunivers.com/Arees/enginversa/resumen.htm

2. A. Martínez, Evaluación de formas de superficies: comparación de distintas técnicas ópticas, Tesis de Maestría, Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Ensenada, B.C. México (Mayo de 1987).         [ Links ]

3. D. Malacara -Hernández, M. Servín, Z. Malacara, Interferogram analysis for optical testing (Marcel Deker Inc., NY, 1998) p. 119.         [ Links ]

4. T. Kreis, Holographic Interferometry (Akademie Verlag Inc., New York, NY, 1996) p. 125.         [ Links ]

5. K.J. Gåsvik, Optical metrology (John Wiley & Sons Ltd., Great Britain, 1987) p. 128.         [ Links ]

6. J.A. Rayas, R. Rodríguez-Vera, A. Martínez, proc. SIPE 5766 (2005) 101.         [ Links ]

7. J.W. Goodman, Introduction to Fourier Optics (McGraw-Hill Companies Inc., New York, 1996) Chap. 4.         [ Links ]

8. R. Rodríguez-Vera, D. Kerr y F. Mendoza Santoyo, J. Mod. Opt. 38 (1991) 1935.         [ Links ]

9. J.M. Flores M., Determinación de topografía de un gasket mediante la proyección de una imagen de Talbot, Tesis de Maestría, Centro de Investigaciones en Óptica, León, GTO. México (Agosto 2004).         [ Links ]

10. J. Schwider et al., Appl. Opt. 22 (1983) 3421.         [ Links ]

11. D. Donato Aguayo, Detección de forma y deformaciones por ESPI, Tesis de Maestría, Centro de Investigaciones en Óptica, León, GTO. México (Agosto 2004).         [ Links ]

12. A. Martínez, R. Rodríguez-Vera, J.A. Rayas y H.J. Puga, Opt. Comm. 223 (2003) 239.         [ Links ]

13. C. Joenathan, B. Berthold Pfister y H.J. Tiziani, Appl. Opt. 29 (1990) 1905.         [ Links ]