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Contorneo de superficies mediante interferometría electrónica del moteado

Presenta:Jorge Ramón Parra Michel

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Contorneo de superficies mediante interferometría electrónica del moteado

utilidad del contorneo de superficies

Algunas técnicas ópticas para el contorneo de superficies

Proyección luz estructurada

Interferencia óptica

Correlación digital de imágenes

Por Interferencia holográfica

Por interferencia electrónica del moteado

Con iluminación colimada

Con iluminación divergente

Demostración resultados Comentarios y conclusiones

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Contorneo de superficies mediante interferometría electrónica del moteado

utilidad del contorneo de superficies

En el arte En la ingeniería En la ciencia

La medición de la forma o contorneo es una herramienta que cada día se vuelve más indispensable en muchas

aéreas como la ingeniería, la conservación y registro de obras de artes, así como la arqueología . También puede

aplicarse en la investigación forense y en la medicina

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Contorneo de superficies mediante interferometría electrónica del moteado

utilidad del contorneo de superficies

Algunas técnicas ópticas para el contorneo de superficies

Proyección luz estructurada

Interferencia óptica

Correlación digital de imágenes

( , )( , )

2 tan

x y ph x y

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Proyección luz estructurada

1 1 1

2 2 2

3 3 3

2( , ) ( , ) ( , )cos ( , )

2 2( , ) ( , ) ( , )cos ( , )

3

2 4( , ) ( , ) ( , )cos ( , )

3

I x y a x y b x y x x yp

I x y a x y b x y x x yp

I x y a x y b x y x x yp

2 3

1 2 3

3( )( , ) arctan

2

I Ix y

I I I

( , )( , )

2 tan

x y ph x y

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Contorneo de superficies mediante interferometría electrónica del moteado

utilidad del contorneo de superficies

Algunas técnicas ópticas para el contorneo de superficies

Proyección luz estructurada

Interferencia óptica

Correlación digital de imágenes

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Contorneo de superficies mediante interferometría electrónica del moteado

utilidad del contorneo de superficies

Algunas técnicas ópticas para el contorneo de superficies

Proyección luz estructurada

Interferencia óptica

Correlación digital de imágenes

Por Interferencia holográfica

Por interferencia electrónica del moteado

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¿Qué son las Motas?

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Fuente vde Luz con alto grado de coherencia (luz Láser)

D

Sa b

Cuando se ilumina una superfucie rugosa:

La formación de Motas

( , )( , ) Ai x yAI x y e

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Se ilumina la probeta con dos haces de luz laser A y B:

( , ) ( , )( , ) ( , ) ( , )A Bi x y i x yAB A BI x y I x y e I x y e

),(cos),(1 yxIIIIyxI BABA

Se captura la imagen de la probeta:

La probeta sufre una deformación y nuevamente es capturada la imagen

]),(cos[),(2 yxIIIIyxI BABA

La formación de Motas, Interferometría del moteado para el caso de iluminación dual

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La computadora muestra la substracción de las imágenes obtenidas:

Amplitud o intensidad total

Patrón de franjas de alta frecuencia asociados al speckle. Puesto que el tamaño de las motas es mayor al periodo de las franjas de interferencia óptica, este termino se considera solo ruido o speckle

Este en un patrón de franjas de baja frecuencia que modula los términos anteriores. Este término representa las franjas observables y contienen la información asociada al desplazamiento que sufre un punto local de la superficie de la probeta cuando se deforma.

1 2

1 1( , ) ( , ) ( , ) 4 sin sin

2 2A BI x y I x y I x y I I

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La coputadora muestra la substracción de las imágenes obtenidas:

- =

¿ Qué tanto se ha deformado la superficie iluminada, es decir, cuanto equivale en deformación en longitud 2π radianes ?

2π

),(2

),( yxyx

x

y

δ(x,y) es la diferencia del camino óptico

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Obtencion de la fase óptica

2

1sin

2

1sin4),(),(),(

2

21 BAIIyxIyxIyxI

]),(cos[2),( 2121 yxIIIIyxI

Utilizando una ecuación similar sin tomar en cuenta el termino de alta frecuencia, podria ser:

Donde ahora (x,y) es la fase relacionada con la deformación y es multiplo de 2π

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El método de phase stepping: (3 pasos)

Asigna valores conocidos a y se obtiene un sistema de ecuaciones lineales:

]3

2),(cos[2),(

]3

),(cos[2),(

]0),(cos[2),(

21213

21212

21211

yxIIIIyxI

yxIIIIyxI

yxIIIIyxI

321

23

2

3arctan

III

II

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Interferencia óptica

Por interferencia electrónica del moteado

Con iluminación colimada

Con iluminación divergente

Fuera de Plano(out-of-Plane)

En Plano(in-Plane)

Las mediciones que se pueden realizar sobre una superficie mediante la iluminación colimada se ve limitado a la cantidad de área iluminada, Esta es una desventaja si se

quiere medir superficies de granes dimensiones.

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Técnica de rotación del objeto para La obtención de la topografía superficial

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19

Por interferencia electrónica del moteado

Con iluminación divergente

Con sensibilidad en plano Con sensibilidad fuera de plano

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y

x

z

P1

P2

d

s2

s1

b2

b1

S

B

)()(ˆ)()( PsPbPdP

Diferencia del camino óptico

1221PPd PP

)()()(ˆ2

),,( PdPsPbzyx

)()(ˆ2

)( PsPbPe

21

y

x

z

P

s2

s1

S2

S1

Bb

)()(ˆ2

)(

)()(ˆ2

)(

22

11

PsPbPe

PsPbPe

)()(2

)()()(

21

12

PsPs

PePePe

2

2

2

22

22

22

2

1

1

1

21

21

21

1

1ˆ

1ˆ

sp

sp

sp

spspsp

sp

sp

sp

spspsp

zz

yy

xx

zzyyxxPs

zz

yy

xx

zzyyxxPs

22

1 2

2 2 2 2 2 2

1 1 1 2 2 2

2 p s p sx

p s p s p s p s p s p s

x x x xe P

x x y y z z x x y y z z

1 2

2 2 2 2 2 2

1 1 1 2 2 2

1 2

2 2 2 2 2 2

1 1 1 2 2 2

2

2

p s p sy

p s p s p s p s p s p s

p s p sz

p s p s p s p s p s p s

y y y ye P

x x y y z z x x y y z z

z z z ze P

x x y y z z x x y y z z

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Demostración resultados Comentarios y conclusiones

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Corrimiento de fase, 15 pasos

Obtención de la fase envuelta, 0 a 2p

Desenvolvimiento de fase

Aplicando la técnica de corrimiento de fase

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Corrimiento de fase, 15 pasos

Obtención de la fase envuelta, 0 a 2p

Desenvolvimiento de fase

Aplicando la técnica de corrimiento de fase

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0 50 100 150 200 250 300 35015

20.167

25.333

30.5

35.667

40.833

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measurement A correctedmeasurement B correctedmeasurement C correctedCMM dataMeasurement A without correction

X axis, mm

heig

ht, m

m

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• Conocer la topografía de superficies es de gran importancia en el ramo del diseño mecánico, la ingeniería y procesos de manufactura. Los métodos para evaluar y medir la topografía pueden ser muy variados.

• Las técnicas ópticas son técnicas de no contacto, rápidas y que ofrecen buena confiabilidad en las mediciones.

• El grado de resolución deseado para medir la topografía de una superficie depende del tipo de sistema óptico utilizado.

• La técnica de interferometría electrónica del moteado es una técnica sencilla pero se requiere de estabilidad del sistema para llevara a cabo.

Comentarios y conclusiones

¿Preguntas?

Gracias