APLICACIONES DEL DSPI DESARROLLADAS EN EL CIOp

C entr o de Investigacio nes O pticas

C O N IC E T - C IC

APLICACIONES DEL DSPI

DESARROLLADAS EN EL CIOp


C O N IC E T - C IC

f

- - fr r

f

- fr

r

r-r

rf

r

r L

r

T

Medición de focales de lentes o sistemas

Medida de espaciados


C O N IC E T - C IC

Nominal focal length(mm)

Measured focal length(mm)

+ 100 + 100.6+ 250 + 252.1+ 300 + 301.9+ 500 + 502.6- 85 - 87.1

+135(Commercialsystem)

+ 135.8

Algoritmo usado para medir el espaciado

1 Se filtra el speckle por transformada de Fourier2 Se obtiene el perfil de las franjas filtradas promediando alrededor de 100 puntos en dirección paralela a las franjas3 El espaciado se obtiene en unidades de pixel/ciclo

No se necesita calibración


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Medición de desplazamientos angulares

2exp2exp32

222222

21AII

2coscos2 sin

2122

12

2122

12

minmax

minmaxL

II

IIV

2212 III

Medida de visibilidades


C O N IC E T - C IC

Rotation Angle [deg]

0.02 0.04 0.06 0.08

Vis

ibil

ity

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

mm

Rotation Angle [deg]

0.04 0.06 0.08 0.10

Vis

ibil

ity

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0.50

Visibility Angle value fromtransfer Curve [deg

Angle value from PZTdriver [deg

Error %

0.398 0.0463 0.0484 4.30.347 0.0550 0.0554 0.70.287 0.0686 0.0687 0.150.268 0.0737 0.0739 0.27

•Simple alineación•Intensidad en el plano del sensor no representa un problema•Rango de décimas a centésimas de grado


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Microtopografía por moire digital

Generación de franjas de moire por DSPI

DSPI

Imagen de referencia Imagen actual

Sustracción

Superposición con una red virtual


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Representación matemática similar al DSPI

Se puede introducir corrimiento de fase

Si una red de espaciado p se traslada en su plano unadistancia p/k, k=1,2,3.., la fase de la red sombra semueve 2/k


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C C D

O B J E C T

R G

B S

BS=Divisor de haz, RG=Red de Ronchi

Método por sombra de la red


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•Se emplea luz blanca•Distintas imágenes de Lau•Ajuste de la sensibilidad cambiando la autoimagen•Principales fuentes de error:

†Baja visibilidad de las franjas†Errores en el traslado de la red

•Errores en base a esto son menores que 2/50(40 m para intervalo de contorno de 2 mm.)•Incrementar la frecuencia de la red o aumentarlos pasos del corrimiento de fase decrece los errores


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(a) (b) (c)

(d)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

050100150200250300350

50100150200250300350

(e)

0.0

0.4

0.8

1.2

1.6

2.0

2.4

2.8

3.2

3.6

4.0

2.22.42.62.83.03.23.43.63.84.0

0.00.51.0

1.5

2.0

2.5

3.0


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Técnicas digitales de Moire

Recientes avances y aplicaciones del moire digital– Medición de pequeños ángulos de rotación

basado en moire digital por proyección– Método de posicionado de objetos usando un

modelo de pérdida de visibilidad en franjas de moire debido a desenfoque


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Descripción

Diferentes alternativas de automatización, incluyendo FFT, opciones de filtrado, histogramas, etc.

Diferentes configuraciones, adaptadas a las circunstancias de las mediciones.

Procedimientos experimentales, aplicaciones prácticas y explicaciones teóricas serán ofrecidas en las próximas secciones.


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1. Medición de pequeños ángulos

Curva de transferencia. Tipo de proyección. En vez de un sistema de formación de

imágenes, usamos el efecto Talbot (autoimágenes).

Estimación de errores del sistema y resultados experimentales.


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No se necesita proyectar imágenesM: espejo, L: lente, R: Red de Ronchi, : angulo de incidencia


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Se adquiere una primera imagen y se graba. Luego de la rotación, la imagen guardadas se resta de la mostrada, y se exhibe la diferencia de intensidades

Photograph of the moiré fringes obtained for an angle between the direction of the grating and therotation axis.


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El objeto se posiciona sobre una mesa rotatoria, obteniendo una curva que muestra el espaciado de las franjas de moire versus el ángulo de rotación

-20 -10 0 10 200.0

0.5

1.0

1.5

2.0

(degrees)

y (c

m)

Example of transfer curve: moiré fringe separation as function of the rotation angle .


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Usando la curva de transferencia, sólo necesitamos conocer el ángulo (). Midiendo el espaciado de las franjas, y multiplicando este valor por cos obtenemos de la curva el ángulo de rotación.

El espaciado de las franjas se puede medir por métodos de FFT de gran precisión. El requerimiento de al menos 3 conjuntos de franjas impone un límite inferior al mínimo ángulo a ser detectado.


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No se introduce error apreciable en la medición del ángulo.

El procedimiento puede ser aplicado en ambientes de planta

0 10 20 30 40 50 6010

20

30

40

50

y (m

m)

(degrees)Representation of the moiré fringe spacing multiplied by cos() for a 15 tilt of the object.


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El registro se puede hacer con una camcorder y procesar los datos en el laboratorio.

Esta orientado al control de grandes objetos mecánicos cuyo relive preferiblemente no muestre grandes variaciones.

Seguimiento de franjas permite localizar el eje de rotación porque, si cae en el campo de la cámara se lo visualiza por una franja inmóvil, y si cae fuera, las franjas se desplazan hacia el lado donde se encuentre


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Franjas con visibilidades de 0.1 se pueden detectar con métodos de Transformadas de Fourier.

La fracción de franja Nm introducida por la variación del ángulo is

Nm/ = Nt (sin/cos2) cos

Nt el número total de franjas

Podemos detectar un cambio of 2 pixels, esto significa Nm 0.04 resolviendo = 0.1 (0.001 rad).


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2. Posicionado por técnica de Moiré Digital.

Machine vision.

Se basa en el contraste de las franjas de Moire.

El principio descansa en que sólo hay visibilidad máxima en el lugar que se predetermina como la posición elegida.


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Montaje experimental empleado en la técnica


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El Moiré se produce mediante una operación de restado entre una imagen de la red de referencia y la misma rotada un pequeño ángulo predeterminado. A su vez se toman diferentes imágenes para distintas distancias z respecto a un plano de referencia.

El perfil de las franjas se toma a lo largo de una línea arbitraria centrada en una ventana de MxN pixels.


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Este procedimiento es robusto:

reduce el efecto de ruido,

no requiere filtrados, o FFT

se usa la imagen directa sin pre-procesados

efectivo aún en presencia de muy bajas visibilidades


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-1.00 -0.50 0.00 0.50 1.000.00

0.15

0.30

0.45

0.60

0.75 4l/mm 6l/mm

visibility

position(mm) Figure 7

Comparison between 4 l/mm and 6 l/mm rulings, for a case in which the reference grating image is not in focus.

Casos con las redes desenfocadas


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-0.30 -0.20 -0.10 0.00 0.10 0.20 0.300.35

0.40

0.45

0.50

0.55

0.60

0.65

0.70 reference image focused

reference image unfocused

visibi

lity

position (mm)

Figure 8Visibility curves for a 4 l/mm grating showing the case of focused and defocused reference image .

La misma red desenfocada y en foco


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Una cámara resuelve 27 l/mm, lo que no impone restricciones a las redes comerciales.

La precisión depende del período de la red, que se extiende de 1 a 12 l/mm. Así, el objeto se puede posicionar con una presición menor que 0.5 mm. Mas aún, se puede llegar en pocos pasos.

La técnica también se usa con luz blanca, con la ventaja adicional de tener mas luz y ser mas apto para adaptarse a ambientes hostiles.

VENTAJASVENTAJAS

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