Dispositivo óptico para observar los detalles estructurales milimétricos o submilimétricos de un objeto con comportamiento especular.

Dispositivo para la observación, mediante reflexión o transmisión, de detalles estructurales milimétricos o submilimétricos de un objeto

(2), que presenta un comportamiento que es por lo menos parcialmente especular, situado en una zona de exposición (3), caracterizado por que el dispositivo incluye:

- por lo menos una fuente (5) de radiación con una superficie de emisión real o virtual (6) que difunde la radiación procedente de la fuente y que presenta por lo menos dos regiones diferenciadas (8, 9) que emiten flujos de radiación, siendo por lo menos una de las características de la radiación diferente de una región a la siguiente,

- un sistema de proyección óptico (12) que está situado en la trayectoria de la radiación, en línea con la fuente de radiación con respecto a la zona de exposición, en el que este sistema de proyección óptico (12) incluye una abertura (14) de entrada,

- un sistema de exposición óptico (18) situado entre la fuente (5) de radiación y la zona de exposición (3) y diseñado para conjugar ópticamente la abertura (14) de entrada del sistema de proyección óptico (12) y la superficie de emisión (6) de la fuente de radiación,

- una superficie de proyección (10) situada en línea con la zona de exposición (3) con respecto al sistema de proyección óptico (12), y que se conjuga ópticamente con el objeto en la zona de exposición (3) mediante el sistema de proyección óptico (12), y cuya radiación recibida depende de la desviación sobre el objeto (2).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2008/064683.

Solicitante: ARJOWIGGINS SOLUTIONS.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 32 avenue Pierre Grenier 92100 Boulogne-Billancourt FRANCIA.

Inventor/es: BECKER,FRANÇOIS.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > MEDIDA DE LA LONGITUD, ESPESOR O DIMENSIONES LINEALES... > Disposiciones de medida caracterizadas por la utilización... > G01B11/25 (mediante la proyección de un patrón, p. ej.franjas de Moiré, sobre el objeto (G01B 11/255 tiene prioridad))
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > MEDIDA DE LA LONGITUD, ESPESOR O DIMENSIONES LINEALES... > Disposiciones de medida caracterizadas por la utilización... > G01B11/30 (para la medida de la rugosidad o la irregularidad de superficies)
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION... > Investigación o análisis de los materiales por... > G01N21/956 (Inspección de motivos sobre la superfice de objetos)
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION... > Investigación o análisis de los materiales por... > G01N21/95 (caracterizada por el material o la forma del objeto que se va a examinar (G01N 21/89 - G01N 21/91, G01N 21/94 tiene prioridad))

PDF original: ES-2535142_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Dispositivo óptico para observar los detalles estructurales milimétricos o submilimétricos de un objeto con comportamiento especular.

La presente invención se refiere a un dispositivo para la observación de un objeto en el sentido general que, en una determinada medida, presenta un comportamiento óptico que no es sólo de difusión o dispersión, sino también por lo menos parcialmente especular.

La presente invención se refiere más particularmente a un dispositivo que está diseñado para observar y medir el estado de superficie de un objeto, a resolución milimétrica o submilimétrica, especialmente en un campo amplio, lo que significa cuando el ángulo de visión del cono de rayos de luz recibidos por el sistema de observación es grande.

La invención encuentra aplicación particularmente ventajosa en la observación de una superficie de carácter plano o curvado, y de naturaleza reflectante, compuesta por metal, plástico, vidrio, goma laca, etc.

Por tanto, la presente invención puede utilizarse para la inspección de superficies para detectar defectos en objetos, para caracterizar superficies, para describir estados de superficie (rugosidad), para realizar cartografía de superficie, para leer información almacenada en el material, para extraer datos de la estructura del material, etc.

En la técnica anterior se han propuesto diferentes soluciones para observar una superficie que presenta un comportamiento especular.

Hoffman et al., "Modulation Contrast Microscope", Appl. Opt., 14(5), 1169, dan a conocer un sistema de obtención de imágenes por microscopio que revela gradientes de fase de un objeto colocando un modulador en el plano de Fourier, un plano conjugado con una abertura de tipo ranura.

Por ejemplo, para la detección de defectos de superficie, la solicitud de patente FR 2 285 99 propone iluminar la superficie de un objeto, para así crear, por reflexión, zonas que están relativamente diferenciadas oscuras y claras (formación de franjas) y mover estas franjas sobre la superficie que va a Inspeccionarse.

La patente también propuso capturar las imágenes de las zonas oscuras o claras, para detectar así, en la imagen capturada, patrones claros en las zonas oscuras o patrones oscuros en las zonas claras, para deducir a partir de los mismos la presencia de un defecto.

De manera similar, la solicitud de patente FR 2 817 42 propuso un dispositivo para examinar una superficie especular de un sustrato con una forma similar a un panel de vidrio curvado. El documento describe un procedimiento que consiste en tomar una imagen instantánea de una tarjeta de prueba cuyo patrón está deformado en por lo menos una dirección, lo que permite determinar la presencia de defectos sobre la superficie del sustrato.

La técnica comienza con la observación de un material especular midiendo la deformación de una imagen de codificación basada en franjas, y presenta una resolución espacial que está limitada por la calidad y la cantidad de las franjas en la Imagen de codificación. Además, la técnica requiere un procesamiento digital significativo que deja incertidumbres con respecto a las áreas sombreadas o los relieves, llevando con frecuencia a errores de interpretación.

Otras técnicas aumentan el número de adquisiciones mediante la utilización de varios sensores y/o varias adquisiciones sucesivas, tales como las técnicas estereoscópicas o polarimétricas. Además, otras técnicas tales como la estrloscopla u obtención de imágenes por contraste de fase, son difíciles o Incluso imposibles de implementar para determinadas aplicaciones industriales, debido a su sensibilidad o a determinadas limitaciones técnicas en la topología de su constitución.

En la técnica anterior, también se conocen, a través de los documentos US 23/26475 y US 22/129 por ejemplo, dispositivos ópticos para la observación de objetos gracias a la reflexión difusa de luz y a continuación la creación de áreas oscuras y claras (franjas) mediante reflexión. Sin embargo, para presentar una imagen reconstituida, estos dispositivos requieren un procesamiento digital significativo y complejo.

Por tanto, el objeto de la invención pretende remediar los inconvenientes mencionados anteriormente, proponiendo un nuevo dispositivo para la observación, mediante reflexión, de los detalles estructurales milimétricos o submilimétricos de un objeto con comportamiento especular, que sea sencillo de Implementar, ofreciendo también una alta resolución y pudiendo funcionar en aplicaciones de campo amplio.

Otro objeto de la invención pretende proponer un nuevo dispositivo de observación que esté diseñado a partir de elementos ópticos convencionales, mostrando una robustez y una compacidad que sea adecuada para un entorno industrial, especialmente para la observación a alta velocidad, ofreciendo también la ventaja de limitar o eliminar todo procesamiento digital.

Para lograr tal objetivo, la invención proporciona un dispositivo tal como se define en la reivindicación 1 adjunta.

Según una aplicación del objeto de la invención, el dispositivo incluye medios de detección localizados que se utilizan, con la ayuda de la superficie de proyección, para medir un valor que corresponde a un valor de desviación de rayos por el objeto.

Según una forma de realización, la superficie de emisión es de dimensiones pequeñas y está próxima a una fuente puntual, y el sistema de proyección óptico con su diafragma es el único elemento que bloquea los rayos y está situado entre el objeto y la superficie de proyección.

La superficie de proyección está diseñada ventajosamente para que sea sensible al tipo de radiación de la fuente de radiación y está asociada a un sistema de procesamiento óptico o electrónico.

Según una forma de realización, la fuente de radiación emite radiación de luz visible y/o ultravioleta y/o infrarroja.

Según otra forma de realización, la fuente de radiación emite ondas de sonido, partículas u ondas electromagnéticas.

Según una característica de implementación ventajosa, la superficie de emisión presenta una imagen con por lo menos dos regiones que presentan diferentes intensidades y/o colores y/o polarizaciones separadas por una región de transición, formada por una línea de separación o una zona de transición gradual.

Como ejemplo, la superficie de emisión incluye una región oscura y una región luminosa.

Según una forma de realización, la superficie de emisión de la fuente de radiación está situada en una superficie virtual, mediante la utilización de materiales especiales tales como nidos de abeja y hologramas para la fuente de radiación.

Según otra forma de realización, la superficie de emisión de la fuente de radiación está situada en el infinito y el sistema de exposición óptico enlaza el infinito con la abertura de entrada del sistema de proyección óptico.

Según otra característica, el sistema de exposición óptico consiste en el posicionamiento y/o el ajuste del objeto y/o de la superficie de emisión con la abertura de entrada del sistema de proyección óptico, sin la adición de elementos ópticos complementarios.

Según un ejemplo de implementación, el dispositivo incluye una caja en cuyo interior están integradas, en particular, la superficie de emisión y una placa semirreflectante, e incluyendo el sistema de exposición óptico una lente cilindrica, en particular de tipo Fresnel.

Ventajosamente, el dispositivo incluye medios para ajustar la posición, sobre el eje óptico, de la superficie de emisión y/o de la lente y/o del ángulo presentado por la lámina o placa semirreflectante.

Según un ejemplo de aplicación preferido, el dispositivo incluye... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Dispositivo para la observación, mediante reflexión o transmisión, de detalles estructurales milimétricos o submlllmétrlcos de un objeto (2), que presenta un comportamiento que es por lo menos parcialmente especular, situado en una zona de exposición (3), caracterizado por que el dispositivo incluye:

- por lo menos una fuente (5) de radiación con una superficie de emisión real o virtual (6) que difunde la radiación procedente de la fuente y que presenta por lo menos dos reglones diferenciadas (8, 9) que emiten flujos de radiación, siendo por lo menos una de las características de la radiación diferente de una región a la siguiente,

- un sistema de proyección óptico (12) que está situado en la trayectoria de la radiación, en línea con la fuente de radiación con respecto a la zona de exposición, en el que este sistema de proyección óptico (12) incluye una abertura (14) de entrada,

- un sistema de exposición óptico (18) situado entre la fuente (5) de radiación y la zona de exposición (3) y diseñado para conjugar ópticamente la abertura (14) de entrada del sistema de proyección óptico (12) y la superficie de emisión (6) de la fuente de radiación,

- una superficie de proyección (1) situada en línea con la zona de exposición (3) con respecto al sistema de proyección óptico (12), y que se conjuga ópticamente con el objeto en la zona de exposición (3) mediante el sistema de proyección óptico (12), y cuya radiación recibida depende de la desviación sobre el objeto (2).

2. Dispositivo de adquisición según la reivindicación 1, caracterizado por que incluye unos medios de detección localizados que se utilizan, por medio de la superficie de proyección (1), para medir un valor que corresponde a un valor de desviación de rayos por el objeto (2).

3. Dispositivo de adquisición según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que la superficie de emisión (6) está próxima en cuanto a su tamaño a una fuente puntual, y por que la abertura (14) de entrada del sistema de proyección óptico (12) está definida por un diafragma que es el único elemento que bloquea los rayos, situado entre el objeto (2) y la superficie de proyección (1).

4. Dispositivo de adquisición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que la superficie de proyección (1) está diseñada para que sea sensible al tipo de radiación de la fuente (5) de radiación y está asociada a un sistema de procesamiento óptico o electrónico.

5. Dispositivo de adquisición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la fuente (5) de radiación emite una radiación luminosa que es visible y/o ultravioleta y/o infrarroja.

6. Dispositivo de adquisición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la fuente (5) de radiación emite ondas de sonido, partículas u ondas electromagnéticas.

7. Dispositivo de adquisición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que la superficie de emisión (6) presenta una imagen con por lo menos dos regiones (8, 9) que presentan diferentes intensidades y/o colores y/o polarizaciones, separadas por una región de transición (Z), definida por una línea de separación o una zona de transición gradual.

8. Dispositivo de adquisición según la reivindicación 7, caracterizado por que la superficie de emisión (6) incluye una región oscura (9) y una región luminosa (8).

9. Dispositivo de adquisición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que la superficie de emisión (6) de la fuente (5) de radiación está situada en una superficie virtual, mediante la utilización de materiales especiales, tales como nidos de abeja y hologramas para la fuente (5) de radiación.

1. Dispositivo de adquisición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que la superficie de emisión (6) de la fuente (5) de radiación está situada en el infinito, y por que el sistema de exposición óptico (18) enlaza el infinito con la abertura (14) de entrada del sistema de proyección óptico (12).

11. Dispositivo de adquisición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 1, caracterizado por que el sistema de exposición óptico (18) consiste en el posicionamiento y/o ajuste del objeto (2) y/o de la superficie de emisión (6) con la abertura (14) de entrada del sistema de proyección óptico (12), sin la adición de elementos ópticos adicionales.

12. Dispositivo de adquisición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por que incluye una caja (32) en el interior de la cual están integradas en particular la superficie de emisión (6) y una placa semirreflectante (21), e incluyendo el sistema de exposición óptico (18) una lente cilindrica, en particular de tipo Fresnel.

13. Dispositivo de adquisición según la reivindicación 12, caracterizado por que incluye unos medios para ajustar la posición, sobre el eje óptico (x), de la superficie de emisión (6) y/o de la lente y/o del ángulo presentado por la placa semirreflectante (21).

14. Dispositivo de adquisición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por que incluye unos medios para adquirir un conjunto de valores de desviaciones, para extraer características estructurales del objeto correspondientes, por ejemplo, a una firma del objeto.

15. Dispositivo según la reivindicación 14, caracterizado por que los medios para recibir valores de desviaciones,

para extraer una firma del objeto, están conectados a un sistema seguro de seguimiento de objetos.