Procedimiento de medición de objetos tridimensionales por ombroscopia óptica de una sola vista, utilizando las leyes ópticas de la propagación de la luz.

Procedimiento de medición sin contacto de un objeto tridimensional (9,

14, 32), siendo este objeto tridimensionaltraslúcido o transparente respecto de una luz visible, estando este procedimiento caracterizado porque:

con la ayuda de las leyes de Snell-Descartes relativas a la propagación de la luz visible a través del objeto, seestablece una ecuación que asocia parámetros optogeométricos del objeto con el resultado de una observaciónefectuada directamente en una imagen del objeto, comprendiendo esta imagen un anillo luminoso y siendocapturada observando este objeto con la luz visible, por ombroscopia óptica de una sola vista, conteniendo laecuación el radio del anillo luminoso,

se captura esta imagen del objeto,

se efectúa la observación, se determina el radio del anillo luminoso a partir de la imagen del objeto, y

se determina al menos un parámetro geométrico u óptico del objeto con la ayuda de la ecuación, del radio del anilloluminoso y del resultado de la observación.

Procedimiento de medición de objetos tridimensionales por ombroscopia óptica de una sola vista, utilizando las leyes ópticas de la propagación de la luz

Campo técnico La presente invención se refiere a un procedimiento de medición, o caracterización, sin contacto, de objetos tridimensionales, más en particular de objetos tridimensionales que son transparentes a una luz visible o al menos traslúcidos respecto de esta luz.

La invención se aplica en particular:

- a la medición sin contacto del espesor de un objeto esférico (más sencillamente denominado “esfera”) hueco y transparente o de un objeto cilíndrico (más sencillamente denominado “cilindro”) hueco y transparente,

- a la medición sin contacto del espesor de una capa transparente o de un depósito transparente, colocado (a) en el interior de tal esfera o de tal cilindro,

- a la medición sin contacto de la deformación o de la rugosidad de la superficie interna de tal esfera o de tal cilindro,

- a la medición sin contacto de la deformación o de la rugosidad de una capa transparente o de un depósito transparente, colocado (a) en el interior de tal esfera o tal cilindro, y

- a la medición del índice de refracción de un material constitutivo de tal esfera o de tal cilindro que se ha conformado.

Estado de la técnica anterior

Para medir sin contacto un objeto tridimensional, es conocida la utilización de la tomografía tridimensional.

Sin embargo, esta técnica necesita observar el objeto bajo varias incidencias, lo cual no es posible en caso de que el objeto esté colocado en una infraestructura compleja.

En caso de que el objeto sea tridimensional, es también conocida la utilización de una técnica denominada “tomografía de una sola vista”.

Según esta última técnica, se forma una imagen mediante un código de cálculo basado en un modelo de objeto elegido a priori.

La imagen así capturada es comparada con una imagen radiográfica simulada y el modelo se deforma a continuación de manera iterativa hasta que la imagen simulada coincida con la imagen experimental.

La reconstrucción se apoya en una hipótesis de simetría de revolución del objeto.

Por tanto, la tomografía de una sola vista es una técnica compleja y difícil de aplicar.

Además, para medir espesores y diámetros de esferas huecas, es conocida la utilización de la interferometría y la radiografía X.

La interferometría es un procedimiento preciso, utilizable en una infraestructura compleja, pero es bastante delicada de aplicar.

En cuanto a la radiografía X, no se puede utilizar cuando el objeto que debe ser medido está colocado en una infraestructura compleja y no puede ser manipulado desde el exterior de esta infraestructura.

De este modo, la medición sin contacto de las dimensiones de un objeto tridimensional y transparente (o traslúcido) se encuentra con numerosas dificultades, en particular cuando se quiere medir una característica interna del objeto.

En efecto, un procedimiento de ombroscopia (en inglés “backlight shadowgraphy”) se describe en el siguiente documento FR 2852389 (solicitud de patente francesa n.º 03 50045, presentada el 12 de marzo de 2003, invención de F. Lamy et al.) .

Sin embargo, este procedimiento necesita la creación de una tabla de datos a partir de simulaciones efectuadas mediante un software apropiado y esta tabla debe cubrir toda la gama de las dimensiones de los objetos a observar. Los datos permiten realizar, por interpolación, una medición dimensional del objeto estudiado, pero, cuanto mayor es la gama de las dimensiones que debe cubrir la tabla de datos, más larga es la creación de esta tabla si se quiere mantener un cierto valor de precisión.

En el documento US 4227806 A, se determina la relación de los índices de refracción de una preforma de fibra óptica utilizando una ecuación que está basada en leyes de Snell-Descartes y que asocia parámetros optogeométricos con el resultado de una observación efectuada directamente en una imagen del objeto. En el documento FR 2651312 A se determina el diámetro de un tubo utilizando una ecuación basada en leyes de Snell-Descartes que asocia parámetros optogeométricos con el resultado de una observación efectuada directamente en una imagen del objeto.

En el documento US4168907A se determina el radio de una discontinuidad de índice o un espesor de una capa de una fibra óptica utilizando una ecuación basada en leyes de Snell-Descartes que asocia parámetros optogeométricos con el resultado de una observación efectuada directamente en una imagen del objeto.

Exposición de la invención La presente invención tiene por objeto remediar los inconvenientes anteriores.

Para este fin utiliza una técnica de medición por ombroscopia óptica, que se aplica a la caracterización de objetos observables bajo un solo ángulo de visión, especialmente en el caso donde es difícil acceder a estos objetos. Además, la invención utiliza preferiblemente un sistema de captura de imágenes que se centra en un plano del objeto estudiado.

Además, los objetos que se caracterizan mediante el procedimiento objeto de la invención son esencialmente esferas huecas o cilindros huecos. Ahora bien, el procedimiento de fabricación de la esfera o del cilindro puede implicar una modificación del índice óptico respecto del material macizo (en inglés “bulk”) a partir del cual se ha fabricado esta esfera o este cilindro.

La presente invención permite también remediar este inconveniente: combinada con un medio apropiado, permite, como se verá, determinar el índice de refracción de un objeto de simetría esférica o cilíndrica.

El procedimiento objeto de la invención tiene la ventaja de utilizar las leyes ópticas de Snell-Descartes, relativas a la propagación de la luz. Por lo tanto, la observación ombroscópica se utiliza directamente con la ayuda de una fórmula sencilla que asocia las características ópticas (índice de refracción) y las dimensiones del objeto con la imagen ombroscópica de este último.

Este procedimiento presenta la ventaja de ser rápido y preciso, y permite medir dimensiones muy variadas de objetos, cualquiera que sea el tamaño de estos últimos, dentro del límite de resolución del aparato de medición utilizado.

De manera precisa, la presente invención se refiere a un procedimiento de medición sin contacto de un objeto tridimensional, siendo este objeto tridimensional traslúcido o transparente respecto de una luz visible, estando este procedimiento caracterizado porque:

- con la ayuda de las leyes de Snell-Descartes relativas a la propagación de la luz visible a través del objeto, se establece una ecuación que asocia parámetros optogeométricos del objeto con el resultado de una observación efectuada directamente en una imagen del objeto, comprendiendo esta imagen un anillo luminoso y siendo capturada observando este objeto con la luz visible, por ombroscopia óptica de una sola vista, conteniendo la ecuación el radio del anillo luminoso,

- se captura esta imagen del objeto,

- se efectúa la observación, se determina el radio del anillo luminoso a partir de la imagen del objeto, y

- se determina al menos un parámetro geométrico u óptico del objeto con la ayuda de la ecuación, del radio del anillo luminoso y del resultado de la observación.

Preferiblemente, la imagen es capturada mediante un sistema de captura de imágenes con luz visible, centrándose este sistema de captura de imágenes en un plano de corte del objeto estudiado.

Se puede determinar, conforme a la invención, el parámetro geométrico u óptico de un objeto hueco a partir de la imagen de un corte plano del objeto.

Según un modo de realización particular del procedimiento de la invención, el objeto es una esfera hueca o un cilindro hueco, teniendo por tanto este objeto una pared, el parámetro geométrico del objeto es el espesor de esta pared, la imagen de la esfera hueca o del cilindro hueco comprende un anillo luminoso, siendo la ecuación:

donde n1, R1, R2 y Ra representan respectivamente el índice de refracción, el radio (en inglés “radius”) externo, el radio interno de la esfera o del cilindro y el radio del anillo luminoso, donde el radio externo de la esfera, o del cilindro, y el radio del anillo luminoso se determinan a partir de la imagen del objeto y, siendo n1 conocido, el espesor R1-R2 de la pared se determina en función del radio externo de la esfera o del cilindro y en función del radio del anillo luminoso, mediante la ecuación.

Según un modo... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de medición sin contacto de un objeto tridimensional (9, 14, 32) , siendo este objeto tridimensional traslúcido o transparente respecto de una luz visible, estando este procedimiento caracterizado porque:

con la ayuda de las leyes de Snell-Descartes relativas a la propagación de la luz visible a través del objeto, se establece una ecuación que asocia parámetros optogeométricos del objeto con el resultado de una observación efectuada directamente en una imagen del objeto, comprendiendo esta imagen un anillo luminoso y siendo capturada observando este objeto con la luz visible, por ombroscopia óptica de una sola vista, conteniendo la ecuación el radio del anillo luminoso,

se captura esta imagen del objeto,

se efectúa la observación, se determina el radio del anillo luminoso a partir de la imagen del objeto, y

se determina al menos un parámetro geométrico u óptico del objeto con la ayuda de la ecuación, del radio del anillo luminoso y del resultado de la observación.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la imagen es capturada mediante un sistema de captura de imágenes con luz visible, centrándose este sistema de captura de imágenes en un plano de corte del objeto estudiado.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que el objeto (9, 14, 32) es hueco y se determina el parámetro geométrico u óptico de este objeto hueco a partir de la imagen de un corte plano del objeto.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que el objeto (9, 14) es una esfera hueca o un cilindro hueco, teniendo por tanto este objeto una pared, el parámetro geométrico del objeto es el espesor de esta pared, la imagen de la esfera hueca o del cilindro hueco comprende un anillo luminoso (13) , siendo la ecuación:

donde n1, R1, R2 y Ra representan respectivamente el índice de refracción, el radio externo, el radio interno de la esfera o del cilindro y el radio del anillo luminoso, donde el radio externo de la esfera o del cilindro y el radio del anillo luminoso se determinan a partir de la imagen del objeto y, siendo n1 conocido, el espesor R1-R2 de la pared se determina en función del radio externo de la esfera o del cilindro y en función del radio del anillo luminoso, mediante la ecuación.

5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, en el que el objeto (14) es hueco y contiene una capa (16) o un depósito de un material que es transparente o traslúcido, y se determina el espesor de este depósito o de esta capa.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, en el que el objeto (14) es una esfera hueca o un cilindro hueco, el parámetro geométrico del objeto es el espesor de la capa (16) o del depósito, la imagen de la esfera hueca o del cilindro hueco comprende un anillo luminoso, siendo la ecuación:

donde n1, n2, R1, R2 , R3 y Ra representan respectivamente el índice de refracción de la esfera o del cilindro, el índice de refracción de la capa o del depósito, el radio externo de la esfera o del cilindro, el radio interno de la esfera o del cilindro, el radio interno de la capa o del depósito y el radio del anillo luminoso, donde el radio externo de la esfera o del cilindro y el radio del anillo luminoso se determinan a partir de la imagen del objeto y, siendo n1, n2 y R2 conocidos, el espesor R2-R3 de la capa o del depósito se determina en función del radio externo de la esfera o del cilindro y en función del radio del anillo luminoso, mediante la ecuación.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 4 y 6, en el que el radio externo (R1) se determina con la ayuda del procedimiento de las derivadas direccionales.

8. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 7, en el que el objeto es hueco y comprende una pared interna, y se determina la deformación o la rugosidad de esta pared interna.

9. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que el objeto (9, 14) es una esfera hueca o un cilindro hueco, el parámetro óptico del objeto es el índice de refracción de este objeto, la imagen de la esfera hueca o del cilindro hueco comprende un anillo luminoso (14) , siendo la ecuación:

donde n1, R1, R2 y Ra representan respectivamente el índice de refracción, el radio externo, el radio interno de la esfera o del cilindro y el radio del anillo luminoso, donde el radio del anillo luminoso se determina a partir de la imagen del objeto, se determinan R1 y R2 y se determina el índice de refracción n1 a la longitud de onda de la luz

visible con la que se observa el objeto, mediante la ecuación.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, en el que R1 y R2 se determinan por radiografía.

11. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 10, en el que se utiliza un dispositivo de ombroscopia óptica que incluye una fuente de luz visible, medios de colimación (20) de esta fuente y medios de captura de imágenes (22, 24, 26) que comprenden una óptica (22) y un sensor de imágenes (26) , estando esta óptica colocada entre el objeto y el sensor de imágenes y permitiendo formar la imagen del plano de corte del objeto estudiado en el sensor de imágenes, y se ajusta la colimación de la fuente.

12. Procedimiento según la reivindicación 11, en el que el sensor de imágenes incluye un dispositivo de transferencia de cargas.