PROCEDIMIENTO Y SISTEMA PARA LA CALIBRACIÓN DE UN DISPOSITIVO PARA MEDIR LA FORMA DE UNA SUPERFICIE REFLECTANTE.

Procedimiento para la calibración de un sistema para medir la forma de una superficie reflectante,

en donde el sistema presenta un soporte de muestras (2) con una muestra (15) para la reflexión sobre una superficie reflectante (14) y una cámara (1) para la observación píxel a píxel de la muestra (15) que se refleja sobre la superficie (14), caracterizado porque para la calibración de las posiciones y de la orientación de la cámara (1) y de la muestra (15) así como de la dirección de observación de cada píxel de la cámara (1) se utilizan dos superficies reflectantes (5, 6) planas, de gran superficie en disposición paralela, y la superficie reflectante (5, 6) se crea mediante un líquido

La invención se refiere a un sistema para medir la forma de una superficie reflectante con al menos un soporte de muestras para crear una muestra para la reflexión sobre una superficie reflectante y al menos una cámara para la observación píxel a píxel de la muestra que se refleja sobre la superficie. Además de esto se describe un procedimiento para calibrar el sistema, que puede usarse en especial para determinar la posición y orientación de la cámara y de la 5 muestra. La medición de forma y la calibración pueden llevarse también a cabo en el marco de un procedimiento conjunto.

Los procedimientos de este tipo, en los que se refleja una muestra conocida según su forma y posición en una superficie reflectante y la imagen reflejada se observa y valora con una cámara, se conocen para la medición de forma de superficies reflectantes. De este modo describe p.ej. el documento DE 197 57 106 A1 un dispositivo para la 10 medición automatizada de la forma de superficies reflectantes esféricas o incluso no esféricas. Para esto se sitúa en el lado opuesto a la superficie a medir una muestra iluminada, de dispersión difusa, en donde la imagen de la muestra que se obtiene sobre la superficie reflectante es captada por una cámara electrónica. La muestra se elige de tal modo que se obtiene, en el sensor de imagen de la cámara, una imagen de bandas aproximadamente rectas y equidistantes que pueden valorarse con una precisión especialmente elevada, mediante una transformada discreta de Fourier. Para 15 poder medir la superficie en cualquier dirección espacial el sistema de bandas, que se obtiene en el sensor de imagen, debe presentar bandas ortogonales entre ellas.

Del documento DE 103 45 586 A1 se conocen un procedimiento y un dispositivo para determinar la estructura de una superficie, en los que se crea una muestra plana de un generador de imágenes y se refleja sobre la superficie. La muestra reflejada es reproducida por un tomador de imágenes y a continuación es valorado por un control. Para 20 conseguir una medición de la superficie del objeto sencilla, económica y rápida el generador de imágenes crea consecutivamente varias muestras planas con estructuras planas, a modo de puntos de imagen, en donde las estructuras de dos muestras presentan entre sí diferentes dimensiones y los diferentes puntos de imagen de dos plantillas en cada caso una posición definida. Debido a que en este procedimiento ya no pueden tomarse bandas finas de una muestra de bandas, las bandas que se utilizan para la muestra de bandas son relativamente anchas, que 25 presentan un desarrollo de luminosidad sinusoidal. Estas muestras se crean en monitores TFT.

El documento DE 101 27 304 A1 describe un procedimiento y un dispositivo para determinar un contorno tridimensional de una superficie reflectante de un objeto, en los que una reflexión de una trama conocida sobre la superficie de un objeto se reproduce mediante un sistema reproductor sobre un receptor y se valora la imagen obtenida. Aquí se propone usar una trama conocida a partir de al menos dos distancias diferentes a la superficie reflectante, en donde la 30 posición relativa de la trama y del receptor en el espacio debe ser conocida.

En todos estos supuestos se parte de la base de que la posición y la orientación del sistema de medición han sido determinadas previamente mediante un procedimiento de calibración apropiado y por ello son conocidas. Esto puede materializarse también para superficies a medir pequeñas. Sin embargo, si se quiere medir superficies grandes con una precisión suficiente y la velocidad exigida en procesos productivos actuales, es normalmente necesario usar varias 35 cámaras, que deben encontrarse de forma preferida dentro de la muestra. Para medir grandes superficies la muestra reflejada sobre la superficie reflectante debe presentar un tamaño suficiente. Debido a que la muestra además tiene que ser variable, la muestra se proyecta con frecuencia en forma de una imagen sobre un cristal deslustrado. Sin embargo, para esto se necesita mucho espacio en el caso de grandes superficies, que a menudo no está disponible. Aparte de esto se utilizan para crear la muestra pantallas planas, en donde para la creación de muestras de gran 40 superficie con frecuencia se usan varias pantallas, que tienen que calibrarse en complicados procedimientos de calibración en cada una de las cámaras utilizadas. A la hora de utilizar varias pantallas y cámaras es necesario además encontrar un método sobre cómo puede materializarse la transición entre una cámara y la siguiente o la pantalla siguiente.

En el caso de utilizarse sólo una muestra a una distancia determinada de la superficie así como sólo una cámara, 45 tampoco puede determinarse definitivamente la forma de la superficie reflectante con los procedimientos habituales, porque se produce una ambigüedad entre el ángulo superficial y al distancia superficial o la altura superficial, que no puede resolverse sin informaciones adicionales. Este problema es resuelto mediante el procedimiento conocido (véase p.ej. el documento DE 101 27 304 A1), por medio de que se utilizan varias cámaras o se disponen varias muestras a una distancia diferente de la superficie. Sin embargo, esto tiene el inconveniente de una elevada complejidad de 50 aparatos, ya que cada región de la superficie a medir tiene que cubrirse con varias muestras y/o cámaras.

Poe el documento WO 2005/031251 A1 se conoce un procedimiento para determinar la estructura de una superficie, en el que se crean consecutivamente varias muestras de bandas planas con estructuras planas, a modo de puntos de imagen, mediante un generador de imágenes. Aquí se refleja la muestra de bandas sobre una superficie y se reproduce mediante una óptica en un tomador de imágenes, en donde la imagen tomada se valora después mediante 55 un control. El tomador de imágenes presenta una matriz de tomadores de puntos de imagen. La matriz de tomadores de puntos de imagen puede estar configurada por ejemplo mediante un chip CCD o un chip CMOS o bien, para la

termografía, mediante una cámara termográfica.

Por la publicación “Shape measurement of small objects using LCD fringe projection with phase shifting”, C. Quan et al., Opt. Comm. 189 (2001), páginas 21 a 29, se conoce el hecho de llevar a cabo una medición tridimensional de la forma de una superficie. La publicación se ocupa en especial de la determinación de forma mediante microscopía de gran alcance, proyección anular LCD y técnica de desplazamiento de fase. La calibración se materializa por medio de que 5 se utilizan dos planos desplazados uno respecto al otro a una distancia de 50 μm, para crear una pequeña variación en el campo anular a causa del aumento de lente del sistema óptico, durante la toma de la imagen. Esta variación se utiliza para determinar un coeficiente, que caracteriza la configuración del sistema óptico de medición.

Como ya se ha representado anteriormente, la invención se refiere a un procedimiento para calibrar un sistema, el cual presenta un soporte de muestras con una muestra para la reflexión sobre una superficie reflectante y una cámara para 10 la observación píxel a píxel de la muestra reflejada sobre la superficie. Para calibrar se utilizan dos superficies reflectantes planas, de gran superficie, en una disposición en paralelo cuya distancia exacta no es necesario que sea conocida. Una ventaja especial de esta calibración estriba en que no es necesario utilizar ninguna información adicional a la geometría de la muestra y la orientación paralela exacta de las dos superficies reflectantes.

Debido a que el apoyo plano de grandes superficies reflectantes en la práctica ha demostrado sin embargo ser 15 dificultoso, la superficie reflectante se crea mediante un líquido.

Conforme a la invención se propone también que la superficie reflectante se cree mediante un líquido. De este modo puede calibrarse fácilmente el sistema utilizado para medir la forma, en donde conforme a la invención los pasos de la calibración y la medición de forma pueden combinarse entre ellos y llevarse a cabo en especial consecutivamente. La calibración puede realizarse tanto antes como después de la verdadera medición de forma. A causa de la gran 20 superficie, idealmente plana, es además posible calibrar al mismo tiempo todos los componentes implicados con gran precisión.

Para trabajar en unas condiciones ópticas aproximadamente comparables, se propone conforme a la invención que las superficies reflectantes paralelas se dispongan a una altura comparable con la superficie reflectante a medir.

1. Procedimiento para la calibración de un sistema para medir la forma de una superficie reflectante, en donde el sistema presenta un soporte de muestras (2) con una muestra (15) para la reflexión sobre una superficie reflectante (14) y una cámara (1) para la observación píxel a píxel de la muestra (15) que se refleja sobre la superficie (14), caracterizado porque para la calibración de las posiciones y de la orientación de la cámara (1) y de la muestra (15) 5 así como de la dirección de observación de cada píxel de la cámara (1) se utilizan dos superficies reflectantes (5, 6) planas, de gran superficie en disposición paralela, y la superficie reflectante (5, 6) se crea mediante un líquido.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque las superficies reflectantes (5, 6) se disponen a una altura comparable con la superficie reflectante (14) que se va a medir.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque las superficies reflectantes (5, 6) se crean 10 mediante dos diferentes niveles de llenado del líquido en una bandeja (4) y/o un desplazamiento de la bandeja (4).

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el soporte de muestras (2) y la cámara (1) se calibran en un sistema de coordenadas (10) común.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el líquido está configurado con suficiente viscosidad y de forma preferida es glicerina. 15

6. Sistema para medir la forma de una superficie reflectante (14) con al menos un soporte de muestras (2) para crear una muestra (15), que puede reflejarse sobre la superficie reflectante (14), al menos una cámara (1) para la observación píxel a píxel de la muestra (15) reflejada sobre la superficie (14) y una unidad de valoración para valorar las imágenes de cámara (8) para determinar la forma y/o calibrar, caracterizado porque el sistema presenta una instalación (4) para disponer una superficie reflectante (5, 6) plana, de gran superficie, en donde la superficie 20 reflectante está formada por un líquido.

7. Sistema según la reivindicación 6, caracterizado porque la instalación para disponer la superficie reflectante (5, 6) plana es una bandeja (4).

8. Sistema según la reivindicación 6 ó 7, caracterizado porque un soporte de muestras (2) es una pantalla plana.

9. Sistema según una de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque están dispuestos varios soportes de 25 muestras (2) en un cuadrilátero y en puntos de cruce de los soportes de muestras (2) están dispuestas varias cámaras (1).

10. Sistema según una de las reivindicaciones 6 a 9, caracterizado porque los soportes de muestras (2) están dispuestos de tal modo, que cubren los ángulos sólidos que se obtienen mediante las superficie reflectante (14).