Medición de espesores con
técnicas láser
Jorge Torga
Facultad Regional Delta – UTN
Campana - Buenos Aires
Presentación del grupo
Laboratorio de Optoelectrónica y Metrología
Aplicada
Facultad Regional Delta – UTN
Aplicaciones Láser
-
-
Interferometría
Espectroscopía
Caracterización de sistemas de control
Presentación del grupo
Integrantes
Eneas Morel (Ing. Elec.)
Hernán Miranda (Est Ing Sistemas)
Gonzalo Martinez (Est Ing Quimica)
Martín Coronel (Est Ing Mecánica)
Jorge Torga (Dr. en física)
Líneas de trabajo
•
Espectroscopía : Mediciones de
reflectividad - colorimetría
Desarrollo de un sistema de reflectometría
BDRF
Líneas de trabajo
•
Sistemas de control : Caracterización de
sistemas de translación y rotación
Desarrollo de un sistema x-y con cabezal láser
Técnicas ópticas para caracterización de
desplazamiento
Líneas de trabajo
•
Interferometría
Topografía de superficies
Tomografía de medios semitransparentes
Objetivos de la técnica
Medición de distancias!
Topografía de superficies
Tomografía de medios semitransparentes
Objetivos
Desarrollo de un sistema que
permita :
• Precisión en el orden del micrón
• Rango dinámico entre 10 micrones
y 10 mm.
• Sin contacto
• En tiempo real
• In situ
Objetivo 1
Perfilómetro de barrido
y
x
Objetivo 2
Rugosímetro: Determinar el perfil con
mejor resolución?
Objetivo 3
Medición de espesores: Determinar espesores en:
muestras biológicas, aceites, pinturas,...
Espesor, índice de refracción
Objetivo 3
Deformación
Muestras en polímeros:
y cambios de espesor
Muestras
Latex – polypropylene
: Films y tubos– de
polyethylene
polímeros
Espesores entre 1 mm – 10mm
Tensión externa
Presión interna
Objetivo 3
Muestras en forma de
tubos
Variación en el
radio y en el
espesor
Presión interna
Objetivo especial
Arterias ( reales y artificiales)
Fundamentos
Interferometía de baja coherencia

Michelson set-up

Detección en el dominio de la frecuencia
(Fourier Domain detection)

Interferometría de tres ondas
Interferometría de baja coherencia
Espejo de
referencia
1
Detección de la señal
de interferencia
2
1+2
D
Dif de fase=f(x,y)
Fuente de luz
de baja coherencia
nD
Interferómetro Michelson
D
Interferómetro Michelson
Sistema de detección
Muestra
Fuentes de radiación
Fuentes de baja coherencia.
Láser de pulsos cortos
Fuentes de luz blanca
Diodo superluminscente
Fuentes de ASE

Detección espectral – dominio de la frecuencia
Espectrometro + CCD

Fuente de baja coherencia

Diodo Superluminescente

5 mw output power @ 800 nm

Ancho de banda : 20 nm
•El sistema no tiene partes móviles
•Medición del espectro de la fuente de
luz
• Resolución y rango dinámico definido
por las características de la fuente de luz
y el sistema de detección
Detección en el dominio de la
frecuencia
Espectro
Array lineal
Una rama
Salida del
Red de difracción
interferómetro
Detección en el dominio de la
frecuencia
Espectro
Array lineal
Dos ramas
Red de difracción
Salida del
interferómetro
Detección en el dominio de la
frecuencia
• Resolución lateral: 10 mm
•Resolución longitudinal: 1 mm
• Rango dinámico: 2 mm
• Velocidad de muestreo: 30
puntos/segundo
Mediciones
I(k) = Io(k)+I12 (k)+I13(k)+I23(k) )
Términos interferómetricos
Mediciones
I(k) = Io(k)(1+b12 cos(kd)+b13cos(kx13)+b23cos(kx23) )
d = Espesor
x13= Deformación en la primera cara
x23= Deformación en la segunda cara
Excitación de la muestra
Sample
Incident light
Excitation
system
Excitación de la muestra
Incident light
Sample
Excitation system
Polímeros rígidos – vidrios
Front interface
Rear interface
Región de
medición
Fourier interferometry
Polímeros rígidos – vidrios
Front interface
Valores típicos de
deformación medida:
50 mm.
Rate : 30
muestras/segundo
Rear interface
Películas de latex
Valores típicos de
variación en el radio:
200 mm.
Rate : 30 muestras/seg.
Cambio de espesor en el
orden de los 10 mm.
La resolución se mejora
con un algoritmo basado
en la técnica “zero
filling”
Perfilometria de roscas
Perfilometríra obtenidas en
roscas de barras de extracción
Conclusiones y trabajo futuro
*La técnica demostró ser útil para medición de deformación y
cambios de espesor
Se obtuvieron buenos resultados en polímeros simple (una capa
homogénea)
* El set-up actual permite tener:
Resolución : 1 mm.
Rango dinámico: 2 mm.
Ambas pueden ser mejoradas con nuevos sistemas
•Se buscan sistemas mas compactos - fuentes de luz de mayor
potencia y ancho de banda
•Sistemas en fibras
Fin
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Simultaneous measurement of deformation and thickness