Perfilometría óptica de superficies discontinuas

Abstract

RESUMEN: Perfilometría óptica es un conjunto de técnicas de medición sin contacto que emplea fuentes de iluminación y sensores de intensidad para determinar las coordenadas tridimensionales de los puntos de una superficie. En la actualidad, se han propuesto varios métodos de perfilometría óptica; uno de los más exitosos debido a su robustez y alta exactitud es el método de proyección de franjas. Con este método, la topografía del objeto tridimensional bajo prueba se codifica como una función de fase. Por lo tanto, la demodulación de fase, para recuperar la forma tridimensional del objeto, es una parte importante del método. Entre las técnicas más destacadas para demodular fase se encuentran perfilometría por transformación de Fourier y perfilometría por corrimiento de fase. sin embargo, el método de Fourier puede presentar niveles de error inaplicables, cuando la superficie del objeto presenta discontinuidades. Por otro lado el método clásico de corrimiento de fase requiere un número elevado de patrones de franjas que limita su aplicación práctica. En esta tesis, se aborda el problema de reconstruir el perfil 3D de superficies con discontinuidades. Se propone un método de codificación de múltiples funciones de fase usando patrones de intensidad. Se utiliza el análisis de Fourier para obtener un nuevo algoritmo para multi-demodulación por corrimiento de fase. El desempeño del método propuesto es analizado experimentalmente y comparado con el método de corrimiento de fase clásico. Los resultados muestran que el método propuesto alcanza niveles de exactitud comparables al método clásico, pero disminuyendo hasta el 66% el número de imágenes requerido. El método propuesto es una alternativa para incrementar la eficiencia de los sistemas clásicos basados en un corrimiento de fase. ABSTRACT: Optical profilometry is a set of non-contact measurement techniques that uses light sources and intensity sensors to determine the three-dimensional surface imaging. Nowadays, several methods of optical profilometry have been proposed; among these, the fringe projection method is one of the most successful due to its robustness and high accuracy. In the fringe projection method, the topography of the three-dimensional object under test is encoded as a phase function. Therefore, phase demodulation, to recover the three-dimensionsional shape of the object, is an important part of the method. Among the most prominent techniques for phase demodulation are Fourier transform profilometry and phase-shifting profilometry. However, the Fourier method can present inapplicable levels of error, when the surface of the object presents discontinuities. On the other hand, the classical phase shifting method requires a high number of fringe patterns that limits its practical application. In this thesis, the problem of reconstructing the 3D profile of surfaces with discontinuities is addressed. An encoding method of multiple phase functions is proposed using intensity patterns. Fourier analysis is used to obtain a new algorithm for multi-demodulation phase-shifting. The performance of the proposed method is experimentally analyzed and compared with the classical phase-shifting method, but reducing the number of required images by up to 66 %. The proposed method is an alternative to increase the efficiency of classical systems based on phase-shifting.