Zastosowanie deflektometrii

do pomiarów kształtu 3D

Katarzyna Goplańska

Metody pomiaru kształtuDeflektometria

Zasada działaniaStereo-deflektometriaKalibracjaZaletyZastosowaniaPrzykład

Podsumowanie

Zastosowanie deflektometrii do pomiarów kształtu 3D Katarzyna Goplańska

Plan prezentacji

Metody pomiaru kształtu

Profilometry stykoweMikroskop ze Skanującą Sondą (SPM)Czujnik odległości oparty na metodzie ogniskowania InterferometryPomiary kształtu bazujące na pomiarze nachylenia

Zastosowanie deflektometrii do pomiarów kształtu 3D Katarzyna Goplańska

Pomiary kształtu bazujące na pomiarze nachylenia

Interferometry różniczkujące oraz z podziałem czoła faliSensor frontu falowego Shack'a-Harman'aDeflektometry

Szybkie Skanowanie Optyczne Deflektometria 3DDeflektometria Pomiaru Fazy (PMD)

Zastosowanie deflektometrii do pomiarów kształtu 3D Katarzyna Goplańska

Deflektometria

Szybkie Skanowanie Optyczne

Zastosowanie deflektometrii do pomiarów kształtu 3D Katarzyna Goplańska

Deflektometria 3D

Deflektometria Pomiaru Fazyzasada działania

Podstawową zasadąpomiaru jest projekcjaprążków sinusoidalnychna ekran umieszczony nad próbką oraz obserwacji prążków odbitych od badanej powierzchni.

Zastosowanie deflektometrii do pomiarów kształtu 3D Katarzyna Goplańska

Zasada działania

Do oceny obrazów prążkowych można zastosować znane metody z przesunięciem fazowym.

Trzeba projektowaćpoziome i pionowe prążki, żeby móc zdetekować nachylenie w obydwu azymutach.

Zastosowanie deflektometrii do pomiarów kształtu 3D Katarzyna Goplańska

Stereo-deflektometria

Zastosowanie drugiej kamery CCDpomiar położenia punktów

Zastosowanie deflektometrii do pomiarów kształtu 3D Katarzyna Goplańska

Zależność między detektorami:Normalna w punkcie s jednakowa dla obu kamer

Pomiar wysokości z bezwzględną niepewnością 200μm i szumem na poziomie 40 μm

Kalibracja

Aby obliczyć lokalne nachylenie powierzchni z mierzonej fazy konieczne jest skalibrowanie czujnika w pięciu stopniach swobody: położenie w trzech wymiarach oraz lokalne nachylenie w dwóch azymutach.

Kalibracja jest podzielona na 3 oddzielne procedury:

kalibrację projektora kalibrację kamerygeometryczną kalibrację całego systemu

Zastosowanie deflektometrii do pomiarów kształtu 3D Katarzyna Goplańska

Deflektometria Pomiaru Fazy - zalety

Duża dokładność pomiarówOdtwarzanie lokalnego nachylenia do kilku sekund kątowychBezwzględna dokładność pomiaru do kilku minut kątowych

Szybkość pomiaru Pomiar bezdotykowyMniejszy szum niż w metodach zbierających informację o kształcieBrak przesuwu

Zastosowanie deflektometrii do pomiarów kształtu 3D Katarzyna Goplańska

ZastosowaniaBardzo dokładne pomiary(np. wafli krzemowych lub bardzo precyzyjnej optyki – zwłaszcza wyznaczanie lokalnych krzywizn w progresywnych soczewkach okularowych)

Szybka kontrola większych obiektów (np. karoserii czy przednich szyb samochodowych)

Zastosowanie deflektometrii do pomiarów kształtu 3D Katarzyna Goplańska

Przykład - pomiar progresywnych soczewek okularowych

Obecnie pobieranych jest 20 obrazów dla całego pomiaru.Czas akwizycji wyniku dla 1 pomiaru wynosi 10 sekund.

Zastosowanie deflektometrii do pomiarów kształtu 3D Katarzyna Goplańska

Większa krzywizna oznacza szybszą zmianę nachyleniapowierzchni, a zatemwyższą częstośćprzestrzenną prążków.

Przykład - pomiar progresywnych soczewek okularowych

Mapa krzywizny progresywnej soczewki okularowej.

Zastosowanie deflektometrii do pomiarów kształtu 3D Katarzyna Goplańska

Falistość: 0,01dpt.

Wymiar ekranu: 600×500mm²Odległość obiektu od ekranu ~250mmRozdzielczość kamer: 1000×1000 pikseli

Obszar pomiaru o średnicy ~100mmObszar pomiaru lokalnejkrzywizny: 3×3mm²

System Obiekt

Podsumowanie

Pomiar kształtu powierzchni odbijającychZasada – ugięcie prążków na powierzchniDosyć szybki i dokładny pomiarDuże możliwości zastosowańNiezależna kalibracja

Zastosowanie deflektometrii do pomiarów kształtu 3D Katarzyna Goplańska

BibliografiaPhase Measuring Deflectometry: a new approach to measure specular free-form surfaces

http://www.optik.uni-erlangen.de/osmin/upload/pdf/MCK_PMD_photonics04.pdf

The 3D Deflectometry Consortiumhttp://www.deflectometry.info

3D-SHAPE GmbHhttp://www.3d-shape.com/produkte/pmd_e.php

3D-deflectometry. Fast nanotopography measurementfor semiconductor industry

Zastosowanie deflektometrii do pomiarów kształtu 3D Katarzyna Goplańska

Dziękuję za uwagę ☺

Zastosowanie deflektometrii do pomiarów kształtu 3D Katarzyna Goplańska