Topographic measurements of non-rotationally symmetrical concave surfaces using Ronchi deflectometry

Abstract

El objetivo de la presente Tesis es el desarrollo de un sistema de medidas topográficas de superficies sin simetría de rotación, que se ha aplicado a superficies toroidales. No tenemos constancia de que este tipo de medidas se haya realizado mediante deflectometría Ronchi. La misma obtención de topografías es un proceso poco frecuente incluso cuando las muestras son de revolución y la deflectometría Ronchi clásica tiene plena validez.<br/><br/>Esta Tesis Doctoral, redactada en inglés, se ha dividido en ocho capítulos: <br/><br/>En su primer capítulo se introduce a lector en el entorno en el que se ha desarrollado el trabajo, y se presenta la novedad de la propuesta. <br/><br/>En el segundo se presenta una revisión del estado actual de las diferentes técnicas de perfilometría por medios ópticos. Se incide especialmente en las técnicas más próximas a la deflectometría Ronchi, como la microscopía confocal y las técnicas interferométricas y deflectométricas (Moiré y Hartmann).<br/><br/>El tercer capítulo justifica el modelo teórico, utilizado para obtener las topografías de superficies cóncavas reflectoras. Se parte tanto de la interpretación basada en la Óptica Geométrica como la basada en la Óptica Ondulatoria, llegándose a la conclusión de que el modelo geométrico es suficiente si las frecuencias de la red de muestreo utilizada son bajas (menores que 3 líneas por milímetro).<br/><br/>En el cuarto capítulo se detalla el montaje experimental y el procesado de los datos que permite la obtención de la topografía de la superficie.<br/><br/>A lo largo del quinto capítulo se discuten técnicas de mejora de las medidas obtenidas, descartándose el incremento de frecuencia en la red y las técnicas de desplazamiento de fase, y aportándose una nueva técnica basada en la superposición de medidas obtenidas mediante la composición de registros que se diferencian en un desplazamiento conocido de la red de Ronchi.<br/><br/>El sexto capítulo muestra la validez de la técnica propuesta mediante la medida de distintas superficies esféricas, cuyos radios se comparan con valores de referencia obtenidos utilizando un radioscopio. Esta operación se repite satisfactoriamente en tres posiciones diferentes de las muestras, demostrando que el montaje experimental está adecuadamente calibrado. <br/><br/>El séptimo capítulo aborda la medida de distintas superficies toroidales, cuyos valores de radios de curvatura y posición de los meridianos principales se miden adecuadamente. Estas medidas se han obtenido para tres posiciones y cuatro orientaciones diferentes en cada muestra, demostrando la robustez del método.<br/><br/>En el octavo capítulo se presentan las conclusiones del trabajo, que se pueden resumir en:<br/>- Se ha desarrollado un sistema para la medida de topografías de superficies con y sin simetría de rotación, a partir de una aproximación geométrica a la deflectometría Ronchi clásica. El montaje experimental que hemos desarrollado incluye algoritmos de software de tratamiento de imágenes, cálculo matemático y control de motores, programados por nosotros mismos en lenguaje C.<br/>- Se ha mejorado el muestreo de la deflectometría Ronchi clásica mediante la composición de diferentes datos experimentales obtenidos mediante desplazamientos sucesivos y conocidos de la red de Ronchi. Se ha justificado como inviable la aplicación de técnicas de desplazamiento de fase a deflectometría Ronchi sin asumir hipótesis adicionales.<br/>- Tanto la topografía como los residuos de la mejor superficie ajustada se han calculado para seis muestras esféricas, en tres posiciones diferentes, y para seis muestras tóricas, en tres posiciones y cuatro orientaciones diferentes. Las medidas obtenidas han permitido apreciar de modo fiable características submicrométricas de las muestras independientemente de su posición y orientación.<br/><br/>En la última sección se describen la bibliografía y referencias utilizadas en el trabajo.