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 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 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 Interferometría Topografía de superficies Tomografía de medios semitransparentes

Objetivos de la técnica Medición de distancias! Medición de distancias! Topografía de superficies Tomografía de medios semitransparentes

Objetivos Desarrollo de un sistema que permita : Precisión en el orden del micrón Precisión en el orden del micrón Rango dinámico entre 10 micrones y 10 mm. Rango dinámico entre 10 micrones y 10 mm. Sin contacto Sin contacto En tiempo real En tiempo real In situ In situ

Objetivo 1 Perfilómetro de barrido x y

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

Muestras en polímeros: Latex – polypropylene – polyethylene Presión interna Tensión externa Deformación y cambios de espesor Muestras : Films y tubos de polímeros Espesores entre 1 mm – 10mm Objetivo 3

Presión interna Muestras en forma de tubos Variación en el radio y en el espesor Objetivo 3

Arterias ( reales y artificiales) Objetivo especial

Fundamentos Interferometía de baja coherencia Michelson set-up Michelson set-up Detección en el dominio de la frecuencia (Fourier Domain detection) Detección en el dominio de la frecuencia (Fourier Domain detection) Interferometría de tres ondas Interferometría de tres ondas

Interferometría de baja coherencia Fuente de luz de baja coherencia Espejo de referencia Detección de la señal de interferencia D Dif de fase=  (x,y) nD

Interferómetro Michelson D

Sistema de detección Muestra

Fuentes de baja coherencia. Fuentes de baja coherencia. Láser de pulsos cortos Fuentes de luz blanca Diodo superluminscente Fuentes de ASE Detección espectral – dominio de la frecuencia Detección espectral – dominio de la frecuencia Espectrometro + CCD Fuentes de radiación

Fuente de baja coherencia Diodo Superluminescente Diodo Superluminescente 5 mw output 800 nm 5 mw output 800 nm Ancho de banda : 20 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

Red de difracción Array lineal Una rama Salida del interferómetro Espectro Detección en el dominio de la frecuencia

Red de difracción Array lineal Dos ramas Salida del interferómetro Espectro Detección en el dominio de la frecuencia

Resolución lateral: 10  m Resolución longitudinal: 1  m Rango dinámico: 2 mm Velocidad de muestreo: 30 puntos/segundo Detección en el dominio de la frecuencia

Mediciones I(k) = I o (k)+  12 (k)+  13 (k)+  23 (k) ) Términos interferómetricos

Mediciones I(k) = I o (k)(1+  12 cos(kd)+  13 cos(kx 13 )+  23 cos(kx 23 ) ) d = Espesor x 13 = Deformación en la primera cara x23= Deformación en la segunda cara

Excitación de la muestra Incident light Excitation system Sample

Incident light Sample Excitation system Excitación de la muestra

Polímeros rígidos – vidrios Fourier interferometry Front interface Rear interface Región de medición

Front interface Rear interface Valores típicos de deformación medida: 50  m. Rate : 30 muestras/segundo Polímeros rígidos – vidrios

Películas de latex Valores típicos de variación en el radio: 200  m. Rate : 30 muestras/seg. Cambio de espesor en el orden de los 10  m. La resolución se mejora con un algoritmo basado en la técnica “zero filling”

Perfilometria de roscas Perfilometríra obtenidas en roscas de barras de extracción

*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  m. 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 Conclusiones y trabajo futuro

Fin