Reconstrucción de perfiles submicrométricos con Holografía Conoscópica para la medición de rugosidad

En la industria es muy importante el control de las superficies mecanizadas, laminadas y conformadas puesto que esto influye en sus características mecánicas, de fricción y en el acabado final del producto. Actualmente, estos controles se realizan de forma estadística extrayendo muestras periódicamente del proceso productivo, esto implica la posibilidad de estar produciendo fuera de tolerancias durante los periodos entre controles. La tendencia actual, cuando es posible, es realizar un control de la totalidad de la producción. Para ello es necesario disponer de sensores adecuados, que se puedan integrar en el proceso productivo, que trabajen a distancias relativamente grandes, para evitar colisiones, y que proporcionen resoluciones similares a las de los equipos de laboratorio. En esta tesis se hace un repaso de los parámetros que definen la calidad superficial y se estudian las tecnologías existentes en la actualidad para la medición de rugosidad de superficies tanto con contacto como sin contacto. Puesto que en los procesos productivos, en general, no es viable utilizar sensores con contacto, el estudio se centra principalmente en los sensores sin contacto, entre los que se pueden encontrar sensores que realizan una reconstrucción de perfiles de la superficie y los que realizan una estimación de ciertos parámetros de rugosidad de forma indirecta, y se propone el desarrollo de un nuevo sensor basado en Holografía Conoscópica para la medición de rugosidad. La Holografía Conoscópica es una tecnología interferométrica para la medición de distancias, desde el sensor se ilumina la superficie con un punto o línea con una fuente de luz monocromática, como puede ser un láser, el haz reflejado atraviesa el conoscopio formado por dos polarizadores y un cristal uniáxico, esto crea un patrón de interferencia, dependiente de la distancia a la que se encuentra el objeto, que es capturado con una cámara y que es analizado matemáticamente para realizar la reconstrucción del perfil de distancias. Los sensores existentes comercialmente con esta tecnología no resultan adecuados para la medición de rugosidad; en esta tesis se proponen un conjunto de mejoras, tanto en el aspecto óptico como de procesamiento de la señal resultante, que mejoran sus características y los hace adecuados para la reconstrucción de perfiles, obteniendo resoluciones mejores que un micrómetro, para realizar los cálculos de los parámetros que definen la rugosidad de la superficie, y trabajando a una distancia que se puede considerar segura para un proceso industrial. En cuando al procesamiento de las señales, se propone un método para la valoración de la calidad del holograma, lo que permite establecer un criterio para el ajuste de este tipo de sensores. Por otro lado, se proponen algoritmos de mejora que buscan el valor de fase óptimo del patrón de interferencia obtenido lo que mejora considerablemente la relación señal/ruido del perfil de distancias ayudando, por tanto, a mejorar la resolución conjunta del sensor. También se proponen mejoras en el filtrado de la señal que resultan en una disminución del ruido del perfil de distancias obtenido. Así mismo, como complemento del perfil de distancias se desarrolla un método para obtener una imagen pseudo convencional a partir de la información de la información de luminosidad del holograma. En cuanto a la óptica del sensor, las mejoras se dividen en dos partes, por un lado la generación de la línea láser que ilumina el perfil que va a ser medido y por otro lado el conoscopio que genera el patrón de interferencia para la medición de distancias y reconstrucción del perfil. En la generación de la línea láser se propone el diseño de una lente que, aprovechando la forma de emisión de los diodos láser, genera una línea con una distribución de potencia uniforme y enfocada a lo largo de su longitud. Se estudia además un método para la reducción del ruido Speckle, basado en un difusor rotando a alta velocidad en el módulo láser, que aparece debido al uso del láser y que afecta directamente a la resolución del sensor. En el conoscopio se estudia la mejor configuración óptica que permite obtener la resolución necesaria con una profundidad de campo adecuada para su uso en un entorno industrial donde el posicionamiento de la superficie analizada no estará asegurado. Además en el criterio de diseño se incluye como condición que la distancia de trabajo deberá ser suficientemente grande para evitar colisiones. Por último se han realizado un conjunto de ensayos con diferentes configuraciones que permiten establecer los criterios de diseño para un sensor con esta tecnología que cumpla las especificaciones.

Author dc:creator

• Marina Juárez, Jorge

Advisors dc:contributor.advisor

• Álvarez García, Ignacio
• Enguita González, José María

• Ingeniería y Tecnología mecánicas

Statement dc:rights

• CC Reconocimiento - No comercial - Sin obras derivadas 4.0 Internacional

Licence dc:rights.uri

• http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/

Language dc:language.iso

spa

Handle dc:identifier.uri

http://hdl.handle.net/10651/37430

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