Focus-Variation

Le principe technique

La Variation Focale combine la faible profondeur de champ d’un système optique et son balayage vertical, afin de fournir une information de topographie en couleurs réelles à partir de la variation de netteté des images sur le capteur. Le composant principal du système consiste en un système optique de précision, comportant de nombreuses lentilles, qui peut être équipé d’une variété d’objectifs, qui permettent de réaliser des mesures à différentes résolutions.

 

A l’aide d’un miroir semi-réfléchissant, la lumière issue d’une source de lumière blanche est guidée vers le chemin optique du système et focalisée sur la pièce à mesurer au travers de l’objectif. Suivant la topographie présente à la surface de la pièce, la lumière est réfléchie dans différentes directions dès qu’elle l’atteint. Si la topographie présente des caractéristiques de réflexion diffuses, la lumière est réfléchie de manière homogène dans toutes les directions. Dans le cas d’une réflexion spéculaire, la lumière est réfléchie suivant une direction principale. Tous les rayons issus de la pièce et qui sont renvoyés vers l’objectif, sont ensuite groupés dans le système optique puis collectés au moyen d’un capteur sensible à la lumière, derrière le miroir semi-réfléchissant. A cause de la faible profondeur de champ de l’objectif, seules de petites zones de l’objet sont focalisées sur l’image. Afin de permettre une détection complète de la surface sur toute sa profondeur, le système optique de précision est alors déplacé verticalement le long de l’axe optique, tout en réalisant l’acquisition des données de la surface en continu, ce qui permet ainsi d’obtenir des données focalisées sur toutes les zones de la surface. L’algorithme convertit alors les données acquises par le capteur, en informations 3D en couleurs réelles, avec une profondeur de champ complète. Ceci est réalisé en analysant la variation de netteté le long de l’axe vertical. En utilisant le système de mesure 3D InfiniteFocus, basé sur la technologie de Variation Focale, les spécifications techniques suivantes apparaissent : la résolution verticale dépend de l’objectif choisi, elle peut descendre jusqu’à 10nm. La distance de balayage vertical dépend de la distance de travail de l’objectif, elle varie dans une gamme de 4,5 à 23,5mm. Contrairement aux techniques conventionnelles, la résolution verticale qui en résulte est indépendante de la distance de balayage vertical, ce qui donne une dynamique de résolution verticale de 1:500000. La gamme XY est définie par l’objectif utilisé, elle est alors typiquement comprise entre 0,16mm x 0,16mm et 5,63mm x 5,63mm pour un champ de mesure unique. En utilisant des algorithmes spéciaux et les tables motorisées XY, la gamme XY de mesure peut être étendue à 100 x 100mm.

 

Contrairement aux autres technologies optiques plus traditionnelles, qui sont limitées à l’éclairage coaxial, la pente maximale mesurable ne dépend pas seulement de l’ouverture numérique de l’objectif utilisé.


Comment fonctionne Focus-Variation


La Variation Focale peut être utilisée avec une large gamme de sources lumineuses différentes (tel qu’un éclairage annulaire) qui permet la mesure d’angles de plus de 87° sur les pentes. Au fond, la Variation Focale est utilisable sur des surfaces présentant une grande gamme de réflectances optiques différentes. Etant donné que cette technologie optique est très flexible vis-à-vis de l’éclairage, les limitations, telles que la mesure de surfaces présentant des variations de réflectivité importantes dans le même champ de mesure, peuvent être évitées. Les pièces peuvent présenter des variations qui vont des surfaces des plus diffuses aux plus réfléchissantes, des plus homogènes aux plus composites, ou des plus lisses aux plus rugueuses. La Variation Focale surmonte les difficultés liées à la réflectance grâce à la combinaison de sources lumineuses, des paramètres de contrôle du capteur et de la polarisation intégrée. La lumière modulée implique que l’intensité lumineuse n’est pas constante mais variable. Des variations d’intensité complexes peuvent être générées grâce à un générateur de signaux. Grâce à la variation continue d’intensité lumineuse, beaucoup plus d’informations peuvent être collectées sur la surface de la pièce.

 

En plus des données de hauteur numérisées, la Variation Focale fournit aussi une image en couleurs réelles qui est reliée point à point aux données de topographie.

 

Ceci fournit une image optique couleur qui facilite les mesures, lorsqu’une identification et une localisation des champs de mesure sont nécessaires, ou que des zones particulières de la surface sont concernées. La corrélation visuelle entre l’image optique couleur de la surface de la pièce et l’information de hauteur, qui sont souvent liées l’une à l’autre et sont donc essentielles pour l’obtention de données 3D, prend ainsi tout son sens. Etant donné que la technologie décrite s’appuie sur l’analyse de la variation de netteté, elle ne peut être utilisée que sur les surfaces sur lesquelles la netteté varie suffisamment durant le balayage vertical. Les surfaces qui ne remplissent pas ces conditions, telles que les surfaces transparentes ou les pièces comportant des valeurs de rugosité très faibles, ne sont pratiquement pas mesurables.

Typiquement, la Variation Focale fournit des résultats répétables sur des surfaces présentant une rugosité locale Ra de 0,009µm avec un filtre de coupure Lc de 2µm. La Variation Focale est utilisée pour réaliser des mesures de surface 3D haute résolution pour le contrôle qualité tant en production qu’en laboratoire de recherche et développement. Les applications clés de caractérisation des surfaces sont par exemple : la fabrication d’outil et de moule, la micromécanique de précision, l’industrie automobile, tout type de science des matériaux, la corrosion et la tribologie, l’électronique, le développement de dispositifs médicaux. Grâce à ses caractéristiques techniques, la Variation Focale est utilisée comme technologie de mesure de forme et de rugosité.