Técnicas avanzadas de perfilometría óptica in-situ basada en interferometría de desplazamiento lateral para medidas submicrométricas

Abstract

La tecnología objeto de estudio y sobre la que se realizaron las contribuciones de la presente Tesis es Interferometría de Desplazamiento Lateral (Lateral Shearing Interferometry) empleada para mediciones de rango. Esta aplicación, aunque no es la clásica utilidad de esta tecnología, ha sido tratada por numerosos autores, ya que permite construir interferómetros de camino común que proporcionan gran estabilidad, e inmunidad ante vibraciones y condiciones ambientales desfavorables. Un claro ejemplo de este tipo de aplicaciones es la llamada Holografía Conoscópica, que ha sido satisfactoriamente utilizada para este propósito en numerosas ocasiones. Las medidas obtenidas con este tipo de dispositivos tienen gran interés en perfilometría óptica para el control dimensional de muchos procesos, ya que presentan ciertas ventajas con respecto a otro tipo de dispositivos: permiten trabajar desde un amplio rango de distancias y no requieren luz coherente ni gran estabilidad en el montaje. El sistema desarrollado es un perfilómetro interferométrico de camino común basado en un Savart plate. Se han realizado ciertas adaptaciones en la configuración, que permiten proyectar una línea láser en vez de un punto, con lo que la información de distancia de un perfil completo se obtiene en una única adquisición, permitiendo alcanzar altas velocidades en los escaneos superficiales y aplicabilidad in-situ. A pesar de todas estas ventajas competitivas, existe una resolución máxima por encima de la cual este tipo de dispositivos aplicables in-situ no se han utilizado. Cuando se requieren altas resoluciones -medidas submicrométricas-, se tiende a utilizar otro tipo de tecnologías, generalmente basadas en microscopía. En estos casos, los interferómetros se construyen en el cabezal de un microscopio, lo que proporciona precisiones muy altas, pero demanda unas condiciones de trabajo altamente controladas, y son métodos lentos, que en ningún caso pueden ser aplicados in-situ, ni permiten inspeccionar el 100% de la producción. La presente Tesis está dedicada específicamente al estudio de técnicas, métodos, configuraciones, algoritmos de procesamiento y cualquier otra faceta de la perfilometría óptica que permita la aplicabilidad in-situ de un sistema destinado a mediciones submicrométricas. Para ello se ha estudiado en profundidad el comportamiento de un dispositivo basado en Interferometría de Desplazamiento Lateral diseñado para tal fin. Se han realizado contribuciones originales destinadas a las dos posibles configuraciones del prototipo: triangulada y colineal. En cuanto a la triangulada, se ha extendido el rango de medida sin ambigüedad mediante la utilización de técnicas de múltiple longitud de onda. Varias alternativas han sido presentadas para este fin. Respecto al montaje colineal, se ha propuesto un método que aprovecha el conocimiento extraído de un profundo análisis de los parámetros que determinan el camino óptico. Este método es capaz de aumentar la precisión final de la medida en casi dos órdenes de magnitud. Adicionalmente, se han propuesto algoritmos para minimizar los tiempos de procesamiento aplicables a cada configuración específica. Para la demostración de todas las aportaciones realizadas se han proporcionado numerosos ejemplos experimentales de inspección superficial, control de acabados y análisis de parámetros de rugosidad.