WO2004017020A1 - Device for measuring the relief variations of an object - Google Patents

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WO2004017020A1
WO2004017020A1 PCT/FR2003/002070 FR0302070W WO2004017020A1 WO 2004017020 A1 WO2004017020 A1 WO 2004017020A1 FR 0302070 W FR0302070 W FR 0302070W WO 2004017020 A1 WO2004017020 A1 WO 2004017020A1
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relief
grains
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PCT/FR2003/002070
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Inventor
Jean Brillaud
Fabienne Lagattu
Original Assignee
Ecole Nationale Superieure De Mecanique Et D'aerotechnique
Centre National De La Recherche Scientifique Cnrs
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G01B11/2513Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object with several lines being projected in more than one direction, e.g. grids, patterns
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object

Definitions

  • the invention relates to the measurement of the relief of an object and / or of the deformations of an object in a relief direction of this object, by optical techniques.
  • Another interesting approach but which however does not make it possible to determine a variation in the relief of an object, consists in the physical application of a speckle on the surface to be analyzed of the object.
  • the speckle pattern typically includes colored speckles contrasting with the background of the speckle (for. Example black specks on white background). It is removed, after analysis of the object, by application of a solvent.
  • the application of a speckled layer, before analysis, then of a solvent to remove this layer, after analysis, increases the number of steps in the process which is carried out to obtain the measurements.
  • the present invention improves the situation.
  • a device for measuring the relief of an object and / or deformations of an object in a direction of relief of this object comprising: - means of optical projection onto the object of an image of reference representing a pattern of substantially pseudo-random, predetermined shape;
  • Comparison means arranged to measure, by correlation, variations in the shape of the pattern between the analysis image and the reference image, these variations in shape being representative of variations in the relief of the object.
  • the reference image represents a speckle whose grains are distributed substantially pseudo-randomly.
  • the comparison means are then arranged to measure deviations from distance between the respective positions of the grains in the reference image and in the analysis image.
  • the reference and analysis images are digital and the comparison means are arranged to evaluate the above-mentioned correlation on a plurality of respective groups comprising a chosen number of pixels, of the reference image and of the image. analysis.
  • the speckle grains being in this embodiment diameters of the order of a few tens of microns
  • the aforementioned groups of pixels comprise at least 1000 pixels while the size of a pixel is close to ten microns aside.
  • a precision of measurement of the relief or of displacements in the relief is then obtained which is less than the size of a pixel and of the order of a micron.
  • FIG. 1 illustrates a device for measuring the relief of an object or local deformations of this object in a direction of relief, within the meaning of the present invention
  • FIG. 2 schematically represents means 10 that the measuring device comprises, capable of projecting optically the image of a pseudo-random pattern, in the form of an MT speckle in a preferred embodiment of the invention, on the surface of the object;
  • FIGS. 3A and 3B respectively represent an illuminated flat surface and the surface of the object illuminated by the aforementioned projection means, said surface of the object having a relief to be measured;
  • - Figure 4 schematically illustrates .the relationship between a deformation dx of the projected pseudo-random pattern and a variation dz in the relief of the object;
  • - Figure 5 schematically shows the shape of the pattern in a reference image area comprising N pixels
  • - Figure 6A schematically shows a plurality of image areas of the object illuminated by the projection means
  • FIG. 6D schematically shows the object according to section D-D of Figure 6A.
  • the central unit is connected to an input device, such as a CLA keyboard, and to an SCR display monitor, respectively to order the start and end of measurement and to visualize the reliefs of the object which are finally shown on the SCR screen.
  • shooting means 20 which are in the example described a digital camera, are connected to the graphics card of the central unit to acquire images of the ECH object.
  • the digital camera 20, the sample holder PE and the object ECH which it supports are arranged in a substantially opaque enclosure 30, preferably a dark room so as to limit the stray optical reflections liable to degrade the quality of the relief measurements performed.
  • the opaque enclosure 30 nevertheless includes a transparent FE window for receiving lighting from projection means 10 that the device further comprises within the meaning of the present invention.
  • these lighting means 10 comprise:
  • the projection means 10 are arranged to project a reference image MT, on the surface of the object ECH.
  • This reference image MT preferably represents a speckle comprising, black grains on a white background. The grains are distributed randomly in this speckle. Nevertheless, the reference image MT is previously recorded, in digitized form, in a memory of the central processing unit UC.
  • This memory also stores the instructions of a shape recognition software so that the implementation of the software makes it possible to identify the statistical position of the speckle grains.
  • the respective positions of the speckled GR grains, in the reference image MT are well known. For this reason, the pattern that the reference image MT represents is "pseudo-random".
  • the grain distribution is, in principle, never identical from one area of the speck to another, but the position of the grains in the speckle is always known.
  • the shooting means 20 arranged above the xy plane, capture an analysis image of the object thus lit by the projection means 10. This analysis image is then stored (in random access memory or in memory dead) in the CPU. Furthermore, the reference image MT (FIG. 2) has been projected beforehand on a flat, regular surface. It is also picked up by said shooting means 20 and stored, as a reference image, preferably in the read-only memory of the central processing unit UC. • Thus, by comparison between the reference image and the analysis image, we note differences in the position of the speckled grains in the xy plane, in the presence of a relief on the surface of the ECH object.
  • the optical rays from the projection means 10 are arranged around a plane xz, perpendicular to the direction y ( Figure 1).
  • the grain position variations are then measured along a direction of the analysis image (here the x axis), corresponding substantially to a parallel to the trace of the incidence plane (here the xz plane) on the surface of the object illuminated by the projection means 10.
  • the variations in the position of the grains GR are measured in algebraic values in a direction substantially opposite to the direction of illumination of the projection means 10 on the surface of the object ECH.
  • a difference in algebraic value in the position of the speckled grains, along the x axis will be representative of a relief (hollow or bump) on the surface of the ECH object, or even of a local deformation on this surface.
  • FIG. 3B shows the action of a relief REL on the surface of the object ECH, or of out-of-plane displacements on the surface of the object, on the image of the speckle MT, in a plurality of measurement areas, on the surface of the object.
  • a measurement zone A which presents a variation in height dz, outside the xy plane
  • the image of the speckle MT will have moved (or distorted) by a distance dx, along the x axis, such that shown in Figure 3A.
  • measuring vectors out of plane displacement of the ECH object in all zones of its surface amounts to measuring vectors of displacement of the speckled grains in the xy plane in each of these zones.
  • - dx corresponds to a variation in the position of the grains along the x axis, in the analysis image relative to the reference image, - ⁇ corresponds to the angle of incidence (not zero) that form substantially the rays from the projection means 10 with the z axis perpendicular to the illuminated surface of the object, and
  • - ⁇ z corresponds to a local deformation, out of plane and supposed to be homogeneous in the thickness of the object, in a zone A of the object,
  • - dx corresponds to a variation in the position of the grains along the x axis, in a second photograph (during the deformation) compared to a first photograph (before deformation), measured in algebraic value in the area A,
  • - ⁇ corresponds to the angle of incidence (not zero) that the rays from the projection means 10 substantially form with the axis z perpendicular to the illuminated surface of the object
  • the comparison of the grains in the reference image and in the analysis image is obtained by carrying out a statistical analysis of the grains in these images, which will be described below.
  • the analysis image captured by the photographing means 20 and digitized is cut out into a plurality of pixel zones, each pixel zone corresponding to an area A of the aforementioned type, in which is measured an out-of-plane deformation and / or a variation in the relief of the analyzed ECH object.
  • the black GR grains of the speckle have on average a diameter of between 20 and 30 ⁇ m.
  • Each pixel has, in the example described, dimensions of 9 ⁇ m long, 9 ⁇ m wide.
  • each ZP zone comprises on average more than one hundred GR grains of speckles, here 178 GR grains.
  • This number of grains GR per pixel area ZP is sufficient to identify, by correlation, the grains of the reference image in the analysis image.
  • the dimensions of the analysis area of the surface of an ECH object whose relief is to be measured are approximately 20 mm long by 20 mm wide, which corresponds to more than 3000 "points in the example described (each corresponding to a zone of pixels ZP mentioned above).
  • the speckled grains GR whose positions are identical are identified by calculation of correlation between an analysis image and a reference image. between the two images and the grains GR whose positions are modified between the two images (here in the zones of pixels ZP3 and ZP4).
  • the grains GR of the speckle of the analysis image in solid line, while the grains of the reference image are represented by dotted lines.
  • section DD of FIG. 6D there is a trough of depth dz2 in the zone ZP4, while the adjacent zones your ZP2 and ZP6 have a flat relief.
  • section CC of FIG. 6C there is a slope which extends from zone ZP3 to zone ZP4, from + dzl to -dz2.
  • the flat relief of the adjacent zones ZP1, ZP2, ZP5 and ZP6 is represented by a horizontal line PL (broken long and short).
  • Each zone of pixels ZP thus represents a "measurement point" in the surface of the object.
  • the displacements of the GR speckles grains between the reference image and the analysis image are measured by parabolic interpolation of a correlation function, which allows to have a sub-pixel sensitivity.
  • a software for correlation calculation and relief and / or deformation estimation ' out of plane provides an interface with the user (in particular for starting the start of the measurements and the end of the measurements).
  • this software estimates the relief and / or the out-of-plane deformations from equations (1) and (2) defined above.
  • the accuracy of the measurements of the relief or the deformations, out of plane, along the direction z offers great sensitivity.
  • an accuracy of the order of a micron could be obtained under the conditions described above (178 grains of speckles on average per 40 ⁇ 40 pixel area).
  • the size of a pixel is close to 9 ⁇ m long by 9 ⁇ m wide.
  • the spatial resolution (currently 360x360 ⁇ m 2 ) of the device described above can be further improved with still more efficient means of shooting, in particular if the pixel size is still less than 9 ⁇ m x 9 ⁇ m.
  • the dimensions of the speckle grains here of the order of a few tens of microns in diameter, are likely to evolve with speckle printing techniques, in particular to decrease.
  • the number of pixels per zone ZP can decrease and it is possible to obtain an even better spatial resolution.
  • projection means 10 capable of emitting a speckle from white light.
  • a monochrome emission can be provided, in particular from a laser source.
  • an ECH object has been described above carried by a PE sample holder.
  • a speckle pattern has been described above as a pseudo-random pattern.
  • the deformation of the projected pattern created by the relief of the object (roughness, hollow or bump on the surface of the object), manifests itself by a virtual displacement of the speckled grains.
  • pseudo-random pattern can be envisaged.
  • this pattern does not reproduce identically from one "measurement point" (or from a pixel area in the example described) to the other.

Abstract

The invention relates to measuring the relief variations of an object and/or to the deformations of said object in the direction of the relief thereof (z). The inventive measuring device comprises an inclined optical projection means (10) for displaying the reference image of a rough plastering whose grains are pseudo-randomly distributed, and visualisation means (20) for obtaining the test image of the thus illuminated object. The position variations of the grains of the rough plastering between the test image and the reference image which represent the variations in the relief of the object are measured by correlation with the aid of comparison means.

Description

Dispositif pour mesurer des variations dans le relief d'un objet Device for measuring variations in the relief of an object
L'invention concerne la mesure du relief d'un objet et/ou des déformations d'un objet dans une direction de relief de cet objet, par techniques optiques.The invention relates to the measurement of the relief of an object and / or of the deformations of an object in a relief direction of this object, by optical techniques.
La connaissance des lois de comportement des matériaux est aujourd'hui nécessaire, notamment dans le domaine de la mécanique précise et de la conception de pièces dans de tels matériaux. D'une manière générale, il est préférable de mesurer le relief sur la surface entière d'un objet, ou encore des champs complets de déformations ou de contraintes à la surface de cet objet, par des techniques non destructrices, typiquement des techniques optiques.Knowledge of the laws of behavior of materials is necessary today, especially in the field of precise mechanics and the design of parts in such materials. In general, it is preferable to measure the relief on the entire surface of an object, or even complete fields of deformations or stresses on the surface of this object, by non-destructive techniques, typically optical techniques.
Parmi ces techniques optiques, on connaît notamment par la publication :Among these optical techniques, the following are known in particular from the publication:
"Applications industrielles du moiré d 'ombre et de projection à la limite des possibilités techniques", A.AUBOIN, V.VALLE, F.BRE AND (Congrès Photomécanique 2001, Futuroscope (France), avril 2001) ; une mesure du relief à partir d'un moiré d'ombre. Cette technique consiste à projeter optiquement sur la surface d'un objet à analyser l'image d'un réseau de traits parallèles espacés d'un pas constant. Dans une direction d'observation formant un angle avec la normale de la surface analysée, on constate des lignes de niveau caractérisant le relief de l'objet."Industrial applications of shadow moiré and projection at the limit of technical possibilities", A.AUBOIN, V.VALLE, F.BRE AND (Photomechanical Congress 2001, Futuroscope (France), April 2001); a measure of the relief from a shadow moiré. This technique consists in projecting optically onto the surface of an object to be analyzed the image of a network of parallel lines spaced at a constant pitch. In an observation direction forming an angle with the normal of the surface analyzed, there are level lines characterizing the relief of the object.
Cependant, cette technique, même si elle permet d'obtenir rapidement des mesures satisfaisantes en macromécanique, n'est pas suffisamment précise pour mesurer des variations du relief de l'ordre de quelques microns, l'une des meilleures performances atteintes étant une précision de l'ordre de 20 microns.However, this technique, even if it makes it possible to quickly obtain satisfactory measurements in macromechanics, is not sufficiently precise to measure variations in relief on the order of a few microns, one of the best performances achieved being an accuracy on the order of 20 microns.
Une autre approche intéressante, mais qui toutefois ne permet pas de déterminer une variation dans le relief d'un objet, consiste en l'application physique d'un mouchetis sur la surface à analyser de l'objet.Another interesting approach, but which however does not make it possible to determine a variation in the relief of an object, consists in the physical application of a speckle on the surface to be analyzed of the object.
Le mouchetis comporte habituellement des grains de couleur contrastant avec le fond du mouchetis (par .exemple des grains noirs sur fond blanc) . Il se retire, après l'analyse de l'objet, par application d'un solvant.The speckle pattern typically includes colored speckles contrasting with the background of the speckle (for. Example black specks on white background). It is removed, after analysis of the object, by application of a solvent.
La technique proposée, dont des détails de réalisation sont exposés dans :The proposed technique, details of which are described in:
" White light speckle corréla tion applied to strain measurement in notched composites" , F. LAGATTU, T.Q.LAM, J.BRILLAUD, M. C . LAFARIE-FRENOT (ECC 10, Brugge (Belgique) , 2002) ; permet en particulier de mesurer des déformations de l'objet dans le plan moyen de sa surface. A cet effet, on numérise les images respectives, avant déformation et après déformation, de la surface de l'objet revêtue du mouchetis. On mène ensuite un calcul de corrélation sur une pluralité de groupes de pixels comportant chacun une centaine de taches de mouchetis, ce qui permet d'identifier les grains du mouchetis et de discriminer ceux qui se sont déplacés par effet de la déformation. On mesure alors des déplacements localisés des grains du mouchetis, ces déplacements caractérisant des déformations localisées de l'objet dans le plan de sa surface. Néanmoins, comme indiqué ci-avant, cette technique permet de mesurer des déformations dans le plan moyen"White light speckle correlation applied to strain measurement in notched composites", F. LAGATTU, TQLAM, J.BRILLAUD, M. C. LAFARIE-FRENOT (ECC 10, Brugge (Belgium), 2002); allows in particular to measure deformations of the object in the mean plane of its surface. For this purpose, the respective images are digitized, before deformation and after deformation, of the surface of the object coated with the speckle. A correlation calculation is then carried out on a plurality of groups of pixels each comprising a hundred speckle spots, which makes it possible to identify the speckle grains and to discriminate those which have been displaced by the effect of the deformation. Local movements of the speckled grains are then measured, these movements characterizing localized deformations of the object in the plane of its surface. However, as indicated above, this technique makes it possible to measure deformations in the mean plane
(x,y) de la surface de l'objet et non pas dans une direction de relief (z), perpendiculaire à la surface de l'objet.(x, y) from the surface of the object and not in a relief direction (z), perpendicular to the surface of the object.
De plus, l'application d'une couche de mouchetis, avant analyse, puis d'un solvant pour retirer cette couche, après analyse, augmente le nombre d'étapes dans le procédé qui est mis en œuvre pour obtenir les mesures. La présente invention vient améliorer la situation.In addition, the application of a speckled layer, before analysis, then of a solvent to remove this layer, after analysis, increases the number of steps in the process which is carried out to obtain the measurements. The present invention improves the situation.
Elle propose à cet effet un dispositif de mesure du relief d'un objet et/ou des déformations d'un objet dans une direction de relief de cet objet, comportant : - des moyens de projection optique sur l'objet d'une image de référence représentant un motif de forme sensiblement pseudo-aléatoire, prédéterminée ;To this end, it proposes a device for measuring the relief of an object and / or deformations of an object in a direction of relief of this object, comprising: - means of optical projection onto the object of an image of reference representing a pattern of substantially pseudo-random, predetermined shape;
- des moyens de prise de vue pour obtenir au moins une image d'analyse représentant l'objet éclairé par lesdits moyens de projection optique, les moyens de prise de vue et les moyens de projection optique formant avantageusement un angle par rapport à l'objet ; et- shooting means for obtaining at least one analysis image representing the object illuminated by said optical projection means, the shooting means and the optical projection means advantageously forming an angle relative to the object ; and
- des moyens de comparaison agencés pour mesurer, par corrélation, des variations de forme du motif entre l'image d'analyse et l'image de référence, ces variations de forme étant représentatives de variations dans le relief de l'objet.- Comparison means arranged to measure, by correlation, variations in the shape of the pattern between the analysis image and the reference image, these variations in shape being representative of variations in the relief of the object.
Dans un mode de réalisation préféré, l'image de référence représente un mouchetis dont les grains sont répartis sensiblement pseudo-aléatoirement . Les moyens de comparaison sont alors agencés pour mesurer des écarts de distance entre les positions respectives des grains dans l'image de référence et dans l'image d'analyse.In a preferred embodiment, the reference image represents a speckle whose grains are distributed substantially pseudo-randomly. The comparison means are then arranged to measure deviations from distance between the respective positions of the grains in the reference image and in the analysis image.
Avantageusement, les images de référence et d'analyse sont numériques et les moyens de comparaison sont agencés pour évaluer la corrélation précitée sur une pluralité de groupes respectifs comportant un nombre choisi de pixels, de l'image de référence et de l'image d' analyse.Advantageously, the reference and analysis images are digital and the comparison means are arranged to evaluate the above-mentioned correlation on a plurality of respective groups comprising a chosen number of pixels, of the reference image and of the image. analysis.
Dans la réalisation où le motif précité est un mouchetis, les grains du mouchetis étant dans cette réalisation de diamètres de l'ordre de quelques dizaines de microns, les groupes de pixels précités comportent au moins 1000 pixels tandis que la taille d'un pixel est voisine d'une dizaine de microns de côté. De façon avantageuse, on obtient alors une précision de mesure du relief ou de déplacements dans le relief inférieure à la taille d'un pixel et de l'ordre du micron.In the embodiment where the aforementioned pattern is a speckle, the speckle grains being in this embodiment diameters of the order of a few tens of microns, the aforementioned groups of pixels comprise at least 1000 pixels while the size of a pixel is close to ten microns aside. Advantageously, a precision of measurement of the relief or of displacements in the relief is then obtained which is less than the size of a pixel and of the order of a micron.
De plus, en projetant optiquement seulement une image sur l'objet, représentant un motif de forme pseudo- aléatoire tel qu'un mouchetis, on évite de détériorer l'objet, d'une part, et d'appliquer physiquement une couche de mouchetis sur la surface de l'objet, d'autre part.In addition, by optically projecting only an image on the object, representing a pseudo-random pattern such as a speckle, one avoids deteriorating the object, on the one hand, and physically applying a layer of speckle on the surface of the object, on the other hand.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre un dispositif pour mesurer le relief d'un objet ou des déformations locales de cet objet dans une direction de relief, au sens de la présente invention ; - la figure 2 représente schématiquement des moyens 10 que comprend le dispositif de mesure, capables de projeter optiquement l'image d'un motif pseudo-aléatoire, sous la forme d'un mouchetis MT dans une réalisation préférée' de l'invention, sur la surface de l'objet ;Other characteristics and advantages of the invention will appear on examining the detailed description below, and the appended drawings in which: - Figure 1 illustrates a device for measuring the relief of an object or local deformations of this object in a direction of relief, within the meaning of the present invention; FIG. 2 schematically represents means 10 that the measuring device comprises, capable of projecting optically the image of a pseudo-random pattern, in the form of an MT speckle in a preferred embodiment of the invention, on the surface of the object;
- les figures 3A et 3B représentent respectivement une surface plane éclairée et la surface de l'objet éclairée par les moyens de projection précités, ladite surface de l'objet présentant un relief à mesurer ; - la figure 4 illustre schématiquement .la relation entre une déformation dx du motif pseudo-aléatoire projeté et une variation dz dans le relief de l'objet ;FIGS. 3A and 3B respectively represent an illuminated flat surface and the surface of the object illuminated by the aforementioned projection means, said surface of the object having a relief to be measured; - Figure 4 schematically illustrates .the relationship between a deformation dx of the projected pseudo-random pattern and a variation dz in the relief of the object;
- la figure 5 représente schématiquement l'allure du motif dans une zone d'image de référence comprenant N pixels ; - la figure 6A représente schématiquement une pluralité de zones d'image de l'objet éclairé par les moyens de projection ;- Figure 5 schematically shows the shape of the pattern in a reference image area comprising N pixels; - Figure 6A schematically shows a plurality of image areas of the object illuminated by the projection means;
- la figure 6B représente schématiquement l'objet selon la coupe B-B de la figure 6A ; - la figure 6C représente schématiquement l'objet selon la coupe C-C de la figure 6A ; et- Figure 6B schematically represents the object according to section B-B of Figure 6A; - Figure 6C schematically shows the object according to section C-C of Figure 6A; and
- la figure 6D représente schématiquement l'objet selon la coupe D-D de la figure 6A.- Figure 6D schematically shows the object according to section D-D of Figure 6A.
On se réfère tout d'abord à la figure 1, sur laquelle un objet ECH repose sur un porte-échantillon PE, agencé avantageusement pour se déplacer dans un plan xy perpendiculaire à une direction de relief z de l'objet ECH. Dans une réalisation préférée, le dispositif de mesure de relief au sens de la présente invention comprend un ordinateur classique équipé d'une unité centrale UC, comprenant un microprocesseur, une mémoire vive, une mémoire morte et au moins une carte graphique (non représentés). L'unité centrale est reliée à un organe de saisie, tel qu'un clavier CLA, et à un moniteur d'affichage SCR, respectivement pour ordonner les début' et fin de mesure et pour visualiser les reliefs de l'objet qui sont finalement représentés sur l'écran SCR.First of all, reference is made to FIG. 1, on which an ECH object rests on a PE sample holder, advantageously arranged to move in an xy plane perpendicular to a relief direction z of the ECH object. In a preferred embodiment, the relief measurement device within the meaning of the present invention comprises a conventional computer equipped with a central processing unit UC, comprising a microprocessor, a random access memory, a read-only memory and at least one graphics card (not shown). The central unit is connected to an input device, such as a CLA keyboard, and to an SCR display monitor, respectively to order the start and end of measurement and to visualize the reliefs of the object which are finally shown on the SCR screen.
Par ailleurs, des moyens de prise de vue 20, qui sont dans l'exemple décrit un appareil photographique numérique, sont reliés à la carte graphique de l'unité centrale pour acquérir des images de l'objet ECH.Furthermore, shooting means 20, which are in the example described a digital camera, are connected to the graphics card of the central unit to acquire images of the ECH object.
Préférentiellement, l'appareil photographique numérique 20, le porte-échantillon PE et l'objet ECH qu'il supporte sont disposés dans une enceinte sensiblement opaque 30, préférentiellement une chambre noire de manière à limiter les réflexions optiques parasites susceptibles de dégrader la qualité des mesures de relief effectuées.Preferably, the digital camera 20, the sample holder PE and the object ECH which it supports are arranged in a substantially opaque enclosure 30, preferably a dark room so as to limit the stray optical reflections liable to degrade the quality of the relief measurements performed.
L'enceinte opaque 30 comporte néanmoins une fenêtre FE transparente pour recevoir un éclairage issu de moyens de projection 10 que comporte en outre le dispositif au sens de la présente invention. A titre d'exemple non limitatif, ces moyens d'éclairage 10 comportent :The opaque enclosure 30 nevertheless includes a transparent FE window for receiving lighting from projection means 10 that the device further comprises within the meaning of the present invention. By way of nonlimiting example, these lighting means 10 comprise:
- une lampe d'éclairage en lumière blanche ;- a white light lamp;
- un film celluloïd représentant un motif pseudo- aléatoire, disposé devant la lampe d'éclairage en transparence, à la manière d'une diapositive classique ;- a celluloid film representing a pseudo-random pattern, placed in front of the transparent lighting lamp, in the manner of a conventional slide;
- le cas échéant, des moyens de focalisation de l'éclairage sur l'objet dont on mesure le relief ; et- where appropriate, means for focusing the lighting on the object whose relief is measured; and
- un trépied pour positionner les moyens de projection 10 de sorte que l'incidence α de l'éclairage délivré soit sensiblement oblique. En se référant à la figure 1, les rayons optiques issus des moyens de projection 10 forment un angle α non nul par rapport à l'axe z représentant la direction de relief de l'objet ECH. En se référant maintenant à la figure 2, les moyens de projection 10 sont agencés pour projeter une image de référence MT, sur la surface de l'objet ECH. Cette image de référence MT représente préférentiellement un mouchetis comportant, des grains noirs sur fond blanc. Les grains sont répartis de façon aléatoire dans ce mouchetis. Néanmoins, l'image de référence MT est au préalable enregistrée, sous forme numérisée, dans une mémoire de l'unité centrale UC. Cette mémoire stocke en outre les instructions d'un logiciel de reconnaissance de forme de sorte que la mise en œuvre du logiciel permet d'identifier la position statistique des grains du mouchetis. Ainsi, les positions respectives des grains GR du mouchetis, dans l'image de référence MT, sont bien connues. On qualifie pour cette raison le motif que représente l'image de référence MT de "pseudo-aléa toire " .- A tripod for positioning the projection means 10 so that the incidence α of the lighting delivered is substantially oblique. Referring to Figure 1, the optical rays from the projection means 10 form a non-zero angle α relative to the axis z representing the relief direction of the object ECH. Referring now to FIG. 2, the projection means 10 are arranged to project a reference image MT, on the surface of the object ECH. This reference image MT preferably represents a speckle comprising, black grains on a white background. The grains are distributed randomly in this speckle. Nevertheless, the reference image MT is previously recorded, in digitized form, in a memory of the central processing unit UC. This memory also stores the instructions of a shape recognition software so that the implementation of the software makes it possible to identify the statistical position of the speckle grains. Thus, the respective positions of the speckled GR grains, in the reference image MT, are well known. For this reason, the pattern that the reference image MT represents is "pseudo-random".
La répartition des grains n'est, en principe, jamais identique d'une zone du mouchetis à l'autre, mais la position des grains dans le mouchetis est toujours connue.The grain distribution is, in principle, never identical from one area of the speck to another, but the position of the grains in the speckle is always known.
Lorsque l'image projetée MT rencontre un relief (creux ou bosse) à la surface de l'objet ECH, on comprend que les grains du mouchetis changent de position dans le plan xy. Les moyens de prise de vue 20, disposés au-dessus du plan xy, captent une image d'analyse de l'objet ainsi éclairé par les moyens de projection 10. Cette image d'analyse est ensuite mémorisée (en mémoire vive ou en mémoire morte) dans l'unité centrale UC. Par ailleurs, on a projeté au préalable l'image de référence MT (figure 2) sur une surface plane, régulière. Elle est aussi captée par lesdits moyens de prise de vue 20 et mémorisée, en tant qu'image de référence, préférentiellement dans la mémoire morte de l'unité centrale UC. • Ainsi, par comparaison entre l'image de référence et l'image d'analyse, on constate des différences de position des grains du mouchetis dans le plan xy, en présence d'un relief à la surface de l'objet ECH.When the projected image MT encounters a relief (hollow or bump) on the surface of the ECH object, it is understood that the speckle grains change position in the xy plane. The shooting means 20, arranged above the xy plane, capture an analysis image of the object thus lit by the projection means 10. This analysis image is then stored (in random access memory or in memory dead) in the CPU. Furthermore, the reference image MT (FIG. 2) has been projected beforehand on a flat, regular surface. It is also picked up by said shooting means 20 and stored, as a reference image, preferably in the read-only memory of the central processing unit UC. • Thus, by comparison between the reference image and the analysis image, we note differences in the position of the speckled grains in the xy plane, in the presence of a relief on the surface of the ECH object.
Les rayons optiques issus des moyens de projection 10 sont agencés autour d'un plan xz, perpendiculaire à la direction y (figure 1) . Les variations de position des grains sont mesurées alors le long d'une direction de l'image d'analyse (ici l'axe x) , correspondant sensiblement à une parallèle à la trace du plan d'incidence (ici le plan xz) sur la surface de l'objet éclairée par les moyens de projection 10.The optical rays from the projection means 10 are arranged around a plane xz, perpendicular to the direction y (Figure 1). The grain position variations are then measured along a direction of the analysis image (here the x axis), corresponding substantially to a parallel to the trace of the incidence plane (here the xz plane) on the surface of the object illuminated by the projection means 10.
De plus, les variations de position des grains GR sont mesurées en valeurs algébriques dans un sens sensiblement opposé au sens d' éclairement des moyens de projection 10 sur la surface de l'objet ECH.In addition, the variations in the position of the grains GR are measured in algebraic values in a direction substantially opposite to the direction of illumination of the projection means 10 on the surface of the object ECH.
Ainsi, une différence en valeur algébrique dans la position des grains du mouchetis, le long de l'axe x, sera représentative d'un relief (creux ou bosse) à la surface de l'objet ECH, ou encore d'une déformation locale sur cette surface.Thus, a difference in algebraic value in the position of the speckled grains, along the x axis, will be representative of a relief (hollow or bump) on the surface of the ECH object, or even of a local deformation on this surface.
La figure 3B, par comparaison avec la figure 3A, montre l'action d'un relief REL à la surface de l'objet ECH, ou encore de déplacements hors-plan à la surface de l'objet, sur l'image du mouchetis MT, en une pluralité de zones de mesure, à la surface de l'objet. En une zone de mesure A, qui présente une variation de hauteur dz, hors du plan xy, l'image du mouchetis MT se sera déplacée (ou déformée) d'une, distance dx, le long de l'axe x, tel que représenté sur la figure 3A. Ainsi, mesurer des vecteurs déplacement hors plan de l'objet ECH en toutes zones de sa surface revient à mesurer des vecteurs déplacement des grains du mouchetis dans le plan xy en chacune de ces zones . En se référant en particulier à la figure 4, en mesurant le déplacement d'un ou plusieurs grains du mouchetis MT, dans la zone A,- on en déduit, connaissant l'angle α de projection optique du mouchetis sur la surface de l'objet ECH, le déplacement hors plan en cette zone A (par variation du relief REL de l'objet ou encore par déformation locale à la surface de l'objet dans cette direction de relief). Ce déplacement hors plan s'obtient par la formule suivante : dz=-dx/tg(α) (1) où :FIG. 3B, by comparison with FIG. 3A, shows the action of a relief REL on the surface of the object ECH, or of out-of-plane displacements on the surface of the object, on the image of the speckle MT, in a plurality of measurement areas, on the surface of the object. In a measurement zone A, which presents a variation in height dz, outside the xy plane, the image of the speckle MT will have moved (or distorted) by a distance dx, along the x axis, such that shown in Figure 3A. Thus, measuring vectors out of plane displacement of the ECH object in all zones of its surface amounts to measuring vectors of displacement of the speckled grains in the xy plane in each of these zones. Referring in particular to FIG. 4, by measuring the displacement of one or more grains of the speckle MT, in the zone A, - we deduce therefrom, knowing the angle α of optical projection of the speckle on the surface of the ECH object, the displacement out of plane in this zone A (by variation of the relief REL of the object or even by local deformation on the surface of the object in this direction of relief). This out-of-plane displacement is obtained by the following formula: dz = -dx / tg (α) (1) where:
- dz correspond à une variation de hauteur du relief,- dz corresponds to a variation in height of the relief,
- dx correspond à une variation de position des grains le long de l'axe x, dans l'image d'analyse par rapport à l'image de référence, - α correspond à l'angle d'incidence (non nul) que forment sensiblement les rayons issus des moyens de projection 10 avec l'axe z perpendiculaire à la surface éclairée de l'objet, et- dx corresponds to a variation in the position of the grains along the x axis, in the analysis image relative to the reference image, - α corresponds to the angle of incidence (not zero) that form substantially the rays from the projection means 10 with the z axis perpendicular to the illuminated surface of the object, and
- tg correspond à la fonction mathématique "tangente" d'un angle. Pour obtenir une cartographie des déformations hors plans à la surface de l'objet, dans le cas où . cette déformation est homogène dans l'épaisseur e0 de l'objet- tg corresponds to the "tangent" mathematical function of an angle. To obtain a mapping of out-of-plane deformations on the surface of the object, in case. this deformation is homogeneous in the thickness e 0 of the object
(figure 3B et figure 4), on utilise plus précisément l'équation suivante : εz=-2dx/(e0 tg(α) ) (2) où :(Figure 3B and Figure 4), the following equation is used more precisely: ε z = -2dx / (e 0 tg (α)) (2) where:
- εz correspond à une déformation locale, hors-plan et supposée homogène dans l'épaisseur de l'objet, dans une zone A de l'objet,- ε z corresponds to a local deformation, out of plane and supposed to be homogeneous in the thickness of the object, in a zone A of the object,
- e0 correspond à l'épaisseur initiale de l'objet, sans déformation, en cette zone A,- e 0 corresponds to the initial thickness of the object, without deformation, in this zone A,
- dx correspond à une variation de position des grains le long de l'axe x, dans un second cliché (pendant la déformation) par rapport à un premier cliché (avant déformation) , mesurée en valeur algébrique dans la zone A,- dx corresponds to a variation in the position of the grains along the x axis, in a second photograph (during the deformation) compared to a first photograph (before deformation), measured in algebraic value in the area A,
- α correspond à l'angle d'incidence (non nul) que forment sensiblement les rayons issus des moyens de projection 10 avec l'axe z perpendiculaire à la surface éclairée de l'objet, et- α corresponds to the angle of incidence (not zero) that the rays from the projection means 10 substantially form with the axis z perpendicular to the illuminated surface of the object, and
- tg correspond à la fonction mathématique "tangente" d'un angle.- tg corresponds to the "tangent" mathematical function of an angle.
Ainsi, en comparant les positions respectives des grains du mouchetis MT, dans l'image de référence (projection optique du mouchetis sur une. surface plane) , d'une part, et dans l'image d'analyse (projection optique du mouchetis sur la surface de l'objet), d'autre part, il est possible d'obtenir le déplacement hors plan en toutes zones A à la surface de l'objet et, de là, une cartographie complète du relief de l'objet. De même, en comparant les positions respectives des grains du mouchetis MT, dans un premier cliché de l'objet avant déformation, d'une, part, et dans un second cliché de l'objet pendant la déformation, d'autre part, il est possible d'obtenir des mesures des déformations de l'objet hors du plan xy.Thus, by comparing the respective positions of the grains of the speckle MT, in the reference image (optical projection of the speckle on a flat surface), on the one hand, and in the analysis image (optical projection of the speckle on the surface of the object), on the other hand, it is possible to obtain the out-of-plane displacement in all zones A on the surface of the object and, from there, a complete cartography of the relief of the object. Similarly, by comparing the respective positions of the grains of the MT speckle, in a first photograph of the object before deformation, on the one hand, and in a second photograph of the object during deformation, on the other hand, it it is possible to obtain measurements of the deformations of the object outside the xy plane.
Ainsi, pour obtenir le champ des déformations hors plan à la surface de l'objet ECH, il est prévu deux clichés en photographie numérique, pris par les moyens de prise .de vue 20 : un premier cliché avant la déformation et un second cliché pendant la déformation. On applique ensuite la formule (2) pour- obtenir les valeurs des déformations hors plan en toutes zones de l'objet ECH.Thus, to obtain the field of out-of-plane deformations on the surface of the ECH object, two shots are provided in digital photography, taken by the shooting means 20: a first shot before the deformation and a second shot during the deformation. One then applies the formula (2) to obtain the values of the deformations out of plane in all zones of the object ECH.
Avantageusement, la comparaison des grains dans l'image de référence et dans l'image d'analyse est obtenue en effectuant un dépouillement statistique des grains dans ces images, qui sera décrit ci-après.Advantageously, the comparison of the grains in the reference image and in the analysis image is obtained by carrying out a statistical analysis of the grains in these images, which will be described below.
En se référant maintenant à la figure 5, l'image d'analyse captée par les moyens de prise de vue 20 et numérisée est découpée en une pluralité de zones de pixels, chaque zone de pixels correspondant à une zone A du type précité, dans laquelle est mesurée une déformation hors plan et/ou une variation dans le relief de l'objet ECH analysé. Dans l'exemple décrit, les grains noirs GR du mouchetis présentent en moyenne un diamètre compris entre 20 et 30 μm. Chaque pixel présente, dans l'exemple décrit, des dimensions de 9 μm de long, sur 9 μm de large. Ainsi, on compte en moyenne un grain GR de mouchetis réparti sur neuf pixels PI (trois pixels en longueur sur trois pixels en largeur) . Préférentiellement, chaque zone de pixels ZP comporte 40 pixels de long, sur 40 pixels de- large (N=40) , ce qui correspond à 1600 pixels par zone ZP. Ainsi, chaque zone ZP comprend en moyenne plus, d'une centaine de grains GR de mouchetis, ici 178 grains GR. Ce nombre de grains GR par zone de pixels ZP est suffisant pour identifier, par corrélation, les grains de l'image de référence dans l'image d'analyse. En principe, il- est en effet préférable d'avoir au moins cent grains GR par "point de mesure" (donc par zone de pixels ZP) pour effectuer correctement la corrélation statistique.Referring now to FIG. 5, the analysis image captured by the photographing means 20 and digitized is cut out into a plurality of pixel zones, each pixel zone corresponding to an area A of the aforementioned type, in which is measured an out-of-plane deformation and / or a variation in the relief of the analyzed ECH object. In the example described, the black GR grains of the speckle have on average a diameter of between 20 and 30 μm. Each pixel has, in the example described, dimensions of 9 μm long, 9 μm wide. Thus, there is on average a grain GR of speckles distributed over nine pixels PI (three pixels in length by three pixels in width). Preferably, each zone of pixels ZP is 40 pixels long, 40 pixels wide (N = 40), which corresponds to 1600 pixels per ZP area. Thus, each ZP zone comprises on average more than one hundred GR grains of speckles, here 178 GR grains. This number of grains GR per pixel area ZP is sufficient to identify, by correlation, the grains of the reference image in the analysis image. In principle, it is in fact preferable to have at least one hundred grains GR per "measurement point" (therefore per pixel zone ZP) to correctly perform the statistical correlation.
On peut ainsi mesurer le déplacement des grains ' dans la direction x, de l'image de référence à l'image d'analyse.It is thus possible to measure the displacement of the grains ' in the x direction, from the reference image to the analysis image.
Dans de telles conditions et avec un angle d'incidence α approprié (par exemple de l'ordre de 40°), on obtient une précision des mesures de relief et/ou de déplacements hors plan de l'ordre du micron.Under such conditions and with an appropriate angle of incidence α (for example of the order of 40 °), an accuracy of the relief and / or out-of-plane displacement measurements of the order of a micron is obtained.
Dans une réalisation préférée, les dimensions de la zone d'analyse de la surface d'un objet ECH dont le relief est à mesurer sont d'environ 20 mm de long sur 20 mm de large, ce qui correspond à plus de 3000 "points de mesure" dans l'exemple décrit (correspondant chacun à une zone de pixels ZP précitée) .In a preferred embodiment, the dimensions of the analysis area of the surface of an ECH object whose relief is to be measured are approximately 20 mm long by 20 mm wide, which corresponds to more than 3000 "points in the example described (each corresponding to a zone of pixels ZP mentioned above).
En se référant à la figure 6A, sur laquelle six zones de pixels ZP1 à ZP6 ont été représentées, on identifie, par calcul de corrélation entre une image d'analyse et une image de référence, les grains de mouchetis GR dont les positions sont identiques entre les deux images et les grains GR dont les positions sont modifiées entre les deux images (ici dans les zones de pixels ZP3 et ZP4) . Dans cette figure 6A, on a représenté les grains GR du mouchetis de l'image d'analyse en trait plein, tandis que les grains de l'image de référence sont représentés par des traits pointillés. On constate en particulier un déplacement moyen, mesuré en valeur algébrique dxl, des grains GR dans la zone de pixels ZP3 (vers la gauche, tel que représenté sur la figure 6A> , et un déplacement moyen, mesuré en valeur algébrique dx2, des grains GR dans la zone de pixels ZP4 (vers la droite, tel que représenté sur la figure 6A) . A partir de ces déplacements moyens dxl et dx2, on estime des variations de hauteurs moyennes dans le relief de l'objet dzl et dz2, dans des zones de la surface de l'objet correspondant à ces zones ZP3 et ZP4. Les variations de hauteur dzl et dz2 sont ainsi représentatives d'une bosse suivie, dans la direction x, d'un creux, dans le relief de l'objet. Ainsi, dans la coupe B-B de la figure 6B, on observe une bosse de hauteur dzl dans la zone ZP3, tandis que les zones adjacentes ZP5 et ZP1 présentent un- relief plat. Par ailleurs, dans la coupe D-D de la figure 6D, on observe un creux de profondeur dz2 dans la zone ZP4, tandis que les zones adjacentes ZP2 et ZP6 présentent un relief plat. En revanche, dans la coupe C-C de la figure 6C, on observe une pente qui s'étend de la zone ZP3 à la zone ZP4, de +dzl à -dz2. Le relief plat des zones adjacentes ZP1, ZP2, ZP5 et ZP6 est représenté par un trait horizontal PL (interrompu long et court) .Referring to FIG. 6A, on which six pixel zones ZP1 to ZP6 have been represented, the speckled grains GR whose positions are identical are identified by calculation of correlation between an analysis image and a reference image. between the two images and the grains GR whose positions are modified between the two images (here in the zones of pixels ZP3 and ZP4). In this figure 6A, there is shown the grains GR of the speckle of the analysis image in solid line, while the grains of the reference image are represented by dotted lines. There is in particular an average displacement, measured in algebraic value dxl, of the grains GR in the pixel area ZP3 (to the left, as represented in FIG. 6A>, and an average displacement, measured in algebraic value dx2, of the grains GR in the pixel area ZP4 (to the right, as shown in FIG. 6A). From these mean displacements dxl and dx2, we estimate variations in average heights in the relief of the object dzl and dz2, in zones of the surface of the object corresponding to these zones ZP3 and ZP4. The variations in height dzl and dz2 are thus representative of a bump followed, in the direction x, by a hollow, in the relief of the object Thus, in section BB of FIG. 6B, a bump of height dzl is observed in the zone ZP3, while the adjacent zones ZP5 and ZP1 have a flat relief. Furthermore, in section DD of FIG. 6D, there is a trough of depth dz2 in the zone ZP4, while the adjacent zones your ZP2 and ZP6 have a flat relief. On the other hand, in section CC of FIG. 6C, there is a slope which extends from zone ZP3 to zone ZP4, from + dzl to -dz2. The flat relief of the adjacent zones ZP1, ZP2, ZP5 and ZP6 is represented by a horizontal line PL (broken long and short).
Chaque zone de pixels ZP représente ainsi un "point de mesure " dans la surface de l'objet.Each zone of pixels ZP thus represents a "measurement point" in the surface of the object.
Préférentiellement, les déplacements des grains GR du mouchetis entre l'image de référence et l'image d'analyse (ou encore entre l'image avant déformation et l'image pendant une déformation hors plan de la surface de l'objet) sont mesurés par interpolation parabolique d'une fonction de corrélation, ce .qui permet d'avoir une sensibilité sub-pixel. Avantageusement, un logiciel de calcul de corrélation et d'estimation de relief et/ou de déformation' hors plan, assure une interface avec l'utilisateur (notamment pour démarrer le début des mesures et la fin des mesures) . Préférentiellement, ce logiciel estime le relief et/ou les déformations hors plan à partir des équations (1) et (2) définies ci-avant.Preferably, the displacements of the GR speckles grains between the reference image and the analysis image (or even between the image before deformation and the image during an out of plane deformation of the surface of the object) are measured by parabolic interpolation of a correlation function, which allows to have a sub-pixel sensitivity. Advantageously, a software for correlation calculation and relief and / or deformation estimation ' out of plane, provides an interface with the user (in particular for starting the start of the measurements and the end of the measurements). Preferably, this software estimates the relief and / or the out-of-plane deformations from equations (1) and (2) defined above.
Ainsi, selon l'un des avantages que procure la' présente invention, les mesures de relief ou de déformation hors plan s'effectuent de façon non destructrice et sans contact, ce qui permet d'éviter de dégrader l'objet analysé.Thus, according to one of the benefits of the 'present invention, relief of the measures or deformation out of plane are made in a non destructive and contactless, which avoids degrading the analyzed object.
De plus, selon un autre avantage de la présente invention, la précision des mesures du relief ou des déformations, hors plan, le long de la direction z, offre une grande sensibilité. En particulier, une précision de l'ordre du micron a pu être obtenue dans les conditions décrites ci-avant (178 grains en moyenne de mouchetis par zone de 40x40 pixels) . En outre, avec les moyens actuels des appareils photographiques numériques, la taille d'un pixel est voisine de 9 μm de long sur 9 μm de large. Avantageusement, la résolution spatiale (actuellement de 360x360 μm2) du dispositif décrit ci-avant peut encore être améliorée avec des moyens de prise de vue encore plus performants, en particulier si la taille des pixels est encore inférieure à 9 μm x 9 μm. Par ailleurs, les dimensions des grains du mouchetis, ici de l'ordre de quelques dizaines de microns de diamètre, sont susceptibles d'évoluer avec les techniques d'impression de mouchetis, en particulier de diminuer. Ainsi, avec des grains GR plus fins, le nombre de pixels par zone ZP peut diminuer et il est possible d'obtenir encore une meilleure résolution spatiale.In addition, according to another advantage of the present invention, the accuracy of the measurements of the relief or the deformations, out of plane, along the direction z, offers great sensitivity. In particular, an accuracy of the order of a micron could be obtained under the conditions described above (178 grains of speckles on average per 40 × 40 pixel area). In addition, with the current means of digital cameras, the size of a pixel is close to 9 μm long by 9 μm wide. Advantageously, the spatial resolution (currently 360x360 μm 2 ) of the device described above can be further improved with still more efficient means of shooting, in particular if the pixel size is still less than 9 μm x 9 μm. Furthermore, the dimensions of the speckle grains, here of the order of a few tens of microns in diameter, are likely to evolve with speckle printing techniques, in particular to decrease. Thus, with finer GR grains, the number of pixels per zone ZP can decrease and it is possible to obtain an even better spatial resolution.
Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à la forme de réalisation décrite ci-avant à titre d'exemple ; elle s'étend à d'autres variantes.Of course, the present invention is not limited to the embodiment described above by way of example; it extends to other variants.
Ainsi, on comprendra qu'il peut être prévu en outre de mesurer "simultanément " des déformations hors plan (suivant l'axe z) et dans le plan moyen.de la surface de l'objet (plan xy). A titre d'exemple non limitatif, il peut être prévu d'appliquer physiquement une couche de mouchetis à la surface de l'objet ECH pour mesurer les déplacements dans le plan xy, tandis que l'image d'un autre mouchetis est projetée optiquement sur l'objet pour mesurer les déformations hors plan suivant l'axe z comme décrit ci-avant. Les mesures simultanées sont obtenues en jouant sur les couleurs respectives des mouchetis et donc notamment sur la longueur d'onde de l'éclairage par les moyens de projection 20 (grains de couleur sur fond noir) . Dans un tel cas, une double corrélation peut être menée, d'une part, sur la position des grains et, d'autre part, sur la couleur des grains, identifiés par une valeur de pixel associée à cette couleur.Thus, it will be understood that it can also be provided to measure “simultaneously” deformations out of plane (along the z axis) and in the mean plane of the surface of the object (xy plane). By way of nonlimiting example, it may be provided to physically apply a layer of speckle to the surface of the ECH object to measure the displacements in the xy plane, while the image of another speckle is projected optically on the object to measure the out-of-plane deformations along the z axis as described above. Simultaneous measurements are obtained by playing on the respective colors of the speckles and therefore in particular on the wavelength of the lighting by the projection means 20 (colored grains on a black background). In such a case, a double correlation can be carried out, on the one hand, on the position of the grains and, on the other hand, on the color of the grains, identified by a pixel value associated with this color.
Ainsi, on a décrit ci-avant des moyens de projection 10 capables d'émettre un mouchetis à partir d'une lumière blanche. Bien entendu, en variante, il peut être prévu une émission monochrome, notamment à partir d'une source laser. Par ailleurs, on a décrit ci-avant un objet ECH porté par un porte-échantillon PE. Avantageusement, s'il est souhaité d'analyser une pluralité de zones de la surface de l'objet (chaque zone étant de dimension de 20 mm de long sur 20 mm de large) , il peut être prévu une motorisation du porte-échantillon PE, dans le plan xy, pour analyser des surfaces supérieures à 400 mm2.Thus, there has been described above projection means 10 capable of emitting a speckle from white light. Of course, as a variant, a monochrome emission can be provided, in particular from a laser source. Furthermore, an ECH object has been described above carried by a PE sample holder. Advantageously, if it is desired to analyze a plurality of zones of the surface of the object (each zone being 20 mm long by 20 mm wide), provision may be made for motorization of the PE sample holder. , in the xy plane, to analyze surfaces larger than 400 mm 2 .
La configuration décrite ci-avant et selon laquelle les moyens de prise de vue 20 sont disposés en face de la surface de l'objet à analyser, tandis que la projection optique du mouchetis s'effectue en incidence' oblique α, bien qu'avantageuse, peut aussi faire l'objet d'une variante selon .laquelle l'incidence est normale tandis que la prise de vue est oblique. Néanmoins, il est préférable, dans toute configuration, que les moyens de prise de vue et les moyens de projection optique forment un angle α par rapport à l'objet.The configuration described above and according to which the shooting means 20 are arranged in front of the surface of the object to be analyzed, while the optical projection of the speckle is effected at an oblique angle α, although advantageous , can also be the subject of a variant according to . which the incidence is normal while the shooting is oblique. However, it is preferable, in any configuration, that the shooting means and the optical projection means form an angle α relative to the object.
On a décrit ci-avant un mouchetis en tant que motif pseudo-aléatoire. Ici, la déformation du motif projeté, créée par le relief de l'objet (aspérité, creux ou bosse à la surface de l'objet), se manifeste par un déplacement virtuel des grains du mouchetis. Bien entendu, d'autres variantes de motif pseudo-aléatoire sont envisageables. Il est préférable néanmoins que ce motif ne se reproduise pas à l'identique d'un "point de mesure" (ou d'une zone de pixels dans l'exemple décrit) à l'autre. A speckle pattern has been described above as a pseudo-random pattern. Here, the deformation of the projected pattern, created by the relief of the object (roughness, hollow or bump on the surface of the object), manifests itself by a virtual displacement of the speckled grains. Of course, other variants of pseudo-random pattern can be envisaged. However, it is preferable that this pattern does not reproduce identically from one "measurement point" (or from a pixel area in the example described) to the other.

Claims

Revendications claims
1. Dispositif pour mesurer le relief d'un objet et/ou les déformations d'un objet dans une direction de relief' de cet objet, caractérisé en ce qu'il comporte :1. Device for measuring the relief of an object and / or the deformations of an object in a relief direction of this object, characterized in that it comprises:
- des moyens de projection optique (10) sur l'objet d'une image de référence (MT) représentant un motif de forme sensiblement pseudo-aléatoire, prédéterminée ;- optical projection means (10) on the object of a reference image (MT) representing a pattern of substantially pseudo-random, predetermined shape;
- des moyens de prise de vue (20) pour obtenir au moins une image d'analyse représentant l'objet éclairé par lesdits moyens de projection optique, les moyens de prise de vue (20) et les moyens de projection optique (10) formant un angle (α) par rapport à l'objet ; et- shooting means (20) for obtaining at least one analysis image representing the object illuminated by said optical projection means, the shooting means (20) and the optical projection means (10) forming an angle (α) relative to the object; and
- des moyens de comparaison (UC) agencés pour mesurer, par corrélation, des variations de forme du motif entre l'image d'analyse et l'image de référence, lesdites variations de forme étant représentatives de variations (dz) dans le relief de l'objet.- comparison means (UC) arranged to measure, by correlation, variations in shape of the pattern between the analysis image and the reference image, said variations in shape being representative of variations (dz) in the relief of the object.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite image de référence représente un mouchetis dont les grains (GR) sont répartis sensiblement pseudo- aléatoirement, et en ce que les moyens de comparaison sont agencés pour mesurer des écarts de distance (dx) entre les positions respectives des grains dans l'image de référence et dans l'image d'analyse.2. Device according to claim 1, characterized in that said reference image represents a speckle whose grains (GR) are distributed substantially pseudorandomly, and in that the comparison means are arranged to measure differences in distance (dx ) between the respective positions of the grains in the reference image and in the analysis image.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de comparaison sont agencés pour évaluer une corrélation entre les grains de l'image de référence et les .grains de l'image d'analyse, en vue d'identifier les grains de l'image de référence dans l'image d'analyse.3. Device according to claim 2, characterized in that the comparison means are arranged to evaluate a correlation between the grains of the reference image and the grains of the analysis image, in order to identify the grains of the reference image in the analysis image.
4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites images de référence et d'analyse sont numériques, et en ce que les moyens de comparaison sont agencés pour évaluer ladite corrélation sur une pluralité de groupes respectifs (ZP) comportant un nombre choisi de pixels (N) , de l'image de référence et de l'image d'analyse.4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that said reference and analysis images are digital, and in that the comparison means are arranged to evaluate said correlation on a plurality of respective groups (ZP) comprising a chosen number of pixels (N), of the reference image and of the analysis image.
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de comparaison sont agencés pour mesurer une variation (dx) de forme moyenne dans chaque groupe de pixels (ZP) , représentative d'une variation moyenne de hauteur (dz) d'une zone de l'objet représentée par ce groupe de pixels.5. Device according to claim 4, characterized in that the comparison means are arranged to measure a variation (dx) of average shape in each group of pixels (ZP), representative of an average variation in height (dz) of an area of the object represented by this group of pixels.
6. Dispositif selon l'une des revendications 4 et 5, prises en combinaison avec l'une des revendications 2 et6. Device according to one of claims 4 and 5, taken in combination with one of claims 2 and
3, caractérisé en ce que les grains du mouchetis sont de diamètres de l'ordre de quelques dizaines de microns, et en ce que lesdits groupes de pixels comportent au moins 1000 pixels, tandis que la taille d'un pixel est de l'ordre d'une dizaine de microns, ce qui permet d'obtenir une précision de mesure du relief ou de déplacements dans le relief de l'ordre du micron.3, characterized in that the speckle grains have diameters of the order of a few tens of microns, and in that said groups of pixels comprise at least 1000 pixels, while the size of a pixel is of the order about ten microns, which makes it possible to obtain a measurement accuracy of the relief or of displacements in the relief of the order of a micron.
7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de prise de vue (20) sont disposés sensiblement en face d'une surface de l'objet à analyser, tandis que les moyens de projection optique (10) sont agencés pour projeter l'image de référence (MT) en incidence sensiblement oblique .(α) sur ladite surface de 1 'objet.7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the shooting means (20) are arranged substantially opposite a surface of the object to analyze, while the optical projection means (10) are arranged to project the reference image (MT) in substantially oblique incidence (α) on said surface of one object.
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les variations de forme du motif sont mesurées le long d'une direction (x) de l'image d'analyse correspondant sensiblement à une parallèle à la trace du plan d'incidence sur ladite surface de l'objet éclairée par les moyens de projection.8. Device according to claim 7, characterized in that the variations in shape of the pattern are measured along a direction (x) of the analysis image corresponding substantially to a parallel to the trace of the plane of incidence on said surface of the object illuminated by the projection means.
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les variations de forme du motif sont mesurées en valeurs algébriques dans un sens sensiblement opposé au sens d' éclairement des moyens de projection sur la surface de l'objet à analyser.9. Device according to claim 8, characterized in that the variations in shape of the pattern are measured in algebraic values in a direction substantially opposite to the direction of illumination of the projection means on the surface of the object to be analyzed.
10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de comparaison sont agencés pour estimer des variations de relief à la surface de l'objet, selon la formule :10. Device according to claim 9, characterized in that the comparison means are arranged to estimate variations in relief on the surface of the object, according to the formula:
dz = - dx / tgα (1)dz = - dx / tgα (1)
où :or :
- dz correspond à une variation de hauteur du relief,- dz corresponds to a variation in height of the relief,
- dx correspond à une variation de forme du motif dans l'image d'analyse par rapport à l'image de référence, α correspond à l'angle que forme ladite incidence oblique avec une perpendiculaire à la surface éclairée de l'objet, et- dx corresponds to a variation in shape of the pattern in the analysis image relative to the reference image, α corresponds to the angle formed by said oblique incidence with a perpendicular to the illuminated surface of the object, and
- tg correspond à la fonction mathématique "tangente" d'un angle.- tg corresponds to the "tangent" mathematical function of an angle.
11. Dispositif selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que les moyens de comparaison sont agencés pour estimer des déformations de l'objet dans une direction perpendiculaire à une surface d'analyse de l'objet, selon la formule :11. Device according to one of claims 9 and 10, characterized in that the comparison means are arranged to estimate deformations of the object in a direction perpendicular to an analysis surface of the object, according to the formula:
εz = - 2dx / eotgα (2)ε z = - 2dx / eotgα (2)
où :or :
- εz correspond à une déformation locale, hors-plan et supposée homogène dans l'épaisseur de l'objet,- ε z corresponds to a local deformation, out of plane and supposed to be homogeneous in the thickness of the object,
- dx correspond à une variation de forme du motif dans l'image d'analyse par rapport à l'image de référence, - e0 correspond à l'épaisseur initiale de l'objet, sans déformation, α correspond à l'angle que forme ladite incidence oblique avec une perpendiculaire à la surface éclairée de l'objet, et - tg correspond à la fonction mathématique "tangente" d'un angle. - dx corresponds to a variation in shape of the pattern in the analysis image compared to the reference image, - e 0 corresponds to the initial thickness of the object, without deformation, α corresponds to the angle that forms said oblique incidence with a perpendicular to the illuminated surface of the object, and - tg corresponds to the "tangent" mathematical function of an angle.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007080563A2 (en) 2006-01-11 2007-07-19 Densys Ltd. Three-dimensional modeling of the oral cavity
CN110799800A (en) * 2017-05-24 2020-02-14 国家科学研究中心 Method for measuring the curvature of a reflecting surface and associated optical device

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007105215A2 (en) * 2006-03-14 2007-09-20 Prime Sense Ltd. Depth-varying light fields for three dimensional sensing
FR2921719B1 (en) * 2007-09-28 2010-03-12 Noomeo METHOD FOR CONSTRUCTING A SYNTHESIS IMAGE OF A THREE-DIMENSIONAL SURFACE OF A PHYSICAL OBJECT
FR2940423B1 (en) 2008-12-22 2011-05-27 Noomeo DENSE RECONSTRUCTION THREE-DIMENSIONAL SCANNING DEVICE
FR2950157A1 (en) 2009-09-15 2011-03-18 Noomeo METHOD FOR THREE-DIMENSIONAL SCANNING OF A SURFACE COMPRISING THE APPROACH OF A COMBINED PATTERN
FR2950140B1 (en) 2009-09-15 2011-10-21 Noomeo THREE-DIMENSIONAL SCANNING METHOD COMPRISING DOUBLE MATCHING
NL2009923C2 (en) * 2012-07-20 2014-01-23 Lely Patent Nv System for detecting and determining positions of animal parts.
FR3008522B1 (en) * 2013-07-15 2016-11-11 European Aeronautic Defence & Space Co Eads France METHOD FOR MULTI-SCALE MEASUREMENT OF SHAPE, DISPLACEMENT AND / OR DEFORMATION OF A STRUCTURED WORKPIECE SUBJECTED TO SOLICITATIONS BY CREATING A PLURALITY OF COLORIMETRIC MOUCHETIS
US11119353B2 (en) 2017-06-01 2021-09-14 E-Vision Smart Optics, Inc. Switchable micro-lens array for augmented reality and mixed reality
US10634912B2 (en) 2017-06-01 2020-04-28 NewSight Reality, Inc. See-through near eye optical module
US10634921B2 (en) 2017-06-01 2020-04-28 NewSight Reality, Inc. See-through near eye optical display
WO2019173113A1 (en) * 2018-03-05 2019-09-12 NewSight Reality, Inc. See-through near eye optical module

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5003166A (en) * 1989-11-07 1991-03-26 Massachusetts Institute Of Technology Multidimensional range mapping with pattern projection and cross correlation
EP0974811A1 (en) * 1998-07-21 2000-01-26 Hewlett-Packard Company Digital cameras
WO2002040940A1 (en) * 2000-11-15 2002-05-23 Technische Universiteit Delft Apparatus and method for determining the three-dimensional shape of an object

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5003166A (en) * 1989-11-07 1991-03-26 Massachusetts Institute Of Technology Multidimensional range mapping with pattern projection and cross correlation
EP0974811A1 (en) * 1998-07-21 2000-01-26 Hewlett-Packard Company Digital cameras
WO2002040940A1 (en) * 2000-11-15 2002-05-23 Technische Universiteit Delft Apparatus and method for determining the three-dimensional shape of an object

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007080563A2 (en) 2006-01-11 2007-07-19 Densys Ltd. Three-dimensional modeling of the oral cavity
EP1997046A2 (en) * 2006-01-11 2008-12-03 Densys, Ltd. Three-dimensional modeling of the oral cavity
EP1997046A4 (en) * 2006-01-11 2012-05-02 Densys Ltd Three-dimensional modeling of the oral cavity
CN110799800A (en) * 2017-05-24 2020-02-14 国家科学研究中心 Method for measuring the curvature of a reflecting surface and associated optical device

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