Opracowanie i wdrożenie nowoczesnych algorytmów analizy obrazów prążkowych na stanowiskach interferometrów do pomiaru odchyłek długości i mikrogeometrii powierzchni w Głównym Urzędzie Miar

Zespół składający się z pracowników Instytutu Mikromechaniki i Fotoniki oraz z doktorantów i studentów Wydziału Mechatroniki realizuje projekt w ramach programu „Polska Metrologia” ogłoszonego w 2021r. przez Ministerstwo Edukacji i Nauki (https://www.gov.pl/web/edukacja-i-nauka/polska-metrologia).

 Głównym celem projektu jest przeprowadzenie prac badawczych i wdrożeniowych z zakresu obrazowania obliczeniowego (computational imaging) w aspekcie polowych metod interferometrycznych.  W rezultacie planuje się opracowanie uniwersalnego systemu zawierającego nowoczesne rozwiązania algorytmiczne i sprzętowe, które wnoszą nową jakość do metrologii optycznej wykorzystującej polowe metody interferometryczne. Metody takie zapewniają wysoką rozdzielczość i czułość oraz możliwość dopasowania zakresu pomiarowego do cech obiektu. Ich istotną zaletą jest fakt, że dostarczają informację z całego pola widzenia jednocześnie (brak konieczności kosztochłonnego skanowania), bez fizycznego kontaktu z mierzonym obiektem. Jakość zrealizowanego pomiaru jest nieodłącznie związana z implementacją sprzętową urządzenia pomiarowego – interferometru. W Głównym Urzędzie Miar (GUM) interferometry są stosowane m.in. do pomiaru odchyłek długości płytek wzorcowych oraz mikro- i makro-geometrii powierzchni.

Cechą wspólną metod interferometrycznych jest kodowanie informacji o mierzonej wielkości w dwuwymiarowym rozkładzie intensywności, mającym postać prążków interferencyjnych.

Dekodowanie tej informacji z zarejestrowanych interferogramów można podzielić na dwa podstawowe etapy:

1. analizę obrazów prążkowych, polegającą na obliczeniu przestrzennego rozkładu fazy, w którym zakodowana jest mierzona wielkość;
2. przeskalowanie rozkładu fazy do mapy rozkładu szukanej wielkości (np. geometrii powierzchni).

Wyznaczenie rozkładu fazy odbywa się za pomocą zestawu operacji matematycznych dobranych do cech zarejestrowanych obrazów prążkowych, natomiast skalowanie związane jest ściśle z metodą pomiaru i konfiguracją układu interferometru.

Biorąc pod uwagę oba etapy, rozwój algorytmów analizy obrazów prążkowych a także postęp technologiczny owocujący bogactwem nowych źródeł światła, detektorów, specjalistycznych układów obrazujących i urządzeń wspomagających, można określić szczegółowe cele projektu jako:

1. Opracowanie nowoczesnych rozwiązań algorytmicznych tworzących uniwersalny system do zautomatyzowanej analizy interferogramów.
2. Opracowanie dedykowanych algorytmów do skalowania i wyznaczania mierzonych wielkości.
3. Opracowanie modernizacji w GUM interferometru Kostersa do pomiaru odchyłek długości płytek wzorcowych i interferometru Linnika parametrów mikrogeometrii powierzchni.
4. Przeprowadzenie w Głównym Urzędzie Miar badań metrologicznych opracowanych rozwiązań (pkt 2 i 3) prowadzących do ich wdrożenia.
5. Wykonanie prac koncepcyjnych prowadzących do sformułowania założeń dotyczących powiększenia możliwości pomiarowych systemów interferometrycznych w GUM (m.in. zwiększenia zakresu pomiarowego; pomiarów nowych grup obiektów: obiektów sferycznych; badania obiektów w czasie ruchu).

Projekt bazuje na wieloletnich doświadczeniach naukowych i wynikach prac badawczych kadry Instytutu Mikromechaniki i Fotoniki Politechniki Warszawskiej realizowanych w zakresie budowy optycznych systemów pomiarowych oraz opracowania nowych metod przetwarzania obrazów prążkowych. Rozwijane naukowo techniki z zakresu obrazowania numerycznego są na wysokim poziomie zaawansowania umożliwiającym wdrożenie w nowoczesne procedury pomiarowe dostosowane do metrologicznie zweryfikowanych optycznych systemów pomiarowych.