Autocolimador Explicado: Principios, Tipos y Beneficios Clave

En este artículo vamos a aprender sobre el Autocolimador, para qué se usa, su principio de funcionamiento, cómo funciona, diferentes tipos de autocolimador, y sus ventajas y desventajas.

¿Qué es el Autocolimador?

El autocolimador o autocolimación es un instrumento óptico que se usa para la medición de pequeñas diferencias angulares, cambios o deflexiones. También se usa para determinar rectitud, planitud, alineación, etc.

Un autocolimador es un dispositivo que usa óptica para medir pequeñas variaciones angulares. Este dispositivo es extremadamente sensible a cambios de ángulo muy pequeños y puede medir desviaciones angulares con precisión. Es esencialmente un colimador y un telescopio de infinito combinados. Los autocolimadores se usan para alinear los diversos componentes de un sistema y medir sus deflexiones mecánicas u ópticas.

Partes de un Autocolimador

Seis partes del Autocolimador son:

• Fuente de luz
• Superficie reflectante
• Lente divergente
• Divisor de haz
• Reticula objetivo
• Micrómetro microscopio

1. Fuente de luz

La fuente de luz se usa para generar rayos de luz para que lleguen al reflector.

2. Superficie Reflectante

Es la superficie que sirve como pieza de trabajo para el autocolimador. El ángulo de inclinación de esta superficie reflectante se mide usando el autocolimador. Refleja los rayos de luz paralelos que pasan a través de la lente objetivo.

3. Lente Divergente

La lente divergente, también conocida como lente objetivo, se usa para paralelizar los rayos de luz que vienen a través del divisor de haz para que lleguen al reflector en paralelo.

4. Divisor de Haz

El divisor de haz se usa para dividir los rayos de luz y dirigirlos hacia la lente objetivo.

5. Reticula Objetivo

Los rayos de luz que han sido reflejados llegan a esta reticula objetivo, y la distancia entre los rayos incidente y reflejado se traza en esta reticula objetivo.

6. Micrómetro Microscopio

Se usa para ver claramente los puntos de los rayos incidente y reflejado en la reticula objetivo y medir la distancia entre ellos.

Principio de Funcionamiento del Autocolimador

Incorpora dos principios ópticos:

1. La proyección y recepción de un haz paralelo de luz por una lente,
2. Y el cambio de dirección de un haz reflejado desde una superficie plana con el cambio de ángulo de la superficie.

Cuando un haz de rayos de luz de una fuente monocromática incide en un deflector de haz, el haz se desvía 90 grados hacia la lente convergente. La lente convergente paraleliza los haces y los dirige al objeto o superficie reflectante.

Para mantener el haz de luz paralelo, mantenga el deflector de haz cerca del foco de la lente convergente. Los rayos paralelos se dirigen luego a incidir sobre una superficie reflectante u objeto. Si no hay desviaciones angulares en la superficie del objeto, los rayos reflejan de vuelta y proceden por el mismo camino, en dirección opuesta, convergiendo finalmente en el receptor mantenido a la distancia focal de la lente convergente. Si el objeto está inclinado en un ángulo, el rayo reflejado forma un ángulo con el haz incidente de 2(α) grados.

Entendamos con un ejemplo

Imagina, ante todo, una lente convergente con una fuente puntual de luz O en su foco principal, como en la Figura (a). Cuando un haz de luz incide en una superficie reflectante plana, una parte del haz se absorbe y la otra parte se refleja. Si el ángulo de incidencia es cero, es decir, los rayos incidentes caen perpendiculares a la superficie reflectante, los rayos reflejados vuelven sobre el camino original como en la Figura (a).

Cuando la superficie se inclina en cualquier otro ángulo, el ángulo total a través del cual se desvía la luz es el doble del ángulo a través del cual se inclina el espejo, y se enfoca en el mismo plano que la fuente de luz pero a un lado de ella, como en la Figura (b). Obviamente,

OO' = 2θf = x (digamos), donde f es la longitud focal de la lente.

Así, midiendo la distancia lineal QO'(x), se puede determinar la inclinación de la superficie reflectante θ.

La posición de la imagen final no depende de la distancia del reflector a la lente. Es decir, la separación x es independiente de la posición del reflector desde la lente. Si, sin embargo, el reflector se mueve demasiado lejos, el rayo reflejado perderá completamente la lente y no se formará imagen.

En la práctica real, la superficie de trabajo cuya inclinación se debe obtener forma la superficie reflectante y el desplazamiento x se mide por un microscopio de precisión que está calibrado directamente a los valores de inclinación Θ.

Funcionamiento del Autocolimador

En los autocolimadores, la superficie reflectante es la superficie cuya inclinación se debe medir usando este dispositivo. Un micrómetro microscopio se usa para medir la distancia entre la fuente de luz y el rayo reflejado en el plano focal.

Primero, se ilumina la fuente de luz, y los rayos de la línea de luz se extraen de los puntos de intersección de la línea de cruz de la reticula objetivo, que se coloca en el plano focal de la lente objetivo.

Después, un rayo de luz llega al divisor de haz y el haz de rayo es la compuerta que dirigirá los rayos de luz hacia la lente objetivo.

La lente objetivo paralelizará los rayos de luz y estos se moverán hacia el reflector.

Ahora pueden haber dos casos:

Caso 1: El reflector es perpendicular al rayo de luz.

Cuando los rayos de luz paralelos alcanzan un reflector que es perpendicular a los rayos de luz, los rayos de luz se reflejan de vuelta a sus caminos originales.
Estos rayos de luz se enfocan entonces en el plano de la reticula objetivo en la intersección de las líneas de cruz de la reticula.
Como parte de la luz reflejada pasa directamente a través del divisor de haz, la imagen de retorno de la línea de cruz de la reticula es visible a través del ocular, permitiendo que el telescopio opere como si estuviera enfocado al infinito.

Caso 2: El reflector está inclinado en algún ángulo.

Si el reflector está inclinado en un ángulo, los rayos de luz paralelos reflejan en un ángulo el doble del ángulo de inclinación.
Después de la reflexión, los rayos de luz se enfocan en el plano de la reticula objetivo pero linealmente desplazados de la intersección de las líneas de cruz por una distancia de 2 * (ángulo de inclinación) * (longitud focal de la lente objetivo).
Dependiendo de si se usa un autocolimador visual o digital, el desplazamiento lineal de la imagen de la reticula se mide usando una reticula de ocular y un micrómetro microscopio o un sistema de detector electrónico.

La mayoría de los autocolimadores están calibrados para que la distancia medida no necesite convertirse en el ángulo de inclinación. Esto se convierte en el autocolimador, y el ángulo de inclinación puede leerse directamente allí.

La longitud focal y la apertura efectiva de un autocolimador son los factores que determinan su sensibilidad básica y rango de medición angular.

Tipos de Autocolimador

Hay principalmente dos tipos de Autocolimador:

1. Autocolimador Visual

En el autocolimador visual, el ángulo de inclinación de la superficie reflectante se mide viendo una escala graduada a través de un ocular. A medida que aumenta la longitud focal del autocolimador visual, la resolución angular aumenta y el campo de visión disminuye.

2. Autocolimador Digital

En el autocolimador digital, el ajuste de micrómetro se proporciona para el ajuste pero la coincidencia de la reticula de ajuste y la imagen objetivo se detecta fotoeléctricamente.
Este autocolimador se usa en el laboratorio. Tiene muy alta precisión, proporciona mediciones en tiempo real y es muy fácil de usar.

A. Autocolimador Electrónico

El autocolimador electrónico es un dispositivo de medición de ángulo de alta gama y alta precisión que no incluye un ocular óptico. Este dispositivo puede medir pequeñas desviaciones angulares a fracciones de precisión de arco-segundo. Medir con un autocolimador electrónico es rápido, simple y preciso, y suele ser el método menos costoso.

Estos dispositivos altamente sensibles se usan ampliamente en talleres, salas de herramientas, departamentos de inspección y laboratorios de control de calidad en todo el mundo para calcular pequeños desplazamientos angulares, escuadria, torsión y paralelismo con extrema precisión.

B. Autocolimador Láser

Hoy, con el advenimiento de nueva tecnología, el equipo de autocolimación ahora puede mejorarse para permitir mediciones directas de haces láser reflejados. Esta característica única permite la alineación de lentes, espejos y láseres todo al mismo tiempo.

Esta fusión tecnológica de la tecnología de autocolimación centenaria y la reciente tecnología láser resulta en un instrumento muy versátil capaz de medir inter-alineación entre múltiples líneas de vista, láser en relación a línea de datum mecánica, alineación de diferentes agujeros y cavidades, medición de paralelismo de múltiples rodillos en industrias de laminación, ángulo de divergencia láser y estabilidad espacial.

C. Autocolimador Híbrido

Un autocolimador fue inventado como instrumento óptico hace varias décadas para mediciones de ángulo precisas y sin contacto. Desde su creación, se ha usado extensamente en la alineación de ángulos y elementos ópticos. Los avances recientes en fotónica han necesitado alineación y medición de óptica y láser, lo que la nueva tecnología híbrida aborda.

Además, al enfocar el área a estudiar y realizar mediciones de alineación y desviaciones de alineación en micras, la moderna tecnología de enfoque motorizado añade una nueva dimensión de medición. Este equipo óptico multi-función-multi-proceso híbrido se usará para medir sistemas altamente integrados durante el ensamblaje así como pruebas finales y examen.

Las tecnologías híbridas pueden satisfacer las necesidades de una amplia gama de tecnologías, como alineación láser, caracterización espacial y perfilado de haz de múltiples emisores simples. Este procedimiento de análisis genera patrones de resolución espacial dependientes del ángulo de fuentes de luz en relación a un plano de datum mecánico, que es una excelente solución para probar con precisión y rapidez láseres VCSEL.

Aplicaciones del Autocolimador

1. Prueba directa de deslizadores de máquinas herramienta.
2. Medición de ángulos muy pequeños.
3. Comprobación de similitudes.
4. Comprobación de la base de la columna.
5. Comprobación de la planitud de placas de cama y mesas de superficie.
6. Medición de desplazamientos muy pequeños.
7. Comprobación de desplazamientos lineales menores.

Ventajas del Autocolimador

• Tiene muy alta precisión.
• Puede medir una amplia gama de ángulos.
• Es muy fácil de instalar y operar.
• Calibración superando estándares internacionales.
• Puede usarse para ver el resultado visual o electrónicamente, es decir, en la pantalla del ordenador.
• Amplia gama de accesorios y niveles disponibles.

Desventajas del Autocolimador

• Se requiere mantenimiento regular.
• Consume mucho tiempo.
• Requiere corte y procesamiento de muestra para trazado por el detector.

Hemos intentado cubrir todos los temas relacionados con el Autocolimador, desde la definición hasta ventajas, desventajas, tipos y principio de funcionamiento. Si te gustó el artículo, por favor compártelo con tus amigos.

Preguntas Frecuentes

¿Qué es el método de autocolimación?

En autocolimación, un haz colimado (de rayos de luz paralelos) sale de un sistema óptico y es reflejado de vuelta a él por un espejo plano. Se usa para determinar los ángulos de inclinación menores del espejo.

¿Quién inventó el autocolimador?

El primer Nikon autocolimador fue construido en 1942.

En 1942, Nikon (entonces conocido como Nippon Kogaku K.K.) completó el trabajo en un autocolimador que daba lecturas precisas a un minuto de arco.