Autocolimadores são instrumentos ópticos que medem deslocamentos angulares com alta sensibilidade. Eles são usados para alinhar componentes ópticos e medir deflexões ópticas e mecânicas.
Princípio de autocolimação:
Os dois princípios principais usados em um autocolimador são
(a) a projeção e a refração de um feixe de luz paralelo por uma lente, e
(b) a mudança na direção de um ângulo refletido em uma superfície refletora plana com a mudança no ângulo de incidência.
Autocolimador – Princípio de Funcionamento e AplicaçãoPara entender isso, imaginemos uma lente convergente com uma fonte pontual de luz O em seu foco principal, conforme mostrado na Figura a. Quando um feixe de luz atinge uma superfície refletora plana, uma parte do feixe é absorvida e a outra parte é refletida de volta. Se o ângulo de incidência for zero, ou seja, os raios incidentes caem perpendicularmente à superfície refletora, os raios refletidos refazem o caminho original. Quando o plano refletor é inclinado em um determinado ângulo, o ângulo total através do qual a luz é desviada é duas vezes o ângulo através do qual o espelho é inclinado. Assim, alternativamente, se os raios incidentes não estiverem no ângulo reto com a superfície refletora, eles podem ser trazidos para o plano focal das fontes de luz inclinando o plano refletor em um ângulo que é metade do ângulo de reflexão, como mostrado na Figura b.
Agora, no diagrama, OO' = 2Θ × f = x, onde f é a distância focal da lente.
Assim, medindo a distância linear x, a inclinação da superfície refletora Θ pode ser determinada. A posição da imagem final não depende da distância do refletor à lente. Se, no entanto, o refletor for movido por muito tempo, o raio refletido escapará completamente da lente e nenhuma imagem será formada.
Funcionamento do autocolimador:
Na prática, a superfície de trabalho cuja inclinação se pretende obter forma a superfície reflectora e o deslocamento x é medido por um microscópio de precisão calibrado directamente para os valores da inclinaçãoΘ.
O sistema óptico de um autocolimador é mostrado na Figura Os fios alvo são iluminados pela lâmpada elétrica e atuam como fonte de luz, pois não é conveniente visualizar a imagem refletida de um ponto e então medir com precisão o deslocamento x. A imagem do fio iluminado após ser refletida na superfície que está sendo medida é formada no mesmo plano do próprio fio. O sistema ocular que contém o mecanismo do microscópio micrométrico possui um par de linhas de ajuste que podem ser usadas para medir o deslocamento da imagem, ajustando-se às linhas cruzadas originais e depois passando para as da imagem.
diagrama de construção do autocolimadorGeralmente, a calibração é fornecida com o instrumento. Assim, o ângulo de inclinação da superfície reflectora por divisão da escala micrométrica pode ser lido directamente.
Os autocolimadores são bastante precisos e podem ler até 0,1 segundos, podendo ser usados em distâncias de até 30 metros.
Tipos de autocolimadores
1) Autocolimadores Visuais –
Os autocolimadores visuais medem o ângulo de superfícies reflexivas opticamente planas (1/4 de onda ou melhor) em segundos de arco, visualizando um retículo graduado através de uma ocular. Quanto maior for a distância focal do autocolimador visual, maior será a resolução angular e menor será o campo de visão
2) Autocolimadores Digitais –
- Autocolimadores são instrumentos baseados em PC projetados para operar em laboratório e também em ambiente de oficina mecânica.
- Use um fotodetector eletrônico para detectar o feixe refletido.
- Nenhum controlador externo é necessário.
- Vantagens: 1) Alta precisão. 2) Medições em tempo real. 3) Interface amigável. 4) Criação de relatórios de dados e transferência em outros programas.
Fatores que regem a especificação de um autocolimador
(i) Distância focal
A distância focal determina a sensibilidade básica e a faixa de medição angular do instrumento. Uma distância focal maior proporciona maior sensibilidade e precisão de medição (devido ao maior deslocamento linear para uma determinada inclinação do refletor). Mas à medida que a distância focal aumenta, a faixa de medição diminui proporcionalmente. Além disso, uma distância focal maior afeta a extensão mecânica do tubo.
(ii) Tamanho da abertura objetiva
Quando são utilizadas grandes aberturas, as condições de luz são mais favoráveis e a avaliação dos resultados é mais fácil e precisa. Uma longa distância entre o espelho e o autocolimador exige uma abertura relativamente grande e um refletor maior para um contraste de imagem satisfatório.
(iii) Tipo de divisor de feixe
Um divisor de feixe geométrico resulta em ângulos de imagem menores, mas com maior brilho de imagem. Eles são usados principalmente com alvos pequenos e devido ao seu layout interno não podem ser usados para medição de cubos de canto. Um divisor de feixe físico é recomendado na maioria dos casos devido à maior faixa de medição.
(iv) Configuração de distância fixa ou variável
Quando a distância entre o autocolimador e o espelho alvo permanece fixa, leituras extremamente próximas podem ser feitas e a repetibilidade é excelente. Para distância focal variável, é utilizado um tubo objetivo com ajuste de foco.
Aplicação do autocolimador:
Os autocolimadores são usados pela indústria óptica e engenheiros mecânicos em diversas aplicações. Suas funções específicas incluem alinhamento de precisão, detecção de movimento angular, verificação de padrões angulares e monitoramento angular por longos períodos.
Aplicativo de teste
Autocolimadores podem ser usados no teste de
- paralelismo com colimador e telescópio
- cunhas opacas e placas planas paralelas
- cunhas transparentes
- ângulos em prismas de vidro
- a precisão das mesas rotativas e tabelas de índice
- objetivos da câmera
Esses instrumentos ópticos também são usados no teste de planicidade de superfícies refletoras, no controle de cunhas e placas planas paralelas e na medição paralela de furos cilíndricos.
Aplicações de medição
Além de aplicações de teste, os autocolimadores podem ser usados para medir a
- raio de superfícies esféricas côncavas e convexas
- foco traseiro de lentes e sistemas ópticos
- erro de centralização de superfícies esféricas
- erro de centralização das lentes na transmissão
- paralelismo ou perpendicularidade de duas superfícies
Aplicações adicionais incluem o
- medição de raio de superfícies esféricas côncavas e convexas
- medição relativa do erro angular de prismas
- medição de inclinação e guinada de slides
- configuração paralela de rolos
Finalmente, os autocolimadores podem ser usados para medir retilineidade, planicidade, ângulo de rotação e esquadria entre um ângulo vertical e a base da máquina.
Vantagens dos Autocolimadores:
- Meça a retidão e o nivelamento
- Usado para medição de maior precisão.
- Para verificar a quadratura e o paralelismo.
- Fácil de configurar e operar.
- Usado para alinhar componentes.
- Medindo pequenos ângulos.
Desvantagens dos Autocolimadores:
- É necessária manutenção regular.
- Dificuldade de posicionamento e identificação.
- Demorado.
- Requer corte e processamento de amostra para rastreamento pelo detector.
