Autocollimator - Werkingsprincipe, typen, diagram, voordelen

In dit artikel gaan we leren over Autocollimator, waarvoor het wordt gebruikt, het werkingsprincipe, hoe het werkt, verschillende soorten autocollimatoren en de voor- en nadelen ervan.

Wat is Autocollimator?

De autocollimator of autocollimatie is een optisch instrument dat wordt gebruikt voor het meten van kleine hoekverschillen, veranderingen of doorbuigingen. Het wordt ook gebruikt om rechtheid, vlakheid, uitlijning, enz. te bepalen.

Een autocollimator is een apparaat dat optica gebruikt om kleine hoekvariaties te meten. Dit apparaat is extreem gevoelig voor zeer kleine hoekveranderingen en kan hoekafwijkingen nauwkeurig meten. Het is in wezen een gecombineerde collimator en een oneindige telescoop. Autocollimators worden gebruikt om de verschillende componenten van een systeem uit te lijnen en hun mechanische of optische doorbuigingen te meten.

Delen van een autocollimator

Zes delen van Autocollimator zijn:-

• Lichtbron
• Reflecterend oppervlak
• Uiteenlopende lens
• Straalsplitser
• Target graticule
• Micrometermicroscoop

1. Lichtbron

De lichtbron wordt gebruikt om lichtstralen te genereren zodat deze de reflector bereiken.

2. Reflecterend oppervlak

Het is het oppervlak dat dient als werkstuk voor de autocollimator. De hellingshoek van dit reflecterende oppervlak wordt gemeten met behulp van de autocollimator. Het reflecteert de parallelle lichtstralen die door de objectieflens gaan.

3. Divergerende lens

De divergerende lens , ook wel de objectieflens genoemd, wordt gebruikt om de lichtstralen die door de bundelsplitser komen parallel te laten lopen, zodat ze de reflector parallel bereiken.

4. Straalsplitser

De straalsplitser wordt gebruikt om de lichtstralen te splitsen en naar de objectieflens te leiden.

5. Doelstreepjespatroon

De gereflecteerde lichtstralen bereiken deze target graticule , en de afstand tussen de invallende en gereflecteerde stralen wordt getraceerd in dit doelrooster.

6. Micrometer Microscoop

Het wordt gebruikt om de invallende en gereflecteerde straalpunten in het doelrooster duidelijk te zien en de afstand ertussen te meten.

Werkingsprincipe autocollimator

Het bevat twee optische principes

1. De projectie en ontvangst van een parallelle lichtstraal door een lens,
2. En de richtingsverandering van een straal die wordt gereflecteerd door een vlak oppervlak met een verandering van de hoek van het oppervlak.

Wanneer een monochromatisch licht de lichtbundel van de bron valt op een bundeldeflector, de bundel wordt 90 graden afgebogen naar de convergerende lens. De convergerende lens parallelliseert de bundels en leidt ze naar het object of reflecterend oppervlak.

Om de lichtbundel parallel te houden, houdt u de bundeldeflector dicht bij het brandpunt van de convergerende lens. De parallelle stralen worden vervolgens gericht om een ​​reflecterend oppervlak of een object te raken. Als er geen hoekafwijkingen op het oppervlak van het object zijn, reflecteren de stralen terug en gaan langs hetzelfde pad, in de tegenovergestelde richting, uiteindelijk samen bij de ontvanger die op de brandpuntsafstand van de convergerende lens wordt gehouden. Als het object schuin staat, vormt de gereflecteerde straal een hoek van 2(α) graden met de invallende bundel.

Laat het ons aan de hand van een voorbeeld begrijpen

Stel je allereerst een convergerende lens voor met een puntbron van licht O in het hoofdfocus, zoals in figuur (a). Wanneer een lichtstraal op een vlak reflecterend oppervlak valt, wordt een deel van de lichtstraal geabsorbeerd en het andere deel teruggekaatst. Als de invalshoek nul is, d.w.z. invallende stralen vallen loodrecht op het reflecterende oppervlak, volgen de gereflecteerde stralen het oorspronkelijke pad zoals in figuur (a).

Wanneer het oppervlak onder een andere hoek wordt gekanteld, is de totale hoek waarover het licht wordt afgebogen tweemaal de hoek waaronder de spiegel wordt gekanteld, en wordt het in hetzelfde vlak als de lichtbron in focus gebracht, maar aan één kant ervan , zoals in figuur (b). Uiteraard,

OO’ =20f=x (zeg), waar f is de brandpuntsafstand van de lens.

Door dus de lineaire afstand QO'(x) te meten, kan de helling van het reflecterende oppervlak o worden bepaald.

De positie van het uiteindelijke beeld is niet afhankelijk van de afstand van de reflector tot de lens. Dat wil zeggen, de scheiding x is onafhankelijk van de positie van de reflector ten opzichte van de lens. Als de reflector echter te lang wordt bewogen, zal de gereflecteerde straal de lens volledig missen en wordt er geen beeld gevormd.

In de praktijk vormt het werkoppervlak waarvan de helling moet worden verkregen het reflecterende oppervlak en wordt de verplaatsing x gemeten door een precisiemicroscoop die direct is gekalibreerd op de hellingswaarden Θ.

Werking van autocollimator

In autocollimators is het reflecterende oppervlak het oppervlak waarvan de helling moet worden gemeten met dit apparaat. Een micrometermicroscoop wordt gebruikt om de afstand tussen de lichtbron en de gereflecteerde straal in het brandvlak te meten.

Eerst wordt de lichtbron verlicht en worden de stralen van de lichtlijn geëxtraheerd uit de snijpunten van de dankbaarheid van het kruislijndoel, die in het brandvlak van de objectieflens wordt geplaatst.

Daarna bereikt een lichtstraal de bundelsplitser en de v-ray-bundel is de poort die de lichtstralen naar de objectieflens zal leiden.

De objectieflens zal de lichtstralen evenwijdig maken en de lichtstralen zullen naar de reflector bewegen.

Er kunnen nu twee gevallen zijn:

Geval 1:De reflector staat loodrecht op de lichtstraal.

Wanneer parallelle lichtstralen een reflector bereiken die loodrecht op de lichtstralen staat, worden de lichtstralen teruggekaatst naar hun oorspronkelijke paden.
Deze lichtstralen worden vervolgens scherpgesteld in het vlak van het doelrooster op het snijpunt van de kruislijnen van het rooster.
Omdat een deel van het gereflecteerde licht recht door de bundelsplitser gaat, is het terugkerende beeld van de doelkruislijn zichtbaar door het oculair, waardoor de telescoop kan werken alsof hij op oneindig is scherpgesteld.

Geval 2:De reflector is onder een bepaalde hoek gekanteld.

Als de reflector onder een hoek wordt gekanteld, reflecteren de parallelle lichtstralen onder een hoek die twee keer zo groot is als de hellingshoek.
Na de reflectie worden lichtstralen gefocusseerd in het vlak van het doelrooster maar lineair verplaatst vanaf het snijpunt van kruislijnen over een afstand van 2 * (hellingshoek) *. (brandpuntsafstand van de objectieflens).
Afhankelijk van of een visuele of digitale autocollimator wordt gebruikt, wordt de lineaire verplaatsing van het rasterbeeld gemeten met behulp van een oculairraster en een micrometermicroscoop of een elektronisch detectorsysteem.

De meeste autocollimators zijn zo gekalibreerd dat de gemeten afstand niet omgerekend hoeft te worden naar de hellingshoek. Dit wordt in de autocollimator omgerekend en de hellingshoek is daar direct af te lezen.

De brandpuntsafstand en het effectieve diafragma van een autocollimator zijn de factoren die de basisgevoeligheid en het hoekmeetbereik bepalen.

Soorten autocollimator

Er zijn hoofdzakelijk twee soorten Autocollimator:

1. Visuele autocollimator

In de visuele autocollimator wordt de hellingshoek van het reflecterende oppervlak gemeten door een schaalverdeling door een oculair te bekijken. Naarmate de brandpuntsafstand van de visuele autocollimator toeneemt, neemt de hoekresolutie toe en neemt het gezichtsveld af.

2. Digitale autocollimator

In de digitale autocollimator wordt de micrometerafstelling voorzien voor de instelling, maar het samenvallen van het instellen van het raster en het doelbeeld wordt foto-elektrisch gedetecteerd.
Deze autocollimator wordt gebruikt in het lab. Het heeft een zeer hoge precisie, biedt realtime metingen en is zeer gebruiksvriendelijk.

A. Elektronische autocollimator

De elektronische autocollimator is een hoogwaardig, uiterst nauwkeurig hoekmeetapparaat zonder optisch oculair. Dit apparaat kan kleine hoekafwijkingen meten tot fracties van een boogseconde nauwkeurigheid. Meten met een elektronische autocollimator is snel, eenvoudig en nauwkeurig, en het is meestal de goedkoopste methode.

Deze zeer gevoelige apparaten worden veel gebruikt in werkplaatsen, gereedschapsruimten, inspectieafdelingen en kwaliteitscontrolelaboratoria over de hele wereld om kleine hoekverplaatsingen, haaksheid, draaiing en parallelliteit met extreme precisie te berekenen.

B. Laser autocollimator

Met de komst van nieuwe technologie kan autocollimatieapparatuur nu worden verbeterd om directe metingen van gereflecteerde laserstralen mogelijk te maken. Met deze unieke functie kunnen lenzen, spiegels en lasers tegelijkertijd worden uitgelijnd.

Deze technologische fusie van eeuwenoude autocollimatietechnologie en recente lasertechnologie resulteert in een zeer veelzijdig instrument dat in staat is om onderlinge uitlijning te meten tussen meerdere zichtlijnen, laser in relatie tot mechanische referentielijn, uitlijning van verschillende gaten en holtes, meting van meerdere rollen parallellisme in walsindustrieën, laserdivergentiehoek en ruimtelijke stabiliteit.

C. Hybride autocollimator

Een autocollimator werd enkele decennia geleden uitgevonden als een optisch instrument voor nauwkeurige, contactloze hoekmetingen. Sinds het begin is het op grote schaal gebruikt bij het uitlijnen van hoeken en optische elementen. Recente ontwikkelingen in fotonica hebben optica en laseruitlijning en -meting noodzakelijk gemaakt, wat de nieuwe hybride technologie aanpakt.

Door te focussen op het te onderzoeken gebied en door uitlijning en afwijkingen van uitlijnmetingen in microns uit te voeren, voegt moderne gemotoriseerde focustechnologie een nieuwe meetdimensie toe. Deze hybride optische apparatuur met meerdere functies en meerdere processen zal worden gebruikt voor het meten van sterk geïntegreerde systemen tijdens de assemblage, evenals voor de laatste tests en onderzoeken.

Hybride technologieën kunnen voldoen aan de behoeften van een breed scala aan technologieën, zoals laseruitlijning, ruimtelijke karakterisering en bundelprofilering van meerdere afzonderlijke emitters. Deze analyseprocedure genereert hoekafhankelijke ruimtelijke resolutiepatronen van lichtbronnen in relatie tot een mechanisch referentievlak, wat een uitstekende oplossing is voor het nauwkeurig en snel testen van VCSEL-lasers.

Toepassingen van Autocollimator

1. Direct testen van sledes voor gereedschapsmachines.
2. Zeer kleine hoeken meten.
3. Controleren op overeenkomsten.
4. De basis van de kolom controleren.
5. Controleren van de vlakheid van bedplaten en tafels.
6. Zeer kleine verplaatsing meten.
7. Controleren op kleinere lineaire verplaatsing.

Voordelen van autocollimator

• Het heeft een zeer hoge nauwkeurigheid.
• Het kan een groot aantal hoeken meten.
• Het is heel eenvoudig te installeren en te bedienen.
• Kalibratie die de internationale normen overtreft.
• Het kan worden gebruikt om het resultaat visueel of elektronisch te bekijken, d.w.z. op het computerscherm.
• Een breed scala aan beschikbare accessoires en niveaus.

Nadelen van autocollimator

• Onderhoud is regelmatig vereist.
• Het is tijdrovend.
• Het vereist het snijden en verwerken van monsters voor tracering door de detector.

We hebben geprobeerd alle onderwerpen te behandelen die verband houden met Autocollimator , van definitie tot voordelen , nadelen , typen en werkprincipe . Als je het artikel leuk vond, deel het dan met je vrienden.

Veelgestelde vragen

Wat is de autocollimatiemethode?

Bij autocollimatie verlaat een gecollimeerde bundel (van parallelle lichtstralen) een optisch systeem en wordt daarin teruggereflecteerd door een vlakke spiegel. Het wordt gebruikt om de kleine kantelhoeken van de spiegel te bepalen.

Wie heeft de autocollimator uitgevonden?

De eerste Nikon autocollimator gebouwd in 1942

In 1942 voltooide Nikon (toen bekend als Nippon Kogaku K.K.) het werk aan een autocollimator die metingen gaf tot op één boogminuut.