Автоколиматор: принцип работы, виды, преимущества и недостатки

Что такое автоколиматор?

Автоколиматор — оптический прибор для измерения малых угловых отклонений, изменений или дефлекций. Применяется для определения прямолинейности, плоскости, соосности и выравнивания компонентов. Объединяет коллиматор и бесконечнодальний телескоп. Чувствителен к микроуглам, обеспечивает высокую точность.

Основные узлы

1. Источник света.
2. Отражающая поверхность (объект контроля).
3. Дивергирующая (объективная) линза.
4. Разделитель луча (beam splitter).
5. Целевая решётка (target graticule).
6. Микрометрический микроскоп.

1. Источник света

Генерирует луч, проходящий к отражателю.

2. Отражающая поверхность

Поверхность заготовки, угол наклона которой измеряют. Отражает параллельные лучи, прошедшие через объектив.

3. Дивергирующая линза (объектив)

Параллелизирует лучи от разделителя для попадания на отражатель.

4. Разделитель луча

Направляет луч к объективу.

5. Целевая решётка

Фиксирует смещение отражённого луча относительно падающего.

6. Микрометрический микроскоп

Измеряет линейное смещение точек на решётке.

Принцип работы

Основан на двух оптических законах:

1. Параллельный луч, проходя через линзу, фокусируется в её фокальной плоскости.
2. Угол отражённого луча равен удвоенному углу наклона плоского зеркала.

Монохроматический луч падает на разделитель, отклоняется на 90° к сходящейся линзе. Линза параллелизирует луч и направляет на отражатель. Если отражатель перпендикулярен лучу, отражённый луч возвращается по тому же пути и сходится в фокальной плоскости приёмника. При наклоне отражателя на угол α отражённый луч отклоняется на 2α. Смещение фокусного пятна в фокальной плоскости x = 2α·f (f — фокусное расстояние). Измеряя x микрометрическим микроскопом, определяют α. Смещение не зависит от расстояния до отражателя (пока луч попадает в объектив).

Режимы работы

Случай 1: Отражатель перпендикулярен лучу

Луч возвращается в исходную точку на решётке (пересечение крестовины). Через разделитель виден возвратный образ крестовины в окуляре.

Случай 2: Отражатель наклонён

Отражённый луч сходится в фокальной плоскости со смещением 2α·f. Смещение измеряется окулярной решёткой и микрометром (визуальный автоколиматор) или фотоэлектрическим детектором (цифровой). Большинство приборов калиброваны для прямого чтения угла.

Чувствительность и диапазон измерений определяются фокусным расстоянием и эффективной апертурой.

Виды автоколиматоров

1. Визуальный автоколиматор

Угол считывается по шкале в окуляре. С увеличением фокусного расстояния растёт угловое разрешение, но сужается поле зрения.

2. Цифровой автоколиматор

Микрометрическая настройка, совпадение зафиксировано фотоэлектрически. Высокая точность, реальное время, удобство. Лабораторный класс.

А. Электронный автоколиматор

Высокоточный прибор без оптического окуляра. Измеряет угловые отклонения до долей угловой секунды. Быстро, просто, точно, относительно недорого. Широко применяется в цехах, ОТК, метрологических лабораториях для малых угловых смещений, перпендикулярности, крутизны, параллельности.

Б. Лазерный автоколиматор

Синергия классической автоколимации и лазерной технологии. Прямое измерение отражённых лазерных лучсов. Одновременная выравнивание линз, зеркал, лазеров. Измерение взаимной выровненности линий визирования, лазеров относительно механических баз, отверстий, параллельности валков в прокатных станах, дивергенции лазера, пространственной стабильности.

В. Гибридный автоколиматор

Сочетает оптическую автоколимацию, лазерную выравнивацию и моторизованное фокусирование. Многозадачное измерение высокоинтегрированных систем на сборке и конечном контроле. Применение: лазерная выравнивация, пространственная характеристика, профилирование пучка множественных излучателей, тестирование VCSEL-лазеров.

Применение

1. Прямой контроль направляющих станков.
2. Измерение микроуглов.
3. Проверка соосности.
4. Проверка основания колонны.
5. Проверка плоскости станин и поверхностных плит.
6. Измерение микроперемещений.
7. Контроль малых линейных смещений.

Преимущества

• Очень высокая точность.
• Широкий диапазон измеряемых углов.
• Простая установка и эксплуатация.
• Калибровка выше международных стандартов.
• Визуальный или электронный вывод результата (на экран ПК).
• Широкий набор аксессуаров и уровней.

Недостатки

• Требует регулярного обслуживания.
• Трудоёмкий процесс.
• Необходима подготовка образца (разрезка/обработка) для трассировки детектором.

FAQ

Что такое автоколимационный метод?

Коллимированный луч выходит из оптической системы и возвращается в неё от плоского зеркала. Используется для определения малых углов наклона зеркала.

Кто изобрёл автоколиматор?

Первый автоколиматор Nikon создан в 1942 г. (тогда Nippon Kogaku K.K.). Обеспечивал точность 1 угловую минуту.