Autocollimateur - Principe de fonctionnement, types, diagramme, avantages

Dans cet article, nous allons en savoir plus sur l'autocollimateur, à quoi il sert, son principe de fonctionnement, son fonctionnement, les différents types d'autocollimateur, ses avantages et ses inconvénients.

Qu'est-ce que l'autocollimateur ?

L'autocollimateur ou autocollimateur est un instrument optique qui est utilisé pour les mesures de petites différences angulaires, changements ou déviations. Il est également utilisé pour déterminer la rectitude, la planéité, l'alignement, etc.

Un autocollimateur est un appareil qui utilise l'optique pour mesurer de petites variations angulaires. Cet appareil est extrêmement sensible aux très petits changements d'angle et peut mesurer les déviations angulaires avec précision. C'est essentiellement un collimateur et un télescope à l'infini combinés. Les autocollimateurs permettent d'aligner les différents composants d'un système et de mesurer leurs déviations mécaniques ou optiques.

Parties d'un autocollimateur

Six parties d'Autocollimator sont :-

• Source lumineuse
• Surface réfléchissante
• Lentille divergente
• Séparateur de faisceau
• Réticule cible
• Microscope micrométrique

1. Source de lumière

La source de lumière est utilisé pour générer des rayons lumineux afin qu'ils atteignent le réflecteur.

2. Surface réfléchissante

C'est la surface qui sert de pièce pour l'autocollimateur. L'angle d'inclinaison de cette surface réfléchissante est à mesurer à l'aide de l'autocollimateur. Il réfléchit les rayons lumineux parallèles qui traversent l'objectif.

3. Lentille divergente

La lentille divergente , également connu sous le nom de lentille d'objectif, est utilisé pour paralléliser les rayons lumineux qui traversent le séparateur de faisceau afin qu'ils atteignent le réflecteur en parallèle.

4. Séparateur de faisceau

Le séparateur de faisceau est utilisé pour diviser les rayons lumineux et les diriger vers l'objectif.

5. Réticule cible

Les rayons lumineux qui ont été réfléchis atteignent ce réticule cible , et la distance entre les rayons incidents et réfléchis est tracée dans ce réticule cible.

6. Microscope Micromètre

Il est utilisé pour voir clairement les points des rayons incidents et réfléchis dans le réticule cible et mesurer la distance entre eux.

Principe de fonctionnement de l'autocollimateur

Il intègre deux principes optiques

1. La projection et la réception d'un faisceau lumineux parallèle par une lentille,
2. Et le changement de direction d'un faisceau réfléchi par une surface plane avec changement d'angle de la surface.

Lorsqu'une lumière monochromatique le faisceau de rayons lumineux de la source tombe sur un déflecteur de faisceau, le faisceau est dévié de 90 degrés vers la lentille convergente. La lentille convergente parallélise les faisceaux et les dirige vers l'objet ou la surface réfléchissante.

Pour garder le faisceau lumineux parallèle, gardez le déflecteur de faisceau près du foyer de la lentille convergente. Les rayons parallèles sont alors dirigés pour frapper une surface réfléchissante ou un objet. S'il n'y a pas de déviations angulaires sur la surface de l'objet, les rayons se réfléchissent et suivent le même chemin, dans la direction opposée, finissent par converger vers le récepteur maintenu à la distance focale de la lentille convergente. Si l'objet est incliné d'un angle, le rayon réfléchi forme un angle avec le faisceau incident de 2(α )degrés.

Comprenons par un exemple

Imaginez, tout d'abord, une lentille convergente avec une source ponctuelle de lumière O à son foyer principal, comme sur la figure (a). Lorsqu'un faisceau de lumière frappe une surface réfléchissante plane, une partie du faisceau est absorbée et l'autre partie est réfléchie. Si l'angle d'incidence est nul, c'est-à-dire que les rayons incidents tombent perpendiculairement à la surface réfléchissante, les rayons réfléchis retracent le chemin d'origine comme sur la figure (a).

Lorsque la surface est inclinée à un autre angle, l'angle total par lequel la lumière est déviée est le double de l'angle par lequel le miroir est incliné et est mis au point dans le même plan que la source lumineuse mais sur un côté de celle-ci , comme sur la figure (b). Évidemment,

OO’ =20f=x (disons), où f est la distance focale de la lentille.

Ainsi, en mesurant la distance linéaire QO'(x), l'inclinaison de la surface réfléchissante o peut être déterminée.

La position de l'image finale ne dépend pas de la distance du réflecteur à la lentille. C'est-à-dire que la séparation x est indépendante de la position du réflecteur par rapport à la lentille. Si, toutefois, le réflecteur est déplacé trop longtemps, le rayon réfléchi manquera alors complètement la lentille et aucune image ne se formera.

Dans la pratique, la surface de travail dont on cherche à obtenir l'inclinaison forme la surface réfléchissante et le déplacement x est mesuré par un microscope de précision calibré directement sur les valeurs d'inclinaison Θ.

Fonctionnement de l'autocollimateur

Dans les autocollimateurs, la surface réfléchissante est la surface dont l'inclinaison doit être mesurée à l'aide de cet appareil. Un microscope micrométrique permet de mesurer la distance entre la source lumineuse et le rayon réfléchi dans le plan focal.

Tout d'abord, la source lumineuse est éclairée et les rayons de la ligne lumineuse sont extraits des points d'intersection de la gratitude de la cible en croix, qui est placée dans le plan focal de l'objectif.

Après cela, un rayon de lumière atteint le séparateur de faisceau et le faisceau de rayons v est la porte qui dirigera les rayons lumineux vers l'objectif.

L'objectif va paralléliser les rayons lumineux et les rayons lumineux se déplaceront vers le réflecteur.

Maintenant, il peut y avoir deux cas :

Cas 1 :le réflecteur est perpendiculaire au rayon lumineux.

Lorsque des rayons lumineux parallèles atteignent un réflecteur, ce réflecteur étant perpendiculaire aux rayons lumineux, les rayons lumineux sont réfléchis vers leurs trajectoires d'origine.
Ces rayons lumineux sont ensuite mis au point dans le plan du réticule cible à l'intersection des lignes transversales du réticule.
Parce qu'une partie de la lumière réfléchie passe directement à travers le séparateur de faisceau, l'image de retour de la ligne transversale cible est visible à travers l'oculaire, permettant au télescope de fonctionner comme s'il était focalisé à l'infini.

Cas 2 :le réflecteur est incliné à un certain angle.

Si le réflecteur est incliné à un angle, les rayons lumineux parallèles réfléchissent à un angle double de l'angle d'inclinaison.
Après la réflexion, les rayons lumineux sont focalisés dans le plan du réticule cible mais déplacés linéairement à partir de l'intersection des lignes transversales d'une distance de 2 * (angle d'inclinaison) *. (longueur focale de l'objectif).
Selon que l'on utilise un autocollimateur visuel ou numérique, le déplacement linéaire de l'image du réticule est mesuré à l'aide d'un réticule oculaire et d'un microscope micrométrique ou d'un système de détection électronique.

La plupart des autocollimateurs sont calibrés de manière à ce que la distance mesurée n'ait pas besoin d'être convertie en angle d'inclinaison. Celui-ci est converti dans l'autocollimateur et l'angle d'inclinaison peut y être lu directement.

La distance focale et l'ouverture effective d'un autocollimateur sont les facteurs qui déterminent sa sensibilité de base et sa plage de mesure angulaire.

Types d'autocollimateur

Il existe principalement deux types d'Autocollimateur :

1. Autocollimateur visuel

Dans l'autocollimateur visuel, l'angle d'inclinaison de la surface réfléchissante est mesuré en regardant une échelle graduée à travers un oculaire. À mesure que la distance focale de l'autocollimateur visuel augmente, la résolution angulaire augmente et le champ de vision diminue.

2. Autocollimateur numérique

Dans l'autocollimateur numérique, le réglage micrométrique est prévu pour le réglage mais la coïncidence du réticule de réglage et de l'image cible est détectée photoélectriquement.
Cet autocollimateur est utilisé en laboratoire. Il a une très haute précision, fournit des mesures en temps réel et est très convivial.

A. Autocollimateur électronique

L'autocollimateur électronique est un appareil de mesure d'angle haut de gamme et de haute précision qui n'inclut pas d'oculaire optique. Cet appareil peut mesurer de petites déviations angulaires avec une précision de fractions de seconde d'arc. La mesure avec un autocollimateur électronique est rapide, simple et précise, et c'est généralement la méthode la moins coûteuse.

Ces appareils très sensibles sont largement utilisés dans les ateliers, les salles d'outillage, les services d'inspection et les laboratoires de contrôle qualité du monde entier pour calculer les petits déplacements angulaires, l'équerrage, la torsion et le parallélisme avec une extrême précision.

B. Autocollimateur laser

Aujourd'hui, avec l'avènement de nouvelles technologies, les équipements d'autocollimation peuvent désormais être améliorés pour permettre des mesures directes des faisceaux laser réfléchis. Cette caractéristique unique en son genre permet l'alignement des lentilles, des miroirs et des lasers en même temps.

Cette fusion technologique de la technologie d'autocollimation centenaire et de la technologie laser récente donne un instrument très polyvalent capable de mesurer l'inter-alignement entre plusieurs lignes de visée, le laser par rapport à la ligne de référence mécanique, l'alignement de différents trous et cavités, la mesure de plusieurs rouleaux parallélisme dans les industries du laminage, angle de divergence laser et stabilité spatiale.

C. Autocollimateur hybride

Un autocollimateur a été inventé en tant qu'instrument optique il y a plusieurs décennies pour des mesures d'angle précises et sans contact. Depuis sa création, il a été largement utilisé dans l'alignement des angles et des éléments optiques. Les progrès récents de la photonique ont nécessité l'alignement et la mesure de l'optique et du laser, auxquels répond la nouvelle technologie hybride.

De plus, en se concentrant sur la zone à étudier et en effectuant des mesures d'alignement et d'écarts d'alignement en microns, la technologie de focalisation motorisée moderne ajoute une nouvelle dimension de mesure. Cet équipement optique hybride multi-fonctions-multi-procédés sera utilisé pour mesurer des systèmes hautement intégrés pendant l'assemblage ainsi que les tests et examens finaux.

Les technologies hybrides peuvent répondre aux besoins d'un large éventail de technologies, telles que l'alignement laser, la caractérisation spatiale et le profilage de faisceau de plusieurs émetteurs uniques. Cette procédure d'analyse génère des modèles de résolution spatiale dépendant de l'angle des sources lumineuses par rapport à un plan de référence mécanique, ce qui constitue une excellente solution pour tester avec précision et rapidité les lasers VCSEL.

Applications de l'autocollimateur

1. Test direct des glissières de machines-outils.
2. Mesure de très petits angles.
3. Vérification des similitudes.
4. Vérification de la base de la colonne.
5. Vérification de la planéité des plaques d'assise et des tables de surface.
6. Mesure de très petits déplacements.
7. Vérification d'un déplacement linéaire plus petit.

Avantages de l'autocollimateur

• Il a une très grande précision.
• Il peut mesurer une large gamme d'angles.
• Il est très facile à installer et à utiliser.
• Étalonnage dépassant les normes internationales.
• Il peut être utilisé pour visualiser visuellement ou électroniquement le résultat, c'est-à-dire sur l'écran de l'ordinateur.
• Une large gamme d'accessoires et de niveaux disponibles.

Inconvénients de l'autocollimateur

• Une maintenance est nécessaire régulièrement.
• Cela prend du temps.
• Cela nécessite la découpe et le traitement de l'échantillon pour le traçage par le détecteur.

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Foire aux questions

Qu'est-ce que la méthode d'autocollimation ?

En autocollimation, un faisceau collimaté (de rayons lumineux parallèles) quitte un système optique et y est réfléchi par un miroir plan. Il est utilisé pour déterminer les angles d'inclinaison mineurs du miroir.

Qui a inventé l'autocollimateur ?

Le premier Nikon autocollimateur construit en 1942

En 1942, Nikon (alors connu sous le nom de Nippon Kogaku K.K.) a terminé ses travaux sur un autocollimateur qui donnait des lectures précises à une minute d'arc.