Laboratorio de Mediciones Angulares

La principal misión del laboratorio es realizar, mantener y diseminar la unidad SI de ángulo plano, el radián, dotando de trazabilidad al SI a los patrones e instrumentos de laboratorios acreditados, empresas y fabricantes, situados en niveles metrológicos inferiores, pero que requieren de una alta exactitud y una baja incertidumbre.

Una parte importante de las actividades del laboratorio está dedicada a la búsqueda de nuevos y mejores métodos de calibración, conforme al último estado de la técnica, desarrollando los procedimientos técnicos adecuados e integrándolos en el Sistema de Gestión de la Calidad del CEM.

La unidad de ángulo plano se realiza mediante un generador angular absoluto diseñado y fabricado en España, con campo de medida de 360° y resolución de 0,04”, que permite alcanzar incertidumbres del orden de 0,1”.

Polígono óptico

Calibración de polígono óptico mediante generador angular patrón y autocolimador fotoeléctrico

El generador angular se mantiene calibrado a resultas de la calibración periódica de polígonos ópticos, ya sean testigos del propio laboratorio, o de los clientes. El método se basa en la particularidad de que al calibrar un polígono óptico sobre el generador angular, habitualmente con la ayuda de un autocolimador de alta resolución, el propio generador angular resulta calibrado en tantos puntos como caras tenga el polígono, dado que el error acumulado de los errores entre caras debe ser nulo tras un giro de 360°. Por ello, es relativamente fácil seguir la evolución metrológica del generador angular y observar si los resultados se mantienen dentro del nivel de incertidumbre deseado.

Asimismo, la participación en comparaciones internacionales, clave y suplementarias, junto a otros Institutos Nacionales de Metrología, permite observar las desviaciones respecto al valor de referencia de la comparación, así como las diferencias entre realizaciones prácticas de distintos laboratorios.

Aunque un ángulo puede obtenerse como cociente de longitudes (principio en el que se basan las denominadas reglas y mesas de senos), el generador angular responde a un método absoluto, en el que los 360° de la circunferencia, con ayuda de una regla circular a trazos y una unidad de lectura e interpolación, junto a un software apropiado, resultan subdivididos en 32,4 millones de intervalos, lo que equivale a un paso mínimo o resolución de 0,04”.

Tras participar en proyectos europeos como el EMRP SIB58, el laboratorio aplica técnicas avanzadas de separación de errores (shearing techniques), mejorando así los métodos clásicos y alcanzando incertidumbres más bajas. Las técnicas de shearing, consistentes en aplicar giros angulares relativos específicos entre el generador angular patrón y el instrumento en calibración, permiten, con ayuda de un software específicamente desarrollado en el laboratorio, separar los errores de ambos elementos, y calibrar de forma absoluta ambos sistemas, sin recurrir a ningún patrón externo.

Para la diseminación de la unidad, el laboratorio utiliza el generador angular absoluto junto a autocolimadores fotoeléctricos de doble eje, con resolución de 0,006” e incertidumbre inferior a 0,1”, con los que calibra mesas giratorias, autocolimadores, codificadores angulares, polígonos ópticos, pentaprismas y otros patrones angulares pertenecientes a laboratorios acreditados y empresas.

Autocolimadores fotoeléctricos

Son instrumentos medidores de pequeños ángulos, con gran resolución y exactitud (típicamente menor de 0,1’’), aunque de pequeño rango de medida (típicamente < 2’). Pueden medir en uno o dos ejes perpendiculares entre sí, llamados ejes X e Y del autocolimador.

Su calibración se realiza empleando el generador angular absoluto y un espejo. Para la calibración de autocolimadores puede emplearse la técnica de shearing que permite alcanzar incertidumbres más bajas que siguiendo los métodos tradicionales.

Autocolimadores fotoeléctricos

Bloques patrón angulares

Los bloques patrón angulares son patrones que materializan el ángulo plano entre sus dos caras. Empleando el generador angular absoluto y un autocolimador se determina el ángulo entre las perpendiculares a las caras de medida, en el centro de éstas.

Bloques patrón angulares

Polígonos ópticos

Son patrones de forma prismática que materializan entre sus caras un ángulo plano uniforme a, resultante de dividir los 360° del circulo entre el número n de caras; es decir, a = (360/n)°, con n comprendido entre 3 y 36. El ángulo entre las caras se determina mediante un autocolimador fotoeléctrico.

Polígonos ópticos

Codificadores angulares

Son dispositivos opto-electro-mecánicos que convierten la posición angular del eje de giro al que se encuentran acoplados, en un código digital. Se usan en aplicaciones en las que se requiere exactitud de posicionado angular, como es el caso de las mesas giratorias de las máquinas de medición por coordenadas y las máquinas herramienta, o de los robots utilizados en las industrias de fabricación avanzada. Se calibran por comparación con el generador angular absoluto.

Codificadores angulares

 

 

 

 

Área
Longitud e ingeniería de precisión
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Mª Mar Pérez: mmperezh@cem.es

Última actualización: 09/05/2022