¿Qué son los Medidores de Longitud?
Una máquina de medir longitudes es, como su nombre indica, un dispositivo para medir longitudes.
Hoy en día, la longitud se define como la distancia recorrida por la luz en una unidad de tiempo, en función de la velocidad de la luz. Los métodos de medición de la longitud se distinguen entre métodos directos e indirectos.
- Método Directo
Se trata de un método de medición de la longitud que consiste en compararla con una longitud estándar, una escala o un baremo utilizando herramientas de medición de uso común, como una regla, una cinta métrica, un calibre o un micrómetro. - Método Indirecto
Se trata de un método de medición de la longitud mediante otras magnitudes físicas relacionadas con la longitud o mediante métodos eléctricos u ópticos.
En muchos casos, la longitud puede medirse utilizando el método directo, pero en el caso de estructuras largas u objetos microscópicos del orden de las micras, se utiliza el método indirecto porque es difícil preparar una longitud estándar (escala). Los métodos indirectos también se utilizan cuando el objeto tiene una forma compleja, es inaccesible o no se puede tocar.
Usos de los Medidores de Longitud
Los medidores de longitud se utilizan en diversos campos, pero hay que elegir el más adecuado para cada aplicación.
- De unos pocos milímetros a varias decenas de milímetros y lo suficientemente grandes como para caber en la palma de la mano o sobre una mesa: reglas y calibres.
- Algo más grandes y largos, de varios cientos de milímetros a varios metros: cinta métrica, etc.
- Elementos con una precisión de acabado del orden de las micras, cuyo resultado puede observarse al microscopio: micrómetro.
- Distancias de varios metros a varias decenas de metros sobre el terreno: métodos ópticos (triangulación, medición de longitud por láser).
- Medición de irregularidades finas en productos industriales de precisión, como lentes u obleas de semiconductores: interferometría láser.
Además, se aplican tecnologías como la tomografía computarizada por rayos X para medir el interior de objetos inaccesibles por la luz o el estilete. Además, la industria nanotecnológica requiere mediciones a nivel nanométrico, que se miden con métodos en los que se aplica la microscopía electrónica de barrido. Como aplicación práctica, también se están desarrollando métodos de medición de longitud basados en el análisis de imágenes, como el reciente desarrollo de aplicaciones de medición de longitud a partir de cámaras de smartphones.
Principio de los Medidores de Longitud
La definición de un metro es “la longitud que recorre la luz en el vacío en 1/299.792.458 de segundo”. El prototipo de metro basado en esto es el estándar para la longitud. En principio, el método directo es una comparación con este prototipo métrico.
Un principio de medición basado en la definición de longitud consiste en medir el tiempo de vuelo (ToF) de la luz. Debido a la altísima velocidad de la luz, se requiere una sofisticada tecnología electrónica. En la actualidad, muchos instrumentos de tipo láser (ToF) emplean habitualmente un método de medición basado en la diferencia de fase entre la luz incidente de intensidad modulada y la luz reflejada.
Por definición, éste es el comportamiento de la luz en el vacío, por lo que en la práctica se requiere una corrección para el índice de refracción del aire. La interferometría láser utiliza el fenómeno de interferencia entre haces láser.
Analizando las franjas de interferencia producidas cuando la luz reflejada por la superficie de referencia y la luz reflejada por la superficie de medición para la misma radiación láser interfieren entre sí, se puede medir la distancia de la superficie de medición con respecto a la superficie de referencia en el orden de nm. A modo de ejemplo, se muestran algunos instrumentos de medición de longitud, pero existen muchos métodos.
Otra Información sobre Medidores de Longitud
1. Cómo Utilizar los Medidores de Longitud
La máquina horizontal de medición de longitudes utilizada en muchas máquinas de medición de longitudes consta de una bancada, una mesa alternativa con una escala patrón incorporada que se mueve sobre la bancada, un microscopio de medición para observar la escala patrón, una superficie de medición sobre la que se coloca la probeta bajo una fuerza de medición constante y una mesa de medición que soporta la probeta que se va a medir. Se conocen dos tipos de medidores de longitud horizontal: los que satisfacen el principio de Abbe y los que satisfacen el principio de Eppenstein.
En los medidores de longitud horizontal con una estructura que satisface el principio de Abbe, la medición se lleva a cabo colocando el eje de medición de la probeta y la cara de la escala de la escala estándar en la misma línea recta, de modo que se pueden ignorar los errores de medición debidos a la desviación angular del eje de medición de la mesa reciprocante basada en la falta de rectitud de la cama.
Por otra parte, en los medidores de longitud horizontales con una estructura que satisface el principio de Eppenstein, la medición se lleva a cabo para eliminar los errores de medición debidos a la falta de rectitud de la bancada configurando la distancia focal de la lente del objetivo para la escala estándar de modo que sea igual a la distancia entre el eje de medición de la muestra y la escala estándar cuando están separadas, y colocando ópticamente el plano focal de la lente en la escala estándar. La medición se realiza colocando ópticamente el plano focal de la lente sobre la escala patrón.
2. Medidores de Longitud por Láser
Los medidores de longitud por láser emiten un rayo láser sobre un objeto de prueba y utilizan la luz reflejada para medir la distancia del objeto de prueba. Los medidores de longitud por láser se denominan “Sensores de Desplazamiento” o “Sensores de Distancia”, dependiendo de la distancia a medir.
- Sensor de Desplazamiento
Máquinas de medición de longitudes que miden distancias cortas (de decenas a centenares de milímetros) en micras. - Sensores de Distancia
Se trata de máquinas de medición de longitud que miden distancias largas (de varios milímetros a varios metros) en milímetros.
Los dos métodos de medición conocidos para los Medidores de Longitud mencionados son los métodos de triangulación y de tiempo de vuelo (ToF).
Triangulación
Se trata de un método de medición que utiliza el principio de triangulación basado en la luz reflejada, y consiste en un medidores de longitud con un elemento emisor de luz y un elemento receptor de luz. Como elemento emisor de luz se utiliza un láser semiconductor. En el método de medición, un haz láser enfocado desde el láser semiconductor a través de una lente de proyección se irradia sobre la muestra. Parte de la reflexión difusa de la luz láser irradiada sobre el objeto de ensayo forma una imagen puntual en el elemento receptor de luz a través de la lente receptora de luz. El desplazamiento de la muestra puede medirse detectando y calculando la posición de la imagen puntual.
Un sistema que utiliza un elemento receptor de luz CMOS (Complementary Metal Oxide Semi-conductor) se denomina sistema CMOS, mientras que un sistema que utiliza un elemento receptor de luz CCD (Charge Coupled Device) se denomina CCD. El método CCD utiliza un CCD (Charge Coupled Device) como elemento receptor de luz.
Tiempo de vuelo (ToF)
Este método mide la distancia midiendo el tiempo que tarda la luz irradiada en reflejarse en la muestra y ser recibida por el elemento receptor de luz. Existen dos métodos conocidos: el método de distancia por diferencia de fase, que utiliza la diferencia de fase entre las longitudes de onda emitidas y recibidas, y el método de propagación de impulsos, que emite un haz láser con una anchura de impulso fija.