METROLOGÍA Y NORMALIZACIÓN TEMA METROLOGÍA ÓPTICA E INSTRUMENTACIÓN

1. METROLOGÍA
ÓPTICA E
INSTRUMENTACIÓN
BÁSICA
METROLOGIA Y NORMALIZACION
UNIDAD 3

2. Contenido
UNIDAD 3. METROLOGÍA ÓPTICA E INSTRUMENTACIÓN
BÁSICA...................................................................................................... 2
·INTRODUCCION.................................................................................... 2
3.1.- Introducción A La Óptica........................................................... 3
3.2.- Óptica Geométrica...................................................................... 4
3.3.- Óptica Física.................................................................................. 5
3.4.- Diferencia, Ventajas Y Desventajas De Instrumentos
Analógicos Y Digitales........................................................................ 6
3.5.- Instrumentos Ópticos................................................................ 8
3.6.- Instrumentos Mecánicos......................................................... 10
3.7.- Medidores De Presión............................................................... 12
3.9.- Medidores De Esfuerzo Mecánico........................................ 16
3.10.- Medidores De Dureza.............................................................. 18
3.11.- Instrumentos De Medición Por Coordenadas (X, Y, Z). 21
·CONCLUSION....................................................................................... 22
·BIBLIOGRAFIA..................................................................................... 23

3. INTRODUCCIÓN
La metrología óptica es una rama especializada de la metrología que se ocupa de la
medición de cantidades relacionadas con la luz y sus propiedades. Esta disciplina
despliega una amplia variedadde técnicas y métodos para cuantificar aspectos como
la longitud de onda, la intensidad lumínica, la polarización y la dispersión, entre otros.
Su importancia radica en su aplicación en campos tan diversos como la óptica de
precisión, la investigación en cienciasde los materiales y la fabricación de dispositivos
ópticos.
La metrología óptica y su instrumentación básica son fundamentales para garantizar
mediciones precisasy confiables en el ámbito de la luz y la óptica.Estos instrumentos,
desde espectroscopios hasta autocollimators, juegan un papel esencial en diversas
aplicaciones industriales, científicas y tecnológicas, contribuyendo al avance y control
de sistemas ópticos en un amplioespectro de disciplinas.

4. 3.1 Introducción A La Óptica
La parte de la física que estudia la luz recibe el nombre de óptica. La luz estaba considerada, hasta la
mitad del siglo XVII como una corriente de corpúsculos. Huygens fue el primero en afirmar que la luz
era una onda: suponía que era un movimiento ondulatorio de tipo mecánico (como el sonido) que se
propaga en un supuesto medio elástico que llena todo y que se conocía con el nombre de éter.
Maxwell, en 1873, contribuyó decisivamente a la teoría ondulatoria demostrando que la luz no era otra
cosa que una onda electromagnética.
a óptica es la ciencia de controlar la luz. La luz
es parte de un tipo de energía llamada
“radiación electromagnética” (EM). La luz es la
parte de las ondas EM que podemos ver y
forma los colores del arcoíris. La luz (viaja a
300 000 km/seg) es una onda
electromagnética, esto significa que es una
combinación de una onda eléctrica y una onda
magnética (y una onda electromagnética viaja
a la velocidad de la luz).

5. 3.2.- Óptica Geométrica
La óptica geométrica usa la noción de rayo luminoso; es una aproximación del
comportamiento que corresponde a las ondas electromagnéticas (la luz) cuando
los objetos involucrados son de tamaño mucho mayor que la longitud deonda
usada; ello permite despreciar los efectos derivados de la difracción,
comportamiento ligado a la naturaleza ondulatoria de la luz. Snell: ángulos de
índice (i) y de refracción (r) entre dos medios, estos ángulos se miden con
respecto al vector normal a la superficie entre los medios.
·Rayos luminosos.- El concepto básico con que opera la óptica geométrica es el
rayo luminoso, que, como veremos, da solo una descripción aproximada del
camino que la luz sigue en el espacio, pero para muchos fines prácticos esa
aproximación es suficiente.

6. Se llama reflexión al rechazo que experimenta la luz cuando incide sobre una determinada
superficie. Toda superficie que tenga la propiedad de rechazar la luz que incide en ella se
llama superficie reflectora; lo contrariode una superficie reflectora es una superficie
absorbente; estas superficies capturan la luz que incide sobre ellas transformándola en
otras formas de energía, generalmente energía calorífica. La reflexión se produce de
acuerdo con ciertas leyes que llamamos leyes de la reflexión. Para enunciarlas, haremos uso
de los conceptos de rayo incidente, normal, rayo reflejado, ángulo de incidencia y ángulo de
reflexión.
LAS LEYES DE REFLEXIÓN

7. La óptica física es la rama de la óptica que toma la luz como una onda y explica algunos
fenómenos que no se podrían explicar tomando la luz como un rayo. Estos fenómenos son:
Difracción: es la capacidad de las ondas para cambiarla dirección alrededor de obstáculos
en su trayectoria, esto se debe a la propiedad que tienen las ondas de generar nuevos
frentes de onda.
Polarización: es la propiedad por la cual uno o más de los múltiples planos en que vibran
las ondas de luz se filtra impidiendo su paso. Esto produce efectos como eliminación de
brillos
3.3.- Óptica Física

8. En la fig. 2.1.8 hacemos un estudio de la
interferencia de las ondas luminosas que pasan a
través de dos rendijas. En la fig. 2.1.8 aparece
primero una fuente puntual. Están representados,
en dicha figura, los distintos frentes de onda
propagándose hasta encontrar a las dos rendijas
que se comportan, de acuerdo con las
propiedades de las ondas, como dos fuentes
puntuales emitiendo en fase.
En la fig. 2.1.8 B hemos trazado un eje por el punto
medio entre las dos fuentes F2 y F3, que corta a
la pantalla en el punto 0. La distancia que las
ondas luminosas tienen que recorrer desde F2 a
0 y desde F3 a 0 son las mismas; por lo tanto, en
la pantalla siempre habrá un máximo de luz
asociado a ese punto, ya que las ondas llegan en
concordancia de fase.

9. 3.4.- Diferencia, Ventajas Y Desventajas De
Instrumentos Analógicos Y Digitales
La diferencia entre un instrumento analógico y uno digital en la
metrología óptica esta en la forma de mostrar los resultados,
típicamente con display de aguja los analógicos y con display
numéricos los digitales. Los analógicos tienenel problema de la
faltade linealidad de las agujas(llevan resortes) y los digitales, que
utilizan el mismo tipo de sensor que los analógicos, convierten la
señal de medida (típicamente voltaje o corriente) a valores
digitales a travésde convertidores analógico-digital. La ventaja de
los digitalesviene cuando la medida requierede un cálculo, el cual
es mucho más fácil de realizar en un instrumento digital, pues
puede llevar microprocesadores que se encarguen de esa tarea.

10. Instrumento Analógico
La señal procesada cambia continuamente con la variable que esta midiendo. Su ventaja es que
es más rudimentario y es de bajo costo.
·Desventajas:
a)Tienen poca resolución, típicamente no
proporcionan más de 3 cifras.
b)El error de paralaje limita la exactitud a ± 0.5% a
plena escala en el mejor de los casos.
c)Las lecturas se presentan a errores graves cuando
el instrumento tiene varias escalas.
d)La rapidez de lectura es baja, típicamente 1 lectura/
segundo.
e)No pueden emplearse como parte de un sistema
de procesamiento de datos de tipo digital.
Ventajas:
a)Bajo Costo.
b)En algunos casos no requieren de energía de
alimentación.
c)No requieren gran sofisticación.
d)Presentan con facilidad las variaciones cualitativas
de los parámetros para visualizar rápidamente si el
valor aumenta o disminuye.
e)Es sencillo adaptarlos a diferentes tipos de escalas
no lineales.

11. Instrumento Digital
La señal procesada es discreta, su ventaja es que es fácil de leer el resultado del instrumento y
la fácil capacidad de interactuar el resultado con la computadora.
Desventajas:
a)El costo es elevado.
b)Son complejos en su construcción.
c)Las escalas no lineales son difíciles de introducir.
d)En todos los casos requieren de fuente de
alimentación.
Ventajas:
a). Tienen alta resolución alcanzando en algunos
casos mas de 9 cifras en lecturas de frecuencia y una
exactitud de + 0.002% en mediciones de voltajes.
b). No están sujetos al error de paralelaje.
c). Pueden eliminarla posibilidad de errores por
confusión de escalas.
d). Tienen una rapidez de lectura que puede
superarlas 1000 lecturas por segundo.
e). Puede entregar información digital para
procesamiento inmediato en computadora.

12. ·: Las aplicaciones de estos aparatos están destinadas fundamentalmente a la
medición de longitudes, pero su campo de medición es más reducido
empleándose en consecuencia para la medición de piezas relativamente
pequeñas, reglas, herramientas, etc.
Algunos de los usos que le hemos dado y convertido en herramientas son:
·Lentes de contacto
·Fotocopiadoras
·Microscopios y lupas
·Proyectores
·Reproductores de cd
·Rayos X
·Laser (Luz Amplificada por Efecto
de Radiación Estimulada)
3.5.- Instrumentos Ópticos

13. Las mediciones del perfil proyectado pueden hacerse sobre la pantalla con reglas graduadas,
teniendo en cuenta el aumento de la imagen. Las mediciones regulares se realizan con
transportadores graduados de material transparente.
·LUPAS: Permite que el ojo vea una imagen según el ángulo visual mayor que el ángulo con el
que vería el objeto sin su intermedio. La relación entre los dos ángulos representa el aumento
angular.
·TELESCOPIOS: Los telescopios astronómicos se dividen en reflectores y refractores. Un
refractor puede construirse mediante2 lentes sencillas, en forma parecidaa un microscopio
compuesto.

14. CAMARAS FOTOGRAFICAS:
Las cámaras fotográficas se parecen a cierto modo al ojo en algunos detalles,
proporcionando como el ojo, una imagen real e invertida de los objetos. La cámara
requiere de un concurse de un fotómetro para guardar adecuadamente la abertura.

15. Son los instrumentos de medición que deben ser manipulados físicamente por el inspector.
Los dispositivos mecánicos pueden ser de pasa-no pasa o variables.
Dicho tipo de instrumentos están constituidos por todos aquellos que se valer de una
medición directa a través de un mecanismo, que nos permita tomar la lectura del valor
directamente de dicho instrumento, tales como:
Micrómetros
Vernier
Durómetros
Indicadores de carátula
Palpadores
Tensiómetros
3.6.- Instrumentos Mecánicos

16. Tipos
APARATOS OPTICOS PARA LA MEDICION DE LA RUGOSIDAD: Se reservan generalmente
para uso de los laboratorios y salas de metrología, por la delicadeza de su manejo.
BANCOS PARA MEDIR Ó MAQUINAS PARA MEDIR LONGITUDES: Estas maquinas están
destinadas fundamentalmente a la medición de longitudes, aun cuando mediante accesorios
adecuados pueden algunas de ellas utilizarse también para mediciones angulares.
BLOQUES PATRON: Estas herramientas se usan para efectuar operaciones de calibración, de
precisión y para calibrar otras herramientas de medición.
COMPARADORES: Son amplificadores que permiten efectuar la medición de una longitud por
comparación, después de ser calibrada.
COMPARADORES DE AMPLIACION MECANICA: También conocidos como comparadores de
contacto como los tipos más corrientes son los de: o Ampliación por engranes o Ampliación
por palanca.
COMPARADORES UNIVERSALES: Debido a su reducción de tamaño y a la disposición de su
palpador, permite mediciones en lugares difíciles e incluso imposible para los comparadores
normales.

17. Tipos
MEDIDOR DE ANILLOS EN EQUILIBRIO: Es un medidor del momento de torsión radial
que utiliza un cuerpo anular hueco para convertir la presión diferencial correspondiente
a una diferencial en la presión estática, en la rotación que se trasmite al registrador o
indicador.
MANOMETRO: El manómetro que más se usa es el de tipo de tubo en U, lleno
parcialmente de líquido apropiado. Es usado para medir presiones, fluidos en
condiciones de estado estacionario.
MICROSCOPIO DE MEDICION: Se emplean en consecuencia para la medición de
piezas relativamente pequeñas, galgas, herramientas, etc.
NIVELES: Las reglas de borde recto y las escuadras se utilizan para inspeccionar
superficies planas y ángulos rectos:
MICROMETRO
CALIBRADORES

18. 3.7.- Medidores De Presión
La presión es uno de los parámetros más importantes en tuberías de procesos y se
define como la cantidad de fuerza ejercida por unidad de área, la cual puede ser
medida por diferentes áreas (tabla 1).
La presión atmosférica (que varia según la altura y siendo de un atmosfera a nivel del
mar) la cual sumada a ala presión relativa (también llamada manométrica) nos da un
valor de presión absoluta.

19. La presión manométrica, como su nombre lo indica es medida con un
manómetro. Algunos tipos de nanómetros son:
Manómetro de tubo abierto: consta de un tubo en u o
inclinado en el cual se introduce un líquido como el mercurio
el tubo se encuentra graduado indicando la presión leída.
Manómetros tipo Bourdon: consta de una caratula graduada
y una aguja indicadora articulada a un tubo de metal flexible,
curvo y plano el cual al ser sometido a presión tiende a
enderezarse haciendo que la aguja se mueva e indique la
presión, tiene una precisión de que va de 1% a 3%.
Manómetro de pistón: consta de un pistón unido a la presión
del sistema un resorte desbalanceador, aguja y caratula
graduada. Al incrementarse la presión el pistón se mueve
ejerciendo una fuerza contra el resorte desbalanceador, lo
que ocasiona que la aguja se mueva indicando la lectura en
la caratula.

20. Manómetro de diafragma: está formado por una lámina o
diafragma la cual transfiere la distorsión a una aguja la cual
muestra la lectura indicada.
Manómetro de fuelle: utiliza como medio elástico un fuelle
metálico el cual recibe la fuerza proveniente de un líquido lo
que hace que se estire transmitiendo el movimiento a una
aguja indicando en una caratula la presión indicada.

21. 3.8.- Medidores De Torsión.
La torsión se refiere a la acción de torcer algo, en este sentido, se trata del
resultado del momento de fuerza, es decir, la fuerza aplicada, sobre un eje
sólido de configuración prismática.
Estos aparatos son elementos de precisión capaces de determinar el nivel de
torsión óptimo de un eje longitudinal según las características que se desean
que este aporte al sistema del cual es parte. Los medidores de torsión también
son llamados medidores de ángulo de rotación ya que la intención de torcer un
elemento es justamente hacerle rotar sobre su propio eje.

22. .Medidor de torsión imantado. Es muy similar a la de los medidores con cabezal para
torquímetro. La diferencia es que este se acopla al cabezal de pernos y tornillos mediante
imanes.
Medidor de torsión Digital. Generalmente tienen un tamaño más compactoOcupan un
módulo central donde se ubica una pantalla LCD retro iluminada con un panel de control
que permite variar entre sus diferentes configuraciones.
Mediciones de los medidores de torsión. Los medidores de torsión son aquellos que
miden la deflexión de un elemento, además de ver los límites máximos de torsión que este
elemento puede soportar.
El principal uso dado a estos medidores es el da aplicación de apriete angular en lo tornillos de
ajuste de la tapa de cilindros o culata del motor.

23. Se denomina dinamómetro a un instrumento utilizado para
medir fuerzas.
Estos instrumentos constan de un muelle, generalmente
contenido en un cilindro que a su vez puede estar introducido
en otro cilindro. El dispositivo tiene dos ganchos o anillas, uno
en cada extremo. Los dinamómetros llevan marcada una
escala. Se toma la goma por cada extremo y intentamos
aplastarla.
Sugiere la utilización de dispositivos diseñados para medir y
cuantificar fuerzas y tensiones en objetos o estructuras
mecánicas.
3.9.- Medidores De Esfuerzo
Mecánico

24. Dentro del esfuerzo mecánico existen dos fenómenos
fundamentales:
Deformación: cuando una barra recta se le aplica un esfuerzo de
tensión, la barra se alarga. El grado de alargamiento recibe el nombre
de deformación, y se define como el alargamiento producido por unidad
de longitud de la barra.
• Elasticidad: La elasticidad es la propiedad por la cual un material
puede recobrar su forma y dimensiones luego de ser sometida a un
esfuerzo, cuando se pasa cierta carga de esfuerzo, el material denota
deformación, quedando por ejemplo para el caso de la tensión, un poco
mas largo y un poco mas estrecha.
Algunos de los medidores de esfuerzos mecánicos comúnmente utilizados
Strain Gauges (Extensómetros)
Celdas de Carga
Tacómetros de Torsión
Transductores de Presión
Sensores de Fuerza
Extensómetros Ópticos

25. Un durómetro o medidor de dureza en metales es un aparato que mide la dureza
de los materiales, existiendo varios procedimientos para efectuar esta medición.
El medidor de dureza de metales se aplica una fuerza normalizada sobre un
elemento penetrador, también normalizado, que produce una huella sobre el
material. En función del grado de profundidad o tamaño de la huella, obtendremos
la dureza
Los medidores de dureza son instrumentos diseñados para evaluar la resistencia
de un material a la penetración, deformación o rayado. La dureza es una
propiedad mecánica clave que proporciona información valiosa sobre la calidad,
resistencia y durabilidad de los materiales.
3.10.- Medidores De Dureza

26. Algunos de los medidores de dureza más comúnmente utilizados:
Dureza Brinell: Este método implica presionar una bola de acero
endurecido o una punta de diamante en la superficie del material y
medir el diámetro de la huella resultante. La dureza Brinell se expresa
como la carga aplicada dividida por el área de la huella. Es
comúnmente utilizado para evaluar la dureza de metales y aleaciones.
Dureza Vickers: Similar al método Brinell, pero en lugar de una bola, se
utiliza una pirámide de diamante para realizar la indentación. La dureza
Vickers se calcula dividiendo la carga aplicada por el área de la huella.
Este método es ampliamente utilizado para metales y cerámicas.
Dureza Rockwell: Este método mide la profundidad de la penetración
de una punta cónica o esférica de diamante en el material bajo una
carga específica. Se utilizan diferentes escalas según la dureza del
material. El resultado se expresa en una escala de dureza Rockwell,
siendo valores más altos indicativos de mayor dureza.

27. Dureza Shore: Utilizado principalmente en polímeros y elastómeros, el
medidor de dureza Shore mide la resistencia a la penetración de una
punta cónica en el material. La dureza Shore se expresa en una escala
que varía según el tipo de material, como Shore A para materiales
blandos y Shore D para materiales más duros.
Dureza Knoop: Similar al método Vickers, pero con una punta de
diamante más alargada en forma de rombo. Este método se utiliza para
materiales frágiles o delgados y proporciona una medida precisa de la
dureza en microescalas.

28. La Máquina de Medición por Coordenadas (MMC) puede
ser definida como "una máquina que emplea tres
componentes móviles que se trasladan a lo largo de
guías con recorridos ortogonales, para medir una pieza
por determinación de las coordenadas X, Y y Z de los
puntos de la misma con un palpador de contacto o sin él
y sistema de medición del desplazamiento (escala), que
se encuentran en cada uno de los ejes".
La CMM puede efectuar diferentes tipos de medición
como: dimensional, posicional, desviaciones geométricas
y mediciones de contorno.
3.11.- Instrumentos De Medición
Por Coordenadas (X, Y, Z)

29. Las máquinas de medir por coordenadas (MMC) se utilizan para las siguientes aplicaciones:
Control de la correspondencia entre un objeto físico con sus especificaciones teóricas
(expresadas en un dibujo o en un modelo matemático) en términos de dimensiones, forma,
posición y actitud.
Definición de características geométricas dimensionales (dimensiones, forma, posición y
actitud) de un objeto, por ejemplo un molde cuyas características teóricas son
desconocidas.

30. CONCLUSIÓN
En conclusión, la metrología óptica y su instrumentación básica desempeñan un papel crucial
en diversos campos científicos, tecnológicos e industriales al proporcionar las herramientas
necesarias para medir con precisión y confiabilidad una amplia gama de propiedades
relacionadas con la luz y la óptica. La importancia de estas disciplinas radica en su capacidad
para avanzar en la investigación, desarrollo y fabricación de dispositivos ópticos de alta
precisión, así como en su impacto en áreas como la ciencia de materiales y la tecnología de la
información. Los espectroscopios son esenciales para descomponer la luz en sus
componentes espectrales, permitiendo el análisis detallado de la distribución de la intensidad
lumínica en función de la longitud de onda. Esta capacidad no solo es crucial en la investigación
científica, sino también en la fabricación de dispositivos ópticos avanzados, donde la
comprensión precisa del comportamiento espectral es esencial.

31. BIBLIOGRAFIA
3.1.- INTRODUCCIÓN A LA ÓPTICA. (2012, October 26). TODO INGENIERIA INDUSTRIAL.
https://todoingenieriaindustrial.wordpress.com/metrologia-y-normalizacion/3-1-introduccion-a-la-
optica/
Introduccion. (n.d.). https://webs.um.es/jmz/DiseGrafSimula/alumnos_08_09/morales/Introduccion.html
3.2.- ÓPTICA GEOMÉTRICA. (2012, October 27). TODO INGENIERIA INDUSTRIAL.
https://todoingenieriaindustrial.wordpress.com/metrologia-y-normalizacion/3-2-optica-geometrica/ • M,
K. Y. (n.d.). 3.2.- ÓPTICA GEOMÉTRICA. prezi.com. https://prezi.com/kaugz3o70awh/32-optica-
geometrica/
3.3.- ÓPTICA FÍSICA. (2012, October 27). TODO INGENIERIA INDUSTRIAL.
https://todoingenieriaindustrial.wordpress.com/metrologia-y-normalizacion/3-3-optica-fisica/
Osbourne, A. S. (n.d.). 3.3 óptica física. prezi.com. https://prezi.com/oqkg-eryrrtg/33-optica-fisica/
3.4.- DIFERENCIA, VENTAJAS y DESVENTAJAS DE INSTRUMENTOS ANALÓGICOS y DIGITALES. (2012,
October 27). TODO INGENIERIA INDUSTRIAL.
https://todoingenieriaindustrial.wordpress.com/metrologia-y-normalizacion/3-4-diferenciaventajas-y-
desventajas-de-instrumentos-analogicos-y-digitales/
Instrumentos de Medición Análogos Vs. Digitales Diferencias, ventajas y desventajas - Herramental.
(n.d.). https://www.herramental.com.mx/post/instrumentos-de-medicion-analogos-vs-digitales-
diferencias-ventajas-ydesventajas