光學(xué)平臺選型指南
2023-08-07
光學(xué)平臺設(shè)置有隔振裝置,可保證光學(xué)平臺及其表面設(shè)備整體不受空調(diào)、熱泵及公鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)等各種環(huán)境振動因素的干擾,使實(shí)驗(yàn)或測量正常進(jìn)行
因此光學(xué)平臺非常適用于對振動敏感對的精密實(shí)驗(yàn)或測量場景,廣泛應(yīng)用于光學(xué)、電子、精密機(jī)械制造、精密化工和無損檢測等各領(lǐng)域。
目前市場上的光學(xué)平臺一般分為阻尼隔振光學(xué)平臺和氣浮隔振光學(xué)平臺兩種,由工作臺面和隔振支撐腿組成。其中,較高端的光學(xué)平臺的工作臺面采用蜂窩粘接結(jié)構(gòu),輕便而剛性高,隔振支撐腿分為阻尼隔振和氣浮隔振兩種。不同類型光學(xué)平臺的典型性能參數(shù)及選型指南見下表。


工作臺面
較高端的工作臺面一般采用三層夾心式蜂窩粘接結(jié)構(gòu),由高密度蜂窩孔組成。蜂窩結(jié)構(gòu)顯著提高了光學(xué)平臺的動態(tài)剛度,臺面的固有振動頻率高,受周圍環(huán)境振動及干擾影響小,具有更出色的振動衰減功能,同時(shí)又不會顯著增加光學(xué)平臺的重量。
工作臺表面(上臺面)采用高導(dǎo)磁不銹鋼板,臺面內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)采用鋼板蜂窩粘接而成,底板(下底面)采用優(yōu)質(zhì)碳鋼板。全鋼結(jié)構(gòu)使材料具有相同的熱膨脹系數(shù),避免了溫度循環(huán)下的內(nèi)應(yīng)力聚集,確保了最佳的熱穩(wěn)定性能。
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1.工作表面
采用5-6 mm厚的SUS430(1Cr17) 高導(dǎo)磁鎳合不銹鋼,表面做精密磨削和密迪紋亞光處理,可獲得良好的平面度和表面粗糙度的同時(shí)避免臺面反光,臺面上均布標(biāo)準(zhǔn)孔距25 mm的 M6 螺紋孔。
2.內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)
采用厚度0.28 mm不銹鋼板通過高抗拉強(qiáng)度的環(huán)氧樹脂膠蜂窩粘接而成,大大提高了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度(高抗拉、高抗剪和高抗剝離強(qiáng)度等),減小了重量。粘接平臺的每個(gè)螺紋孔下面都粘合了一個(gè)密封杯,防止實(shí)驗(yàn)過程中化學(xué)物或異物進(jìn)入工作臺內(nèi)部,易于清理。
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3.側(cè)面圍板
內(nèi)層材質(zhì)為碳鋼板,與蜂窩內(nèi)芯直接連接且熱膨脹系數(shù)一致,確保了結(jié)構(gòu)完整性并防止在溫度循環(huán)條件下內(nèi)應(yīng)力聚集。外層材質(zhì)為黑色鋁塑板,四個(gè)角用不銹鋼板進(jìn)行包角處理,整體美觀實(shí)用。
4.底板
采用5 - 6 mm厚的碳鋼板,與蜂窩內(nèi)芯直接連接且熱膨脹系數(shù)一致,確保了結(jié)構(gòu)完整性并防止在溫度循環(huán)條件下內(nèi)應(yīng)力聚集。碳鋼板內(nèi)部做防銹處理,表面做噴黑塑處理。
5.臺面尺寸及尺寸結(jié)構(gòu)定制
市場上的標(biāo)準(zhǔn)阻尼和氣浮隔振光學(xué)平臺一般覆蓋從900 mm × 600 mm到4000 mm × 1500 mm等各尺寸,同時(shí)也可定制特殊尺寸、拼接平臺、異型平臺或無磁平臺等。
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隔振支撐腿
市面一般常見兩種光學(xué)平臺支撐腿:阻尼隔振支撐腿和氣浮隔振支撐腿,目前還出現(xiàn)了更先進(jìn)的氣動圓形獨(dú)立支撐腿。
1.阻尼隔振支撐腿
支撐腿的上、下部分采用高隔振性能的阻尼橡膠材料,提供了良好的隔振效果,適合于低振動環(huán)境或?qū)φ駝硬幻舾械牡挽`敏度實(shí)驗(yàn),符合絕大多數(shù)平臺的應(yīng)用環(huán)境。阻尼隔振支撐腿有如下特點(diǎn):
橫向與縱向穩(wěn)定性佳
高負(fù)載能力
手動調(diào)平
固有頻率:垂直方向6.0 - 10.0 Hz,水平方向3.0 - 8.0 Hz
2.氣浮隔振支撐腿
支撐腿采用雙腔阻尼空氣彈簧技術(shù),需要連續(xù)供應(yīng)壓縮氣體,使氣動彈簧產(chǎn)生縱向阻尼。平臺由腔室中的氣壓支撐,兩個(gè)腔室之間的氣流可有效隔離地面和平臺之間的振動,顯著減少調(diào)平穩(wěn)定時(shí)間。通過優(yōu)化腔室體積比,支撐腿的阻尼性能更好,共振頻率低,適用于振動敏感型應(yīng)用,以及處于振動明顯環(huán)境下的光學(xué)應(yīng)用,如在會產(chǎn)生橫向和縱向振動的較高樓層做實(shí)驗(yàn)。氣浮隔振支撐腿有如下特點(diǎn):
縱向和橫向隔振效果佳
縱向和橫向穩(wěn)定性佳
自動調(diào)平
固有頻率:垂直方向1.0 - 2.0 Hz,水平方向1.0 - 2.0 Hz
3.氣動圓形獨(dú)立支撐腿
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氣動圓形獨(dú)立支撐腿是高性能光學(xué)平臺支撐,具有目前最好的隔振效果和易用性。氣動圓形獨(dú)立支撐腿采用兩腔室系統(tǒng)設(shè)計(jì),包括氣體腔室和阻尼腔室,以保證固有振動頻率控制在較低程度,最大限度地提高隔離帶寬和穩(wěn)定性。
氣體腔室由輕薄的隔膜和活塞組成,將腔室和隔膜的形狀及大小最優(yōu)化,可開發(fā)出固有振動頻率極低的隔振系統(tǒng),垂直共振頻率低至1 Hz。隔膜不但能夠隔離垂直方向的振動,還能與活塞內(nèi)的三線擺一同隔離水平方向的振動。
對于在光學(xué)儀器和光學(xué)臺面上施加的外力,或是因負(fù)載移動而引起的光學(xué)臺面移動,氣體腔室和阻尼腔室之間安裝的節(jié)流孔能夠使其迅速衰減,保持光學(xué)平臺的穩(wěn)定。
三個(gè)調(diào)平閥為維持水平狀態(tài)自動調(diào)節(jié)室內(nèi)的壓力,可對不平坦的地面實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償,保持光學(xué)臺面的高度穩(wěn)定。
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主要參數(shù)指標(biāo)及檢驗(yàn)方法
1.平面度
平面度指被測實(shí)際表面相對其理想平面的變動量,一般采用打表測量法和平面尺檢測法測量光學(xué)平臺表面平面度。

2.表面粗糙度
表面粗糙度指加工表面具有的較小間距和微小峰谷的不平度,它屬于微觀幾何形狀誤差。表面粗糙度越小,則表面越光滑。一般采用比較法和粗糙度儀測量光學(xué)平臺表面粗糙度:
比較法:將被測量表面與標(biāo)有一定數(shù)值的粗糙度樣板比較來確定被測表面的粗糙度值的方法;
粗糙度儀檢測法:將粗糙度儀放置在光學(xué)平臺上,讀取測量數(shù)據(jù)。

3.固有頻率和振幅
固有頻率指物體做自由振動時(shí),其位移隨時(shí)間按正弦或余弦規(guī)律變化,振動的頻率或周期與初始條件無關(guān),而僅與系統(tǒng)的固有特性有關(guān)(如質(zhì)量、形狀、材質(zhì)等),通常來說,固有頻率越低,系統(tǒng)的隔振性能就越強(qiáng)。固有頻率還分為水平方向和垂直方向,但通常來說垂直方向的固有頻率對整體隔振性能的影響,起到?jīng)Q定性作用,水平方向的固有頻率指標(biāo)通常用于參考。
一般采用振動測試儀法測量光學(xué)平臺固有頻率,如下圖,將低頻速度傳感器放置在光學(xué)平臺上,用力錘對臺面進(jìn)行敲擊,產(chǎn)生力錘激勵信號和響應(yīng)信號,通過傳感器傳到采集器然后進(jìn)行傳遞函數(shù)分析得到固有頻率。

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