【概述】

高性能臺(tái)面

        臺(tái)面是進(jìn)行許多類型的測(cè)量和過(guò)程的平臺(tái)。它們可以作為不同組件之間的機(jī)械參考(如激光、鏡頭、膠片等)，也可以簡(jiǎn)單地提供一個(gè)安靜的工作表面。頂部通常使用三種結(jié)構(gòu)之一：復(fù)合層壓板，固體材料（花崗巖）或輕質(zhì)蜂窩結(jié)構(gòu)。構(gòu)造的選擇取決于應(yīng)用的類型和大小。

        圖11顯示了一個(gè)典型的層壓結(jié)構(gòu)。這些通常是2到4英寸厚，由鋼和/或復(fù)合材料層環(huán)氧粘合成一個(gè)無(wú)縫不銹鋼鍋的圓角和棱角。板間可使用粘彈性粘合劑，以增強(qiáng)復(fù)合層所提供的阻尼。所有粘合材料的選擇都是為了防止由于熱、濕度或老化而導(dǎo)致組件分層。鐵磁不銹鋼板提供耐腐蝕，耐用的表面，工作良好的磁性?shī)A具。這些臺(tái)面的“標(biāo)準(zhǔn)”尺寸從24平方英寸到6×12英尺，重量可以從100到5000磅。這種結(jié)構(gòu)不能很好地適用于那些需要大量安裝孔（抽頭或其他）的應(yīng)用。鋼與輕量阻尼復(fù)合材料在核心的比例主要取決于頂部的期望質(zhì)量。

 在許多應(yīng)用程序中，沉重的頂部是有益的。它可以降低系統(tǒng)的ZX，其中的引力穩(wěn)定性是一個(gè)問(wèn)題。如果有效載荷是動(dòng)態(tài)的“活躍的”（就像一個(gè)移動(dòng)的舞臺(tái)的顯微鏡），那么增加的質(zhì)量將減少頂部的反應(yīng)運(yùn)動(dòng)。ZH，非常強(qiáng)，及有非常大質(zhì)量的有效載荷的鋼可能需要這種強(qiáng)度。

        花崗巖和固體復(fù)合材料的頂部具有相對(duì)較高的質(zhì)量和剛度，提供適度的阻尼，并且在較小的尺寸上具有成本效益。它們的非磁性性能在許多應(yīng)用中都是理想的，而且它們可以被研磨成精確的表面。安裝到花崗巖表面是困難的，然而，花崗巖是更昂貴和較差的阻尼比大尺寸層壓板頂部。性能ZG的工作臺(tái)面是蜂窩芯工作臺(tái)。

4.1 蜂窩光學(xué)平臺(tái)

        蜂窩芯臺(tái)面因其剛性而非常輕便，適用于需要螺栓固定或較大工作臺(tái)面的應(yīng)用場(chǎng)合。它們可以做成任何尺寸，從邊長(zhǎng)1英尺或幾英寸厚，到5×16英尺，超過(guò)2英尺厚。更大的頂部也可以“連接”成一個(gè)幾乎在大小和形狀上沒(méi)有限制的表面。較小的表面通常被稱為“面包板”，較大的尺寸“光學(xué)頂部”或“光學(xué)平臺(tái)”。蜂窩芯工作臺(tái)Z初是為全息攝影等高精度光學(xué)實(shí)驗(yàn)而開(kāi)發(fā)的。它們的發(fā)展是由于花崗巖表面的限制，花崗巖表面非常沉重和昂貴，在更大的尺寸上，很難安全地安裝物體。我們的目標(biāo)是開(kāi)發(fā)一個(gè)具有花崗巖穩(wěn)定性，但沒(méi)有這些缺點(diǎn)的工作臺(tái)面。

        蜂窩芯臺(tái)面是剛性的，與“工字梁”結(jié)構(gòu)相同的原因。工字梁有一個(gè)垂直的“腹板”，支撐頂部和底部翼緣。由于重量被應(yīng)用到梁上，頂部翼緣受壓，底部翼緣受拉，因?yàn)楦拱灞３至怂麄兊姆蛛x常數(shù)。梁的主要?jiǎng)偠葋?lái)自翼緣的壓縮和擴(kuò)張。腹板還通過(guò)抵抗其平面的切變，有助于剛度。

        同樣的事情也發(fā)生在光學(xué)平臺(tái)中（參見(jiàn)圖12）。平臺(tái)的表面有一個(gè)非常高的阻力被拉伸或壓縮（像工字梁的翼緣）。蜂窩狀的核心是非常抵抗沿其單元的壓縮（服務(wù)相同的作用，工字梁的腹板）。隨著巖心密度的增加（單元尺寸的減?。瑤r心的壓縮剛度和剪切模量增加，與表面的機(jī)械耦合改善——改善了平臺(tái)的性能。

        在熱性能方面，光學(xué)平臺(tái)也比花崗巖表面好得多。由于其金屬結(jié)構(gòu)和非常低的熱容量（由于他們相對(duì)輕的質(zhì)量），蜂窩狀核心平臺(tái)與他們的環(huán)境達(dá)到熱平衡比花崗巖同行快得多。其結(jié)果是減少了工作表面的熱引起的變形。

4.2 光學(xué)平臺(tái)結(jié)構(gòu)

        使用蜂窩式內(nèi)核還有很多其他好處。細(xì)胞的開(kāi)放中 心允許安裝孔陣列被放置在桌子的表面。這些孔可以蓋上，以防止液體污染物進(jìn)入核心和“登記”核心的細(xì)胞。在TMC光學(xué)臺(tái)面施工過(guò)程中，頂部表層面朝下放置在參考面（研磨過(guò)的花崗巖塊）上，環(huán)氧樹(shù)脂、芯材、側(cè)壁、底部表層和阻尼系統(tǒng)建立在其上。整個(gè)組件被夾在一起，用了30噸的力。這迫使頂部表面采取相同的形狀（平面）的精密花崗巖塊。一旦環(huán)氧樹(shù)脂固化，臺(tái)面的表層就能保持整個(gè)表面精確的平整度（通常為±0.005英寸）。

        TMC的專有CleanTop?II設(shè)計(jì)允許核心直接粘到臺(tái)面的頂部和底部的表層。這提高了核心的壓縮剛度，減少了平臺(tái)的熱松弛時(shí)間。用于粘合平臺(tái)的環(huán)氧樹(shù)脂非常堅(jiān)硬而不脆，同時(shí)允許平臺(tái)的熱膨脹和收縮而不影響臺(tái)芯和表層之間的粘合。

        蜂窩芯臺(tái)面也可以由多種材料制成，包括非磁性不銹鋼，用于磁敏感應(yīng)用的鋁，以及用于對(duì)熱穩(wěn)定性要求ZG等級(jí)的應(yīng)用的超級(jí)因瓦。ZH，密封頂部表層孔的單個(gè)杯子（專為TMC的CleanTop?II設(shè)計(jì)）由不銹鋼或尼龍制成，以抵抗廣泛的腐蝕性溶劑。

        光學(xué)平臺(tái)的側(cè)壁也可以由許多材料制成。TMC的一些競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的頂部使用普通的“碎紙板”側(cè)壁，雖然很潮濕，但不是很堅(jiān)固，在搬運(yùn)或潮濕時(shí)很容易損壞。TMC平臺(tái)采用全鋼側(cè)壁結(jié)構(gòu)，帶有限制層阻尼，以提供同等高水平的阻尼和更大的機(jī)械強(qiáng)度。

4.3 蜂窩光學(xué)平臺(tái)性能

        光學(xué)平臺(tái)的性能特點(diǎn)是其靜、動(dòng)剛度。兩者都描述了當(dāng)受到外力作用時(shí)平臺(tái)如何彎曲。第①個(gè)是它對(duì)靜態(tài)負(fù)載的響應(yīng)，而第二個(gè)描述了平臺(tái)的“自由振蕩”。

        圖13顯示了如何測(cè)量一個(gè)平臺(tái)的靜態(tài)剛度。平臺(tái)被放置在一組線接觸支架上。在平臺(tái)的中 心施加一個(gè)力，然后測(cè)量平臺(tái)的撓度。這就給了以μin/lbf （或μm/N）形式的靜態(tài)剛性。這種剛性是由平臺(tái)的尺寸、頂部和底部表層、側(cè)壁、核心的物理特性以及它們?nèi)绾谓M裝而成的。

4.3.1 轉(zhuǎn)角柔度曲線

        動(dòng)態(tài)剛度是測(cè)量一個(gè)施加的沖動(dòng)力激勵(lì)下平臺(tái)振動(dòng)的峰到峰的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)人們用錘子敲擊平臺(tái)時(shí)，平臺(tái)會(huì)被激發(fā)出幾種正常的振動(dòng)模式，每一種都有自己的頻率。圖14顯示了一個(gè)平臺(tái)的四個(gè)ZD頻率模式。動(dòng)態(tài)順應(yīng)性是通過(guò)用沖擊測(cè)試錘（測(cè)量沖擊力的水平在平臺(tái)的角落附近）敲擊平臺(tái)的角落來(lái)測(cè)量的。平臺(tái)的響應(yīng)是用一個(gè)加速度計(jì)來(lái)測(cè)量的，加速度計(jì)被固定在頂部，盡可能靠近撞擊的位置。信號(hào)被送入一個(gè)頻譜分析儀，產(chǎn)生一個(gè)角柔度曲線。它測(cè)量了在10到1000hz之間的頻率下，平臺(tái)的位移，單位為：μin/lbf （或mm/N）。

 頂部的每一個(gè)正態(tài)共振在其共振頻率處出現(xiàn)在這條曲線上。引用頂部動(dòng)態(tài)順應(yīng)性的標(biāo)準(zhǔn)方法是陳述ZD頻率峰值（通常主導(dǎo)響應(yīng)）的峰值振幅和頻率。圖15顯示了低水平阻尼表的順應(yīng)性曲線（強(qiáng)調(diào)共振峰）。峰值對(duì)應(yīng)于圖14所示的模式。斜率為1/f2的曲線有時(shí)被（錯(cuò)誤地）稱為“質(zhì)量線”，它代表了平臺(tái)的剛體運(yùn)動(dòng)?！百|(zhì)量線”具有誤導(dǎo)性，因?yàn)轫敳康膭傮w響應(yīng)涉及轉(zhuǎn)動(dòng)和平動(dòng)自由度，因此，除了質(zhì)量外，還涉及到平臺(tái)的兩個(gè)慣性矩。由于這個(gè)原因，這條線可能比僅用平臺(tái)質(zhì)量計(jì)算的線高10倍或更多。

圖15：f0-f3顯示了平臺(tái)的四個(gè)ZD共振。

        柔度曲線主要用來(lái)顯示平臺(tái)的阻尼情況。阻尼水平越高，在符合性測(cè)試中峰值越低，平臺(tái)在沖擊擾動(dòng)后的衰減越快。有兩種方法來(lái)阻尼一個(gè)平臺(tái)的模式：窄帶阻尼和寬帶阻尼。首 個(gè)使用調(diào)諧的機(jī)械振蕩器匹配的頻率的常態(tài)振蕩要被阻尼。每一個(gè)匹配的振蕩器都能以單一頻率去除能量。TMC使用寬頻帶阻尼，其中模態(tài)的阻尼是通過(guò)一個(gè)有損化合物耦合平臺(tái)到一個(gè)第二質(zhì)量。它可以阻尼所有的模態(tài)和所有的頻率。

        調(diào)諧阻尼有幾個(gè)問(wèn)題。如果平臺(tái)的頻率改變（因?yàn)樵谒厦娣胖昧艘恍┵|(zhì)量），那么阻尼器就會(huì)失去一些效力。此外，必須使用幾個(gè)阻尼器，每個(gè)關(guān)注的一個(gè)模態(tài)（頻率）。這加劇了匹配問(wèn)題。每個(gè)阻尼器都安裝在平臺(tái)的不同角落。這導(dǎo)致了平臺(tái)的每個(gè)角都有不同的依從性度量。因此，所引依從曲線可能只適用于一個(gè)頂部的四個(gè)角之一。此外，調(diào)諧阻尼器在降低Q值方面受到很大限制。例如，使用合理尺寸的阻尼器很難達(dá)到臨界阻尼的10倍。

        在寬頻阻尼中，第二質(zhì)量通過(guò)平臺(tái)均勻分布，產(chǎn)生一個(gè)不依賴于角的柔度曲線。它對(duì)平臺(tái)諧振頻率的變化也不敏感，并將阻尼所有模式——而不僅僅是那些有匹配阻尼器的模式。事實(shí)上，TMCZG等級(jí)的平臺(tái)可以有接近臨界阻尼的ZD模式（取決于高寬比，厚度等）。

4.3.2 柔度曲線作為標(biāo)準(zhǔn)

        雖然使用作為衡量平臺(tái)性能的標(biāo)準(zhǔn)，角落依從曲線是遠(yuǎn)不是一個(gè)統(tǒng)一和明確的價(jià)值的數(shù)字。問(wèn)題不僅在于使用調(diào)優(yōu)阻尼的平臺(tái)。所有的測(cè)量都對(duì)測(cè)試沖擊和監(jiān)控傳感器的精確位置非常敏感。TMC通過(guò)將傳感器放置在平臺(tái)側(cè)面6英寸的角落，并在傳感器的內(nèi)測(cè)撞擊平臺(tái)來(lái)測(cè)量順應(yīng)性曲線。因?yàn)槠脚_(tái)的核心是從平臺(tái)的邊緣凹進(jìn)1-2英寸，撞擊平臺(tái)更靠近角落產(chǎn)生“邊緣效應(yīng)”。測(cè)試的結(jié)果是，從一個(gè)角落到另一個(gè)角落，甚至撞擊到另一個(gè)角落都不一致。另一方面，在平臺(tái)的前幾種模式下，從角開(kāi)始測(cè)量可能會(huì)使傳感器和沖擊點(diǎn)危險(xiǎn)地接近一個(gè)節(jié)點(diǎn)線（圖14）。這是非常敏感的，幾英寸就會(huì)對(duì)頂部的測(cè)量依從性產(chǎn)生戲劇性的影響。

        正確地支持被測(cè)試的平臺(tái)也很重要。TMC在四個(gè)點(diǎn)上支持平臺(tái)，沿著從平臺(tái)末端22%起的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)行。這種測(cè)試可以使用氣動(dòng)減振器或更硬的橡膠支架（盡管橡膠支架可能會(huì)改變高階模態(tài)的阻尼）。雖然這對(duì)于制造商來(lái)說(shuō)是相當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)的，但客戶必須知道，只有當(dāng)他們以這種方式支撐他們的頂部時(shí)，依從性測(cè)試才代表他們的安裝。

        由于沒(méi)有行業(yè)或政府標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)（如TMC傳感器位置的標(biāo)準(zhǔn)6英寸），節(jié)點(diǎn)形狀在作為優(yōu)劣標(biāo)準(zhǔn)圖形的角柔度曲線的均勻性方面存在一個(gè)主要問(wèn)題。部分問(wèn)題在于測(cè)量點(diǎn)——模態(tài)的節(jié)點(diǎn)線附近——是共振振幅變化ZD的位置：從節(jié)點(diǎn)的零點(diǎn)到平臺(tái)的邊緣的ZD值。進(jìn)行符合性測(cè)量的理想位置是模態(tài)形狀“平”的位置。例如，這將是圖14中第①種模式的平臺(tái)的中 心。在這里，測(cè)量幾乎是獨(dú)立的傳感器或沖擊位置的第①模態(tài)。然而，對(duì)于許多更高的模態(tài)，這是在節(jié)點(diǎn)線上的死中 心，產(chǎn)生本質(zhì)上毫無(wú)意義的結(jié)果。無(wú)論是好是壞，角落合規(guī)測(cè)試已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn)，而不是對(duì)每個(gè)模態(tài)形狀進(jìn)行單獨(dú)測(cè)試以轟炸客戶。

        近年來(lái)，已經(jīng)作出了一些嘗試來(lái)產(chǎn)生其他有價(jià)值的圖形。TMC不使用這些，因?yàn)樗鼈儗⒁缽男詼y(cè)試的不確定性與其他幾個(gè)假設(shè)混合在一起。所謂的“動(dòng)態(tài)偏轉(zhuǎn)系數(shù)”和“ZD相對(duì)運(yùn)動(dòng)”*從柔度曲線中獲取信息，并將其與假定的輸入力譜相結(jié)合。不幸的是，你觀察到的“真實(shí)的”相對(duì)運(yùn)動(dòng)也取決于你的平臺(tái)被支持的方式。例如，如果你的頂部被位于ZD模式節(jié)點(diǎn)線上的減振器適當(dāng)?shù)刂危ㄏ喔?.53 L），那么就沒(méi)有來(lái)自減振器的ZD模式激勵(lì)（這些優(yōu)點(diǎn)的數(shù)字是基于此）。同樣，如果你不正確地支持一個(gè)頂部，模式可以驅(qū)動(dòng)到大振幅。此外，“假定的”輸入取決于兩個(gè)定義很差的因素：地面噪音和減振器效率。即使這些頻率被很好地定義，噪聲源更有可能在這些頻率（通常是100- 1000hz）占主導(dǎo)地位。由于所有這些原因，我們認(rèn)為這些有價(jià)值的替代數(shù)字基本上沒(méi)有意義，所以不使用它們。

*這些特別有價(jià)值的圖形是由加州Newport Corporation of Irvine公司開(kāi)發(fā)的。

關(guān)于TMC

      TMC為納米技術(shù)設(shè)計(jì)和制造先進(jìn)的建筑地面隔振系統(tǒng)。TMC隔離器支持超精密測(cè)量、儀器和制造。我們繼續(xù)領(lǐng)先于行業(yè)先進(jìn)的主動(dòng)、慣性振動(dòng)消除系統(tǒng)，具有壓電驅(qū)動(dòng)器和數(shù)字控制器。我們的無(wú)源產(chǎn)品范圍從簡(jiǎn)單的、桌面隔離顯微鏡底座，到幾乎任何尺寸的光學(xué)表系統(tǒng)。
      TMC產(chǎn)品讓光子學(xué)、半導(dǎo)體制造、生命科學(xué)、藥物發(fā)現(xiàn)和納米技術(shù)等領(lǐng)域的超精密研究、測(cè)量和制造成為可能。

森泉光電為TMC全國(guó)總代理。

森泉為您的科研事業(yè)添磚加瓦：

1）  激光控制：激光電流源、激光器溫控器、激光器控制、伺服設(shè)備與系統(tǒng)等等

2）  探測(cè)器：光電探測(cè)器、單光子計(jì)數(shù)器、單光子探測(cè)器、CCD、光譜分析系統(tǒng)等等

3）  定位與加工：納米定位系統(tǒng)、微納運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、多維位移臺(tái)、旋轉(zhuǎn)臺(tái)、微型操作器等等

4）  光源：半導(dǎo)體激光器、固體激光器、單頻激光器、單縱模激光器、窄線寬激光器、光通訊波段激光器、CO2激光器、中紅外激光器、染料激光器、飛秒超快激光器等等

5）  光機(jī)械件：用于光路系統(tǒng)搭建的高品質(zhì)無(wú)應(yīng)力光機(jī)械件，如光學(xué)調(diào)整架、鏡架、支撐桿、固定底座等等

6）  光學(xué)平臺(tái)：主動(dòng)隔振平臺(tái)、氣浮隔振臺(tái)、實(shí)驗(yàn)桌、剛性工作臺(tái)、面包板、隔振、隔磁、隔聲綜合解決方案等等

7）  光學(xué)元件：各類晶體、光纖、偏轉(zhuǎn)鏡、反射鏡、透射鏡、半透半反鏡、濾光片、衰減片、玻片等等

8） 染料：激光染料、熒光染料、光致變色染料、光致發(fā)光染料、吸收染料等等