Меню

Что такое оптический стол



Что такое оптический стол

Зачем нужен оптический стол?

При проведении исследований часто возникает необходимость в экспериментах или измерениях, которые требуют отсутствия вибраций. Однако, источники вибраций, такие как кондиционеры, тепловые насосы, авто- или ж/д транспорт создают неустранимый вибрационной шумовой фон, который неизбежно присутствует в окружающей среде. Оптические системы, состоящие, как правило, из множества компонентов, каждый из которых должен быть надежно установлен и точно отъюстирован, сильно подвержены влиянию вибраций, которые приводят к ухудшению характеристик системы.

Малые вибрации сильно затрудняют или делают вовсе невозможным проведение некоторых экспериментов. Например, многие эксперименты с использованием лазерного излучения требуют перетяжки лазерного пучка размером порядка нескольких микрон; если положение этого пятна оказывает влияние на качество работы системы (например, при использовании ионного лазера для накачки струйного лазера на красителе), то колебания с амплитудой порядка микрона неизбежно приведут к нежелательным эффектам. Так как видимое излучение имеет субмикронные длины волн, то эксперименты, основанные на интерференционных эффектах (включая голографию), также сложно провести в присутствии вибраций (даже если они обладают субмикронной амплитудой). Оптическая и/или механическая обработка или исследование полупроводниковых пластин также требуют высокой стабильности параметров системы. И наконец, если в эксперименте используются механические элементы, которые осуществляют перемещения, вращения или колебания, то необходимо изолировать эти компоненты, чтобы не допустить влияния их вибраций на остальные оптические элементы системы.

Рис.1 Оптический стол Thorlabs на опорах с виброизоляцией

Свойства оптического стола

Поверхность оптического стола, на которой крепятся элементы оптической системы (см. рис.1), должна удовлетворять нескольким базовым требованиям. Во-первых, она должна обеспечивать жесткое основание, на котором можно надежно закрепить, а затем юстировать оптические элементы. Это основание должно гарантировать долговременную стабильность закрепленной системы и отсутствие колебательных резонансов, обусловленных вибрациями. Поверхность стола должна не только подавлять колебания, вызванные моторизированными или просто движущимися частями оптической схемы, но и изолировать установку от влияния внешних вибраций в целом.

Если эти критерии не выполняются, то отдельные элементы системы или вся система в целом не сможет нормально функционировать. Ценные данные могут быть сильно искажены или неверно проанализированы из-за шума, внесенного вибрациями. А это в свою очередь может затормозить прогресс и привести к значительным затратам.

В целях предотвращения этих нежелательных эффектов, были разработаны несколько конструкций оптических столов и оптических плит Thorlabs. В идеале, оптический стол должен обладать жесткой и плоской верхней поверхностью, не будучи при этом чрезмерно массивным. Стол устанавливается на опоры с пневматической виброизоляцией, которые предотвращают воздействие на систему внешних вибраций. Раньше, столешницы делали из гранита, бетона, дерева, стали и различных композитов, чтобы улучшить характеристики, оставляя вес на приемлемом уровне. Хотя каждый из перечисленных материалов обладает своими преимуществами и недостатками, лучшие характеристики продемонстрировали столешницы из композитных материалов. Поэтому сегодня сотовая структура из плакированного металла, зажатая между плоскими пластинами (см. рис. 2), признана лучшей конструкцией для оптических столешниц и плит.

Рис. 2 Оптическая плита Nexus, поперечное сечение: (1) Верхняя пластина, (2) Нижняя пластина, (3) Боковые панели, (4) Продольные балки, (5) Внутренняя сотовая конструкция

Опоры и каркас с системой виброизоляции разработаны для устранения влияния внешних вибраций на оптический стол. Такие вибрации, как правило, обладают частотами в диапазоне от 4 до 100 Гц. Так как большая разность частот исключает возможность превращений энергии, компания Thorlabs разработала такую конструкцию столешниц, что их резонансные частоты намного превышают 100 Гц. Благодаря такой большой разнице резонансных частот, передача энергии между опорами и столешницей невозможна.

Совершенствование конструкции оптических столов продолжается и сегодня. Внедрение новых технологий и идей для улучшения характеристик данного вида продуктов сфокусировано в 3 главных областях:

— Использование технологии демпфирования;

— Разработка экономичных моделей высокого качества;

— Опоры с горизонтальной виброизоляцией.

На основе новейших технологий была разработана линейка оптических столов и плит Nexus от компании Thorlabs. Столы данной серии доступны со столешницами толщиной 210 мм, 310 мм или 460 мм, а плиты – 60 мм или 110 мм. Компания Thorlabs также изготавливает оптические столы на заказ с уникальными характеристиками и габаритами. Каждая столешница может использоваться с различными опорами. Тип опоры выбирается в соответствии с необходимым уровнем изоляции системы: жесткие опоры (без виброизоляции), опоры с пневматической системой пассивной изоляции, или опоры с активной виброизоляцией.

Читайте также:  Что сделать чтобы дети не открывали ящики шкафов

Большинство серийно выпускаемых опор для оптических столов с активной виброизоляцией осуществляют амортизацию вертикального движения за счет воздушной системы, которая состоит из двух резервуаров, наполненных воздухом и разделённых апертурой. Такая система позволяет подавлять также и горизонтальные вибрации, однако такая виброизоляция является неэффективной. Активная система виброизоляции от компании Thorlabs оснащена маятниковым механизмом, который позволяет осуществлять эффективное демпфирование горизонтальных колебаний.

Производство оптических столов Nexus

Компания Thorlabs имеет более чем 25-летний опыт проектирования оптических столов, плит и соответствующих аксессуаров. Этот опыт используется для обеспечения того, чтобы сотовые оптические столы и столешницы Nexus® всегда отвечали двум основным целям проектирования: собственная резонансная частота стола должны быть как можно выше (значительно выше частоты вибраций окружающей среды), и оптический стол должен быть хорошо демпфирован (для быстрого гашения вибраций, вызванных оборудованием на поверхности стола). Для достижения этих целей наши инженеры используют различные инструменты для совершенствования своих конструкторских решений, такие как метод конечных элементов (МКЭ) и программу SolidWorks. МКЭ позволяет нашим инженерам оценивать различные материалы и выявлять возможные нежелательные нагрузки. SolidWorks используется для создания 3D-моделей каждого дизайна.

Каждый оптический стол и плита Nexus изотропны и симметричны по всем трем осям X, Y и Z. Для оптимальной термической стабильности при производстве используются только стальные компоненты; не используется древесина или пластик. Каждый стол включает в себя прецизионно обработанные верхние и нижние плиты, сотовую структуру из плакированного металла, зажатую между ними и четыре боковые панели с отделкой. Смотрите рисунки с упрощенной схемой конструкции столов. Подробнее о каждом шаге процесса производства читайте ниже.

Рис. 3 Сотовая структура стола Nexus при производстве

Прецизионная стальная конструкция для термической стабильности

Столы и столешницы Thorlabs Nexus имеют полностью стальную конструкцию, в том числе из стали изготовлены верхняя и нижняя плиты толщиной 5 мм, сотовая прецизионная структура внутри стола толщиной 0.26 мм. Внутренняя сотовая структура столешницы формируется с использованием высокоточных пресс-инструментов, а геометрический шаг сохраняется при использовании сварных плоских прокладок. Сотовая структура в столах и столешницах Nexus заполняет все пространство между верхней и нижней плитой, промежуточные слои отсутствуют, что приводит к более высокой жесткой и термостабильной конструкции.

Ключевым аспектом термоустойчивости столов Nexus является симметричная изотропная стальная конструкция по всем осям. Стальные компоненты расширяются и сжимаются одинаково, сохраняя плоскостность при изменении температуры. Стальной сердечник (сотовая структура) простирается от верхней к нижней плите столешницы без промежуточных пластиковых или алюминиевых систем для обеспечения безопасности при разливе каких-либо веществ, которые снижают общую жесткость продукта и обеспечивают более высокий коэффициент теплового расширения. Стальные боковые панели используются вместо древесных, так как деревянные компоненты восприимчивы к влаге и могут сделать систему восприимчивой к изменениям условий окружающей среды.

Машинная обработка поверхности и упаковка, минимизурующая повреждения

Автоматизированный процесс обработки поверхности

Столы и столешницы Nexus компании Thorlabs обладают матовой поверхностью, полученной путем автоматизированной механической обработки орбитальной шлифовальной машиной. Улучшенная обработка поверхности обеспечивает плоскостность ± 0.1 мм (± 0.004 дюйма) на 1 м 2 (11 футов 2 ). Скругленные углы с большим радиусом уменьшают остроту края для безопасности работы в лаборатории.

Упаковка из антистатического материала, герметично запечатанные края

Все оптические столы поставляются с термоусадочной пленкой, которая защищает стол от большинства загрязняющих веществ, таких как пыль, во время транспортировки. Для дополнительной защиты компания Thorlabs предлагает дополнительную услугу отделки и упаковки, которая подходит для клиентов, которые хотят минимизировать присутствие загрязняющих веществ на внутренних и наружных поверхностях стола или столешницы. Это включает в себя антистатический упаковочный материал, который имеет внутренний слой металлической фольги, защищенный наружной оболочкой термоусадочной пленки, и специальную конструкцию краевой панели без зазора для уменьшения статического заряда и предотвращения попадания пыли в продукт.

Читайте также:  Чем почистить обивку дивана от жирных пятен

Монтажные отверстия и их расположение на поверхности стола

Резьбовые крепежные отверстия с зенкованием

Перед склеиванием компонентов стола в каждом монтажном отверстии на верхней поверхности нарезается резьба и оно слегка зенкуется для того, чтобы компоненты, установленные на столе, крепились без наклона. Монтажные отверстия затем очищаются и запечатываются на дне виниловыми пленочными дисками (негерметичные модели) или уплотнительными кольцами (с запечатанными отверстиями, см. «Герметичные монтажные отверстия» ниже). Виниловая пленка легко пробивается при первом использовании отверстия. Винты могут быть затянуты пальцами в монтажных отверстиях всех столов и столешниц Nexus. Сотовая сердцевина устанавливается таким образом, что она не пересекается с резьбовыми отверстиями.

Рис. 4 Схема, демонстрирующая расположение сотовой структуры и боковых панелей внутри стола Thorlabs

Уменьшенное расстояние от последнего ряда отверстий до края стола

Отверстия на верхней поверхности стола отстоят от края столешницы всего на 12.5 мм, что соответствует половине расстояния между центрами отверстий в столе. Это увеличивает площадь используемой поверхности и расширяет возможности для крепления различных элементов.

Герметичные монтажные отверстия

Столы и столешницы могут изготавливается с использованием нейлоновых вставок, приклеенных к нижней стороне верхней плиты (см. рисунок ниже) для предотвращения попадания жидкости в отверстия.

Рис. 5 Установка нейлоновых вставок в процессе производства

Монтажные отверстия на нижней панели столешницы

Оптические столешницы Thorlabs имеют по меньшей мере четыре монтажных отверстия в основании, что позволяет надежно закреплять стандартные или виброизолирующие ножки и обеспечивает большую гибкость для интеграции столешниц на столы или установки в дополнение к используемым столам.

Рис. 6 Резьба в столах оптических столешниц Nexus нарезается с помощью высокоскоростных сверлильных станков

Рис. 7 Поверхности столов и столешниц Nexus шлифуются в специальных машинах

Рис. 8 Элементы оптических столов и столешницы Nexus соединяются под давлением в горячем прессе

Источник

Композитные оптические столы.

Оптический стол представляет собой очень жесткое и плоское основание, на котором возможно размещение оборудования для проведения фундаментальных научных экспериментов, высокоточных измерений, прецизионной сборки компонентов сложных технических устройств и агрегатов. На настоящий момент 95% рынка оптических столов в РФ занимают зарубежные компании. Компания VibroLAB освоила выпуск композитных оптических столов отечественного производства, изготавливаемых из российских комплектующих. Разработанные технические решения и методы расчёта позволяют нам выпускать оптические столы, максимально удовлетворяющие требованиям заказчика, при этом цена на такие решения оказывается в несколько раз меньшей, чем у компаний — конкурентов.

Компания VibroLAB занимается производством отечественных композитных оптических столов для научно – исследовательских лабораторий. Оптические столы применяются для размещения оптического и прочего прецизионного аналитического измерительного оборудования, которое должно быть размещено на крайне жесткой и очень ровной поверхности. Изгиб и скручивание поверхности оптического стола должно быть минимизировано чтобы свести к минимуму относительные перемещения размещённых на столе компонентов. Более того, большая часть оптических устройств крайне чувствительна к вибрациям основания даже субмикронного уровня. В связи с этим, оптические столы обладают значительной массой и демпфированием, а также размещаются на низкочастотных виброизоляторах.
Бум производства оптических столов пришёлся на конец 80х – середину 90х годов XX века. В это время наша Родина переживала тяжелые времена и, к сожалению, аналогичные производства в нашей стране не были основаны. Компания VibroLab перенимает эстафетную палочку и выходит на рынок с качественно новым функциональным продуктом для нужд высокоточного машиностроения и экспериментальных исследований.

Рис. 1. Примеры зарубежных оптических столов

В оптических установках, особенно в тех, которые включают интерферометры, все компоненты должны быть расположены строго вдоль одной линии с точностью вплоть до долей длины волны света, т.е. несколько сот нанометров. Даже малейшая вибрация или изгибная деформация стола, на котором размещена испытательная установка, может привести к смещениям чувствительных компонентов. Поэтому оптические столы обладают высокой изгибной жесткостью и эффективной системой виброзащиты. Поверхность оптического стола имеет сетку резьбовых крепежных отверстий (М6: 25 х 25 мм) для удобства крепления исследовательского оборудования и компонентов.
Разработанный компанией VibroLAB композитный оптический стол изготавливается на отечественной производственной базе с соблюдением жестких допусков и выходным контролем качества. Запатентованная конструкция включает в себя верхний металлический лист, в котором нанесена сетка резьбовых отверстий, нижние опорные плиты для передачи нагрузки на виброизоляторы, а также промежуточный слой специального высоко демпфированного композитного материала – синтетического гранита. Конструкция стола работает как единое целое благодаря особой технологии производства, наличию закладных деталей и специальной технологией шлифовки поверхности. Плоскостность поверхности композитного оптического стола составляет ±0,1 мм на метр длины. Для особо точных задач возможно повысить плоскостность верхней поверхности до ±0,05 мм на метр длины стола. Возможна установка композитного оптического стола как на виброизоляторы отечественного, так и зарубежного производства. Верхняя плита композитного оптического стола проходит специальную подготовку и шлифовку, она не отражает попадающие на неё лучи, что минимизирует погрешности при проведении оптических экспериментов, а также обеспечивает дополнительную защиту глаз.
Одним из основных преимуществ композитного оптического стола компании VibroLAB является его высокая жёсткость, которая характеризуется, в частности, первой частотой изгибных колебаний.

Типовые оптические столы имеют первую частоту изгибных колебаний не выше 480 Гц, причём с увеличением размеров она падает вплоть до 150 Гц. Композитные оптические столы имеют первую частоту изгибных колебаний 690 Гц, которая для большеразмерных столов может составить не ниже 250 Гц. Повышенная жёсткость композитных оптических столов компании VibroLAB позволяет проводить на них более точные измерения и применять в особо ответственных экспериментах.
Наша компания занимается изготовлением типовых конструкций столов, с геометрическими размерами приведёнными во вложении, а также производит композитные оптические столы в соответствии с требованиями заказчика. Существующая научная школа компании VibroLAB позволяет решать задачи научно – технического обеспечения процессов расчёта, проектирования и производства композитных оптических столов любых размеров, форм и жесткостей.

Мы предлагаем для целей виброзащиты использовать специально разработанные виброизоляторы квазинулевой жесткости. Разработанные для целей низкочастотной виброзащиты высокоточного оборудования, они обладают крайне низкой частотой собственных колебаний – 0,5 Гц и эффективны для виброзащиты прецизионного оборудования во всём диапазоне частот (в соответствии с требованиями Colin Gordon & Co регламентирован диапазон частот 1 – 100Гц).

Наши конкурентные преимущества:
— продукция полного импорта замещения
— широкий динамический диапазон эксплуатации 0,7 – 680 Гц
— высокое внутреннее демпфирование
— высокая изгибная жёсткость стола
— плоскостность поверхности стола от ±0,05 мм/м до ±0,1 мм/м по требованиям заказчика
— конструкция стола специально разработана для эксплуатации в условиях «чистых производств»
— широкая линейка типовых столов
— возможность разработки композитного оптического стола по чертежам заказчика
— специально подготовленная неотражающая поверхность верхней плиты стола идеально подходит для проведения оптических экспериментов, что обеспечивает рассеяние прямых лучей и защиту глаз
— индивидуальный подход к каждому заказчику
— послепродажное сопровождение, разработка рекомендаций по эксплуатации в условиях конкретных производств.

Области применения:
— оптические экспериментальные и исследовательские установки
— интерферометрия
— лазерные системы
— литографическое оборудование
— прецизионная электромеханика для нужд высокоточного машиностроения и космических систем
— высокоточные измерительные системы
— экспериментальные и исследовательские системы связи, радиолокации и спутниковых систем
— столы для размещения оптических и электронных микроскопов

Заказать оптический стол можно по форме здесь.

Источник

Adblock
detector