振幅




振動物體偏離平衡位置的最遠(yuǎn)距離被稱為振幅,振幅在數(shù)值上表示最大位移的大小,在光學(xué)平臺系統(tǒng)中,當(dāng)臺面受到外部力作用時,它離平衡位置的最大偏移量與多個因素之間存在復(fù)雜的非線性關(guān)系。這些因素包括光學(xué)平臺的結(jié)構(gòu)、施加力量的大小和位置、瞬時加速度、速度、作用時間、臺面的剛性以及隔振系統(tǒng)的阻尼比等,如果要準(zhǔn)確地定義振幅指標(biāo),必須明確上述特定的實(shí)驗(yàn)條件,否則這些指標(biāo)就沒有實(shí)際意義,在阻尼隔振的光學(xué)平臺上,振幅通常處于微米級,而氣浮式隔振平臺的振幅則通常在毫米甚至厘米的范圍內(nèi),一些國際廠商如佰斯特并未對其光學(xué)平臺的振幅指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)示。

固有頻率

光學(xué)平臺的振動周期或頻率僅與系統(tǒng)的固有特性有關(guān),而與初始條件或外部環(huán)境無關(guān),這稱為光學(xué)平臺的固有頻率或固有周期,通常來說,固有頻率越低,系統(tǒng)的隔振效果越好。當(dāng)外界的振動頻率與物體的固有頻率相吻合時,通常會發(fā)生共振現(xiàn)象,這種現(xiàn)象并不總是有益的,甚至可能引發(fā)嚴(yán)重后果,比如正常人體的固有頻率大約為7.5Hz,而身體的不同部位則有各自的固有頻率,例如內(nèi)臟在4至6Hz之間,頭部則在8至12Hz范圍內(nèi),因此,次聲波(10-5至20Hz)對人體可能產(chǎn)生顯著的影響。固有頻率可以分為水平方向和豎直方向,通常,豎直方向的固有頻率對整體的隔振性能影響更大,而水平方向的固有頻率主要作為參考指標(biāo)。

振動減弱時間

振動減弱時間也稱為衰減周期,它是指從某個特定時刻開始振動,到系統(tǒng)恢復(fù)到初始狀態(tài)所需的最短時間,如果將光學(xué)平臺簡化為彈簧振子,可以根據(jù)彈簧振子的回復(fù)力公式進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。增加彈簧的彈性系數(shù)k,對于阻尼隔振光學(xué)平臺,可以更換為硬度更高的阻尼材料;而對于充氣光學(xué)平臺,則可以適當(dāng)提高空氣壓力。控制光學(xué)平臺臺面的質(zhì)量,在保持剛度不變的前提下,臺面越輕,振動恢復(fù)的時間就越短,使用效果越好,佰斯特的光學(xué)平臺采用高品質(zhì)的鐵磁不銹鋼,臺面鋼板厚度為4到6毫米,既確保系統(tǒng)的剛性,又使整體重量適中,從而充分展現(xiàn)光學(xué)平臺優(yōu)異的隔振性能。

柔韌性撓度




撓度是指結(jié)構(gòu)構(gòu)件的中心線或中面因彎曲而產(chǎn)生的垂直位移,對于細(xì)長或薄型物體,撓度表征了其在承受外力后彎曲變形的程度,對細(xì)長物體(如梁或柱)而言,撓度表示在變形時其軸線上各點(diǎn)在法平面內(nèi)的位移情況,而對于薄板或薄殼,撓度的定義則是指在中面上各個點(diǎn)沿法線方向的位移量,通俗來說,它表示構(gòu)件的垂直變形程度。撓度系數(shù)與剛性系數(shù)、抗拉強(qiáng)度和楊氏模量等都是描述材料特性的常數(shù),在光學(xué)平臺的應(yīng)用中,當(dāng)其他條件保持一致而厚度不同的情況下,鋼板的厚度越大,撓度就會越小。

最大相對位移

光學(xué)平臺中提到的最大相對位移與精密位移臺的概念并不相同,光學(xué)平臺的最大相對位移主要指在特定測試條件和環(huán)境下,平臺自身的變形情況,例如,在一個隔絕外界振動的環(huán)境中,我們會在負(fù)載和空載的情況下,使用平面度檢測儀來測量平臺的變形,通常,光學(xué)平臺的尺寸為300mm×300mm,負(fù)載會放置在這一面積的中心,并且負(fù)載需符合一定的要求,比如設(shè)置為114公斤。光學(xué)平臺的最大相對位移值主要受平臺結(jié)構(gòu)和材料剛性的影響,在相同測試條件下,如果光學(xué)平臺的結(jié)構(gòu)與材料相似,通常最大相對位移的差異不大,佰斯特的光學(xué)平臺采用三層夾心結(jié)構(gòu),上表面厚度為4至6毫米,材料為鐵磁不銹鋼,在這種情況下,測試得到的最大相對位移在10^-7毫米級別,與國外同類產(chǎn)品的指標(biāo)相當(dāng)。

重復(fù)定位精度

光學(xué)平臺的重復(fù)定位精度與精密位移臺的相關(guān)概念有所不同,光學(xué)平臺的重復(fù)定位精度是指在無負(fù)載條件下及在特定條件下加負(fù)載和卸載后,最終穩(wěn)定時的高度差,該指標(biāo)受到多個因素的影響,包括負(fù)載的大小、加載位置、加載速度、加速度,以及卸載時的速度和加速度等。對于充氣式光學(xué)平臺來說,另一個重要的條件是加載前后氣囊內(nèi)的空氣壓力、溫度和質(zhì)量必須保持恒定,在以上條件均得到滿足的情況下,佰斯特的光學(xué)平臺測試顯示,阻尼式光學(xué)平臺的重復(fù)定位精度可達(dá)到微米級,而氣浮式光學(xué)平臺的重復(fù)定位精度通常在亞毫米級。

表面平整度




光學(xué)平臺的平面度是指在單位面積內(nèi),實(shí)際測量表面與理想平面之間的偏差,國際上,光學(xué)平臺的平面度標(biāo)準(zhǔn)通常為±0.1mm/600mm×600mm,而佰斯特的光學(xué)平臺則采用了精密磨削工藝,顯著提高了平面度指標(biāo),達(dá)到0.02至0.05mm/600mm×600mm。嚴(yán)格來說,光學(xué)平臺的平面度不會對其隔振性能產(chǎn)生影響,實(shí)際上,為了提高平面度,往往會影響光學(xué)平臺的隔振效果,原因如下:我們了解到,為了實(shí)現(xiàn)高平面度,光學(xué)平臺的臺面通常需要多次磨削,然而,這種重復(fù)的磨削過程容易引起材料的形變,為了解決這一問題,通常會選擇將臺面加厚,但根據(jù)我們對振動恢復(fù)時間的分析,增加臺面的厚度不僅會增加其質(zhì)量,還可能導(dǎo)致平臺的振動恢復(fù)時間成倍(甚至幾倍)延長,在許多精密光學(xué)實(shí)驗(yàn)中,這種延長是不可接受的。光學(xué)平臺的磨削精度有限,通常其加工精度在±0.01mm/600mm×600mm左右,折算成平方米約為±0.03mm/m2,然而,這種平面度與大理石平臺的平面度相差很大,大理石平臺的平面度根據(jù)不同等級可分為幾個標(biāo)準(zhǔn):000級(平面度≤3μm/m2)、00級(平面度≤5μm/m2)、0級(平面度≤10μm/m2),換句話說,光學(xué)平臺中即便是平面度最優(yōu)的產(chǎn)品,其精度也遜色于最低等級的大理石平臺多個數(shù)量級,因此,如果您需要一個高平面度的工作臺面,建議您選擇大理石平臺。在光學(xué)平臺的使用中,平面度的實(shí)際意義不大,即便假設(shè)我們有一個完全平坦的表面(實(shí)際上這是不可能實(shí)現(xiàn)的),如果這個表面的尺寸為2000mm×1000mm×200mm,那么在進(jìn)行水平調(diào)整時,水平儀的最小刻度為±30′,假設(shè)調(diào)整后的水平方向精度為5′,對于長度為2000mm的平臺,兩端的高度差可以通過公式計(jì)算:2000×tan(5′)大約為2.9mm,這表明,即使平臺被認(rèn)為是完全平坦的,經(jīng)過調(diào)整后,平臺兩端在長度方向上的高度差仍可能達(dá)到3mm,因此,在實(shí)際應(yīng)用中,平面度的相關(guān)指標(biāo)并沒有什么實(shí)質(zhì)性的意義。對于光學(xué)平臺上的光學(xué)元器件來說,平面度造成的高度差一般可以忽略,如果確實(shí)需要考慮高度差,可以使用卓立精密調(diào)整的位移臺來處理,因此,光學(xué)平臺的平面度與其隔振性能并沒有直接的關(guān)系,平面度只能作為光學(xué)平臺的一個輔助參考指標(biāo)。

表面粗糙度

某些廠家在光學(xué)平臺的指標(biāo)中,關(guān)于表面粗糙度的標(biāo)稱概念常常存在誤解,根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3505-2000,評估表面粗糙度時使用了多種參數(shù),其中最常用的是輪廓算術(shù)平均偏差Ra,輪廓算術(shù)平均偏差Ra指的是在取樣長度范圍內(nèi),測量方向(z方向)上輪廓線各點(diǎn)與基準(zhǔn)線之間距離絕對值的算術(shù)平均值。僅僅標(biāo)注Ra的值而不說明取樣長度,這樣的標(biāo)示就失去了其意義,且可能會誤導(dǎo)消費(fèi)者,例如,標(biāo)稱表面粗糙度為0.5~0.8μm,但如果取樣長度為10mm、1mm和0.1mm,實(shí)際表面粗糙度的差異可能會達(dá)到幾倍之多!根據(jù)GB1031的建議:當(dāng)取樣長度為0.25mm時,精密和超精密加工表面的粗糙度Ra應(yīng)大于0.02~0.1μm;而當(dāng)取樣長度為0.8mm時,普通精加工表面的Ra應(yīng)大于0.1~2μm。根據(jù)上述說明,當(dāng)取樣長度為0.8mm,且表面粗糙度在0.5到0.8μm范圍內(nèi)時,表面加工的精度可視為普通水平,佰斯特的光學(xué)平臺,其表面粗糙度的實(shí)際測量結(jié)果均符合GB1031中推薦的標(biāo)準(zhǔn)。此外,表面粗糙度通常被用作評估小型零件表面質(zhì)量的指標(biāo),屬于微觀幾何形狀誤差的范疇,加工表面的粗糙度是多種因素(如機(jī)床、刀具、工件系統(tǒng)、加工方法、切削參數(shù)以及冷卻潤滑液)的綜合結(jié)果,這些因素之間的相互作用過程非常復(fù)雜且時時變化。因此,如果采用不同的加工方式,或者在相同的加工工藝和條件下制造同一批零件,則其各個表面及不同部位的粗糙度值會有所不同,此外,類似于之前提到的平面度,表面粗糙度與光學(xué)平臺的隔振性能之間并沒有直接的關(guān)系,因此,佰斯特及其他國外廠家并未在光學(xué)平臺上標(biāo)注表面粗糙度。

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標(biāo)題:輕松上手:全面深入解析光學(xué)平臺的關(guān)鍵術(shù)語知識_佰斯特POUSTO

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