光学平台广泛应用于光学、电子、精密机械制造、冶金、航天、航空、航海、精密化工和无损检测等领域,以及其他机械行业的精密试验仪器、设备振动隔离的关键装置中。
当今科学界的科学实验需要越来越精密的计算和测量,因此一个能与外界环境和干扰相对隔离的设备仪器对实验的结果测量是非常重要的。能够固定各种光学元件以及显微镜成像设备等的光学平台也成为科研实验中必备的产品。光学平台主要的一个目标是消除平台上任意两个以上部件之间的相对位移。
固有频率
平台振动的周期或频率与初始( 或外界) 条件无关,而只与系统的固有特性有关,称为光学平台的固有频率或者固有周期。通常来说,固有频率越低,系统的隔振性能就越强。
外界振动同物体的固有频率相同时,通常会引起共振,往往不是好事,甚至会产生严重后果,比如:正常人体的固有频率为7.5Hz 左右,其中各部分又有自己的固有频率,如内脏为4-6Hz,头部为8-12Hz 等,正是由于这个原因,次声波对人体有很大的破坏。
固有频率还分为水平方向和竖直方向,但通常来说竖直方向的固有频率对整体隔振性能的影响,起到决定性作用,水平方向的固有频率指标通常用于参考。
振动恢复时间
也叫衰减周期,是指:某一点上开始振动到恢复到初始状态所需要的min时间。
● 增大弹簧的弹性系数k。对于阻尼隔振平台,可以换用材质较硬的阻尼材料;对于充气平台,可以适度增加空气压力
● 控制光学平台台面的质量。在不影响刚度的前提下,台面质量越轻,振动恢复时间越短,使用效果就越好。
光学平台的平面度,通常是指单位面积内,被测实际表面相对其理想平面的变动量。通常国外光学平台的平面度指标为:±0.1mm/600mm×600mm。
振幅
振幅在数值上等于max位移的大小。对于光学平台系统,台面受外力作用时,离开平衡位置的max距离,同光学平台系统的结构、受力大小、受力的位置、瞬时加速度、速度、持续时间、台面的刚性、隔振系统的阻尼比等诸多因素有着非常复杂的非线性函数关系,如果标称振幅的具体指标,需要注明上述特定的实验条件,否则振幅的指标,变得没有意义。对于阻尼隔振的光学平台,振幅通常在微米量级,而气浮式隔振平台,振幅通常为毫米量级甚至是厘米量级。
表面粗糙度
国家标准GB/T3505-2000 中规定了评定表面粗糙度的各种参数,其中常用的是轮廓算术平均偏差Ra。轮廓算术平均偏差Ra 是指在取样长度内,沿测量方向(z 方向) 的轮廓线上的点与基准线之间距离绝对值的算术平均值。
若只标称Ra 的数值,但并未公布取样长度,这样的数值标称变得毫无意义,而且有误导消费者的可能。比如说,标称表面粗糙度为:0.5 ~ 0.8μm,但若取样长度分别为10mm、1mm 和0.1mm,实际上表面粗糙度的差别可达百。根据GB1031 的推荐值:取样长度若取0.25mm 时,精密及超精密加工表面的表面粗糙度Ra > 0.02 ~ 0.1μm ;当取样长度取0.8mm 时,普通精加工表面Ra > 0.1 ~ 2μm。
根据上述说明,取样长度为0.8mm,表面粗糙度为0.5 ~ 0.8μm 时,表面加工精度属于一般水平。
另外,表面粗糙度通常是评定(小型)零件表面质量的指标,属于微观几何形状误差。加工表面的粗糙度是加工过程中多种因素( 机床刀具工件系统、加工方法、切削用量、冷却润滑液) 共同作用的结果。这些因素的作用过程相当复杂,而且是不断变化的。
挠度
挠度是指结构构件的轴线或中面由于弯曲引起垂直于轴线或中面方向的线位移。对于细长物体或薄物体,挠度是在受力后弯曲变形程度的度量。细长物体(如梁或柱)的挠度是指在变形时其轴线上各点在该点处轴线法平面内的位移量。薄板或薄壳的挠度是指中面上各点在该点处中面法线上的位移量。通俗地讲,挠度就是构件的竖向变形。
挠度系数同刚性系数、抗拉强度、杨氏弹性模量等类似,是标称材料特性的一个常数,对于光学平台而言,其它因素相同只有厚度不同的情况下,钢板越厚,挠度越小。
max相对位移
Maximum Relative Motion Value
通常光学平台的max相对位移指标,是指在特定的测试条件和环境中,台面本身的变形量。比如在一个隔离了外界振动的环境中,放置负载和空载情况下,通过平面度检测仪测量台面的变形。台面的尺寸,通常取300mm×300mm,负载安置在此面积的中心位置,负载也有一定的要求(比如取114 公斤)。
光学平台的max相对位移值,主要同平台的结构和材料刚性相关,在同样测试条件,且光学平台的结构和材料相近的情况下,max相对位移的值相差不大。
重复定位精度
光学平台中的重复定位精度同精密位移台中概念不同,光学平台的重复定位精度,是指在空载和在一定条件下加上负载并去除负载,光学平台最终稳定后的高度差。这个指标同负载的大小、加载的位置、加载时的速度、加速度、卸载时的速度、加速度等等指标有很大的关系,对于充气式平台,还有一个重要前提,就是加载前后,气囊中空气的压力、温度和质量不发生变化。