Las mesas son la plataforma para realizar muchos tipos de mediciones y procesos. Pueden servir como referencia mecánica entre diferentes componentes (como láseres, lentes, placas de película, etc.), así como simplemente proporcionar una superficie de trabajo silenciosa. Las tapas generalmente usan una de tres construcciones: un laminado compuesto, un material sólido (granito) o un panal liviano. La elección de la construcción depende del tipo y tamaño de la aplicación.
La figura 11 muestra una construcción laminada típica. Estos son generalmente de 2 a 4 pulgadas de espesor y consisten en capas de acero y / o materiales compuestos unidos por epoxi en una bandeja de acero inoxidable sin costuras con bordes y esquinas redondeadas. Se puede usar un adhesivo viscoelástico entre las placas para mejorar la amortiguación proporcionada por las capas compuestas. Todos los materiales de unión se eligen para evitar la delaminación del conjunto debido al calor, la humedad o el envejecimiento. La bandeja de acero inoxidable ferromagnético proporciona una superficie resistente a la corrosión y duradera que funciona bien con accesorios magnéticos. & ldquo; Estándar & rdquo; Los tamaños para estas tapas varían de 24 pulgadas cuadradas a 6 x 12 pies, y pueden pesar entre 100 y 5,000 libras. Este tipo de construcción no es adecuada para aplicaciones que requieren grandes cantidades de agujeros de montaje (roscados o de otro tipo). La proporción de compuesto de amortiguación de acero a ligero en el núcleo depende principalmente de la masa deseada para la parte superior.
Hay muchas aplicaciones en las que un techo pesado es beneficioso. Puede reducir el centro de gravedad de los sistemas en los que la estabilidad gravitacional es un problema. Si la carga útil es dinámica y ldquo; activa y rdquo; (como un microscopio con una platina móvil), entonces el aumento de masa reducirá los movimientos de reacción de la parte superior. Por último, el acero es muy fuerte, y las cargas de masa muy altas pueden requerir esta resistencia.
Las tapas de granito y material compuesto sólido ofrecen una masa y rigidez relativamente altas, proporcionan niveles moderados de amortiguación y son rentables en tamaños más pequeños. Sus propiedades no magnéticas son deseables en muchas aplicaciones, y se pueden traslapar a una superficie precisa. Sin embargo, el montaje en superficies de granito es difícil, y el granito es más costoso y está menos amortiguado que las tapas laminadas en tamaños más grandes. Las superficies de trabajo de mayor rendimiento son las mesas centrales de nido de abeja.
4.1 Mesas ópticas de panal
Los tableros de mesa con núcleo de nido de abeja son muy livianos por su rigidez y se prefieren para aplicaciones que requieren montaje atornillado o superficies de trabajo más grandes. Se pueden hacer en cualquier tamaño desde 1 pie de lado y unos pocos de espesor, hasta 5 x 16 pies y más de 2 pies de espesor. Las tapas más grandes también se pueden unir y unir. para hacer una superficie que sea casi ilimitada en tamaño o forma. Las superficies más pequeñas a menudo se llaman & ldquo; paneles de pruebas, & rdquo; y los tamaños más grandes y ldquo; tapas ópticas y rdquo; o & ldquo; mesas ópticas. & rdquo;
Las tablas centrales de Honeycomb se desarrollaron originalmente para experimentos ópticos de alta precisión como la holografía. Evolucionaron debido a las limitaciones de las superficies de granito, que eran extremadamente pesadas y caras en tamaños más grandes y eran difíciles de montar objetos de forma segura. El objetivo era desarrollar una superficie de trabajo con la estabilidad del granito sin estos inconvenientes.
Las tablas centrales Honeycomb son rígidas por las mismas razones que una viga en I estructural y ldquo; Una viga en I tiene una vertical y ldquo; web & rdquo; que soporta una brida superior e inferior. A medida que se aplica peso a la viga, la brida superior se comprime y la inferior se tensa, porque la banda mantiene constante su separación. La rigidez primaria de la viga proviene de esta compresión y extensión de las bridas. La red también contribuye a la rigidez al resistir el corte en su plano.
Lo mismo sucede en una mesa óptica (ver Figura 12). Los revestimientos de la mesa tienen una resistencia muy alta a estirarse o comprimirse (como las bridas de la viga en I). El núcleo de nido de abeja es extremadamente resistente a la compresión a lo largo de sus celdas (cumple la misma función que la red de I-beam). A medida que aumenta la densidad del núcleo (disminuye el tamaño de la celda), la rigidez a la compresión del núcleo y su módulo de cizallamiento aumentan, y el acoplamiento mecánico a las pieles mejora & ndash; mejorando el rendimiento de la mesa.
Las mesas ópticas también son mucho mejores que las superficies de granito en términos de sus propiedades térmicas. Debido a su construcción metálica y a su capacidad calorífica muy baja (debido a su masa relativamente ligera), las mesas con núcleo de panal llegan al equilibrio térmico con su entorno mucho más rápido que sus contrapartes de granito. El resultado es una reducción de las distorsiones inducidas térmicamente de la superficie de trabajo.
4.2 Construcción de mesa óptica
Hay muchos otros beneficios al usar un núcleo de panal. Los centros abiertos de las celdas permiten colocar una serie de orificios de montaje en la superficie de la mesa. Estos agujeros pueden taparse para evitar que entren contaminantes líquidos en el núcleo y & ldquo; registrados & rdquo; con las células del núcleo y rsquo; s. Durante la construcción de las tapas ópticas de TMC, la capa superior se coloca boca abajo contra una superficie de referencia (un bloque de granito lapeado), y el sistema epoxy, núcleo, paredes laterales, capa inferior y amortiguación se construyen encima. Todo el conjunto se sujeta usando hasta 30 toneladas de fuerza. Esto obliga a la piel superior a tomar la misma forma (planitud) del bloque de granito de precisión. Una vez que se cura el epóxico, la superficie superior de la mesa mantiene esta planitud precisa (típicamente & plusmn; 0.005 pulg.) En toda su superficie.
El diseño patentado CleanTop & reg; II de TMC permite que el núcleo se una directamente a las capas superior e inferior de la mesa. Esto mejora la rigidez a la compresión del núcleo y reduce el tiempo de relajación térmica para la mesa. El epoxi utilizado para unir la mesa es extremadamente rígido sin ser frágil, pero permite la expansión y contracción térmica de la mesa sin comprometer la unión entre el núcleo y las capas.
Las mesas centrales Honeycomb también pueden estar hechas de una variedad de materiales, incluyendo acero inoxidable no magnético, aluminio para aplicaciones magnéticamente sensibles y súper invar para aplicaciones que exigen el más alto grado de estabilidad térmica. Por último, las copas individuales que sellan los agujeros en la piel superior (exclusivo del diseño patentado CleanTop & reg; II de TMC) están hechas de acero inoxidable o nylon para resistir una amplia gama de solventes corrosivos.
Las paredes laterales de la mesa óptica también pueden estar hechas de muchos materiales. Algunos de los competidores de TMC y rsquo; s las tapas usan un común y ldquo; aglomerado y rdquo; pared lateral que, aunque está bien amortiguada, no es muy resistente y puede dañarse fácilmente en el manejo o por humedad. Las mesas TMC usan una construcción de paredes laterales de acero con amortiguación de capa restringida para proporcionar niveles igualmente altos de amortiguación con una resistencia mecánica mucho mayor.
4.3 Rendimiento de la mesa óptica Honeycomb
El rendimiento de una mesa óptica se caracteriza por su rigidez estática y dinámica. Ambos describen cómo se flexiona la mesa cuando se somete a una fuerza aplicada. El primero es su respuesta a una carga estática, mientras que el segundo describe las & ldquo; oscilaciones libres & rdquo; de la mesa.
La Figura 13 muestra cómo se mide la rigidez estática de una tabla. La mesa se coloca en un conjunto de soportes de contacto de línea. Se aplica una fuerza al centro de la mesa y se mide la deflexión de la mesa (& delta;). Esto proporciona la rigidez estática en términos de & micro; in / lbf (o & micro; m / N) Esta rigidez es una función de las dimensiones de la mesa y las propiedades físicas de las capas superior e inferior, paredes laterales, núcleo y cómo están ensamblados
4.3.1 La curva de cumplimiento de la esquina
La rigidez dinámica es una medida del movimiento pico a pico de las oscilaciones de una mesa cuando es excitado por una fuerza de impulso aplicada. Cuando se golpea con un martillo, se excitan varios modos normales de oscilación de la mesa, y cada uno & ldquo; suena & rdquo; con su propia frecuencia La Figura 14 muestra los cuatro modos de frecuencia más baja de una tabla. El cumplimiento dinámico se mide golpeando la esquina de una mesa con un martillo de prueba de impacto (que mide el nivel de la fuerza del impacto cerca de la esquina de la mesa). La respuesta de la mesa se mide con un acelerómetro fijado en la parte superior lo más cerca posible de la ubicación del impacto. Las señales se envían a un analizador de espectro que produce una curva de cumplimiento de esquina. Esto mide la desviación de la tabla en & micro; in / lbf (o mm / N) para frecuencias entre 10 y 1,000 Hz.
Cada resonancia de modo normal de la parte superior aparece como un pico en esta curva en su frecuencia de resonancia. La forma estándar de citar el cumplimiento dinámico de un tope es establecer la amplitud y frecuencia de pico del pico de frecuencia más bajo (que normalmente domina la respuesta). La Figura 15 muestra la curva de cumplimiento para una tabla con bajos niveles de amortiguación (para enfatizar los picos resonantes). Los picos corresponden a los modos que se muestran en la Figura 14. La curva con una pendiente de 1 / f 2 a veces se denomina (erróneamente) como la línea de masa & ldquo; & rdquo; y representa el movimiento de cuerpo rígido de la mesa. & ldquo; Línea de masa & rdquo; es engañoso porque la respuesta del cuerpo rígido de la parte superior implica grados de libertad rotacionales y traslacionales, y, por lo tanto, también involucra los dos momentos de inercia de la mesa además de su masa. Por esta razón, esta línea puede estar 10 veces o más por encima de la línea que se calcularía usando solo la masa de la tabla.
Figure 15: f0-f3 muestra las cuatro resonancias más bajas de la tabla.
La curva de cumplimiento se usa principalmente para mostrar qué tan bien se amortigua una tabla. Cuanto mayor sea el nivel de amortiguación, menor será el pico en la prueba de cumplimiento y más rápido sonará la mesa después de una perturbación de impacto. Hay dos formas de amortiguar los modos de una tabla: amortiguación de banda estrecha y banda ancha. El primero utiliza osciladores mecánicos sintonizados adaptados a las frecuencias de las oscilaciones de modo normal a amortiguar. Cada oscilador compatible puede eliminar energía en una sola frecuencia. TMC utiliza amortiguación de banda ancha, donde el modo se amortigua al acoplar la mesa a una segunda masa mediante un compuesto con pérdida. Esto amortigua todos los modos y todas las frecuencias.
La amortiguación ajustada tiene varios problemas. Si la frecuencia de la tabla cambia (al colocar algo de masa sobre ella), entonces el amortiguador puede perder algo de su efectividad. Además, se deben utilizar varios amortiguadores, uno para cada modo (frecuencia) de interés. Esto agrava el problema de correspondencia. Cada uno de estos amortiguadores está montado en diferentes esquinas de la mesa. Esto da como resultado diferentes medidas de cumplimiento para cada esquina de una tabla. En consecuencia, la curva de cumplimiento citada solo puede aplicarse a una de las cuatro esquinas de una parte superior. Además, los amortiguadores sintonizados están muy limitados en la medida en que pueden reducir la Q. Es difícil, por ejemplo, obtener un factor de 10 de amortiguación crítica utilizando amortiguadores de tamaño razonable.
En la amortiguación de banda ancha, las masas secundarias se distribuyen uniformemente a través de la tabla, produciendo una curva de cumplimiento que es independiente de las esquinas. También es insensible a los cambios en las frecuencias de resonancia de la tabla y amortiguará todos los modos y ndash; no solo aquellos que han igualado los amortiguadores. De hecho, las tablas de mayor grado de TMC pueden tener una amortiguación casi crítica de los modos más bajos (dependiendo de las relaciones de aspecto, grosores, etc.).
4.3.2 Curvas de cumplimiento como estándar
Aunque se utiliza como estándar para medir el rendimiento de la mesa, la curva de cumplimiento de la esquina está lejos de ser una figura de mérito uniforme e inequívoca. El problema no es solo con las tablas que usan amortiguación ajustada. Todas las mediciones son extremadamente sensibles a la ubicación exacta del impacto de la prueba y al sensor de monitoreo. TMC mide las curvas de cumplimiento colocando el sensor en una esquina a 6 pulgadas de los lados de la mesa e impactando la mesa en el lado interno del sensor. Dado que el núcleo de la mesa está empotrado desde el borde de la mesa por 1-2 pulg., Al impactar la mesa más cerca de la esquina produce & ldquo; efectos de borde. & Rdquo; El resultado es una prueba que es inconsistente de esquina a esquina o incluso de impacto a impacto. Por otro lado, medir más desde la esquina puede acercar peligrosamente el sensor y el punto de impacto a una línea nodal para los primeros modos de la tabla (Figura 14). Esto es tan sensible que unas pocas pulgadas pueden tener un efecto dramático en el cumplimiento medido para una parte superior
También es importante soportar adecuadamente la tabla que se está probando. TMC admite tablas en cuatro puntos, a lo largo de las dos líneas nodales 22% desde los extremos de la tabla. Se pueden usar aisladores neumáticos o soportes de goma más rígidos para esta prueba (aunque los soportes de goma pueden cambiar la amortiguación de los modos de orden superior). Aunque esto es bastante estándar con los fabricantes, el cliente debe ser consciente de que la prueba de cumplimiento solo representará su configuración si respalda su máximo rendimiento de esta manera.
Las formas nodales presentan un problema importante en la uniformidad de la curva de cumplimiento de la esquina como una figura estándar de mérito, ya que no existe un estándar de la industria o del gobierno para las pruebas (como el estándar de 6 pulgadas de TMC para ubicaciones de sensores). Parte del problema es el punto de medición & ndash; línea (s) nodal cercana (s) para los modos & ndash; es una posición donde la amplitud de resonancia varía más: desde cero en el nodo hasta un máximo en el borde de la mesa. El lugar ideal para realizar una medición de cumplimiento sería donde la forma del modo es "ldquo; plana". Por ejemplo, este sería el centro de la tabla para el primer modo en la Figura 14. Aquí, la medición es casi independiente del sensor o de las ubicaciones de impacto solo para el primer modo. Sin embargo, para muchos modos superiores, este es el punto muerto en las líneas nodales, produciendo resultados esencialmente sin sentido. En lugar de bombardear a los clientes con una prueba separada para cada forma de modo, para bien o para mal, la prueba de cumplimiento de la esquina se ha convertido en el estándar.
En los últimos años, se han hecho algunos intentos para producir otras figuras de mérito. TMC no los utiliza porque agravan la incertidumbre de la prueba de cumplimiento con varios otros supuestos. Los llamados & ldquo; Coeficientes de deflexión dinámica & rdquo; y & ldquo; Movimiento relativo máximo & rdquo; * tome información de la curva de cumplimiento y combínela con un supuesto espectro de fuerza de entrada. Desafortunadamente, el & ldquo; real & rdquo; El movimiento relativo que observe también dependerá de la forma en que su mesa sea compatible. Si, por ejemplo, su parte superior está adecuadamente apoyada por los aisladores en las líneas nodales del modo más bajo (0.53 L de separación), entonces no hay excitación del modo más bajo de los aisladores (en los que se basan estas cifras de mérito). Del mismo modo, si admite una parte superior de forma incorrecta, el modo se puede conducir a grandes amplitudes. Además, el & ldquo; asumido & rdquo; la entrada depende de dos factores muy poco definidos: ruido de piso y eficiencia del aislador. Incluso si están bien definidos, es mucho más probable que las fuentes acústicas de ruido dominen en estas frecuencias (típicamente 100-1,000 Hz). Por todas estas razones, consideramos estas figuras alternativas de mérito esencialmente sin sentido y no las usamos.
* Estas cifras particulares de mérito fueron desarrolladas por Newport Corporation de Irvine, CA.