Q ≈ 3 para desplazamientos del orden de unos pocos milímetros.
La amortiguación proporcionada por un orificio está limitada por varios factores. Los aisladores MaxDamp & reg; de TMC utilizan un método diferente: amortiguación de fluido viscoso multieje (Patente No. 5,918,862). Estos aisladores pueden extender la amortiguación a niveles casi críticos para aquellas aplicaciones que lo requieren. Por ejemplo, el equipo de inspección de semiconductores a menudo usa etapas de movimiento muy rápido para transportar obleas. Los aisladores MaxDamp®permiten que la carga útil se asiente muy rápidamente después de un movimiento de la etapa, al tiempo que proporciona niveles significativos de aislamiento de vibraciones. El aislador utiliza un aceite sintético de alta viscosidad y muy baja desgasificación que está sellado herméticamente dentro de la única cámara de aire del aislador. Una geometría especial asegura que el aislador amortigua los movimientos verticales y horizontales (en ambas direcciones X e Y) con la misma eficiencia.
Tanto el Gimbal Piston™ y los aisladores MaxDamp®incorporan un aislador de péndulo simple y robusto para proporcionar aislamiento horizontal. Al igual que las cámaras de aire, los péndulos también producen un ω0, que es independiente de la carga útil, e igual a & radic; g / l, donde l es la longitud del péndulo. En Gimbal Piston & trade ;, el péndulo es en realidad el pistón mismo: la carga útil es soportada por un disco de carga , que transfiere su carga al fondo del pozo del pistón a través del pin de carga . El pasador de carga contacta el fondo del pozo con un cojinete de empuje pivotante. A medida que la carga útil se mueve hacia los lados, el pistón gira como un cardán en el plano del diafragma. Por lo tanto, se forma un péndulo, cuya longitud es igual a la distancia vertical desde el rollo en el diafragma hasta la parte inferior del pasador de carga.
TMC’s CSP® (Sistema Compacto de Péndulo Sub-Hertz) Patente No. 5,779,010) usa un tipo diferente de concepto de péndulo para extender frecuencias de resonancia horizontales tan bajas como 0.3 Hz. Este aislador utiliza un efecto de palanca geométrica para & ldquo; plegar & rdquo; un péndulo de 0.3 Hz en un paquete de menos de 16 pulg. (400 mm) de alto. Un péndulo simple equivalente tendría que tener 110 pulgadas (casi 3 m) de altura. Para obtener más información, consulte la página Aisladores de vibración neumática para aplicaciones OEM de este sitio.
La amortiguación horizontal en la mayoría de los aisladores proviene del acoplamiento de horizontal a inclinación: a medida que la carga útil se mueve hacia los lados, también ejercita los aisladores en la dirección vertical (a través de la inclinación), proporcionando así amortiguación. Algunos sistemas, como los aisladores TMC’s MaxDamp® amortiguan los movimientos horizontales directamente con amortiguación fluídica./p>
A pequeñas amplitudes, pequeñas cantidades de fricción en el diafragma rodante y la pequeña resistencia al flujo presentada por el orificio de amortiguación tienen un impacto en el rendimiento del aislador. Por esta razón, es importante utilizar un nivel de excitación lo más pequeño posible al medir su transmisibilidad.
3.1 Número y colocación de aisladores
Se requieren tres o más aisladores para soportar una carga útil, siendo el número más común cuatro. Como solo puede haber tres válvulas en un sistema (consulte la Sección 3.3), dos patas en un sistema de 4 postes deben conectarse como una combinación maestro / esclavo. Aunque una combinación maestro / esclavo forma un punto de soporte efectivo, la amortiguación que produce es muy diferente de la que proporcionaría un solo aislador (más grande) en ese punto. TMC siempre recomienda usar al menos cuatro aisladores (a excepción de & ldquo; round & rdquo; cargas útiles como los espectrómetros de RMN). La colocación de estos aisladores bajo una carga útil tiene un efecto dramático en el rendimiento de los sistemas.
Para cargas pequeñas rígidas, como las estructuras de granito en equipos de fabricación de semiconductores, es mejor colocar los aisladores lo más cerca posible de las esquinas de la carga útil. Esto mejora drásticamente la estabilidad de inclinación del sistema, reduce los movimientos de la carga útil causados por las perturbaciones a bordo y mejora tanto los niveles como los tiempos de estabilización para el sistema. Tiempo de nivelación es el tiempo para que el sistema de válvulas lleve la carga útil a la altura e inclinación correctas. Tiempo de estabilización es el momento en que una carga útil se detiene después de una perturbación de impulso.
Para superficies extendidas, como mesas ópticas grandes, los aisladores deben colocarse debajo de las líneas nodales de la superficie. Esto minimiza la influencia de las fuerzas transmitidas a la mesa a través de los aisladores. Esto se discute en la Sección 4.3. Para cualquier tipo de carga útil, siempre es mejor colocar el centro de masa de la carga útil en el mismo plano que los puntos de soporte efectivos del aislador. Esto mejora la estabilidad del sistema (ver Sección 3.4) y desacopla los movimientos horizontales y de inclinación de la carga útil.
Los pisos irregulares se pueden acomodar de varias maneras. La mayoría de los aisladores TMC tienen un rango de recorrido de más de 0.5 pulgadas, y esto proporciona suficiente flexibilidad para casi todas las aplicaciones. Algunos sistemas también proporcionan pies niveladores. Si un piso es extremadamente irregular, puede ser necesario proporcionar muelles para los aisladores. Algunos aisladores independientes u otros tipos de soportes (como los trípodes rígidos) deben agruparse en el piso si la superficie del piso tiene una calidad superficial deficiente. Configuración rápida y ldquo; ready-mix & rdquo; los hormigones o epoxis son muy adecuados para este propósito.
3.2 Características de seguridad
La facilidad con que los aisladores neumáticos pueden levantar cargas de varios miles de libras contradice la gravedad de su carga. Al vincular los aisladores con & ldquo; barras de unión, & rdquo; El riesgo de volcar tales cargas masivas a través de accidentes o eventos como terremotos se reduce drásticamente. Las barras de unión de TMC son canales formados de gran calibre que utilizan amortiguación de capa restringida para evitar que resuenen. Sin embargo, tal amortiguación apenas es necesaria, ya que la eficiencia de aislamiento de los aisladores en esas frecuencias es extremadamente alta. Los sistemas también pueden estar provistos de soportes de retención de terremotos que evitan que la carga útil se libere de los aisladores en un evento extremo.
De gran importancia para la seguridad son los límites de viaje integrados en todos los aisladores de TMC. La Figura 6 muestra una clave interna y ldquo; rdquo; (amarillo) que evita que el sistema se extienda en exceso incluso cuando está presurizado a 120 psi (830 k Pa) debajo de & ldquo; sin carga & rdquo; condiciones Dado que puede haber varios miles de libras de fuerza detrás del pistón del aislador, un aislador sin dicho límite de desplazamiento puede convertirse rápidamente en un cañón si se descarga repentinamente. La protección, como los alivios de presión encadenados, no proporciona el nivel intrínsecamente alto de seguridad que ofrece un límite de desplazamiento mecánico.
3.3 Válvulas de nivelación
Todas las cargas útiles rígidas, incluso aquellas con diez aisladores, usan solo tres válvulas de control de altura. Debido a que tres puntos definen un plano, el uso de un mayor número de válvulassobreconstreñir mecánicamenteel sistema y da como resultado una estabilidad de posición deficiente (como una mesa de restaurante de cuatro patas) y un consumo continuo de aire. La colocación y la instalación adecuadas de estas tres válvulas son cruciales para optimizar el rendimiento de un sistema.
La Figura 7a y la Figura 7b muestran las tuberías típicas para una publicación de 4 y 6 publicacionestsystem. Un sistema contiene tres válvulas, un regulador / filtro de presión (opcional), algunas tes de conexión rápida y un orificio & ldquo; pigtail & rdquo; en cada aislador. La coleta es una sección corta de tubo con un orificio insertado en el interior. Esta sección está marcada con un anillo rojo y tiene una unión en un extremo para conectarse a las válvulas de control de altura y rsquo; aerolíneas. Un sistema de válvulas mecánicas es un tipo de servo, y estos orificios limitan la & ldquo; ganancia & rdquo; del servo para evitar la oscilación. Algunos sistemas de centros de gravedad muy altos pueden requerir orificios más pequeños para evitar inestabilidades. TMC utiliza orificios fijos en lugar de válvulas de aguja ajustables debido a su estabilidad a largo plazo y facilidad de uso.
En un sistema con cuatro o más aisladores, dos o más de esos aisladores deben estar unidos. Por lo general, la válvula se monta cerca de un aislador (por conveniencia) y ese aislador se llama & ldquo; maestro. & Rdquo; Los aisladores remotos (S) que usan esa válvula se llaman & ldquo; esclavos. & Rdquo; Elegir qué piernas son & ldquo; master & rdquo; y & ldquo; esclavo & rdquo; afecta la estabilidad del sistema (consulte la Sección 3.4) y tiene un gran impacto en el comportamiento dinámico de un sistema. El rendimiento dinámico es particularmente importante en las máquinas de inspección de semiconductores que tienen etapas de movimiento rápido. Hay varias y ldquo; reglas generales y rdquo; que se puede aplicar para tomar la decisión correcta. Estos pueden entrar en conflicto entre sí en algunos sistemas. Es posible que se requiera cierta experimentación para determinar la elección óptima.
Estas reglas, en orden aproximado de importancia, son:
1. El punto de soporte efectivo para un maestro y sus esclavos está en su centro geométrico. Para un maestro con un solo esclavo, este punto está a medio camino entre las monturas. Siempre hay solo tres y ldquo; efectivos y rdquo; puntos de apoyo para cualquier sistema. Conectar estos puntos forma un & ldquo; triángulo de carga. & Rdquo; Cuanto más cerca esté el centro de masa (COM) de la carga útil al centro de este triángulo, más estable será el sistema. Por ejemplo, en un sistema de 4 postes, la combinación maestro / esclavo debe admitir el extremo más ligero de la carga útil.
2. Un corolario de la regla n. ° 1 es que el sistema debe conectarse de manera que se minimice la diferencia de presión entre todos los aisladores.
3. La estabilidad de inclinación gravitacional de un sistema es proporcional al cuadrado de la distancia entre los aisladores. Por lo tanto, para una mayor estabilidad, las combinaciones maestro / esclavo deben estar en el lado largo de una carga útil
4. El eje de inclinación con la mayor rigidez, amortiguación y estabilidad es el paralelo a la línea entre las patas maestra y esclava (en un sistema de 4 postes). Para aplicaciones de escenario en movimiento, el movimiento del escenario principal debe ser perpendicular a la línea entre la pierna maestra y la esclava.
5. Una etapa en movimiento puede causar una inclinación del eje transversal porque la válvula para las patas maestro / esclavo no está ubicada junto con el punto de soporte efectivo. Por esta razón, muchos sistemas deben mover la válvula desde la pata maestra hasta el punto de soporte efectivo.
6. Un triángulo de control está formado por los tres puntos donde las válvulas entran en contacto con la carga útil. Al igual que el triángulo de carga, el sistema tendrá la mayor estabilidad y la mejor precisión de posicionamiento si el COM está dentro de este triángulo. Las válvulas deben montarse y sus & ldquo; brazos & rdquo; girado de modo que este triángulo tenga el área más grande posible.
7. A veces, seguir las reglas anteriores da como resultado un sistema con poca precisión de posicionamiento de altura e inclinación. En este caso, puede ser necesaria una opción alternativa para las combinaciones maestro / esclavo.
Además de la ubicación de la válvula, hay varios tipos diferentes de válvulas disponibles. TMC ofrece estándar and precisión válvulas mecánicas. La válvula estándar es menos costosa y tiene una precisión de posicionamiento (banda muerta) de alrededor de 0.1 pulg. (2.5 mm). Tiene la propiedad de que la válvula está bien sellada para movimientos más pequeños que este. Esto lo hace ideal para sistemas que deben usar botellas de gas a presión para un suministro de aire. Las válvulas de precisión ofrecen una precisión de posicionamiento de 0.01 pulg. (0.3 mm) o mejor, pero pierden una cantidad muy pequeña de aire (utilizan asientos de válvula totalmente metálicos internamente). Esto los hace menos adecuados para la operación de botellas de gas. Finalmente, TMC ofrece sistemas de válvulas electrónicas como PEPS® (Precision Electronic Sistema de posicionamiento, Patente de los Estados Unidos Núm. 5.832.806), que tiene una ≃ 0.0001in. (≃ 2 & micro; m) estabilidad de posición. Para obtener más información, visite las páginas PEPS y PEPS-VX.
Para aplicaciones de sala limpia, TMC ofrece versiones de las válvulas mecánicas hechas de acero inoxidable y / o suministradas con una línea de escape ventilada.
3.4 Inestabilidad gravitacionaly
Al igual que un bolígrafo equilibrado en su punta, las cargas útiles soportadas por debajo de su centro de masa son inherentemente inestables: a medida que la carga útil se inclina, su centro de masa se mueve horizontalmente de una manera que quiere aumentar aún más la inclinación. Combatir esto es la rigidez de los aisladores neumáticos, que intentan restablecer la carga útil al nivel.
El equilibrio de estas dos fuerzas determina si el sistema es gravitacionalmente estable o no. La Figura 8 muestra una carga útil soportada por dos aisladores neumáticos idealizados . El ancho entre los aisladores y rsquo; centros es W, la altura de la carga útil rsquo; s COM es H por encima del punto de apoyo efectivo para los aisladores, y la posición horizontal del COM desde la línea central entre los aisladores es X. Se puede demostrar que hay una región de estabilidad dada por la condición:
or, for X = 0,
donde n es la constante del gas y es igual a 1.4.
Esta relación se muestra en la Figura 8 como una parábola invertida que define las regiones estables e inestables para la ubicación COM. La segunda ecuación muestra claramente que la estabilidad mejora con square de la separación del aislador. Esto es importante ya que demuestra que es notla relación de aspecto H / W eso determina la estabilidad de un sistema (como afirman algunas referencias) y que la región estable no es un & ldquo; triángulo & rdquo; o & ldquo; pirámide & rdquo; Desafortunadamente, los sistemas reales no son tan simples como el de la Figura 8.
La relación A / V en las ecuaciones 10 y 11 representa la rigidez de los aisladores (véase la ecuación 9). Sin embargo, en un aislador de dos cámaras, ¿cuál es el V correcto? A diferencia de los aisladores de la Figura 8, que tienen una constante de resorte fija, los aisladores reales tienen una constante de resorte que depende de la frecuencia. A altas frecuencias, el orificio entre las dos cámaras bloquea efectivamente el flujo de aire, y V puede considerarse el volumen de aire superior solo. En la resonancia del sistema, el "ldquo; efectivo" rdquo; El volumen de aire está en algún lugar entre los volúmenes superior y total (superior más inferior). A bajas frecuencias, la acción de las válvulas de control de altura proporciona a los aisladores una rigidez extremadamente alta (correspondiente a una V muy pequeña). Además, la acción de las válvulas de control de altura también intenta forzar la carga hacia el nivel. Estas son solo algunas de las razones por las cuales la Ecuación 10 no puede aplicarse a aisladores de dos cámaras. En su lugar, asignamos tres regiones: estable, inestable y límite, las dos primeras se basan en el & ldquo; total & rdquo; y & ldquo; solo superior & rdquo; volúmenes de aire, respectivamente. La región de estabilidad también es diferente para los ejes paralelos y perpendiculares al eje del aislador maestro / esclavo.
La figura 9 define los dos ejes diferentes para un sistema de cuatro patas. El eje de tono es menos estable porque las patas maestro / esclavo a la izquierda de la figura no ofrecen resistencia al tono a bajas frecuencias (aunque sí resisten el tono a frecuencias superiores a & 1 Hz). Para compensar esto, la combinación maestro / esclavo se elige de modo que Wp sea mayor que Wr (regla 3 de la Sección 3.3). La región de estabilidad es el volumen definido por las parábolas invertidas a lo largo de los dos ejes.
La condición para estabilidad absoluta is:
y la fórmula para inestabilidad absoluta es:
con el volumen entre ser & ldquo; posiblemente & rdquo; o & ldquo; marginalmente & rdquo; estable. Las relaciones A / V no son universales y deben confirmarse para diferentes capacidades y modelos de aisladores, pero son aproximadamente 0.1 en–1 for (A/V)Top and 0.05 in–1 for (A/V)Tot . La Figura 10 ilustra cómo se ve la región marginalmente estable para los aisladores de dos cámaras. Desafortunadamente, el COM de muchos sistemas termina en esta región indeterminada. Estas reglas no tienen en cuenta las acciones de las válvulas de control de altura, que siempre mejorarán la estabilidad de un sistema. Si la carga útil tiene una masa que puede cambiar (un baño líquido o un péndulo), estas reglas también pueden cambiar.
Las ecuaciones 14 y 15 dan & ldquo; reglas generales & rdquo; para calcular la estabilidad de un sistema. Al igual que con todas estas reglas, es solo una aproximación basada en un & ldquo; promedio & rdquo; sistema de aislamiento Siempre es mejor usar un COM lo más bajo posible.
Debido a que los aisladores MaxDamp® usan una sola cámara de aire, son más estables y la regla se convierte en:
Tenga en cuenta que el punto de soporte efectivo para TMC & rsquo; s Gimbal Piston & trade; los aisladores están aproximadamente a 7 pulgadas debajo de la parte superior del aislador. Para aisladores con poca carga, estas reglas subestiman la estabilidad del sistema. Si su sistema viola estas ecuaciones, o está en el límite, la estabilidad se puede mejorar con contrapesos, aisladores de volumen especiales, diferentes válvulas de aislamiento, etc. Póngase en contacto con un ingeniero de ventas de TMC para obtener asesoramiento sobre el mejor enfoque.