Optické stoly

Rady a informace

Obsah:

• Význam tlumení vibrací

• Obvyklé zdroje vibrací

• Rady pro výběr optimálního optického stolu

• Konstrukce optických desek

• Antivibrační izolátory

• Antivibrační pracovní stanice

• Antivibrační podložky pro průmyslovou výrobu

• Sestavy optických stolů

• Trocha teorie

Význam tlumení vibrací

Velmi často je při náročnějších průmyslových a vědeckých aplikacích podceňována potřeba tlumení okolních vibrací. Přitom při jakémkoliv mikroobrábění, mikromanipulacích, interferometrických měřeních, mikroskopovém zobrazování a dalších mnoha aplikacích je tlumení vibrací předpokladem a naprostou nutností pro dosažení optimálních, v některých případech vůbec jakýchkoliv, výsledků.

Podívejte se na několik příkladů výsledků mikroskopového zobrazení bez a s tlumením vibrací:

Nanostruktury

Savčí neuron

Z uvedených příkladů je poměrně zřejmé, že vibrace okolí je nutné tlumit. Nyní je ovšem potřeba říci jak.

Obvyklé zdroje vibrací

Rady pro výběr optimálního optického stolu

Existuje poměrně široká škála typů optických stolů a dalších zařízení pro tlumení vibrací. Jak ovšem vybrat ten správný typ pro danou aplikaci? Nejjistější řešení je kontaktovat nás a my Vám rádi s výběrem pomůžeme. Jinak je potřeba vzít v úvahu hlavně následující faktory:

1. Kde se nachází budova, ve které je umístěna laboratoř/výroba?
   • na zelené louce
   • blízko dálnice
   • vedle tramvajové trati
   • nad metrem
   • u letiště
2. Z jakého je materiálu?
   • železobeton
   • cihly
   • kameny
3. Kde je umístěna laboratoř/výroba?
   • v podzemí
   • v přízemí
   • v desátém patře

Výběr optimálního typu stolu:

Konstrukce optických desek

V dnešní době je již na trhu relativně široká nabídka různých možností jak tlumit vibrace počínaje antivibračními platformami a podložkami (obvykle pro průmyslovou výrobu) a konče speciálními aktivně tlumicími optickými stoly a pracovními stanicemi. Podívejme se nyní blíže na tzv. optické stoly a antivibrační pracovní stanice. Optický stůl i pracovní stanice se skládá z optické desky a podpěr (nohou) nebo rámu. Konstrukce optické desky vypadá takto:

Optická deska obsahuje kromě voštinové struktury navíc ještě různé tlumiče vibrací.

Širokopásmové tlumiče vibrací („Broad band dampers“)

Pro základní a tedy nejméně náročné aplikace jsou k dispozici tzv. širokopásmové tlumiče vibrací („dry dampers“, nebo také „broad band dampers“), což jsou obvykle pásky z polymeru, které jsou vloženy do vnitřní struktury desky. Z uvedeného je zřejmé, že tento systém tlumení vibrací příliš účinný není.

Vyladěné tlumiče vibrací („Tuned dampers“)

Pro náročnější a náročné aplikace jsou optické desky osazovány kromě širokopásmových tlumičů ještě vyladěnými tlumiči vibrací („tuned dampers“), což jsou jakési kontejnery, obsahující speciální mechanismus, který lze při výrobě nastavit tak, aby tlumiče tlumily největší rezonanční frekvence. Ty jsou závislé na velikosti a tloušťce desky, proto v případě stolů od firmy Newport, hovoříme o systému vyladěného tlumení. Deska může obsahovat dva nebo čtyři vyladěné tlumiče vibrací, označení je pak RS2000 nebo RS4000. Typ RS4000 je nejvyšší model desky obsahující vyladěné tlumiče vibrací. Stále je ovšem řeč pouze o pasivním tlumení vibrací, byť na nejvyšší úrovni.

Aktivní elektronické tlumiče vibrací („Active dampers“)

Pro nejnáročnější aplikace jsou k dispozici desky, které mohou být osazeny dvěma vyladěnými tlumiči a dvěma aktivními tlumiči vibrací. Aktivní tlumiče jsou také jakési kontejnery, které obsahují elektromagnety, které na základě signálu z vestavěných senzorů aktivně působí proti vibracím. Systém je ovládán řídicí jednotkou, která kromě ovládání elektromagnetů zaznamenává i historii vibrací, takže je pak možné zpětně dohledat, ve kterém čase došlo k vibracím a vyhodnotit tak jejich případný vliv na výrobu/měření/experiment…

Desky tohoto typu vyrábí pouze firma Newport a jsou označovány jako „SmartTable®“. Specifickou variantou je tzv. upgradovatelný SmartTable®, což je deska osazená dvěma vyladěnými tlumiči (případně neosazená žádným vyladěným tlumičem), kterou je v případě potřeby kdykoliv v budoucnosti možné vybavit aktivními tlumiči vibrací vč. elektronické řídicí jednotky. Upgrade je velmi jednoduchý a obvykle je ho schopen provést zákazník sám, jinak samozřejmě provádíme my.

Antivibrační izolátory (nohy)

Izolátory (nohy) rozdělujeme na tři typy: rigidní, pasivní a aktivní (pozor, neplést s elektronickým aktivním tlumením desky!). Rigidní izolátory jsou pouze kruhové podpěry, které jsou několika šrouby přichyceny ke spodnímu dílu optické desky. Pasivní izolátory obsahují vzduchové tlumiče, které lze nafouknout takže pak zajišťují lepší tlumení vibrací než izolátory bez tlumičů. Rozhodně se ale nejedná o optimální řešení. Tím je až aktivní pneumatické tlumení. Pro izolátory vybavené tímto typem tlumičů je nutný buď přívod stlačeného vzduchu, nebo kompresor. Kompresory jsou dnes již velmi kompaktní, malá zařízení, která jsou velmi tichá, takže při občasném automatickém sepnutí nezpůsobují téměř žádný hluk.

Antivibrační pracovní stanice

Antivibrační pracovní stanice jsou většinou využívány pro méně náročné průmyslové nebo vědecké aplikace, průmyslové nebo jednodušší vědecké mikroskopy nebo pro méně náročnou výrobu či testování. Kombinují v sobě obvykle optickou desku menších rozměrů s širokopásmovým nebo žádným tlumením a rám, který obsahuje aktivní či pasivní pneumatické tlumiče vibrací. K uvedenému typu optického stolu existuje velmi široká nabídka různého příslušenství, jako např. opěrky pro ruce, držáky počítačů a dalších přístrojů, Faradayova klec, apod.

Antivibrační podložky pro průmyslovou výrobu

Antivibrační podložky jsou zařízení, která se používají na tlumení vibrací obvykle pro menší mikroskopy a jiné menší přístroje. Tlumení je buď pasivní, nebo aktivní. V případě aktivního tlumení je nutný přívod elektrického proudu.

Sestavy optických stolů

Optické stoly Newport lze navzájem spojovat prostřednictvím speciálního rozhraní, které umožňuje dosáhnout naprosto pevného spojení s parametry optického stolu beze spojů. Spojovací rozhraní je tvořeno dvěma pláty oceli o tloušťce 20 mm, jeden je po obvodu osazen mnoha pevnostními šrouby a druhý maticemi. Pro precizní a vzájemně souosé spojení navíc rozhraní se šrouby obsahuje ocelové kolíčky, které přesně zapadnou do otvorů v rozhraní s maticemi. Rozhraní jsou přivařena k horní i spodní desce stolu tak, že tvoří se stolem jeden pevný celek. Systém antivibračního tlumení funguje tak, že celá sestava optických stolů (desek) je u výrobce smontována do jednoho celku a poté jsou jednotlivé tlumiče vibrací vyladěny tak, aby potlačovaly největší rezonanční frekvence celé sestavy. Způsob vyladěného tlumení specifických rezonančních frekvencí je zcela unikátní pouze u firmy Newport a žádný jiný výrobce ho nenabízí.

Trocha teorie

Průhybové vibrace optických desek:

Dynamická deformace C (compliance):

Definice:

Kde:
x₀ je pohyb tělesa
F je harmonická síla

C (compliance) udává amplitudu oscilace na jednotku síly.