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高性能臺面

臺面是進行許多類型的測量和過程的平臺。它們可以作為不同組件之間的機械參考(如激光、鏡頭、膠片等)，也可以簡單地提供一個安靜的工作表面。頂部通常使用三種結構之一：復合層壓板，固體材料（花崗巖）或輕質蜂窩結構。構造的選擇取決于應用的類型和大小。

圖11顯示了一個典型的層壓結構。這些通常是2到4英寸厚，由鋼和/或復合材料層環氧粘合成一個無縫不銹鋼鍋的圓角和棱角。板間可使用粘彈性粘合劑，以增強復合層所提供的阻尼。所有粘合材料的選擇都是為了防止由于熱、濕度或老化而導致組件分層。鐵磁不銹鋼板提供耐腐蝕，nai 用 的表面，工作良好的磁性夾具。這些臺面的“標準”尺寸從24平方英寸到6×12英尺，重量可以從100到5000磅。這種結構不能很好地適用于那些需要大量安裝孔（抽頭或其他）的應用。鋼與輕量阻尼復合材料在核心的比例主要取決于頂部的期望質量。

在許多應用程序中，沉重的頂部是有益的。它可以降低系統的重心，其中的引力穩定性是一個問題。如果有效載荷是動態的“活躍的”（就像一個移動的舞臺的顯微鏡），那么增加的質量將減少頂部的反應運動。zui 后，非常強，及有非常大質量的有效載荷的鋼可能需要這種強度。

花崗巖和固體復合材料的頂部具有相對較高的質量和剛度，提供適度的阻尼，并且在較小的尺寸上具有成本效益。它們的非磁性性能在許多應用中都是理想的，而且它們可以被研磨成 jing 確 的表面。安裝到花崗巖表面是困難的，然而，花崗巖是更昂貴和較差的阻尼比大尺寸層壓板頂部。性能 zui 高 的工作臺面是蜂窩芯工作臺。

4.1 蜂窩光學平臺

蜂窩芯臺面因其剛性而非常輕便，適用于需要螺栓固定或較大工作臺面的應用場合。它們可以做成任何尺寸，從邊長1英尺或幾英寸厚，到5×16英尺，超過2英尺厚。更大的頂部也可以“連接”成一個幾乎在大小和形狀上沒有限制的表面。較小的表面通常被稱為“面包板”，較大的尺寸“光學頂部”或“光學平臺”。蜂窩芯工作臺 zui 初 是為全息攝影等高精度光學實驗而開發的。它們的發展是由于花崗巖表面的限制，花崗巖表面非常沉重和昂貴，在更大的尺寸上，很難 an 全 地安裝物體。我們的目標是開發一個具有花崗巖穩定性，但沒有這些缺點的工作臺面。

蜂窩芯臺面是剛性的，與“工字梁”結構相同的原因。工字梁有一個垂直的“腹板”，支撐頂部和底部翼緣。由于重量被應用到梁上，頂部翼緣受壓，底部翼緣受拉，因為腹板保持了他們的分離常數。梁的主要剛度來自翼緣的壓縮和擴張。腹板還通過抵抗其平面的切變，有助于剛度。

同樣的事情也發生在光學平臺中（參見圖12）。平臺的表面有一個非常高的阻力被拉伸或壓縮（像工字梁的翼緣）。蜂窩狀的核心是非常抵抗沿其單元的壓縮（服務相同的作用，工字梁的腹板）。隨著巖心密度的增加（單元尺寸的減小），巖心的壓縮剛度和剪切模量增加，與表面的機械耦合 gai 善 ——gai 善 了平臺的性能。

在熱性能方面，光學平臺也比花崗巖表面好得多。由于其金屬結構和非常低的熱容量（由于他們相對輕的質量），蜂窩狀核心平臺與他們的環境達到熱平衡比花崗巖同行快得多。其結果是減少了工作表面的熱引起的變形。

4.2 光學平臺結構

使用蜂窩式內核還有很多其他好處。細胞的開放中心允許安裝孔陣列被放置在桌子的表面。這些孔可以蓋上，以防止液體污染物進入核心和“登記”核心的細胞。在TMC光學臺面施工過程中，頂部表層面朝下放置在參考面（研磨過的花崗巖塊）上，環氧樹脂、芯材、側壁、底部表層和阻尼系統建立在其上。整個組件被夾在一起，用了30噸的力。這迫使頂部表面采取相同的形狀（平面）的精密花崗巖塊。一旦環氧樹脂固化，臺面的表層就能保持整個表面精確的平整度（通常為±0.005英寸）。

TMC的專有CleanTop®II設計允許核心直接粘到臺面的頂部和底部的表層。這提高了核心的壓縮剛度，減少了平臺的熱松弛時間。用于粘合平臺的環氧樹脂非常堅硬而不脆，同時允許平臺的熱膨脹和收縮而不影響臺芯和表層之間的粘合。

蜂窩芯臺面也可以由多種材料制成，包括非磁性不銹鋼，用于磁敏感應用的鋁，以及用于對熱穩定性要求 zui 高 等級的應用的 chao 級 因瓦。zui 后，密封頂部表層孔的單個杯子（專為TMC的CleanTop®II設計）由不銹鋼或尼龍制成，以抵抗廣泛的腐蝕性溶劑。

光學平臺的側壁也可以由許多材料制成。TMC的一些競爭對手的頂部使用普通的“碎紙板”側壁，雖然很潮濕，但不是很堅固，在搬運或潮濕時很容易損壞。TMC平臺采用全鋼側壁結構，帶有限制層阻尼，以提供同等高水平的阻尼和更大的機械強度。

4.3 蜂窩光學平臺性能

光學平臺的性能特點是其靜、動剛度。兩者都描述了當受到外力作用時平臺如何彎曲。di 一 個是它對靜態負載的響應，而第二個描述了平臺的“自由振蕩”。

圖13顯示了如何測量一個平臺的靜態剛度。平臺被放置在一組線接觸支架上。在平臺的中心施加一個力，然后測量平臺的撓度。這就給了以µin/lbf （或µm/N）形式的靜態剛性。這種剛性是由平臺的尺寸、頂部和底部表層、側壁、核心的物理特性以及它們如何組裝而成的。

4.3.1 轉角柔度曲線

動態剛度是測量一個施加的沖動力激勵下平臺振動的峰到峰的運動。當人們用錘子敲擊平臺時，平臺會被激發出幾種正常的振動模式，每一種都有自己的頻率。圖14顯示了一個平臺的四個 zui 低 頻率模式。動態順應性是通過用沖擊測試錘（測量沖擊力的水平在平臺的角落附近）敲擊平臺的角落來測量的。平臺的響應是用一個加速度計來測量的，加速度計被固定在頂部，盡可能靠近撞擊的位置。信號被送入一個頻譜分析儀，產生一個角柔度曲線。它測量了在10到1000hz之間的頻率下，平臺的位移，單位為：µin/lbf （或mm/N）。

頂部的每一個正態共振在其共振頻率處出現在這條曲線上。引用頂部動態順應性的標準方法是陳述 zui低 頻率峰值（通常主導響應）的峰值振幅和頻率。圖15顯示了低水平阻尼表的順應性曲線（強調共振峰）。峰值對應于圖14所示的模式。斜率為1/f2的曲線有時被（錯誤地）稱為“質量線”，它代表了平臺的剛體運動。“質量線”具有誤導性，因為頂部的剛體響應涉及轉動和平動自由度，因此，除了質量外，還涉及到平臺的兩個慣性矩。由于這個原因，這條線可能比僅用平臺質量計算的線高10倍或更多。

圖15：f0-f3顯示了平臺的四個 zui 低 共振。

柔度曲線主要用來顯示平臺的阻尼情況。阻尼水平越高，在符合性測試中峰值越低，平臺在沖擊擾動后的衰減越快。有兩種方法來阻尼一個平臺的模式：窄帶阻尼和寬帶阻尼。di 一 個使用調諧的機械振蕩器匹配的頻率的常態振蕩要被阻尼。每一個匹配的振蕩器都能以單一頻率 qu 除 能量。TMC使用寬頻帶阻尼，其中模態的阻尼是通過一個有損化合物耦合平臺到一個 di 二 質量。它可以阻尼所有的模態和所有的頻率。

調諧阻尼有幾個問題。如果平臺的頻率改變（因為在它上面放置了一些質量），那么阻尼器就會失去一些效力。此外，bi 須 使用幾個阻尼器，每個關注的一個模態（頻率）。這加劇了匹配問題。每個阻尼器都安裝在平臺的不同角落。這導致了平臺的每個角都有不同的依從性度量。因此，所引依從曲線可能只適用于一個頂部的四個角之一。此外，調諧阻尼器在降低Q值方面受到很大限制。例如，使用合理尺寸的阻尼器很難達到臨界阻尼的10倍。

在寬頻阻尼中，di 二 質量通過平臺均勻分布，產生一個不依賴于角的柔度曲線。它對平臺諧振頻率的變化也不敏感，并將阻尼所有模式——而不僅僅是那些有匹配阻尼器的模式。事實上，TMC zui 高 等級的平臺可以有接近臨界阻尼的 zui 低 模式（取決于高寬比，厚度等）。

4.3.2 柔度曲線作為標準

雖然使用作為衡量平臺性能的標準，角落依從曲線是遠不是一個統一和明確的價值的數字。問題不僅在于使用調優阻尼的平臺。所有的測量都對測試沖擊和監控傳感器的精確位置非常敏感。TMC通過將傳感器放置在平臺側面6英寸的角落，并在傳感器的內測撞擊平臺來測量順應性曲線。因為平臺的核心是從平臺的邊緣凹進1-2英寸，撞擊平臺更靠近角落產生“邊緣效應”。測試的結果是，從一個角落到另一個角落，甚至撞擊到另一個角落都不一致。另一方面，在平臺的前幾種模式下，從角開始測量可能會使傳感器和沖擊點危險地接近一個節點線（圖14）。這是非常敏感的，幾英寸就會對頂部的測量依從性產生戲劇性的影響。

正確地支持被測試的平臺也很重要。TMC在四個點上支持平臺，沿著從平臺末端22%起的兩個節點行。這種測試可以使用氣動減振器或更硬的橡膠支架（盡管橡膠支架可能會改變高階模態的阻尼）。雖然這對于制造商來說是相當標準的，但客戶 bi 須 知道，只有當他們以這種方式支撐他們的頂部時，依從性測試才代表他們的安裝。

由于沒有行業或政府標準的測試標準（如TMC傳感器位置的標準6英寸），節點形狀在作為優劣標準圖形的角柔度曲線的均勻性方面存在一個主要問題。部分問題在于測量點——模態的節點線附近——是共振振幅變化 zui 大 的位置：從節點的零點到平臺的邊緣的 zui 大值。進行符合性測量的理想位置是模態形狀“平”的位置。例如，這將是圖14中 di 一 種模式的平臺的中心。在這里，測量幾乎是獨立的傳感器或沖擊位置的 di 一 模態。然而，對于許多更高的模態，這是在節點線上的死中心，產生本質上毫無意義的結果。無論是好是壞，角落合規測試已經成為標準，而不是對每個模態形狀進行單獨測試以轟炸客戶。

近年來，已經作出了一些嘗試來產生其他有價值的圖形。TMC不使用這些，因為它們將依從性測試的不確定性與其他幾個假設混合在一起。所謂的“動態偏轉系數”和“zui 大 相對運動”*從柔度曲線中獲取信息，并將其與假定的輸入力譜相結合。不幸的是，你觀察到的“真實的”相對運動也取決于你的平臺被支持的方式。例如，如果你的頂部被位于 zui 低 模式節點線上的減振器適當地支撐（相隔0.53 L），那么就沒有來自減振器的 zui 低 模式激勵（這些優點的數字是基于此）。同樣，如果你不正確地支持一個頂部，模式可以驅動到大振幅。此外，“假定的”輸入取決于兩個定義很差的因素：地面噪音和減振器效率。即使這些頻率被很好地定義，噪聲源更有可能在這些頻率（通常是100- 1000hz）占主導地位。由于所有這些原因，我們認為這些有價值的替代數字基本上沒有意義，所以不使用它們。

*這些特別有價值的圖形是由加州Newport Corporation of Irvine公司開發的。

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