ОПТИЧЕСКИЙ СТОЛ

Полезная модель относится к оборудованию для осуществления физических экспериментов, преимущественно в оптике, физике лазеров и прецизионной мехатронике. Оптические столы применяются для размещения оптического и прочего аналитического измерительного оборудования, которое должно быть размещено на крайне жесткой и плоской поверхности. В оптических установках, особенно в тех, которые включают интерферометры или лазеры, все компоненты должны быть расположены строго вдоль одной линии с точностью вплоть до долей длины волны света, т.е. несколько сот нанометров. Даже малейшая изгибная деформация стола, на котором размещена испытательная установка, может привести к смещениям чувствительных компонентов. Поэтому изгибные деформации и деформации поворота поверхности оптического стола должны быть минимизированы чтобы свести к минимуму относительные перемещения размещенных на столе компонентов. Поверхность оптического стола может иметь сетку резьбовых крепежных отверстий для удобства крепления исследовательского оборудования и компонентов.
Известен оптический стол по патенту USA №5061541, 1991 г., состоящий из верхнего металлического листа, на котором может быть размещена сетка резьбовых отверстий, нижнего металлического листа, как минимум одного слоя жесткого профилированного материала, как минимум одного слоя сотового сердечника и предпочтительно как минимум одного слоя внутренней металлической диафрагмы.
Известен оптический стол по патенту USA №5962104, 1999 г., состоящий из верхнего листа с отверстиями для удержания компонентов, нижнего листа, разнесенного по высоте с верхним, и панели под верхним листом включающей вертикальные ребра, таким образом, что ребра поддерживают верхний лист, а каналы, образованные между вертикальными ребрами, расположены непосредственно под центрами отверстий в верхнем листе.
Недостатками указанных оптических столов являются:
- малое внутренне демпфирование конструкции оптического стола, необходимость применения дополнительных демпфирующих устройств;
- высокая трудоемкость и техническая сложность процесса изготовления, особенно сотового сердечника, выполненного из тонколистовой стали;
- малая жесткость оптических столов больших размеров (длиной более 2,5 м);
- сложность изготовления оптических столов полигональной или произвольной формы;
- необходимость применения специальных методов и средств безотходного сверления отверстий в верхнем листе и последующей герметизацией всей конструкции для работы в условиях чистых производств;
- высокая стоимость;
Технической задачей полезной модели является создание технологичного в производстве и эксплуатации, экономически выгодного композитного оптического стола, характеризующегося высокой изгибной и крутильной жесткостью конструкции, высоким внутренним демпфированием без применения дополнительных средств, простотой эксплуатации в условиях чистых производств, а также возможностью производства оптического стола любых форм и геометрических размеров.
Поставленная задача решается за счет того, что оптический стол состоит из трех групп компонентов: верхнего листа, на который может быть нанесена сетка резьбовых отверстий, нижних опорных пластин и промежуточного слоя из композитного материала - синтетического гранита (синтеграна). Введение специальных добавок в состав синтетического гранита позволяет варьировать величину внутреннего демпфирования и жесткость оптического стола. Совместная работа указанных трех групп компонентов решается за счет предварительной абразивной обработки нижней поверхности верхнего листа, установки закладных деталей, объединенных с верхним листом, и последующей заливки промежуточного слоя синтетического гранита поверх перевернутого верхнего слоя в опалубке, габаритные размеры которой совпадают в плане с габаритными размерами верхней плиты, а толщина определяется исходя из условий сохранения высокой жесткости в зависимости от требуемой длины стола.
Конфигурация оптического стола в плане преимущественно прямоугольная, однако может быть выполнена полигональной или произвольной формы.
Может использоваться четное число, предпочтительно четыре, опорных площадки, расположенных симметрично центральной оси оптического стола, предпочтительно на расстоянии 0,57·а между опорами, где а - длина соответствующей стороны оптического стола.
Может использоваться нечетное число, предпочтительно три опорных площадки, расположенных в вершинах равностороннего треугольника с центром, совпадающим с центром тяжести нижней поверхности промежуточного слоя синтетического гранита.
Мусор, образующийся при сверлении отверстий в верхнем листе и нанесении резьбы в них, может быть легко удален с помощью пылесоса в процессе изготовления оптического стола.
Технический результат, обеспечиваемый приведенной совокупностью существенных признаков, состоит в создании высокотехнологичного, простого в производстве и эксплуатации, оптического стола, благодаря применению которого:
- задача обеспечения жесткой и ровной поверхности для размещения высокоточного научного оборудования и проведения экспериментов решается путем применения промежуточного слоя из синтетического гранита;
- задача обеспечения надежного крепления различного исследовательского оборудования к оптическому столу решается путем применения верхнего листа с сеткой резьбовых отверстий;
- упрощается процесс производства оптических столов за счет уменьшения количества технологических операций и упрощения конструкции оптического стола;
- отпадает, для большинства условий эксплуатации, необходимость применения отдельных демпферов для гашения колебаний оптического стола.
сж
pac
сж
pac
сж
pac
Возможность достижения технического результата для любого состава синтетического гранита подтверждается результатами модального анализа моделей оптических столов для разных марок синтетического гранита. На фиг. 1-3 представлены результаты модального анализа - первые собственные частоты и формы изгибных колебаний оптического стола для трех широко используемых в промышленности составов синтетического гранита (В.Е. Барт, Г.С.Санина, С.А. Шевчук «Опыт применения синтеграна в машиностроении», В.А. Рогов, М.И. Шкарупа, С.Горбани «Компьютерное исследование с целью выбора рациональной конструкции виброгасящих вставок в державке сборного токарного резца») - «нормального»: Е=3,5-4,0 МПа, R=150-160 МПа, R=15-20 МПа; «жесткого»: Е=1,5-1,8 МПа, R=120-150 МПа, R=12-15 МПа и «пластичного»: Е=3,0-3,5 МПа, R=180-200 МПа, R=20-25 МПа. На фиг. 4 представлены результаты модального анализа типовой конструкции оптического стола.
Сравнение результатов расчетов показывает, что вне зависимости от состава синтеграна первая собственная частота оптического стола предлагаемой конструкции оказывается выше, чем у оптического стола типовой конструкции тех же размеров. Это подтверждает более высокую изгибную жесткость оптического стола предлагаемой конструкции по сравнению со столами типовой конструкции. Величина коэффициента демпфирования рассматриваемых составов синтеграна составляет 0,5-1,0, что в несколько раз выше коэффициента демпфирования для металлических и алюминиевых конструкций типовых оптических столов - 0,01-0,04.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, приведенными на фиг. 5-6. На фиг. 5 изображен общий вид прямоугольного в плане оптического стола, состоящего из верхнего листа 1 и нанесенной на него сеткой резьбовых отверстий для крепления оборудования и промежуточным слоем синтетического гранита 2. На фиг. 6 изображена нижняя поверхность оптического стола с четырьмя квадратными в плане опорными плитами 3.