Recherche en optique – Utilité des structures rigides isolées des vibrations

Les progrès enregistrés dans les équipements et dans les procédés de fabrication nous permettent aujourd’hui d’étudier des phénomènes dont les dimensions se mesurent en nanomètres. Par exemple, des interféromètres optiques à décalage de phase peuvent maintenant mesurer des rugosités de surface avec une résolution de 1 nm. Dans le secteur des semi-conducteurs, on produit désormais des circuits intégrés dont la largeur de trait est inférieure au micron. Ces applications ont fait naître une demande de structures novatrices et protégées des vibrations, offrant la stabilité nécessaire pour ces technologies et ces mesures. Atteindre un tel niveau de stabilité suppose d’aborder avec la plus grande attention des problèmes tels que l’alignement relatif des différents éléments du système.

Problème : le mouvement relatif

Les vibrations peuvent affecter les performances d’un grand nombre d’applications de recherche et de production. Prenons l’exemple de la photographie d’une image fortement agrandie. Ce sont les optiques du microscope et de l’appareil photo qui, ensemble, déterminent à quel endroit du plan du film sera reproduit chacun des points de l’objet. Pendant la durée de l’exposition, si tous les points composant le système optique, la source d’éclairage, l’objet observé, le système optique du microscope, le système optique de l’appareil photo et le plan du film se déplacent ensemble de manière à ce qu’il n’y ait pas de mouvement relatif, l’image sera nette. Par contre, s’il y a un mouvement relatif entre l’objet et la lentille de l’objectif, l’image sera floue.

Objectif : une structure parfaitement rigide

Comme il n’est pas possible d’éliminer totalement les sources de perturbations vibratoires, l’objectif est de réduire le mouvement relatif entre les différents éléments, en les solidarisant avec une structure aussi rigide que possible.
Dans un corps parfaitement rigide, ce qui n’existe qu’en théorie, la distance entre deux points quelconques reste constante dans le temps. En d’autres termes, la taille et la forme du corps ne changent pas sous l’effet des forces dues aux vibrations, aux forces statiques ou aux variations thermiques. Si tous les éléments sont montés de manière à former ensemble un corps rigide idéal, les différents éléments ne bougeront pas les uns par rapport aux autres et les performances du système ne seront pas détériorées.

Réalité : l’action de l’environnement

Comme il n’est pas possible d’obtenir une structure parfaitement rigide, un système efficace d’isolation des vibrations doit prendre en compte les facteurs suivants :
Forces dynamiques (vibrations)
Les forces dynamiques provoquent des déformations structurelles qui varient en fonction de la fréquence de la force appliquée. Une résonance de la structure peut amplifier le mouvement relatif entre les composants optiques.

• Connecter ensemble tous les éléments critiques pour former une structure dynamiquement rigide, conçue pour éliminer (amortir) les résonances de la structure.
• Isoler le système des vibrations à l’aide de filtres mécaniques ou de technologies dites « actives ».

Forces statiques
Les forces statiques causent des déformations qui restent constantes dans le temps. Cependant, l’addition ou le déplacement d’équipements dans un système peut modifier les forces statiques et provoquer un désalignement des éléments le composant.

• Construire une structure rigide statiquement qui se déforme aussi peu que possible sous l’effet de forces externes.

Effets thermiques
Des effets thermiques non uniformes provoquent généralement une flexion lente de la structure, en suivant des constantes de temps d’une heure ou plus. Les méthodes essentielles de réduction de ces effets sont les suivantes :

• Contrôler l’environnement pour réduire les variations thermiques.
• Concevoir les structures de manière à ce qu’elles soient aussi peu sensibles à la température que possible.

Nos bancs d’optique Newport — Les structures isolées les plus rigides

Newport a inventé le banc d’optique en nid d’abeille et continue de fabriquer les meilleurs systèmes de contrôle des vibrations destinés aux applications des nanotechnologies. Nos systèmes d’isolation Newport offrent les meilleurs systèmes de filtrage des vibrations. Des structures extrêmement rigides en nid d’abeille contribuent en outre à minimiser les mouvements relatifs de la plate-forme sous l’effet des forces dynamiques, statiques et thermiques. L’attention portée par Newport à tous les aspects de qualité et à tous les détails font que nos bancs d’optique constituent une catégorie à part. Si votre système porte le nom de Newport, vous pouvez être certain qu’il est le meilleur.

Coeur extrêmement rigide en nid d’abeille

Les tables d’optique sont des plates-formes rigides destinées à recevoir des équipements et des systèmes optiques de haute précision. Elles sont conçues pour éliminer les erreurs dues aux mouvements relatifs entre des composants optiques sur le trajet des rayons. La rigidité est le premier facteur à intégrer dans la conception d’une table d’optique. La rigidité de la table peut s’analyser statiquement et dynamiquement.

• La rigidité statique définit la capacité d’une table d’optique à résister à la déflexion lorsque la distribution des charges statiques ou quasi-statiques varie. La rigidité statique détermine les performances de la table lorsqu’un chariot traverse la table ou lorsque des équipements sont déplacés, ajoutés ou supprimés.
• La rigidité dynamique définit la capacité d’une table d’optique à résister à la déflexion en réponse à une excitation mécanique. La rigidité dynamique détermine les performances de la table en réponse aux vibrations du plancher, aux bruits acoustiques et aux sources mécaniques placées sur le plateau de la table.

Les cœurs en nid d’abeille sont fréquemment utilisés pour produire des structures très légères et très rigides. Un poids réduit contribue fortement à une meilleure rigidité dynamique de la structure, car les modes de résonance se déplacent vers des fréquences supérieures, moins gênantes. Les modes de résonance de la structure sont les fréquences auxquelles la plate-forme fléchit, ce qui provoque des mouvements relatifs des montures des optiques. Pour une force de vibration donnée en entrée, la déflexion diminue lorsque la fréquence augmente. C’est la raison principale qui explique que les table en nid d’abeille ont remplacé le granit dans la plupart des applications optiques de haut niveau. Du fait que le granit est relativement lourd, les modes de résonance se situent à des fréquences inférieures et produisent donc des déflexions plus élevées des surfaces.

• Coeur en nid d’abeille renforcé— Newport a inventé le cœur en nid d’abeille renforcé, afin d’obtenir un rapport optimal rigidité/poids. Le cœur de nos tables Newport utilise un élément en acier supplémentaire qui passe au centre de chaque nid d’abeille. Cet élément mécanique supplémentaire rigidifie notablement la cellule au prix d’une très faible augmentation du poids. Cette entretoise améliore ainsi la rigidité statique et dynamique, augmentant la capacité de charge ponctuelle de la structure. La plupart des autres constructeurs utilisent une construction à cellules non renforcés, et ne peuvent donc égaler la rigidité statique de nos tables Newport.

• Coeur avec collage vertical—Toutes nos tables Newport sont collées verticalement (sur toute la hauteur du cœur en nid d’abeille). La plupart des autres constructeurs omettent cette mesure à cause des frais supplémentaires et du temps nécessaire pour appliquer la colle à chaque élément individuel du cœur. Cependant, ce collage vertical représente une mesure essentielle pour augmenter le rapport rigidité/poids de la table. L’un des avantages supplémentaires est l’amortissement obtenu par la précontrainte créée lors de la construction du cœur .

• Coeur à interface triple— L’entretoisement du nid d’abeille permet d’avoir une triple interface au niveau de chaque cellule du cœur. Les autres constructions à cœur dit « ouvert » ne possèdent que deux éléments porteurs au niveau de chaque interface, tandis que nos tables Newport en comportent trois. Comme la plupart des constructeurs utilisent de la tôle d’acier de 0,26 mm, les interfaces du cœur ont une épaisseur de 0,52 mm. Notre technologie Newport offre une rigidité locale augmentée de 50 %, avec des interfaces de 0,76 mm. De plus, les trois pièces de tôle sont intégralement collées, sur toute la hauteur de la table, ce qui assure une plus grande rigidité et un effet d’amortissement par précontrainte.
• Cœurs sur mesure— Newport dispose de la plus grande expérience et offre le plus grand choix de cœurs. Newport construit des cœurs renforcés de différentes tailles, des cœurs « ouverts » en aluminium pour réaliser des structures très légères et des cœurs « perforés » pour les applications sous vide poussé ou pour salle blanche. Mentionnons encore les constructions de type « boîte à œufs » et les structures tubulaires. Cela permet d’exploiter nos capacités Newport, au-delà des tables d’optique, afin de construire des tours en nid d’abeille pour le tirage de fibres optiques, des systèmes verticaux pour faisceaux lasers, des systèmes de faux planchers pour équipements de fabrication de semi-conducteurs et une grande variété de plates-formes, de portiques et de structures supportant des instruments.

Planéité et stabilité thermique

La stabilité du trajet d’un faisceau est une exigence primordiale dans de nombreux processus ou expériences d’optique. Newport répond aux défis des nanotechnologies de pointe en offrant les meilleures caractéristiques de planéité et de stabilité thermique offertes par des structures en nid d’abeille. Alors que d’autres constructeurs ont choisi de produire leurs tables plus rapidement, Newport n’oublie pas certaines mesures et prend le temps de produire le meilleur.

• Plateaux de collage de précision—Des plateaux d’assemblage en acier, de qualité métrologique, sont utilisées pour obtenir la planéité supérieure de nos tables d’optique. Le plateau d’assemblage supporte la peau supérieure de la table pendant les opérations d’assemblage et de collage, si bien qu’il transmet au produit les caractéristiques de planéité qui sont les siennes. Contrôlés régulièrement à l’aide d’interféromètres optiques, ces plateaux sont les plus grands et les plus plans de toute l’industrie, ce qui permet à Newport de construire les plus grandes tables d’optique au monde.

• Collage sous la pression de la gravité—En appliquant une pression constante sur toute la surface de la table d’optique pendant le collage, il est possible d’être sûr que la peau supérieure aura la même planéité que le plateau d’assemblage. Newport a choisi d’effectuer un collage sous la pression de la gravité pour contrôler la charge sur les surfaces de la table et assurer un processus reproductible de tables en tables. D’autres constructeurs utilisent des presses hydrauliques pour accélérer le processus d’assemblage. Toutefois, la pression hydraulique doit être contrôlée pour être régulière, et il peut se produire des forces inégales au niveau du plateau de la table.
• Collage avec faibles contraintes thermiques—Un durcissement lent des collages, à température ambiante, est essentiel à la fois pour préserver la planéité de la table et pour assurer la stabilité à long terme de la structure. Les colles à durcissement rapide échauffent le cœur et induisent des contraintes thermiques. Certains constructeurs chauffent les tables pour accélérer leurs cycles de production. La température provoque des contraintes thermiques qui font que la table fléchit lorsqu’elle revient à la température ambiante. Le durcissement à chaud peut également causer des phénomènes de flexion à long terme et, dans les cas extrêmes, de décollement du cœur ou des peaux supérieures ou inférieures. Notre méthode Newport de durcissement lent prend plus de temps, mais permet de produire les tables les plus planes. Nous accordons donc, pour chaque table Newport, une garantie à vie contre le décollement.
• Super Invar et autres matériaux de pointe—Newport a plus d’expérience des matériaux de pointe que quiconque dans le secteur des tables d’optique. Nos relations, nouées de longue date, entre Newport et l’industrie aérospatiale ainsi que les plus grands laboratoires mondiaux ont donné à notre équipe de contrôle vibratoire des connaissances inégalées dans le domaine des matériaux. Newport est le premier fournisseurs de tables en Super Invar pour le nec plus ultra dans la recherche optique. Le Super Invar ne présente pratiquement pas de dilatation thermique aux températures ambiantes. Newport dispose également d’une vaste expérience dans les structures ultra-légères et extrêmement stables en carbone. Pour atteindre la meilleure planéité, Newport peut également fournir des plates-formes en granit, des composites granit/époxy ou granit/nids d’abeilles.

Excellentes propriétés d’amortissement

Les expériences ou les procédés de fabrication sont perturbés par des mouvements relatifs entre des éléments optiques, qui se produisent généralement aux modes de résonance dominants de la structure, en flexion ou en torsion. Outre qu’il décale ces modes naturels vers des fréquences supérieures et moins gênantes, le cœur en nid d’abeille présente aussi comme avantage sur le granit d’offrir un niveau d’amortissement supérieur en raison du fort effet d’amortissement assuré par la structure en nids d’abeilles. L’amortissement atténue les modes naturels et réduit les mouvements relatifs à la surface de la table. Dans des applications de haute précision comme l’interférométrie optique, il est absolument essentiel d’assurer un amortissement maximal de la table.
Trois types d’amortissements sont utilisés pour les tables d’optique : amortissement à bande étroite pré-accordé, amortissement à large bande pré-accordé et amortissement à large bande par couches précontraintes. Newport est la seule société à proposer les trois modes d’amortissement sur une même table d’optique.

• Amortissement à bande étroite pré-accordé avec atténuateurs de vibrations — Newport est le seul constructeur à intégrer des atténuateurs de vibrations à bande étroite dans une table d’optique. Ils permettent d’amortir sélectivement certains modes spécifiques. L’amortissement à bande étroite pré-accordé constitue la méthode la plus efficace pour éliminer les phénomènes de résonance des structures. Ces amortisseurs absorbent sélectivement certains modes de vibrations afin de réduire le coefficient de déflexion dynamique, si bien que le comportement de la table se rapproche de celui d’une structure idéalement rigide. Les structures de très grandes dimensions, par exemple les tables d’optiques de plus de 5 mètres de longueur, présentent des phénomènes de résonance structurelle au-dessous de 150 Hz que seules les méthodes à bande étroite permettent d’éliminer efficacement.

Les atténuateurs à bande étroite pré-accordés ne sont montés que sur nos tables Newport de la série RS. Newport possède en stock plus de 200 atténuateurs individuels pour amortir les modes de 20 à 480 Hz. Un ingénieur spécialisé dans les vibrations teste chacune des tables afin de déterminer les modes naturels de la structure.
Des atténuateurs de vibrations à bande étroite sont alors choisis pour éliminer ces modes et sont installés aux endroits d’amplitude maximale (généralement dans les coins). Il existe différents modèles pour assurer des niveaux d’amortissement variés. Dans des applications où des charges utiles lourdes peuvent affecter significativement les modes de résonance de la structure, Newport peut simuler la charge et optimiser l’amortissement pré-accordé. Pour l’amortissement de systèmes composés de deux tables ou plus, les tables sont assemblées et testées comme une structure monolithique.

• Amortissement à large bande : atténuateurs de vibrations pré-accordés— L’amortissement à large bande est moins efficace que les méthodes à bande étroite. Toutefois, nos tables Newport offrent une variété de mécanismes d’amortissement à large bande permettant d’améliorer encore leurs performances. Le système d’amortissement à fluide intégré à nos atténuateurs de vibration pré-accordés Newport assure un amortissement à large bande des fréquences élevées. Cet amortissement à large bande s’étend sur plusieurs octaves au-dessus de la fréquence d’accord de l’atténuateur.

• Amortissement à large bande : coeur à couches précontraintes — Les structures d’amortissement à couches précontraintes se composent généralement de deux tôles métalliques ou plus séparées par un matériau souple. Le cœur en nid d’abeille renforcé avec collage vertical qui équipe nos tables Newport se compose de trois tôles métalliques séparées par un adhésif. Si cet adhésif est rigide, son coefficient d’amortissement est nettement supérieur à celui de l’acier, ce qui assure un amortissement substantiel à l’intérieur du cœur. Cette construction assure un amortissement notable par couches précontraintes au niveau de chaque interface du cœur.
• Plan de travail amorti — Le plateau de nos tables Newport est collé sur une couche de matériau polymère servant à obturer les orifices du nid d’abeille et amortir le plan de travail. Le matériau polymère est soumis aux mêmes contraintes de flexion et de cisaillement que la peau supérieure en acier inoxydable. Comme le coefficient d’amortissement est nettement supérieur à celui de l’acier, un effet important d’amortissement est assuré au niveau de la surface de la table. Cette conception élimine les problèmes de résonance de la peau que l’on rencontre avec des tables non amorties.
• Panneaux latéraux amortis — Les panneaux latéraux de nos tables de laboratoire Newport sont fabriqués dans un matériau à base de bois imprégné et d’époxy. Comme les panneaux utilisés dans les enceintes acoustiques haut de gamme, les matériaux composites à base de bois sont acoustiquement “ neutres ”. Par rapport aux chants métalliques utilisés par la plupart des autres constructeurs, les panneaux latéraux en bois composite assurent un amortissement notable et éliminent une source de résonance supplémentaire. Il suffit de frapper sur le côté d’une de nos tables Newport pour percevoir la différence. Newport offre des panneaux latéraux en acier sur les produits pour salles blanches ou compatibles avec le vide.

Construction propre

Les laboratoires d’optique et les industries de pointe exigent des niveaux élevés de propreté des produits.

• Les surfaces de travail avec trous taraudés sont lavées — Toutes les surfaces de travail de nos tables Newport sont taraudées (taraudages de précision) et rectifiées avant leur collage sur le cœur en nid d’abeille obturé. Elles sont alors nettoyées par des systèmes industriels automatiques pour éliminer toutes les traces de fluide de coupe ainsi que toutes les particules métalliques avant le collage. Les produits pour salles blanches sont soumis à un procédé breveté destiné à protéger davantage la surface avant son collage sur la structure en nid d’abeille. D’autres constructeurs réalisent les trous taraudés après l’assemblage, ce qui est la source de contaminations du cœur de la structure ou des bouchons d’obturation.
• Trous de fixation chambrés — Tous les trous de nos tables Newport sont chambrés et ébavurés. Ces opérations facilitent le vissage et éliminent une source possible de contamination. Les tables à trous non chambrés peuvent libérer des particules métalliques lorsque les tiges de montage arrachent des bavures sur les filets. Les trous non chambrés sont également plus exposés aux problèmes de détérioration des taraudages.
• Obturation individuelle et non corrosive — Chacun des trous taraudés de nos tables Newport est aligné avec le cœur de la table et est obturé individuellement par une cuvette conique en matériau non corrosif. La cuvette obture la cellule du nid d’abeille afin d’éviter que l’intérieur de la table ne soit contaminé par des colorants pour laser, des fluides de refroidissement ou même à l’occasion la tasse de café qui ne devrait pas être là. L’obturation de chacun des trous facilite le nettoyage en supprimant les endroits où le liquide peut se dissimuler. La forme conique des obturations facilite l’extraction des résidus. Newport utilise un matériau polymère afin d’éviter la perte de particules et la rupture du système d’obturation sous l’effet de la corrosion. Le matériau utilisé résiste aux acides, aux bases et aux solvants de laboratoire les plus courants.
• Les cuvettes d’obturation s’intègrent dans une feuille qui est collée sous vide à la peau supérieure pour éliminer tous les contaminants. Cette méthode résout les problèmes de fuites rencontrés sur des produits concurrents.

• Adhésifs compatibles avec les salles blanches — Des adhésifs de qualité aérospatiale sont utilisés pour le collage du cœur de toutes nos tables d’optique Newport. Ces adhésifs sont conformes aux spécifications de dégazage de la NASA et sont homologués pour les environnements de vide poussé. Ils sont compatibles avec les environnements de type salle blanche et ne peuvent pas provoquer de contaminations. Newport utilise des systèmes automatisés de mesure et de mélange afin d’assurer la régularité des lots d’adhésifs.
• Atténuateurs de vibrations hermétiquement fermés — Les atténuateurs de vibrations pré-accordés sont hermétiquement fermés et sont totalement conformes aux conditions des salles blanches et du vide poussé.
• Cœurs « perforés » — Des cœurs « perforés » existent pour les applications sous vide poussé ou en salle blanche. Chacune des cellules du cœur de ces tables spécifiques est ouverte, ce qui permet d’appliquer un vide poussé. Les modèles à flux laminaire pour faux planchers de salle blanche (FabFloor™) réunissent le cœur « perforé » et un système pneumatique.

Systèmes Newport d’isolation des bancs d’optique — un filtrage extrêmement efficace des vibrations

Nous avons inventé l’isolateur Newport Stabilizer™ et fixé une nouvelle référence en matière d’isolation des vibrations pour l’industrie des équipements scientifiques. L’isolateur Stabilizer™ possède notre système d’amortissement exclusif Newport associant une chambre hybride et un écoulement laminaire de l’air, afin d’isoler des vibrations même les plus faibles. Avec des tables extrêmement rigides à amortissement pré-accordé, nos systèmes d’optique Newport offrent des performances inégalées. Rien d’étonnant si les chercheurs de pointe n’acceptent que nos matériels Newport dans leurs laboratoires.

Isolateurs pneumatiques

Les isolateurs pneumatiques filtrent les vibrations avant que les bruits mécaniques ne puissent atteindre la surface de travail du banc d’optique. Une bonne isolation des vibrations réduit le risque d’erreurs lié au mouvement relatif entre les composants optiques placés sur le chemin des rayons. Avec la table d’optique et la charge utile, les amortisseurs pneumatiques forment un système masse/ressort/amortisseur. On préfère les isolateurs pneumatiques aux ressorts mécaniques parce qu’ils offrent une stabilisation automatique et réduisent les effets sur l’isolation d’une variation de la masse. Les performances d’un isolateur sont principalement définies par sa fréquence naturelle et ses caractéristiques d’amortissement :

• Fréquence propre (Mode propre de résonance) — L’isolateur pneumatique est essentiellement un oscillateur harmonique simple qui utilise son amortissement rapide des fréquences élevées pour agir comme un filtre mécanique passe-bas. Au-dessous de la fréquence naturelle de l’oscillateur harmonique, l’isolateur peut être considéré comme rigide et il transmet directement les vibrations à la plate-forme. A la fréquence propre, les vibrations sont en fait amplifiées. L’un des objectifs prioritaires est donc d’abaisser la fréquence propre, puisqu’on améliore ainsi l’isolation des basses fréquences et la largeur totale de la bande isolée.
• Amortissement — Le second objectif essentiel est d’amortir l’amplitude de résonance de l’oscillateur harmonique. Ce faisant, on réduit l’amplification des vibrations aux basses fréquences et on améliore la stabilité du système. Malheureusement, il existe un lien entre la fréquence propre et l’amortissement, car lorsque ce dernier augmente, la fréquence propre de l’isolateur est légèrement décalée vers le haut et l’isolation des hautes fréquences diminue.

Isolateurs conventionnels

Les isolateurs conventionnels comprennent une chambre à diaphragme jouant le rôle de ressort pneumatique et une chambre d’amortissement destinée à accroître la stabilité du système. Les deux chambres sont connectées par un tube ou un orifice de faible section.

• Chambre à diaphragme — Cette chambre est fermée par un diaphragme souple et accueille un piston supportant la table d’optique. Si le piston est poussé vers l’intérieur de la chambre, la pression du gaz augmente, ce qui fait apparaître une force de repositionnement — comme cela se produit avec un ressort souple. Les performances d’isolation dépendent essentiellement du volume de la chambre. Lorsque le volume augmente, la fréquence propre baisse.
• Chambre d’amortissement— Quittant la chambre à diaphragme, l’air passe dans la chambre d’amortissement par un trou d’étranglement — généralement un tube ou un orifice de faible section. Ce dispositif dissipe l’énergie contenue dans l’air et a essentiellement pour effet d’amortir le système. La conception des deux chambres et de l’orifice qui les relie doit être optimisée en tenant compte du compromis entre la fréquence propre et l’amortissement. Additionnés, les volumes des deux chambres sont relativement grands, de manière à avoir une quantité maximale d’air circulant au travers du dispositif d’étranglement.

Construction de l’isolateur Stabilizer™

La construction exclusive de notre isolateur Stabilizer™ illustre la démarche novatrice de Newport. L’isolateur Stabilizer™ assure un amortissement nettement supérieur de l’amplitude de la fréquence naturelle, grâce au couplage plus direct entre le piston et l’élément amortisseur. On obtient ainsi une isolation et une stabilité meilleures que celles des isolateurs conventionnels.

• Chambre hybride — La principale innovation de l’isolateur Stabilizer est sa chambre hybride. La construction à chambre hybride améliore l’effet d’amortissement en réduisant le volume d’air entre le piston et les éléments amortisseurs. Par rapport à la construction traditionnelle avec deux chambres de taille équivalente, la première jouant le rôle d’élément élastique et la seconde celui d’élément amortisseur, la construction à chambre hybride utilise la totalité du volume de l’isolateur comme élément élastique. La taille de la première chambre est considérablement réduite. De ce fait, l’isolateur est contraint d’utiliser la seconde chambre comme élément élastique. La chambre hybride offre donc un volume élastique nettement supérieur, pour un encombrement donné. De ce fait, on abaisse la fréquence du mode naturel et on améliore l’isolation.

La fréquence naturelle d’un isolateur pneumatique diminue lorsque le volume élastique augmente, ce qui améliore les performances d’isolation. La construction à chambre hybride utilise un volume maximal, tandis que des diaphragmes Ultra-soft atténuent les limites dues à la raideur.

• Amortissement à flux laminaire — L’orifice d’étranglement de la chambre hybride est un élément à flux laminaire. Cet élément est fait de métal poreux et oppose une résistance au flux d’air qui passe entre les deux chambres. La résistance opposée au flux d’air amortit largement l’amplitude du mode naturel avec des effets minimaux sur la largeur de bande de l’isolateur. L’élément à flux laminaire améliore en outre la réponse de l’isolateur et son délai de stabilisation. Le volume d’air pouvant passer est réglé en usine pour définir le niveau d’amortissement.

• Diaphragmes Ultra-Soft — L’une des limites imposées aux systèmes pneumatiques est due à la raideur des diaphragmes. La raideur de cet élément limite les possibilités d’améliorer l’isolation lorsque le volume de la chambre est grand. Newport emploie des diaphragmes ultra-souples fabriqués sur mesure pour tirer un profit maximal des avantages intrinsèques de la construction à chambre hybride.

Vanne de mise à niveau de grande précision

Les isolateurs pneumatiques comportent souvent des vannes qui, après une perturbation, sont destinées à stabiliser et remettre la table d’optique à niveau. Trois vannes deux voies sont livrées avec nos systèmes Newport pour contrôler la plate-forme sur ses trois degrés de liberté (mouvement vertical, tangage et roulis). La vanne est montée sur l’isolateur et elle détecte la hauteur de la plate-forme à l’aide d’un levier. Lorsque la table subit une perturbation, le levier bouge et commande la vanne, qui ajoute ou prélève de l’air dans les isolateurs pneumatiques afin de maintenir la hauteur de la plate-forme. L’admission d’air ne se produit que pendant la remise à niveau du système.
Nous fabriquons nos propres vannes Newport, qui sont conçues spécifiquement pour répondre aux besoins des utilisateurs de tables d’optique. D’autres constructeurs utilisent des vannes du commerce, qui ne sont pas optimales, et ne peuvent pas assurer une précision élevée de la remise à niveau. Il suffit de 3 vannes de mise à niveau, quel que soit le nombre des isolateurs installés sur le système.

• Vannes de contrôle — Newport utilise des vannes à pointeau pour contrôler le flux d’air entre la vanne de mise à niveau et la chambre hybride. Cela assure un bien meilleur contrôle par l’utilisateur, puisque la réponse du système peut être optimisée en fonction de la configuration précise de la table d’optique.
• Tampon de contact du levier — Newport emploie un matériau amortisseur spécial à base d’élastomères (EAR) pour établir le contact entre le levier et la table d’optique. Ce matériau évite que des vibrations à fréquence élevée ne soient transmises entre le levier et la table. D’autres constructeurs utilisent à cette fin des mousses courantes ; or, la mousse augmente les erreurs de remise à niveau et se dégrade avec le temps.
• Manomètres — Des manomètres sont montés sur les vannes de mise à niveau pour surveiller la pression à l’intérieur de l’isolateur.

Isolation horizontale très basse amplitude

Tandis que l’isolateur pneumatique assure l’isolation dans le sens vertical, l’isolation horizontale est assurée par un système à filtre mécanique. De nombreux constructeurs utilisent une surface d’appui constituant un pivot ou encore une surface de roulement. Cependant, les éléments en contact présentent toujours certains défauts mécaniques et une certaine rugosité de surface. Les surfaces en contact induisent donc un bruit de frottement et limitent l’isolation des vibrations de très faible niveau qui perturbent souvent les configurations de haute précision.

Pendule triple — Newport emploie un système à triple pendule (sans frottement) pour assurer l’isolation des vibrations horizontales. Le mode naturel du pendule est très bas en fréquence, typiquement de 1 à 2 Hz, suivant la longueur du pendule. Au-dessus de la fréquence naturelle, le pendule isole les vibrations. Comme le système travaille en flexion, il n’oppose pas de résistance par frottement et peut donc isoler des vibrations mécaniques de très faible amplitude.
Amortissement visqueux — La fréquence naturelle du pendule est amortie par un bain d’huile à faible pression de vapeur. Ce système assure une réduction importante de l’amplitude du mode naturel sans ajouter de bruits de frottement à haute fréquence.

Construction mécanique supérieure

Depuis des années, Newport affine ses isolateurs pneumatiques pour tables de laboratoire et il propose plusieurs fonctionnalités que l’on ne retrouve pas chez ses concurrents.

• Auto-centrage (Brevet US 5 071 108) — Newport est le seul à proposer un mécanisme d’auto-centrage destiné à assurer un mouvement sans restrictions du piston. Ce mécanisme breveté évite tous les problèmes de réglage et d’installation des isolateurs.
• Réglage en hauteur — Les isolateurs pneumatiques de laboratoire comportent un système mécanique de réglage en hauteur qui facilite la mise à niveau de la table, le contrôle de la hauteur et sa compensation, notamment en présence de sols qui ne sont pas de niveau.
• Bases modulaires — Tous les supports LabLeg™ utilisent des bases modulaires. Ces bases existent dans sept hauteurs au choix. Un système peut donc être modifié simplement en commandant de nouvelles bases. Les supports non isolants peuvent être transformés en isolateurs pneumatiques en remplaçant la partie supérieure.

• Pieds indépendants — Nos pieds Newport sont livrés en standard sans aucun élément mécanique de connexion entre eux. Ces pieds indépendants sont préférables dans le cas de sols irréguliers et assurent un meilleur découplage des vibrations. Les barres de liaison peuvent induire des résonances structurelles significatives sur la plage de 25 à 100 Hz. Newport conseille de réserver les barres de liaison aux situations où une table doit être bougée fréquemment et nécessite un système de roulettes.

• SafeLock™ — Les brides de fixation SafeLock™ permettent un montage sûr et fiable de l’isolateur sur la table d’optique. Ces brides présentent une rainure de montage pour faciliter l’installation. Plusieurs systèmes équipés de brides SafeLock™ ont survécu à des tremblements de terre aussi bien en Californie qu’au Japon. Des fixations antisismiques sont proposés comme accessoires.

Questions fréquemment posées sur la construction des tables d’optique

Tous les coeurs en nid d’abeille sont-ils identiques ?

Non. Nous employons des cœurs en nid d’abeille renforcé qui, bien que plus légers que les cœurs en nid d’abeille des concurrents, offrent une meilleure rigidité statique. Cette rigidité supérieure est due au collage sur toute la hauteur du cœur et à la triple interface. D’autres constructeurs préfèrent faire l’économie de ce collage sur toute la hauteur du cœur, si bien que leurs produits sont à la fois plus lourds et moins rigides. Le cœur renforcé Newport est également supérieur dynamiquement en raison de son rapport rigidité/poids supérieur.

Faut-il préférer l’amortissement pré-accordé ou l’amortissement à large bande ?

Les méthodes d’amortissement pré-accordé à bande étroite sont beaucoup plus efficaces que les amortisseurs à large bande. Les amortisseurs à bande étroite éliminent sélectivement un mode de vibration. Des amortisseurs différents peuvent être installés pour différents modes, et restent efficaces pour amortir les harmoniques. Les amortisseurs à bande étroite sont sélectionnés individuellement en fonction de la géométrie de la table et ne sont pas affectés par les charges utiles jusqu’à 25 % de la masse de la table. Les tables pour charges supérieures peuvent être accordées spécifiquement dans nos ateliers Newport en les testant sous charge. Les méthodes à bande étroite ajoutent moins de poids que les “ amortisseurs secs ” de la concurrence, qui peuvent aggraver les problèmes de vibrations en chargeant les extrémités de la table et en abaissant le rapport rigidité/poids. Les amortisseurs secs comportent des couches semi-rigides adhésives qui peuvent se dégrader avec le temps. De ce fait, les amortisseurs secs ne sont pas aussi fiables que les amortisseurs étanches à huile à faible pression de vapeur qu’emploie Newport.

Les valeurs numériques sont-elles utiles pour comparer les plateaux des tables ?

Oui, à la condition de bien les utiliser. Toutes les valeurs numériques, comme le mouvement relatif maximum ou le coefficient de déflexion dynamique, sont dérivées à partir d’un ensemble de valeurs mesurées et d’hypothèses. Les méthodes de calcul et les hypothèses de travail doivent être clairement énoncées par le constructeur, faute de quoi les valeurs peuvent ne pas être comparables. Newport est prudent dans l’emploi de ces valeurs numériques, pour le bien de ses clients, et ne les utilise que pour comparer les gammes de tables de sa fabrication. Les valeurs avancées par des constructeurs revendiquant des niveaux maximaux de compliance et de déflexion statique doivent être ignorées si la méthode de calcul n’est pas explicitée. Dans tous les cas, la meilleure méthode d’évaluation est de comparer directement les courbes de compliance mesurées à l’endroit voulu de la table.
Les données essentielles fournies par les courbes de compliance sont les fréquence de résonance de la table et le facteur “ Q ” pour chaque résonance. Des fréquences de résonance plus élevées se traduisent par des valeurs inférieures de déflexion de la table. Un facteur “ Q ” minimal (rapport entre la compliance maximale et la compliance du corps rigide idéal à la même fréquence) signifie un amortissement élevé et une réduction de la flexion due aux vibrations.

La construction des panneaux latéraux joue-t-elle un rôle ?

Oui. Nous proposons deux types de panneaux latéraux Newport : en composite à base de bois pour le laboratoire, métalliques amortis pour les salles blanches et les applications sous vide. Les panneaux latéraux en bois sont acoustiquement supérieurs aux panneaux latéraux métalliques de tous les concurrents. Frappez dessus et vous entendrez la différence. Le bois composite ne peut pas se corroder et est protégé par une couche d’époxy contre la contamination par les liquides.

Une table d’optique doit-elle avoir des pieds indépendants ou des barres de liaison ?

Les pieds indépendants assurent une meilleure isolation que les pieds reliés par des barres de liaison. Les barres de liaison peuvent introduire des vibrations directement dans le pied. Elles offrent de plus un sentiment de sécurité mal fondé dans les zones exposées sismiquement. Les barres de liaison ne devraient être employées que lorsqu’il faut que la table soit posée sur roulettes. Dans les zones exposées sismiquement, il convient d’utiliser des fixations antisismiques agréées par Newport.

Schémas d’installation des isolateurs

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