Устройство для автоматической центрировки оптических компакт-дисков Советский патент 1992 года по МПК G11B7/95 G01B11/275 

- - 2 3

i 13

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к оптической записи информации на программоносителях типа компакт-диск. Для повышения точности и производительности центрирования оптического компакт-диск каретка 6 установлена с возможностью радиального перемещения относительно компакт-диска 3 и имеет газо

р:

IL--I - Г- . ---------Г

С -Г-.-1

brfKiM

---.cj.

« /

VI

S

ел

isO

ТШ/,-:

1в±

Pn.t

ые каналы и сопла, оси которых перпенди- ;улярны плоскости компакт-диска, который становлен на полусферическом держателе . Шпиндель 10 имеет два сферических под- иипника на газовой смазке и установлен в :орпусе, имеющем газовые каналы 13 и 14 ;ля тангенциальной и радиальной юстиро- юк. Каналы 14 радиальной юстировки могут

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к оптической записи информации на программоносителях типа компакт-диск и может быть использовано для автоматизации технологического процесса сервисного обеспечения подготовки к оптической записи-воспроизведению информации.

Цель изобретения - повышение точности и производительности центрировки оптического компакт-диска.

На фиг. 1 приведено устройство, общий вид; на фиг. 2 - центрируемый компакт-диск с выраженной разнотолщинностью и взаимодействующий с ним по торцовой плоскости полусферический держатель; на фиг. 3 - радиальная и тангенциальная центрировки; на фиг. 4 - схема контроля центрировки с датчиком на базе четырехплощадочного фотоприемника; на фиг. 5 - электромагнитная система обеспечения уменьшающегося радиального воздействия в момент возбужденного состояния; на фиг. 6 - блок-схема блока управления; на фиг.7 и 8-состояния рассогласования системы поХ-координате.

Устройство (фиг. 1 содержит источник 1 света с оптическими элементами формирования светового пучка, полусферический держатель 2 оптического компакт-диска 3, первую электромагнитную систему 4 управления радиальным центрированием, матрицу фотоприемников в виде четырехплощадного фотоприемника 5 на каретке 6, формирующие датчик положения держателя 2 с компакт-диском 3,исполнительные приводы: первый - линейный привод 7 радиального позиционирования каретки 6. второй - электро- магнитный привод 8 переключения магистралей вакуум-давление, сисему 9 управления, шпиндель 10 с двумя сферическими подшипниками и вертикальной осью вращения ротора 11, переключатель 12 ма- гисталей вакуум-давление, перепускные каналы тангенциальной 13 и радиальной 14 центрировок, ресивер-накопитель 15 - полость соединения через переключающий

перекрываться гантелеобразными плунжер-якорями 16, управляемыми электромагнитной системой 4. Переключатель 12 вакуум-давление и электромагнитные управляющие системы связаны с блоком 9 управления, входы которого соединены с выходами четырехплощадного фотоприемника 5. 8 ил.

плунжер-якорь 16 электромагнитной системы 4 со сквозным центральным отверстием 17 шпинделя, соединенной с переключателем магистралей вакуум-давление.

Диафрагма 18 проецирует лучи источника 1 света (фиг. 4) на матрице фотоприем- ников 5. Диафрагма выполнена на компакт-диске 3 с точностью не хуже 0,01 мм по отношению к его базовой цилиндрической поверхности. Перепускные каналы 19 (фиг. 1) к эжекторам 20, подводящие газовую смазку к двум сферическим подшипникам ротора 11 шпинделя, соединены с независимо постоянно действующей магистралью 21 давления. Перепускные каналы 13 (фиг. 1 и 3), соединенные непосредственно с центральной полостью 17 шпинделя, служат для подачи газовой смазки в зазор

сферической и. плоской поверхностей полусферического держателя 2.

Перепускные каналы 14 (фиг. 1 и 5) подводят газовую смазку для радиального центрирования. При возбуждении электромагнитной

системы 4 плунжеры-якори 16 под воздействием магнитного потока переходят в нижнее по- ложение(по чертежу), преодолевая действие давления газа. В этом положении они осуществляют отсечку поступления газовой

CN-ЭЗКИ в ресивер 15. Переключение давления а вакуум в центральном отверстии 17 шпинделя фиксирует плунжеры-якори 16 в нижнем положении при отключенной электромагнитной системе 4.

Невозбужденное состояние электромагнитной системы 4 при подаче давления в центральное отверстие 17 шпинделя перемещает плунжер-якорь 16 в верхнее положение и вызывает соединение ресивера 15

с отверстием 17 и истечение газовой смазки через эжекторы. Сферические подшипники шпинделя с эжекторами 20 дают возможность выполнить радиальный зазор в каждом сферическом подшипнике 12-15 мкм.что

определяет малый расход газовой смазки в сравнении, например, с цилиндрическими подшипниками ввиду более развитой поверхности, что определяет улучшение осреднения геометрических погрешностей изготовления и возможность вместе ручной доводки цилиндра применить автоматизированную доводку шара в трехместном спецприспособлении. Это делает шпиндель прецезионным с отклонениями от сферичности 0,2 мку и достижимыми погрешностя- ми отклонения оси вращения не более 0,03 мкм.

Одновременно решается вопрос возможности переключения центрального отверстия 17 шпинделя на магистраль вакуума, так как малый расход истечения газовой смазки в полость 22 (фиг. 1), соединенной с отверстием 17 позволяет не нарушать работоспособность, так как сферические подшипники обладают повышенной радиальной и осе- вой жесткостями и при малом зазоре для газовой смазки имеют сравнительно малые относительные смещения.

При тангенциальной центрировке рабо- чая плоскость компакт-диска занимает фиксированное положение (фиг, 2 и 3), а держатель 2 разворачивается в вертикальной плоскости на угол Дог. При этом комплекс этих элементов при вращении относительно вертикальной оси ротора приобретает свою ось вращения, совпадающую с осью момента инерции этих элементов. На фиг. 2 изображено уменьшение радиуса при развороте для единичной массы mi,

pi р ; /-сложенной компакт-диска.

Для единичной массы тг имеет место

увеличение радиуса

1

Р Р4 Р

В результате центрирования и вакуумной фиксации компакт-диска 3 и держателя 2 новое положение деожателя в соединении с ко -пакт-диском 3 не вносит на ротор шпинделя существенных дебалансных масс, которые увеличивают отклонения его оси вращения при условии разнотощинно- сти компакт-диска, не превышающей нескольких микрометров. Вращение шпинделя обеспечивается электроприводом 23 (фиг. 1).

Блок S управления включает в себя фо- тозлектрические преобразователи 24 (фиг. 4 и 6). элементы 25 выделения разности сиг- налов, согласующие элементы 26. схемы 27-29 совпадений на оптронных парах, два источника 30 и 31 опорного напряжения, трехвходовую схему И 32. пороговые элементы 33-35 сравнения, коммутатор 36 ли- нейного электропривода 7 и индикатор 37 согласованного состояния.

Фотоэлектрические преобразователи 24 формируют электрический сигнал, пропорциональный площади освещенности элементов матрицы фотоприемников (четы- рехплощадного фотоприемника, фиг. 4, 7 и 8). На элеменах 25 выделения разности, выполненных на операционных усилителях, формируется разностный сигнал, поступающий на входы согласующих элементов 26, подключенных к схемам 27-29 совпадений. Оптронные пары 27-29 выполняют много- Функциональное назначение: обеспечивают суммирование по уровню при условии возбуждения световым пятном всех четырех фотоприемников матрицы 5 в квадрантах l-l Y (для пар 28 и 29 - двух фотоприемников) и осуществляют гальваническую развязку, повышая помехоустойчивость.

Коммутатор 36 обеспечивает трехпози- ционное управление линейным электроприводом 7. Управляющий вход коммутатора обеспечивает трехпозиционное регулирование работы блока управления. При нарушении Х-симметрии светового пятна на матрице фотоприемников индикатором 37 индицируется сбой в работе.

Устройство работает следующим образом.

Компакт-диск 3 (фиг. 1) установленный на воздушную смазку плавающего на воздушной смазке держателя 2. центрируется предварительно в статическом состоянии за счет истечения газа из радиальных эжекторов по перепускным каналам 14 при положении плунжеров-якорей 16 в верхнем положении соединения центрального отверстия 17 с ресивером 15 (переключатель 12 в положении подключения магистали давления). Подача каретки 6 в зону над компакт-диском, как зто изображено на фиг. 1. обеспечивает газовую смазку компакт-диска с обоих торцовых плоскостей и осуществляет тангенциальную центрировку в статическом состоянии (фиг. 3).

После включения привода 23 шпинделя осуществляется раскрутка ротора 11 и асинхронная раскрутка компакт-диска 3 с держателем 2, подвешенных на воздушной смазке за счет трения.

Оптроны 27 совладений (фиг 6) обеспечивают работу датчика источником 1 света и оптическими элементами формирвания светового пучка (фиг. 1 и 4). попадает в область работы по четырем каналам с фотопреобразователями 24 матрицы фотоприемников 5 по четырем квадрантам, а последовательное подключение фотоприемников оптронных пар схем 27 совпадений исключает появление сигнала на выходе блока, когда пороговый уровень по какому-либо каналу ниже

уровня возбуждения светодиода оптронной пары. Это обеспечивает реализацию алгоритма: движение каретки 6 посредством линейного двигателя в позицию и захват области (фиг. 7 и 8). где осуществляется слежение, причем активным элементом является диафрагма 18 центрируемого компакт-диска 3.

Период раскрутки ротора определяется таймером (не показан). В этом периоде частично затухают колебательные процессы динамического центрирования подвешенного на воздушной смазке компакт-диска, после чего подается сигнал от таймера на электромагнитную систему 4 (фиг. 1). что вызывает переключение плунжеров-якорей

16 в положение отсечки ресиверов15. В результате уменьшается радиальное воздействие потока горизонтальных эжекторов, соединенных перепускными каналами 14 с ресивером 15, в котором уменьшается давление газовой смазки. Далее через короткий период, формируемый тем же таймером, подается сигнал на электромагнит 8 переключателя 12 магистралей, коро- рый к сквозному центральному отверстию

17 шпинделя 10 подключает магистраль вакуума. Это вызывает посадку компакт-диска и держателя 2 с выборкой зазоров, заполненных воздушной смазкой (фиг. 5) по нижней торцовой плоскости компакт-диска 3 и по сферической поверхности держателей. Обеспечивается их вакуумная фиксация.

Поскольку процесс фиксации происходит при уменьшающемся радиальном воздействии на закритической частоте вращения, когда компакт-диск самобаланси- руется относительно собственной оси момента инерции и при действии равномерного торцового давления (0,02-0,05 эти) при действии эжекторов каретки 6, обеспечивается его центрирование по тангенциальной и радиальной составляющим. Одновременно осуществляется следящий режим линейного электропривода 7 каретки и контроль центрировки: срабатывает пороговый элемент 33 сравнения (фиг. 6) блока 9 управления, на котором уровень сигнала сравнивается с образцовым напряжением источника 30 опорного напряжения, а индикатором 37 индицируется состояние центрировки. При срабатывании (несрабатывании) элементов 35 и 34 сравнения, сравнивающих сигналы фотопреобразования светового пятна в квадрантах I, II и III, IY матрицы фотоприемников 5, соответствующий код подается на входы отработки рассогласований коммутатора 36. Линейный электропривод 7 отрабатывает рассогласование.

В согласованном состоянии формируется код сработавшего состояния пороговых элементов 33-35 сравнения, определяющий совпадение на схеме И 32, и сигнал согласования на управляющем входе коммутатора 36. Линейный электропривод 7 трехпозици- онного регулирования фиксирует состояние каретки. Операции центрирования, разгона шпинделя и контроля совмещены во време0 ни.

Повышение точности достигается тем, что центрирование осуществляется при непосредственном контроле. Это обеспечивает воспризводимость результатов

5 центрирования при разных возмущающих факторах, температурных, давлении и т. д., исключает ошибки субъективного характера измерений.

Устройство позволяет использовать

0 принцип самобалансировки подвешенного на воздушной смазке компакт-диска в двух последовательных периодах: при радиальной центрировке относительно цилиндрической поверхности с эжекторами с

5 обеспечением самоцентрирования относительно своего момента инерции и при уменьшающемся воздействии радиальных сил истечения газовой смазки через радиальные эжекторы. При относительном враще0 нии ротора и компакт-диска осуществляется компенсация погрешностей неравномерности истечения газовой смазки через эжекторы. Этот положительный эффект совмещен с эффектом совмещения операции разгона

5 и центрирования.

Во втором периоде радиальное воздействие на центрируемый компакт-диск уменьшается за счет перекрытия входного канала ресивера-накопителя переместив0 шимся плунжером-якорем электромагнитной системы. Это уменьшает колебательность процесса радиального центрирования. Последующее переключение центральной полости шпинделя на вакуум обеспечивает

5 вытеснение газовой смазки и фиксацию детали с держателем в сцентрированном со- . стоянии.

Одновременно с этим процессом осуществляется процесс позиционирования

0 датчика центрировки в следующем режиме отработки рассогласований линейным электроприводом каретки, несущей матрицу .фотоприемников. Обеспечивается контроль центрировки посредством луча, формируе5 мого оптической формирующей системой при его воздействии на матрицу фотоприемников при подвижных диафрагмах, нанесенной на торцовую центральную область компакт-диска. Диафрагма должна располагаться на объекте центрировки с точностью

не менне 0,02 мм относительно его базовой цилиндрической поверхности. Сцентрированное состояние индицируется индикатором.

Использование полусферического шарового держателя и дифференциальное подвешивание компакт-диска по торцовым поверхностям на газовой смазке определяют возможность его точной тангенциальной центрировки по плоскости записи информации ввиду возможности углового разворота держателя при истечении газовой смазки из эжекторов в базовой плоскости каретки.

Формула изобретения Устройство для автоматической центрировки оптических компакт-дисков, содержащее шпиндель, кинематически связанный с полусферическим держателем компакт- диска, электромагнитные управляющие системы, источник света с оптической фор- мирующей системой, оптически связанный через компакт-диск с матрицей фотоприемников, выходы которой соединены с входами блока управления устройством, выходы которого связаны с управляющими входами электромагнитных управляющих систем, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и призводительности центрировки оптического компакт-диска, в него введены источник избыточного базового давления, вакуумный насос и переключатель вакуум- давления, а также каретка с приводом радиального перемещения, плоскость которой установлена с зазором относительно плоскости компакт-диска, в каретке выполнены газовые каналы и сопла, оси которых перпендикулярны плоскости компакт-диска, ка- ретка установлена с возможностью перемещения в плоскости, параллельной плоскости компакт-диска, и в ней установлена матрица фотопримников в виде четы- рехплощадочного фотоприемника, выходы которого соединены с входами блока управления, а газовые каналы каретки связаны с выходом переключения вакуум-давления, шпиндель выполнен в форме подшипника на газовой смазке с двумя опорными поверхностями, снабженными газовыми каналами и соплами, по оси шпинделя выполнено

сквозное отверстие, в котором установлен источник света и которое соединено трубопроводом с переключателем вакуум-давление и газовыми каналами подшипника,

полусферический держатель компакт-диска выполнен в виде пневматической опоры с газовыми каналами и соплами, расположенными перпендикулярно плоскости компакт- диска и пневматически связанными со

сквозным отверстием шпинделя, при этом полусферический держатель и шпиндель установлены в едином корпусе, имеющем газовые каналы и плунжер-якори радиальной центрировки и на котором размещены привод вращения шпинделя и электромагнитная система управления радиальной центрировкой, магнитосвязанная с плунжерами-якорями радиальной центрировки компакт-диска, каждый плунжер-якорь выполнен гантелеобразной формы и установлен в полости корпуса с возможностью перекрытия газового канала радиальной центрировки, блок управления выполнен состоящим из двух пар оптронных пар, трехвходовой логической схемы И, трех элементов сравнения, двух источников опорного напряжения, индикатора согласованного состояния и коммутатора, а также из четырех параллельных каналов, каждый из которых включает в себя параллельно соединенные элемент выделения разности сигнала, согласующий элемент и схему совпадения на оптронных парах, выходы которых объединены.и соединены с входом первого

элемента сравнения, другой вход котрого связан с выходом источника опорного напряжения, а выход- с входом индикатора согласованного состояния и первым входом трехвходо- вой логической схемы И, выходы каждой

пары оптронных пар объединены и связаны соответственно с входами второго и третьего элементов сравнения с другими входами которых соединен выход другого источника опорного напряжения, а выходы связаны с

соответствующими входами коммутатора и

вторым и третьим входами трехвходовой логической схемы И, выход которой связан с

управляющим входом коммутатора, при

этом входами блока управления являются

входы элементов выделения разности сигнала, а выходами - выходы коммутатора.

-р

Фиг.2

Фиг.З

v-v

dt гпф

estfrou