Устройство для балансировки опоры вращения дискового носителя информации

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 78726 01 М 1/38 ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТ ВЕДОМСТВО СССР ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ(21) 4807194/28 (22) 29.03,90 (46) 07,01.93. Бюл. М 1 (71) Производственное объединение "Уральский оптико-механический завод" (72) В П,Решетов (73) Уральский оптико-механический завод (56) Авторское свидетельство СССР М 1193475, кл, 6 01 М 1/22, 1983.Авторское свидетельство СССР Ь 1196715, кл. 6 01 М 1/38, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БАЛАНСИРОВКИ ОПОРЫ ВРАЩЕНИЯ ДИСКОВОГО НОСИТЕЛЯ ИНФОРМАЦИИЮ Я О(57) Изобретение относится к балансировочной технике, Цель изобретения - повышение точности с возможностью автоматизации, Устройство содержит подвижный и неподвижный элементы 1 и 2, источники 8 излучения, формирующую оптику 9, матрицу 10 фотоприемников, схему 17 управления и датчики 7, 11, 12 оси вращения и углового отсчета, которые обеспечивают функционирование схемы 17 управления так, что исполнительные приводы 14, размещенные на разных уровнях в теле подвижного элемента 1, позволяют добиться последовательной балансировки на двух уровнях, 5 ил. 7 Ю 5 4 3ющих факторов опора вращения, будучи 25идеально сбалансированной в холостом со 30 40 50 55 Изобретение предназначено для обеспечения ее балансировки в процессе вакуумной фиксации на ней обьекта воспроизведения (записи).Применяют следующую технологию вакуумной фиксации и центрирования диска на подвижном элементе опоры вращения. В процессе раскрутки обеспечивают подачу газовой смазки между соприкасающейся поверхностью основания диска и торцевой поверхностью опоры с одновременным радиальным поддувом диска, Это центрирует диск всплывшйй на газовой смазке в динамичеСком состоянии на поверхности опоры, Далее перепускные каналы истечения газовой смазки истекающей в зазор между диском и опорой переключают на магистраль вакуума в том же динамическом состоянии, а каналы радиального поддува продолжают оставаться действующими еще некоторый период, перекрывающий момент вакуумной фиксации диска на поверхности опоры.Ввиду некоторой клиновидности диска, а также по ряду других причин от возмущастоянии, при фиксации диска приобретает некоторую дебалансную массу, создающуюопрокидывающий момент, который смещает ось вращения подвижного элемента, создавая прецессию,Увеличение позиционной точности оси вращения обеспечивает более надежную работу системы автофокусировки луча технологического лазера, дает возможность уплотнить запись и имеет ряд других преимуществ улучшающих качественные показатели оптической записи (воспроизведения),Известно устройство для балансировки роторов гироскопов, содержащее ротор, цапфу, сочленяющуюся с валом через упругий элемент, использует метод самоцентрирования оси инерции ротора с осью вращения в состоянии закритической частоты вращения ротора. Метод применен тот жесамый, что и в предложенном устройстве, где диск не только самоцентрируется, но и получает центрирующее действие радиального поддува. Использование. аналога не обеспечивает необходимой точности положения оси вращения сочлененного с ротором диска,Наиболее близким техническим решением к изобретению. является устройство для центрировки линз авт. св, М 1196715, кл. 1.1/02), принятое за прототип, содержащее источник излучения,коллиматор с тестобьектом, держатель оправы, микрообъектив, матрицу фотоприемников, связанную с блоком управления,5 10 15 20 включающего фотопреобразователь, индикатор развертки, усилитель, генератор димпульсов, синхронизатор, пороговый элемент и блок индикации. а также схему определения количества импульсов, цифроаналоговые преобразователи (АЦП), распределители и триггер, при этом фотоприемник матрицы соединен через последовательно включенные фотопреобразователь, усилитель и пороговый элемент с блоком индикации, а каждый АЦП выполнен в виде устройства сравнения, подключенного к генератору развертки.Приспособить это устройство, имеющее наибольшее число входных элементов, для обеспечения расчетных подвижек компенсационных масс на роторе возможно лишь с существенной функциональной доработкой.Цель изобретения - повышение точности балансировки аэростатической опоры вращения с носителем информации и сокращение времени балансировки.На фиг, 1 изображено устройство для балансировки аэростатической опоры вращения дискового носителя информации и приведена структурная схема блока управления; на фиг, 2 - кинематическая схема и диафрагмы распределения сил действующих на обьект балансировки; на фиг. 3 - структурная схема формирователя экстремума; на фиг, 4 - структурная схема схемы синхронизации; на фиг. 5 - диаграммы, где А - значения амплитуд импульсов сигнала рассогласования; Б - величины Л й-подвижек соответствующих амплитудам этих сигналов; гпо, гп 1, гпз - центры тяжести масс соответственно диска, верхней части ротора, нижней части ротора (фиг, 2); гл 2, а 4 - массы компенсационных элементов, перемещаемых соответственно на Л й 1 и Л Рг; Ьз и М - плечи от Х-Х,На фиг, 2 проиллюстрирован на эквивалентных схемах общий случай балансировки диска фиксируемого вакуумом на поверхности ротора аэростатической опоры. Рассмотрим поэтапно моменты динамического состояния ротора. На фиг. 2 изображен момент фиксации диска со смещенным относительно оси вращения центром тяжести пь.Центробежные силы симметричных масс в и 2 а 1 = гл 1 компенсируют друг1друга, где п 1 - масса ротора, сосредоточенная в точке О,Силы Р уравновешены, а Г, создает опрокидывающий момент М (диаграмма Б). По правилам теоретической механики при переносе силы Р, с уровня Хо-Хо на Х-Х необходимо вводить момент М.510 15 20 25 30 Этот момент тангенциально смещает матрицу фотоприемников 10 вправо по часовой стрелке по направлени о действия момента, а пятно луча Фсместится на (-ЛХ 1).Используя принятое в теоретической механике правило сложения моментов и проекций сил:Х в = 0 (1); Х В = О (2) М 1- М = О; (ВА + ВВ + Г) - (Г+ Г ) = О,где Мр - реактивный момент (диафрагма В),м =М 1; ВА+ВБ =г. делаем вывод, что смещение (-ЬХ 1) является составляющей тангенциальной компоненты и отдействия сил реакции ВА и ВБ.Подвижка компенсационной массы напервом уровне п 1 на ЬВ 1(диаграмма В)дает основание записать по (1):М 1- М =0(т 2 - внесенный дебаланс компенсации отподвижки на первом уровне).Сумма проекции сил по (2);Р+ ВА+ ВБ - (Г+ Епо+ Рп 2) = 0 (диаграмма Г),откуда ВА+ Вв = Гп + РП 12 (диаграмма Д).Делаем вывод, что матрица фотоприемников смещается плоскопараллельно вправо, а пятно на ней смещается на (-ЬХ 2).При этом (- Л Х 2)(-Л Х 1), так как тангенциальная составляющая равна нулю (моменты М 1 и М компенсируют друг друга).Делаем вывод, что для полной компенсации необходимо вводить вторую компенсационную массу на другом уровне.Введение второй компенсационноймассы (диаграмма Е) корректно при ее подвижке на ЬВ 2.Повторяя те же операции, рассмотренные ранее, имеем:М 1 М 2=0Х В =(1 + Ге 4) (+ ПО+ ГВ 1) = 0Откуда: Рв 4 = Рво+в (3)При обеспечении (3) ВА = ВБ "О.Практически расчет компенсационныхмасс их предельных смещений и выборуровней расположения необходимо проводить конкретно для данного типа опоры вращения, руководствуясь представленнойметодикой.Из методики следует, что вторая компенсационная масса должна располагатьсясо смещением в 180 эл.град. по отношению к первой компенсационной массе, Взависимости от конкретных требований точности позиции оси вращения (и точностибалансировки) может оказаться достаточным использование только одного уровнякомпенсации,Кроме того, уровень второй компенсационной массы может существенно меняться, если учитывать погрешность балансировки опоры беэ диска или иметь данные замеров балансировки холостой опоры.Устройство содержит (фиг. 1) подвижный 1 и неподвижный 2 элементы скольжения, взаимодействующие между собой на газовой смазке, причем подвижный элемент(ротор в комплексе) имеет переменную массу в виде дебалансного диска 3, жестко фиксируемого на торцевой поверхности 4 в периоде его вакуумной фиксации, перепускные каналы 5 в подвижном и неподвижном элементах и переключающуюся магистраль 6 давление-вакуум в неподвижном элементе, датчик 7 позиции оси вращения, включающий источник 8 излучения, микрообъектив 9 в составе неподвижного элемента и матрицу 10 чувствительных элементов фотопреобразования, датчики начального 11 и текущего 12 фазовых состояний подвижного элемента по угловой координате. Компенсационные массы 13 с приводами 14 равномерно распределены на разных уровнях от оси главного момента инерции подвижного элемента (без диска 3), а источники питания индукционный 15 и постоянных запитывающих напряжений 16 схемы управления 17 вмонтированы в подвижный и неподвижный элементы.Схема управления 17 включает (фиг, 1), два формирователя 19 экстремума, входами подключенные усилителям 20, а выходами -к входам стробирования мультиплексоров 21 (фиг, 4), счетчики 22 тактирования, входами тактирования подключенные через усилители-формирователи 23 к фотодиодным элементам оптопар 24 датчика 12 текущей фазы положения ротора, а входами сброса - через усилитель-формирователь 25 к фотодиодному элементу оптопары 26 датчика 11 начальной фазы положения ротора, блоки 2 тиристорных ключей 28, 29 коммутации исполнительных приводов 14, блок 30 автономных выпрямителей с нормированными напряжениями питания и блок пороговых элементов 31 с нормированными различными порогами срабатываний. Элементы 21-29 (фиг, 4) формируют схемы синхронизации 32, 33 первой и второй уровневой балансировки посредством компенсационных масс распределенных на двух уровнях подвижного элемента, Датчики 11, 12 начальной и текущей фаз подвижного элемента подключены к схемам синхронизации,Каждый формирователь 19 экстремума (фиг. 3) содержит блок 34 пороговых злемен 1787268тов, блоки 35,36 О-триггеров, блок 37 инверторов и логический элемент и И-ИЛИ 38.Отклонения оси вращения подвижного элемента 1 без диска 3 (фиг, 1) в состоянии его аэростатического подвеса приняты условно нулевыми и они возрастают при вакуумной фиксации диска, Магистраль 6 подвода газовой смазки в неподвижном элементе 2 обеспечивает поступление газовой смазки через перепускные каналы 5 ро 10 тора и это в динамическом состоянии подвижного элемента 1 на закритической . частоте вращения создает условия самоцентрирования диска 3, В периоде переключения магистрали 6 на вакуум осуществляется вакуумная фиксация диска на основании 4 подвижного элемента, Переключение магистрали 6 на вакуум существенно не скаэыва 15 ется на работе аэростатической парывращения, так как зазор между поверхно стями скольжения заполненной газовой смазкой порядка 10 микрометров, а средний диаметр кольцевой щели истечения газовой смазки по плоской поверхности подшипника принимается малым. Такое конструктивное выполнение дает возможность производить вакуумную фиксацию диска 3 за счет отсоса газовой смазки в процессе фиксации при незначительных потерях вакуума. Малый диаметр щели истече 30 ния определяет незначительное влияниефлюктуаций вакуума на осевые смещенияподвижного элемента,Датчик 7 позиции оси вращения работает по принципу смещения пятна фокуса на четырехплощадочной матрице 10 чувствительных элементов (фиг, 4). Формировани. ем сигнала экстремума определяется момент подвижки определенной компенсационных масс фиг, 1), а затем через 180 эл.градусов поворота ротора эта же операция осуществляется для выбора соответствующей массы из распределения компенсационных масс из распределения компенсационных масс 13 второго уровня. В сбалансированном состоянии пятно фокуса микрообъектива 9 проецируется в 50 центре матрицы 10, секторы которой Ч занимают положение соответствующее положению элементов датчиков 11, 12 фиг,4). Датчики начальной 11 и текущей 12 фазсостоят из оптопар, позволяющих осуществлять формирование сигнала угловой координаты без возмущающего воздействияна подвижный элемент, Светодиоды оптопар равномерно распределены по окружности на неподвижном элементе 2,.сационной массы 13 вначале на первом 40уровне плоскости распределения компенИсточник индукционного питания 15схемы управления 17, выполненный навысокочастотном трансформаторе с вторичной обмоткой; находящейся в динамическом состоянии, тоже не оказываетсущественного возмущающего воздействия, Операция перемещения двух компенсационных масс 13 на двух уровнях смомента вакуумной фиксации диска компенсирует привнесенный диском 3 дебаланс, а ранее до момента его фиксации иподвижек компенсационных масс роторсбалансирован при условно нулевых отклонениях оси вращения от номинальной позиции.Рассмотрим работу схемы, обеспечивающей поиск соответствующей компенсационной массы в фазе угловой позиции роторапри экстремальном отклонении оси вращения с соответствующей подвижкой этоймассы вначале на первом уровне, а затем сповторением того же при повороте роторана полоборота и с подвижкой второй компенсационной массы на втором уровне оавномерного распределения масс,Работа формирователей экстремума 19(фиг. 1, 3) происходит следующим образом.Сигнал А фотопреобразования привозрастании обеспечивает последовательное срабатывание пороговых элементов вблоке 34. При срабатывании первого элемента срабатывает первый О-триггер блока35 и подготавливается к срабатыванию поО-входу второй, Сработавший первый Отриггер блока 35 подготавливает к срабатыванию первый О-триггер блока 36, алогическая 1 на первом входе первого элемента совпадения в логическом элементе 38создает условия последующего его срабаты.вания, В зависимости от амплитуды сигналаА 0 может быть подготовлено и элементовсовпадения в логическом элементе 38.Пусть сигнал А, убывает. Это возвращает последний из сработавших пороговыхэлементов блока 34 в исходное состояние, ана соответствующем инверторе блока 37формируется логической перепад (О 1),что вызывает срабатывание ранее подготовленного по О-входу триггера блока 36, Насоответствующем -элементе совпадениялог, элемента 38 обеспечивается совпадение, вызывающее срабатывание элемента38, т,е, формирование импульса экстремума, Этим же импульсом все О-триггеры возвращаются в исходное состояние по ихВ-входам.Предлагаемое устройство работает следующим образом,При фиксации диска 3 (фиг. 1) вакуумомна поверхности 4 подвижного элемента возникает дебалансное состояние ротора в динамическом состоянии. Оптическая ось фотодиода оптопары 26 (фиг. 4) в областисовпадения с оптической осью светодиодаоптопары на подвижном элементе 2 формирует стартовый сигнал, который на усилителе-ограничителе 25 формируется в импульслогического уровня, которым обнуляетсясчетчик 22, В дискретных состояниях текущей фазы р ротора датчиком 12 и усилителем-ограничителем 23 аналогичнымобразом формируются импульсы тактирования счетчика 22. Обеспечивается квази-коммутация сигнальных выходных шинмультиплекса 21, которая реализуется в сигнал на выходе в периоде его стробированияпо ЧЧ-входу сигналам экстремума формируемым элементом 19, причем г-момент формирования не зависит от амплитуды, сигнала фотопреобразования, формируемого на секторе матрицы 10 от воздействия сфокусированного пятна лучадатчика 7 (фиг. 1) позиции оси вращения,В результате в г-момент (фиг, 4, 5) коммутируется выходная шина мультиплексора 25логическим уровнем "1" и подключенный кней управляющий вход тиристорного ключа29, а соответствующий тиристорный элемент 28 коммутируется в зависимости отсрабатывания К-элемента в блоке 31 пороговых элементов с нормированно различ.ным пороговым уровнем переключения,Поскольку каждый из тиристорных ключей28 подключен к автономному источнику питания в блоке 30 выпрямителей, то 1-исполнительный привод 14 оказавшийсяконкретно выбранным в р фазном положении ротора коммутируется амплитуднымзначением сигнала отработки и осуществляется пропорциональная отработка рассогласования в соответствии с диаграммой .фиг, 5, где Оп - амплитудное значение пигания, а - Л й - отработка подвижкой выбранной компенсационной массы 13. При этомтиристорные элементы сохраняют запомненное состояние комму-,эцио, что обеспечивается расчетом параметров тиристорныхключей 28, 29 с обеспечением токов, превышающих значения токов удержания. Осуществляется амплитудно-и ропорциональнаякомпенсация на первом уровне распределения компенсационных массЛй = К 1,где Ьй - величина отработки (на фиг. 2 Лй-Ьй; 550 - напряжение коммутации исполни. тельного привода (фиг, 5).Балансировка по второму уровню (фиг.2), необходимость которой для высокого класса точностей при допустимых отклонениях оси вращения в диапазоне Лд - 0,030,05 мкм, обоснована по данным рассмотрения фиг. 2, осуществляется в принципе аналогично рассмотренному на фиг. 4 с той лишь разницей, что фазовое состояние ротора должно быть:р =у+1800,а сигнал фотопреобразования формируется сектором 11 чувствительных элементов матрицы 10 (фиг. 1).Достигаемое повышение точности позиции оси вращения обеспечивается при сокращении времени балансировки до секундного диапазона в сравнении трудоемкой "ручной" балансировкой на специальном стенде при использовании вычислительной техники и поэтапной подгонкой компенсационных масс. Формула изобретения Устройсгво для балансировки опоры . вращения дискового носителя информации, содержащее подвижный и неподвижный элементы, датчик отклонений оси вращения, включающий в себя источник излучения, оптически связанную с ним матрицу фотоприемников, датчики начальной и текущей фаз подвижного элемента и двухканальную схему управления, включающую в себя в каждом канале последовательно соединенные фотопреобразователи, усилители, пороговые элементы, схемы синхронизации, мультиплексоры, блоки памяти, логическое элементы совпадений и исполнительные приводы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и сокращения времени балансировки, оно снабжено компенсационными массами, равномерно размещенными по окружности подвижного элемента на двух уровнях с возможностью их радиального перемещения, исполнительными приводами, блоком выпрямителей, двумя формирователями экстремума, подключенными к выходам соответствующих усилителей, а выходами соединенными с входами схем синхронизации, подключенных первыми групповыми входами к выходам датчиков начальной и текущей фаз подвижного элемента, вторыми групповыми входами - к выходам пороговых элементов, третьими групповыми входами - к выходам блока выпрямителей, а выходы схем синхронизации соединены с исполнительными приводами, секторы матрицы фотопреобразователей датчика отклонений оси вращения смещены на 180 друг относительно друга соответственно расположению элементов матрицы фотоприемников датчикатекущей фазы подвижного элемента, а каж. дая схема синхронизации выполнена в виде счетчика, соединенного с ним управляющими входами мультиплексора, источник нормированного уровня и двумя блоками последовательно соединенных блоков тиристорных ключей, входы второго блока тиристорных ключей представляют собой третьи групповые входы схемы синхронизации, выходы второго блока тиристорных ключей,вторые групповые входы схемы синхронизации, стробирующий вход мультиплексора, й- и С-входы счетчика представляют собой первцй, второй и третий входы в составе 5 . первого группового входа схемы синхронизации, а сигнальные шины мультиплексора соединены соответственно с источником нормированного уровня и с управляющими входами первого блока тиристорных клю чей,1787268 Составитель В. РешетовТехред М.Моргентал Корр дактор ерецм роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10 аз 272 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5