Устройство для автоматической центрировки оптических компакт-дисков

(51 ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ О ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТ ПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН 1е обьединение"еский завод" тельство СССРО, 197 У. 2 5 я(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЦЕНТРИРОВКИ ОПТИЧЕСКИХ КОМПАКТ-ДИСКОВ(57) 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 газо1704159 ые каналы и сопла, оси которых перпенди.улярны плоскости компакт-диска, который становлен на полусферическом держателе , Шпиндель 10 имеет два сферических подшипника на газовой смазке и установлен в :орпусе, имеющем газовые каналы 13 и 14 1 ля тангенциальной и радиальной юстироюк, 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 - центрируем ый 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. б - 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 б, формирующие датчик положения держателя 2 с компакт-диском 3, исполнительные приводы, первый - линейный привод 7 радиального позиционирования каретки б, второй - электромагнитный привод 8 переключения магистралей вакуум-давление, сисему 9 управления, шпиндель 10 с двумя сферическими подшипниками и вертикальной осью вращения ротора 11, переключатель 12 магисталей вакуум-давление, перепускные каналы тангенциальной 13 и радиальной 14 центрировок, ресивер-накопитель 15 - полость соединения через переключающий 5 10 15 20 25 30 35 40 45 перекрываться гантелеобразными п л унжер-якорями 16, управляемыми электромагнитной системой 4, Переключатель 12 вакуум-давление и электромагнитные управляющие системы связаны с блоком 9 управления, входы которого соединены свыходами четы рехплощадного фотоприемника 5. 8 ил, 17 1159еерхности, что определяет улучшение осреднения геометрических погрешностей изготовления и возможность вмест ручной доводки цилиндра применить автоматизированную доводку шара в трехместном спецприспособлении, Это делает шпиндель прецезионным с отклонениями от сферичности 0,2 мку и достижимыми погрешностями 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 осевой жесткостями и при малом зазоре для газовой смазки имеют сравнительно малые СтнсситЕльнь Е СлЕщЕния. При тангенциальной центрировке рабочая плоскость компакт-диска занимает фиксированное положение (фиг, 2 и 3), а держатель 2 разворачивается в вертикальной плоскости на угол Ла. При этом комплекс этих элементов при вращении относительно вертикальной оси ротора приобретает свою ось вращения, совпадающую с осью мсмента инерции этих элементов. На фиг. 2 изображено уменьшение радиуса п ри развороте для единичной массы п ,Р РР,-О с е-нсй ча -и компакт-диска,Для единичной массы а 2 имеет место увеличение радиуса1р )р;Б результате сентрирсеания и вакуумной иксацил компакт-диска 3 и деожателя 2 нсесе положен. е десжателя в соединениислпа кт-Ом 3 не ВнОсит на ротор п н-еля с естеенных дебалансных лхасс. ксторые увел чивают отклонения его Оси ерашения при условии разнотощинности компакт-диска не превышающей нескольких микрометров. Вращение шпичделя Обеспечивается электроприводом 23 (фиг, 1),5 лок 9 упрааления включает в себя фотсэлктрические;ресбразсеатели 24 (фиг, 4 И 6). ЭЛЕЛЕнте 25 ЕЫдЕЛЕНИя раЗНОСТИ СИГ- .алов согласующие эгементы 26, схемы 27-2 О сс:па ений на оптронных парах, два источника 30 и 31 опорного напряжения, трехвходсеую схему И 32, пороговые элеленты 33-35 сравнения. коммутатор 36 линейногс электропсиеода 7 и индикатор 37 согласованного состояния,50 55 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Фотоэлектрические преобразователи 24 формируют электрический сигнал, пропорциональный площади освещенности элементов матрицы фотоприемников (четырехплощадного 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 многофункциональное назначение: обеспечивают суммирование по уровню при условии возбуждения световым пятном всех четырех фотоприемников матрицы 5 в квадрантах 1 - 1 У (для пар 28 и 29 - двух фотоприемников) и осуществляют гальваническую развязку, повышая помехоустойчивость,Коммутатор 36 обеспечивает трехпозиционное 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 эа счет истечения газа из радиальных эжекторов по перепускныл каналам 14 при положении плунжеров-якорей 16 е верхнем положении соединения центрального отверстия 17 с ресивером 15 (переключатель 12 в положении подключения мэгистали давления). Подача каретки б е зону над компакт-диском, как это изображено на фиг, 1. обеспечивает газовую смазку компакт-диска с обоих торцовых плсскссте и Осуществляет тангенциальную цен-,рироеку е СтатичЕСкам 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 совпадений (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 фотопреобраэователями 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 нижеуровня возбуждения светодиода оптронной пары. Это обеспечивает реализацию алгоритма: движение каретки б 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 ресиверов 15 В результате уменьшается радиальное воздействие потока горизонтальных зжекторов, 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, корорый 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 самобалансируется относительно собственной оси момента инерции и при действии равномерного торцового давления (0,02-0,05 ати) 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 1, 11 и 111, 1 У матрицы фотоприемников 5, соответствующий код подается на входы отработки рассогласований коммутатора 36, Линейный электропривод 7 отрабатывает рассогласование,10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 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 трехпозиционного регулирования фиксирует состояние каретки. Операции центрирования, разгона шпинделя и контроля совмещены во времени.Повышение точности достигается тем, что центрирование осуществляется при непосредственном контроле. Это обеспечивает воспризводимость. результатов центрирования при разных возмущающих факторах, температурных, давлении и т. д., исключает ошибки субъективного характера измерений.Устройство позволяет использовать принцип самобалансировки подвешенного на воздушной смазке компакт-диска в двух последовательных периодах: при радиальной центрировке относительно цилиндрической поверхности с эжекторами с обеспечением самоцентрирования относительно своего момента инерции и при уменьшающемся воздействии радиальных сил истечения газовой смазки через радиальные эжекторы. При относительном вращении ротора и компакт-диска осуществляется компенсация погрешностей неравномерности истечения газовой смазки через эжекторы, Этот положительный эффект совмещен с эффектом совмещения операции разгона и центрирования,Во втором периоде радиальное воздействие на центрируемый компакт-диск уменьшается за счет перекрытия входного канала ресивера-накопителя переместившимся плунжером-якорем электромагнитной системы, Это уменьшает колебательность процесса радиального центрирования. Последующее переключение центральной полости шпинделя на вакуум обеспечивает вытеснение газовой смазки и фиксацию детали с держателем в сцентрированном состоянии,Одновременно с этим процессом осуществляется процесс позиционирования датчика центрировки в следующем режиме отработки рассогласований линейным электроприводом каретки, несущей матрицу.фотоприемников. Обеспечивается контроль центрировки посредством луча, формируемого 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 точностьюне 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 воэможность его точной тангенциальной центрировки по плоскости записи информации ввиду воэможности 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 компактдиска, электромагнитные управляющие системы, источник света с оптической форми рующей системой, оптически связанный через компакт-диск с матрицей фотоприемников, выходы которой соединены с входал 1 и блока управления устройством. выходы которого связаны с уп равля ющими входами электромагнитных управляющих систем, о т л и ч а ю щ е е с я 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, каретка установлена с возможностью перемецения в плоскости, параллельной плоскости компакт-диска, и в ней установлена матрица фотопримников в виде четырехплощадочного 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, 5 полусферический держатель компакт-дискавыполнен в виде пневматической опоры с газовыми каналами и соплами, расположенными перпендикулярно плоскости компактдиска и пневматически связанными со 10 сквозным отверстием шпинделя, при этомполусферический держатель и шпиндель установлены в едином корпусе, имеющем газовые каналы и плунжер-якори радиальной центрировки и на котором размещены при вод вращения шпинделя и электромагнитная система управления радиальной центрировкой, магнитосвязанная с плунжерами-якорями радиальной центрировки компакт-диска. каждый плунжер-якорь вы полнен гантелеобразной формы и установлен в полости корпуса с возможностью перекрытия газового канала радиальной центрировки, блок управления выполнен состоящим из двух пар оптронных пар, трех входовой логической схел 1 ы И, трех элементов сравнения, двух источников опорного напряжения, индикатора согласованного состояния и коммутатора, а также из четырех параллельных каналов. каждый из кото рых включает в себя параллельносоединенные элемент выделения разности сигнала, согласующий элемент и схему совпадения на оптронных парах, выходы которых объединены и соединены с входом первого 35 элемента сравнения, другой вход котрого связан с выходом источника опорного напряжения, а выход - с входом индикатора согласованного состояния и первым входом трехвходовой логической схел 1 ы И, выходы каждой 40 пары оптронных пар объединены и связанысоответственно с входами второго и третьего элементов сравнения с другими входами которых соединен вы од другого источника опорного напряжения, а выходы связаны с 45 соответствующими входал 1 и коммутатора ивторым и третьим входами трехвходовой логической схемы И, выход которой связан с управляющим входом коммутатора, при этом входами блока управления являются 50 входы элел 1 ентов выделения разности сигнала, а выходами - выходы коммутатора.1704159 Составитель С.Ильчу Техред М.Моргентал едактор Н.Яцола тор Л.Бескид Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул Гагарина. аказ 64 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5