Удосконалення вимірювальної системи приводу позиціонера станції лазерного запису

І. В. Косяк

Размещено на http://www.allbest.ru//

84

Размещено на http://www.allbest.ru//

Удосконалення вимірювальної системи приводу позиціонера станції лазерного запису

І. В. Косяк

Представлено удосконалення вимірювальної системи приводу позиціонера станції лазерного запису з метою підвищення точності його руху. Запропоновано реалізацію даної вимірювальної системи на основі синусно-косинусного інтерполятора з використанням перемножуючих цифро-аналогових перетворювачів.

Ключові слова: позиціонер, інтерференційний сигнал, диск-оригінал, крок доріжки, обробка сигналу, синусно-косинусний інтерполятор.

позиціонер перетворювач лазерний аналоговий

Станції лазерного запису, які забезпечують рельєфний запис дисків-оригіна-лів для оптичної пам'яті, є одними з найбільш складних сучасних оптико-елект-ронних систем. З кожним роком збільшуються об'єми інформації та швидкість її передачі, що обумовлює вдосконалення існуючих і розробку нових форматів запису. В доступній літературі майже відсутня будь-яка інформація стосовно побудови та роботи станцій лазерного запису. Аналіз останніх досліджень і публікацій свідчить про те, що висвітленню цієї проблеми приділяється надто мало уваги. Принаймні було знайдено одне посилання на створення станції лазерного запису в Інституті систем обробки зображень РАН (Росія), яка забезпечує точність позиціюваня 50 нм [1].

В Інституті проблем реєстрації інформації НАН України було створено єдину діючу станцію лазерного запису в Україні. Актуальною задачею залишається як вдосконалення роботи діючої станції, так і дослідження нових принципів її побудови. Дана робота присвячена вдосконаленню існуючих вузлів станції лазерного запису, а саме приводу позиціювання з метою підвищення точності виміру координати руху позиціонера.

Система приводу позиціювання станції лазерного запису призначена для утримання променя лазера в радіальному напрямку у відповідності із законом обертання диска-оригіналу.

Запис виконується на диск-оригінал, в якому відсутні опорні доріжки по траєкторії спіралі, що обумовлює підвищені вимоги до точності позиціювання променя лазера на поверхні диска-оригіналу. За один оберт диска позиціонер повинен поступово зміститися на один крок доріжки h, який для диска формату CD-R дорівнює 1,5 мкм. Враховуючи, що крок доріжки h = const, можна записати вираз закону зміни радіуса спіралі [2]:

,

де -- початковий радіус запису.

Таким чином, переміщення позиціонера пропорційно куту повороту шпинделя, на якому розміщений диск-оригінал. У системі позиціювання станції лазерного запису для визначення положення позиціонера використовується лазерний інтерферометричний вимірювач відстані на основі інтерферометра Майкельсона із використанням гелій-неонового лазера з довжиною хвилі випромінювання = = 0,6328 мкм. Даний інтерферометр є двопроменевим, так як має місце взаємодії двох когерентних пучків. На виході фотоприймачів маємо періодичні синусоїдальні сигнали, що зміщені по фазі /2 з періодом /2:

,(1)

.(2)

На даний час у системі приводу позиціювання станції лазерного запису для обробки інтерференційних сигналів (1) і (2) з метою одержання сигналу руху позиціонера використовується потенціометричний фазообертач, так званий інтерполятор із послідовним з'єднанням резисторів, роздільна здатність якого дорівнює:

,(3)

де n -- кількість секторних міток шпинделя приводу обертання, яка дорівнює 153, але в даній системі приводу використовується кожна друга секторна мітка, тобто n/2.

Відліки сигналів (1) і (2) проводяться через кожні , і відповідно рух позиціонера відбувається з кроком нм. Проведені експериментальні дослідження на станції лазерного запису підтвердили, що однозначне управління рухом позиціонера можливе лише на відрізку довжиною /2, що становить 316,4 нм, через наявність зовнішніх перешкод у вигляді вібрацій. Розрахунки показують, що для забезпечення необхідної точності керування позиціонером, точність визначення координати повинна бути не меншою 5 нм.

Також спотворення спіралі запису може відбуватися через недостатньо мале значення , унаслідок чого з кожним новим періодом /2 може накопичуватися похибка сигналу. Це робить неможливим використання даної системи приводу позиціювання у випадку записів дисків-оригіналів формату DVD, в яких крок спіралі вдвічі менший і дорівнює 0,74 мкм. Тому існує необхідність побудови нового блоку обробки інтерференційних сигналів з підвищеною роздільною здатністю, що забезпечувало би більш точне визначення координати руху позиціонера в робочому діапазоні відстаней.

У даній роботі пропонується удосконалення вимірювальної системи приводу позиціонера, побудованої на основі синусно-косинусного інтерполятора [3] із системою стеження, в якому замість синусно-косинусних потенціометрів використовуються перемножуючі цифро-аналогові перетворювачі (ЦАП). Сутність удосконалення вимірювальної системи полягає в наступному.

Інтерференційні сигнали (1) та (2) помножуються відповідно на cos і sin, де -- будь-який обраний кут, а потім з першого добутку віднімається другий. У результаті отримуємо різницевий сигнал:

.(4)

Задача системи стеження полягає в тому, щоб зміною кута зменшити різницевий сигнал (4) до нуля, тобто знайти значення 4x/ = .

Апаратна реалізація вдосконалення вимірювальної системи приводу позиціонера

У відповідності з виразом (4) було розроблено електронний блок обробки сигналів (див. рисунок). Для підвищення роздільної здатності кроку руху позиціонера було збільшено в 10 разів кількість секторних міток шпинделя приводу обертання за допомогою синтезу частот пристроєм з фазовим автопідстроюванням. Тоді відліки сигналів, згідно з виразом (3), будуть проводитися через кожні , а рух позиціонера відбуватиметься з кроком нм.

Значення кодів одного періоду сигналів sin і cos окремо програмуються в ПЗУ1 і ПЗУ2. Вихідні дані з ПЗУ надходять на цифрові входи ЦАП1 і ЦАП2, а інтерференційні сигнали (1) і (2) на входи опорної напруги ЦАП1 і ЦАП2. Вибірку сигналів з ПЗУ виконує адресний дешифратор (АД), який керується імпульсами з виходу синтезатора частот (СЧ), де кількість імпульсів секторних міток дорівнює 10n = 1530 за один оберт шпинделя. Таким чином, з подачею на аналогові входи опорної напруги ЦАП гармонійних коливань інтерференційних сигналів (1) і (2) за законом sin і cos здійснюється операція множення цих коливань на задані цифровим кодом значення напруг cos і sin. ЦАП працюють в режимі чотириквадрантного множення. В результаті на виході кожного з ЦАП отримуємо добутки сигналів (4), які надходять до схеми віднімання. Різницевий сигнал з виходу схеми віднімання подається до замкнутої системи автоматичного регулювання руху позиціонера.

Функціональна електрична схема синусно-косинусного інтерполятора

Різниця двох добутків, яка одержується на виході диференційного підсилювача, дає сигнал неузгодженості sin(4x/ - ) з точністю до Um.2-k , де Um -- найбільше значення напруги на аналоговому вході ЦАП, що відповідає значенню сигналу US(x) або UC(x), а k -- число розрядів вихідного коду. Зведення до мінімуму сигналу sin(4x/ - ) означає, що сигнал неузгодженості прийняв значення в межах величини Um.2-k. Цю невелику величину, навіть якщо прийняти число розрядів n = 8, можна знизити до нуля підстроюванням напруги зміщення операційного підсилювача.

Висновки

У роботі запропоновано удосконалення вимірювальної системи приводу позиціонера, яка дозволяє підвищити точність руху позиціонера на станції лазерного запису, що дозволяє надійно вимірювати координату руху з точністю 1 нм, та може використовуватися при розробці станції лазерного запису DVD формату.

Література

Казанский Н.Л. Исследовательский комплекс для решения задач компьютерной оптики / Сборник «Компьютерная оптика». -- Самара-Москва. -- 2006. -- № 29. -- С. 58-77.

Брицкий А.И. Управление приводами станции лазерной записи оптической информации // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. -- 2000. -- Т. 2, № 3. -- С. 11-14.

Преснухин Л.Н. Фотоэлектрические преобразователи информации. -- М.: Машиностроение, 1974. -- 376 с.

Размещено на Allbest.ru