DE3002736A1

DE3002736A1 - Anordnung zur messung der vertikalen verformung von informationstraegern

Info

Publication number: DE3002736A1
Application number: DE19803002736
Authority: DE
Inventors: Dr.rer.nat. Harald 3000 Hannover Ahrens; Helmut Dipl.-Ing. 3012 Langenhagen Stecher
Original assignee: Polygram GmbH
Current assignee: Polygram GmbH
Priority date: 1980-01-25
Filing date: 1980-01-25
Publication date: 1981-07-30
Also published as: DE3002736C2

Description

Anordnung zur Messung der vertikalen Verformung von
Informationsträ#ern Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur berührungslosen Messung der Verformung in vertikaler Richtung von scheibenförmigen, Aufzeichnungsspuren aufweisenden, in einer horizontalen x-z-Ebene mit radialer x-Richtung und tangentialer z-Richtung befindlichen, um die vertikale y-Achse rotierenden Informationsträgern unter Verwendung eines optischen Gebers und Nehmers.
Bei einer berührungslosen, optischen Abtastung von derartigen Informationsträgern ist eine Abtasteinrichtung erforderlich, die sich ständig in einer auf Bruchteile in der Größenordnung von Mikrometern genau definierten Position zu der auf dem rotierenden Informationsträger befindlichen Aufzeichnungsspur zu befinden hat. Da die einzelnen Aufzeichnungsspuren in der Regel mit erheblochen Irregularitäten und Formfehlern behaftet sind, ist diese Bedingung nur dadurch zu erfüllen, daß man die Abtasteinrichtung mit Regeleinrichtungen ständig auf exakter Position hält. Für die Dimensionierung dieser Regeleinrichtungen und für die Qualitätsüberwachung bei der Herstellung der Informationsträger ist es wichtig, diese Formfehler zu messen und in geeigneter Form darzustellen.
Aus der technischen Rundschau von Philips, 33,1973/74, Nr. 7, Seite 202 bis 203 ist eine Anordnung zur Messung und Regelung des sich aufgrund von Unebenheiten auf dem Informationsträger ändernden Abstandes zwischen diesem Informationsträger und einem Abtaster bekannt. Doch ist diese Meßanordnung nicht optisch, sondern kapazitiv ausgelegt und weist darüber hinaus den Nachteil auf, daß die Verformung des Informationsträgers als explizite Größe nicht erfaßbar ist.
Weiterhin ist aus der OS 2107 135 eine Anordnung zur berührungslosen, optischen Messung an rotierenden Werkstücken bekannt. Doch wird diese Anordnung nicht zur Messung von Verformungen verwendet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung anzugeben, die die vertikale Verformung von rotierenden Informationsträgern berührunglos auf optischem Wege mißt, auswertet und in einer geeigneten Form darstellt, so daß die Verformung exakt quantifizierbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der optische Geber ein von einem halbdurchlässigen Spiegel in die Richtung der y-Achse abgelenkter, gegen die Oberfläche des Informationsträgers ausgerichteter und dort reflektierter Lichtstrahl ist, der in Reflexion den halbdurchlässigen Spiegel durchsetzt und anschließend auf einem den optischen Nehmer darstellenden Flächenindikator auftrifft, der den Reflexionswinkel des reflektierten Lichtstrahls in z-Richtung an einem ersten Anschlußpaar und in x-Richtung an einem zweiten Anschlußpaar anzeigt und darüber hinaus einen Mittelanschluß aufweist, daß ferner das erste Anschlußpaar über einen ersten Dividierer mit einer ersten Auswerte-und Darstellungsenrichtung und das zweite Anschlußpaar über einen zweiten Dividierer mit einer zweiten Auswerte- und Darstellungseinrichtung in Verbindung steht und daß die Bezugsgröße für die beiden Dividierer am Mittelanschluß des Flächenindikators abgenommen ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, als Maß für die zu messende Verformung den Auftreffpunkt und da- mit den in Abhängigkeit des Auftreffpunktes sich ändernden Reflexionswinkel zu verwenden In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind der Lichtstrahl als Laserstrahl und der Flächenindikator als Positionsdiode ausgebildet Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 3 bis 5 angegeben Anhand eines Ausführungsbeispieles wird die Erfindung nachstehend näher erläutert In der Zeichnung bedeuten Fig. 1 ein Blockschaltbild der gesamten Anordnung gemäß der Erfindung Fig. 2 eine detaillierte Ausführung der ersten Auswerte und Darstellungseinrichtung Fig. 3 eine detaillierte Ausführung der zweiten Auswerte- und Darstellungseinrichtung In Fig. 1 liegt der Informationsträger I in einer horizontalen x-z-Ebene mit radialer x-Richtung und tangentialer z-Richtung und rotiert um die vertikale y-Achse Ein als Laserstrahl ausgebildeter optischer Geber G fällt auf einen halbdurchlässigen Spiegel Sp und wird dort in Richtung der y-Achse senkrecht auf die Ober fläche des Informationsträgers I abgelenkt. Entsprechend der vertikalen Verformung des Informationsträgers 1 wird der ankommende Laserstrahl an der Oberfläche reflektiert und gelangt durch den halbdurchlässigen Spiegel Sp auf die als optischen Nehmer N ausgebildete Positionsdiode. Die Positionsdiode N ist eine großflächige Fotodiode mit vier orthogonalen Anschlüssen Ai, A2, A3, A4, aus denen Spannungen gewonnen werden, die dem Auftreffpunkt des Laserstrahles und dessen Intensität proportional, sind. Der Auftreffpunkt und damit der Reflexionswinkel des reflektierten Laserstrahls sind in die z-Richtung und in die x-Richtung aufgelöst, wobei der z-Richtung das erste Anschlußpaar Al, A2 und der x-Richtung das zweite Anschlußpaar A3, A4 zugeordnet sind. Darüberhinaus weist die Positionsdiode N einen Mittelanschluß M mit intensitätsproportionalem Ausgangsstrom auf. Der Mittelanschluß M steuert den zu einer Dividiereinrichtung Div gehörenden ersten Dividierer DiM und zweiten Dividierer Div2, um die Intensitätsabhängigkeit der über die beiden Anschlußpaare Al, A2 bzw. A3, A4 ankommenden Signale zu beseitigen. Weiterhin ist das erste Anschlußpaar Al, A2 über den ersten Dividierer Div1 mit einer ersten Auswerte- und Darstellungseinrichtung AD1 und das zweite Anschlußpaar A3, A4 über den zweiten Dividierer Div2 mit einer zweiten Auswerte- und Darstellungseinrichtung AD2 verbunden. Die erste Auswerte-und Darstellungseinrichtung AD1 empfängt also eingangsseitig über den Anschluß A5 das Signal tY, während an dz den Eingang der zweiten Auswerte- und Darstellungseinrichtung AD2 über den Anschluß A6 das Signal dy zur dx weiteren Verarbeitung gelangt.
In Fig. 2 ist die erste Auswerte- und Darstellungseinrichtung AD1 zur Auswertung und#Darstellung des Signals d# in detaillierter Form dargestellt. Sie besteht dz aus einer Regeleinrichtung R, einer Auswerteeinrichtung AW und einer Darstellungseinrichtung Dst. Das über den Anschluß AS ankommende rein steigungsproportionale Signal dv gelangt zur Gewinnung eines amplitudenpro dz portionalen Signales über die Regeleinrichtung R an den ersten Integrator I1. Unter Ausnutzung der Proportionalität z ~n-r-t mit n ~=Drehzahl,r-"Radius des Informationsträgers wird eine Integration nach der Zeit gemäß der mathematischen Beziehung dt durchgeführt.
Die Regelung der Drehzahl erfolgt hierbei am Fotentiometer Pot1 und die Einstellung des Radius am Potentiometer Pot2. Dem am Ausgang des ersten Integrators I1 gewonnenen amplitudenproportionalen Signal sind zwei über die beiden Potentiometer Pot3 bzw. Pot4 veränderbare, mit dem Anzeigegerät Anzl meßbare Bezugsspannungen +U, -U zugeordnet, die zusammen eingangsseitig an einen Multiplexer M und über dessen Ausgang an die Vertikalauslenkung des Oszillographen Os gelangen Auf dem Schirm des Oszillographen Os sind die Bezugsspannungen +U, -U als verschiebbare Linien sichtbar, die auf die Spitzenwerte des amplitudenproportionalen Signals eingestellt werden. Am zugehörigen Anzeigegerät Anzi wird die Amplitude nach entsprechender Eichung abgelesen, Die Messung der Amplitude gestattet eine Uberwachung, daß die Verformung der Aufzeichnungsspuren des Informationsträgers I nicht die Grenzen bestimmter Arbeitsbereiche überschreitet. Um die aufgrund von Verformungen bedingte Regelung eines Nachführsystems durchführen zu können, benötigt man ein beschleunigungsproportionales Signal. Dieses wird aus dem steigungsproportionalen Signal durch Differenziation gewonnen0 Das steigungsproportionale Signal dzy gelangt über den AnschluA A5 dz gelangt über den Anschluß A5 und über die Potentiometer Pot: und Pot2 zu dem Differenzierer D. Das beschleunigungsproportionale Signal am Ausgang des Differenzierers D gelangt zusammen mit zwei über die beiden Potentiometer Pot5 und Pot6 veränderbaren Bezugsspannungen +U, -U an eine AddieranordnungAdd, der eine Gleichspannung Ul additiv zugeführt wird, die Darstellung der Beschleunigung von der Amplitudendarstellung durch vertikale Verschiebung auf dem Oszillographen Os zu trennen. Die Addieranordnung Add ist ausgangsseitig mit dem Eingang des vom Takt T gesteuerten Multiplexers M verbunden, dessen Ausgang wiederum die Vertikalauslenkung des Oszillographen Os steuert.
Die Messung der Beschleunigung erfolgt analog der-Messung der Amplitude durch Verschiebung der auf dem Oszillographen Os als Linien sichtbaren Bezugsspannungen +U, -U auf die jeweiligen Spitzenwerte. Die Beschleunigung wird am Anzeigegerät Anz2 abgelesen. Da das beschleunigungsproportionale Signal im zeitlichen Verlauf deutliche Spitzen aufweist, hat es sich für die Güteklassifikation von Informationsträgern als nützlich erwiesen, die Anzahl der eine bestimmte Schwelle übersteigenden Beschleunigungsspitzen zu registrieren. Dies wird durch die mit dem Potentiometer Pot9 einstellbare Schwelle Schw mit dem nachgeschalteten Zähler Z realisiert.
Zur Darstellung der amplituden- bzw. beschleunigungsproportionalen Signale über dem Umfang der einzelnen Aufzeichnungsspuren erfolgt die Horizontalauslenkung des-Oszillographen Os von dem durch die Rotation des Informationsträgers I gesteuerten Signal Rot- in der Weise, daß ein entsprechender Geber bei jeder Umdrehung des Informationsträgers I einen Impuls erzeugt, der durch einen ersten Tiefpaß TP1 zu einer rotationssync#hronen Sinusform verändert wird und über ein Phasenglied Ph an die horizontalen Platten des Oszillographen Os gelangt.
Das mit dem Potentiometer Pot7 einstellbare Verzögerunglied V gestattet eine Drehung des auf dem Oszillographen Os abzubildenden Diagrammes. Eine Aufrichtung dieses Diagrammes wird an dem Potentiometer Pot8 geregelt, dessen erster Anschluß mit dem Ausgang des ersten Tiefpasses TPl und dessen zweiter Anschluß gemeinsam mit dem Ausgang des Multiplexers M über einen Summierer Sum dem vertikalen Plattenpaar des Oszillographen Os zugeführt ist.
In Fig. 3 ist die zweite Auswerte- und Darstellungseinrichtung AD2 in einer detaillierteren Form dargestellt. Das über den Anschluß A6 ankommende Signal dy dx wird zur Gewinnung einer der Amplitude proportionalen Größe y = f (x) in der zweiten Auswerte und Darstellungseinrichtung AD2 ortsabhängig integrierte Die Darstellung erfolgt auf einem X-Y-Schreiber Schr, auf welchem die Querschnittsform des Informationsträgers I längs einer Radiuslinie aufgezeichnet wird0 Hierzu schließt ein mit dem Vorschub in radialer Richtung gekoppelter Impulsgeber Rad in entsprechend kleinen RaEusabschnitten den ersten elektronischen Schalter S1 und den zweiten elektronischen Schalter S2. Der Impulsgeber Rad steuert einmal über den dritten Integrator I3 den x-Vorschub des X-Y-Schreibers Sechs, zum anderen den zweiten Integrator I2, der an seinem Eingang das über den zweiten Tiefpaß P2 gemittelte Signal li dx empfängt Am Ausgang des zweiten#Integrators 12 entsteht das amplitudenproportionale Signal y = f (x) 9 das den y-Vorschub des X-Y-Schreibers Schr steuert. Entsprechend einer zweckmäßigen Eichung wählt man die Amplitude bei kleinstem Radius zu 0, was durch die Rückstelleinrichtung RU realisiert wird.
5 Patentansprüche 3 Figuren Leerseite

Claims

Patentansprüche 1. Anordnung zur berührungslosen Messung der Verformung in vertikaler Richtung von scheibenförmigen, Aufzeich nungsspuren aufweisenden, in einer horizontalen x-z-Ebene mit radialer x-Richtung und tangentialer z-Richtung befindlichent um die vertikale y-Achse rotierenden Informationsträgern unter Verwendung eines optischen Gebers und '¢hmers, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n *» t, daß der optische Geber (G) ein von einem halbdurchlässigen Spiegel (Sp) in die Richtung der y-Achse abgelenkten, gegen die Oberfläche des rnformatqonsträgers (I) ausgerichteter und dort reflektierter Lichtstrahl ist, der in Reflexion den halbdurchlässigen Spiegel durchsetzt und anschließend auf einem den optischen Nehlmer (N) darstellenden Flächen indikator auftrifft, der den Reflexionswinkel des reflektierten Lichtstrahls in z-Richtung an einem ersten Anschlußpaar (A1, A2) und in x-Richtung an einem zweiten Anschlußpaar (A3, A4) anzeigt und darüber hinaus einen Mittelanschluß (M) aufweist, daß ferner das erste Anschlußpaar (A1, A2) über einen ersten Dividierer (Div1) mit einer ersten Auswerte- und Darstellungseinrichtung (AD1) und das zweite Anschlußpaar (A3, A4) aber einen zweitn Dividierer (Div2) mit einer zweiten Auswerte- und Darstellungseinrichtung (AD2) in Verbindung steht und daß die Bezugsgröße für die beiden Dividierer (Div1, Div2) am Mitte#anschluß (M) des Flächenindikators abgenommen ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Lichtstrahl als Laserstrahl und der Flächenindikator als Positionsdiode ausgebildet sind,
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Auswerteeinrichtung (AW) der ersten Auswerte- und Darstellungseinrichtung (AD1) auf der Eingangsseite einen ersten Integrator (11) und einen Differenzierer (D) aufweist, die eingangsseitig einander parallel geschaltet sind, daß ferner ausgangsseitig der Differenzierer (D) über eine Addieranordnung (Add) für die Addition einer Gleichspannung (+U1)und der Integrator (I1) unmittelbar mit je einem Eingang eines auf der Ausgangsseite angeordneten Multiplexers (M) in Verbindung stehen und daß der Multiplexer (M) weitere Eingänge für weitere einstellbare Bezugsspannungen (+U, -U) aufweist, von denen die dem Signal am Ausgang des Differenzierers (D) zugeordneten Bezugsspannungen (+U, -U) ebenfalls über die Addieranordnung (Add) hinweg zum Multiplexer (M) gelangen.
4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Darstellungseinrichtung (Dst) der ersten Auswerte- und Darstellungseinrichtung (AD1) einen Oszillographen (Os), aufweist, daß die Steuerung der Vertikalauslenkung des Oszillographen (Os) über einen Summierer (Sum) erfolgt, der eingangsseitig das Ausgangssignal des Multiplexers (M) und über ein regelbares Verzögerungsglied (V) und einen ersten Tiefpaß (TP1) hinweg eine durch die Rotation des Informationsträgers (I) gesteuertes Signal (Rot) empfängt, und daß die Steuerung der Horizontalauslenkung des Oszillographen (Os) von dem durch die Rotation des Informationsträgers (I) gesteuerten Signal (Rot) über das regelbare Verzögerungsglied (V), den ersten Tiefpaß(TPl) und weiterhin über ein Phasenglied (Ph) hinweg erfolgt.