光学拾取头光束系统的自动化测量

光学拾取头是光盘驱动器中最重要的部件之一,它直接影响到光碟机的读盘性能。本文介绍如何构建低成本自动化视像检测系统,以监测CD和DVD播放机中光学拾取头的激光束质量并纠正元器件的对位。

对于合格的光学拾取头来说,从准直仪透镜出来的光束必须具有很高的质量,因此我们需要测量光束的大小、形状、角度、平行度和光功率分布。利用这些参数可以检查和确定因光学元件或拾取头中这些元件错位引起的误差,这对于在生产中微调拾取头外壳设计和控制拾取头质量非常有用。

根据产品光学拾取头技术规范,我们为测试系统制定了下列标准:

1．应在9秒内完成测试以跟上生产速度；

2．光束变化距离误差测量范围为±12mrad,精度±0.1mrad；

3．平行光束测量范围为±450μm,精度±20μm；

4．X、Y光瞳分布(光功率强度)测量范围为100%,精度±0.5%。

我们利用图像处理技术(包括空间过滤、定量分析和阈值)设计系统测量方法,再通过IMAQ图像驱动器实现。

系统设置

系统主机采用550MHz奔腾Ⅲ处理器,运行Windows NT操作系统,内存128MB。我们将AT-MIO-16E模拟和数字输出用在激光器和二极管上,控制CCD镜头开关和激光器上的电流测量。通过增加一个光学感应装置(OSD)传感器测量光输出强度,光学拾取头中CD和DVD激光器二极管的激光功率能很容易地控制到一定的光功率。

PCI-IMAQ 1407插件式图像采集板从三色索尼XC-ST30CE 1/3??CCD摄像机(752H×582V)中获得光束图像。第一个摄像机中获取的图像用来测量光束大小、光束尺寸和激光器功率分布。对每个光学拾取头来说,光束是一个直径为5.0mm的光圈,测量有效面积的直径就是5.0mm。使用阈值和查找表调整图像的对比度和光亮度,从而确定光束的大小、形状、位置以及灰度级,另外通过测量光束中的水平和垂直像素值还能计算激光功率分布。

再看从第二个摄像头得到的图像,用来测量光束平行度。对图像应用阈值和空间过滤,并连续进行局部分析,然后测量光束高度和宽度以计算出光束的平行度。

从第三个摄像头获取的图像将用于进行阈值与局部分析,以测量光束的角度,光束角度与光束中心坐标有关。我们利用X和Y坐标来计算角度,通过这个方法能够精确地测量角度大小,效果可与人工目检相比。

整个系统只要操作者装上光学拾取头测量程序就开始启动,所有测量数据存在数据库中,并与生产线上的服务器相连,以便于进行工艺监控、跟踪和分析。

测量系统还提供改进的光束灰度测量,可提高测量精度和性能,利用IMAQ Vision开发模块、算法、相似边沿检测等可以识别各种光束灰度。我们还计划将光束角度精度提高到0.03mrad,变化距离误差精度提高到5μm以实现产品质量漂移监控。

作者:Cheng Woon Fai

设备设计工程师

飞利浦公司

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