一种基于dvd读取头非接触触发探头

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1、一种基于DVD读取头非接触触发探头摘要：文章提出了一种基于DVD原理的非接触光学聚焦探头，它由商用DVD读取头改装而成，已经完成设计与制作。实验结果表明，此非接触探头分辨率优于lnm,测量重复性可达12nmo目前此非接触触发探头已应用于纳米三坐标测量机上。关键词：DVD光学读取头；非接触探头；纳米三坐标测量机中图分类号：TH741文献标识码：AANon-contactTriggerProbeBasedonDVDPick-upHeadGAOWei,CHENXiao-huai,CHENHe(SchoolofInstrumentScienceandOpto-electricEngineering,H

2、efeiUniversityofTechnology,HefeiAnhui230009,China)Abstract:Thispaperpresentsanon-contacttriggerprobebasedonthecommercialDVDpick-uphead・Thefocussensorandthemechanismhavebeendesignedandmanufactured.Experimentalresultsshowthatthenon-contacttriggerprobecanobtainslnmresolutionanda.repeatabilityof12nm.The

3、non-contacttriggerprobecanbeusedonamicro/nanoCMM.Keywords：DVDopticalpickuphead；non-contactprobe；Nano-CMM引言近年来，微纳米三坐标测量机整机及其接触式探头技术得到了快速发展，世界上许多国家和地区的研究机构都公布了自己研制的三坐标触发探头，比如德国PTBE1-2］,英国国家物理实验室［3-4］.荷兰Eindhoven大学［5-6］、台湾大学［7］、合肥工业大学［8］等。本研究采用日立公司的DVD读取头HOP-1000作为开发对象，如图1所示，应用于纳米三坐标测量机非接触触发探头上，并对其运作机理

4、以及测量原理进行了应用性研究。1DVD激光读取头聚焦原理DVD激光头组件中包括激光二极管，为读取头提供稳定的测量用激光光源；光学组件中包括穿透式光栅、分光镜、四分之一波片、聚焦物镜、光电传感器等，光电传感器将光信号转换为电信号，由光电传感器输出的电压信号的强弱可判断出入射光的光强度［9］。本研究中所使用的DVD激光头的内部传感器由四片面积相同且光电形式相同的光电传感器所组成，称为四象限传感器(Quadrantdetector)。当光点打在检测器上时，光点落在各检测组件上的能量不等，因此其信号输出也不同，利用电子线路，比较各检测组件的输出，就可获知光点位置差。激光读取头就是利用四象限传感器来侦测

5、四个象限分别的感光强度，并进而经由后续的电路信号来计算聚焦误差信号(focuserrorsignal,FES)。激光读取头的聚焦光点大小及品质决定资料读取的正确性，同时也影响聚焦误差信号FES的判断，决定了我们在测量应用时的精度。本研究中所使用的DVD读取头性能参数有：NA=0.6,X=650nm,光点直径约为0.86umoDVD激光读取头的聚焦原理为像散法(AstigmaticMethod)o像散是指光线经过像散透镜，造成成像时横向与纵向的放大率不同，因此造成像点的失真。利用此像散特性作为测量依据，并结合感测组件四象限传感器，当透镜的垂直焦距与水平焦距不同，如图2所示，则物体若偏离透镜前焦平

6、面位置时，在四象限光传感器上的成像光点呈现椭圆变化，当物体处于透镜的正焦平面位置时，成像光点呈现圆形(FES=0),经信号处理，即四象限的(A+C)-(B+D),失焦信号对失焦位移量的关系成一曲线，即所谓的S曲线，如图2所示。2DVD激光探头系统测量原理2.1DVD读取头运作原理如图3所示，激光二极管在加电以后发射约为0.5mW的650nm波长红激光光束，经光栅衍射后形成三束检测光，再经分光镜、反射镜、准直透镜，将激光束变成准直光束。准直光束经过镜片中央呈现有间隔几十数百微米同心圆沟槽的全息透镜后，使准直激光束聚焦成适合DVD光盘信息读取的焦点。经光盘反射的光束沿圆光路再经过准直透镜、反射镜和

7、分光镜后穿越柱面像散透镜，投射到四象限光电二极管传感器(four-quadrantphotodetector)A、B、C、D上。四象限光电二极管传感器根据光点在四个象限上的分布，输出一聚焦误差电压信号FES(B+D)-(A+C)o这个聚焦误差信号经过运算放大，补偿处理，驱动音圈马达VCM(VoiceCoilMotor),将固定在音圈马达上的全息物镜推到可以聚焦光盘平面的位置，达到自动锁焦的目的[1