一种基于DVD读取头的非接触触发探头

提出了一种基于DVD读取头原理的非接触光学聚焦探头，该探头由商用DVD读取头改装而成，已经完成其设计与制作。实验结果表明探头分辨率优于2nm，测量重复性可达20nm，目前已应用于纳米三坐标测量机上。

一种基于DVD读取头的非接触触发探头

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1nm,测量重复性可达12nm。目前此非接触触发探头已应用于纳米三坐标测量机上。

基于DVD读取头的光学探头电路设计

随着工业精密测量对于精度和分辨率的要求越来越高,光学探头在工业精密测量中得到了广泛的应用。由于DVD读取头的聚焦误差信号FES(Focus Error Signal)即S曲线的一部分与失焦距离成线性关系,因此稍作改进就可以做光学探头,用来进行微小位移的测量[1]。文中给出了其电路设计,该电路分成两个部分,一个是LD功率自动控制电路,一个是FES获取电路。经过实验测试,利用该电路可以获得良好的S曲线,可实现对微器件(几何尺寸数毫米至数微米,精度参数多为微纳米数量级)的精确测量。该电路设计具有结构简单、抗干扰能力强等突出优点。

基于蓝光DVD光学读取头的非接触式探头

为解决微小器件的高精度、高分辨率的测量问题,文章研制了一台基于蓝光DVD光学读取头的非接触式探头,实现了对微小尺寸的三维高精度测量。该探头的设计是对市售的蓝光DVD光学读取头的改进,改装后使用数值孔径为0.85的聚焦透镜。蓝光DVD光学读取头发出波长405nm的蓝光扫描被测量器件,减小了聚焦弥散斑直径,提高了探头的分辨率。对组装好的探头进行了测试,实验结果证实,该探头的分辨率优于1nm,对阶高为2μm的标准器件重复测量的标准差为21nm。

基于DVD光学读取头的大量程高精度扫描探头

DVD光学读取头已被改装成微纳米扫描探头,但是已有改装方案都存在感测精度与感测范围不能同时兼顾的不足。文章研究发现,DVD光学读取头聚焦透镜的数值孔径(NA)值对扫描探头的感测范围有显著影响;去掉DVD光学读取头中的音圈电机,避免其迟滞特性的影响,可获得较高的精度;更换数值孔径值为0.16的聚焦透镜可增大线性感测范围。实验结果表明,该扫描探头的线性感测范围超过90μm,20min的稳定性误差为82.5nm。

基于蓝光DVD光学读取头的纳米触发测头

基于光学读取头改装的非接触式微纳米测头已广泛应用于阶高、线宽和微小角度的测量。为了追求更高的精度与分辨力而提高聚焦透镜数值孔径(NA)则会使读取头内四象限传感器输出聚焦误差信号曲线的线性区间急剧减小,从而使测头系统的纵向可测量范围降低。为了在进一步提高纵向分辨力的情况下,扩大其纵向测量行程,基于蓝光DVD读取头研发了一种触发式非接触测头。既利用高NA值透镜测头的高精度和高分辨力,又通过触发测量的方式解除了高NA值带来低测量范围的限制,提高了测头的适用性。实验结果表明:该测头的纵向分辨力优于1 nm,重复性误差为18 nm,纵向测量范围可达10μm。

基于DVD光学读取头的测微力计

为满足微纳米三维接触扫描探头测力的需要,提出了一种基于DVD光学读取头的测微力计。该测微力计由固定及微调支座、L形铜条、平面反射镜、DVD光学读取头和阻尼装置五部分组成。当力作用在L形铜条上时,贴在铜条上的平面反射镜会产生微小位移,该微小位移由DVD光学读取头来感测;通过建立被测力与平面反射镜微位移之间的关系,从而实现微小力的测量。用该测微力计对一个微纳米三维接触扫描探头的测力过程进行了测量,测量结果与对该微纳米三维接触扫描探头的有限元分析结果一致。

基于DVD光学读取头的悬臂式低频加速度计

低频振动对高精度加工和测量都有严重不利影响,被动隔振方法无法有效减小低频振动,精确测量低频振动是主动隔振的前提。研制了一种基于DVD光学读取头的悬臂式低频加速度计。介绍了低频加速度计的检测原理和结构;将市售DVD光学读数头改装成了高精度位移传感器;在分析和反复优化的基础上确定了悬臂梁式弹簧片合适的材料和结构参数。以自制振动台为振源,高精度低漂移的电涡流传感器(分辨率0.07nm)作为基准,对所研制的加速度计进行了标定,结果为灵敏度9.26 V/g,频率响应范围3～10 Hz,加速度测量范围0.4～32.8 mg,10次测量标准差优于0.01 mg,共振频率44 Hz。可以用于低频微小振动的检测。

Linnik白光干涉仪自动对焦及光程差最小化

众所周知由于两个干涉臂光路不匹配和参考镜面与被测表面的离焦,要得到相干长度非常短的Linnik白光干涉仪的干涉条纹是非常困难的。本文提出了一种自动调节的方法来解决这个问题。为了实现参考镜面和被测表面的对焦,在商用DVD读取头的基础上,对其像散法进行改进,具体方法是对和信号SS设定一个阈值,通过此阈值对归一化后的FES曲线(NFES)进行裁剪,从而获得一个与离焦距离成单调关系的曲线(TNFES),其过零点对应的就是焦点。经过实验证明,改进后的自动对焦系统的动态范围为190?m,平均灵敏度70mV/?m,平均标准偏差0.041?m,分辨率4.4nm,不确定度55nm。此外为了最小化两个干涉臂的光程差,本文采用均方根RMSFC算法来计算成像在CCD上的干涉条纹的对比度,通过找到其最大值来最小化光程差。实验证明本文提出的自动方法可以有效地获得Linnik白光干涉仪的干涉条纹。

纳米三坐标测量机模拟接触式探头的标定(英文)

三坐标测量机的高精度模拟接触式探头在计算探头球尖位移与传感器输出的关系时需要空间坐标转换模型与标定参数。标定方法基于自己研发的模拟接触式探头,该探头由带有光纤球头的的金属丝悬浮机构,二维角度传感器,小型迈克尔逊干涉仪组成。通过空间坐标转换,矩阵计算模型和标定实验的建立,重点描述了一种特定的标定方法与标定了模型的未知参数。实验结果表明三坐标测量机在x、y、z三方向上测量的标定值与实际值的位移误差的标准差小于30 nm,证明该方法具有一定的可行性与有效性。

用于纳米三坐标机的非接触式触发探头的研制

在进行微米级测量时,纳米三坐标机常用的接触式探头会损伤软的或脆的待测品。该文研制了一种用蓝光DVD读取头作为传感器的非接触式触发探头。该探头的测量原理是当待测样品位于探头聚焦面时,聚焦误差信号返回值为零。将该探头安装于三维纳米平台上实验,结果显示触发分辨率达1nm,标准差约12nm。

光学低频测振系统的伺服补偿研究

介绍了基于DVD光读取头的低频振动测量原理和方法。利用光读取头中的音圈马达,驱动物镜跟踪被测面的振动,使振动面保持在物镜焦点位置,记录音圈马达的驱动电压信号,经分析后即可获得被测振动参数。分析了音圈马达和测量系统的传递函数特性,采用最优二阶阻尼系统函数,反推出音圈马达的驱动补偿函数,以扩大测振系统的频响范围,提高动态测量性能。

国内第一款DVD光学头在珠海问世

我国第一款替代进口的符合便携式和汽车播放机要求的“OPD-03P型DVD光学读取头”2004年10月下旬在珠海市江海电子股份有限公司问世，并投入批量生产。该项目总体设计工程师陆建宏表示，这一国产全息光学技术具有结构紧凑、工艺过程简单、性能稳定可靠、产品不良率低等优点，技术水平填补了国内空白，处于国际先进水平，