（机械工程专业论文）蓝光刻录机dmrbr630v光感检测系统的设计.pdf

大连理工大学专业学位硕士学位论文 摘要 随着日本东芝公司宣布将全面退出高清d v d 业务，这标志着从此我们将进入真正 的蓝光时代。蓝光格式的影碟机如雨后春笋般亮相国内外展台，市场竞争异常激烈。影 碟机功能的多元化将是未来发展的主要方向，搭载v h s 的影碟机是目前市场上最缺少 的品种。2 0 0 8 年1 1 月g o o 市场调研集团旗下的 a p a r t i n t e m e t 进行了一次针对各种多媒 体播放设备在日本普及率的调查，排在第一位的是以v h s 录像机，占有率达6 8 ，超 过d v d 播放机1 6 个百分点。d m r b r 6 3 0 v 就是一款能够满不同人群需求的影碟机， 它是全球首台集b d 、h d d 、v h s 、u s b 、s d 五大功能于一体，并可以实现各设备之间 相互复制功能的蓝光刻录机。 刻录机光感检测系统是针对v h s 设备所设计控制系统，它的基本功能就是在磁带 正向运行( 包括放像、快进、正向图像搜索) 或反向运行( 包括反向放像、倒带和反向图像 搜索时，检测出磁带运行到终端这一状态，并通过系统控制电路控制录像机进入停止状态， 以保护录像磁带及录像机的机械结构不受损伤。 本文依照松下公司针对v h s 所制定的光感检测系统的技术指标，首先进行原理设 计，依据工作原理确定检测系统电路和结构设计的总体思路。在检测系统设计过程中， 对各电子元器件的选用和各结构部品的设计进行了详细的分析和大量的实验验证。对引 起系统非正常工作的各种因素，以及各结构部品重点控制项目也进行了详细的说明。经 实际量产和性能评价验证，该系统结构简单，成本低廉，控制灵活，性能可靠，满足现 实生产需要，有较好的应用和推广价值。相信，搭载v h s 的蓝光刻录机，必将引领影 碟机市场多元化的发展方向，它的前景也必将更加光彩夺目。 关键词：光感；光电三极管；导光柱；机芯支架 蓝光刻录机d m r - b r 6 3 0 v 光感检测系统的设计 a b s t r a c t s i n c et o s h i b as a i di tw i l ln o1 0 n g e rd e v e l o p ，m a k eo rm a r k e th dd v d p l a y e r sa n d r e c o r d e r s i t sas y m b o lt h a tw er e a l l yc o m ei n t ob l u - r a ye p o c h n l eb l u - r a yp l a y e r sa l e s h o w i n gi nt h ew o r l dl i k et h eb a m b o os h o o t sa f t e ras p r i n gr a i n1 1 1 ec o m p e t i t i o no ft h em a r k e t i se x t r a o r d i n a r ya b o i l 1 1 1 em u l t i - p u r p o s ep l a y e r sa l et h ef u t u r ed e v e l o p m e n td i r e c t i o n 1 1 1 e p l a y e r sw h i c ht a k e sf u n c t i o ni s 也em o s tl a c k i n gi nt h em a r k e t t h ej a p a n i n t e m e to f g o o g r o u ph a sm a d eas u r v e yo np l a y e re q u i p m e n ti nj a p a n t h ev h se q u i p m e n t i sp r i m a r ya n d s e i z e s6 8 i te x c e e d sd v d p l a y e r1 6 d m r - b r 6 3 0 v i st h ej u s tv i d e op l a y e rw h i c hc a i l s a t i s 匆v a r i o u sc r o w d s i t si n c l u d e sv h sd e c ka n db l u - r a yd r i v e i na d d i t i o n ，t h e r e sa 3 2 0 g bh a r dd r i v ef o rs t o r a g ea n dr e c o r d i n g ，a n dp r e s u m a b l yt ob u mt a p e st ob e f o r ey o u c o n s i g nt h e mt ot h eb i n , a sw e l la sau s bp o r ta n da l ls dc a r ds l o t r e c o r d e r sp h o t os e n s o ri n s p e c t i o ns y s t e mi sd e s i g n e df o rv h se q u i p m e n tc o n t r o l l i n g s y s t e m i t sb a s a lf u n c t i o ni st h a ts y s t e mc a nd e t e c ts t a r ta n dt e r m i n a lo ft h et a p e a n dt h e n c o n t r o l l i n gc i r c u i tw i l lm a k ev h se q u i p m e n ts t o p p i n gf o rp r o t e c t i n gt h et a p ea n de q u i p m e n t b a s e do nt h et e c h n i c a lr e q u i r e m e n t sa n di n d e x e so f p h o t os e n s o ri n s p e c t i n go fp a n a s o n i c ， f i r s t l yd e s i g n e dt h es y s t e mp r i n c i p l e ，a n dt h e ns y s t e mc i r c u i t sa n ds t r u c t u r e sw e r ew o r k e d o u t w h e nd e c t r i cp a r t sc h o o s i n ga n ds t r u c t u r e sd e s i g n i n g ，l o t so fe x p e r i m e n t sa n da n a l y s e sw i l l b em a d e t h ef a c t o r sw h i c hm a ya f f e c ti n s p e c t i n gs y s t e mw eh a v em a d ed e t a i l e de x p l a n a t i o n s i na d d i t i o n , i m p o r t a n td i m e n s i o n sa n dc o n t r o l l i n gi t e m sa b o u ts t r u c t u r ep a r t sa l s ow i l lb e l i s t e d a c c o r d i n gt op r o d u c t i o na n dp e r f o r m a n c ee v a l u a t i o n ，w ec a nc o n c l u d et h a ti th a st h e c h a r a c t e r i s t i c so fs i m p l e rs t r u c t u r e ，l o w e rc o s t ，e a s i e ro p e r a t i o n ，h i g h e rr e l i a b i l i t y i tc a nm e e t t h en e e do fp r o d u c t i o na n dp o s s e s sg o o dv a l u eo fp r o m o t i o n 1 1 1 eb l u r a yr e c o r d e r sw h i c h i n c l u d i n gv h s c a l ll e a dd e v e l o p m e n td i r e c t i o no fv i d e om a r k e t , a n di tw i l lh a v eap r o s p e r o u s t o m o r r o w k e yw o r d s ：p h o t os e n s o r ；p h o t ot r a n s i s t o r ；l e dp r i s m ；d r i v eb r a c k e t i i 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文 作者签名 大连理工大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间 论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有 权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文题目：型塑盘丝巡二碰望 整銎刨疰丝重圭逡红一 作者签名： 邀，兰盈日期：上盟年上生日 导师签名： 萎整盘&日期：塑29 年生月! 日 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1绪论 1 1 课题背景及意义 2 0 0 8 年2 月1 9 日，对于全球影碟机产业来说，是具有着历史意义的一天。以索尼 为首的蓝光d v d 和以东芝为首h dd v d 经过数年全球市场竞争之后，随着东芝对h dd v d 支持的退出，如今h dd v d 大势已去。从当年盛极一时的v h s 录像机，到现在高清d v d 即将面临退出历史的舞台，我们只能说，科技日新月异的速度已经超乎我们的想象。 b l u r a yd i s k 是蓝光盘，是d v d 的下一代的标准之一，主导者为索尼与东芝，以索尼、 松下、飞利浦为核心，又得到先锋、日立、三星、l g 等巨头的鼎力支持 1 2 】。它是利用 波长较短( 4 0 5 n m ) 的蓝色激光读取和写入数据，并因此而得名。而传统d v d 需要光头 发出红色激光( 波长为6 5 0 n m ) 来读取或写入数据，通常来说波长越短的激光，能够在 单位面积上记录或读取更多的信息。因此，蓝光极大地提高了光盘的存储容量，对于光 存储产品来说，蓝光提供了一个跳跃式发展的机会。存储原理为沟槽记录方式，采用传 统的沟槽进行记录，然而通过更加先进的抖颤寻址实现了对更大容量的存储与数据管 理，目前已经达到惊世骇俗的i o o g b 。与传统的c d 或是d v d 存储形式相比，b d 光盘显 然带来更好的反射率与存储密度，这是其实现容量突破的关键。 蓝光时代的到来，对我们科技工作者来说，不可避免的要去经历这一时代的革命。 如何在蓝光市场中占有一席之地，也是我们当前最需要考虑的问题。曾几何时，风光无 限的d v d 产品，如今已沦落为其它电器的赠品，两三百元的d v d 影碟机随处可见。虽然 传统d v d 影碟机仍有相当的市场容量，但生产厂家的利润已经微乎其微了，d v d 影碟 机企业在低利润下生存状况令人担忧。据统计，在过去的4 年时间内，d v d 的价格已跌 了近7 0 。业内人士分析说，近几年来，众多厂家看中了d v d 市场的巨大发展前景，纷 纷加入了这个领域，使得d v d 生产规模不断扩大，价格战也因此而发，“跳楼价 就 似乎成为影碟机产业发展到一定程度后唯一命运。尽管当前的蓝光d v d 市场如雨后春笋 般刚刚兴起，但我们可以预见，不久的将来肋的命运也必将会像当年v c d 、d v d 影碟机 一样，陷入一场激烈的市场竞争中，如何面对，是我们必须思考的问题【3 】。 影碟机行业目前的主要问题不是销量萎缩，而是市场竞争激烈，企业想在市场立稳 脚跟，必须了解市场的需求，并不断完善自己的产品，生产出具有独特性、优势性的产 品。通过调查我们可以发现，传统的v h s 录像机产业几近消亡，但在日本家用录像机的 使用还是有相当大的市场，2 0 0 8 年1 1 月底，g o o 市场调研集团旗下的j a p a n i n t e r n e t 进行了一次针对各种多媒体播放设备在日本普及率的调查，在全部一千多名接受调查的 蓝光刻录机d i v l r - b r 6 3 0 v 光感检测系统的设计 志愿者当中，男性的数量超过一半，年龄则从1 2 、1 3 岁到6 0 岁之间不等，其统计结果 如图11 所示，从图表中可看出，家用v h s 录像机占有率位居第一，达6 8 之多。可市 场上可供消费者选择的v h s 录像机又有多少呢? 图1l 多媒体播放器在日本占有率 f i g 11 p o s s e s s i n gr a t eo f m u l t i m e d i a p l a y e ；i nj a p a n 磁带录像机之所以直到今天还能独占鳌头，关键源自于其优异的功能和性能。这些 技术特点可以概括为以下几个方面：首先，v h $ 磁带容量大，并便于携带，而且磁带寿 命长久，最多可虬循环两千个周期，前几十个周期使用时几乎见不到声画质量的下降； 其次，具有即时录放，随时监视功能录毕倒带，当场重放。不满意可重新摄录。由 此带来的优点是效率高、可靠性大、所需的保险系数( 重拍条数) 小，而且，录制成本 低廉；另一方面，v h s 录像机具有一个节目源可以多点( 多达几十万个用户) 播放，而 且操作简单。以上技术特点是其他影碟机无法比拟的。 松下d m r b r 6 3 ( j v 是一款多功能录像机内置3 2 0 g b 硬盘，同时还配置了6 倍速b d r 刻录的蓝光光驱和v h s 槽，并是首次采用6 倍速蓝光刻录机新的产品。d m rb r 6 3 0 v 与其它蓝光机型最大的区别就是它不仅融合了当今所有最高端的影像设备，而且同时搭 载了v h s 录像机芯，它具有b d 、h d d 、v h s 、u s 8 、s d 五大功能，并支持各种影响设备及 格式之间的相互转换。用户可以将在书柜中储藏多年的v i s 磁带拿出来，重新回味那个 年代的影像资料，同时也可以将v h s 磁带中的内容转刻到硬盘和光盘中。 光感监测系统是v i s 设备所必须具有的控制系统主要起到保护v h s 机芯和v h s 磁 带的功能在磁带正向运行( 包括放像、快进、正向图像搜索) 或反向运行( 包括反向放 像、倒带和反向图像搜索时，检测出磁带运行到终端这一状态，并通过系统控制电路控制 录像机进入停止状态。本放研究工作定位于基于实现蓝光刻录机光感监测系统的设计， 渐 嚆篙 幔拜 曼一 门n一一蠹| | |和翟世p m ；帅 大连理工大学专业学位硕士学位论文 如何在结构复杂的蓝光刻录机上实现光感监测功能，将是我们本次研究工作的重点。另 一方面，只有用最低的成本实现高性能的检测功能，才能确保v h s 机芯的正常运转，同 时保证产品的原价控制，使蓝光刻录机得以在严酷的影碟机市场上占据有利地位。 1 2 蓝光刻录机的发展及研究现状 1 2 1发展历史 蓝光光碟拥有一个异常坚固的层面，可以保护光碟里面重要的记录层。飞利浦的蓝 光光盘采用高级真空连结技术，形成了厚度统一的l o o & m i c r o ；m 的安全层。飞利浦蓝光 光碟可以经受住频繁的使用、指纹、抓痕和污垢，以此保证蓝光产品的存储质量数据安 全。在技术上，蓝光刻录机系统可以兼容此前出现的各种光盘产品。蓝光产品的巨大容 量为高清电影、游戏和大容量数据存储带来了可能和方便。将在很大程度上促进高清娱 乐的发展。目前，蓝光技术也得到了世界上1 7 0 多家大的游戏公司、电影公司、消费电 子和家用电脑制造商的支持。八家主要电影公司中的七家：迪斯尼、福克斯、派拉蒙、 华纳、索尼、米高梅、狮子门的支持 4 】。 1 9 9 8 年，飞利浦与索尼公司率先发表了下一代光盘的技术论文，并着手开发单面单 层实现2 3 g b 2 5 g b 的技术方案，给业界带来了一个惊喜。2 0 0 2 年2 月1 9 日，以索尼、 飞利浦、松下为核心，联合日立、先锋、三星、l g 、夏普和汤姆逊共同发布了0 9 版的 b l u r a yd i s c ( 简称b d ) 技术标准。b l u - r a y 是b l u e r a y ( 蓝光) 的意思，因此2 月1 9 日也正式表明下一代d v d 候选人蓝光盘的诞生。肋集团随后在2 0 0 2 年6 月1 4 日向 外正式发售肋规范1 0 版，一共3 册共5 0 0 0 美元，至此标志着肋的设计已经完全确 立下来。虽然目前b d 与h dd v d 谁将作为下一代的蓝光存储标准这一争议一直存在，但 这也促使两家不断推陈出新，进行技术改革。2 0 0 3 年，蓝光激光头达到投产水平，但是 适合投放市场的蓝光产品在2 0 0 6 年才开始出现。2 0 0 6 年，索尼、先锋、三星等等都发 布了其蓝光技术与蓝光产品，并且都提出了自己的蓝光计划。在中国市场，2 0 0 6 年7 月1 9 日，明基第一个推出了其成型的蓝光产品。可以说，2 0 0 6 年，是真正意义上的“蓝 光元年 。2 0 0 8 年2 月1 6 日，日本n h k 电视台报道的头条新闻中报道了一则令人震惊 的消息：东芝宣布放弃h d - d v d 格式。新闻节目中称，东芝在这次“次世代d v d 规格战 争 中宣告彻底失败，损失高达数百亿日元。与此同时，路透社东京分社也刊发了“东 芝放弃h d d v d ，终结格式战争 的消息。从只支持h d - d v d 的微软宣布同时支持两种格 式，到前一段时间，h d d v d 阵营的华纳倒戈，东芝率领的h d - d v d 阵营可以说越来越艰 难，今天就连东芝都宣布了放弃h d - d v d 格式，这场持续了数年的规格之争，最终以蓝 光的胜利而告终。 蓝光刻录机d m r - b r 6 3 0 v 光感检测系统的设计 一个单层的蓝光光盘的容量为2 5 或是2 2 g b ，足够刻录一个长达4 小时的高清晰电 影。双层更可以达到4 6 或5 4 g b 容量，足够刻录一个长达8 小时的高清晰电影。而容量 为1 0 0 或2 0 0 g b 的，分别是4 层及8 层。在目前的研究表示，t d k 已经宣布研发出4 层 容量为1 0 0 g b 的光盘。蓝光影碟机是用蓝色激光读取盘上的文件。因蓝光波长较短，可 以读取密度更大的光盘。那么蓝光为什么可以读写密度更大的光盘呢? 这要从激光谈 起：读写用的激光，是一种十分精确的光，精确到极限，就是光波长的一般，由于红光 波长有7 0 0 纳米，而蓝光只有4 0 0 纳米，所以蓝激光实际上可以更精确一点，能够读写 一个只有2 0 0 n m 的点，而相比之下，红色激光只能读写3 5 0 n m 的点，所以同样的一张光 盘，点多了，记录的信息自然也就多了! 数据显示，全球蓝光影碟销售额占整体市场销售额的比例，从2 0 0 7 年底的9 增长 到2 0 0 8 年底的2 5 。另外，蓝光碟机的销量也从2 0 0 7 年度7 - 1 0 增长到2 0 0 8 年度1 5 左右。与去年同期相比，美国和欧洲市场蓝光碟机的销量分别增长了4 倍和6 倍。在日 本市场，蓝光刻录机占整个d v d 刻录机的比例，从去年初的1 2 迅速提高到目前的5 0 8 。 蓝光碟机正在美日欧重演d v d 替代v c d 的历史。“其实，蓝光碟机替代d v d 的条件已经 具备，这个过程因为好莱坞片商的加入，正在加速。”索尼的人士说，蓝光已经获得了 好莱坞8 0 的片商支持。索尼高管曾经预测，至2 0 1 1 年底之前蓝光光盘的市场占有量将 首次超过d v d 光盘，如此可见，蓝光刻录机必将成为未来市场的竞争焦点。 1 2 2 国内外的研究现状 目前，作为持有蓝光技术的公司也并非一个统一的阵营。蓝光d v d ( b l u e - r a yd i s c ) 是由索尼、三星、日立、l g 、松下、先锋、飞利浦、夏普、汤姆逊等9 家厂商于2 0 0 2 年初讨论制定的下一代高密度d v d 标准。该标准采用了波长为4 0 5 纳米的蓝紫激光， 其单面单层容量高达2 5 g b ，是目前普通d v d 盘片容量的5 3 倍；双层蓝光d v d 的存储 容量更是达到了惊人的5 0 g b 。h d d v d ( a o d ) 由东芝与n e c 联合推出。这项技术同样 是以4 0 5 纳米波长的蓝紫激光为基础，但是在盘片规格上与蓝光d v d 互不兼容，因此 东芝也将这项技术暂时名命为a o d ( a d v a n c e do p t i m a ld i s k ) ，以便与蓝光d v d 相区别。 容量方面，单层单面的只读型h d d v d 容量为1 5 g b ，双层h d d v d 的存储容量可以达 到3 0 g b 。 目前，在蓝光技术上走在前面的s o n y 、p a n a s o n i c 等企业提出的蓝光规格已经得到 世界范围的认可。虽然蓝光技术阵营内部尚有分歧，但随着戴尔、惠普、微软等t 工企 业巨头的加入，预示着蓝光d v d 成为新一代d v d 的选择似乎己经没有什么疑问。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 蓝光格式的胜出并不代表其在中国市场的胜利。h d d v d 的中国版本c h d v d ( h d e v d ) 阵营明确表示不会主动退出高清市场，同时中国红光高清也在酝酿大规模的融合，都将 有力阻击蓝光在中国的推广：而高昂的售价以及日趋兴盛的互联网下载也制约着蓝光在 国内的普及。面对这些诸多问题，其实不难看出，目前蓝光影碟机在中国市场可以说还 处于投石问路的阶段，中国最终的高清时代何时到来，还是没有明确的答案。但可以预 见，影碟机产业已开始向高清时代迈进，而在未来几年，中国影碟机市场也必然竞争激 烈。面对机遇与挑战，我国影碟机生产企业该如何把握时机，迎接挑战，并根据行业发 展趋势制定发展战略呢? 另外，中国影碟机行业从业者，包括来华投资经营的外商也必 须时刻了解、研究自身所处的市场环境，才能审时度势，掌握趋势，在不断遇到新情况、 不断解决新问题中，得以发展、壮大。 搭载v i - i s 录像机芯的蓝光刻录机，对于我们来说是一个挑战，如何实现光感检测功 能并保证其稳定的工作性能将是我们面对最重要的课题。光感检测系统涉及到电路、光 路和机械三个方面，系统的不稳定性在行业内已属公认的课题，松下关联企业也曾经尝 试过将v i - i s 录像机芯搭载到d v d 或刻录d v d 机器上，但在量产过程中一直被光感检测问 题所困扰，不良情况如表1 - 1 所示。 表1 1 光感不良统计 t a b 2 1s t a t i s t i c st a b l ef o rp h o t os e n s o rn g o 毪# ：一。o r 呻。，、。 a p r i l l 0 4 。 7 ：”i ：m a y 酣一“。一 “ j u n e 0 4 7一71 ，m o d e i r e j e c t t o t a lr e j e c tr e j e c t t o t a lr e j e c tr e j e c t t o t a lr e j e c t p r o d 。，r a t i op r o d r a t i o。p r o d ，。， r a t i o s - v h ss e r i e s 2 3 ，7 6 0s e t s o 0 6 4 4 3 。7 6 0s e t s 1 1 8 5 0 7 ，7 4 1s e t s 0 6 4 h v 6 1s e r i e s 1 2 3 6 6 2 1s e t s0 0 3 2 1 1 8 ，1 2 9 6s e t so 2 8 1 7 8 3 2 ，8 7 5s e t s 0 5 4 d m r e 7 5 s e n e s 0 ，2 9 9 0 2s e t s0 2 0 6 ，9 6 2s e t s o 2 8 2 0 4 ，1 6 。6 0 6s e t s 1 2 2 h t 8 2 0s e r i e s 0 2 8 。7 2 4s e t s0 0 9 1 6 0s e t s0 0 ，4 ，3 0 4s e t s 0 v p 3 1s e r i e s 0 1 5 ，4 0 0s e t s0 0 2 0 。1 6 2s e t so 0 ，1 8 4 4 4s e t s 0 r rs e r i e s0 2 9 ，7 8 2s e t so 0 ，2 9 。0 0 7s e t so 0 2 2 ，6 9 9s e t s0 中国华录松下电子信息有限公司( 大连) 从2 0 0 8 年3 月开始，从日本松下导入首 台蓝光刻录机产品d m r - b r 5 0 0 - k ，在日本的销售取得很好的成绩，0 8 年在日本市场上的 占有率达3 3 。随后i 公司便步入了真正蓝光时代，0 8 年下半年同时企画多种面向世界 各地的蓝光刻录机。预计0 9 年蓝光刻录机产量将比上年度增长2 0 0 以上。对于我们而 言，一场全球范围内的蓝光战争已经打响，胜利者无疑将是那些勇于创新的人们。蓝光 刻录机功能的多元化也必将成为未来的发展趋势，d m r b r 6 3 0 v 将我们上个世纪八九十年 代那些珍贵的影像资料带进了当今科技的最前沿，我们可以随意编辑、刻录、复制那些 v h s 磁带中的影片，使它们走进我们的平板电视、走进我们的家庭影院! 蓝光刻录机d m r - b r 6 3 0 v 光感检测系统的设计 1 3 主要研究内容 本文主要通过电路、光路和结构设计来实现蓝光刻录机d m r - b r 6 3 0 v 的光感检测功 能，并对该系统在量产过程中所出现的不良现象进行研究和分析。在本论文的研究中， 首先根据公司商品企划部门对产品的定位以及业内技术指标，确定光感检测系统的基本 框架，基于此框架，展开各项设计工作。本课题工作内容主要包括以下几个方面： ( 1 ) 检测系统原理设计 根据相关技术指标和要求提出电路、光学和机构三个方面的整体设计方案，为后续 设计工作的开展做出了宏观的框架。面临主要课题：如何最大程度的保证系统的稳定性， 一个方面是生产状态的稳定性，降低生产过程中的不良率；另一方面是使用状态的稳定 性，提高产品的品质，保证用户对产品的高性能和耐用性的要求。 ( 2 ) 结构设计 从保证系统稳定性的角度出发，并兼顾生产性和实用性，确定各个制品的结构设计 思路。面临主要课题：一方面，如何最大程度的简化产品模具结构，在结构设计中不仅 要考虑到产品的功能性，同时需要兼顾模具的可行性、稳定性和生产性；另一方面，从 组装工艺上考虑，设计出的产品在装配流程上应尽可能简化，以节省工时。 ( 3 ) 电子元器件选用 光感检测系统主要使用的电子元器件有发光二极管、光电三极管和i c 芯片，通过 性能比较，确定最适合的选择方案。面临主要课题：如何最大程度的降低产品成本，成 本是产品竞争力的一个重要指标，电子元器件的选择本着不求最贵但求最好的原则。 ( 4 ) 不良现象的对策和分析 以中国华录松下公司在d m r - b r 6 3 0 v 蓝光刻录机量产过程中，发生光感检测不良为 基础进行分析，首先确定检测方法，之后对影响检测系统的电路因素和结构因素做以详 细的研究和分析。面临主要课题：归纳总结不良因素，提出在生产线可以实现的最简单 实用的检测以及分析方法，给出相应对策，以保证产品顺利生产。 以上四点是我们在系统设计过程中需研究的主要内容。 大连理工太学专业学位硕士学位论文 2 蓝光刻录机d m r b r 6 3 0 v 光感检测系统原理设计 21 检测系统动作原理 当磁带走到底或反走到头时，录像机需要及时察觉，以采取刹车或自动转向措施， 以防止磁带损伤和机件磨损。所以在机器中必须要设置一个带头带尾的检测系统感知 带头带尾的方法并不止一种，有的机器中采用磁性检测方法，有的采用光学检测方法， 总之是根据磁带与牵引带之间某一特性的显著差异，用相应的方法进行检测。本文中， 将利用牵引磁带透光的特性，采用光学感应的检测方法，简称光感检测。蓝光刻录机 d m r - b r 6 3 0 v 光感检测系统动作原理如图21 所示。 图21d m r - b r 6 3 0 v 光感检测系统动作原理 f i g2 i a c t i o n p r i n c i p l e o f d m r - b r 6 3 0 v o h m os e n s o rs y s t e m 在图21 中：1 ) 、p c b ；2 ) 、光电三极管( s 侧) ；3 ) 、v 1 r 机芯支架；4 ) 、磁带( s 侧) ；5 ) 、导光柱：6 ) 、l e d ；7 ) 、磁带( t 侧) ；8 ) 、底扳；9 ) 、光电三极管( t 侧) ； 蓝光刻录机d m r b r 6 3 0 v 光感检测系统的设计 在光感检测系统中，光线由l e d 发出并直射到导光柱，经导光柱分光，光线穿过 磁带预留孔，直射到磁带上，当磁带为普通磁带时，由于磁带不透光，两侧光电三极管 不能感应到光线，系统不做出反应；当磁带进入牵引磁带时，牵引磁带为透光磁带，光 线可以到达两侧光电传感器，系统进入始终端检测状态，机芯停止旋转以保护磁带和机 芯不受损坏。 2 2 系统电路解决方案 系统电路是以微处理芯片为中心构成的，系统控制中心接收各种传感器送来的停机 保护指令信号，同时根据程序进行综合判断后，分别输出电路控制信号和机械控制信号， 使录像机工作在某一需要的方式。系统电路在检测系统中的地位相当于人的大脑，在系 统运行过程中起到控制和判断的作用。系统的控制方式如图2 2 所示。 图2 2 系统控制方式 f i g 2 2t h e m o d eo fs y s t e mc o n t r o l l i n g 松下公司对光感检测系统所制定的技术指标如下： ( 1 ) 录像机芯所使用的v h s 磁带为行业标准v h s 磁带，牵引带透光率在3 0 至5 0 之间： 大连理工大学专业学位硕士学位论文 ( 2 ) 当机器检测到牵引磁带时，必须即刻作出反应，保证磁带和机芯不受损； 本文中，将利用l e d 作为发光器，采用价格便宜而且灵敏度非常高的光电三极管 作为受光器，使用微处理芯片进行动作控制来实现光感检测功能，如图2 3 所示。 微处理芯片 i c 6 0 0 1 图2 3 光感检测电路图 f i g 2 3c i r c u i td i a g r a mo f p h o t os e n s o ri n s p e c t i n g 插入v h s 磁带后，光线由l e d 发出，当磁带运行至带头或者带尾的时候，光线透过 透明的牵引磁带射到光电三极管上，三极管进入导通状态，在光电三极管处连有微处理 芯片，在芯片中事先进行电平预设置，如果所测量的电压低于2 4 v ，则视为牵引带，普 通磁带带压电平应接近5 v 。当微处理芯片检测到的电压低于2 4 v ，它就会给主机发出 停机保护指令，3 秒左右机器停止运转，这样就实现了光电检测的正常功能。 2 3 系统光路解决方案 系统是由l e d 作为发光源，如何将光线被光电三极管所接收是光路设计需要解决的 问题。在此我们引入了导光柱，并在导光柱上设计了分光棱镜，改变光线的角度，使光 线准确到达三极管接受范围内，如图2 4 所示。 淹j 带 隘翻圈酬旧翻纠园 5晕 蓝光刻录机d m r - b r 6 3 0 v 光感检期4 系统的设计 将导光柱设置到l e d 光源正上方，其棱镜高度与光电三极管相同tl e d 光线直射到 导光柱上，沿导光柱垂直向上至棱镜处，光线被4 5 度棱镜反射为水平光线，经过磁带 后可以被光电三极管所接收。 l e d 图2 4 光路示意图 f i g2 4s k e t c h m a pa b o u t p a t ho f r a y 24 系统结构解决方案 系统的结构设计要依据产品的外观造型而进行的。首先，根据产品的外观造型确定 各功能部件的精确位置，然后考虑用何种结构实现的问题。蓝光刻录机d m r b r 6 3 0 v 的 产品造型图如图25 所示。 大连理工大学专业学位颐士学位论文 图2 5d m r - b r 6 3 0 v 产品造型图 f i g2 5p r o d u c td e s i g no f d m r - b r 6 3 0 v 光感检测系统的主要机械结构是由底板、机芯支架( a b ) 、导光柱和光电三极管 保护罩所组成，如图26 所示。 图2 6 光感检测系统结构构成图 f i g2 6s t r u e m r ec o m p o s i t i o no f p b o t os e n g o r i n s p e c t i o ns y s t e m 241底板与机芯支架的配合方式 底板处于整个系统结构中的最底层，而机芯支架起到承上启下的作用，底板与支架 的配合必须保证状态稳定，结构坚固。本文中底板和支架的相关结构将采用结构坚吲的 “蘑菇形”，在结构中还将设置定位孔和定位柱保证配合的稳定性。如图27 所示。 蓝光刻录机d m r - b r 6 3 0 v 光感检测系统的设计 一 图27 底板与机芯支架装配图 f i g27 a s s 哪b l ec h a r ta b o u t c h a s s i sa n dd r i v e b r a c k e t 2 42p c b 的定位方式 p c b 主板是各种电子元器件的集合体，由于各种器件需要进行实装，当p c b 进入温 度大约在摄氏2 6 0 度的波峰焊炉时，翘曲增大是不可避免的。翘曲会直接影响到l e d 发光的位置及方向，同时还会影响到光电三极管的接收位置，这样会直接影响到光感检 测系统的性能。单独靠螺钉固定的方式来限制p c b 的翘曲是很困难的，我们在机芯支 架上部设计个弹性卡爪，既方便拆卸又能起到定位p c b 的作用，螺钉固定后，翘曲 状态十分理想，如图2 8 所示。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 图28p c b 的定位方式 z i g2 8 t h e t y p e o f p c b f i x h a g 243 导光柱的安装位置 导光柱安装在v h s 机芯的底座上，其位置在l e d 光源正上方，并且棱镜的追平高 度与光电三极管保持一致，如图2 9 所示。 刊 洒 - 几f g 图2 , 9 导光柱的安装位置 f i g2 9f i x i n g p o s i t i o no f p r i s m 243 机芯底座的安装位置 v h s 机芯的整体位置是产品造型所决定的，它的安装和固定是通过底座与进芯支架 的配合来实现的，如图2 1 0 所示。 蓝光刻录机d m r - b r 6 3 0 v 光感检测系统的设计 图2 1 0 机芯底座的安装位置 f i g2 1 0 f t x i n g p o s i t i o n o f d r i v eb a s e 25 本章小结 本章首先对蓝光刻录机的光感检测系统的设计原理进行概述，并根据相关技术指标 和要求提出电路、光学和机构三个方面的整体设计方案，为后续设计工作的开展做出了 宏观的框架，将本次设训工作进行了阶段性的安排。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 3 检测系统的结构设计 检测系统的机械结构是实现检测功能的基础，设计时既要保证系统功能的稳定性， 又要考虑到模具结构的可行性，同时还要兼顾产品在量产过程中的生产性。 31 底板结构设计 底板处于蓝光刻录机的最底部，起到支撑作用，在检测系统中也起到举足轻重的作 用。首先确定d m r b r 6 3 0 v 的底板整体尺寸4 2 i 3 1 1 4 2 m m ，它根据产品造型设计所制定 的，其整体形状如图31 所示，其中阴影部分为光感检测系统的相关结构。 图3 i 底板示意图 f i g3 1 t h e p i c t u r e o f c h a s s i s 3i 1 底板相美结构设计要点 ( i ) 拉伸凸包的设计 拉伸( 又称拉延) 是利用拉伸模在压力机的压力作用下，将平板坯料或空心工序件 制成开口空心零件的加工方法，拉伸凸包在底板的设计中是应用最广泛的种手法。图 3 2 是蓝光刻录机n m r b r 6 3 0 v 底板的部分拉伸凸包和拉伸筋。 图3 l 底板拉伸凸包 r g3lt h e i 廿l s l l e b o s s o f c b a s s i s 产品的拉伸状态直接影响到整机的配合状态，设计时，必须保证冲头刃口和凹模 刀口型面之间的间隙，其计算间隙的经验公式为： 2 i k t ( 3 1 ) 其中： 冲头和凹模型面间的间隙： 卜冲件板材厚度； k 为与封闭刃口型线设计与制造公差及与冲件板材性能和厚度有关的系数，一 般取o0 8 ，0 1 5 。 另一方面，板材在拉伸过程中，凹模口的圆角半径对拉伸过程也有很大影响，对于 较薄的料采用较大的相对圆角半径，较后的料则采用较小的相对圆角半径下表31 是 适用于正常拉伸比的圆角半径的设计数值。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 表3 1 凹模口圆角半径 t a b3 3 t h e r a d i u s o f m u a d a b o u tc a v i 口e z l g e 毛胚相对厚度s d 1 0 0 拉伸或压延方式 1 - 0303 0 1 无凸缘 ( 68 ) s( 8 1 0 ) s( 1 0 1 5 ) s 育凸缘( i 。一j 5 ) s ( 1 52 。) s( 2 0 _ ) s ( 2 ) 折弯的设计 折弯工艺在底扳的设计中也是惯用手法之一。折弯结构在整机中主要起到支撑和定 位其他部品的作用，如图3 2 所示。 荔熏霄 囤3 2 底板折弯结构 f i g3 2 t h e b e n d i n gs l r u c t u r e o f c h a s s i s 蓝光刻录机d m r = b r 6 3 0 v 光感检测系统的设计 对于折弯展开尺寸可以根据中性层的长度计算出来，位于弯曲区域的中性层中的钣 金材料既不伸展也不压缩，也就是在折弯区域中唯一不变形的地方。如图3 3 中粉色区 域与蓝色区域的交界的部分。 l 馘一 图3 3 折弯断面示意图 f i g 3 3p i c t u r eo f b e n d i n gc u t - f a c e 婉) 图中b a 代表折弯补偿值，它应该等于钣金件的弯曲区域中中性层的圆弧的长度， 该圆弧在上图中用绿色线表示，钣金的中性层的位置取决于特定材料的属性，通常位于 板厚的4 0 4 5 的位置，计算公式： l = l 1 + l 2 + b a = l 1 + l 2 + ( r + t 4 0 4 5 ) 2 n x 0 3 6 0 ( 3 2 ) 其中： 三中立轴移动率 l 1 ，l 2 没有弯曲应力的部分的长度 尺弯曲内径 丁材料厚度 0 折弯角度 ( 3 ) 螺钉孔的设计 大连理工大学专业学位硕士学位论文 底板上所设计的螺钉孔适用于固定机嚣内部结构各种不见所使用的，d m r b r 6 3 0 v 所选用的螺钉是符合松下公司标准的螺钉，此次我们选用的是日本棒木精工生产的m 3 圆头自攻螺钉，番号是r h d 3 0 1 1 1 3 。针对这种螺钉我们将螺钉孔设计巾26 5 ，翻边大小 为l r m ，如下图34 所示。 图3 4 螺钉孔示意图 f i g3 4 p i c t u r e & s c r e wh o l e 一般来讲，翻边 l 是通过冲孔和翻边两部来完成的，从产品安全的角度考虑，预冲孔和 翻边需要从两个方向进行，如下图35 所示，预冲孔时是由产品外表面向内表面进行， 这样空的边缘会形成一周c 角，翻边方向是从产品内表面向外表面进行，由于c 角的存 在，这样翻边空外表面不会存在安全隐患。 蓝光刻录机d m r - b r 6 3 0 v 光感检测系统的设计 a ) 曳。 羹 移 外表面 除漆蕊懑黼溆瀚黼蕊蕊 b ) 箧圈 外表面 f 鬟絮擎零举鬻湖鼙零辩艇寒 黧添漓蕊l 蕊：i 添忒r ；氐r 忒： 岔 图3 5 孔翻边示意图 f i g 3 5p i c t u r eo f h o l ef l a n g i n g 3