專利名稱:激光錄磁接長(zhǎng)技術(shù)及其錄制載體的制作方法
本發(fā)明是利用記錄載體與傳感器(磁頭)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)及記錄載體的磁化作用，在有限長(zhǎng)的磁記錄設(shè)備上進(jìn)行大于磁記錄設(shè)備長(zhǎng)度的激光磁信息連續(xù)記錄。
同屬于G11B5/008;G11B5/033;G11B27/20。
六十年代中期激光技術(shù)開(kāi)始得到廣泛應(yīng)用，由于激光具有相干性好的特點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中被應(yīng)用于高精度長(zhǎng)磁柵(即磁尺)的錄刻，使磁柵在長(zhǎng)度和位置檢測(cè)領(lǐng)域中得到迅速推廣和應(yīng)用。
國(guó)外生產(chǎn)磁柵數(shù)顯裝置最主要的是日本SONy公司，他在七十年代中期即已推出了大于三米的帶型長(zhǎng)磁柵產(chǎn)品。但對(duì)其長(zhǎng)磁柵的錄磁方法卻始終作為專有技術(shù)不予透露。國(guó)內(nèi)從六十年代后期開(kāi)始發(fā)展磁柵技術(shù)。較早從事該項(xiàng)技術(shù)研究的有北京機(jī)床研究所、上海機(jī)床廠、漢江機(jī)床廠、上海機(jī)床研究所等。目前多數(shù)研究單位僅生產(chǎn)一米磁柵，能進(jìn)行三米磁柵高精度錄磁的僅有上海機(jī)床研究所。由于磁柵的長(zhǎng)度根據(jù)傳統(tǒng)的錄磁方法受錄刻設(shè)備長(zhǎng)度限制，因此目前國(guó)內(nèi)的磁柵常規(guī)產(chǎn)品均不超過(guò)三米。
由于大型、重型機(jī)床設(shè)備在加工中對(duì)長(zhǎng)度位置檢測(cè)技術(shù)的需要日益增長(zhǎng)，三米及三米以內(nèi)的磁柵數(shù)顯系統(tǒng)已滿足不了要求。為此，解決長(zhǎng)磁柵的錄制技術(shù)已成為長(zhǎng)磁柵數(shù)顯技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。解決的辦法有二個(gè)其一，是根據(jù)需要不斷增大錄刻設(shè)備的長(zhǎng)度。但這顯而易見(jiàn)是一種不能滿足長(zhǎng)度發(fā)展需要的，且耗資巨大的辦法。其二，是研究激光錄磁過(guò)程的接長(zhǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在有限長(zhǎng)度的錄刻設(shè)備上完成所需任意長(zhǎng)度磁柵的的錄刻。
接長(zhǎng)錄磁技術(shù)并非機(jī)械的剪裁、拼接或疊加后的接長(zhǎng)。它是在有限長(zhǎng)的錄磁設(shè)備上對(duì)激光錄磁過(guò)程進(jìn)行控制，調(diào)整、檢測(cè)、再調(diào)整，使之按原定的錄磁規(guī)律與精度要求不斷的延續(xù)記錄下去，使記錄載體達(dá)到任意需要的長(zhǎng)度。
通常，激光錄磁系統(tǒng)原理如圖一所示在有限行程范圍的錄磁設(shè)備上使記錄載體與磁頭形成相對(duì)運(yùn)動(dòng)安裝，他們之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的位移量是以激光波長(zhǎng)作為高精度參考基準(zhǔn)的，由激光干涉儀進(jìn)行位移信號(hào)變換，由激光計(jì)數(shù)器對(duì)變換后的電信號(hào)進(jìn)行精確計(jì)數(shù)，以計(jì)數(shù)增量值的大小來(lái)控制錄磁放大器輸出錄磁脈沖，最后由磁頭在記錄載體上利用其磁化作用錄刻上具有設(shè)定節(jié)距的交變磁信號(hào)。
圖中的激光干涉儀由激光光源，準(zhǔn)直光管及普遍應(yīng)用的邁克爾遜干涉光路系統(tǒng)組成。干涉儀的測(cè)量動(dòng)鏡(3)在工作臺(tái)(2)上固定安裝，其工作原理如下經(jīng)由穩(wěn)頻后的激光管發(fā)出具有穩(wěn)定波長(zhǎng)的單色相干光(即激光)，經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直光管使其成為發(fā)散角很小的平行光束，然后進(jìn)入邁克爾遜干涉光路系統(tǒng)，分別產(chǎn)生參考光束和測(cè)量光束。測(cè)量光束打在隨工作臺(tái)(2)勻速移動(dòng)的測(cè)量動(dòng)鏡(3)上，然后反射回至干涉儀和參考光束產(chǎn)生干涉作用。每當(dāng)動(dòng)鏡(3)移動(dòng)激光波長(zhǎng)λ的 1/2 時(shí)，測(cè)量光與參考光將相互干涉發(fā)生一次明暗條紋的變化，當(dāng)動(dòng)鏡(3)隨工作臺(tái)(2)不斷勻速移動(dòng)，其程差△＝nλ(λ為激光波長(zhǎng)，n為自然數(shù))時(shí)，干涉條紋為亮條紋;程差△＝(n+ 1/2 )λ時(shí)，干涉條紋為暗條紋，這些明暗相間連續(xù)變化的干涉條紋由激光干涉儀中的光電管接收并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)變化的完整的正弦波信號(hào)，正弦波信號(hào)經(jīng)過(guò)處理由激光計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，并根據(jù)節(jié)距要求發(fā)出錄磁信號(hào)，由錄磁放大器輸出錄磁脈沖，由磁頭在記錄載體上完成磁信號(hào)的記錄;記錄載體(5)或者磁頭(4)兩者之一與測(cè)量動(dòng)鏡一起在工作臺(tái)(2)上固定安裝，如果記錄載體在工作臺(tái)上安裝，則磁頭應(yīng)在床身上固定安裝，反之，記錄載體(5)在床身上安裝，則磁頭(4)應(yīng)在工作臺(tái)(2)上安裝。由上所述，測(cè)量動(dòng)鏡(3)的位移量即工作臺(tái)(2)的位移量，也即磁頭(4)與記錄載體(5)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)位移量，其位移的有效范圍即為記錄長(zhǎng)度，顯然它是受錄磁設(shè)備長(zhǎng)度限制的。
錄磁時(shí)按照事先設(shè)定的節(jié)距(或者柵距)要求進(jìn)行，節(jié)距即為具有相同激光計(jì)數(shù)增量的同極性節(jié)點(diǎn)之間的距離，而節(jié)點(diǎn)的磁信號(hào)極性(N極或者S極)與其激光計(jì)數(shù)增量值有關(guān)，并且由于錄磁是一個(gè)動(dòng)態(tài)連續(xù)的過(guò)程，所以節(jié)點(diǎn)的磁極性是按節(jié)距有規(guī)律的周期重現(xiàn)的。因此，實(shí)際上任意節(jié)點(diǎn)上磁信號(hào)極性完全取決于激光計(jì)數(shù)增量值開(kāi)始計(jì)數(shù)時(shí)的相應(yīng)零位信號(hào)的極性。
錄磁頭是一個(gè)電感性元件，加上錄磁信號(hào)后，能產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，使記錄載體交變磁化而實(shí)現(xiàn)磁記錄。如果在錄磁頭上不加錄磁信號(hào)，并使之在已錄有磁信號(hào)的載體上勻速移動(dòng)，由于電感元件切割磁信號(hào)的磁力線，因而在錄磁頭的線圈上將產(chǎn)生交變的感生電動(dòng)勢(shì)，因此，錄磁頭又能充當(dāng)動(dòng)態(tài)讀磁頭的作用。
錄磁過(guò)程是一個(gè)飽和錄磁過(guò)程，即錄磁信號(hào)產(chǎn)生的磁場(chǎng)足以完全打亂載體上原有的磁場(chǎng)分布，被記錄的信號(hào)只與即時(shí)錄磁信號(hào)有關(guān)，而與載體上原有磁場(chǎng)分布狀態(tài)無(wú)關(guān)。
本發(fā)明所采用的激光錄磁接長(zhǎng)技術(shù)，是在上述激光錄磁原理基礎(chǔ)上，利用了原錄磁信號(hào)特征使接長(zhǎng)錄磁信號(hào)在極性和相位二個(gè)方面做到與原錄磁信號(hào)完全匹配和同步一致，實(shí)現(xiàn)錄磁信號(hào)的精確銜接，并按原來(lái)的錄磁規(guī)律和精度要求不斷延續(xù)記錄下去，使記錄載體達(dá)到大于錄磁設(shè)備的任意需要長(zhǎng)度。本發(fā)明的特征是1、利用了錄刻在先的磁信號(hào)變化規(guī)律作為接長(zhǎng)錄磁技術(shù)的依據(jù)，以錄刻在先的磁信號(hào)中某一節(jié)點(diǎn)極性，相位特性作為接長(zhǎng)錄磁信號(hào)的零位基準(zhǔn)，使接長(zhǎng)錄磁信號(hào)與先錄磁信號(hào)在極性和相位二個(gè)方面相互匹配、精確銜接;以接長(zhǎng)錄磁的零位信號(hào)即時(shí)打開(kāi)激光計(jì)數(shù)器控制門，使激光計(jì)數(shù)器瞬時(shí)同步開(kāi)始計(jì)數(shù)，并隨即發(fā)出接長(zhǎng)錄磁信號(hào)，經(jīng)由錄磁放大器放大后加在錄磁頭上，配合以錄磁系統(tǒng)的勻速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和相應(yīng)控制，以完成在重新安裝的記錄載體上的接長(zhǎng)錄磁，使記錄載體達(dá)到任意需要的磁記錄長(zhǎng)度。
2.根據(jù)上述方案，接長(zhǎng)錄磁是在重新安裝的含有適當(dāng)長(zhǎng)度的先錄磁信號(hào)的記錄載體上進(jìn)行的，當(dāng)它們?cè)阡洿旁O(shè)備上重新安裝時(shí)，必須恢復(fù)到原先的張緊程度，使先錄磁信號(hào)恢復(fù)原來(lái)的節(jié)距和精度，以保證接長(zhǎng)錄磁得到的長(zhǎng)載體在任意區(qū)間有相同的錄磁精度。
3、設(shè)置了一個(gè)雙位開(kāi)關(guān)K，使磁頭能夠在錄磁功能位置和動(dòng)態(tài)讀磁頭的檢測(cè)功能位置相互變換，以滿足接長(zhǎng)錄磁過(guò)程中相應(yīng)控制功能的需要。
4、設(shè)置了放大濾波、移相、整形、計(jì)數(shù)四個(gè)功能塊電路，組成了對(duì)原錄磁信號(hào)的檢測(cè)處理，相位同步、極性匹配等功能的控制電路。
5、在錄磁系統(tǒng)的激光干涉儀與激光計(jì)數(shù)器之間，增設(shè)了一個(gè)激光計(jì)數(shù)器控制門，以控制在已錄磁信號(hào)為某一節(jié)點(diǎn)零位時(shí)打開(kāi)該控制門，使激光計(jì)數(shù)器即時(shí)同步進(jìn)行計(jì)數(shù)，隨即發(fā)出能與原錄磁信號(hào)的極性及相位匹配、精確銜接的接長(zhǎng)錄磁的零位信號(hào)。
接長(zhǎng)錄磁的過(guò)程參照?qǐng)D二說(shuō)明如下首先將含有適當(dāng)長(zhǎng)度已經(jīng)錄有磁信號(hào)的記錄載體與未錄載體組成新錄磁段，(注先前已錄磁的大部分已收卷起來(lái))，使其在錄磁設(shè)備上重新安裝、張緊，并監(jiān)視其恢復(fù)到原先的錄磁狀態(tài)與精度;移動(dòng)工作臺(tái)(2)至錄磁起始位置，將開(kāi)關(guān)K置于檢測(cè)功能位置，啟動(dòng)工作臺(tái)(2)作勻速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，磁頭(4)起動(dòng)態(tài)讀磁頭作用，檢出原有錄磁信息，將檢出的錄磁信息經(jīng)過(guò)放大濾波，得到了與原錄磁信號(hào)具有相同節(jié)距的正弦波信號(hào)。由于磁頭的電感作用，磁頭讀出的信號(hào)與載體上記錄的信號(hào)之間將會(huì)有相位滯后，而放大濾波電路本身也將會(huì)產(chǎn)生相位誤差，為此，必須設(shè)立移相電路進(jìn)行相位調(diào)整，其相位的調(diào)整值可通過(guò)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)方法取得;在相位上已經(jīng)調(diào)整同步之后的正弦波信號(hào)進(jìn)一步由整形電路處理，轉(zhuǎn)變?yōu)楸阌诰_計(jì)數(shù)的方波信號(hào)，并規(guī)定只對(duì)方波的跳變上沿或跳變下沿計(jì)數(shù);由于跳變沿即反映了原錄磁信號(hào)的節(jié)點(diǎn)，其上沿或下沿反映節(jié)點(diǎn)為相應(yīng)的N或S極性，因此方波的跳變間距反映了原錄磁信號(hào)的節(jié)距;如上所述能反映原來(lái)記錄信息的節(jié)距、相位、極性的計(jì)數(shù)跳變脈沖信號(hào)進(jìn)而被送入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，其計(jì)數(shù)過(guò)程的時(shí)間長(zhǎng)短是根據(jù)錄磁系統(tǒng)趨于更加穩(wěn)定的時(shí)間需要及錄磁精度的需要而由人為設(shè)定進(jìn)位信號(hào)的大小來(lái)控制的，當(dāng)整個(gè)錄磁系統(tǒng)可靠地進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后，計(jì)數(shù)器的進(jìn)位信號(hào)才能打開(kāi)激光計(jì)數(shù)器控制門;在此之前，由于激光計(jì)數(shù)器控制門被封閉，先前所述的激光干涉儀的反映位移量的計(jì)數(shù)信號(hào)不能進(jìn)入激光計(jì)數(shù)器，也即激光計(jì)數(shù)器不能產(chǎn)生交變錄磁信號(hào)，而只產(chǎn)生一個(gè)直流信號(hào);打開(kāi)激光計(jì)數(shù)器控制門的計(jì)數(shù)進(jìn)位信號(hào)，也即符合設(shè)定極性、相位要求的已錄磁信號(hào)的某一節(jié)點(diǎn)零位信號(hào)，它同時(shí)被規(guī)定為接長(zhǎng)錄磁的節(jié)點(diǎn)零位信號(hào)，使接長(zhǎng)錄磁的節(jié)點(diǎn)在相位和極性二個(gè)方面與原錄信號(hào)相互匹配和精確銜接;激光計(jì)數(shù)器控制門被前述進(jìn)位信號(hào)，也即被接長(zhǎng)錄磁的節(jié)點(diǎn)零位信號(hào)打開(kāi)之后，激光計(jì)數(shù)器隨即對(duì)激光干涉儀送來(lái)的位移信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并發(fā)出與原錄磁信號(hào)極性和相位相互匹配銜接的交變錄磁信號(hào)，經(jīng)由錄磁放大電路加在開(kāi)關(guān)K的錄磁功能端位上，這時(shí)只要把開(kāi)關(guān)K撥向錄磁位置，系統(tǒng)即可從檢測(cè)讀出磁信息狀態(tài)，轉(zhuǎn)變?yōu)榘丛瓉?lái)錄磁規(guī)律的繼續(xù)錄磁過(guò)程;至于什么時(shí)候把開(kāi)關(guān)K從檢測(cè)位置撥向錄磁位置是無(wú)關(guān)緊要的，但一般應(yīng)在原先錄磁段未盡頭前即從檢測(cè)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殇洿艩顟B(tài)，如此反復(fù)進(jìn)行，即可在有限長(zhǎng)度的激光錄磁設(shè)備上，通過(guò)激光錄磁的接長(zhǎng)技術(shù)，使記錄載體達(dá)到任意需要的記錄長(zhǎng)度。
上述方案提供了在有限長(zhǎng)度的錄刻設(shè)備上完成大于錄刻設(shè)備長(zhǎng)度的磁柵精密錄刻技術(shù)，對(duì)長(zhǎng)磁柵的工業(yè)生產(chǎn)及其推廣應(yīng)用開(kāi)辟了新途徑，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義是顯而易見(jiàn)的;該接長(zhǎng)錄磁技術(shù)是在原有的錄磁設(shè)備和錄磁原理及裝置基礎(chǔ)上，增設(shè)了少量的功能塊控制電路，既節(jié)約了大量投資，又縮短了研制周期。
現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例并對(duì)照如下圖一是激光錄磁系統(tǒng)已有技術(shù)原理框圖;圖二是在圖一的原理基礎(chǔ)上發(fā)明的接長(zhǎng)錄磁系統(tǒng)框圖，兩圖中所對(duì)應(yīng)的件1均為錄磁設(shè)備床身，件2為工作臺(tái)(拖板)，件3為激光干涉儀中的測(cè)量動(dòng)鏡，件4為可錄可讀磁頭，件5為記錄載體，實(shí)施例中采用了厚度為0.20毫米，寬度為20毫米的磁性金屬帶材，激光錄磁系統(tǒng)采用的激光光源為He-Ne激光，其波長(zhǎng)λ＝6238埃，即λ＝0.6238微米，激光計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)當(dāng)量為0.1微米，錄磁波距(節(jié)距)為0.2毫米，磁頭與記錄載體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的有效范圍為3米，即每次錄刻長(zhǎng)度可達(dá)3米。接長(zhǎng)錄磁安裝長(zhǎng)度也為3米，含先錄的磁信號(hào)段長(zhǎng)度取0.4～0.5米，則每次接長(zhǎng)錄磁可得實(shí)際長(zhǎng)度為2.6～2.5米。采用上述方法，已經(jīng)研制成功10米長(zhǎng)度的帶型磁柵，在10米之內(nèi)任意3米區(qū)間的累積誤差小于或等于0.03毫米，目前已可根據(jù)用戶需要采用上述方法在三米錄磁機(jī)上錄制30米之內(nèi)的長(zhǎng)磁柵產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.激光錄磁接長(zhǎng)技術(shù)是在有限行程范圍的錄磁設(shè)備上，使記錄載體和磁頭形成相對(duì)運(yùn)動(dòng)安裝，它們之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的位移量以激光波長(zhǎng)作為高精度的參考基準(zhǔn)，由激光干涉儀進(jìn)行位移信號(hào)轉(zhuǎn)換，由激光計(jì)數(shù)器對(duì)變換后的電信號(hào)進(jìn)行精確計(jì)數(shù)，以計(jì)數(shù)增量值的大小來(lái)控制錄磁放大器輸出錄磁信號(hào)，由磁頭在記錄載體上利用其磁化作用錄刻上具有設(shè)定節(jié)距的交變磁信號(hào)，本發(fā)明的特征是利用了記錄在先的磁信號(hào)的變化規(guī)律作為接長(zhǎng)錄磁技術(shù)的依據(jù)，以記錄在先的磁信號(hào)中某一節(jié)點(diǎn)的極性，相位特性作為接長(zhǎng)錄磁信號(hào)的零位基準(zhǔn)，使接長(zhǎng)錄磁信號(hào)與記錄在先的磁信號(hào)在極性與相位二個(gè)方面相互匹配、精確銜接，以接長(zhǎng)錄磁的零位信號(hào)即時(shí)打開(kāi)激光計(jì)數(shù)器控制門，使激光計(jì)數(shù)器瞬時(shí)同步開(kāi)始計(jì)數(shù)，并隨即發(fā)出接長(zhǎng)錄磁信號(hào)，經(jīng)由錄磁放大器放大后加在錄磁頭上，配合以錄磁系統(tǒng)的勻速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和相應(yīng)控制，以完成在重新安裝的記錄載體上的接長(zhǎng)錄磁，使記錄載體達(dá)到任意需要的磁記錄長(zhǎng)度。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述激光錄磁接長(zhǎng)技術(shù)，本發(fā)明的特征在于接長(zhǎng)錄磁是在重新安裝的含有適當(dāng)長(zhǎng)度的先錄磁信號(hào)的記錄載體上進(jìn)行的，當(dāng)它們?cè)阡洿旁O(shè)備上重新安裝時(shí)，必須恢復(fù)到原先的張緊程度，使先錄磁信號(hào)恢復(fù)原來(lái)的節(jié)距和精度，以保證接長(zhǎng)錄磁得到的長(zhǎng)載體在任意區(qū)間有相同的錄磁精度。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述激光錄磁接長(zhǎng)技術(shù)，本發(fā)明的特征是設(shè)置了一個(gè)雙位開(kāi)關(guān)K，使磁頭能夠在錄磁功能位置和動(dòng)態(tài)讀磁頭的檢測(cè)功能位置相互轉(zhuǎn)換，以滿足接長(zhǎng)錄磁過(guò)程中相應(yīng)控制功能的需要。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述激光錄磁接長(zhǎng)技術(shù)，本發(fā)明的特征在于設(shè)置了放大濾波、移相、整形、計(jì)數(shù)四個(gè)功能塊電路，以組成對(duì)原錄磁信號(hào)的檢測(cè)處理，相位同步，極性匹配等功能的控制電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述激光接長(zhǎng)技術(shù)，本發(fā)明的特征在于錄磁系統(tǒng)的激光干涉儀與激光計(jì)數(shù)器之間，增設(shè)了一個(gè)激光計(jì)數(shù)器控制門，以控制在已錄磁信號(hào)為某一節(jié)點(diǎn)零位時(shí)打開(kāi)該控制門，使激光計(jì)數(shù)器即時(shí)同步進(jìn)行計(jì)數(shù)，隨即發(fā)出能與原錄磁信號(hào)的極性及相位相互匹配、精確銜接的接長(zhǎng)錄磁的零位信號(hào)。
6.按權(quán)利要求
1所述的激光錄磁接長(zhǎng)技術(shù)所錄制的記錄載體，是錄有連續(xù)交變磁信號(hào)的記錄載體。本載體的特征是其有效記錄長(zhǎng)度大于錄磁設(shè)備的有效錄刻長(zhǎng)度。
專利摘要
在有限長(zhǎng)的錄磁設(shè)備上，以激光波長(zhǎng)作為高精度的位移基準(zhǔn)進(jìn)行錄磁，本發(fā)明在于利用了記錄在先的磁信號(hào)的特征，使接長(zhǎng)錄磁信號(hào)在極性和相位二個(gè)方面做到與原錄磁信號(hào)完全匹配和同步一致，實(shí)現(xiàn)前后磁信號(hào)的精確銜接，并按原來(lái)的錄磁規(guī)律和精度要求不斷延續(xù)記錄下去，使記錄載體的錄磁長(zhǎng)度達(dá)到大于錄磁設(shè)備的任意需要長(zhǎng)度。
文檔編號(hào)G11B11/00GK86102515SQ86102515
公開(kāi)日1987年6月24日 申請(qǐng)日期1986年9月17日
發(fā)明者張健庭, 周偉裔 申請(qǐng)人:上海市機(jī)床研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan