专利名称：检测不平衡盘片的盘片读取装置与方法
技术领域：
本发明涉及一种检测不平衡盘片的装置及方法，尤其涉及一种量测参数以检测盘片的平衡状态的盘片读取装置及方法。
背景技术：
近年来，数字化的技术是被广泛的应用到各种领域，而数字数据需要大量的储存空间也使得各种光学储存媒体的快速发展，例如CD-ROM、DVD-ROM等。而为了提供更快速的存�。髦止獾寥∽爸玫淖僖嗖欢系南蛏咸嵘�。然而在越高转速的情形下，也使得盘片不平衡时所造成的影响更为严重。
一般的光盘片的重量均会具有些微不平衡量，使得光盘片实际的质量中心会与几何中心有些许的误差。当此误差不大时，或光碟读取装置的转速不高时，不平衡量对光盘片的读取效果并不会有太大的影响。然而随着上述盘片读取装置的转速提升，不平衡盘片高速旋转时会使机体产生振动，而影响数据读取的效果。更进一步，若光盘片的不平衡量太大时，例如制造上的不良品，高速旋转不平衡盘片甚至会造成盘片读取装置的损坏或盘片的破裂。
为了解决上述不平衡盘片的问题，一般是针对不平衡盘片是采取降低盘片的转速。因此，如何准确检测盘片的平衡状态即成为一个相当重要的课题。
跨轨数法(tracking error method)为一种已知检测不平衡盘片的方法。在盘片旋转时，此种方式是利用盘片读取装置的读取头来检测因盘片晃动所导致的跨轨数。当振动的程度越大时，读取头所检测到的跨轨数就越多。然而这种检测方式的敏感度受限于读取头的设计，而读取头制造上的差异亦会导致对振动量的误判。另一方面，跨轨数法只检测盘片沿径向上的振动，对另一个方向上的振动则无法得到良好的检测效果。
马达转速法(frequency generator method，FG method)为另外一种已知的不平衡量检测方式。此种检测方法是先将盘片加速到某特定的转速。接着在闭路(close-loop)的状况下，亦即将盘片维持在此特定转速的状况下，对一个时间间隔ΔT内进行采样。再将ΔT细分成nΔt，对每段Δt求出平均速度Vi，最后藉由统计的方法来判断∑Vi间的变化，以确定盘片的不平衡量。然而此种方式由于必须将系统维持在闭路的状况，需要因应盘片转速的变化，由马达来调整以维持在特定转速。因此马达本身对不平衡盘片的判断结果影响相当大。另外，由于闭路下速度的变化量并不大，因此马达转速法对不平衡盘片的检测并不敏感。
由上述说明可知，已知的检测方法都会有误判及不敏感的缺点，因此需要有一种简单且准确检测盘片平衡状态的盘片读取装置及方法，来解决已知技术的不足。
发明内容
本发明在于提供一种简单且准确检测盘片平衡状态的盘片读取装置及方法。
本发明提供一种检测不平衡盘片的盘片读取装置。此盘片读取装置以一特定电压驱动盘片，使盘片开始加速。盘片读取装置包含第一量测单元、第二量测单元、寄存单元、计算单元以及数据表。第一量测单元用于量测第一参数，且第二量测单元用于量测第二参数。寄存单元用于记录第一参数与第二参数。当第一量测单元所量测的第一参数为第一预定值时，寄存单元将第二量测单元所量测的第二参数记录为第一对应值。当第一量测单元所量测的第一参数为第二预定值时，寄存单元将第二量测单元所量测的第二参数记录为第二对应值。数据表具有正常盘片所对应的标准差值，以及多个已知不平衡量的盘片对应的多个参考差值。其中计算单元计算第一对应值与第二对应值的差值，并依据差值由数据表得到盘片所对应的平衡状态。
本发明提供一种检测不平衡盘片的方法，是用于一盘片读取装置。此检测方法包含由盘片读取装置以一特定电压驱动盘片，使盘片开始加速。接着量测第一参数与第二参数。当第一参数为第一预定值时，记录第二参数的第一对应值。当第一参数为第二预定值时，记录第二参数的第二对应值。接着计算第一对应值与第二对应值的差值，并依据此差值以决定盘片的平衡状态。
图1显示一依照本发明具体实施例的盘片读取装置；图2显示另一依照本发明具体实施例检测不平衡盘片方法的流程图；图3A显示本发明另一具体实施例的固定转速间隔检测方法；图3B显示依照图3A所作的数据表；图4A显示本发明另一具体实施例的固定时间间隔检测方法；图4B显示依照图4A所作的数据表；以及图5显示又一依照本发明具体实施例的数据表。
附图符号说明100盘片读取装置 101盘片102第一量测单元 103驱动装置104第二量测单元 106寄存单元108计算单元 110数据表112、113、114、116、118信号线实施方式<盘片不平衡状态的探讨>
当盘片的质量中心与几何中心不一致时，也就是产生不平衡状态的情形时，对盘片的旋转轴会造成二项影响(1)转动惯量的增加；以及(2)对旋转轴产生侧向力，使马达所受的摩擦力增加。以下就此两种因素进行分析一、转动惯量增加一个正常盘片(即没有不平衡的盘片)来说，其转动惯量可以下面方程式来表示I0=12m(r02-r12)]]>其中I0为正常盘片的转动惯量、m为盘片质量、r0为盘片的外半径且r1为盘片的内半径。
假设现有不平衡盘片，其偏移半径为x，而偏移质量为m′时，则依平行轴定理，不平衡盘片的转动惯量I′可以下式来表示
I′=12m(r02-r12)+m′x2]]>依照一般盘片的情形计算后可发现，在一般常见的盘片不平衡情况下，因盘片不平衡所产生的转动惯量增加m′x2会远小于正常盘片所有的转动惯量，亦即I′约等于I0，因此转动惯量可视为没有改变。
二、对旋转轴的侧向力盘片在旋转时对旋转轴所产生的侧向力可以下式来表示F＝mrω2其中，F为侧向力、m为盘片质量、r为盘片半径且ω为盘片转速。以一般盘片的不平衡量做为计算，当不平衡量为6克*公厘(gmm)，且转速为175Hz时，不平衡盘片会对旋转轴产生约18.5gw的力。若不平衡量为10gmm时，则大约会产生30gw的力。因为此一侧向力的产生，会使得正常盘片与不平衡盘片在加速过程中产生区别，此即本发明所利用的原理。
<驱动装置的作动原理>
光盘机需利用一个驱动装置来带动盘片的旋转，一般是使马达来作为驱动装置。在施加至驱动装置的电压为V的情形之下，驱动装置的作动原理可以如下式所表示V=E+iR+Ldidt---(1)]]>其中，E为驱动装置的耗能、i为电流、R为驱动装置的电阻、L为驱动装置的电感且t为时间。由于L相较之下很�。诖丝梢院雎圆患�。由于E＝kNN及i＝T/kt，原式可改写如下V=kNN+τktR---(2)]]>其中kN为转速系数且kt为电阻系数，是为依驱动装置的特性而定的常数。N为驱动装置的转速且T为驱动装置的转矩。
而驱动装置的转矩T可依下式来表示τ＝τf+Iα其中τf为摩擦转矩、I为系统转动惯量且α为旋转轴的角加速度。最后第(2)式可改写为V=kNN+τf+IαktR---(3)]]>由第(2)和第(3)式可以看出，若外加电压为固定的情形，在某一特定转速时，驱动装置所输出的转矩T为定值。此时比较正常盘片与不平衡盘片，由前述转动惯量的讨论可知，正常盘片与不平衡盘片的转动惯量约略相等，因此角加速度α会与摩擦转矩τf成反比。由前述对旋转轴侧向力的讨论可知，不平衡盘片的侧向摩擦较正常盘片大，导致不平衡盘片的τf亦较正常盘片大。因此，在固定电压的驱动之下，不平衡盘片速度的增加会较慢，相对应加速到达特定速度的时间亦会较长。
上述方程式亦可由数学推导出较为精确的速度-时间、加速度-时间的关系，熟此技艺者应当可由上述的揭露了解并推导出其间的关系，在此不再赘述。
图1所示为一依据本发明具体实施例的盘片读取装置100。如图1所示，盘片读取装置100是藉由驱动装置103透过信号线113来驱动盘片101的旋转，以供盘片读取装置100读取盘片101所储存的数据。盘片读取装置100包含第一量测单元102、第二量测单元104、寄存单元106、计算单元108以及数据表110。第一量测单元102是用于量测第一参数，且第二量测单元104用于量测第二参数。由前述的原理探讨可知，第一参数与第二参数包含时间、盘片的转速、盘片的加速度以及其它类似的参数。举例来说，第一参数可以为转速，而第二参数则为当第一参数由第一转速加速到第二转速时，此盘片读取装置所耗用的时间。或者，第一参数可以为时间，第二参数则为当第一参数由第一时间增加到第二时间时，旋转轴所增加的转速。熟此技艺当可了解第一参数及第二参数更可为其它类似的范例，如加速度与时间关系，在此不再赘述。
寄存单元106是用于记录第一参数与第二参数，并透过信号线112和114分别与第一量测单元102和第二量测单元104连接。寄存单元106可以使用任何已知的储存元件，例如动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)或其它可作为储存数据的元件。当第一量测单元102所量测的第一参数为第一预定值时，寄存单元106将第二量测单元104所量测的第二参数记录为第一对应值。当第一量测单元102所量测的第一参数为第二预定值时，寄存单元106将第二量测单元104所量测的第二参数记录为第二对应值。第一预定值与第二预定值可依照需要来选择，并没有特别的限制。计算单元108由信号线116与寄存单元106连接，并用于计算第一对应值与第二对应值的差值，并依据此差值由数据表110得到盘片所对应的平衡状态。数据表110由信号线118与计算单元108连接，并具有正常盘片所对应的标准差值，以及多个已知不平衡量的盘片所对应的多个参考差值。数据表110的内容与制作将在后面详述。
图2所示为另一依照本发明具体实施例检测不平衡盘片方法的流程图，可更清楚地了解本发明。此检测方法是用于一盘片读取装置。步骤202中，首先以固定电压来驱动盘片的旋转，使盘片开始加速旋转。在步骤204中，量测第一参数与第二参数。在步骤206中，第一参数为第一预定值时，便将第二参数记录为第一对应值。在步骤208中，当第一参数为第二预定值时，便将第二参数记录为第二对应值。其中第一预定值与第二预定值可依照需要来选择，并没有特别的限制。在步骤210中，计算第一对应值与第二对应值的差值。最后在步骤212中，依据此差值得到盘片所对应的平衡状态。
本发明提供了一种简单的盘片平衡状态检测方法及其读取装置，并藉由前述理论的支持可以得到相当精确的不平衡量判断。在此必需注意的是，前述实施例施加固定电压使盘片开始加速，并非限制本发明需由静止开始进行加速。相反的，本发明可以在盘片运转的任何状况下进行盘片平衡状态的检测，不论是静止或运转中、开回路(open-loop)或是闭路(close-loop)的加速情况下、或其它的情形，本发明都可以适用。甚至本发明亦可与前述已知技术的检测方法合并使用，以更进一步增加检测的准确性。
图3A与图3B进一步解释本发明另一具体实施例的固定转速间隔检测方法，以及其数据表的制作。在固定转速间隔时，第一参数所量测者为盘片的转速，而第二参数所量测者为时间。如图3A所示，第1栏数据为正常盘片的运作的情形。当盘片如前所述以固定电压开始驱动后，盘片开始加速旋转。当盘片加速至第一预定转速ω1时，记录所对应的第一对应时间t1。当盘片加速至第二预定转速ω2时，记录所对应的第二对应时间t2。并由此可以计算出第一对应时间t1与第二对应时间t2之间的时间差值Δt。第2栏数据以已知不平衡量为5gmm的盘片来进行操作，当盘片加速至第一预定转速ω1时，记录所对应的第一对应时间t1′。当盘片加速至第二预定转速ω2时，记录所对应的第二对应时间t2′，并可得到时间差值Δt′。相似的，以已知不平衡量为10gmm的盘片来进行操作，可以得到第一对应时间t1″、第二对应时间t2″、以及时间差值Δt″。依照前述的原理探讨，此时三个时间差值的关系应为Δt″＞Δt′＞Δt。
如图3B所示，此是将图3A所得到的结果所制成的数据表。此数据表可以应用于本发明具体实施例所述的盘片读取装置，以供其查询盘片的平衡状态。举例来说，若有未知平衡状态的一盘片置入此盘片读取装置进行运作，则盘片读取装置可以依照上述的方式量测其第一参数(在此实施例为转速)及第二参数(在此实施例为时间)，进而计算出其差值(在此为时间差值)。若此未知平衡量的盘片的时间差值介于Δt与Δt′之间，则可判断此盘片为一平衡盘片(或至少为一轻微不平衡盘片)，而可以此盘片读取装置的全速进行读取数据。若此未知平衡量的盘片的时间差值介于Δt′与Δt″之间，则可判断此盘片为一中度不平衡盘片，可进行适当的减速来读取数据。若此未知平衡量的盘片的时间差值大于Δt″，则可判断此盘片为一高度不平衡盘片，此时可以使用较低的完全速度来读取盘片。如此便可以避免不平衡盘片对盘片读取装置所造成的损坏。
在此需注意的是，这里虽然以三种不同平衡状态的盘片来举例，但熟此技艺者当知实际实施时可以考虑各种情况而使用其它数量不同平衡状态的盘片来做为参考。在此仅为了解本发明而列举的范例，并非意欲限制本图4A与图4B进一步解释本发明另一具体实施例的固定时间间隔检测方法，以及其数据表的制作。在固定时间间隔时，第一参数所量测者为时间，而第二参数所量测者为盘片的转速。如图4A所示，首先为正常盘片的运作的情形。当盘片如前所述以固定电压开始驱动后，盘片开始加速旋转。当盘片加速至第一预定时间t1时，记录所对应的第一对应转速ω1。当盘片加速至第二预定时间t2时，记录所对应的第二对应转速ω2。并由此可以计算出第一对应转速ω1与第二对应转速ω2之间的差值Δω。其次，以已知不平衡量为1gmm以及5gmm的盘片来进行操作，分别可以得到所对应的第一对应转速ω1′及ω1″、第二对应转速ω2′及ω2″、以及转速差值Δω′及Δω″。依照前述的原理探讨，此时三个时间差值的关系应为Δω″＜Δω′＜Δω。
如图4B所示，此是将图4A所得到的结果所制成的数据表。此数据表可以应用于本发明具体实施例所述的盘片读取装置，以供其查询盘片的平衡状态。举例来说，若有未知平衡状态的一盘片置入此盘片读取装置进行运作，则盘片读取装置可以依照上述的方式量测其第一参数(在此实施例为时间)及第二参数(在此实施例为转速)，进而计算出其差值(在此为转速差值)。如上所述，由未知平衡量的盘片的转速差值介于Δω与Δω′之间、或介于Δω′与Δω″之间、或小于Δω″，则可判断此盘片为正常盘片、中度不平衡盘片、或高度不平衡盘片，进而使用适当的速度来读取盘片的数据。
另外要注意的是，除了以未知平衡量的第一对应值与第二对应值所计算出来的差值位于数据表所位于的区间来决定盘片的不平衡量之外，本发明更可以适用其它已知的方法来使用此数据表。例如，可以使用内插法、外插法、或其它已知的方法来求出不平衡量。再者，熟此技艺者当知，图3A-图4B列举了两种检测不平衡量的方式，仅是用于说明本发明，而非用于限制本发明。例如，利用角加速度与时间的关系，或其它类似的性质，亦可用于检测盘片的不平衡量。
图5显示又一依照本发明具体实施例的数据表。图5所示为平衡状态-时间关系所得到的数据表。与图3B不同的是，图5列举了三种不同盘片读取装置的数据表。本发明允许搜集足够数量的盘片读取装置，分别测得其各自的数据表后，记录成如图5所示的数据表。或者可以将所有的数据表依统计的方式，或其它任何已知的方式，将其分类归纳为几个类型。当一个新的盘片数据读取装置出厂前，可先经过特定的功能测试，将其所测定出的时间差值，依据其所符合的数据表类型，记录于此新出厂的盘片读取装置之中。例如，当一台新出厂的盘片读取装置经功能测试后，发现以正常盘片进行测试后得出其时间差值为3.2秒，则可判定此盘片读取装置属于如图5所示的装置2类型。于是可将装置2的数据表记录记录在此盘片读取装置，以供将来不平衡盘片的检测。依此方式，可避免元件因制作公差所导致的盘片不平衡量的误判，并可增进本发明方法的判断不平衡盘片的灵敏度。另外熟此技艺者当知，本发明的数据表的制作与使用，更可依照已知的统计或数学方法来增加其准确度，例如内插、外插、平均、等等的方式，在此不再赘述。
上述的实施例是用以描述本发明，然本发明技术仍可有许多的修改与变化。因此，本发明并不限于以上特定实施例的描述，本发明的权利要求是欲包含所有此类修改与变化，以能真正符合本发明的精神与范围。
权利要求
1.一种检测一盘片平衡状态的方法，是用于一盘片读取装置，包含该盘片读取装置以一特定电压驱动该盘片；量测一第一参数与一第二参数；当该第一参数为一第一预定值时，记录该第二参数的一第一对应值；当该第一参数为一第二预定值时，记录该第二参数的一第二对应值；计算该第一对应值与该第二对应值的一差值，以及依据该差值，决定该盘片的平衡状态。
2.如权利要求1所述的方法，其中，该第一参数为时间且该第二参数为该盘片的转速。
3.如权利要求1所述的方法，其中，该第一参数为时间且该第二参数为该盘片的加速度。
4.如权利要求1所述的方法，其中，该第一参数为该盘片的转速且该第二参数为时间。
5.如权利要求1所述的方法，其中，该第一参数为该盘片的加速度且该第二参数为时间。
6.如权利要求1所述的方法，其中，该盘片读取装置更包含一数据表，该数据表具有一正常盘片所对应的一标准差值，以及多个已知不平衡量的盘片所对应的多个参考差值。
7.一种检测一盘片平衡状态的盘片读取装置，该盘片读取装置以一特定电压驱动该盘片，该盘片读取装置包含一第一量测单元，用于量测一第一参数；一第二量测单元，用于量测一第二参数；一寄存单元，用于记录该第一参数与该第二参数，其中当该第一量测单元所量测的该第一参数为一第一预定值时，该寄存单元将该第二量测单元所量测的该第二参数记录为一第一对应值，当该第一量测单元所量测的该第一参数为一第二预定值时，该寄存单元将该第二量测单元所量测的该第二参数记录为一第二对应值；一计算单元；以及一数据表，具有一正常盘片所对应的一标准差值，以及多个已知不平衡量的盘片所对应的多个参考差值；其中，该计算单元计算该第一对应值与该第二对应值的一差值，并依据该差值，由该数据表得到该盘片所对应的平衡状态。
8.如权利要求7所述的装置，其中，该第一参数为时间且该第二参数为该盘片的转速。
9.如权利要求7所述的装置，其中，该第一参数为时间且该第二参数为该盘片的加速度。
10.如权利要求7所述的装置，其中该第一参数为该盘片的转速且该第二参数为时间。
11.如权利要求7所述的装置，其中，该第一参数为该盘片的加速度且该第二参数为时间。
全文摘要
一种检测不平衡盘片的盘片读取装置与其方法是被揭露。盘片读取装置以一特定电压驱动盘片。盘片读取装置包含第一量测单元、第二量测单元、寄存单元、计算单元以及数据表。第一量测单元用于量测第一参数，且第二量测单元用于量测第二参数。当第一量测单元所量测的第一参数为第一预定值时，寄存单元将第二量测单元所量测的第二参数记录为第一对应值。当第一量测单元所量测的第一参数为第二预定值时，寄存单元将第二量测单元所量测的第二参数记录为第二对应值。其中计算单元计算第一对应值与第二对应值的差值，并依据差值由数据表得到盘片所对应的平衡状态。
文档编号G01M1/00GK1753087SQ20041008258
公开日2006年3月29日 申请日期2004年9月21日 优先权日2004年9月21日
发明者庄政洁, 吴松锟 申请人:明基电通股份有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
