Blauer Laserabtaster - Testplattform mit LabVIEW und PXI

Blauer Laserabtaster - Testplattform mit LabVIEW und PXI
"Durch die Verwendung von
Industriestandardkomponenten konnte ein
Testsystem zu einem vernünftigen
Preis/Leistungsverhältnis aufgebaut werden, (…)"
- Dipl.-Ing. Bernhard Seegert, Harman/Becker Automotive System GmbH – Media Drive
Electronics
Die Aufgabe:
Entwicklung einer PXI-Testsplattform zur Durchführung von Tests der Funktion, der optischen und elektrischen Eigenschaften sowie der
Signalqualität von optischen Abtastern mit blauen und roten Lasern.
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Die Lösung:
Das Testsystem basiert auf NI-PXI Hardware, LabVIEW 8.2 Software und eines eigens entwickelten, sehr flexiblen Kontrollelektronikmoduls im
PXI-Format.
Autor(en):
Dipl.-Ing. Bernhard Seegert - Harman/Becker Automotive System GmbH – Media Drive Electronics
Dipl.-Ing. Manfred Wendelgass - Harman/Becker Automotive System GmbH – Media Drive Electronics
Kurzfassung
Mit Macht drängt die nächste Generation von optischen Speicherlaufwerken auf den Markt. Doch diese arbeiten nicht mit einem roten Laser sondern mit
einem Blauen. Durch die kürzere Wellenlänge des blauen Lichts können die Daten wesentlich dichter auf die DVD geschrieben werden. Je nach
verwendetem System ergibt sich bei einer HD-DVD eine Speicherkapazität von 30 GByte während es bei einer Blue-Ray-Disk bis zu 50 GByte sind.
Dieser Artikel beschreibt eine Testplattform, die für die Durchführung von Tests der Funktion, der optischen und elektrischen Eigenschaften sowie der
Signalqualität von optischen Abtastern mit blauen und roten Lasern entwickelt wurde. Das Testsystem basiert auf NI-PXI Hardware, LabVIEW (
http://www.ni.com/labview/d/) 8.2 Software und eines eigens entwickelten, sehr flexiblen Kontrollelektronikmoduls im PXI-Format.
Laserabtaster-Testplattform
Um CD/DVD Medien lesen und beschreiben zu können, benötigt man ein optisches Abtastsystem (OPU = Optical PickUp). Dieses Abtastsystem besteht
aus mehreren einzelnen Komponenten, wie z.B. Laserdioden, Spiegeln, Linsen, Photodetektoren und Aktuator. Diese Einzelkomponenten müssen auf
einer speziellen mechanischen Werkbank auf optimale optische und elektrische Verhältnisse abgeglichen werden. Erst wenn der Abgleich erfolgreich war,
werden die Einzelteile zu einer Einheit verklebt.
Für eine Abgleich- und Fertigungsstation von optischen Abtastsystemen mit blauen Lasern war ein Testsystem für das Überprüfen der Funktion, der
optischen und elektrischen Eigenschaften sowie der Signalqualität zu entwickeln.
Gleichzeitig sollte dieser OPU-Analysator den bisherigen, aus mehreren einzelnen Messgeräten bestehenden, Messplatz ersetzen und auch so flexibel
sein um CD/DVD-Abtaster mit rotem Laser zu testen. Eine weitere Anforderung an das System war, dass es sich leicht an anderen Standorten ohne
Qualitätsverluste vervielfältigen lassen sollte, z.B. in China.
Dem Anwender sollte eine intuitiv bedienbare Oberfläche zur Verfügung stehen. Spezielle Anzeigebereiche in der Bedienoberfläche simulieren und
ersetzen die zuvor benutzten Oszilloskope.
Als Hardware kam ein NI-PXI 1042Q (http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/de/nid/13909) Chassis zum Einsatz. Bestückt wurde die Einheit mit einem
PXI-8186 Embedded Controller, NI-PXI-5114 (http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/de/nid/202184) Digitizer und einer NI-PXI-6259 (
http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/de/nid/14129) Datenerfassungskarte sowie mit eines eigens entwickelten, sehr flexiblen Kontrollelektronikmoduls
(HB-PXI- OPU Analyzer) im PXI-Format für das Ausführen von Laufwerks- und Servofunktionen, der Signalkonditionierung für DAQ und digitalisieren
einiger Analogsignale.
Die Anbindung von PXI-Chassis (http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/de/nid/1527) und Kontrollhardware geschieht über eine Ethernetverbindung.
Das Herzstück des Systems bildet der bei Harman/Becker entwickelte PXI-OPU-Kontrolleinschub. Auf diesem Board, mit PXI-Formfaktor, befinden sich
zwei analoge Signalprozessoren für die Konditionierung der zu messenden Abtastersignale. Zur Auswertung werden die so aufbereiteten Signale
gepuffert auf die PXI-Digitizer- und PXI-DAQ-Karte gegeben. Zusätzlich gibt es noch einen AD-Wandler, der einige langsame Analogsignale digitalisiert.
Ein Servosystem positioniert den optischen Abtaster exakt auf den zu messenden Sektor.
Servokommandos gelangen von der Bedienoberfläche via LAN-Verbindung zum Embedded-Controller, der diese dann in I 2C-Befehle für den
Servoprozessor umsetzt.
Software
Die Software des System wurde mit LabVIEW 8.2 (http://www.ni.com/labview/d/) realisiert und läuft auf WindowsXP Betriebssystemen. Dessen
Reaktionksgeschwindigkeit hat sich als ausreichend für die anfallenden Aufgaben herausgestellt, so dass auf Realtime-Komponenten verzichtet werden
konnte.
Die Software selbst wurde in Client/Server-Architektur aufgebaut. Diese Architektur hatte sich bereits vorher bei anderen Messsystemen bewährt. Die
Kommunikation zwischen Bedienoberfläche und dem Pickup-Kontrolleinschub erfolgt via Ethernet und ist Event und Queue gesteuert. Somit ist eine
schnelle und flexible Reaktion auf die unterschiedlichen Systemereignisse garantiert. Die Bedienoberfläche ermöglicht nicht nur das Ausführen der
gewählten Messroutine sondern auch das Parametrieren des Testsystems und die Aktualisierung der Firmware. Die von den PXI-Karten erfassten
Messwerte werden visualisiert und zur weiteren Auswertung in eine Reportdatei gespeichert.
Der auf dem OPU-Kontrollboard eingesetzte „Single Chip Embedded Webcontroller“ verfügt bereits über ein Echtzeit-Betriebssystem. Dieser Mini-PC
erweitert unsereren OPU-Kontrollereinschub um Ethernet, TCP/IP und Web. Die Ansteuerung der Analog- und Digitalsignalprozessoren und des
AD-Konverters erfolgt mittels I2C-Schnittstelle und SCI-Interface. Die gesamte Kontrollersoftware wurde in “C“ programmiert.
Zusammenfassung
Die hier vorgestellte PXI-Testplattform bietet eine flexible und robuste Lösung für die Analyse von optischen Abtastern mit roten sowie blauen Lasern.
Durch die Verwendung von Industriestandardkomponenten konnte ein Testsystem zu einem vernünftigen Preis/Leistungsverhältnis aufgebaut werden,
welches zudem noch den Vorteil hat, dass es sich leicht und ohne Leistungseinbußen duplizieren lässt.
Die Robustheit des Systems ermöglicht nicht nur den Laboreinsatz sondern auch die Anwendung in der Pilotlinie oder in der Produktion. Hervorzuheben
ist auch der Einsatz der PXI-Testplattform bei Stress- und Dauertests in der Pickup-Qualifikation. Hier bewährt sich vor allem die LAN-Schnittstelle, da
mehrere Prüflinge von einer Konsole aus gesteuert werden können.
Für die Zukunft sind vielfältige Erweiterungen und Verbesserungen vorgesehen, z.B. der Einsatz von DualCore Prozessoren oder Fast Data Streaming.
Durch die Verwendung der LabVIEW-Entwicklungsumgebung lässt sich das System schnell um neue Messmöglichkeiten erweitern und durch
Parameteranpassungen ist das Ausmessen nicht nur von eigen entwickelten Abtastern denkbar.
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Autor:
Dipl.-Ing. Bernhard Seegert
Harman/Becker Automotive System GmbH – Media Drive Electronics
Hermann-Schwer-Str. 3
Villingen-Schwenningen 78048
Deutschland
Tel: +49 7721 988 17 45
Fax: +49 7721 988 17 81
BSeegert@HarmanBecker.com (mailto:BSeegert@HarmanBecker.com)
Bild 1: Komponenten eines CD/DVD Laserabtasters
Bild 2: PXI-Testplattform mit Harman/Becker PXI-OPU-Analyzer-Einschub (Mitte)
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Bild 3: Schematische Darstellung des PXI Systems
Rechtliche Hinweise
Diese Kundenlösung („Kundenlösung“) wurde von einem Kunden von National Instruments („NI“) entwickelt. DIESE KUNDENLÖSUNG WIRD IM „IST-ZUSTAND“
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