專利名稱：用于檢測(cè)機(jī)械部件的位置和/或形狀的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于檢測(cè)機(jī)械部件的位置和/或形狀的光電設(shè)備，該設(shè) 備包括底座、待測(cè)部件的鎖定和參照系統(tǒng)、檢測(cè)裝置、轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)和處理單 元；所述檢測(cè)裝置具有光電系統(tǒng)，所述光電系統(tǒng)用于提供指示待測(cè)部件的至 少一些部分的位置的信號(hào)；所述轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)可以圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)縱軸使光電系統(tǒng)和待 測(cè)部件之間進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)；所述處理單元用于接收光電系統(tǒng)的信號(hào)并提供關(guān) 于待測(cè)部件的位置和/或形狀的信息。本發(fā)明還涉及一種用于檢測(cè)機(jī)械部件的位置和/或形狀誤差的方法，該 方法所使用的設(shè)備包括待測(cè)部件的鎖定和參照系統(tǒng)、用于提供指示待測(cè)部 件的至少一些部分的位置的信號(hào)的檢測(cè)裝置、以及位于所述鎖定和參照系統(tǒng) 與所述檢測(cè)裝置之間的驅(qū)動(dòng)裝置；該方法包括以下步驟圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸使所述 鎖定和參照系統(tǒng)與所述檢測(cè)裝置之間進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)，以及對(duì)所述檢測(cè)裝置在 轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)過程中提供的信號(hào)進(jìn)行處理，以獲得有關(guān)待測(cè)部件的位置和/或形狀 的信息。
背景技術(shù)：
本發(fā)明特別適用于檢測(cè)具有極小尺寸的機(jī)械部件，例如硬盤儲(chǔ)存單元的 組件。這些單元包括用于在磁盤上讀取/寫入信息的讀/寫磁頭，所述讀/寫磁 頭連接到尺寸極小(例如毫米級(jí)甚至更小尺寸)的滑塊上。當(dāng)磁盤被驅(qū)動(dòng)(例 如被電機(jī)驅(qū)動(dòng))進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，固定的支撐件以彈性聯(lián)接的方式支撐所述滑塊，所述滑塊使所述磁頭"浮"在相關(guān)聯(lián)(associated)磁盤的表面上方。磁盤的 轉(zhuǎn)動(dòng)和滑塊的特定形狀產(chǎn)生了升力，該升力趨向于將所述滑塊和磁頭向與所 述彈性聯(lián)接力相反的方向從相關(guān)聯(lián)磁盤的表面移開。所述彈性聯(lián)接力與升力
的平衡使得所述磁頭可以將其自身置于相關(guān)聯(lián)磁盤的上方幾乎固定的高度。 為了實(shí)現(xiàn)正確的讀/寫過程，重要的是要確保將滑塊放置在正確的位置，從而 產(chǎn)生適當(dāng)?shù)纳?，以確保磁頭位于磁盤表面上方適當(dāng)?shù)母叨?通常約為5至50nm)。行業(yè)趨勢(shì)是制造出更小的硬盤，所述硬盤甚至用于尺寸極小的設(shè)備上， 例如照相機(jī)和數(shù)碼攝像機(jī)。因此，需要顯著地縮小滑塊和其它組件的尺寸， 而且顯然必須同時(shí)保持并提高所述滑塊和其它組件的品質(zhì)和可靠性。歐洲專利EP-1029219-B1公開了一種用于檢測(cè)復(fù)雜形狀機(jī)械部件(例如 用于硬盤讀/寫磁頭的帶有多個(gè)翼板(或"E塊")的支撐件)的尺寸和/或形 狀誤差的光電設(shè)備。其中，所述設(shè)備包括待測(cè)部件的鎖定和參照系統(tǒng)、以 及帶有光電系統(tǒng)的檢測(cè)裝置(例如已知的投影型檢測(cè)裝置)。其中，所述待 測(cè)部件和光電系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)圍繞縱軸進(jìn)行相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)。所述光電系統(tǒng)包括 光發(fā)射器，例如定向?yàn)槌邮掌?例如感光性CCD (電荷耦合裝置)型接 收器)發(fā)射與縱軸橫向的紅外波。將待測(cè)磁頭的支撐件置于發(fā)射器和接收器 之間，在所述光電系統(tǒng)進(jìn)行微小的順時(shí)針和逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)(擺動(dòng))的過程 中截取發(fā)射器發(fā)射的一部分光。如EP-1029219-B1所說明，可以通過對(duì)接收 器提供的信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚韥頇z測(cè)部件的幾何形狀特征，例如，與某些部 件相對(duì)于機(jī)械參照物的位置相關(guān)的幾何形狀特征。待測(cè)部件在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中所 截取的部分光的變量數(shù)決定了接收器所提供的信號(hào)的"動(dòng)態(tài)程度"。待測(cè)部 件的尺寸的減少，更具體的說是橫向尺寸的減少，和光電系統(tǒng)擺角的減少， 將導(dǎo)致截取光的變量數(shù)的減少，從而降低了信號(hào)的動(dòng)態(tài)程度。如果待測(cè)部件 的尺寸非常小(例如小于1毫米)和擺角受到限制(例如受到特定應(yīng)用物理 特征的限制)，則即使考慮了不可避免的光學(xué)噪聲，所處理信號(hào)的有限動(dòng)態(tài) 程度也不能確保結(jié)果的可靠性，有用信號(hào)動(dòng)態(tài)程度的降低將增加所述光學(xué)噪 聲的負(fù)面影響。 根據(jù)專利EP-1029219-B1所述的裝置可以用于檢測(cè)硬盤滑塊的布置和其 它特征，但是如果滑塊的橫向尺寸相當(dāng)?shù)匦。涂赡艹霈F(xiàn)上述缺乏可靠性的問題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種用于檢測(cè)機(jī)械部件的幾何特征的光電設(shè)備， 即使待測(cè)部件尺寸非常小，例如硬盤的滑塊，該光電設(shè)備也能夠獲得準(zhǔn)確、 可靠的結(jié)果。通過權(quán)利要求1所述的裝置和權(quán)利要求14所述的方法可以實(shí)現(xiàn)上述和 其它目的及優(yōu)點(diǎn)。其中，本發(fā)明所述的設(shè)備包括底座、橫向平移系統(tǒng)、待測(cè)機(jī)械部件的鎖 定和參照系統(tǒng)、以及光電測(cè)量系統(tǒng)，所述底座載有用于圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)的 轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，所述橫向平移系統(tǒng)定義了相對(duì)于所述縱軸橫向的平移軸。根據(jù)本 發(fā)明所述的方法進(jìn)行操作，所述設(shè)備可以使待測(cè)部件和所述光電測(cè)量系統(tǒng)沿 著所述平移軸進(jìn)行相互平移和圍繞所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸進(jìn)行相互轉(zhuǎn)動(dòng)。


通過僅由非限制性示例提供的以下詳細(xì)說明和附圖，可以更清楚的表述本發(fā)明沿著所述平移軸移動(dòng)的有效性和其它有利的方面，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的設(shè)備的透視圖；圖2是圖1所示設(shè)備的不同視角的透視圖；圖3是沿著圖1的III方向顯示的圖1的詳細(xì)放大側(cè)視圖；圖4是硬盤滑塊表面與Y-Z平面交叉的簡(jiǎn)化示意圖；圖5是表示已知設(shè)備的接收器所提供的信號(hào)的理論趨勢(shì)和實(shí)際趨勢(shì)的示 意圖6是硬盤滑塊表面與Y-Z平面在不同橫向位置交叉的簡(jiǎn)化示意圖； 圖7以圖形的形式說明了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的接收器所提供的信號(hào)的趨勢(shì)。
具體實(shí)施方式
圖1至2所示的光電設(shè)備用于檢測(cè)具有復(fù)雜形狀的機(jī)械部件的零件，特 別是磁頭臂組件(HSA) 40。圖3以圖形的方式更詳細(xì)地說明了圖1至2中 所示的HSA40，所述HSA40包括E塊(E-block) 42，所述E塊42具有多 個(gè)翼板(wing) 44。薄板46與所述翼板44連接，并在自由端帶有滑塊50。 為了簡(jiǎn)單和清晰起見，圖中未示出HSA的其它細(xì)節(jié)，如與所述滑塊聯(lián)接的 讀/寫頭、位于薄板與滑塊之間的萬向節(jié)。圖1至2中所示的設(shè)備在很多方面 都與EP-1029219-B1所描述的設(shè)備(圖1)相似，包括底座1，所述底座1 上聯(lián)接有移動(dòng)系統(tǒng)，所述移動(dòng)系統(tǒng)帶有已知類型的縱向平移系統(tǒng)3，所述縱 向平移系統(tǒng)3定義了縱軸并包括支撐件5，所述支撐件5通過螺紋固定在所 述底座1上。所述支撐件5帶有保護(hù)結(jié)構(gòu)4，縱向滑塊11可以在所述保護(hù)結(jié) 構(gòu)4上平移。所述保護(hù)結(jié)構(gòu)4包括所述縱向平移系統(tǒng)3的組件，這些組件為 公知技術(shù)，未在圖中示出，例如驅(qū)動(dòng)裝置和檢測(cè)裝置，所述驅(qū)動(dòng)裝置具有第 一電機(jī)，所述第一電機(jī)通過絲杠將縱向滑塊11沿著所述縱軸平移，所述檢 測(cè)裝置具有第一轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器(transducer)或編碼器，用于提供有關(guān)所述縱向 滑塊11相對(duì)于所述底座1的位置的信號(hào)。所述縱向滑塊11包括可移動(dòng)梁2， 所述可移動(dòng)梁2可以沿著所述保護(hù)結(jié)構(gòu)4滑動(dòng)，所述可移動(dòng)梁2上聯(lián)接有支 承板6，所述支承板6用于支撐兩個(gè)支柱8、 10。兩個(gè)導(dǎo)向軸14、 16的第一 端部與所述支柱8聯(lián)接，第二端部與所述支柱10聯(lián)接。兩個(gè)帶有軸襯的組 件18、 20與所述導(dǎo)向軸14聯(lián)接，第三個(gè)帶有軸襯的組件22與所述導(dǎo)向軸 16聯(lián)接。所述組件18、 20、 22與可移動(dòng)臺(tái)28的第一側(cè)聯(lián)接(例如以螺紋聯(lián)
接的方式)，所述可移動(dòng)臺(tái)28是移動(dòng)系統(tǒng)的一部分，更具體地說，是橫向平 移系統(tǒng)9的一部分，所述橫向平移系統(tǒng)9定義了平移軸，所述平移軸與所述 縱軸橫向，更具體地說，與所述縱軸垂直。所述橫向平移系統(tǒng)9包括相關(guān)聯(lián) 的驅(qū)動(dòng)裝置、其它檢測(cè)裝置和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述驅(qū)動(dòng)裝置具有與所述支柱8聯(lián) 接的第二電機(jī)26，所述其它檢測(cè)裝置具有第二傳感器(圖中未示出)，所述 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括接頭30，與所述電機(jī)24聯(lián)接，所述電機(jī)24帶有與所述接頭 30相結(jié)合的蝸桿32和與所述蝸桿32聯(lián)接的螺紋件或?qū)菽?lead nut) 34。 與所述導(dǎo)螺母34聯(lián)接的聯(lián)接件36固定在所述可移動(dòng)臺(tái)28上。所述第二電 機(jī)24使得所述蝸桿32圍繞它的軸朝各方向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使所述導(dǎo)螺母34沿 著所述平移軸進(jìn)行平移。從而，所述可移動(dòng)臺(tái)28可以根據(jù)所述軸14、 16的 引導(dǎo)相對(duì)于所述滑塊11的支柱8、 IO進(jìn)行平移。所述支柱8、 IO也可以帶 有已知類型的位置傳感器38，例如感應(yīng)型或光學(xué)型位置傳感器，在所述可移 動(dòng)臺(tái)28沿著所述平移軸進(jìn)行移動(dòng)時(shí)，所述位置傳感器38檢測(cè)所述可移動(dòng)臺(tái) 28到達(dá)極限停止位置。所述位置傳感器38以已知的方式與所述聯(lián)接件36 上結(jié)合的元件協(xié)同工作。在所述可移動(dòng)臺(tái)28的另一側(cè)聯(lián)接(例如以螺紋方式聯(lián)接)有轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)13， 所述轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)13是移動(dòng)系統(tǒng)的一部分，更具體地說，是轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)26的一部分， 定義了轉(zhuǎn)動(dòng)縱軸。基本上呈C形的支撐件15的中心部17固定(例如以螺紋 方式固定)在所述轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)13上，其自由端19、 21帶有光電測(cè)量系統(tǒng)53的 組件，所述C形支撐件15用于包括光電檢測(cè)系統(tǒng)53的檢測(cè)裝置。所述光電 檢測(cè)系統(tǒng)53為已知的投影型光電檢測(cè)系統(tǒng)，例如EP-1029219-B1中所述的 光電檢測(cè)系統(tǒng)，包括發(fā)射器54和接收器55，所述發(fā)射器54用于產(chǎn)生光束， 所述接收器55用于接收光并產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)。此外，所述轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)26包括相關(guān)聯(lián)的驅(qū)動(dòng)裝置，所述驅(qū)動(dòng)裝置帶有第 三電機(jī)27，所述第三電機(jī)27使得所述轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)13圍繞所述轉(zhuǎn)動(dòng)縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)。所
述轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)13朝順時(shí)針和逆時(shí)針方向的微小轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)(擺動(dòng))使得支撐件15 的末端19、 21及其結(jié)合的光電測(cè)量系統(tǒng)53的組件在Y-Z平面中基本垂直于 轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)13的轉(zhuǎn)動(dòng)軸進(jìn)行振動(dòng)。可以采用已知的圖中未示出的方式限制所述 支撐件15朝順時(shí)針和逆時(shí)針方向可能的振動(dòng)，例如通過固定在所述滑塊11 上的適當(dāng)?shù)目烧{(diào)整機(jī)械參照物進(jìn)行限制，或通過位于所述轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)13內(nèi)部的 已知裝置進(jìn)行限制。附加檢測(cè)裝置與所述電機(jī)27聯(lián)接，所述附加檢測(cè)裝置 包括第三轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器29，用于提供取決于所述轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)13的角坐標(biāo)的信號(hào)， 從而提供取決于所述光電測(cè)量系統(tǒng)53的角坐標(biāo)的信號(hào)。所述電機(jī)、傳感器和光電系統(tǒng)53的組件以公知的方式(圖中以簡(jiǎn)化的 導(dǎo)體C表示)連接到處理單元，所述處理單元包括電源、控制和顯示裝置， 所述處理單元在圖1和2中示意性地表示并以附圖標(biāo)記25進(jìn)行標(biāo)記。所述HSA40固定在已知類型的鎖定和參照系統(tǒng)31上。如圖1所示，所 述鎖定和參照系統(tǒng)31包括工作臺(tái)49,所述工作臺(tái)49與所述底座1聯(lián)接，例 如通過螺紋連接，并且可以具有不同的形狀和結(jié)構(gòu)，例如取決于待測(cè)部件的 形狀和尺寸，例如EP-1029219-B1中所述。圖3說明了所述鎖定和參照系統(tǒng) 31的一些細(xì)節(jié)，例如固定在所述工作臺(tái)49上的參照塊59，所述參照塊59 包括表面58，所述表面58為所述光電測(cè)量系統(tǒng)53定義了參考平面r。保護(hù) 元件61保護(hù)所述參照塊59，以防灰塵或其它異物可能落在所述表面58上而 防止所述光電系統(tǒng)53正確檢測(cè)所述參考平面。所述鎖定和參照系統(tǒng)31識(shí)別和固定待測(cè)HSA40的位置，更具體地說， 識(shí)別和固定待測(cè)HSA40相對(duì)于所述參考平面r的位置?，F(xiàn)在將參考圖3-7來說明根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的操作方式，以檢測(cè)所述 HSA40的滑塊50。本發(fā)明公開的設(shè)備可以用于檢測(cè)每個(gè)滑塊50的高度和空間布置或位置 (attitude)(與不同軸的傾斜角度或"擺動(dòng)"和"傾斜")，所述滑塊50與其
相關(guān)聯(lián)的薄板46聯(lián)接。如上文所述，這些特征對(duì)于正確的讀/寫過程來說非 常重要。按以下方式將所述HSA40固定在所述鎖定和參照系統(tǒng)31，以使所述薄 板46位于與所述縱軸和平移軸基本平行的平面上。為了清晰起見，下文將首先說明根據(jù)使用已知的設(shè)備部件的方法來檢測(cè) 滑塊50，然后說明通過根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的新檢測(cè)方法，從而公開所述光電 設(shè)備的操作方式。圖4簡(jiǎn)化說明了圖3所示的一個(gè)滑塊50的基本平的表面51在參照系 XYZ (所述參照系XYZ與所述光電系統(tǒng)53集成在一起)的Y-Z平面上的相 交線，相應(yīng)地，所述平的表面51例如為上表面(顯然，參照下表面和相關(guān) 表面也可以采用相同的方式進(jìn)行檢測(cè))。所述表面51具有橫向尺寸b。在此 參照系中，X軸與所述轉(zhuǎn)動(dòng)縱軸平行并位于所述參考平面r上，Y軸與光束 平行，Z軸與X軸和Y軸都垂直。在圖中，所述表面51的外側(cè)(或邊線)用兩點(diǎn)ep和en表示。由位于所述保護(hù)結(jié)構(gòu)4內(nèi)的所述第一電機(jī)及其相關(guān)聯(lián)的編碼器控制所述 縱向滑塊11的平移，當(dāng)它們到達(dá)所述光電測(cè)量系統(tǒng)53位于橫截面Sl (圖3 中所示)的位置時(shí)(即基本位于圖4中的平面中，在該平面中需要對(duì)所述滑 塊50進(jìn)行測(cè)量)停止平移。所述第三電機(jī)27控制所述轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)13圍繞所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸朝順時(shí)針和逆時(shí)針 方向進(jìn)行微小的轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)，這通過使所述光電測(cè)量系統(tǒng)53的組件在所述截 面Sl (與圖4中的截面相對(duì)應(yīng))內(nèi)振動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。在進(jìn)行該轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)的過程 中，所述光電測(cè)量系統(tǒng)53檢測(cè)所述滑塊50的空間位置，更具體地說，檢測(cè) 所述相關(guān)聯(lián)表面51的位置，例如相對(duì)于由所述參照塊59的表面58所定義 的參考平面r的空間位置，所檢測(cè)的數(shù)據(jù)由所述處理單元25進(jìn)行處理。根據(jù)所述光電系統(tǒng)53的接收器55和所述轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器29提供的信號(hào)，可以用關(guān)于所述光電系統(tǒng)53的轉(zhuǎn)動(dòng)(或擺動(dòng))角e的函數(shù)來定義點(diǎn) 的高 度zp。假設(shè)所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸包括圖4中所示的橫截面中的所述表面51的中點(diǎn)，所述高度Zp可以表達(dá)為<formula>formula see original document page 14</formula> (1)
其中，Zpo為點(diǎn)ep在角0^時(shí)的高度z。所述滑塊50和光電系統(tǒng)53相對(duì)初始位置進(jìn)行微小的相互振動(dòng)，所述振 動(dòng)包括在角度-0k至角度+0k之間。眾所周知，小角度正弦值基本上對(duì)應(yīng)于該 角度的弧度值，從而方程(1)可以簡(jiǎn)化為Zpd魯x"Zp。 (2)對(duì)于點(diǎn)e?？梢钥紤]相似的方程(3):<formula>formula see original document page 14</formula> (3)其中，ZnO為點(diǎn)en在角e^時(shí)的高度Z。在圖5所示的e-Z平面上，所述方程(2)和(3)由直線Rp和Rn表示，所述直線Rp和Rn在交點(diǎn)I相遇。假設(shè)該系統(tǒng)已預(yù)先進(jìn)行適當(dāng)?shù)男Ｕ瑥亩鴮?duì)應(yīng)于值0=0，所述光電系統(tǒng)53的光束與所述參考平面r平行，所述參考平 面r的高度對(duì)應(yīng)于值z(mì)-O。點(diǎn)I代表點(diǎn)ep和點(diǎn)en具有相同高度Zs的情況，也就是說，它們都與所 述光電系統(tǒng)53的光束對(duì)齊。值Zs表示所述表面51的中心部分相對(duì)于所述平 面r的高度。對(duì)應(yīng)于此情況的角度e ,代表所述滑塊50的表面51圍繞X軸 (參見圖4)相對(duì)于所述參考平面r的傾斜度q>R，并定義為擺動(dòng)角度。此角 度有助于定義所述滑塊50的空間布置或位置，為了確保磁頭正確地在其相 關(guān)聯(lián)的磁盤上進(jìn)行讀/寫，該角度必須具有零值。實(shí)際上，所述光電系統(tǒng)53提供的信號(hào)受噪聲的影響，代表取決于所述
角度0的點(diǎn)ep和en的高度的相應(yīng)曲線不與直線Rp和Rn部分相一致。此外， 當(dāng)所述光束和表面51基本對(duì)齊，且所述滑塊50的相對(duì)的表面(上表面和下 表面)的相關(guān)信號(hào)相混合而難以區(qū)分時(shí)，交點(diǎn)I處的光學(xué)噪聲影響將更大。 圖5中所示的曲線S說明了實(shí)際上提供的信號(hào)的典型趨勢(shì)。由于上述噪聲，所獲得的所述交點(diǎn)I是所述直線的交點(diǎn)，而所述直線通 過對(duì)所述光電系統(tǒng)53在有限的擺動(dòng)區(qū)間中所提供的信號(hào)值進(jìn)行線性回歸處 理而獲得，在該處理過程中期望可以忽略所述噪聲。更具體地說，通過對(duì)第 一有限區(qū)間中檢測(cè)到的有關(guān)點(diǎn)ep的數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸處理來獲得第一直線。用于 處理的數(shù)據(jù)的z值越大(也就是說離待測(cè)點(diǎn)越遠(yuǎn))(它們?cè)趨^(qū)間6l-9 2中的 相應(yīng)角度值越靠近+6k)，則認(rèn)為該數(shù)據(jù)受到噪聲的影響越小。為第二直線 進(jìn)行相似的處理，即從第二區(qū)間中檢測(cè)到的有關(guān)點(diǎn)en的數(shù)據(jù)獲得所述第二直 線，更具體地說，從z值更大的數(shù)據(jù)(它們?cè)趨^(qū)間9 3-64中的相應(yīng)角度值 更靠近-9k)獲得所述第二直線。在擺動(dòng)角度相同的情況下，隨著所述滑塊50的表面51的橫向尺寸b的 減小，所述滑塊50所截取的光的變化量和所述尺寸z的相應(yīng)變化量也減小。 在圖5中顯示的圖中，這意味著所述直線Rp和Rn的斜率更小，在檢測(cè)區(qū)間(e i- e 2禾P e 3- e 4)中z的變化區(qū)間減小。換言之，由所述接收器55提供的信號(hào)的"動(dòng)態(tài)程度"降低。例如，如果滑塊的橫向尺寸b為毫米級(jí)，所述滑塊50與所述光電系統(tǒng) 53之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)不超過10 °，則有用區(qū)間的高度(圖5中用Azi和AZ2 以簡(jiǎn)化的形式標(biāo)識(shí)說明)為幾十um。因此，如果待測(cè)滑塊的橫向尺寸b非 常小，則可靠數(shù)據(jù)的區(qū)間長(zhǎng)度可能太小，無法進(jìn)行充分精確和可重復(fù)的處理。 對(duì)于特定的處理，可能難以確定交點(diǎn)I，從而難以確定尺寸zs和擺動(dòng)角度e,。為了擴(kuò)大z的變化區(qū)間，可以考慮增加所述部件40與所述光電系統(tǒng)53 之間的轉(zhuǎn)動(dòng)幅度。然而，此方案并非總是可行，例如考慮到在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中所 述設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)尺寸，在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中所述滑塊50可能會(huì)被其它組件從所 述光電系統(tǒng)53隱藏，或者會(huì)因?yàn)樗龉怆娤到y(tǒng)53的調(diào)焦問題而從所述光電 系統(tǒng)53隱藏。通過根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備來進(jìn)行檢測(cè)的方法預(yù)見到，在定義了所述滑塊11 沿著所述縱軸的位置后，除了所述轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)13的振動(dòng)移動(dòng)之外，還有沿著所 述可移動(dòng)臺(tái)28的平移軸在第一和第二橫向端部之間的控制移動(dòng)，所述可移 動(dòng)臺(tái)28與所述轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)13聯(lián)接。所述臺(tái)的移動(dòng)由所述電機(jī)24、上述傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 和所述位置傳感器38控制。圖6用連續(xù)線的簡(jiǎn)化形式說明了所述滑塊50的表面51在圖4中相同截 面Sl上的三個(gè)位置的橫截面參照系XYZ中的第一橫向末端位置A、第二 中間位置和第三橫向末端位置B，所述參照系XYZ與所述光電系統(tǒng)53集成 在一起，并如圖4中所定義。如上文所述的情況，以下將僅以所述表面51的上表面作為示例以供參 考，對(duì)于下表面及其相關(guān)聯(lián)的表面也可以采用相同的方式進(jìn)行檢測(cè)。所述滑塊50相對(duì)于所述參照系XYZ沿著Y軸從所述中間位置同時(shí)向 正方向和負(fù)方向朝著所述橫向末端位置A和B例如平移相同距離AY，從而 所述橫向末端位置A和B的位置離所述橫向中間位置的距離相等、方向相 反。通過沿著Y軸平移移動(dòng)，所述表面51在所述中間位置和在所述橫向末 端位置A和B與Y軸形成了相同的擺動(dòng)角度。在圖1和2中所示的實(shí)施方 式中，通過所述光電系統(tǒng)53的平移和轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)，在所述滑塊50和所述參照 系XYZ之間進(jìn)行了相對(duì)平移和擺動(dòng)，所述光電系統(tǒng)53定義了所述參照系。 在每個(gè)所述橫向末端位置A和B，所述光電系統(tǒng)53與所述滑塊50之間都進(jìn) 行了多個(gè)擺動(dòng)周期，并獲得關(guān)于點(diǎn)ep1、 ej和ep2、 en2的空間位置的值，所 述值分別定義了所述表面51在所述橫向位置A和B中的端點(diǎn)。圖7中的圖 形說明了所述光電系統(tǒng)53所檢測(cè)到的值z(mì)隨著擺動(dòng)角度e的變化的理論趨
勢(shì)，所述值z(mì)代表點(diǎn)ep1、 e 禾t1ep2、 e尸的位置。雖然所述光電系統(tǒng)53通常 不檢測(cè)所述表面51在中間位置時(shí)的邊線，但是為了清晰起見，圖7中的圖 形還是說明了點(diǎn)ep和e。(即所述表面51在中間位置的端點(diǎn))的值z(mì)作為擺 動(dòng)角度e的函數(shù)的理論趨勢(shì)。檢測(cè)有關(guān)所述滑塊50的表面51在橫向末端位置A和B的值可以獲知 假設(shè)的"虛擬"滑塊的空間位置，所述假設(shè)的"虛擬"滑塊的上表面(在特 定的示例中)具有虛擬表面51'，該虛擬表面51'具有橫向尺寸b，(比真實(shí) 滑塊的尺寸長(zhǎng))和端點(diǎn)ep1、 en2，所述端點(diǎn)ep1、 ^2與Y軸形成了 "明顯擺動(dòng)" 角度9r叩p。所述明顯擺動(dòng)角度值與圖7中代表端點(diǎn)ep1、 e/的理論直線的交點(diǎn)Iapp 的坐標(biāo)e，相對(duì)應(yīng)。所述虛擬滑塊的表面51，的中間部分的高度與點(diǎn)Iapp的坐標(biāo)Zs相對(duì)應(yīng)。所述虛擬表面51'與Y軸形成的所述角度q)Rapp可以表達(dá)為 ^卿=arCSen其中，Az卿定義為點(diǎn)e/與點(diǎn)e/之間的高度差。采用完全相同的方式，所述滑塊50的表面51與Y軸形成的角度q)R可 以表達(dá)為-^=arcsen (Azrea]/b) (5)其中，Az^定義為點(diǎn)ep與點(diǎn)en之間的高度差。由于所述擺動(dòng)角度很小，該角度的反正弦值基本上對(duì)應(yīng)于該角度值，從 而所述方程(4)和(5)可以分別簡(jiǎn)化為以下方程(6)和(7):^e叩p^Az卿/Ab卿 (6) 禾口^△zreal/b (7)由于所述滑塊50沿著Y軸進(jìn)行平移移動(dòng)，從而點(diǎn)e/與點(diǎn)ep的高度相 同，點(diǎn)e/與點(diǎn)e。的高度也相同。從而，它們的差也相同，艮P: Azapp=Azreal (8)擺動(dòng)角度cpn可以表達(dá)為& =U、P/b (9)圖7中的圖形還顯示了點(diǎn)I，其坐標(biāo)為ei和Zs,該點(diǎn)為代表點(diǎn)ep和點(diǎn)en 的理論直線的交點(diǎn)。圖7中所示的點(diǎn)I和點(diǎn)Iapp的位置說明所述滑塊50的表 面51與所述虛擬表面51'位于相同的高度zs。本發(fā)明可獲得的優(yōu)勢(shì)非常明顯，更具體地說，可以使所述滑塊和光電系 統(tǒng)53沿著Y軸相互平移，并獲得有關(guān)所述表面51在A、 B兩個(gè)位置時(shí)的位 置的值，所述A、 B兩個(gè)位置在所述中間位置的一個(gè)方向或另一個(gè)方向，與 所述中間位置相距(例如)AY的距離。事實(shí)上，分別代表點(diǎn)e/和點(diǎn)en2 (即 所述虛擬表面51，的端點(diǎn))的理論直線的角度系數(shù)(絕對(duì)值)大于分別代表 點(diǎn)ep和點(diǎn)^的理論直線的角度系數(shù)。對(duì)于相同的角度區(qū)間，這可以增加所 述光電系統(tǒng)53檢測(cè)到的相應(yīng)值的變化區(qū)間，從而獲得更多的可靠數(shù)據(jù)來處 理回歸直線。更具體地說，在區(qū)間63-94中，z沿著代表點(diǎn)e^的直線的變 化區(qū)間(圖7中用附圖標(biāo)記Az，p表示)大于z沿著代表點(diǎn)en的直線的變化 區(qū)間(附圖標(biāo)記Az》。相同地，在區(qū)間e,-0 2中，z沿著代表點(diǎn)e/的直線 的變化區(qū)間(圖7中用附圖標(biāo)記Azp^表示)大于z沿著代表點(diǎn)ep的直線的 變化區(qū)間(附圖標(biāo)記Azp)。換言之，通過將所述滑塊50與所述光電測(cè)量系統(tǒng)53沿著Y軸朝一個(gè)方 向和另一個(gè)方向相互平移，使所述滑塊50的表面51的端點(diǎn)從所述光電測(cè)量 系統(tǒng)53的轉(zhuǎn)動(dòng)軸平移開，可以在不使用電放大裝置或電子放大裝置的情況 下增強(qiáng)所述接收器55所提供的信號(hào)的動(dòng)態(tài)程度。通過這種方式，即使在部件的橫向尺寸非常小的情況下，也可以非常精 確而可重復(fù)地確定所述高度4和擺動(dòng)角度cpR (后者通過非常簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)方
法確定)。本發(fā)明甚至可以檢測(cè)所述滑塊50的其它表面特征，例如傾斜，這可以通過在兩個(gè)明顯的截面Sl和S2 (圖3中所示)處進(jìn)行兩個(gè)相繼的擺動(dòng)周期 來實(shí)現(xiàn)。在所述表面51的示例中，在截面S1處進(jìn)行第一次檢測(cè)后，通過所 述平移系統(tǒng)3將所述光電系統(tǒng)53沿著所述縱軸移動(dòng)，并在所需的截面S2處 停止。從而可以通過分割所述滑塊50的表面51的高度差來獲得傾斜值，所 述高度差在Sl和S2處通過所述截面Sl與S2之間的距離獲得。通過將所述光電系統(tǒng)53相對(duì)于所述底座1鎖定，以及通過將載有待測(cè) 部件的所述鎖定和參照系統(tǒng)31橫向平移和圍繞所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，可以獲得 相同的結(jié)果。同樣可以由載有所述滑塊50的組件進(jìn)行一些移動(dòng)，由所述光 電系統(tǒng)53進(jìn)行其它移動(dòng)。實(shí)際是，本發(fā)明涵蓋了很多種實(shí)施方式，根據(jù)該實(shí)施方式，待測(cè)機(jī)械部 件和光電測(cè)量系統(tǒng)53可以以任何方式圍繞所述縱軸擺動(dòng)移動(dòng)和沿著所述平 移軸平移。通常僅在所述橫向末端位置A和B進(jìn)行所述機(jī)械部件與所述光電系統(tǒng) 53之間的相對(duì)擺動(dòng)移動(dòng)，其中需要獲知所述滑塊50的表面51的邊線位置， 但是也可以在從一個(gè)位置到另一個(gè)位置的橫向移動(dòng)過程中連續(xù)地進(jìn)行相對(duì) 擺動(dòng)移動(dòng)。如上文所述，在說明根據(jù)本發(fā)明的檢測(cè)方法時(shí)，為了簡(jiǎn)單和清晰起見， 假設(shè)當(dāng)所述滑塊50位于所述平移軸的中間位置時(shí)，所考慮的截面中的所述 表面51的中點(diǎn)位于所述轉(zhuǎn)動(dòng)縱軸上。即使在此基本情況未實(shí)際發(fā)生的情況 下，即在任何情況下，都可以參照實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的所述檢測(cè)方法，可以通 過簡(jiǎn)單的公知數(shù)學(xué)方法來抵消不同的布置，這通常通過軟件來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明還涵蓋了以下檢測(cè)方法，根據(jù)該檢測(cè)方法，在橫向末端位置A和 B距所述中間位置的距離不相等的情況下，可獲知有關(guān)所述滑塊50的表面 51的末端的信息。換言之，可以使所述光電系統(tǒng)53與所述滑塊50沿著Y 軸相互平移，向正方向平移一定距離，向負(fù)方向平移不同的距離。此外，可以同時(shí)檢測(cè)多個(gè)部件，例如在擺動(dòng)過程中檢測(cè)不同滑塊50的 表面51的邊線，所述不同滑塊50與相同的E塊聯(lián)接。如上文所述，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備和方法特別適用于檢測(cè)尺寸小的部件， 例如HSA的滑塊，但是所述設(shè)備和方法當(dāng)然可以用于檢測(cè)HSA的其它部件， 例如翼板44和薄板46，或者任何具有至少一個(gè)基本平的表面的機(jī)械部件。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備和方法在檢測(cè)尺寸大的機(jī)械部件時(shí)也具有很大優(yōu)勢(shì)。 事實(shí)上，通過提高待處理信號(hào)的動(dòng)態(tài)程度可以改進(jìn)對(duì)任何尺寸機(jī)械部件的檢 測(cè)，實(shí)現(xiàn)該動(dòng)態(tài)程度的提高并未使用電放大裝置或電子放大裝置，這一點(diǎn)非 常有利。
權(quán)利要求
1.用于檢測(cè)機(jī)械部件(40；50)的位置和/或形狀的光電設(shè)備，該設(shè)備包括底座(1)；待測(cè)部件(40；50)的鎖定和參照系統(tǒng)(31)；具有光電系統(tǒng)(53)的檢測(cè)裝置，所述光電系統(tǒng)(53)用于提供指示待測(cè)部件(40；50)的至少一些部分(51)的位置的信號(hào)；轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)(26)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)(26)可以圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)縱軸使所述光電系統(tǒng)(53)與所述待測(cè)部件(40；50)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)；和處理單元(25)，所述處理單元(25)用于接收所述光電系統(tǒng)(53)的信號(hào)和提供關(guān)于所述待測(cè)部件(40；50)的位置和/或形狀的信息；其特征在于，該設(shè)備還包括橫向平移系統(tǒng)(9)，所述橫向平移系統(tǒng)(9)定義了相對(duì)于所述轉(zhuǎn)動(dòng)縱軸橫向的平移軸，并且可以沿著所述平移軸使所述光電系統(tǒng)(53)與所述待測(cè)部件(40；50)之間進(jìn)行平移移動(dòng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，用于檢測(cè)具有至少一個(gè)基本平的表面 (51)的機(jī)械部件(40; 50)，其中，所述光電系統(tǒng)(53)提供有關(guān)所述基本平的表面(51)的信號(hào)，所述橫向平移系統(tǒng)(9)用于沿著所述平移軸使 所述光電系統(tǒng)(53)與所述基本平的表面(51)之間進(jìn)行平移移動(dòng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其中，所述鎖定和參照系統(tǒng)(31) 與所述底座(1)連接，所述光電系統(tǒng)(53)與所述轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)(26)連接。
4. 根據(jù)以上權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述光電系統(tǒng)(53) 與所述橫向平移系統(tǒng)(9)連接。
5. 根據(jù)以上權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)(26) 包括轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)(13)，所述光電系統(tǒng)(53)與所述轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)(13)連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中，所述轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)(13)與所述橫向 平移系統(tǒng)(9)連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的設(shè)備，該設(shè)備包括與所述轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)(13) 連接的支撐件(15)，所述光電系統(tǒng)(53)包括發(fā)射器(54)和接收器(55)， 所述發(fā)射器(54)和接收器(55)與所述支撐件(15)的自由端連接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，所述光電系統(tǒng)(53)為投影型 光電系統(tǒng)。
9. 根據(jù)以上權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述平移軸與所 述轉(zhuǎn)動(dòng)縱軸垂直。
10. 根據(jù)以上權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)(26) 和所述橫向平移系統(tǒng)(9)包括相關(guān)聯(lián)的驅(qū)動(dòng)裝置(24、 27)和相關(guān)聯(lián)的檢 測(cè)裝置(29)，所述驅(qū)動(dòng)裝置(24、 27)和檢測(cè)裝置(29)與所述處理單元(25)連接。
11. 根據(jù)以上權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，該設(shè)備包括縱向平移系 統(tǒng)(3)，該縱向平移系統(tǒng)(3)定義了與所述平移軸垂直的縱軸，所述縱向 平移系統(tǒng)(3)用于沿著所述縱軸使所述部件(40; 50)與所述光電系統(tǒng)(53) 之間進(jìn)行相互平移移動(dòng)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的設(shè)備，其中，所述縱向平移系統(tǒng)(3)包括 相關(guān)聯(lián)的驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)裝置，該驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)裝置與所述處理單元(25)連接。
13. 根據(jù)以上權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，該設(shè)備包括參照塊(59)， 所述參照塊(59)與所述待測(cè)部件(40; 50)的鎖定和參照系統(tǒng)(31)固定 連接，所述參照塊(59)包括表面(58)，該表面(58)定義了所述光電系 統(tǒng)(53)的參考平面(r)。
14. 一種用于檢測(cè)機(jī)械部件(40; 50)的位置和/或形狀誤差的方法， 該方法所使用的設(shè)備包括待測(cè)部件(40; 50)的鎖定和參照系統(tǒng)(31)、 用于提供指示待測(cè)部件(40; 50)的至少一些部分(51)的位置的信號(hào)的檢 測(cè)裝置(53)、以及位于所述鎖定和參照系統(tǒng)(31)與所述檢測(cè)裝置(53) 之間的驅(qū)動(dòng)裝置；該方法包括以下步驟圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸使所述鎖定和參照系統(tǒng)(31)與所述檢測(cè)裝置(53)之間進(jìn) 行轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)，和對(duì)由所述檢測(cè)裝置(53)在所述轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)過程中提供的信號(hào)進(jìn)行處理， 以獲得有關(guān)待測(cè)部件(40; 50)的位置和/或形狀的信息， 其特征在于以下步驟沿著平移軸使所述待測(cè)部件(40; 50)與所述檢測(cè)裝置(53)之間進(jìn)行 相互平移，所述平移軸相對(duì)于所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸橫向，在所述待測(cè)部件(40; 50)與所述檢測(cè)裝置(53)之間的不同的相互橫 向位置(A、 B)上進(jìn)行所述轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)的過程中，由所述檢測(cè)裝置(53)提 供所述信號(hào)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，該方法用于檢測(cè)具有至少一個(gè)基本 平的表面(51)的機(jī)械部件(40; 50)，其中，在所述待測(cè)部件(40; 50) 與所述檢測(cè)裝置(53)之間的至少兩個(gè)相互橫向位置(A、 B)上進(jìn)行所述 轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)的過程中，由所述檢測(cè)裝置(53)提供指示所述基本平的表面(51) 的位置的信號(hào)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述待測(cè)部件(40; 50)與 所述檢測(cè)裝置(53)之間的所述至少兩個(gè)相互橫向位置(A、 B)分別位于 橫向中間位置的兩側(cè)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述待測(cè)部件(40; 50)與 所述檢測(cè)裝置(53)之間的所述至少兩個(gè)相互橫向位置(A、 B)與所述橫 向中間位置之間的距離相等。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15至17中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，所述對(duì)由所 述檢測(cè)裝置(53)提供的信號(hào)進(jìn)行處理的步驟包括處理有關(guān)虛擬表面(51') 的信號(hào)，所述有關(guān)虛擬表面(51')的信號(hào)通過將所述待測(cè)部件(40; 50) 與所述檢測(cè)裝置(53)之間的所述至少兩個(gè)相互橫向位置(A、 B)上提供 的有關(guān)所述基本平的表面(51)的信號(hào)進(jìn)行組合而獲得。
19. 根據(jù)權(quán)利要求14至18中任意一項(xiàng)所述的方法，該方法用于通過設(shè) 備進(jìn)行檢測(cè)，其中，所述檢測(cè)裝置包括光電系統(tǒng)(53)，該光電系統(tǒng)(53) 用于提供所述指示待測(cè)部件(40; 50)的至少一些部分(51)的位置的信號(hào)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求14至19中任意一項(xiàng)所述的方法，該方法還包括以下 步驟沿著與所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸平行的縱軸，使所述鎖定和參照系統(tǒng)(31)與所述 檢測(cè)裝置(53)之間進(jìn)行相互平移移動(dòng)，并在到達(dá)至少一個(gè)橫截面(Sl、 S2)處時(shí)停止所述移動(dòng)，所述檢測(cè)裝置(53)在所述至少一個(gè)橫截面(Sl、 S2) 處提供所述信號(hào)。
21.根據(jù)權(quán)利要求14至20中任意一項(xiàng)所述的方法，該方法用于檢測(cè)硬 盤存儲(chǔ)單元的至少一個(gè)滑塊(50)的空間布置，其中，被所述鎖定和參照系 統(tǒng)(31)鎖定和參照的機(jī)械部件(40)具有復(fù)雜的形狀，并載有所述至少一 個(gè)滑塊(50)。
全文摘要
用于檢測(cè)機(jī)械部件的設(shè)備，該設(shè)備包括底座(1)、鎖定和參照系統(tǒng)(31)、光電測(cè)量系統(tǒng)(53)、移動(dòng)系統(tǒng)(3、9、26)和處理單元(25)，該處理單元(25)用于接收和處理所述光電系統(tǒng)的信號(hào)。所述移動(dòng)系統(tǒng)還可以沿著橫軸使所述光電系統(tǒng)與待測(cè)部件之間進(jìn)行相互平移移動(dòng)。一種檢測(cè)方法，該方法預(yù)見到檢測(cè)所述光電系統(tǒng)在至少兩個(gè)不同的橫向位置(A、B)上進(jìn)行相互振動(dòng)的過程中所提供的有關(guān)部件的表面(51)的信號(hào)，并進(jìn)行處理，從而獲得有關(guān)虛擬表面(51’)的信息。所述方法和設(shè)備可以獲得有關(guān)磁盤存儲(chǔ)單元的尺寸非常小的部件的位置和/或布置和/或形狀的信息。
文檔編號(hào)G01B11/24GK101133298SQ200680006504
公開日2008年2月27日 申請(qǐng)日期2006年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月14日
發(fā)明者R·奇普里亞尼 申請(qǐng)人:馬波斯S.P.A.公司