專利名稱：微扭矩和微剛度測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于磁頭懸架組件的測(cè)量裝置。更具體來說，本發(fā)明涉及 一種用于磁頭懸架組件的測(cè)量在小于等于1微牛米范圍以內(nèi)的扭矩和剛度的方 法和裝置。
背景技術(shù)：
圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中的硬盤驅(qū)動(dòng)器的典型設(shè)計(jì)。磁記錄式硬盤驅(qū)動(dòng)器100
使用安裝在空氣軸承滑塊上的讀/寫傳感器或讀/寫頭來在盤上讀取和/或?qū)懭霐?shù)
據(jù)。滑塊通過懸架附接到動(dòng)臂上?；瑝K和懸架的組合稱為磁頭懸架組件(HGA) 102。 HGA j頓懸架來在,磁盤上操作讀/寫傳ii^。通常來說，懸架為十分 柔韌的小型金屬片簧。該金屬片簧的一部分為剛度值小于1微牛米每度的扭轉(zhuǎn) 彈簧。在這些彈簧于硬盤驅(qū)動(dòng)器中工作時(shí)測(cè)評(píng)估其參數(shù)是具有挑戰(zhàn)性的。另外， 測(cè)量在1微牛米以下范圍內(nèi)的扭矩也很困難。為了精確測(cè)量該范圍內(nèi)的扭矩， 所需最小^^率要小于0.05微牛米。然而，現(xiàn)在市場(chǎng)上最靈敏的扭矩傳SSP 無法測(cè)量低于35微牛米。
在目前用來測(cè)量HGA懸架的扭矩和剛度的方法中也存在若干問題。大多 數(shù)現(xiàn)有方法、包括已知的"靜態(tài)法"或"動(dòng)態(tài)法"都引入了附加的部分，例如 必須結(jié)合至l臘塊的相對(duì)比較大的桿。加入這些附加的部分因其制造中的幾何偏 差而會(huì)在結(jié)果中引入誤差?，F(xiàn)有方法的另一個(gè)問題是，待測(cè)部分無法經(jīng)歷如其 在iM驅(qū)動(dòng)器中的最終狀態(tài)中另P樣的精確的邊^(qū)J牛。一^it漏的邊界劍牛是Z 方向上的高度。"靜態(tài)法"和"動(dòng)態(tài)法"測(cè)量方法中HGA安裝在測(cè)量器中的狀 態(tài)都與其在5鵬驅(qū)動(dòng)器中的自然狀態(tài)不一樣。對(duì)以的，"靜態(tài)法"和"動(dòng)態(tài)法" 不能向滑塊的空氣軸承施加正確的負(fù)荷。其結(jié)果是，這些方法得到的結(jié)果在精 密性和/或有效性方面往往是可疑的。
因此，所需要的是一種用來測(cè)量HGA在小于等于1微牛米范圍內(nèi)的剛度 和扭矩的改進(jìn)的方法和裝置。


圖1示出現(xiàn)有技術(shù)中硬盤驅(qū)動(dòng)器的典型設(shè)計(jì)。
圖2示出微扭矩和微剛度觀糧裝置的一個(gè)實(shí)施例。
圖3示出微扭矩和微剛度觀糧裝置的另一實(shí)施例。
圖4示出測(cè)量HGA的剛度和扭矩的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
圖5示出測(cè)量HGA的剛度和扭矩的另一實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明公開了一種用來測(cè)量磁頭懸架組fKHGA)的裝置和方法。HGA方 成與安裝在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上的力傳感器接觸。該力傳感^可被調(diào)節(jié)到圍繞著旋轉(zhuǎn)臺(tái)的 旋轉(zhuǎn)中心定位。旋轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)，并且在旋轉(zhuǎn)期間測(cè)量由HGA施加在力傳/g^上的 扭矩以及扭矩的變化。
圖2示出了微扭矩和微剛度測(cè)量裝置的一實(shí)施例。在底板205上設(shè)有兩個(gè) 獨(dú)立的機(jī)構(gòu)。第一機(jī)構(gòu)210容納有待測(cè)裝置如HGA，并可在測(cè)試期間保持完全 靜止。三維平臺(tái)220安裝在第一機(jī)構(gòu)210的固定底部上。容納了待測(cè)HGA的一 個(gè)或多個(gè)組件225安裝在該三維平臺(tái)220上。該三維平臺(tái)220育,使待測(cè)HGA 在x軸、y軸和z軸方向上進(jìn)^H周節(jié)。
第二機(jī)構(gòu)215包括安裝在底板205上的旋轉(zhuǎn)臺(tái)230。在一個(gè)實(shí)施例中，旋 轉(zhuǎn)臺(tái)230是高精度的角度計(jì)。旋轉(zhuǎn)臺(tái)230的旋轉(zhuǎn)中心235平行于x軸。在測(cè)試 過程中，旋轉(zhuǎn)臺(tái)230和固定在其上的所有零件繞其旋轉(zhuǎn)中心235旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)臺(tái) 或高精度角度計(jì)的旋轉(zhuǎn)使得HGA的萬向架結(jié)構(gòu)的角變形得到控制。線性臺(tái) (linear stage)240安裝在旋轉(zhuǎn)臺(tái)230上。該線性臺(tái)240能垂直于旋轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)中 心而移動(dòng)。在線性臺(tái)240的頂面上安裝了附加的部件?？梢哉{(diào)節(jié)線性臺(tái)240以 保證其頂面上的任何附加部件對(duì)準(zhǔn)，并圍繞著旋轉(zhuǎn)臺(tái)230的旋轉(zhuǎn)中心235對(duì)稱 式旋轉(zhuǎn)。在直線臺(tái)240的頂部上安裝了雙線性臺(tái)(bilmearstage)245。在一個(gè)實(shí)施 例中，兩個(gè)雙線性臺(tái)245可沿y軸和z軸的方向移動(dòng)。在雙線性臺(tái)245上安裝 了一個(gè)或多個(gè)力傳皿組件250。 ffiM線性臺(tái)245可在y軸和z軸方向上定位 并調(diào)節(jié)該力傳感器組件250 。力傳 組件250容納有力傳感器或測(cè)壓元件255 ， 其用于檢測(cè)沿z軸方向上施加在其上的負(fù)載以及負(fù)載的變化。圖3示出了微扭矩和微剛度測(cè)量裝置的另一實(shí)施例。第二機(jī)構(gòu)215中的力 傳 組件250容納有力傳感器或測(cè)壓元件255。在一個(gè)實(shí)施例中，力傳感器組 件250容納有兩個(gè)力傳感器255。這兩個(gè)力傳自255互相平行并平行于x軸， 其間有一可變間隔305。如上所述，第一機(jī)械組件210包括一個(gè)三維平臺(tái)220， 以及安裝在該三維平臺(tái)上的HGA容納組件225。在另一實(shí)施例中，HGA容納 組件225包括兩個(gè)設(shè)置為互相垂直的零件。HGA或其他待測(cè)元件310可以容納 或安裝在HGA容納組件之內(nèi)^t上，其中HGA或其他待測(cè)元件的一端靜止， 并與兩個(gè)力傳感器255均線性接觸。
圖3進(jìn)一步示出一實(shí)施例，其中待觀阮件或HGA310安裝在與力傳感器的 接觸線平行的位置上。在這樣的位置上，高精度角度計(jì)的旋轉(zhuǎn)可以控制HGA在 左右擺動(dòng)(rdl)方向上的角變形。在高精度角度計(jì)或旋轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)的過程中，力傳 或測(cè)壓元件255所測(cè)得的相應(yīng)扭矩或力稱為"左右擺動(dòng)"扭矩。在另一實(shí) 施例中，HGA或待測(cè)元件310從平行于力傳^l^觸線的HGA容納組件225 上拆下。作為替代的是，HGA或待觀阮件310固定在垂直于力傳S^觸線的 HGA容納組件225上。在這個(gè)位置，高精度角度計(jì)的旋轉(zhuǎn)能控制隱在上下 擺動(dòng)(pteh)方向上的角度，。在測(cè)試期間，從這個(gè)正交位置處所測(cè)得的扭矩或 力被稱為"上下擺動(dòng)"扭矩。兩個(gè)傳感器255的接觸線可以互相平行，并且與 所關(guān)注的扭矩的方向垂直。傳感器的兩條接觸線之間的間隔305 HGA或待 測(cè)元件310施加在傳感器255上的力的大小。在測(cè)試期間，旋轉(zhuǎn)臺(tái)230使待測(cè) 元件或HGA310旋轉(zhuǎn)，而待測(cè)元件或HGA310又向力傳感器255施加力。因任 何轉(zhuǎn)動(dòng)變化而施加在傳感器上的力與傳感器接觸線之間的距離成反比。因此， 接觸線之間的距離305影響了觀懂的靈敏度。使傳感器的接觸線之間的可變間 隔305趨于零但并不使傳 互相接觸，可以增加測(cè)量的靈敏度。
圖4示出了用于測(cè)試HGA的扭矩和剛度的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。在框410 中，磁頭懸架組fKHGA)310設(shè)置成與安裝在旋轉(zhuǎn)臺(tái)230上的力傳感器255接觸。 在一個(gè)實(shí)施例中，在旋轉(zhuǎn)臺(tái)230上安裝了兩個(gè)力傳感器255。這兩個(gè)力傳自 255安裝成互相平行并平行于x軸方向，并且在它們之間設(shè)有一個(gè)可變間隔305。 與力傳感器255相接觸地設(shè)置的HGA310也與x軸及力傳感器平行。在一個(gè)實(shí) 施例中，HGA310設(shè)置成與x軸及力傳感器255垂直。在框420中，調(diào)節(jié)力傳 繊255的位置，以使力傳感器255圍繞著旋轉(zhuǎn)臺(tái)230的旋轉(zhuǎn)中心235定位。
這種調(diào)節(jié)可以在y軸方向及z軸方向?qū)α鞲衅?55再定位。在一個(gè)實(shí)施例中， 可以在x軸、y軸和z軸方向上調(diào)節(jié)HGA310的位置，從而將HGA310的中心 定位在力傳感器255之間的可變間隔305內(nèi)。
在框430中，旋轉(zhuǎn)臺(tái)230如高精度角度計(jì)以及安裝在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上或與之相接 觸的所有零件被轉(zhuǎn)動(dòng)。該旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致力施加在與力傳感器255接觸的HGA310上。 在框440中，在角度計(jì)230的旋轉(zhuǎn)期間測(cè)量由HGA310施加在力傳感器255上 的扭矩和扭矩的變化。力傳感器255之間的可變間隔305的寬度會(huì)影響扭矩測(cè) 量的精度。在一個(gè)實(shí)施例中，可變間隔305的寬度被減少以使該間隔的寬度接 近0，但是避免兩個(gè)傳感器255接觸。傳感器255之間的間隔305的減小的寬度 能夠提高扭矩測(cè)量的精確度。在另一個(gè)實(shí)施例中，HGA310的扭矩和剛度的測(cè) 量可以在環(huán)境艙中操作。該環(huán)境艙可在測(cè)試期間控制壓力、溫度和濕度條件。 測(cè)試在框450處結(jié)束。
圖5示出了測(cè)量HGA的扭矩和剛度的另一實(shí)施例的流程圖。在框510中， HGA310安裝在機(jī)架225上，以使HGA310和高精度角度計(jì)230接觸。在框520 中，角度計(jì)230旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致HGA的萬向架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生角娜。在一個(gè)實(shí)施例中， HGA310被安裝在這樣的位置上，使得角度計(jì)230的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致萬向架結(jié)構(gòu)在上 下擺動(dòng)方向上產(chǎn)生角變形。在另一實(shí)施例中，HGA310被安裝在這樣的位置上， 使得角度計(jì)230的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致萬向架結(jié)構(gòu)在左右擺動(dòng)方向上產(chǎn)生角變形。HGA310 也可以在這樣的結(jié)構(gòu)中安裝并測(cè)試，其中HGA的滑塊的空氣支孝讀面相對(duì)于 HGA機(jī)架的安裝表面處于任何角度定向和垂暨巨離上。作為選擇，HGA310可 以在類似于^贈(zèng)驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)中安裝并測(cè)試。在這種結(jié)構(gòu)中，HGA的滑塊的空 氣，表面與HGA組件的安裝表面之間的垂直距離等于或近似等于Z方向的 高度。在框530中測(cè)量由HGA的變形后的萬向架結(jié)構(gòu)所施加的反作用力?？梢?在一預(yù)設(shè)的力矩臂處觀糧由變形后的萬向架結(jié)構(gòu)所施加的反作用力。在一個(gè)實(shí) 施例中，HGA的扭矩和剛度的觀糧可以在環(huán)纖中進(jìn)行，該環(huán)境艙可在觀賦期 間控制壓力、溫度和濕度條件。測(cè)試在框540處結(jié)束。
因此，所述描述僅僅披露了本發(fā)明的原理。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以意 識(shí)到，大量的修正和改變是可行的，本發(fā)明并不僅限于所述實(shí)施例所示的精確 結(jié)構(gòu)和方法，由此，所有適當(dāng)?shù)男拚偷刃鎿Q都將落入本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于測(cè)試磁頭懸架組件的方法，包括將所述磁頭懸架組件放置成與安裝在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上的力傳感器相接觸；調(diào)節(jié)所述力傳感器，以將所述力傳感器圍繞著所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)中心定位；旋轉(zhuǎn)所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)；以及測(cè)量在所述旋轉(zhuǎn)期間由所述磁頭懸架組件施加在所述力傳感器上的扭矩和扭矩的變化。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述力傳SI包括兩個(gè)互相平 行且與x軸平行的力傳感器，在所述力傳感器之間有一個(gè)可變間隔。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述磁頭懸架組件設(shè)置成平行 于x軸和所述力傳感器。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，測(cè)得的扭矩是磁頭懸架組件的 左右擺動(dòng)扭矩。
5. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述磁頭懸架組件設(shè)置成垂直 于x軸和所述力傳感器。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，測(cè)得的扭矩是磁頭懸架組件的 上下擺動(dòng)扭矩。
7. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在x軸、y軸 和z軸方向上調(diào)節(jié)所述磁頭懸架組件，以使所述磁頭懸架組件的中心位于所述 可變間隔內(nèi)。
8. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，在y軸和z軸方向上調(diào)節(jié)所述 力傳感器。
9. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述扭矩測(cè)量由所述兩個(gè)力傳 麟來計(jì)算。
10. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，{妙萬述可變間隔的寬度變窄 以增加所述扭矩觀糧的靈驗(yàn)。
11. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述測(cè)i雜壓力、溫度和濕 度可控的環(huán)，中操作。
12. —種用于測(cè)i繊頭懸架組件的裝置，包括角度計(jì)，用于控制所述磁頭懸架組件的萬向架結(jié)構(gòu)的角變形； 一組測(cè)壓元件，用于測(cè)量源自變形后的萬向架結(jié)構(gòu)的反作用力。
13. 如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括 底座，其上安裝有所述角度計(jì)和固定機(jī)架；安裝在所述固定機(jī)架上的三維平臺(tái)，所述三維平臺(tái)可在x軸、y軸和z軸 方向上運(yùn)動(dòng)，并包括其上安裝有所述磁頭懸架組件的組件；安裝在所述角度計(jì)上的線性臺(tái)，用于使容納了所述一組測(cè)壓元件的觀阪元 件組件圍繞所述角度計(jì)的旋轉(zhuǎn)中心對(duì)準(zhǔn)；以及安裝;^;f述線性臺(tái)上的至少一個(gè)雙線性臺(tái)，用于在y軸和z軸方向上定位并調(diào)節(jié)所述測(cè)壓元件組件。
14. 如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述角度計(jì)用于控制在上下 擺動(dòng)方向上的角變形，所述測(cè)壓元件用于觀懂預(yù)設(shè)力臂處的由萬向架所施加的 反作用力。
15. 如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述角度計(jì)用于控制^右 擺動(dòng)方向上的角變形，所述測(cè)壓元件用于觀懂預(yù)設(shè)力臂處的由萬向架所施加的 反作用力。
16. 如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述磁頭懸架組件在一定構(gòu) 造中被安裝及測(cè)試，所述構(gòu)造使得所述磁頭懸架組件的滑塊的空氣支承面相對(duì) 于所述一組測(cè)壓元件的安裝表面為任何的角定向和垂1^巨離。
17. 如權(quán)禾腰求13所述的裝置，其特征在于，所述萬向架組件在類似于其 在硬盤驅(qū)動(dòng)器中的構(gòu)造中被安裝及測(cè)試，所述構(gòu)造包括所述磁頭懸架組件的滑 塊的空氣支承表面和所述測(cè)壓元件組件的安裝表面之間的距離等于Z方向上的 咼度°
18. —種用于測(cè)i繊頭懸架組件的方法，包括將所述磁頭懸架組件安裝在機(jī)架上，所述磁頭懸架組件與角度計(jì)接觸； 旋轉(zhuǎn)所述角度計(jì)，使得所述磁頭懸架組件的萬向架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生角變形；以及 觀懂由變形后的萬向架結(jié)構(gòu)所施加的反作用力。
19. 如權(quán)利要求i8所述的方法，其特征在于，旋轉(zhuǎn)所述角度計(jì)，4妙; 述萬向架結(jié)構(gòu)在上下擺動(dòng)方向上產(chǎn)生角變形，并且測(cè)量預(yù)設(shè)力臂處的由萬向架所施 加的反作用力。
20. 如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，旋轉(zhuǎn)所述角度計(jì)，{妙力述萬向架結(jié)構(gòu)在左右擺動(dòng)方向上產(chǎn)生角變形，并且測(cè)量預(yù)設(shè)力臂處的由萬向架所 施加的反作用力。
21. 如權(quán)禾腰求18所述的方法，其特征在于，所述磁頭懸架組件在一定構(gòu) 造中被安裝及測(cè)試，所述構(gòu)造使得所述磁頭懸架組件的滑塊的空氣支承面相對(duì) 于所述一組觀U壓元件的安裝表面為任何的角定向和垂li巨離。
22. 如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述萬向架組件在^j以于其 在硬盤驅(qū)動(dòng)器中的構(gòu)造中被安裝及測(cè)試，所述構(gòu)造包括所述磁頭懸架組件的滑 塊的空氣支承凍面和所述測(cè)壓元件組件的安裝表面之間的距離等于Z方向上的 高度。
23. 如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述測(cè)i^E壓力、溫度和濕 度可控的環(huán)塌嗆中操作。
全文摘要
一種微扭矩和微剛度測(cè)量裝置，用于對(duì)磁頭懸架組件(HGA)進(jìn)行測(cè)試，其中HGA設(shè)置成與固定在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上的力傳感器相接觸。力傳感器被調(diào)節(jié)成圍繞著旋轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)中心而定位。轉(zhuǎn)動(dòng)該旋轉(zhuǎn)臺(tái)，并且測(cè)量旋轉(zhuǎn)期間HGA施加在力傳感器上的扭矩及扭矩的變化。
文檔編號(hào)G01L3/00GK101344448SQ20081008819
公開日2009年1月14日 申請(qǐng)日期2008年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月7日
發(fā)明者E·查, M·A·埃爾南德斯, Y·付 申請(qǐng)人:新科實(shí)業(yè)有限公司