专利名称：微扭矩和微刚度测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于磁头悬架组件的测量装置。更具体来说，本发明涉及 一种用于磁头悬架组件的测量在小于等于1微牛米范围以内的扭矩和刚度的方 法和装置。
背景技术：
图1示出了现有技术中的硬盘驱动器的典型设计。磁记录式硬盘驱动器100
使用安装在空气轴承滑块上的读/写传感器或读/写头来在盘上读取和/或写入数
据。滑块通过悬架附接到动臂上。滑块和悬架的组合称为磁头悬架组件(HGA) 102。 HGA j顿悬架来在,磁盘上操作读/写传ii^。通常来说，悬架为十分 柔韧的小型金属片簧。该金属片簧的一部分为刚度值小于1微牛米每度的扭转 弹簧。在这些弹簧于硬盘驱动器中工作时测评估其参数是具有挑战性的。另外， 测量在1微牛米以下范围内的扭矩也很困难。为了精确测量该范围内的扭矩， 所需最小^^率要小于0.05微牛米。然而，现在市场上最灵敏的扭矩传SSP 无法测量低于35微牛米。
在目前用来测量HGA悬架的扭矩和刚度的方法中也存在若干问题。大多 数现有方法、包括已知的"静态法"或"动态法"都引入了附加的部分，例如 必须结合至l腊块的相对比较大的杆。加入这些附加的部分因其制造中的几何偏 差而会在结果中引入误差。现有方法的另一个问题是，待测部分无法经历如其 在iM驱动器中的最终状态中另P样的精确的边^J牛。一^it漏的边界劍牛是Z 方向上的高度。"静态法"和"动态法"测量方法中HGA安装在测量器中的状 态都与其在5鹏驱动器中的自然状态不一样。對以的，"静态法"和"动态法" 不能向滑块的空气轴承施加正确的负荷。其结果是，这些方法得到的结果在精 密性和/或有效性方面往往是可疑的。
因此，所需要的是一种用来测量HGA在小于等于1微牛米范围内的刚度 和扭矩的改进的方法和装置。
图1示出现有技术中硬盘驱动器的典型设计。
图2示出微扭矩和微刚度观糧装置的一个实施例。
图3示出微扭矩和微刚度观糧装置的另一实施例。
图4示出测量HGA的刚度和扭矩的一个实施例的流程图。
图5示出测量HGA的刚度和扭矩的另一实施例的流程图。
具体实施例方式
本发明公开了一种用来测量磁头悬架组fKHGA)的装置和方法。HGA方 成与安装在旋转台上的力传感器接触。该力传感^可被调节到围绕着旋转台的 旋转中心定位。旋转台旋转，并且在旋转期间测量由HGA施加在力传/g^上的 扭矩以及扭矩的变化。
图2示出了微扭矩和微刚度测量装置的一实施例。在底板205上设有两个 独立的机构。第一机构210容纳有待测装置如HGA，并可在测试期间保持完全 静止。三维平台220安装在第一机构210的固定底部上。容纳了待测HGA的一 个或多个组件225安装在该三维平台220上。该三维平台220育,使待测HGA 在x轴、y轴和z轴方向上进^H周节。
第二机构215包括安装在底板205上的旋转台230。在一个实施例中，旋 转台230是高精度的角度计。旋转台230的旋转中心235平行于x轴。在测试 过程中，旋转台230和固定在其上的所有零件绕其旋转中心235旋转。旋转台 或高精度角度计的旋转使得HGA的万向架结构的角变形得到控制。线性台 (linear stage)240安装在旋转台230上。该线性台240能垂直于旋转台的旋转中 心而移动。在线性台240的顶面上安装了附加的部件。可以调节线性台240以 保证其顶面上的任何附加部件对准，并围绕着旋转台230的旋转中心235对称 式旋转。在直线台240的顶部上安装了双线性台(bilmearstage)245。在一个实施 例中，两个双线性台245可沿y轴和z轴的方向移动。在双线性台245上安装 了一个或多个力传皿组件250。 ffiM线性台245可在y轴和z轴方向上定位 并调节该力传感器组件250 。力传 组件250容纳有力传感器或测压元件255 ， 其用于检测沿z轴方向上施加在其上的负载以及负载的变化。图3示出了微扭矩和微刚度测量装置的另一实施例。第二机构215中的力 传 组件250容纳有力传感器或测压元件255。在一个实施例中，力传感器组 件250容纳有两个力传感器255。这两个力传自255互相平行并平行于x轴， 其间有一可变间隔305。如上所述，第一机械组件210包括一个三维平台220， 以及安装在该三维平台上的HGA容纳组件225。在另一实施例中，HGA容纳 组件225包括两个设置为互相垂直的零件。HGA或其他待测元件310可以容纳 或安装在HGA容纳组件之内^t上，其中HGA或其他待测元件的一端静止， 并与两个力传感器255均线性接触。
图3进一步示出一实施例，其中待观阮件或HGA310安装在与力传感器的 接触线平行的位置上。在这样的位置上，高精度角度计的旋转可以控制HGA在 左右摆动(rdl)方向上的角变形。在高精度角度计或旋转台旋转的过程中，力传 或测压元件255所测得的相应扭矩或力称为"左右摆动"扭矩。在另一实 施例中，HGA或待测元件310从平行于力传^l^触线的HGA容纳组件225 上拆下。作为替代的是，HGA或待观阮件310固定在垂直于力传S^触线的 HGA容纳组件225上。在这个位置，高精度角度计的旋转能控制隐在上下 摆动(pteh)方向上的角度，。在测试期间，从这个正交位置处所测得的扭矩或 力被称为"上下摆动"扭矩。两个传感器255的接触线可以互相平行，并且与 所关注的扭矩的方向垂直。传感器的两条接触线之间的间隔305 HGA或待 测元件310施加在传感器255上的力的大小。在测试期间，旋转台230使待测 元件或HGA310旋转，而待测元件或HGA310又向力传感器255施加力。因任 何转动变化而施加在传感器上的力与传感器接触线之间的距离成反比。因此， 接触线之间的距离305影响了观懂的灵敏度。使传感器的接触线之间的可变间 隔305趋于零但并不使传 互相接触，可以增加测量的灵敏度。
图4示出了用于测试HGA的扭矩和刚度的一个实施例的流程图。在框410 中，磁头悬架组fKHGA)310设置成与安装在旋转台230上的力传感器255接触。 在一个实施例中，在旋转台230上安装了两个力传感器255。这两个力传自 255安装成互相平行并平行于x轴方向，并且在它们之间设有一个可变间隔305。 与力传感器255相接触地设置的HGA310也与x轴及力传感器平行。在一个实 施例中，HGA310设置成与x轴及力传感器255垂直。在框420中，调节力传 繊255的位置，以使力传感器255围绕着旋转台230的旋转中心235定位。
这种调节可以在y轴方向及z轴方向对力传感器255再定位。在一个实施例中， 可以在x轴、y轴和z轴方向上调节HGA310的位置，从而将HGA310的中心 定位在力传感器255之间的可变间隔305内。
在框430中，旋转台230如高精度角度计以及安装在旋转台上或与之相接 触的所有零件被转动。该旋转导致力施加在与力传感器255接触的HGA310上。 在框440中，在角度计230的旋转期间测量由HGA310施加在力传感器255上 的扭矩和扭矩的变化。力传感器255之间的可变间隔305的宽度会影响扭矩测 量的精度。在一个实施例中，可变间隔305的宽度被减少以使该间隔的宽度接 近0，但是避免两个传感器255接触。传感器255之间的间隔305的减小的宽度 能够提高扭矩测量的精确度。在另一个实施例中，HGA310的扭矩和刚度的测 量可以在环境舱中操作。该环境舱可在测试期间控制压力、温度和湿度条件。 测试在框450处结束。
图5示出了测量HGA的扭矩和刚度的另一实施例的流程图。在框510中， HGA310安装在机架225上，以使HGA310和高精度角度计230接触。在框520 中，角度计230旋转，导致HGA的万向架结构产生角娜。在一个实施例中， HGA310被安装在这样的位置上，使得角度计230的旋转导致万向架结构在上 下摆动方向上产生角变形。在另一实施例中，HGA310被安装在这样的位置上， 使得角度计230的旋转导致万向架结构在左右摆动方向上产生角变形。HGA310 也可以在这样的结构中安装并测试，其中HGA的滑块的空气支孝读面相对于 HGA机架的安装表面处于任何角度定向和垂暨巨离上。作为选择，HGA310可 以在类似于^赠驱动器的结构中安装并测试。在这种结构中，HGA的滑块的空 气，表面与HGA组件的安装表面之间的垂直距离等于或近似等于Z方向的 高度。在框530中测量由HGA的变形后的万向架结构所施加的反作用力。可以 在一预设的力矩臂处观糧由变形后的万向架结构所施加的反作用力。在一个实 施例中，HGA的扭矩和刚度的观糧可以在环纖中进行，该环境舱可在观赋期 间控制压力、温度和湿度条件。测试在框540处结束。
因此，所述描述仅仅披露了本发明的原理。另外，本领域技术人员可以意 识到，大量的修正和改变是可行的，本发明并不仅限于所述实施例所示的精确 结构和方法，由此，所有适当的修正和等效替换都将落入本发明的范围。
权利要求
1.一种用于测试磁头悬架组件的方法，包括将所述磁头悬架组件放置成与安装在旋转台上的力传感器相接触；调节所述力传感器，以将所述力传感器围绕着所述旋转台的旋转中心定位；旋转所述旋转台；以及测量在所述旋转期间由所述磁头悬架组件施加在所述力传感器上的扭矩和扭矩的变化。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述力传SI包括两个互相平 行且与x轴平行的力传感器，在所述力传感器之间有一个可变间隔。
3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述磁头悬架组件设置成平行 于x轴和所述力传感器。
4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，测得的扭矩是磁头悬架组件的 左右摆动扭矩。
5. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述磁头悬架组件设置成垂直 于x轴和所述力传感器。
6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，测得的扭矩是磁头悬架组件的 上下摆动扭矩。
7. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在x轴、y轴 和z轴方向上调节所述磁头悬架组件，以使所述磁头悬架组件的中心位于所述 可变间隔内。
8. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，在y轴和z轴方向上调节所述 力传感器。
9. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述扭矩测量由所述两个力传 麟来计算。
10. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，{妙万述可变间隔的宽度变窄 以增加所述扭矩观糧的灵驗。
11. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述测i雜压力、温度和湿 度可控的环，中操作。
12. —种用于测i繊头悬架组件的装置，包括角度计，用于控制所述磁头悬架组件的万向架结构的角变形； 一组测压元件，用于测量源自变形后的万向架结构的反作用力。
13. 如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述装置还包括 底座，其上安装有所述角度计和固定机架；安装在所述固定机架上的三维平台，所述三维平台可在x轴、y轴和z轴 方向上运动，并包括其上安装有所述磁头悬架组件的组件；安装在所述角度计上的线性台，用于使容纳了所述一组测压元件的观阪元 件组件围绕所述角度计的旋转中心对准；以及安装;^;f述线性台上的至少一个双线性台，用于在y轴和z轴方向上定位并调节所述测压元件组件。
14. 如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述角度计用于控制在上下 摆动方向上的角变形，所述测压元件用于观懂预设力臂处的由万向架所施加的 反作用力。
15. 如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述角度计用于控制^右 摆动方向上的角变形，所述测压元件用于观懂预设力臂处的由万向架所施加的 反作用力。
16. 如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述磁头悬架组件在一定构 造中被安装及测试，所述构造使得所述磁头悬架组件的滑块的空气支承面相对 于所述一组测压元件的安装表面为任何的角定向和垂1^巨离。
17. 如权禾腰求13所述的装置，其特征在于，所述万向架组件在类似于其 在硬盘驱动器中的构造中被安装及测试，所述构造包括所述磁头悬架组件的滑 块的空气支承表面和所述测压元件组件的安装表面之间的距离等于Z方向上的 咼度°
18. —种用于测i繊头悬架组件的方法，包括将所述磁头悬架组件安装在机架上，所述磁头悬架组件与角度计接触； 旋转所述角度计，使得所述磁头悬架组件的万向架结构产生角变形；以及 观懂由变形后的万向架结构所施加的反作用力。
19. 如权利要求i8所述的方法，其特征在于，旋转所述角度计，4妙; 述万向架结构在上下摆动方向上产生角变形，并且测量预设力臂处的由万向架所施 加的反作用力。
20. 如权利要求18所述的方法，其特征在于，旋转所述角度计，{妙力述万向架结构在左右摆动方向上产生角变形，并且测量预设力臂处的由万向架所 施加的反作用力。
21. 如权禾腰求18所述的方法，其特征在于，所述磁头悬架组件在一定构 造中被安装及测试，所述构造使得所述磁头悬架组件的滑块的空气支承面相对 于所述一组观U压元件的安装表面为任何的角定向和垂li巨离。
22. 如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述万向架组件在^j以于其 在硬盘驱动器中的构造中被安装及测试，所述构造包括所述磁头悬架组件的滑 块的空气支承凍面和所述测压元件组件的安装表面之间的距离等于Z方向上的 高度。
23. 如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述测i^E压力、温度和湿 度可控的环塌呛中操作。
全文摘要
一种微扭矩和微刚度测量装置，用于对磁头悬架组件(HGA)进行测试，其中HGA设置成与固定在旋转台上的力传感器相接触。力传感器被调节成围绕着旋转台的旋转中心而定位。转动该旋转台，并且测量旋转期间HGA施加在力传感器上的扭矩及扭矩的变化。
文档编号G01L3/00GK101344448SQ20081008819
公开日2009年1月14日 申请日期2008年2月5日 优先权日2007年2月7日
发明者E·查, M·A·埃尔南德斯, Y·付 申请人:新科实业有限公司