专利名称：映射工作状态下的磁头形状的方法和系统的制作方法
映射工作状态下的磁头形状的方法和系统相关申请的交叉参考本申请要求转让给本申请的受让人的于2010年5月M日提交的名称为 "Measuring and Spatial Mapping Thermal Deformation” 的共同待审的美国临时专利申 it No. 61/347, 775 的优先权。
背景技术：
图1图示常规磁记录磁盘驱动器10的侧视图。图1不按比例并且仅仅示出常规磁盘驱动器10的若干部分。常规的磁盘驱动器10包括磁盘12和通常附着到悬挂件(未示出)的常规滑块20。在运转中，在常规磁盘12旋转的同时，滑块20在常规磁盘12上方飞行被称为飞行高度h的一段距离。由此，滑块20和磁盘12相对运动。由于该相对运动， 在常规磁盘12和滑块20之间在空气承载表面(ABQ 22处形成气浮轴承。使用滑块20上的磁记录写换能器和读换能器，数据可以被写入到常规磁盘12的若干部分和从其读取。磁记录的当前趋势是增加磁盘12的面积存储密度。这可以通过减小滑块20和常规磁盘12之间的间隔部分地实现。由此，可以期望减小飞行高度h。还期望针对特定磁盘驱动器10的常规滑块20和常规磁盘12之间间隔的优化。例如优化可以被实施，以确保尽管降低飞行高度，滑块20在磁盘12旋转时不接触常规磁盘12。作为该优化的一部分，期望考虑间隔的变化。例如，滑块20的ABS 22的部分23可以在运转中突起。该突起可以是由于滑块20的局部加热引起的，例如当电流在滑块20中被驱动时。这种突起23进一步减小常规滑块20的若干部分和常规磁盘12之间的间隔。图2图示测量常规滑块20的ABS的变化的常规方法50。常规方法50在滑块20 和磁盘驱动器10的背景中描述。通过步骤52，滑块20在被放到磁盘驱动器10中之前被利用或者从磁盘驱动器10被去除。由此，滑块20在方法50的测量期间与常规磁盘驱动器 10的剩余部件分离。通过步骤M，常规滑块20的若干部分被加热。步骤M可以例如通过驱动电流经过常规滑块20中的读和/或写换能器来执行。由此，可以形成类似于热突起23的热突起。 通过步骤56，滑块20的若干部分的热突起被测量。步骤56可以例如使用诸如光学轮廓测量法和/或原子力显微镜方法的技术实施。或者，可以在步骤56中测量ABS的若干区域的温度，并且可以推断热突起。尽管常规方法50起作用，但是提供的信息可能具有有限的实用性。从热数据推断突起可能要求相当大量的分析并且具有有限的空间分辨率。轮廓测量法可能要求假设相同磨损并且可能不能够提供正常工作状态下的形变轮廓。其他常规技术可能具有类似的缺陷。此外，如以上讨论的，常规滑块20通常在步骤56中的测量期间与常规磁盘驱动器10 中的其它部件分离。方法50中测量的热突起可能不同于常规磁盘驱动器10中可能出现的那些热突起。由此，可能不能获得ABS 22的轮廓的精确确定。没有ABS 22的轮廓的精确确定，滑块20和磁盘12之间的距离的优化可能是困难的。因此，需要用来映射磁记录磁盘驱动器中的ABS的轮廓的改进方法和系统。
发明内容
本发明描述一种确定驻留在滑块上的磁头的空气承载表面(ABQ的一部分的形状的方法和系统。ABS被配置为在正常工作状态下以距磁盘的飞行高度和相对于磁盘的速度飞行。该方法和系统包括在滑块相对于磁盘和飞行高度处于大致正常工作状态时驱动驻留在磁头中的至少一个加热器。ABS的该部分的形状响应于(若干)加热器被驱动而改变。 该方法和系统还包括在加热器被驱动时在滑块上进行多普勒测量。接着可以基于多普勒测量确定该形状。
图1是图示常规能量辅助磁记录磁盘驱动器的一部分的图。图2是图示确定常规磁盘驱动器中的表面轮廓的常规方法的流程图。图3是图示确定磁盘驱动器中的表面轮廓的方法的示例实施例的流程图。图4是图示确定磁头的一部分的形状的方法的另一示例实施例的流程图。图5-图7是图示确定磁记录头的轮廓的系统的示例实施例的图。
具体实施例方式图3是图示确定磁盘驱动器的表面轮廓的方法100的示例实施例的流程图。尽管示出了特定步骤，但是一些步骤可以被省略、交叉、以其它顺序进行和/或组合。方法100 被用于确定驻留在滑块上的磁头的空气承载表面(ABS)的一部分的形状。ABS被配置为在正常工作期间以距磁盘的飞行高度和相对于磁盘的速度飞行。换句话说，磁盘驱动器被设计为使得当磁盘以角速度旋转时磁头/滑块的ABS在飞行高度飞行。该角速度转换为磁盘特定部分处的线速度。对应于正常工作状态的实际飞行高度和速度可以取决于磁盘驱动器的设计细节改变。通过步骤102，在滑块处于大致正常工作状态时驻留在滑块中的一个或者更多个加热器被驱动。换句话说，在滑块大致处于相对于磁盘的飞行高度和速度时加热器被驱动。 在一些实施例中，加热器以AC方式被驱动，例如以正弦或者余弦波形式。期望加热器被驱动的频率小于加热器响应频率，使得可以获得加热器的准静态响应。另外，该频率可以被选择为不同于其他已知部件针对滑块位移的频率，诸如枢轴振摆和致动器谐振。驱动加热器将磁头加热，这可能造成ABS的一部分形变。例如，ABS的一部分可以突起。因为加热器以 AC方式被驱动，ABS突起的幅度也随着时间改变。在一些实施例中，步骤102中使用的(若干)加热器可以是磁头中已经存在的加热器。例如，可以采用用于热致动的加热器。在其它实施例中，加热器可以设置在磁头中专门用于在方法100中使用。通过步骤104，在加热器被驱动时在滑块的至少一部分上进行多普勒测量。滑块的该部分可以包括ABS的一部分或者全部。步骤104可以例如使用激光多普勒振动仪进行。 因为在加热器被驱动时进行多普勒测量，所以多普勒测量还在滑块相对于磁盘处于正常工作状态时开始。更具体地，在进行多普勒测量时滑块相对于磁盘大致处于设计的飞行高度和速度。步骤104中进行的多普勒测量提供ABS的一部分的速度。多普勒测量可以使用在大致垂直于磁盘表面的方向上行进并且从ABS反射的光。由此，多普勒测量可以确定ABS 的速度和其在垂直于磁盘表面的方向上的变形。在加热器以AC方式被驱动的实施例中，速度随着时间改变。在单独位置进行的多普勒测量指示在该位置的垂直于磁盘表面的速度随着时间的变化。多普勒测量不仅可以在特定位置进行多次，而且还在贯穿ABS的多个位置进行。例如，激光多普勒振动仪可以用于周期地扫描ABS。获得多普勒数据的ABS上的位置可以包括接近加热器的地点，在此期望突起更大。进行多普勒测量的ABS上的位置可以包括远离加热器的地点，在此期望突起最小。经过步骤106，基于多普勒测量确定ABS的形状。步骤106可以包括将ABS的每个位置处的通过多普勒测量确定的速度在时间上积分。由此，可以为ABS上的每个位置获得在特定时间的位移的变化。通过考虑诸如ABS的初始形状的特征(不加热)、磁头相对于磁盘表面的俯仰、以及滑块的刚性体运动，可以确定加热期间ABS的形状。通过组合已知俯仰处的已知轮廓和使用多普勒测量确定的轮廓，可以在数学上考虑磁头的初始形状和俯仰。刚性体运动可以例如使用多普勒测量和对由于ABS的一个部分向磁盘突起，ABS的周围部分被从磁盘推开更远的理解来考虑。由此，可以确定由于加热器引起的ABS中的(若干)形变。使用方法100，可以通过处于正常工作状态时施加的热量确定ABS的形状。使用方法100测量的ABS的形状可以更接近于在工作中的磁盘驱动器中遇到的形状。结果，可以获得在正常工作状态下的ABS的更精确轮廓。该轮廓可以例如在优化磁盘驱动器的期望飞行高度和其它特征时使用。图4是图示确定磁头的ABS的一部分的形状的方法150的另一示例实施例的流程图。图5-图7是图示用于确定磁记录头的轮廓的系统200的示例实施例的图。为了清楚， 图5-图7不按比例。此外，为了简化，在图5-图7中不是全部部件被标记。参照图4-图 7，在所示特定部件的背景中描述方法150。然而，方法150可以用于测试其他装置(未示出)。尽管示出用于方法150的特定步骤，但是一些步骤可以被省略、交错、以其它顺序进行和/或组合。图5-图6图示使用方法150测量/加热之前的系统200。系统200包括滑块210、 多普勒振动仪220、速度位移解码器230、数据获取块M0、和被电动机252驱动的磁盘250。 如图5-图6中可见，滑块210初始处于俯仰角αι。滑块210包括读换能器212、写换能器 214和滑块210/换能器212和214的ABS 218。可以认为磁头包括换能器212和214。滑块210上还包括加热器216。在图5-图6所示的实施例中，加热器216和/或滑块210的其它部分不被足够高的功率驱动以产生足够热量来使ABS 218形变。在一些实施例中，ABS 218被涂覆反射金属以减少光伪像而不显著地劣化飞行性能。多普勒振动仪220是使用来自激光器(未明确示出)的光222测量ABS 218的速度的激光多普勒振动仪220。在所示的实施例中，光222是大致垂直于磁盘250的表面提供的。由此，激光多普勒振动仪220测量的速度大致垂直于磁盘250的表面。速度位移解码器230将多普勒振动仪220的输出信号转换为位移。因为多普勒振动仪220的输出通常是速度，所以速度位移解码器230通常将输出速度转换为位移。然而，在其它实施例中，多普勒振动仪220可以输出另一信号，诸如频移。在这种实施例中，速度位移解码器230可以仍将该输出转换为位移。在一些实施例中，速度位移解码器230还处理数据，如以下描述的。数据获取块240可以控制数据收集，如以下描述的。由此，块230和240可以用软件实现。系统200和方法150由此进行滑块 210的ABS 218的形变测量。通过步骤152，方法150开始于系统200运行使得滑块210和磁盘250以期望的工作状态运行。一般，步骤152包括以正常角频率旋转磁盘250使得ABS 218处于相对于正常工作状态的磁盘的飞行高度和速度。然而，在其它实施例中，滑块210可以被移动到不同飞行高度和/或磁盘250可以以不同的角速度旋转。通过步骤154，在系统200的工作期间，加热器216以期望频率被驱动。由此，步骤 154和156可以一起进行。加热器216由此在滑块210大致处于相对于磁盘250的飞行高度和速度时被驱动。加热器216可以在该频率以正弦或者余弦波形被驱动。该频率小于加热器响应频率，足以产生能够使用多普勒频移测量的形变219的速度，并且足以不同于其它已知部件对滑块位移的频率。由此，可以确定系统200对加热器216的响应。驱动加热器将磁头加热，这可能造成ABS的一部分发生形变。图7图示当步骤154导致ABS 218’的特定突起219时的系统200。由于加热器是以AC方式被驱动的，突起219的大小和形状随着时间变化。为了比较，用虚线示出未形变的ABS。通过步骤156使用激光多普勒振动仪220在整个ABS 218’上进行多普勒测量。在也执行步骤152和154时执行步骤156。因此，在加热器被驱动并且滑块处于相对于磁盘的期望工作状态时进行多普勒测量。为了进行步骤156中的测量，激光多普勒振动仪220 在大致垂直于磁盘250的表面的方向上提供通过磁盘250的激光222。磁盘250由此对激光多普勒振动仪220使用的光透明。在一些实施例中，磁盘250是玻璃盘。然而，在其它实施例中，磁盘250可以具有对光222透明的其它成分。在经过磁盘250之后，光222被ABS 218’反射并且返回激光多普勒振动仪220。基于从ABS 218’反射的光与来自激光器的没有经过这种反射的光之间的频率差，可以确定ABS 218’在垂直于磁盘250的表面的方向上的速度。激光多普勒振动仪250可以向速度位移解码器220输出ABS 218’上各种位置的速度。尽管图示为测量ABS 218’的突起219，但是可以在贯穿ABS的其它位置进行多普勒测量。例如，可以在ABS 218’的前缘进行测量。此外，由于加热器216以一频率被驱动，提供的热量改变以及因此突起219改变。因此，除了在ABS 218’上的各种位置获得数据，还随着时间在这些位置处进行多个多普勒测量。在所示的实施例中，激光多普勒振动仪220 的输出是速度。通过步骤158，所测量的每个位置的速度被转换为位移。步骤158可以由速度位移解码器230进行。这能够通过在时间上积分每个位置的速度实现。例如，假设向加热器施加的电压由V(t) =VciSin(Coht)给出。那么加热器产生的功率由P(t) = (V02/ (2R))*(l-cos(2* ht))给出，其中R是加热器元件的电阻。热突起通常正比于功率，并且由A(t) = (kV/ARXl-cosQ^codt))给出，其中k是比例系数并且是加热器系统的致动效率的本征测量值。由此，突起具有恒定分量kVQ2和AC分量(kVQ72R)*(COS(2* h*t))。 A(t)的范围是从0到kVQ2/2R。那么速度由y(t) = -(kV02/2R) (cos (2* coh*t))给出。由此， 基于激光多普勒振动仪220确定的速度，能够计算位移的变化。可以针对ABS 218’上的各种位置进行计算。由此，可以确定包括突起219的区域的ABS 218’的位移的变化。还可以进行已测量的位移的后处理，因为激光多普勒振动仪220使用的多普勒频移测量速度和位移变化，而不是位移自身。测量可以因此对诸如飞行磁头的杆顶端凹陷和动态俯仰姿态的速度分量不敏感。因此，额外的处理被进行。通过步骤160，数据可以可选地被平滑或者另外处理。在一些实施例中，步骤158中计算的位移变化在步骤160中被平滑。然而，在其它实施例中，在步骤160中原始数据、来自激光多普勒振动仪222的速度数据、或者模拟数据可以被平滑或者另外处理。步骤160还可以由速度位移解码器230执行。 通过步骤162还可以考虑滑块210的俯仰α 10步骤162可以基于加热之前的滑块210的已知俯仰进行。例如，ABS 218的若干部分的位置是已知的并且可以与步骤158中确定的位移变化组合。通过步骤164还考虑ABS的初始形状。与步骤162相同，步骤164可以以数学方式进行。加热器216被驱动之前的ABS 218的已知轮廓还可以与步骤158中确定的位移组最终，通过步骤166还可以考虑滑块210的刚性体运动Ah。刚性体运动可以改变滑块210的方向，因为随着ABS的部分219向磁盘250突起，滑块210的剩余部分被推开远离磁盘250。换句话说，其中热形变超过滑块210和磁盘250之间形成的气浮轴承的回推的区域219与加热器的激励功率同相运动。由此，随着加热器功率增加，这些区域移近磁盘250。然而，存在从气浮轴承的回推。因此，滑块的其它部分仅仅由于回推/刚性体运动而运动。滑块210的这些部分随着加热器功率增加而移动离开磁盘250。滑块造成的角度 α 2也可能因此改变。通过在步骤156中在远离突起219的位置进行多普勒测量，诸如在图 7所示的滑块210的左侧，还可以确定刚性体运动。刚性体运动可以从步骤158中确定的位移中减去。通过考虑滑块210的刚性体运动、俯仰和初始形状，可以确定ABS 218’的实际形状。使用方法150，可以用在正常/期望工作状态时施加的热量确定ABS的形状。使用该方法直接测量的ABS的形状可以更接近于工作的磁盘驱动器中遭遇的形状。结果，可以获得正常工作状态下的更精确的ABS轮廓。该轮廓可以用于例如优化磁盘驱动器的期望的飞行高度和其它特征。由此，可以改进采用滑块210和类似于磁盘250的磁盘的磁盘驱动器的设计和制造。此外，考虑滑块210的刚性体运动时，气浮轴承的回推可以被量化。最后，加热器216可以是电阻性或者可以以其它方式产生热量。例如，加热器216可以是能量辅助磁记录(energy-assisted magnetic recording,EAMR)头中的内部激光器。由此可以测量包括滑块210中的这种部件的ABS 218’的结果形变。最终，方法150可以用于校准其它确定ABS 218’的热突起的非直接方法。
权利要求
1.一种确定驻留在滑块上的磁头的空气承载表面即ABS的一部分的形状的方法，所述 ABS被配置为在正常工作期间以距磁盘的飞行高度和相对于磁盘的速度飞行，所述方法包括在所述滑块大致处于相对于所述磁盘的所述正常工作状态和所述飞行高度时驱动驻留在所述磁头中的至少一个加热器，响应于所述至少一个加热器被驱动，所述ABS的所述部分的所述形状改变；在所述加热器被驱动时在所述滑块的至少所述部分上进行多个多普勒测量；以及基于所述多个多普勒测量确定所述形状。
2.根据权利要求1所述的方法，其中进行多个多普勒测量的步骤还包括利用激光多普勒振动仪来向所述ABS的至少所述部分提供激光并且从所述ABS的至少所述部分接收反射的激光。
3.根据权利要求2所述的方法，其中利用激光多普勒振动仪的步骤还包括 提供通过所述磁盘从所述激光多普勒振动仪到所述磁头的所述激光并且从所述磁头接收通过所述磁盘的反射的激光，所述磁盘对所述激光和反射的激光透明。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述激光的行进方向大致垂直于所述磁盘的表
5.根据权利要求2所述的方法，其中响应于所述至少一个加热器提供的热量的变化， 所述ABS的所述部分形变，其中进行多个多普勒测量的步骤还包括使用所述多个多普勒测量中的每个测量所述ABS的所述部分的形变速度。
6.根据权利要求5所述的方法，其中确定所述ABS的所述部分的形状的步骤还包括将所述速度转换为位移；以及基于所述位移确定所述形状。
7.根据权利要求5所述的方法，其中确定所述形状的步骤还包括考虑所述磁头相对于所述磁盘的表面的俯仰。
8.根据权利要求5所述的方法，其中确定所述形状的步骤还包括考虑所述ABS的所述部分的初始形状。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个多普勒测量的仅仅一部分在所述ABS的所述部分上进行。
10.根据权利要求9所述的方法，其中确定所述形状的步骤还包括考虑所述滑块的刚性体运动。
11.根据权利要求1所述的方法，其中驱动所述加热器的步骤还包括以至少一个频率驱动所述至少一个加热器。
12.一种确定驻留在滑块上的磁头的空气承载表面即ABS的一部分的形状的方法，所述ABS被配置为在正常工作状态期间以距磁盘的飞行高度和相对于磁盘的速度飞行，所述方法包括在所述滑块大致处于相对于所述磁盘的所述正常工作状态和所述飞行高度时以一频率驱动至少一个加热器，所述至少一个加热器驻留在所述磁头中，所述ABS的所述部分的形状响应于所述至少一个加热器被驱动而变化；在所述加热器被驱动时使用激光多普勒振动仪在所述滑块上进行多个多普勒测量，所述激光多普勒振动仪提供通过所述磁盘到所述ABS的至少所述部分的激光，所述磁盘对所述激光透明，所述光的行进方向大致垂直于所述磁盘的表面，所述多个多普勒测量的一部分在所述ABS的所述部分上进行，所述多个多普勒测量的每个测量所述ABS的所述部分的形变的速度；以及根据所述多个多普勒测量中每个的速度确定所述形状，确定所述形状的步骤还包括考虑所述磁头相对于所述磁盘的表面的俯仰、所述ABS的所述部分的初始形状、所述滑块的刚性体运动。
13.一种用于确定驻留在滑块上的磁头的空气承载表面即ABS的一部分的形状的系统，所述ABS被配置为在正常工作状态期间以距磁盘的飞行高度和相对于磁盘的速度飞行，所述磁头还包括至少一个加热器，所述系统包括具有表面的磁盘，所述系统被配置为使得在所述至少一个加热器被驱动时所述ABS大致处于相对于所述磁盘的表面的所述正常工作状态和所述飞行高度；多普勒振动仪，其被配置为在所述加热器被驱动时在所述滑块的至少所述部分上进行多个多普勒测量，所述多普勒振动仪向所述磁头提供激光，从所述磁头接收反射的激光，并且输出指示所述磁头的所述部分的速度的多普勒信号；以及和所述激光多普勒振动仪耦合的、用于将所述速度转换为位移的速度位移编码器。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述激光多普勒振动仪还提供大致垂直于所述磁盘的表面的激光。
15.根据权利要求13所述的系统，其中所述磁盘对所述激光透明并且其中所述多普勒振动仪还提供通过磁盘到所述磁头的所述激光。
16.根据权利要求15所述的系统，其中光的行进方向大致垂直于所述磁盘的表面。
17.根据权利要求13所述的系统，其中所述系统还包括用于考虑所述磁头相对于所述磁盘的表面的俯仰的装置。
18.根据权利要求13所述的系统，其中所述系统还包括用于考虑所述ABS的所述部分的初始形状的装置。
19.根据权利要求13所述的系统，其中所述多个多普勒测量的仅仅一部分在所述ABS 的所述部分上进行。
20.根据权利要求13所述的系统，其中所述系统还包括用于考虑所述滑块的刚性体运动的装置。
全文摘要
本发明涉及用于映射工作状态下的磁头形状的方法和系统。描述一种确定驻留在滑块上的磁头的空气承载表面(ABS)的一部分的形状的方法和系统。ABS被配置为在正常工作状态下以距磁盘的飞行高度和相对于磁盘的速度飞行。该方法和系统包括在滑块大致处于相对于磁盘的正常工作状态和飞行高度时驱动驻留在磁头中的至少一个加热器。ABS的该部分的形状响应于(若干)加热器被驱动而改变。该方法和系统还包括在加热器被驱动时在滑块上进行多普勒测量。接着可以基于多普勒测量确定该形状。
文档编号G11B5/60GK102354504SQ20111014524
公开日2012年2月15日 申请日期2011年5月24日 优先权日2010年5月24日
发明者D·E·弗勒, L·R·普斯特, L·郑, V·普拉博哈卡兰, W·甘 申请人:西部数据(弗里蒙特)公司