专利名称：用于测量滑动轴承的腐蚀的装置和方法
技术领域：
本发明一般涉及流体动力轴承的领域，更具体地说，涉及在用于磁盘驱动器的心轴电机的转轮中刻蚀油槽以形成这样的轴承。
背景技术：
常规的磁盘驱动器应用材料的磁性能储存和取回数据。通常，磁盘驱动器被结合进诸如计算机系统和家用游戏装置的电子设备中，以迅速和可靠取回的方式储存大量数据。磁盘驱动器的主要元件包括磁性媒质，读写头，电机和软件。用于以每分钟几千转的转速转动磁媒质的电机的构造使其转动时振动极小并且可靠和高效率。做到这点的一种方法是用油确保电机中的重要运动元件的适当的润滑。电机的适当润滑通常通过用诸如电化学加工(ECM)工艺的切削工艺在孔和轴上加工油槽而得到。因为这些油槽对保持适当的油循环十分重要，油槽的腐蚀能引起不正确的油循环，导致因闭锁造成的电机故障。因此，测量和了解孔和轴上油槽的腐蚀对建立电机的足以应付硬盘驱动的健全性能非常重要。
切削工艺可以用各种电腐蚀加工模式中的任何一种模式进行。在电火花加工(EDM)中，切削液是例如去离子水的电介质液体，加工电流以连续的电脉冲的形式提供。在电化学加工(ECM)加工中，切削媒质是例如电解质水溶液的电解质液体，加工电流是高电流强度的连续的或脉冲的电流。在电化学电火花加工(ECDM)中，液体媒质具有电解质和电介质的双重性质，加工电流最好以脉冲的形式施加，以便于通过导电的液体媒质产生电火花。
工件可设置在切削液媒质的溶液池中，切削区域淹没在其中。但是更普遍的是切削区域设置在空气或周围环境中。有利的是，常规设计的一个或两个喷嘴设置在工件的一侧或两侧，将切削液媒质传递到设置在空气中或淹没在液体媒质中的切削区域。切削液媒质通常如上所述为水，可以是去离子的或离子化到各种程度的，用作合乎要求的电腐蚀切削媒质。
因为现代的硬盘驱动器要求具有更精细的重要特征的小而快的电机，因此在制造和测量用ECM工艺等达到的精细特征方面存在实实在在的挑战。例如，较小的电机就相应地有设于其孔和轴上的比以往的电机更小更精细的油槽。ECM工艺在技术上众所周知，但是，ECM工艺提高了对精确和同时在跨越间隙两边的表面设置油槽的要求，而且必须进行精确的测量。机械公差方面的不足可造成电极和工件的不对准，引起不均匀的间隙和液力槽相应的不均匀的深度。因此需要对这些油槽进行精确的测量，了解其磨损的状态，用以最精密地设计和制造更优良的电机。用于测量电机中的元件磨损的常规方法并不适合于测量现代的孔轴油槽中出现的小尺寸，因为这些方法往往是为测量较大尺寸而开发的。
因此，就需要一种系统和方法，该系统和方法能克服这些不足并能测量电机孔轴上的诸如油槽的精细特征。
发明内容
本发明提供表示和测量通过ECM工艺制造的液力槽的系统和方法。另外，本发明提供表示和测量这些液力槽的腐蚀的系统和方法。
测量孔腐蚀的方法包括将测针和测量规心轴对准，覆盖移动路程的长度，将测针移动到顶点位置，通过转动转轮定位沟槽的最小值，将所述转轮转动到固定位置，在第一端点和第二端点之间进行扫描，在所述扫描期间收集数据，通过将所述数据和一条线进行适配对所述数据进行分析，定位所述沟槽的最低峰值，以及计算腐蚀。然后在将工件转到新位置后重复该过程。通常将工件转动120度后进行一次这样的测量，共测量三次。
测量孔腐蚀的系统包括用于对准的测量规心轴，支撑所述工件的θ卡盘，能绕转轴转动所述θ卡盘和所述工件的θ转台，在所述工件转动时测量所述工件上的地形的测针尖端，支撑所述测针尖端的测针，和测量所述测针对所述工件的所述地形的响应和沿测针移动方向控制并移动所述测针的表面扫描器。测量规心轴可以有和被测量孔的直径基本相同的尺寸，该测量规心轴在其上沿一条线有一个区域，该线在约20mm的全部长度上有30微米的高度变化。
图1是显示根据本发明的一个实施例用于测量在孔和轴上带有油槽的液力电机的环槽腐蚀(land erosion)的优选步骤的流程图；图2是描述根据本发明的一个实施例的油槽测量系统的框图；图3是说明在液力电机带有油槽的孔上进行的典型测量的扫描线的示意图；图4是说明孔中的油槽的典型分布图的示意图，包括径向腐蚀，顶点，初始直径和最低峰值；图5是显示液力电机带有油槽的孔的典型扫描的曲线图；图6是显示典型扫描的曲线图，该扫描显示Outer Bore腐蚀图型测量的分析和结果。
具体实施例方式
本发明提供表示和测量通过ECM工艺制造的液力槽的系统和方法。另外，本发明提供表示和测量这些液力槽的腐蚀的系统和方法。
图1是显示根据本发明的一个实施例用于测量在孔和轴上带有油槽的液力电机的环槽腐蚀的优选步骤的流程图。首先在步骤105中，对准转动夹具，使其转动轴和测针的移动方向重合。接着在步骤110中，通过将测针从第一移动路程移向第二移动路程限定测量期间测针移动的端点。第一移动路程和第二移动路程通常设定为11.8mm。
接着在步骤115测针移向由电机设计确定的顶点位置。在步骤120，通过将测针保持固定和转动转轮定位油槽的最小值(MIN)。在步骤125，MIN定位以后，转轮被转动另一个θ角使测针的位置处于MIN+θ的角度。虽然θ的值通常设定为12°，但根据油槽数确定。
接着在步骤130，越过夹具将测针从第一移动路程点移向第二移动路程点，扫描该表面并产生附图中所示的该表面的分布图。然后在步骤135用最小二乘近似算法计算顶点区域和初始直径的最佳适配线。接着在步骤140，定位最低峰值并计算从最小二乘近似线到最低峰值的距离。在步骤145，计算该转轮角的径向腐蚀(Ri)。通常计算三个径向腐蚀(Ri)，从先前的角转动120度偏移的每个转轮角计算一个，得到三个值R1，R2和R3。
接着在步骤150，转轮转动120度，到达MIN+θ+120度的位置。在步骤155，作出决定，转轮是否已经转动到大于MIN+θ+360度的位置。如果在步骤155中确定转轮的位置不大于MIN+θ+360度，则重复步骤130到步骤155。通常，步骤155导致进行三次扫描和在三个不同的角度计算三个腐蚀值R1，R2和R3，如参考上述步骤145的讨论。虽然在步骤150中转轮被转动120度，但也可以转动诸如30度或60度的任何度数。转动度数上没有限制。如果在步骤155确定转轮的位置大于MIN+θ+360度，则进行步骤160。
在步骤160，通过平均三个测量的腐蚀值R1，R2和R3，并将平均值乘2计算全部的腐蚀值。如果进行N次扫描取代如上文参考步骤145到155的叙述仅进行三次，则全部腐蚀通过计算所有测量的腐蚀的平均值并将该平均值乘2确定(即，全部腐蚀＝∑(Ri)i＝1…N/N)。最后在步骤165移走夹具。
图2是描述根据本发明的一个实施例的油槽测量系统的框图，包括工件210，θ卡盘215，θ转台220，转动轴225，测针尖端230，测针235，测量规头237，表面扫描器240，和测针移动方向245。工件通常是其上带有油槽的电机轴，或带有油槽的电机轴套，或用于校准的测量规心轴。θ卡盘215是用于在测量期间固定安装和保持工件210的常规的卡盘。θ转台220将工件210转动到测量的规定位置并通常包括能以0.1度的分辨率从零度到360度转动工件210的伺服电机或步进电机。θ转台220使工件210绕转动轴225转动，转动轴225通常设置成和工件210的对称轴重合。通常，θ转台220将工件210移动到三个不同的取向(0°，120°，240°)，扫描在这些取向中进行，如上文参考图1的进一步讨论。
通过使测针235沿和转动轴225相同的方向移动而使测针尖端230在工件210上移动。当测针尖端230在工件上移动时，测针235根据工件210的地形上下移动。测针235的移动由测量规头237探测，测量规头237继而产生响应测针235移动的电信号，该电信号模拟工件210的地形变化。测量规头237能通过诸如用压电测量测针235的机械移动，测量测针尖端230和工件210之间的电容差，或测量测针尖端230和工件210之间的电子隧道效应的技术上众所周知的方法产生电信号。测针尖端230安装到测针235上，测针235保持和驱动测针尖端230以及提供到测量规头237的耦合。表面扫描器240是常规的接触表面测量仪器，用于移动测针235和测针尖端230，以及记录和分析由表面扫描器中的电子设备产生的数据。表面扫描器240以测针移动方向245驱动测针235和测针尖端230，该方向通常平行于转动轴225。
图3是说明在液力电机带有油槽的孔上进行的典型测量的扫描线的示意图。虽然图3显示仅有三条油槽，但油槽的数量没有限制。通常油槽的实际数量可在10到20之间。扫描方向从左到右，如扫描线330的方向所示。扫描的进一步细节在下文参考图4讨论。扫描线330的方向是测针235移动的方向并相应于测针移动方向245。
图4是说明在包括初始直径410，最低峰值415，顶点420，最小二乘线425，和ECM径向腐蚀430的孔中的油槽的典型分布图的示意图。初始直径410是由扫描器240产生的数据并描述孔油槽腐蚀图型的地形。最低峰值415描述腐蚀图型的最低部分并用于确定ECM径向腐蚀430。顶点420描述腐蚀图型的最上点，也用于确定ECM径向腐蚀430。最小二乘线425用技术上众所周知的最小二乘近似算法计算。最小二乘线425用顶点和初始直径410(静止区)计算。
ECM径向腐蚀430被定义为通过顶点和初始直径(静止区)的最小二乘线425和给定移动路程上的ECM孔的最低峰值之间的距离。ECM径向腐蚀430用下列公式确定Ri＝从第i次扫描获得的径向腐蚀N＝扫描次数Ravg＝∑(Ri)i＝1…N/N环槽腐蚀＝2*Ravg图5是显示液力电机带有油槽的孔的典型扫描的曲线图。图5的x轴显示11.8mm的扫描长度。扫描长度通常设定在5mm到20mm之间。所选择的扫描长度将优化测量的速度和分辨率。扫描长度越长，测量占用的时间也越长，反之也一样。Y轴表示腐蚀图型的深度分布，因此扫描长度和深度分布的结合给出油槽沿测针235的移动方向的精确的视图。
图6是典型扫描的另一个实例，该扫描显示Outer Bore腐蚀图型测量的分析和结果。图6中的扫描根据本发明获得，首先用工件210将表面扫描器240和卡盘的转动轴225对准，该工件210是具有和孔直径相等尺寸的测量规心轴。在20mm的长度上扫描测量规心轴进行该对准。经扫描的分布应该是一根直线，带有端点之间小于30微米的最大高度差。对于θ轴(run out)的对准通过将测针定位在测量规心轴的顶部并转动该心轴一整圈进行。测针读数应在整圈转动中保持恒定。一旦对准完成，将θ转台220置于初始位置。然后装载将要测量的工件，部分装载在θ卡盘215上，使被测量的工件的平整部分处于顶部并平行于测针235的上边缘。然后测针235在孔中移动，使孔的边缘和扫描的开始点之间有约11.9mm的移动距离。然后使测针235和工件210接触。然后X和Z的UCS设定到零并扫描工件。然后测针235的位置设定在该部分的顶点(例如2.5mm位置)，Y级用人工移到孔的最低点。然后θ卡盘215转动一个角度，在该角度测针的读数指出最低值，表示油槽的存在。转动θ卡盘215约12°。该位置被标以剩余测量的0°位置并用作基准点。
此时，UCS X被设定到11.8，Z被设定到零，如图5所示。一旦设定该基准便进行扫描和测量表面分布。图6显示了分布数据。一旦表面扫描完成，由人工对数据进行分析，找出扫描上的最高点，该点被定义为从Z＝0处的最短距离。图6显示的Δz是R1_Outer_Bore。将θ转台转动120度，进行同样的测量，获得叫做R2_Outer_Bore的第二位置上的第二测量值。θ转台再转另一个120度并进行另一次测量，获得第三测量值R3_Outer_Bore。最后，用下列公式计算孔腐蚀Ravg_Outer_Bore＝(R1_Outer_Bore+R2_Outer_Bore+R3_Outer_Bore)/3Outer_Bore_Erosion＝Ravg_Oouter_Bore*2本领域的普通技术人员将认识到，虽然对本发明根据优选实施例进行了叙述，但本发明并不限于此。上述本发明的各种特征和方面可以个别地应用或联系在一起应用。另外，虽然本发明在其具体实施环境并对于特定应用的情况下进行叙述，但业内的熟练人员将认识到，本发明的适用性并不限于此，本发明可在任何环境和实施条件的情况下应用。
权利要求
1.一种测量孔腐蚀的方法，包括a)将测针和测量规心轴对准；b)覆盖移动路程的长度；c)将测针移动到顶点位置；d)通过转动转轮定位油槽的最小值；e)将所述转轮转动到固定位置；f)在第一端点和第二端点之间扫描，在扫描期间收集数据；g)通过将所述数据适配一条线分析所述数据；h)定位所述油槽中的最低峰值；i)计算腐蚀。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括转动所述工件固定数量到第二位置；和在所述第二位置重复步骤a到i。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述转动的固定数量为从第一测量位置转动120度。
4.如权利要求2所述的方法，进一步包括转动所述工件第二固定数量到第三位置；和在所述第三位置重复步骤a到g。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，其中所述转动的第二固定数量为从第二测量位置转动120度。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述将所述数据适配一条线包括用最小二乘法近似。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述将测针和测量规心轴对准包括测量具有基本和被测量孔的直径相同尺寸的测量规心轴。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，其中所述对测量规心轴的测量包括在10mm到30mm的长度上扫描测量规心轴。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，其中所述对测量规心轴的测量包括在15mm到25mm的长度上扫描测量规心轴。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，其中所述对测量规心轴的测量包括在约20mm的长度上扫描测量规心轴。
11.如权利要求7所述的方法，其特征在于，其中所述对测量规心轴的测量包括沿两端之间的最大高度差小于30微米的一条线扫描测量规心轴。
12.一种相对于工件轴线对准运动轴线的方法，包括提供具有基本和被测量孔的直径相同尺寸的测量规心轴；在10mm到30mm的长度上扫描测量规心轴；沿具有两端点的一条线扫描测量规心轴，使所述端点之间的最大高度差小于30微米。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，其中对测量规心轴的测量包括在约20mm的长度上扫描测量规心轴。
14.一种测量孔腐蚀的系统，包括用于对准的测量规心轴；用于支撑所述工件的θ卡盘；能绕转动轴转动所述θ卡盘和所述工件的θ转台；在所述工件转动时测量所述工件上的地形的测针尖端；用于支撑所述测针尖端的测针；和用于测量所述测针对所述工件的所述地形的响应并沿测针移动方向控制和移动所述测针的表面扫描器。
15.如权利要求14所述的系统，其特征在于，其中所述测量规心轴具有和被测量孔直径基本相同的尺寸。
16.如权利要求14所述的系统，其特征在于，其中所述测针尖端用碳制成。
全文摘要
本发明公开了一种表示和测量通过ECM工艺制造的液力槽的系统和方法。该方法包括将工件和测量设备对准的步骤以及精确可靠并且迅速地测量腐蚀图型的技术。另外，本发明还提供了表示和测量这些液力槽的腐蚀的系统。
文档编号G01B5/28GK1682092SQ03821460
公开日2005年10月12日 申请日期2003年8月6日 优先权日2002年8月6日
发明者M·阿南达, S·宫扎勒兹, C·黑克斯 申请人:西加特技术有限责任公司