ITBO20070637A1 - Apparecchiatura e metodo per il controllo di parti di un pezzo meccanico - Google Patents
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Description
«Apparecchiatura e metodo per il controllo di parti di un pezzo meccanico»,
TESTO DELLA DESCRIZIONE
La presente invenzione riguarda un sistema optoelettronico per il controllo di assetto relativo di parti di un pezzo meccanico comprendente una base; un sistema di riferimento connesso alla base, atto riferire il pezzo meccanico in una posizione predeterminata; un dispositivo di rilevamento optoelettronico; e un'unità di elaborazione atta a ricevere e ad elaborare segnali del dispositivo di rilevamento optoelettronico. L'invenzione riguarda anche un metodo per il controllo di assetto relativo di parti di un pezzo meccanico mediante un sistema optoelettronico, comprendente i passi di riferire una prima parte del pezzo meccanico ad un sistema di riferimento; bloccare il pezzo meccanico da controllare in una posizione di controllo; e porre un dispositivo flottante comprendente un elemento flottante a contatto con una seconda parte del pezzo.
Sono note unità di memorizzazione a disco fisso, o "hard disk", per memorizzare e richiamare dati, utilizzate in sistemi elettronici quali per esempio computer. Gli hard disk comprendono tipicamente una o più testine magnetiche di lettura/scrittura connessi a pattini, o "slider", posizionate in prossimità di una superficie di un disco magnetico rotante. Allorché il disco magnetico è posto in rotazione, un sottile cuscinetto d'aria si forma tra disco e pattino, permettendo a quest'ultimo di "galleggiare" sul disco ad una distanza che, negli hard disk attuali, è dell'ordine delle poche decine di nanometri, o anche meno. Durante la rotazione del disco, gli elementi magnetici di lettura/scrittura possono essere impiegati per leggere/scrivere bit di dati lungo una traccia magnetica sul disco magnetico.
È noto che le testine utilizzate nei moderni hard disk sono componenti molto complessi e delicati e di conseguenza sono controllati prima di essere montati negli hard disk. Tipicamente, le testine sono controllate una volta assemblate in "Head Gimbal Assembly" (HGA) o una volta che uno o più HGA sono assemblati in un "Head Stack Assembly" (HSA). Tipicamente, l'HGA comprende una testina con relativo pattino, ed una lamella elastica a cui la testina è connessa tramite uno snodo. Le lamelle sono connesse ad una estremità, opposta a quella che reca la testina, ad un supporto con una pluralità di alette mutuamente parallele a forma di E, chiamato "E-block". L'insieme dell'E-block e degli HGA è chiamato HSA ed è utilizzato per leggere o scrivere su una o entrambe le facce di uno o più dischi magnetici. L'HSA comprende inoltre un cuscinetto mediante il quale è accoppiato a parti fisse dell'hard disk e che gli consente di ruotare, in risposta ad un momento applicato da un motore di tipo VCM ("Voice Coil Motor"), per spostare le testine magnetiche sui dischi magnetici.
Le operazioni di controllo effettuate sull'HSA prima di essere montato sull'hard disk prevedono tipicamente controlli dimensionali e di assetto delle testine e dei relativi pattini, nonché delle alette degli E-block. Tali controlli vengono effettuali con sistemi dedicati che comprendono tipicamente una struttura di appoggio, dispositivi di riferimento e bloccaggio dell'HSA da controllare per riferire e bloccare l'HSA alla struttura di appoggio, dispositivi di controllo per controllare la rispondenza delle caratteristiche dimensionali e di assetto (angoli di "roll" e "pitch") dell'HSA alle specifiche di progetto, e dispositivi di movimentazione dell'HSA per ruotare e/o traslare l'HSA rispetto ai dispositivi di controllo.
Il brevetto europeo numero EP 1029219 B1 mostra un'apparecchiatura optoelettronica per controllare posizione e/o forma di pezzi meccanici, per esempio pattini di HSA, comprendente, tra l'altro, una base, un sistema di bloccaggio e riferimento per l'E-block dell'HSA da controllare, dispositivi di rilevamento con un sistema optoelettronico per fornire segnali indicativi della posizione di parti del pezzo, un'unità di elaborazione per elaborare i segnali forniti dai dispositivi di rilevamento, ed un sistema di rotazione che consente rotazioni mutue tra pezzo e sistema optoelettronico. Durante le rotazioni mutue tra HSA e sistema optoelettronico sono rilevati, tramite quest'ultimo, segnali indicativi della posizione spaziale dei pattini che, una volta elaborati, forniscono informazioni su dimensione e/o assetto dei pattini rispetto ad un piano di riferimento r solidale alla base.
La domanda internazionale di brevetto pubblicata con il numero WO 2006/097445 mostra un'apparecchiatura optoelettronica in grado di eseguire controlli dimensionali e di assetto di pezzi meccanici, in particolare pattini di HSA, di dimensioni ulteriormente ridotte rispetto a quelle controllate con l'apparecchiatura illustrata in EP 1029219 Bl. L'apparecchiatura optoelettronica di WO 2006/097445 comprende una base, un sistema di bloccaggio e riferimento per l'E-block dell'HSA da controllare, un sistema di traslazione ed un sistema di rotazione che consente traslazioni e rotazioni mutue tra pezzo e sistema optoelettronico, durante le quali un dispositivo optoelettronico fornisce segnali indicativi della posizione dei pattini dell'HSA da controllare. Tale apparecchiatura fornisce eccellenti prestazioni metrologiche ed è in grado di fornire misure di altezza e di assetto dei pattini dell'HSA riferite ad un piano di riscontro r solidale alla base.
Nelle apparecchiature descritte nei documenti brevettuali citati in precedenza, l'assetto dei pattini è rilevato in condizione di controllo ed è influenzato dall'E-block dell'HSA, poiché è proprio l'E-block ad essere riferito al sistema di bloccaggio e riferimento.
L'assetto dei pattini dell'HSA in condizione operativa, cioè una volta che l'HSA sia stato montato nel relativo hard disk, è generalmente diverso dall'assetto in condizione di controllo, in quanto viene influenzato non solo dall'assetto dell'E-block, ma anche dall'assetto del cuscinetto, che, accoppiandosi con un'opportuna sede dell'hard disk, determina l'assetto complessivo dell'HSA in condizione operativa. Questo significa che controlli di assetto effettuati sui pattini con riferimento all'E-block non tengono conto della condizione operativa dell'HSA e possono introdurre errori. In altre parole, pattini che risultano in specifica in condizione di controllo, potrebbero avere un assetto fuori specifica in condizione operativa, e viceversa.
Scopo della presente invenzione è fornire un apparecchiatura di controllo per HSA per hard disk che superi gli svantaggi delle apparecchiature note.
Raggiungono questi e altri scopi un sistema optoelettronico ed un metodo di controllo di tipo statico secondo la rivendicazione 1 e, rispettivamente, secondo la rivendicazione 6. Il sistema optoelettronico di controllo secondo l'invenzione consente di controllare caratteristiche di assetto di parti di HSA, come per esempio il cuscinetto, che risultano essenziali per valutare con estrema precisione la disposizione dei pattini e, quindi, delle testine di lettura/scrittura.
L'invenzione verrà ora illustrata con riferimento agli allegati disegni, dati a solo scopo illustrativo e non limitativo dell'invenzione, in cui:
la figura 1 è una vista prospettica di un sistema di controllo secondo l'invenzione, con alcuni componenti omessi per semplicità;
la figura 2 è una vista prospettica di un componente del sistema di controllo di figura 1;
la figura 3 è una sezione longitudinale su un piano XZ del componente di figura 2. Un sistema di controllo optoelettronico 1 secondo l'invenzione è illustrato nelle figure 13 e comprende una base 2 alla quale è connesso un sistema di riferimento 40 per un E-block 29 di un HSA da controllare schematicamente illustrato in fig. 1, un dispositivo di bloccaggio 4 di tipo noto con un'asta 5 che reca una sfera flottante 6 destinata a bloccare l'E-Block 29 contro un supporto fisso, in particolare un'ogiva di riferimento 3, ed un dispositivo di rilevamento, per esempio di tipo optoelettronico a proiezione d'ombra, di tipo noto e per questo illustrato in modo estremamente schematico con i blocchi A, B che rappresentano rispettivamente un emettitore ed un ricevitore. Un'unità di elaborazione C è connessa al dispositivo optoelettronico, in particolare al ricevitore B, per elaborare i segnali da esso forniti.
Il sistema di riferimento 40 comprende l'ogiva di riferimento 3, un dispositivo flottante 10, una sfera 12, un elemento di spinta 13, e un piano di riferimento 27. L'ogiva di riferimento 3, che definisce un piano di riferimento XY, è connessa alla base 2 e ha forma sostanzialmente cilindrica con un foro passante longitudinale 7 che definisce una direzione Z, due aperture laterali 8, 9 e una superficie anulare di riferimento 25 per l'E-block 29 dell'HSA da controllare. L'ogiva di riferimento 3 comprende anche un'apertura inferiore 14 all'interno della quale è alloggiata e può scorrere in direzione Z la sfera 12 che è a contatto da una prima parte con l'elemento di spinta 13, per esempio un cilindro pneumatico, e da una seconda parte con il dispositivo flottante 10, che è parzialmente alloggiato e può flottare all'interno dell'ogiva 3, nel foro passante 7. Il dispositivo flottante 10 comprende un elemento flottante 11 che definisce un piano orientabile ed è serrato per mezzo di una vite non illustrata tra un elemento di appoggio 15 e un'ogiva flottante 16 che presenta una superficie di appoggio 26. L'elemento flottante 11 è opportunamente sagomato come sarà illustrato più in dettaglio in seguito e si estende prevalentemente in una direzione trasversale alla direzione Z.
L'elemento flottante 11 protrude dalle aperture laterali 8, 9 dell'ogiva 3 e comprende una prima porzione terminale 17 sagomata con due piani longitudinali convergenti 18, 19 che definiscono uno spigolo 20 in corrispondenza di una sezione longitudinale sostanzialmente mediana dell'elemento flottante 11. La porzione terminale 17 comprende anche una porzione di controllo 21, a spessore decrescente che definisce una superficie piana opportunamente inclinata 31, per esempio di meno di 10°, rispetto al piano orientabile definito dall'intero elemento flottante 11. Una porzione terminale 22 dell'elemento flottante 11, longitudinalmente opposta alla prima, comprende un'asola 23 per un perno di guida 24 connesso alla base 2.
Il sistema di controllo optoelettronico 1 consente di controllare in maniera statica gli angoli di roll e di pitch, definiti come rotazioni attorno a direzioni X e Y perpendicolari alla direzione Z, del cuscinetto di un HSA.
Il funzionamento del sistema di controllo optoelettronico 1 verrà ora illustrato nel dettaglio.
In una fase preliminare, un HSA campione 32 parzialmente visibile in figura 3 è controllato per determinare un assetto campione a cui riferire i successivi controlli di assetto sul cuscinetto degli HSA. Si noti che tipicamente un HSA campione non comprende il cuscinetto, ma è sagomato per comprendere una superficie esterna 33 che riproduce la disposizione teorica di una superficie operativa del cuscinetto, superficie operativa che definisce a sua volta l'assetto operativo dell'HSA. L'HSA campione 33 viene quindi posizionato e riferito in corrispondenza di superfici di posizionamento 34 di una prima parte, in particolare del rispettivo E-block sulla superficie di riferimento 25 dell'ogiva di riferimento 3 e bloccato in una posizione predeterminata di controllo dalla sfera flottante 6 del dispositivo di bloccaggio 4, in maniera tale che le alette dell'HSA siano disposte sostanzialmente parallele all'elemento flottante 11 in corrispondenza dello spigolo 20 e della porzione di controllo 21. Una volta bloccato l'HSA campione 32 nella posizione predeterminata di controllo, il pistone pneumatico 13 viene attuato per spingere la sfera 12 contro l'elemento di appoggio 15 del dispositivo flottante IO, che è a sua volta spinto a contatto con una seconda parte, in particolare la superficie esterna 33 dell'HSA campione 32. Quindi la superficie di appoggio 26 dell'ogiva flottante 16 si appoggia alla superficie esterna 33 dell'HSA campione 32 e ne replica l'assetto. Essendo l'elemento flottante 11 solidale all'ogiva flottante 16, anch'esso assume un assetto conseguente. Si noti quindi che nonostante l'E-block sia riferito all'ogiva di riferimento 3, l'elemento flottante 11 è a contatto con la superficie esterna 33 dell'HSA campione 32 che riproduce il cuscinetto e ne assume l'assetto indipendentemente dall'assetto dell'E-block.
Il dispositivo di rilevamento optoelettronico utilizzato è come detto di tipo noto a proiezione d'ombra e comprende un dispositivo emettitore A a raggi infrarossi (schematizzati con linea tratteggiata in figura 1 e indicati con il riferimento 28), diretti verso un dispositivo ricevitore B comprendente una pluralità di fotosensori. Una parte meccanica interposta tra l'emettitore ed il ricevitore intercetta parzialmente i raggi emessi, così che solo una parte dei raggi emessi è rilevata dal ricevitore. La quota parte di raggi emessi che sono rilevati dal ricevitore fornisce in maniera nota informazioni dimensionali sulla parte meccanica.
Il dispositivo optoelettronico utilizzato è disposto in maniera tale che i raggi 28 siano emessi sostanzialmente lungo un piano YZ perpendicolare alla direzione X e l'elemento flottante 11 sia disposto tra emettitore A e ricevitore B. L'elemento flottante 11 intercetta quindi i raggi 28 emessi dall'emettitore A e determina una zona d'ombra sul ricevitore B. In particolare, in corrispondenza di una determinata sezione trasversale, il dispositivo optoelettronico rileva uno spessore "virtuale" dell'elemento flottante 11, diverso dallo spessore reale, che corrisponde alla proiezione della sezione considerata dell'elemento flottante 11 lungo la direzione Z.
In corrispondenza di una sezione trasversale della porzione di controllo 21, lo spessore rilevato dal dispositivo optoelettronico dipende dall'inclinazione della superficie piana 31 rispetto al piano XY. Tale inclinazione dipende oltre che dalla geometria, dall'assetto dell'elemento flottante 11, che come detto in precedenza è determinato dall'angolo di roll della superficie esterna dell'HSA. Viene considerato che un valore di angolo di roll pari a zero corrisponda allo spessore dell'elemento flottante 11, rilevato in una determinata sezione trasversale della porzione di controllo 21, quando è installato l'HSA campione 32.
Si noti come sia possibile, per limitati valori dell'angolo di roll, rilevare sia variazioni positive che variazioni negative dell'angolo di roll, grazie all'inclinazione della superficie piana 31 rispetto al piano orientabile definito dall'elemento flottante 11. Se al contrario, la superficie piana 31 fosse parallela al piano orientabile, in particolare perfettamente orizzontale, rotazioni in un senso e in senso opposto darebbero entrambe un aumento dello spessore rilevato. Invece, con la superficie piana 31 opportunamente inclinata, l'entità dello spessore virtuale dipende dal senso di rotazione dell'elemento flottante 11. Solo a titolo di esempio, si noti come, rispetto alla vista di figura 2, a rotazioni dell'elemento flottante 11 attorno alla direzione X in senso orario corrisponde un aumento dello spessore virtuale (e quindi dell'angolo di roll), mentre a rotazioni in senso antiorario corrisponde una diminuzione dello spessore virtuale.
Oltre all'angolo di roll, è possibile controllare anche l'altezza e l'angolo di pitch dell'elemento flottante 11 e quindi della superficie esterna 33 dell'HSA campione 32. La proiezione sul ricevitore dello spigolo 20, che corrisponde ad un estremo superiore dello spessore dell'elemento flottante 11 in corrispondenza di una sezione trasversale considerata, è determinata dall'altezza dello spigolo 20. E' possibile assegnare un valore di riferimento all'altezza dello spigolo 20 in corrispondenza della sezione trasversale considerata. Si noti che al variare dell'angolo di roll, per limitati valori dell'angolo di roll, lo spigolo 20 in corrispondenza della sezione trasversale considerata non viene oscurato da altri punti dell'elemento flottante 11, e quindi l'estremo superiore dello spessore virtuale dell'elemento flottante 11 corrisponde alla proiezione dello spigolo 20 in corrispondenza della sezione trasversale considerata.
Per controllare l'angolo di pitch è possibile ripetere il controllo di altezza dell'elemento flottante 11 in corrispondenza di una diversa sezione trasversale comprendente lo spigolo 20, ed elaborare in maniera nota i risultati ottenuti. Come nei casi precedenti, è possibile assegnare un valore pari a zero al pitch rilevato con l'HSA campione 32.
Terminata la fase di calibrazione preliminare, è possibile passare al controllo vero e proprio e sostituire l'HSA campione 32 con un HSA da controllare.
Analogamente a quanto visto in precedenza, l'HSA viene riferito alla superficie anulare di riferimento 25 tramite opportune superfici di posizionamento dell'E-block e bloccato in una posizione predeterminata di controllo dal dispositivo di bloccaggio 4. Una volta definita la posizione di controllo dell'HSA, il pistone pneumatico 13 viene attuato per spingere il dispositivo flottante 10 a contatto con opportune superfici operative del cuscinetto dell'HSA. L'elemento flottante 11 assume quindi l'assetto delle superfici operative del cuscinetto dell'HSA, in termini di altezza e di angoli di roll e pitch, che in generale saranno diversi dal caso precedente con HSA campione 32.
In sostanza, l'altezza e gli angoli di roll e pitch del cuscinetto dell'HSA sono ottenuti, mediante elaborazioni nell'unità C dei segnali forniti dal ricevitore B, per comparazione con l'altezza e gli angoli di roll e pitch rilevati con l'HSA campione 32.
Al sistema di controllo optoelettronico 1 possono essere apportate modifiche senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione. Componenti con forma e/o
Claims (8)
- RIVENDICAZIONI 1. Sistema optoelettronico per il controllo di assetto relativo di parti di un pezzo meccanico comprendente: una base (2); un sistema di riferimento (40) connesso alla base (2), atto riferire il pezzo meccanico in una posizione predeterminata ; un dispositivo di rilevamento optoelettronico (A,B); e un'unità di elaborazione (C) atta a ricevere e ad elaborare segnali del dispositivo di rilevamento optoelettronico (A,B); detto sistema di riferimento (40) comprendendo un supporto fisso (3) che definisce un piano di riferimento (XY) ed è atto a cooperare con superfici di posizionamento (34) del pezzo meccanico e un dispositivo flottante (10) rispetto al supporto fisso (3) atto a cooperare con una superficie operativa (33) di una parte il cui assetto relativo viene controllato, detto dispositivo flottante (10) comprendendo un elemento flottante (11) che definisce un piano orientabile atto a cooperare con il dispositivo di rilevamento optoelettronico (A,B).
- 2. Sistema optoelettronico secondo la rivendicazione 1, in cui il dispositivo di rilevamento optoelettronico (A,B) è atto a fornire segnali indicativi della posizione e/o delle dimensioni di porzioni (17) di detto elemento flottante (11) e detta unità di elaborazione (C) è atta a fornire informazioni relative all'assetto di dette parti del pezzo meccanico da controllare.
- 3. Sistema optoelettronico secondo una qualunque delle rivendicazioni 1 e 2, in cui detto elemento flottante (11) comprende una porzione di controllo (21) con una superficie piana (31), inclinata rispetto a detto piano orientabile.
- 4. Sistema optoelettronico secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui detto elemento flottante (11) comprende due piani longitudinali (18,19) convergenti a formare uno spigolo (20) in corrispondenza di una sezione longitudinale sostanzialmente mediana dell'elemento flottante (11).
- 5. Sistema optoelettronico secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, nel quale il dispositivo flottante (10) comprende un'ogiva flottante (16) solidale all'elemento flottante (11) che definisce una superficie di appoggio (26) atta a cooperare con detta superficie operativa (33).
- 6. Metodo per il controllo di assetto relativo di parti di un pezzo meccanico mediante un sistema optoelettronico (A,B), comprendente i passi di: riferire una prima parte del pezzo meccanico ad un sistema di riferimento (40); bloccare il pezzo meccanico da controllare in una posizione di controllo; porre un dispositivo flottante (10) comprendente un elemento flottante (11) a contatto con una seconda parte del pezzo; e effettuare controlli di dimensioni e di posizione di parti (31,20) dell'elemento flottante (11) mediante il sistema optoelettronico (A,B).
- 7. Metodo secondo la rivendicazione 6, in cui detto pezzo meccanico da controllare è un HSA comprendente un E-block ed un cuscinetto, detta prima parte essendo l'E-block e detta seconda parte essendo il cuscinetto.
- 8. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni 6 e 7, in cui detto passo di effettuare controlli di dimensioni e di posizione di parti (31,20) dell'elemento flottante (11) comprende il passo di controllare uno spessore virtuale dell'elemento flottante (11) in corrispondenza di una sezione trasversale.
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