用来对零件进行尺寸和/或形状检验的光电子装置

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                           技术领域\n本发明涉及一种光电子装置，特别涉及一种用来对包括多个基本平面状且 相互平行的表面的零件进行尺寸和形状检验的光电子装置。\n                           背景技术\n具有复杂形状的零件例如是用于电子处理器的硬盘存储器内的零件。一种 类似的存储器包括一“硬盘”，它包括多个磁盘，所述磁盘内存储有一些位于 各扇区内的数据，各扇区设置成呈同心的磁道。磁盘以这样一种方式安装在一 旋转主轴上，即，基本上彼此相互平行且大体上彼此等距隔开。\n一用于“硬盘”的读/写器包括一用于支承读/写磁头的支承件，它包括一 定数量的薄板或翼状片，它们基本上设置在平行的平面上，每一薄板或翼状片 均支承着至少一个磁头，例如一用于对其中一个磁盘进行读/写的霍尔效应探 头。\n为了使磁头能对磁盘上的所有扇区进行读/写，用来支承读/写磁头的装置 藉助一轴承与一电动机相连，所述轴承能围绕一垂直于由各翼状片所形成的平 面的轴线旋转。\n为了保证读/写器能适当工作，用于读/写磁头的支承件的各翼状片必须是 平面状的，并且彼此相互平行且以预定间距隔开，而且必须符合非常紧的公差 限制。\n光电子装置可以用来对机械零件的尺寸和/或形状进行检验。这些装置包 括例如一光电子系统，所述光电子系统具有一光发射器和一相关的接收器，用 来产生和接收一光束，所述光电子系统位于一底座上，在所述底座上还有一用 于所述待检零件的支承件，所述支承件设置成可使光束照射在所述零件上。\n公开号为WO87/07007的国际专利申请揭示了一种根据上文提到的技术领 域的装置，用来对例如曲轴或凸轮轴之类的具有旋转对称表面的机械零件进行 非接触式的测量校验。这种装置包括：一框架；与框架相连的两个尾座，用以 提供基准面和使零件旋转；一用来对直径尺寸进行动态检验的第一光学测量器 件；以及一用来对零件的凸肩，即，垂直于零件轴线的那些表面进行检验的第 二光学测量器件。\n欧洲专利申请No.EP-A-0686829揭示了一种用来检验曲轴的装置。该装置 包括：一底座；与所述底座相连的一机头座和一尾座，用来对工件进行提供基 准面并使它旋转；以及两组具有测探头的测量头，所述测探头可伸入所述工件 内与其圆筒形表面相接触，并在曲轴围绕其纵轴旋转的同时对直径尺寸进行动 态检验。\n虽然总的来说这些装置是可靠的，但是，它们不能保证对形状复杂的零件 (例如前文提到的磁头支承件)进行检验所需的精确度，也就是说，由于对类似 零件小型化的要求不断提高，检验作业将变得更为严格和苛刻。\n                         本发明的内容\n本发明的目的在于提供一种对三维空间形状复杂的零件进行尺寸和/或形 状进行检验的装置，所述装置是可靠的，精密的且特别精确，在检验过程中， 它不会使零件变形，并且使用灵活。\n本发明的另一目的在于提供这样一种光电子装置，它特别适于对具有贴合 表面和多个基本平面状且相互平行的部件(例如用于硬盘存储器的读/写磁头 的支承件)进行尺寸和/或形状检验，并且能保证具有极佳的可靠性、精密性、 灵活性和精确性。本发明的这些目的和其它目的可由以下一种装置来实现：一 种用来对具有多个基本平面状且相互平行的表面的零件进行尺寸和/或形状检 验的光电子装置，所述光电子装置包括：一底座；一用于待检零件的锁定和提 供基准面系统；具有一光电子系统的检测装置，用来提供一些能反映待检零件 尺寸的信号；一用于纵向移动的系统，它与底座相连，并形成一纵轴，一旋转 结构，它固定于由所述纵向移动系统和由所述底座所形成的两不同构件的其中 之一，所述锁定和提供基准面系统以及光电子系统的其中之一固定于所述旋转 结构，而剩下的另一系统则固定于由所述纵向移动系统和由所述底座所形成的 两不同构件的其中之一，从而可以在所述零件和所述光电子系统之间作往复的 纵向平动和围绕所述纵轴作往复的旋转移动，光电子系统可以在所述往复的旋 转移动过程中发出一些所述信号，其特征在于，零件具有复杂的三维空间形状， 并且具有至少两个形成所述平面状表面的翼状片，所述锁定和提供基准面系统 包括用来与待检零件的贴合表面相协作的基准表面，以对零件的设置情况进行 确定，从而使所述多个平面状表面基本上位于与所述纵轴平行的各平面上，所 述光电子系统适于在所述往复旋转运动过程中提供一些能反映翼状片位置的 信号。\n本发明所能达到的主要效果之一是可以采用同一基本装置和一些藉助进 行简单快速的操作对零件稍作更换，就可以对具有不同形状和标称尺寸的零件 进行检验。\n由于用于磁头的支承件具有各种形状和标称尺寸，而且用于电子处理器工 业的部件界发展迅速，因此，所述效果是特别重要的。\n                         附图简要说明\n下面将结合附图，藉助非限制性例子，对本发明作更具体的描述。在各附 图中：\n图1是本发明一装置的立体示意图；\n图2A、图2B和图2C是三个可藉助图1所示装置来检验的不同零件的立体 示意图，其比例相对于图1的比例而言有所放大；\n图3是图1所示装置的用来锁定零件并提供基准面的系统的立体示意图， 其比例相对于图1而言有所放大，并且其中所述零件是以剖视的形式示出的；\n图4是一用来锁定所述零件并提供基准面所述零件的第二系统的立体示意 图；\n图5是图4所示用来锁定零件和提供基准面的所述第二系统的具体结构放 大图，其中所述零件的一部分是剖视的形式示出的；\n图6是一用来锁定零件并提供基准面的第三系统的立体示意图；\n图7是图6所示用来锁定零件并提供基准面图6所示零件的系统的具体结 构立体示意放大图；\n图8示意性地示出了一可藉助图1所示装置来检验的零件和用于检验作业 的基准平面；以及\n图9以图表的形式示出了一些藉助本发明装置来完成的检验作业。\n                     本发明的较佳实施例\n图1所示的装置包括一纵向移动系统3连接其上的底座1，所述纵向移动 系统包括一例如藉助螺钉固定于底座1的支承件5，它具有两个一纵向滑动件 11连接其上的导向件7和9，所述纵向滑动件11支承住一结构，更具体地说是 支承住一旋转台13。一支承件15，基本呈C形并且携带有包括一光电子测量系 统的检测装置，所述支承件15在其中心部分17例如藉助螺钉而固定于旋转台 13上，并在自由端19、21处携带有光电子测量系统的一些单元或零部件，这 将在下文中予以描述。\n一包括一第一电动机27的第一驱动系统可以使旋转台13围绕一轴线而旋 转，该轴线平行于由导向件7和9所定的方向。旋转台13朝顺时针和逆时针方 向的小幅旋转移动可以使携带有光电子测量系统的支承件15的端部19和21 在一基本垂直于旋转台13的旋转运动轴线的平面内摆动。一固定于滑动件11 上的止动块28具有两个可调螺钉26，所述螺钉的端部适于与支承件15相接触， 以对支承件的顺时针和逆时针摆动加以限制约束。一可以根据旋转台13的角 位置即光电子测量系统的角位置而提供一些信号的第一旋转传感器或编码器 29与电动机27相连。纵向滑动件11可以藉助一包括第二电动机23的第二驱 动系统而沿着导向件7和9移动。一第二旋转传感器或编码器25可以根据纵向 滑动件11相对于底座1的位置而提供一信号。电动机23和27、传感器25和 29以及光电子系统的零部件以一种未在图中示出的已知方式与一电源控制处 理和显示单元30相连。一用来对待检零件47进行锁定和提供基准面的系统31 可例如藉助螺钉固定于底座1上。所述锁定和提供基准面的系统可以具有不同 的形状和结构，例如视待检零件的尺寸和所具有的翼状片个数而定，这将在下 文中予以描述。\n作为举例，图2A、图2B和图2C示出了具有不同形状和尺寸的三个待检零 件47、33和63。这些零件是硬盘存储器的部件，更具体地说，它们是用于读/ 写磁头(或“E-块”)的支承件。每一支承件33和47均具有两个基本平的且平 行的构件或翼状片36，而支承件63则具有七个翼状片。所有的支承件都具有 通孔52，所述通孔可作为适当轴承的轴承座。支承件33与另两个支承件不同， 它可利用一插在相关轴承座52内的轴承34来进行检验。更具体地说，轴承 34(例如一种已知类型的滚珠轴承)包括可以围绕一公共轴彼此相对旋转的一外 环和一内环，所述外环与轴承座52刚性地连接。\n下面将结合图3-图8，对用于图2A、图2B和图2C中示出的三个零件的 三个不同的锁定和提供基准面的系统进行描述。\n图3示出了用来锁定47和提供基准面零件的系统31(在图1中也有示出)， 它包括一例如藉助螺钉而与底座1相连的工作台49，所述工作台上安装有一旋 转盘51，该旋转盘具有一圆筒形的对中表面81，用来插入用于读/写磁头47 的支承件的孔52内。一快速锁定装置，具体地说是一杆式垂直压紧器53，可 将压力施加于零件47(在图2A中，该零件是底朝上的)的上表面，从而可以保 持一由孔52内的一凹槽形成的环形基准平面54与旋转盘51的三个表面部分 55相接触，如图2A所示，在图3中仅示出了与两个表面部分。一与旋转盘51 相连的抗旋转块57，可以防止零件47在检验过程中意外旋转。一与工作台49 相连的基准块59包括一形成光电子测量系统的基准平面r的表面58，其功能 将在下文中、在对所述装置的工作原理进行描述的时候予以说明。一防护件61 可以保护基准块59，以免受到可能会沉积在表面58上的灰尘或其它外来异物 的侵扰，从而可以使光电子系统对基准平面r进行适当的检测。因此，锁定和 提供基准面的系统31可以藉助环形表面54和一由表面部分55形成且平行于基 准块59的表面58的基准平面之间的相互协作而对待检支承件47的位置，即对 翼状片36相对于基准平面r的角位置进行验定和固定。\n如图4和图5所示，用来锁定零件33并提供基准面的系统31′包括一例如 借助螺钉连接于底座1的工作台35，所述工作台上安装有一个对中旋转盘37， 所述旋转盘内设置有相对于图2B被翻倒过来的零件33。更具体地说，除了一 容纳在轴承34的中心孔内用来限定零件的横向位置的圆筒形构件82之外，旋 转盘37还包括三个(图5中仅示出了一个)以120°间隔设置的垂直销38，其各 端面基本上处于同一平面，以支承轴承34的环形贴合面41(图2B)。一快速锁 定装置，更具体地说是一杆式压紧器39将一垂直推力施加于零件33，从而可 以保持表面41与三个销子38相接触，并具有一由旋钮50驱动的中心32，所 述旋钮可以围绕一垂直轴旋转。中心32与轴承34的内环相接触并可以使它相 对于在孔52内固定的外环作旋转运动，用来对那些与支承件33的多个工作位 置相对应的多个相互角位置进行检验。固定于旋转盘37上的两个销子40可以 侧向地锁定各翼状片36，因此可以防止零件33在检验过程中作旋转运动。固 定于工作台35的两个基准块43和45包括表面46和48，所述两表面形成一用 于光电子测量系统基准平面r′，其作用与图3所示表面58所形成的基准平面r 的作用是相同的，这将在下文中描述。两个保护件42和44可以对基准块43 和45加以保护。\n以一种与前文所描述的锁定和提供基准面的系统31相同的方式，系统31′ 也可以藉助一相对于零件固定的表面和一由旋转盘37的表面部分(三个销子 38)55形成且平行于基准块(43和45)的表面(46和48)的基准平面之间的相互 协作，对待检零件(在这种情况中是支承件33)相对于基准平面r′的角位置进行 验明和固定。在这种情况中有所不同的是：相对于零件33固定且用来确定其 角位置的表面是容纳在孔52内的轴承34的一表面(41)。\n如图6和图7所示，用来锁定零件63并为其定位提供基准面的系统31″ 包括一基准块64，其上借助两个片簧66安装有一浮动板65。基准块64的表面 60、62和板65分别形成用于所述光电子系统的基准平面r″和r′，其基准平面 形成方式与锁定和为定位提供基准面的系统31′和31″的基准平面形成方式是 相同的。一相对于基准块64固定的旋转盘67形成一环形的、基本平面的、可 供置放零件63的表面68，以及一圆筒形表面80，该表面形成一垂直于表面60 的轴线并容纳在零件63的孔52内，零件63相对于图2C来说已被翻倒过来。 孔52具有一基本圆筒形的内表面，并具有一形成有两个如图2C所示的贴合边 缘76的偏心部72。一快速锁定装置具有两个压紧器，一个垂直压紧器69和一 个侧向压紧器71，所述两压紧器可同时由杆件73驱动，可以将零件63抵着环 形表面68向下和藉助使并保持两边缘76抵着旋转盘67的圆筒形表面80而横 向推动。侧向压紧器71可以由一杆件来替代，该杆件与旋转盘67相连，并且 绝大部分包含在其总体尺寸内，用来在零件63的内表面上产生一推力，以保 持边缘76推抵旋转盘67。固定于浮动板65的三个销子70(图7中仅示出了两 个销子)与零件63的一环形贴合面83相接触，由此可以使前述浮动板65以一 由销子70的尺寸所设定的已知距离而使其自身平行于该表面83定位。\n一固定于浮动板65的销子74与零件63内的一相关孔78啮合，可防止在 零件在接触过程中作旋转运动。锁定零件和为零件定位提供基准面的系统31″ 可对待检支承件63的位置，即可对翼状片36相对于基准平面r″和r的角位 置进行验明和固定。更具体地说，边缘76与旋转盘67的圆筒形表面80的相互 协作可以将零件63定位在这样一个位置，其中，用来容纳轴承的孔52的轴线 与圆筒形表面80的轴线相平行，并由此垂直于基准块64的表面60(基准平面 r″)。而且，正如前文所提到的，销子70的设置和尺寸可以使支承件63的那一 与所述销子70相接触的下表面与浮动板65的表面62(基准平面r)设置成 彼此相互平行。\n应予理解的是，在本文中描述和图示的三个用来对零件进行锁定和为其定 位提供基准面的系统31、31′和31″均可以以一种可互换的方式安装在底座1上。 为了便于进行该作业，有三个定位块79固定于底座1上，图1中仅示出了两个 定位块。这些定位块79可以在借助螺钉将它们连接于底座1之前对锁定零件和 为其定位提供基准面的系统31、31′和31″进行快速且准确的定位。\n系统31、31′和31″是这样一些例子，它们示出了如何提供不同的表面和基 准来准确地确定待检翼状片36的表面位置。选择这一个或另一个系统通常是 取决于待检支承件(33、47或63)的工作状况，换言之，取决于那些确定所述支 承件在其硬盘存储器内工作过程中的实际角位置的基准面。\n与在本文中图示和描述的有所不同的用于锁定零件和为其定位提供基准 面的系统，即用于具有不同于支承件33、47和63的特征的锁定并提供基准面 的系统也在本文所考虑的范围内，在本说明书中，支承件33、47和63仅仅是 一个例子。\n例如已知的投影型光电子测量系统(如图1所示)包括一红外线辐射发射器 75和一接收器，或CCD(“电荷耦合器件”)型光敏器件77。\n从根本上说，一投影装置包括一发射出光并将光朝着一接收器导引的发射 器，所述接收器具有光敏器件阵列(例如，CCD型)。一插设在发射器和接收器 之间的机械部件将光部分地遮断，并且只有光的未被遮断部分到达一接收器。 各光敏器件是经电子扫描的，并且借助适当的处理，可计算出遮断部分的尺寸 或其相对于一标称值的偏差。\n发射器75固定于支承件15的一端19，而接收器77则以这样一种方式固 定于支承件15的另一端21，即，光基本上是沿着一垂直于旋转台13的旋转轴 线的平面被导向的。\n光束是由发射器75朝着所述零件的方向发射出来的。所述零件遮断所述 光束的一部分，未被遮断的那部分光束则到达接收器77。根据投射在接收器77 上的所述零件的受照边缘的位置，可以藉助适当的电子处理技术来计算出所述 零件的尺寸，或者计算出它们相对于标称尺寸而言的偏差。\n本发明的装置可以用来对支承件33、47和63的翼状片作间距、扭曲或弯 曲的检验。\n下面将对所述装置的工作原理进行描述，为了简单起见，将仅对用于读/ 写磁头47的支承件进行描述，根据图8和图9，所述支承件具有两个翼状片36。\n在开始对零件进行检验之前，利用一标准样件使所述装置进行一校准循 环。然后，用待检验的零件47来更换所述标准样件。\n电动机23可对纵向滑动件11沿着导向件7和9的移动加以控制，一直到 编码器25发出下述信号为止：滑动件11已到达光电子测量系统在截面区域S1 所处的位置。\n通过使光电子测量系统75的各部件基本上在截面区域S1平面内摆动，电 动机27可对旋转台13的小幅顺时针和逆时针旋转运动加以控制。在这些摆动 过程中，光电子测量系统对翼状片36的下表面a、c和上表面b、d的空间位置 和基准平面r的空间位置进行检测，所述基准平面由基准块59的表面58确定， 并已在前文中结合图3和锁定并提供基准面的系统31进行了描述。检测数据 可由电源、控制、处理和显示单元30来处理，由此可为每一平面获得一回归 曲线Pa(α)、Pb(α)、Pc(α)、Pd(α)、Pr(α)，所述回归曲线能根据旋转台 13的摆动角α反映出每一平面的位置的变化。\n每一所述曲线在光束方向平行于相关平面的摆动角αmax或αmin时，均具有 一最大值(在一相对于一下平面的曲线情况下)，或一最小值(在一相对于一上平 面的曲线情况下)。因此，光电子系统与基准平面r的相互对齐，换言之，光 束方向平行于平面r时旋转台13的角位置就可由旋转台13的角αmin来确定， 处于该角度αmin时，有关于基准平面的回归曲线Pr(α)具有一最小值。处于该 角αmin时，有关于翼状片36各表面的回归曲线Pi(αmin)所获得的值，(i＝a、 b、c、d)和有关于基准平面Pr(αmin)的回归曲线所获得的值之间的差值表示所 述翼状片的各平面离开基准平面r的距离Li(i＝a、b、c、d)。由这些值可以 获得存在于各翼状片36之中的距离。\n根据本发明的装置还可以对支承件33、47和63的形状误差，以及翼状片 36的各表面相对于基准平面r的平行误差进行检测。具体地说，可以对翼状片 36各表面相对于基准平面r而言的挠曲(“弯曲”)和扭矩(“扭曲”)情况加以 检验，所述挠曲和扭转情况可以反映出分别沿着图8的平面和沿着基本上根据 光束方向的平面的平行误差。\n为了确定翼状片36的一表面相对于基准平面r的“扭转”，只要进行下 述作业就可以了：对存在于有关于表面的回归曲线具有最大/最小值(αamax、α bmin、αcmax、αdmin)时的角度和有关于基准平面r的回归曲线具有最小值αmin 时的角度之间的角度差进行计算，并将所获得的该值乘以在测量区域处的翼状 片36的标称宽度。\n因此，借助一次摆动，就可以对用来计算各翼状片36之间的间距和翼状 片36相对于基准平面的扭矩所必需的数据进行检测。\n为了计算“弯曲度”，必需在两个截然不同的横截面S1和S2处进行相同 的摆动，并计算出在所述两横截面处所获得的值Li(i＝a、b、c、d、e、f)之 间的差值。在这种情况中，在所述光电子系统于横截面S1处完成第一次摆动 之后，电动机23对滑动件11沿着导向件7和9的平动加以控制，一直到所述 滑动件到达由编码器25所监控的位置为止，其中，所述光电子测量系统是位 于完成第二次摆动的横截面S2处。\n因此，藉助使光电子系统沿着一平行于导向件7和9的纵轴完成两个完整 的摆动和平动，可以获得对于翼状片间距检验作业所必需的数据，以及各单个 翼状片相对于一基准平面而言的“扭转”和“弯曲”情况。如果采用两对发射 器-接收器，在沿着一平行于导向件7和9的方向、基本上在横截面S1和S2 处进行摆，这些检验作业甚至还可以藉助一次摆动就可以完成。\n以一种完全相同的方式，可对支承件33和63进行检验。\n关于支承件63，应予理解的是，虽然有关于弯曲度和扭矩的检验作业是相 对于平面r″进行的，但是，作为另一种方案，在例如必需对翼状片36相对于 表面83的位置进行检验的情况中，对各翼状片36之间的间距进行的检验作业 也可以相对于由浮动平面65形成的参考平面r来进行。\n一种与本文所描述的相同且只包括一对发射器75/接收器77的光电子系统 覆盖的是一有限的测量范围(常用值：20毫米)，并且不能对特别“高”的零件， 例如图2C所示的支承件63进行检验。在这种情况中，根据一种已知方法，与 支承件15相连的光电子系统可以包括例如具有部分重叠范围的两个发射器和 两个接收器，用来保证光束沿进行检验作业方向的连续性。\n通过进行简单且快速的对装置略加调整的作业，本发明的装置可以对具有 不同特征和尺寸的零件进行极其精确、可靠和正确的检验。具体地说，为了从 对一种类型的零件进行检验转变到对另一种类型的零件进行检验，只要更换用 来对零件锁定和更换提供基准面的、仅借助螺钉固定于底座的系统31、31′和 31″，和/或根据零件的尺寸，也是仅借助螺钉固定于旋转台13上、用于所述光 电子测量系统的各构件的支承件15就可以了。\n本发明的保护范围还包括一些其特征与前文所描述和图示的有所不同的 装置。例如，锁定和提供基准面的系统31、31′和31″可以包括一与各图中所示 的那些(53、39、69)基本相同的杆式垂直压紧器，它们包括一自动对中装置， 以避免在所述零件上的压紧器的推力产生不同于垂直方向的作用力。所述自动 对中装置可以是一种已知类型的装置，它包括一可容纳一球的中空件，所述球 适于与所述零件的基准表面相接触。而且，用于所述光电子测量系统的支承件 15可以刚性地固定于底座1，而用来锁定零件并提供基准面的系统(31、31′、 31″)可以固定于与纵向滑动件11相连的旋转台13，以保持如图所示的基本垂 直的设置情况。在这种情况中，光电子系统75、77的各零件相对于底座1是固 定的，而零件则可以沿纵向摆动和平动，从而能在不同的横截面处接受检验。\n作为另一种方案，旋转台13可以与底座1直接相连，而不是与滑动件11 相连，而所述光电子系统的支承件15和用来对零件进行锁定并为其定位提供 基准面的系统(31、31′、31″)与滑动件11和旋转台13相连，或反过来也是可 以的。\n本文所描述的装置还可以用来对其形状和功能与本文所描述的有所不同 的零件进行非接触式检验。