專利名稱：檢測力的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種用來檢測由一薄板施加的力的裝置，它包括一相對于參考基部靜止的鎖定部分，一靠近鎖定部分的薄弱部分，一中間部分和一承載一滑動件的自由端；包括一連接到參考基部的支承，一連接到支承的推力裝置，它適于將一參考力基本上沿推力方向施加到薄板上，帶有至少一個位置傳感器的檢測裝置以及一連接到位置傳感器的存儲、處理和控制單元，它適于根據位置傳感器的信號來檢測沿推力方向上存在于鎖定部分和滑動件之間的相互位置，根據參考力的值和沿推力方向在預定的相互位置處的推力部分的位置的值，處理待檢測的力的值。
本發明還涉及一種用來測量由薄板在預設定的彈性變形下產生的力的方法，該薄板具有一鎖定部分，它相對于參考基部靜止，一靠近鎖定部分的薄弱部分，一中間部分和一承載一滑動件的自由端，該方法包括沿一推力方向將力施加到薄板上的諸步驟，且檢測沿推力方向的一預定相互位置的出現，由于在鎖定部分和滑動件之間施加力的緣故，相互位置限定了薄板的彈性變形。
背景技術：
在由本專利申請的同一申請人提出的、以WO-A-0016056公開的國際專利申請中，為了示范的目的描述和圖示的諸實施例包括上述諸特征。
在電子處理器的硬盤存儲單元里，硬盤通常是一包括一定數量磁盤的結構，磁盤對齊在一轉動的心軸上，它們能夠存儲布置在兩側的同心磁道上諸區中的信息。
讀/寫裝置包括由支承攜帶的諸磁頭，支承能夠使所有的磁頭同時與其相應的磁盤表面配合工作。
更具體來說，每個磁頭連接到一滑動件上，滑動件又依次連接到位于懸臂端部上的萬向節。所有的懸臂在與攜帶磁頭一端相對的偶聯端處偶聯到一E形塊致動器，它包括多個往復平行的翼，通常被硬盤的磁盤數目所超過。由E塊致動器和攜帶磁頭的懸臂組成的組件常稱之為HAS(“磁頭堆疊組件”)。
在存儲單元中讀/寫操作過程中，電機造成HAS的轉動位移，HAS將磁頭移向其相關的磁盤表面，其后造成承載磁盤的心軸的軸向轉動。硬盤的轉動和攜帶磁頭的滑動件的特定形狀，確定在磁盤和滑動件之間產生空氣支承，它推動磁頭離開其相關的盤的表面。空氣支承的推力被有懸臂施加的力(“克—載荷”)所平衡，它有助于形成滑動件的飛行高度，換句話說，即在磁盤轉動的過程中，滑動件和磁盤表面之間的距離。在現今的單元中，通常的飛行高度值在25至50毫微米范圍內。
為了在硬盤上正確完成讀/寫操作，保持飛行高度在一預設定的且基本恒定的值是存儲單元一個特別重要的方面。因此，可變化的克—載荷值通常在1至5克的范圍內，其允許偏差大約為十分之幾克，克—載荷值必須以極大的注意加以檢測。
這里提及的專利申請WO-A-0016056中所描述和圖示的諸實施例預見了帶有杠桿的推力裝置，它包括平的支座表面，通過與攜帶磁頭的滑動件的接觸，支座表面與其對應的薄板相合作。杠桿在水平位移過程中，每個滑動件在其相關的支座表面上的滑動，可損壞由滑動件所攜帶的磁頭，即使涉及的力極其小，無論如何總會磨損該滑動件。
此外，這些實施例公開了非直接檢測滑動件高度值的做法，即，檢測與滑動件接觸的杠桿端部的位置。盡管這種方法一般來說是精確和可靠的，但它不能以直接的方式檢測到滑動件的實際位置，例如，有外物沉積在滑動件和杠桿支座表面的情況下，終于會提供不正確的結果。
發明內容
本發明的目的是克服會引起上述問題的各種情況。
這些或其它的目的可通過以下技術方案實現，提供一種用來檢測由一薄板施加的力的裝置，它包括一鎖定部分，其相對于參考基部靜止；一靠近鎖定部分的薄弱部分；一中間部分和一承載一滑動件的自由端；該裝置還包括-一支承，它連接到參考基部，-一推力裝置，它連接到支承，且它適于在一推力部分處，將一參考力基本上沿推力方向施加到薄板上，-帶有至少一個位置傳感器的檢測裝置，以及-一連接到所述至少一個位置傳感器的存儲、處理和控制單元，它適于根據所述至少一個位置傳感器的信號來檢測沿推力方向的、存在于鎖定部分和滑動件之間的相互位置，并根據所述參考力的值和沿推力方向在預定的相互位置處的推力部分的位置的值，處理待檢測的力的值，其中，所述至少一個位置傳感器適于與薄板的自由端協作，并提供指示滑動件沿推力方向的位置的電子信號，推力裝置適于與薄板(5)協作，而在所述預定的相互位置處不接觸所述的自由端。
還提供一種用來測量由薄板在預定的彈性變形下產生的力的方法，薄板具有一鎖定部分，其相對于參照基部靜止；一靠近鎖定部分的薄弱部分；一中間部分和一承載一滑動件的自由端；該方法包括下列諸步驟沿推力方向施加力到薄板，檢測沿推力方向的一預定的相互位置的出現，由于在鎖定部分和滑動件之間施加的力的緣故，所述相互位置限定了薄板的彈性變形，其中，所述力施加在推力部分，而一對應的可變扭矩相對于薄弱部分施加到薄板，該方法還包括下列諸步驟-造成所述扭矩的變化，-檢測在薄板的所述預設的彈性變形下的所述扭矩的值，一根據在前述步驟中估計的扭矩值以及推力部分的位置和滑動件相對于薄弱部分的位置，來計算由薄板產生的力。
按照本發明的裝置和方法提供了在前述國際專利申請WO-A-0016056中描述和圖示的裝置的優點，例如，就實現同時檢測多個固定于一單一E形塊的薄板的結構來說，本發明能夠實現與之相同的應用。
附圖的簡要說明本發明現參考附圖，借助非限制性的實例進行更為詳細的描述，其中
圖1是根據本發明第一優選實施例的一裝置的示意性側視圖；圖2是示出圖1中裝置的某些細節的俯視圖；圖3是根據本發明的一不同的實施例的一裝置的示意性側視圖，該裝置用來同時檢測多個部件，圖4是根據本發明第三優選實施例的一裝置的示意性側視圖；圖5是根據本發明第四優選實施例的一裝置的示意性側視圖；圖6是示出圖5中裝置的某些細節的俯視圖；具體實施方式
圖1和2以示意的方式示出了一彈性元件1，例如，已知類型的HGA(“磁頭萬向節組件”)，它連接到參考基部2，且包括一呈現為薄板5的懸臂，薄板具有一帶有滑動件3的自由端6。滑動件3攜帶一磁頭，借助于一萬向節滑動件連接到薄板5。為了簡明起見，磁頭和萬向節未在附圖中示出。此外，薄板5具有一連接到基部2的參考表面8上的鎖定部分7，薄板5的一薄弱部分9以及一中間部分4。
一連接到參考基部2的支承10攜帶一推力裝置，該裝置具有一設置在管狀元件12的端部的氣動噴嘴27，噴嘴連接到一標號為11的氣動回路，該回路包括熟知的部件，如管道和節流元件。對于這些部件，為了簡明起見，圖1只示出壓縮空氣源13以及帶有一壓力調節器的控制裝置14，以用來控制由源13提供的空氣動力。
支承10和管狀元件12以這樣的方式設置在如圖1所示的工作狀態下，噴嘴27在中間部分4的推力部分K＝K0處面對薄板5。更具體來說，噴嘴27應這樣定向，即，沿推力方向Z，在與所述推力部分K0對應的位置處，對薄板5施加一力。
檢測裝置包括一位置傳感器，在圖1中以示意性方式示出并以標號30加以標識，該裝置連接到參考基部2并產生電信號，電信號指示滑動件3相對于元件1連接于其上的參考表面8的、沿垂直推力方向Z上的位置。利用一光電測量系統，例如，已知的帶有發射紅外線的裝置和CCD型光探測器的陰影投射型的測量系統，就可實現傳感器裝置30，上述測量系統類似于本專利申請的申請人提交的國際專利申請WO-A-9924785中所公開的測量系統。
一存儲、處理和控制單元40連接至壓縮空氣源13、壓力調節器14和位置傳感器30。
如圖1和2所示的裝置能計算薄板5在預設定的彈性變形下、換句話說是在沿推力方向Z上的介于滑動件3和薄板5的鎖定部分7之間的預定的高度差下，HGA1施加的力值(“克—載荷”)GL，在該處發生活動件3的飛行高度ZF，該高度差是根據位置傳感器30的信號檢測得到。
下面是利用圖1和2所示的裝置的檢測方法。
在實施檢測操作之前，有將薄板5保持在退縮位置的可挪動的支座。為進一步移動支座(圖中未示出)，管狀元件12的表面和薄板5在推力部分K0處接觸。單元40控制由源13產生的壓縮空氣流，通過操作壓力調節器14控制供應的空氣的壓力P。
從噴嘴27出來的空氣流產生一沿推力方向Z的、作用在薄板5上的力R＝RP。對應于不同的壓力P值的力RP值在單元40中儲存和/或處理，其將在下文中詳細描述。在薄板5上，力RP形成一扭矩M＝RP*X0，其中，X0為扭矩的杠桿臂，其值等于部分K0離薄弱部分9的距離X，薄板5繞薄弱部分9實現基本上有限的角位移。扭矩M唯一地由薄弱部分9的彈性反力所平衡，薄弱部分9產生的扭矩Mre＝M，對此，薄板5對應一相關的布置，具體來說，即滑動件3的高度值z。
這里所述的薄板5的平衡條件也可用下列方式實現用一作用于滑動件3的推力Gz代替作用于部分K0的力RP，作用點離薄弱部分9的距離為L，薄弱部分9對薄板5產生一扭矩GZ*L＝RP*X0＝M(1)單元40將控制信號送到壓力控制器14，以造成壓力P的受控制的增量，由此，增加施加到薄板5上的力RP和扭矩M的值。為了時刻提供薄板5的平衡條件，對每一個RP值，必須為平衡扭矩M獲得薄弱部分9的彈性變形的不同值。在實踐中，由于RP的變化和由此引起的薄板5的暫時不平衡，薄板5的位置和滑動件3的高度都在變化，直至到達與恢復平衡所需的扭矩Mre對應的位置。
滑動件3沿方向Z相對于參考基部2的參考表面8的位置由位置傳感器30檢測，傳感器將指示這樣位置的電信號送到單元40。在單元40中，這些信號與那些受控壓力P的信號一起被處理，以產生并存儲成對的P和Z值，它們對應于薄板5的不同的平衡布置。這些處理可以下文中不再說明的已知方式(為簡單起見)考慮在單元40的標定階段中產生的偏移值。
隨著壓力P的變化，檢測由傳感器30送出的信號，在單元40內，識別出超過對應于滑動件3的預定的飛行高度ZF值，其結果，由單元40向源13送出一信號，以控制停止壓縮空氣的流動。
對順序的、成對存儲的P和Z值進行處理，具體來說，即為已知類型的插入法運算，它能確定出對于在一特定區域內以基本上連續的方式變化的Z值的對應P值。
因此，如上所述，P值能夠確立施加到薄板5上的對應的力值RP。具體來說，在裝置的安裝階段，通過利用已知的安裝裝置，例如高精度平衡儀，可以確定介于壓力值P和其后施加到薄板5上的力值RP之間的相關性。這種對應性，例如，以表格的形式儲存在單元40中。為了在壓力P和力RP之間獲得更為精確的對應性，通過使用具有幾何和制造特征的薄板進行安裝操作，這些特征與其后經受檢測的薄板5的特征一致。應該認識到，薄板5離噴嘴27的距離的細小變化，這種變化發生在檢測的過程中(通常在0.2-0.3mm的范圍內)，它不顯著影響空氣壓力和施加力之間的對應性。
因此，在飛行高度為ZF時，可以識別壓力值PF和施加力的值RPF，并根據(1)式，求得所要求的值GL＝(RPF*X0)/L＝MF/L (2)其中MF是在ZF時施加的扭矩值。
從上述的描述中，可以清楚地看到檢測操作如何以簡單和完全自動的方式進行。還清楚地看到具有合適設計的根據本發明的一裝置如何以極靈活的方式被用來檢測不同類型的片，這些片具有不同的尺寸，不需要進行復雜的安裝操作來機械地限定進行克—載荷檢測的飛行高度ZF事實上，通過位置傳感器30的檢測和在單元40內的其后的處理，飛行高度ZF是用動態方式獲得。
應該認識到，取決于薄板5本身的特定的形狀的薄板5的不同部件的不同剛度特征，或薄弱部分9的位置的可能變化，或薄板5相對于由(1)所定義的理論特性的薄板5的變形的其它差異，實際上可以被認為忽略。然而，如果要求有一個特別高的精度標準，顯然可以將其考慮進去，通過實施明顯更為復雜的處理過程(其落入本發明的范圍內)，來獲得克—載荷值。
該裝置的特別靈活和簡明的結構，除了其它許多特征之外，還能在更復雜的系統中模塊化。
例如，圖3示出一種裝置，它能同時檢測連接在單一E形塊70上的所有HGA對71和71’的克—載荷值，以及沿兩個相對方向施加推力。
圖3的裝置在概念上類似于圖1所示的裝置，它包括一支承50，多個管狀元件52連接到該支承，每個管狀元件包括兩個相對排列且連接到氣動回路51的氣動噴嘴57和57’。
該操作基本上與圖1和2所述的操作相同，唯一的差別在于，在來自于回路51的壓縮空氣的單一流動過程中，在控制供應的空氣的壓力P并從一位置傳感器80(舉例為光電型)接受電信號的單元40里，有相對于所有HGA71和71’檢測和存儲的P值和所有高度Z71和Z71’的值，并對檢測相關的克—載荷值發生基本上同時的處理過程。
顯然，類似于圖3所示的一裝置通過對氣動回路51的管道作適當的和方便的修改、可以對連接在E形塊上的各HGA71和71’依次檢測其克—載荷，或在兩個不同的時刻，例如，薄板71定向在同一方向和薄板71’定向在相反的方向，或者，成對的薄板71和71’互相不鄰近。這后一可能性在下列的情形中是有利的，由于小尺寸或待檢測的待定的HGA的無論怎樣的幾何特征，連接到E形塊上的同樣翼上的相對排列的薄板71和71’，在它們經受同時且相對導向的空氣推力時，它們另有相互之間往復接觸的風險。
應該認識到，待檢測的諸片和該裝置的各部件以極其示意的方式在圖中示出，其中的尺寸和形狀并不精確地對應實物。例如，存在于噴嘴27、57和57’和薄板5、71和71’的表面之間的距離，就尺寸來說，是明顯地被夸大了，其目的在簡化并使本發明的某些主要特征更加明顯。
根據本發明的裝置也可包括不同于圖1、2和3以示意的方式所述和所示的制造方面，具體來說，就推力裝置而論，它可包括機械部件，例如，它們類似于每個待檢測的薄板所用的第一級杠桿，該杠桿在部分K0處具有一與中間部分4接觸的端部，以及對相對端部施加一控制的和變化的推力的合適裝置(氣動的、機械的或其它類型)。
根據本發明的另外的可能性預見到在部分K0處，施加一恒定力Rc(例如，以恒定壓力Pc鼓吹空氣)，以估計滑動件3其后的位移和達到的高度Zc，并通過考慮到薄板5剛度特征的處理過程，確定為達到高度ZF所需的力RP的值RPF，以便以后借助于前述的式(2)計算克—載荷值。
根據另一可能性，不是對中間部分4施加力RP，而施加于自由端6或實際的滑動件3。在此后一種情形中，X0＝L，且克—載荷GL的值，通過檢測力RF而立刻得到。
此外，根據本發明的裝置可包括一已知類型的機械裝置，不管待檢測的薄板5的幾何的和制造的特征如何變化，它用來調整部分K0的位置X0。
圖4、5和6以極其示意的方式示出根據本發明其它實施例的裝置。在這樣的實施例中，彈性元件1以基本上與上述參照圖1實施例所示的方式相同的方式也連接到參考基部2上。
圖4、5和6中的裝置包括一承載一臂形支架16的支承框15，支架沿一調整方向X可移動，支承框包括帶有一推力裝置的支承滑動件17。
圖4和5中的驅動電機22和以標號23標識的導向裝置，分別形成和引導框架15上的支承滑動件17沿方向X的平移。
除了如圖1中的位置傳感器30，檢測裝置包括另一個連接在支承框15上的位置傳感器35，它產生指示臂形支架16相對于框架15、沿可調整方向X上的位置的電信號。利用一已知類型的光電線性傳感器(“編碼器”)可實現傳感器裝置35。作為一種替換方案，它可借助于一與電機22相連的旋轉編碼器而得以實現，該方案是根據前述的國際專利申請WO-A-9924785所示的本身已知的布置。
驅動電機22和另一位置傳感器35，以及傳感器30均連接到存儲、處理和控制單元40。
其上連接有彈性元件1的參考基部2和支承臂形支架16的支承框15連接到一公共的床身上，在圖4和5中示意性地表示該床身并用參考字母S加以標識，當裝置在運行中，能以一種已知的方式(本文未加以描述)固定基部2和框架15之間的相互位置。
在圖4所示的裝置中，由滑動件17所承載的推力裝置包括一氣動噴嘴28，例如，它設置在管形元件29的端部上，管形元件與剛性固定在滑動件17上的一臂25的端部相連接。氣動噴嘴28以一種已知的方式(這里未示出)連接到一氣動回路中，后者又連接到存儲、處理和控制單元40，上述氣動回路具有一壓縮空氣源和合適的管道和節流元件(亦為已知的且未示出)，它們確定由噴嘴28輸出的空氣動力是恒定的。
圖4中的裝置的操作說明如下。
支承框15和基部2之間的相互位置的限定，例如，可借助于機械的精度基準。在實施檢測操作之前，有保持薄板5處于退縮位置的可挪動的支座。為進一步移動所述支座(圖中未示出)，管狀元件29的表面和薄板5在推力部分K處接觸。單元40控制具有恒定壓力、來自于噴嘴28的壓縮空氣的供應，在推力部分K處造成施加在薄板5的中間部分4上基本上恒定的力R＝R0。
力R0在薄板5上產生一扭矩M＝R0*XK，其中XK為扭矩的杠桿臂，它是部分K離薄弱部分9的距離值X，薄板5繞薄弱部分完成基本上限制的角位移。扭矩M唯一被薄弱部分9的彈性反力所平衡，薄弱部分9產生一扭矩Mre＝M，對此，薄板5對應一相關的布置，具體來說，即為滑動件3的高度值Z。
如上所述，結合圖1的實施例，這里所述的薄板5的平衡條件也可以這樣的方式實現用一作用于滑動件3上的推力G2替代作用于部分K上的力R0，作用點離薄弱部分9的距離為L，推力在薄板5上產生一扭矩。
GZ*L＝R0*XK＝M (3)單元40將控制信號送到驅動電機22，以造成支承滑動件17相對于框15沿方向X由裝置23引導的平移。在平移的過程中，通過順次操作薄板5的不同部分K，噴嘴28的位置沿方向X變化，因此，變換推力部分和薄弱部分9之間的距離XK。為了時刻提供薄板5的平衡條件，對每一個RX值，必須為平衡扭矩M獲得薄弱部分9的彈性變形的不同值。在實踐中，XK(在一不同的部分K處接觸)的進一步變化，其結果薄板5暫時不平衡，薄板5的位置和滑動件3的高度(具體來說)變化，直至到達與恢復平衡所需的扭矩Mre對應的位置。應該指出的是，如參照圖1所述的，薄板5的表面離噴嘴28的距離經受由薄板5的暫時不平衡引起的變化。然而，這樣的變化是最小的(通常在0.2-0.3mm范圍內)，且基本上可忽略，并且不顯著影響力R0的值的恒定性。
在框15上的支承滑動件17沿方向X相對于參考基部2的參考表面8的位置分別由位置傳感器35和30檢測，傳感器將指示這樣位置的電信號送到單元40。在單元40中，這些信號被處理，以產生并存儲成對的XK和Z值，它們對應于薄板5的不同的平衡布置。這些處理可以下文中不再說明的已知方式(為簡單起見)考慮在單元40的標定階段中產生的偏移值。
在支承滑動件17的平移過程中，檢測由傳感器30送出的信號，在單元40內，識別出超過對應于滑動件3的預定的飛行高度ZF值，其結果，由單元40向電機22送出一信號，以控制停止支承滑動件17的平移。
對順序的、成對存儲的XK和Z值進行處理，具體來說，即為已知類型的插入法運算，它能確定出對于在一特定區域內以基本上連續的方式變化的Z值的對應XK值。
確定在飛行高度ZF處的XK的值XPF，并根據式(3)計算，所要求的力值為GL＝(R0*XPF)/L＝MF/L (4)其中，MF是施加在ZF處的扭矩的值。
實質上，按照上述兩個方程(2)和(4)，力GL的值由可變扭矩MF和一常數之比求得，該可變扭矩是在飛行高度ZF時施加到薄板5上的扭矩，常數是滑動件3和薄弱部分9之間的距離L。按照圖1的裝置，扭矩和相應的矩M的變化是由壓力P的變化引起，因此引起力RP的變化，而杠桿臂X0是恒定的(見方程(1))。在圖4的裝置中，施加的力R0是恒定的，而扭矩的杠桿臂XK是變化的，因此，對應的矩M發生變化(見方程(3))。
換句話說，在前一種情形中(圖1)，通過確定力RF的特定值，即對應的壓力值PF，可獲得克—載荷值GL，而在后一種情形中(圖4)，通過檢測施加的扭矩的杠桿臂的合適的值XPF，即對應的滑動件17的位置，獲得克—載荷值GL。
圖5和6所示的裝置包括一不同的推力裝置，借助方程(4)允許獲得克—載荷值GL。這樣的推力裝置包括一杠桿18和一支點19，例如，在杠桿18和支承滑動件17之間設置一球軸承，支點19形成相互轉動的軸線A。杠桿18的一端20形成一支承面21，例如，具有圓柱形的支承面，支承面在推力部分K接觸元件1的中間部分4。
在圖5中用參考字母B標識的杠桿18的重心，位于離支點19的軸線A沿方向X上一距離dB。。因此，杠桿18承受一不平衡扭矩CS＝GB*dB，其中GB是杠桿的重量。
當杠桿18相對于滑動件17發生一有限的整體傾斜，即，能忽略重心B的位置相對于支點19的沿方向X的位移的變化時，值CS仍保持基本不變。
如上所述，圖5和6所示裝置，除了施加恒定力Ro方式的不同，其操作類似于圖4的裝置。更具體來說，在進行檢測操作之前，有將薄板5和杠桿18分別保持在退縮位置的可挪動的支座。為進一步移動所述支座(圖中未示出)，支承表面21和薄板5在推力部分K接觸，且薄板5和杠桿18沿推力方向Z相互施加力。更具體來說，不平衡扭矩CS產生一基本上恒定的力，杠桿18的端部20將該力施加到薄板5(在圖5所示的示意圖中從底部向上)，其值為Ro＝CS/dE，其中dE是介于支點19的軸線A和表面21之間(即，推力部分K)的、沿方向X的基本恒定的距離。如參照圖4中所述，力Ro在薄板5上產生一扭矩M＝Ro*xk。扭矩M唯一地由薄弱部分9的彈性反力所平衡，薄弱部分9產生的扭矩Mre＝M，對此，薄板5對應一相關的位置，具體來說，即滑動件3的高度值Z。
當單元40向驅動電機22發出控制信號，以造成支承滑動件17相對于框架15的平移時，支承表面21在薄板5的表面上滑動，通過順次在薄板的不同部分K上的操作，因此，變換介于推力部分和薄弱部分9之間的距離xk。進一步形成xk的變化(在不同部分K接觸)，其結果，薄板5暫時不平衡，薄板5的位置和滑動件3的高度(具體來說)都在變化，直至到達與恢復平衡所需的扭矩Mre對應的位置。
在圖5的裝置中，分別用位置傳感器35和30檢測框架15上的支承滑動件17相對于參考基部2的參考表面8的沿方向X上的位置和滑動件3相對于參考基部2的參考表面8的沿方向Z的位置，兩傳感器向單元40發送表示這些位置的信號。在單元40中，這些信號被處理，以產生和存儲成對的值xk和z，它們對應于包括杠桿18和薄板5的系統的各種平衡布置。
由傳感器30發送出的信號被檢測，在支承滑動件17的平移過程中，在單元40中，識別出超過對應于滑動件3的預定的飛行高度ZF的值，其結果，由單元40向電機22送出一信號，以控制停止支承滑動件17的平移。
在進行一種已知類型的插入法運算之后，確定出在飛行高度zF時的值xkd的值xpF，并應用方程(4)計算出所要求的力值GL。
圖5和6中的裝置的合適設計僅包括對下列值的合適選擇GB(杠桿18的重量)，dB(重心B相對于支點19的位置)以及xk的變化范圍，對此范圍對應有一高度值z的范圍，該高度包括待識別的預定飛行高度zF。就此而論，對應于這里業已描述過的裝置的一種變型可以預見當值xk對應于其預先固定的變化范圍的一限值時，停止滑動件17的平移可以得到控制。
需適當強調的是，在裝置正常操作過程中，杠桿18繞軸線A的角位置在一極其限制的范圍內變化(通常為幾度)，這樣的范圍可以認為由杠桿18所施加的不平衡扭矩Cs和力Ro基本上是恒定的(如前所述)，并且，除沿方向Z的力之外，可忽略由薄板5施加到臂18的力的分量。
圖4、5和6所示的裝置，除了其它許多特征之外，還能在更復雜的系統中模塊化組成，基本上對應于圖3中的結構，或者如前述的以專利號W0-A-0016056公開的國際專利申請中所揭示的結構，例如，對于同時檢測來說，結構具有攜帶多個推力裝置的滑動件的單一平移，具有連接到一單一的E形塊的所有HGA的克—載荷值的單一平移。
此外，根據本發明的其它裝置可包括不同于業已描述和示意性圖示的裝置的制造的諸方面，例如，相對于圖5和6所示的實施例，就支承表面21而言，它可以具有球面形或其它形狀，或就相對于彈性元件1的杠桿18的結構來說。特別關于這后一方面，一可能的替代方案可以預見，杠桿相對于已圖示的可布置成90°，這樣，框架15上的滑動件17沿圖1中所示的方向X平移，但由支點19限定的軸線A基本上與同一平移方向X平行。
這里所述的裝置在使用中特別靈活，且可以成為更為復雜系統的一部分，在該系統中，在同一片上檢測E形塊和/或HGA的不同特征，例如，一合適定位的HAS。
根據本發明的一裝置和方法也可被用來檢測不同于HGA的諸片，然后，它們包括至少一要求檢測其推力的彈性元件。
權利要求
1.一種用來檢測由一薄板(5；71，71’)施加的力(GZ，GL)的裝置，它包括一鎖定部分(7)，其相對于參考基部(2)靜止；一靠近鎖定部分的薄弱部分(9)；一中間部分(4)和一承載一滑動件(3)的自由端(6)；該裝置還包括-一支承(10；50；17)，它連接到參考基部(2)，-一推力裝置(27；57，57’；28；18，21)，它連接到支承(10；50；17)，且它適于在一推力部分(K)處，將一參考力(R)基本上沿推力方向(Z)施加到薄板(5；71，71’)上，-帶有至少一個位置傳感器(30；80)的檢測裝置，以及-一連接到所述至少一個位置傳感器(30；80)的存儲、處理和控制單元(40)，它適于根據所述至少一個位置傳感器(30；80)的信號來檢測沿推力方向(Z)的、存在于鎖定部分(7)和滑動件(3)之間的相互位置(Z)，并根據所述參考力(R)的值和沿推力方向(Z)在預定的相互位置(ZF)處的推力部分(K)的位置(X)的值，處理待檢測的力的值(GL)，其特征在于，所述至少一個位置傳感器(30；80)適于與薄板(5；71，71’)的自由端(6)協作，并提供指示滑動件(3)沿推力方向(Z)的位置的電子信號，推力裝置(27；57，57’；28；18，21)適于與薄板(5)協作，而在所述預定的相互位置(ZF)處不接觸所述的自由端(6)。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述參考力(R)施加一扭矩到薄板(5；71，71’)，所述扭矩的杠桿臂是所述推力部分(K)和所述薄弱部分(9)之間的距離(X)，存儲、處理和控制單元(40)適于根據以下公式處理一力的值(GL)GL＝MF/L其中MF是沿推力方向(Z)在所述預定的相互位置(ZF)處的所述扭矩的值。
3.如權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，推力部分(K)包括在薄板(5；71，71’)的中間部分(4)內。
4.如權利要求3所述的裝置，其特征在于，存儲、處理和控制單元(40)適于根據滑動件(3)的薄弱部分(9)離推力部分(K)的距離(L，X)，獲得一待檢測的力的值(GL)。
5.如上述權利要求之一所述的裝置，其特征在于，所述推力部分(K)的位置(X)，相對于薄板(5；71，71’)的薄弱部分(9)是固定的(X0)，且推力裝置(27；57，57’)適于改變施加到薄板(5；71，71’)的參考力(RP)，存儲、處理和控制單元(40)適于檢測在所述預定的相互位置(ZF)處的參考力(RP)的值(RPF)。
6.如權利要求5所述的裝置，其特征在于，推力裝置包括一剛性地連接到支承(10；50)上的、在所述推力部分(K0)處靠近薄板(5；71，71’)布置的氣動噴嘴(27；57，57’)，以對薄板(5；71，71’)施加所述參考力(RP)。
7.如權利要求6所述的裝置，其特征在于，推力裝置包括一連接到所述噴嘴(27；57，57’)的、并包括一壓縮空氣源(13)和一用來控制由源提供的空氣的壓力(P)的裝置(14)的氣動回路(11；51)。
8.如權利要求7所述的裝置，其特征在于，存儲、處理和控制單元(40)連接到壓力控制裝置(14)，以檢測沿推力方向(Z)對應于滑動件(3)的不同位置的壓力值(P)，并適于根據儲存數據識別所述參考力(RP)的對應值。
9.如權利要求1至4中任何一個所述的裝置，其特征在于，所述支承(17)相對于參考基底(2)可移動，且所述檢測裝置包括另一適于提供指示沿調節方向(X)的推力部分(K)的位置(X)的電信號的位置傳感器(35)，且推力裝置(28；18，21)適于施加作為一恒定參考力(R0)的所述參考力(R)至薄板(5)，存儲、處理和控制單元(40)適于檢測在所述預定的相互位置(ZF)處的、介于推力部分(K)和薄弱部分(9)之間的距離值(XPF)。
10.如權利要求9所述的裝置，其特征在于，推力方向(Z)基本上是垂直的，且調節方向(X)基本上是水平的。
11.如權利要求9或10所述的裝置，其特征在于，推力裝置包括一剛性地連接到支承(17)的、在所述推力部分(K)處布置在薄板(5)的中間部分(4)附近的氣動噴嘴(28)，用來施加所述基本上恒定的參考力(R0)到薄板(5)。
12.如權利要求9或10所述的裝置，其特征在于，推力裝置包括一借助于支點(19)連接到支承(17)的杠桿(18)，支點形成一相互轉動的軸線(A)，杠桿帶有一支承表面(21)用來在所述推力部分(K)處接觸薄板(5)，形成一不平衡扭矩(Cs)的杠桿用來推進支承表面(21)朝向待檢測薄板(5)，以施加所述基本上恒定的參考力(R0)
13.如權利要求12所述的裝置，其特征在于，所述杠桿(18)的重心(B)位于沿水平方向(X)、離由支點(19)限定的相互轉動的軸線(A)為一預設的距離，該距離不等于零，所述不平衡扭矩(Cs)由杠桿(18)的重量(GB)產生。
14.如權利要求13所述的裝置，其特征在于，杠桿(18)的支承表面(21)具有一基本的圓柱形。
15.如權利要求9至14中任何一個所述的裝置，其特征在于，還包括一連接到支承(17)的驅動電機(22)，它適于造成支承(17)相對于基部(2)沿一調整方向(X)的所述平移。
16.如權利要求15所述的裝置，其特征在于，存儲、處理和控制單元(40)連接到驅動電機(22)，用來控制支承(17)相對于基部(2)的所述平移的啟動和停止。
17.如前述權利要求中任何一個所述的裝置，其特征在于，所述至少一個位置傳感器(30)包括一光電測量系統。
18.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，推力裝置(27；57，57’；28；18，21)適于施加一恒定的參考力(R)到薄板(5；71，71’)，存儲、處理和控制單元(40)適于處理所述恒定參考力(R)的值和沿推力方向(Z)檢測到的所述相互位置的值，以獲得為達到介于鎖定部分(7)和滑動件(3)之間的所述預定相互位置(zF)所需的力值(RF)。
19.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，為了檢測由連接到一單一元件(70)上的多個薄板(71，71’)所施加的力(Gz，GL)，該裝置包括多個連接到支承(50)上的推力裝置(57，57’)，且適于對在單一推力部分(Ko)處的所述多數薄板(71，71’)施加參考力(R)，位置傳感器(80)適于提供指示所述多數薄板(71，71’)的所有滑動件(3)的位置的電信號。
20.如權利要求19所述的裝置，其特征在于，推力裝置包括剛性連接到支承(50)、在所述推力部分(Ko)處的薄板(71，71’)的中間部分(4)附近布置的氣動噴嘴(57，57’)，用來施加所述參考力(R)到薄板(71，71’)，且一連接到所述噴嘴(57，57’)的氣動回路(51)帶有一壓縮空氣源(13)和用來控制由源提供的空氣壓力的裝置(14)。
21.一種用來測量由薄板(5；71，71’)在預定的彈性變形下產生的力(Gz，GL)的方法，薄板(5；71，71’)具有一鎖定部分(7)，其相對于參照基部(2)靜止；一靠近鎖定部分的薄弱部分(9)；一中間部分(4)和一承載一滑動件(3)的自由端(6)；該方法包括下列諸步驟沿推力方向(Z)施加力(R)到薄板(5；71，71’)，檢測沿推力方向(Z)的一預定的相互位置(zF)的出現，由于在鎖定部分(7)和滑動件(3)之間施加的力(R)的緣故，所述相互位置限定了薄板的彈性變形，其特征在于，所述力(R)施加在推力部分(K)，而一對應的可變扭矩(M)相對于薄弱部分(9)施加到薄板(5；71，71’)，該方法還包括下列諸步驟-造成所述扭矩(M)的變化，-檢測在薄板(5；71，71’)的所述預設的彈性變形下的所述扭矩的值(MF)，一根據在前述步驟中估計的扭矩值(MF)以及推力部分(K)的位置和滑動件(3)相對于薄弱部分(9)的位置，來計算由薄板(5；71，71’)產生的力(GL)。
22.如權利要求21所述的方法，其特征在于，計算由薄板(5；71，71’)產生的力(GL)的步驟包括進行下列的計算GL＝MF/L該計算對應于薄板(5；71，71’)的平衡布置，其中，L表示滑動件(3)和薄弱部分(9)之間的距離。
23.如權利要求21或22所述的方法，為了借助于如權利要求8所述的裝置測量一力(Gz，GL)，其特征在于，所述扭矩值的變化是由供應的空氣的壓力(P)的增加而造成，該方法還包括下列步驟-根據由所述至少一個傳感器(30)提供給存儲、處理和控制單元(40)的、隨參考力(Rp)變化的信號，修正和存儲沿推力方向(Z)、相對于滑動件(3)的位置的成對的值(z，P)，以及由源(13)提供的空氣的壓力的相對值(P)，-為了獲得相對于那些修正值的中間位置處的另外的成對的值，用插入法處理所述成對的值(z，P)，-估計壓力(P)的值(PF)，對此壓力，相應有在薄板(5；71，71’)的預設的彈性變形下的滑動件(3)的位置，以及-檢測對應于在前述步驟中檢測的壓力(P)的值(PF)的參考力(Rp)的值(RPF)。
24. 如權利要求21或22所述的方法，為了借助于如權利要求9至16中任何一個所述的裝置來測量一力(Gz，GL)，其特征在于，所述沿推力方向(Z)、介于鎖定部分(7)和滑動件(3)之間的相互位置形成彈性變形，該方法包括下列步驟-使推力裝置(28；18，21)與在推力部分(K)處的薄板(5)的中間部分(4)協作，-造成支承(17)相對于基部(2)、沿調整方向(X)的位移，以及其后所述推力部分(K)相對于薄板(5)的薄弱部分的位移，-根據由所述至少一個位置傳感器(30)提供的信號，檢測沿對應于薄板(5)的預設的彈性變形的推力方向(Z)的滑動件(3)的位置(zF)，-根據由所述另一個位置傳感器(35)發送的信號，估計沿調整方向(X)的所述推力部分(K)相對于薄弱部分(9)的位置(xPF)，在薄弱部分對應于前述步驟中檢測的滑動件(3)的位置，以及-根據在前述步驟中估計的位置(xPF)，計算由薄板(5)產生的力(GL)。
25.如權利要求24所述的方法，其特征在于，還包括下列步驟-根據由所述位置傳感器(30，35)發送給存儲、處理和控制單元(40)的、在支承(17)的平移過程中的信號，修正和存儲成對的值(z，xk)，它們分別對應于沿推力方向(Z)和調整方向(X)的滑動件(3)的位置和推力部分(K)的位置，以及-為了獲得相對于那些修正值的中間位置處的另外的成對的值，用插入法處理所述成對的值(z，xk)，檢測薄板(5)的預設定的彈性變形與其對應的滑動件(3)的位置的步驟包括檢測包括在修正的和存儲的位置值(z)內的所述位置(zF)。
全文摘要
一種用來測量由承受預定的彈性變形的彈性柔軟元件(5；71，71’)施加的力(GL)的裝置和方法，更具體來說，一攜帶滑動件(3)并包括對柔軟元件施加一力的推力裝置的元件。推力裝置例如包括一在推力部分(K)處對薄板的中間部分(4)施加一力(R)的氣動噴嘴(27；57，57’；28)。一位置傳感器(30；80)檢測指示柔軟元件的變形的滑動件的高度(z)。當滑動件的高度(ZL)指示柔軟元件的預設定的彈性變形時，所施加的扭矩值(MF)被用來根據公式GL＝MF/L計算待測量的力，式中L是滑動件離薄弱部分的距離。
文檔編號G01N13/10GK1441897SQ01812753
公開日2003年9月10日 申請日期2001年7月6日 優先權日2000年7月14日
發明者R·奇普里亞尼 申請人:阿齊翁尼馬坡斯公司