автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.05, диссертация на тему:Исследование и разработка аппаратуры и методов бесконтактных динамических измерений для производства жестких магнитных дисков ЭВМ

ПЕНЗЕНСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

АНАНЬЕВ Владимир Петрович

УДК 681.84.083:321.317

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА АППАРАТУРЫ И МЕТОДОВ БЕСКОНТАКТНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЖЕСТКИХ МАГНИТНЫХ ДИСКОВ ЭВМ

Специальность 05.1 1.05 — «Приборы и методы измерения электрических и магнитных величин»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ПЕНЗА 1992

Работа выполнена в Казанском научно-исследовательском технологическом институте вычислительной техники.

Научный руководитель — доктор технических наук, профессор В. В. Скворцов.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор В. Д. Ми-хотин; кандидат технических наук В. М. Кастеров.

Ведущее предприятие: ПНИ ВТ (г. Пенза).

специализированного совета К063.18.01 в Пензенском политехническом институте по адресу: 440017, г.-Пенза, ул. Красная, 40.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ПГ1И.

Защита состоится

199 2г.. на заседании

Автореферат разослан « » ЦЬОЛ^

199 2Г.

Ученый секретарь

специализированного совета К 063.18.01 кандидат технических наук

Ю. М. Крысий

-3-

оыцая характеристика работы

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОВЛЕЙЫ. Б вычислительной технике в послед-кие годы интенсивно развивается производство накопителей на жестких ыагнктних дисках (МД). Принцип ыагнигной записи на МЛ не устаревает, так как накопители на МД выполняют все растущие требования к надежности, безопасности хранения данных и производительности. Несмотря на рост прккекевия оптических и других в?:доз знеетих запокинаиг.кх устройств ЭВМ', нркиенеиие накопителей на !Щ расширяется.

Одной из основных теи^.екцкэй в. разззтии игкойителей на жестких ИД является рост поверхностной шютаоста згаагя (ПЗ) инфориацки,- которая с конэпта выпуска пер~яс серийных устройств возросла более ч-эа -на 3 порядка. По соэ&гешаэ фирзы ' Ийй, увеличение поверхностной ПЗ до I М5кт/2 тргбует уаеикьекдя высоты "плавания" иаггатной гслсвкк (КГ) запуск /воспроизведения над поверхность» МЛ до 0,05 кки . Для достжкеаая подобных субникронкых высот "плавании" НГ необходимо, чтобы поверхность МД при ее врацэкии с рабочей частотой была близкой к идеальной. Измерение динамических паранэтров «акрогео-метрии поверхности ЙД предстазляет собой слохсную задачу, так как должны с высокой точностью измеряться парзаетры быстропе-рэнещасчейс?! поверхности, иехатгичасккй контакт с которой невозможен .

Анализ научйах статей, сообцоккй , технической литературы и коитролько-изиеритодьной аппаратуры (КйА) для косггроля динамических параметров цакрогеоаетраи 6£Д показал нед^статочнув точность пркавияекой аппарзтури и недостаток теоретических работ, оплсивзгезях Спгвчеекие процессы измерений - иатеагти-чееккх моделей сог.едхност« враг^ао^егося МД; моделей,

связывакпцих дииаыические характеристики объекта измерений с характеристиками измерительных преобразователей (ИП) к измерительных каналов (ПК); моделей и алгоритмов оптимального выбора метрологических характеристик (МХ) КИА; методов верификации результатов динамических бесконтактных измерений. Дальнейшее совершенствование методов и аппаратуры бесконтактных динамических измерений жестких МД может быть получено только п„теа углубленного научного исследования методов измерения и аппаратуры, разработки математических моделей процессов и объекта измерений, соотношений?связывающих характеристики обък-та измерения и ИК.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ» Основной целью настоящей работы является исследование и разработка методов и аппаратуры для динамических бесконтактных измерений при производстве жестких МД с высокой ПЗ информации.

МЕТОДЕ ИССЛЕДОВАНИЙ. Результаты работы получены на основе теоретических и экспериментальных исследований. Теоретические задачи решались посредством математического моделирования и комплексных исследований: I) объекта измерений с использованием аппарата регрессионного анализа, алгоритмов быстрого преобразования Фурье; 2) методов и аппаратуры для бесконтактных измерений с использование« аппарата теории измерении и высшей математики; 3) методов и моделей для оптимизации процессов измерений с использованием аппарата теории вероятностей, математической статистики, теории научно-технического прогнозирования , методов оптимизации.

При. экспериментальных исследованиях были использованы разработанные под-научным руководством и при непосредственном участии автора экспериментальные образцы КИА и программное

обеспечение с использованием современной электронной вычислительной техники. Для верификации результатов исследований динамических измерений использовано специально разработаное лазерное устройство на базе интерферометра и юштатора динамических биений.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Состоит в развитии методов и аппаратуры для бесконтактных динамических измерений, связанной с дальнейшим совершенствованием качественных ¡1 эксплуатационных показателей и разработкой принципов построения КИА для произ-

'1

водства накопителей информации ЭВМ.на жестких МД.

В результате проведенных исследований получены следувгусе научные результаты: ' .

- разработаны математические «одели процесса кзнеретш динамических параметров иакрогеометрии МД, связываггдие МХ йК со спектральный*! характеристикаии измеряемых- величин;

- предложены обцая и частная математические модели для оптимизации измерений по критерии "затраты-эффектцьность", связывание уровень технологии производства, технологические потери на различных операциях технологического процесса, стоимость , производительность и точность КЙА;

- получены математические соотношения, описывающие распределение параметров и форму поверхности вращавшегося диска.

- получены тпэОованмя к основный НК КИЛ контроля накрогэ-онетрг.и КД осноркцк типов;

- предложен, емкостный ИП, нечувствительные к влиянию не-хаяичееккх пс-иэх, действующих в месте хреплекця преобразователя ;

- разработакн структура и алгоритм функционирования устройства для азтоматичоского контроля динамических паранетроз.

реанизуодие учет индизадуальных характеристик первичных ИП переведений и погрешностей, возникающих при изиенении внешних И внутренних условий измерения.

- предложена методика поверки бесконтактных измерителей биений и их прокзводгагх на основе имитатора биений и лазерного интерферометра.

Новизна технических решений подтверждена двумя положительными решениями по заявкам на изобретение и свидетельством на промышленный образец.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Предложены методология и математические модели процесса измерения, позволяющие обоснованно назначать технические требования к КИА для измерений электрических и ыагиитных величин. Предложены математические модели приближенного аналитического описания поверхности вращающегося диска, способствующие решению широкого круга задач конструкторского и технологического проектирования элементов накопителей на МД. Разработан рад автоматических стендов для измерения динамических параметров МД,обладающих более высокими МХ чш у навестсых отечественных и зарубежных аналогов. Разработана методология, аппаратные и программные средства для автоматической поверки ПК КИА динамического контроля иакроге-оуеттакй и п.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТУ. Результаты работы внедрены в автоматических сте:щах контроля геометрических параметров ИД типа СКГД-130/200 и СКГД-1260 в опытном производстве Научно-исследовательского института вычислительной техники ( г. Пенза), они реко«ендовакы•Межотраслевым Экспертным Советом к внедрению в других отраслях проиышзенаости. Результаты работы внедряются в Костромском ПО ВЗУ, на ПЗВТ и ПО ЭВТ (г.Пенза).

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. йатариалы работы доложены на 3-ей Всесоазной научно-технической конференции "Метрологическое обеспечение ЙИС и АСУ "(г. Пенза, 1350 г.), Всесоюзной науч-но-техн^гческой конференции "Проектирование внешшх запоминающих устройств на подвижных носителях"( г. Пенза ,1988г.), отраслевой научно-технической конференции "Проблемы технологии магнитных элементов дисковых накопителей инфорыацаи" ( г. Астрахань, 1989г.), научно-техническом семинаре ВЙТО РЭС пи. А.С.Попова "Средства контроля з производстве РЭА" (г.Казань, 1988г.). ■

ПУБЛИКАЦИИ. Основные положения диссертации опубликованы з. 22 работах.

СТРУКТУРА И ОБЗ'й; РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав , заключения, основных знзодоз, перечня использованной литературы и приложения. Она .-одержит 134 страницы машинописного текста, 42 рисунка и 7 таблиц. В приложении приведены акты внедрения резузътптов ^заботы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ "ПРОБЛЕМЫ БЕСКОНТАКТНЫХ ДЯНАККЧЕСКЙХ ИЗМЕРЕНИЙ МАКРОГЕОНЕТРИИ 8 ПРОИЗВОДСТВЕ НАКОПИТЕЛЕЙ НА ИД" рассмотрены методики выполнения бесконтактных дккаияческкх измерений . Исследованы тевденции развития цакосктеле& на ЕЩ, технологические проблемы аовизенкя ПЗ информации, обобцены требования к динамически параметром ИД, позазапы тевденции их развития. Прнзедец обзор бесноитактныЕ истоков язкврэнця, первичных ИП различных типов, ИК п суйествувдей К'"А. Сформулированы проблемы, требугщке решевия.

Производство накопителей на ИД "винчестерского" типа заа-рерызво возрастает. За период с 1385 г ао 1950 Г.-объа ародаз

-8в мире вырос с 14,8 до 26,'/ млрд. долларов. В настоящее вреи$ серийно производится около 200 моделей накопителей более чек тридцатью фирмами. Основный элементом накопителей является плоский диск из металлического сплава или диэлектрика толщиной от I до 4 ми внешни« диаметром от 65 до 356 ми с нанесенных на торцевые поверхности многослойный магнитный покрытием. Неидеальность технологического процесса при формировании поверхности ИД, неидеальность геометрической формы за*иааюад> поверхностей, внутренние напряжения и изгибные силы внутр» физического обгема МД, возбуждающее воздействие фактора вращения - центробежные силы, аэродинамическое взаимодействие поверхности МД с поверхностью "плавающих" элементов МГ, остаточный динамический дисбаланс пакета МД, вибрации внешней > внутренней природы, действующие на МД, приводят к существенный отклонениям формы поверхности МД от идеальной плоскости £ процессе записи или чтения информации, которые именуют макрогеометрией поверхности МД. Макрогеометрия в динамике характеризуется торцовым биением (ТБ) и двумя его производными пс времени, интерпретируемыми, соответственно, как скорост! (СТБ) и ускорение (УТБ) поверхности МД в осевом направлении., которые влияв? как на продольную (вдоль информационной дорожки), так и на поперечную (вдоль радиуса ЙД) составляющую Пс информации, т.к. для снкжэния высоты "плавания" НГ, к которому- стреиятся с целью достижения наибольшей ПЗ информации, требуется , более "гладкая" поверхность МД, что влечет, соответственно, изменение требований к комплексу динамических параметров макрогеометрии МД в сторону снижения их абсолютных величин. Проведенный автором анализ тенденций изменения этих параметров в отечественных накопителях подтвердил этот факт.

Гак, при увеличении поверхностной ПЗ с I до 9 Кбит/им*, ТБ снизилось ст 150 до 50 икы, СТБ - от 50 до 10 ьш/с, а УТБ -эт 102 до 20 н/сг. (Высота "плавзния" ЫГ снизилась при этоы с 0,9 до 0,3 икм).

Б соответствии с международными стандартами , методика измерения динааическкх параметров иакрогеоаетрии ИД заключается в определении бесконтактными первичными ИП (ПИП) мгновении:: величин воздушного зазора (1 вдоль окружности дорожки

МД (профиля поверхности при сечении цилиндром заданного раг.и-

*

уса), вращающегося с рабочей частотой 3600 об/иин. Расстояние между оОъектои измерения и датчкком преобразуется в элэк- . трическое напряжение, которое подвергается различный ИП (дифференцирование, фильтрат«, йассата5кровгш:ю, зеделенко пиковых значений и др.) с целью получения значений физических величин динамических параметров ТБ, СТБ, УТБ и их оценка. Дзя измерения зазора наибольшее распространение получила зикост-ные ИП с изкерительньгн конденсатором еикостьп порядка (0,01 -0,1) пикофарады - одни кз электродов которого является подвижный (контролируемая поверхность МД). Для устранения нелинейности в сут,естзусаих импортных образцах КИА используется метод кусочно-лтшейной аппроксимации. Однако подобный способ линеаризации не позволил достичь, например, в анализаторе поверхности ИД 3 РХ 321 (США), и в изыерятелях екраы "АСЕ СОХр." (США), высокой точности измерения' прагзвожкых из-за наличия в сигнале ТБ паразитных гармонических состевзягщих (нелинейгих искажений). Одно? из проблей позьпдения точности измерения производных является пебходп>гость достижения высокого соотношения "сигнал^ поцеха" ПИП. ПрозедгчныЯ автором акагкэ КИА е-дрц: Пюзих СКЩХЩ (СЯА), Р» 0и1р Вгс.

(США)» Rctatln? HEEDS» DsCLCGA Inc. (Израиль), ADE Cozp. (США), а также отечественных разработок: ЛНПО "СИГМА", НПО СВТ, НИИ TOR показал ее недостаточную точность , а также существенный разброс ПИ (от 2 нкы до 12 ш<м для ТБ; от 2 мы/ с до 10 им/с для СТБ; от 4 и/с2 до II и/с2 для УТБ), что побудило его к исследование вопроса обоснования требуемых ИХ КИЛ и путях их повьшения.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ "МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ ОПТИМИЗАЦИИ КИА И ПРОЦЕССА ИЗМЕРЕНИЯ" приведены основные результаты разработки математических моделей процеса бесконтактных измерений и алгоритмы оптимизации КИА по технико-экономичес-кин критериям, связывающие уровень технологии производства, технологические потери, стоимость, производительность, и точность КИА; модели и алгоритмы, связывающие MX ИК со спектральными характеристиками сигнала.

Имеющиеся в работах Землицкаса A.A., Васильченко E.H., Савина Л.Н. оценки требуемой точности выполнения измерений ТБ, справедливые только для одной из частот измеряемого сигнала, отличаются одна от другой на порядок. Методические рекомендации об оптимизации точности измерений, содержащиеся, например, в работах Орнатского П.П., Земельмана М.А., Барзи-ловича Е.Ю., основанные на определении вероятностей ложного или необнаруженного отказов, не дают прямого ответа на вопросы' об экономической стороне принимаемых реиений, а методики определения экономической эффективности новой техники, основанные на расчетах экономии и капитальных затрат, зачастую неприменимы из-за необходимости использования директивных нормативов, исходных данных, методических трудностей при расчете предполагаемой экономии, неявной зависимости от UX КИА.

ОсноБьтаясь на подходе, высказанный Сапронозьы Б.А. и Миф К.П., базирувдеися на той, что экономические потери из-за но-оптймальности ПИ КИА зависят от уровня технологии производства, который может быть охарактеризован плотностью распределения Н(Х) контролируемых НД по каждому измеряемому параметру Г, так и от величины самой ПИ, автором предложена конкретная математическая модель, связывавшая ПИ, стоимость и производительность КИА, технологический уровень и объем производства, а также себесто-жлсть КД.

Полная функция потерь Р-, представлена в виде сугаы:

Р0 = Р« . , (I).

СО

где Р^ = С! • 5 ¿-!(Х) С-Х - потери мз-за уранкя технологии;

1о

Х0

Рг = С1 • $ Н(Х) ¿Х - потеря от ошибочно згбракозан-Хо-Ат нных годных МД;

х0*Ах

Рэ = Сг'$ Н(Х) бх - потери от скобочно принятых не-

10 годных МД;

С себестоимость изготовления партии ЫЦ к цоменту

контрольной операции. (Если Ъ - себестоимость одного МД, а N - рззыер коптродкруеыой партии, то С* = г-Н >;

Сг - затраты, воз?шкагя,яе на следугз;кх технологических операциях по сборке МД в- пакет и изготовлению информационного модуля;

Рк = М'Х - затраты на контроль партия ЙД; £ - приведенные затраты на коятроль одного ИД.

Рассизтрявзя вцракегше (I) как целевую функции. задача £ахо;;;-енкл оптимальной ПК КИА €1х сводится к определенно такого Л:: -. V , которое обрэ^ачт цзг.азуо •¿ункетз в ШЕкау*.

При неионотоняой или йеизвестной. функции (I) использование выпеописаной модели затруднено. Для этого случая авторов предложено использовать отношение потерь:

Хо+ Лх Хо> Ах

С Л И<х> (к * сЛ И(х) сЬ:

р = Хо- Ах Хр_

оо

СЛ Н(х) дх 7.о

Задача нахождения оптимального Ах„,* в этой случае состоит в определении такого АХо^ЕЕХ, которое удовлетворяет условию: Ахвг4={АхеХ I Р(Ах,? в) <РЛ»п}, где Рдоп - допустимый уровень (доля) потерь. Автором предложены соотношения для определения ПИ ТБ, СТБ, УТБ при известно« спектральном составе и ПИ первичного сигнала перемещения, но найденные подобный образом ПИ можно рассматривать лишь как минимально-допустимые. Автором предложено определять их с учетом реального спектра сигнала производной на выходе соответствующего ИК. Гак, если известно разложение в ряд Фурье сигнала второй производной вида:

гьЫ

Э(1) = Б0 + Е Бп-солатю^ ♦ Ф„) , <3 )

пЛ

то входной сигнал будет иметь вид:

пЛ

Баь Б0 XV 2 -а [<1/Пг)-Бп-ажгшЛ ♦ «„)] ш

ГЫ

Данное выражение, предложенное автором, является более

общим, чеы приведенное в рэботак Савика Л.И., Васкльченко E.H. и Землицкаса A.A. и выражает связь сигнала перемещений со спектральными характеристиками сигналов производных в любой необходимой волосе частот. Поэтому, если известен спектр сигнала и требуемые диапазоны и ПИ пикозых значений производных . то вышеприведенные «одели позволяют более точно определить требования к ПИ и предела« измерения ПИП переаещений. Вышеописанные катеаатическке цодели позволяли предложить методику определения требований х основный ИХ КМА, которая использована звторои. Экспериментальные результаты ойредалекия показали, что ПИ ПИП должна быть не ценее 0,02 - 0,5 кки.

Б ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ "РАЗРАБОТКА АППАРАТУРЫ БЕСКОНТАКТНЫХ М-НАЁШЧЕСКИХ ;13МЕРЕНйЙ МАКРОГЕОХЕТРМГ кратко ' рассмотрели структурно-алгоритмические особенности прототипов КИА и приведены результаты собственной разработки экспериментальных ооразцов.

В результата рассмотрения особенностей КЯА заруБезной и отечественной разработки, установлено, что их*структура не обеспечивает учета индивидуальных характеристик ПИП; учета погрешностей, возникающих при изменении внешних условий, к числу котсрых vloгут быть отнесены изменения влажности, запыленности, диэлектрической проницаемости аногослойкого покрытия МД; учета дрейфа характеристик ИК. Кроме того, определена неразвитость методик верификации результатоз измерений.

Под научным руководством и при непосредственное участки автора разработан ряд экспериментальных образцов КИА для динамических измерений ыакрогеоыэтрии МД. Их структура и алго-р;;тч выполнения измерений, предложенные автором, защищены

заявкой на изобретение (В.'П.Ананьев,. А.Н.Яценко, М.А.Юфин/ Устройство для автоматического контроля параметров торцового и радиального биения тел вращения. МКИ С 01 В 7 / 08 . Заявка N 4860826/28/08946 от 20.08.90. Положительное реиекие от 27.02.91.) и позволили во многом преодолеть недостатки прототипов. Отличительными особенностями образцов являются: более высокая точность измерения, возможность регистрации пространственных координат дефектов иакрогеометрии, повышенная помехозащищенность от механических вибраций, автоцатическая поверка ИК , широкий набор видов контроля (в том числе режим измерения профиля биения и его производных). Упроченная функциональная схема одного из экспериментальных образцов приведена на рис. I.

Алгоритм работы следуо^ий. Под управлением блока обработки и управления 14 позиционер 15 подводит бесконтактный датчик перемещения 5 в позицию калибровки. Блок 14 устанавливает амплитуду колебаний заданной частоты для подвижного элемента вибратора (НЭВ) 20 под воздействием блока управления вибратором 22. При этом амплитуда колебаний контролируется лазерным интерферометром 21 и двоичный код амплитуды биений ПЭВ передается на блок 14. По измеренному с помощью лазерного интерферометра 21 значение амплитуды биений в блоке 14 вычисляется соответствующие амплитудные значения С7Б и УТБ.

Рис. I. Функциональная схема СКГД.

Вычисленные значения запоминаются в оперативной памяти блока 14. После установки заданного значения амплитуды биений проводится измерение биений ПЗВ 20 с помощью датчика 5. Сигнал с датчика 5 проходит через преобразователь 6, фильтры 7,8 и дифференцирующие усилители 9, 10, II на входы коммутатора 12. Под управлением блока 14 с выхода коммутатора 12 сигналы, пропорциональные измеренным параметрам, поступают на вход АЦП

-1613. Двоичный код результата преобразования аналоговых сигналов с выхода АЦП поступает в блок 14. Измеренный с помощью датчика 5 значения параметров ТЬ\ СТь, УТБ сравниваются с образцовыми и вычисляются значения ПИ, которые регистрируются в блоке 14. Кроме того в этом блоке вычисляются и запоминаются поправочные коэффициенты, которые используются для компенсации систематической составляющей ПИ при измерении ТБ, СТБ, УТБ. Калибровка результатов измерения датчика 5 с помощью узла калибровки 19 проводится во все« диапазоне измерений. После окончания калибровки позиционер 15 переиздает датчик 5 в зону измерения контролируемого диска I. Блок 14 включает привод вращения 3 и ппиндель 2. Сигнал вырабатызаеыый датчиком оборотов 18. определяет начало цикла измерения. Сигналы с датчика угла поворота шпинделя I? запускаэт АЦП 13, который преобразует поступающий ка ьход аналоговый сигнал в двоичный код. Выбор измеряемого параметра задается сигналами с блока 14 и коммутатором 12. Результаты измерений с учетом поправочных коэффициентов поступают ка видеомонитор 30 или аринт-ер, входящие в состав блока 14. Механические узлы привода вращения КД 3 к позиционирования датчика 5 выполнены на прецизионных подшипниках скольжения с воздушной смазкой, что позволило существенно снизить инструментальную погрешность. Привод вращения НД оборудован оптоэлектронными датчиками 16,17,18 для синхронизации измерений и поддержания частоты вращения.

Одним из недостатков применяемых емкостных ИП для контроля макрогеоыетрки ИД, является их чувствительность к механическим помехам, Еоздействуоциы в месте крепления держателя ИП. С целью его устранения авторск предложена конструкция емкостного ИП, нечувствительная к влиянию механических г^оу-г:-:.

за'дищенная заявкой на изобретение ( В.П.Ананьев/Еыкостной измерительный преобразователь МКИ С 01 В 7 ./ 11 . Заявка N 4749221/ 28/ 127217 от 16.10.89. Положительное решение от 24.04.91.). Сущность конструкции поясняется рис. 2.

7 6

/ / / / / / / / / / / / // I Рис.2. Конструкция помехоустойчивого ИП Собственная частота механического резонанса эталонного электрода (ЭЭ) 7, установленного на упругом подвесе 6. задается соотношением:

Но < 0,5 Шп. (5)

где Но - частота собственного механического резонанса ЗЭ, установленного на упругой подвесе;

Ш„ - круговая частота механических колебаний, воз-мущаш,их корпус преобразователя. При размещении 33, электрически соединенного с электропроводной контролируемой поверхностью, над измерительным электродом (ИЗ) с зазором, равным номинальному расстоянию от ИЗ до электропроводной контролируемой поверхности, образуется

дополнительная электрическая емкость, разная измерительной емкости и параллельно подключенная к ней.

Выходное напряжение еыкостного ИП 11вых в отсутствии механических помех определяется выражением:

ивЫх = К-(С, + С2), (6)

где С! - еикость ИЭ 3 относительно ЭЭ 7;

С 2 - емкость ЙЭ 3 относительно поверхности 2.

Допустим, что от воздействия механических колебаний на емкостный ИП, капркиер,закрепленный на внешнем держателе корпусом, в напраЕлы.и;;, нормальном к контролируемо" .юверкностк емкость С2 увеличилась на СЮ, при стой емкость С1 уменьшается ня ту ж« г,ел::чг.ну, так ;.ак в этом случае емкости изые-нются в противсфазе. Вг.лсодкое напряжение и¿ыас, при воздействии механических колебаний будет иметь зид:

и;ы= = к-(С4 - ¿с ♦ с2 + сС) (?)

Отсюда следует, что Ивых = ивн*. т.е. остается разным тому, которое в отсутствии механических поыех. При уменьшении С г ка »Х выходг:ое напряжение также остается неизменным. Следовательно, зиходнсй измерительный сигнал окажется нечувствительны« к ¿гозмудасдак корпус сикостного ИП механическим поиехаи .

Реализация аиасописанных тй»ни'->о£хих рои'.имий и методики выполнения измерения позволила существенно снизить ПИ экспериментальных образцов по сравнению с прототипами. Сравнительная оценка приведенной ПИ (%) разработанных стевдов с лучшим зарубект;1£ аналог са приведена в таблице 1.

Таблица I.

ИЗМЕРЯЕМЫЙ ПАРАМЕТР АНАЛОГ ЗРХ 324 (США) РАЗРАБОТАННЫЕ В КНИТИ ВТ

СКГД-95/65 СКГД-130/ /200 СКГД--1260

ТБ 2,5 0,7 2.0 2,0

СТБ 3,8 0,8 1,0 2,5

УТБ 5.0 0,5 2,0 2,5

Примечание. ПК приведена к 100 мкм, 100 ми/ сек.

100 м/сек2 для ТБ. СТБ, УТБ соответственно.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ "ЭКСПЕРИйЕНТАЛЬНЫЕЖСЛЕДОВАНИЯ" обобщены результаты экспериментальных исследований: описаны закономерности распределения значений динамических параметров и поверхность вращавшегося диска; приведены результаты исследования оптических методов СОИ) выполнения динамических измерений макрогеометрии МД.

Экспериментальные исследования, выполненные с применением разработанной аппаратуры бесконтактных измерений геометрических параметров позволили изучить закономерности распределения значений ТБ, СТБ, УТБ по поверхности МД. Исследования показали, что, искажения геометрической формы вблизи центра диска минимальны. Одним из важных следствий исследования для уточнения методики контроля динамических параметров, явился вывод о том, что с увеличешем радиуса окружности В вероятность появления экстремальных значений параметров увеличивается. В силу этого факта предложено допусковый контроль МД начинать с

внешнкх краев МЛ, одновременно на верхней к нихней поверхностях, в отличие от принятой методики в зарубежной аналоге 3 РХ 321 , где контроль нижней поверхности осуществляется при движении датчика к центру ЫД, а верхней - от центра. .Предложенная методика реализована в экспериментальных образцах СКГД, что повысило производительность в режиме контроля.

Анализ характера искажений поверхностей КД показал также, что формы кривых ТБ подобны на окружностях различных рэдиусоь и отличается лишь амплитудой. , что автору удалось подтвердить результате*!!! спектрального анализа второй производной ТБ на окружностях разных радкусов. Этот результат позволил автору предложить простую экспериментальную модель для решения задачи приближенного аналитического описания поверхности вращающегося МД:

ГЕ^ьЧ* ¿) = УсРиьги-^.ч^Яьзбт^аАМ)],

[<КВо,-К»4п)/СЙ]>Ь> 0 ; (8)

(_ 2-Я> Ч» 0 ; ий [ ,

где Ятаж - радиус наибольшей окружности;

- радиус наименьшей окружности; £Й - дискретность отсчетов по радиусу; йЧ' - дискретность отсчетов по угловой координате; - нормированная аппрокекмчруюаая функция;

6" (К 1) - среднеквадратичное отклонение непериодической составляющей биний на радиусе К ь ■ КАЮ - случайная функция , моделирующая закон

распределения непериодической составляющей. Предложенная автором модель полезна для широкого круга приложений, в частности, для совершенствования технологии Е13-готоззенкя МД и расчетов элэыезтов накопителей на МД.

-21В качестве альтернативы применяемому емкостному методу для изиёрений макрогеоиетрии, автором исследована применимость Ой. Б частности, получены количественные оценки ПИ 011, основанного на лазерной интерферометрии для реальных условий эксплуатации КИА, на основе которых предложено его использование при поверке емкостных ИП. (Рис. 3).

Рис. 3. Схема автоматической поверки. 1-отражатель,

2-инитатор ИД, 3 - поверяемый датчик, Б - зазор.

Автором разработана и внедрена в производство методика поверки КИА макрогеометрии МД, основанная на программном задании амплитуды и частоты колебаний имитатора биений с использованием лазерного интерферометра в качестве образцового средства измерения в динамическом режиме.

-22-

основные результаты работы

1. Комплексно исследована проблема выполнения динамических бесконтактных измерений параметров ЦД,ь результате чего получены:

-математические подели процесса и:>мсрсиим дииаиичскких параметров накрогеометрии МД, связызаьдие НХ ЙК со спектральными характеристиками измерз-чных величин;

-общая и частная математические модели для оптимизации измерений по критерии "эатрзты-зффективность", связывающие уровень технологий поонзводства, технологические потери на различных операциях технологического' процесса, стоимость , производительность и точность КИА:

-математические соотношения, описывающие растрсдолопио парааетров и форму поверхности вращающегося диска.

2. Не основе разработанных математических моделей и экспериментальных исследований определены-требования к основным ИХ КИА - ПИ перемещений, скорости, ускорения.

3. Предложен еикостаый ИП, нечувствительный к влиянию механических помех, действующих в месте крепления преобразова-Тк внешнему держателю.

Т. Разработаны структура к алгоритм функционирования уст-ройстба для автоматического контроля динамических параметров, реалйзуюцая учет индивидуальных характеристик первичных ИП лереие*деийй и погрешностей, возникающих при изменении внешних усЛовйй» к числу которых могут быть отнесены изменения влаж-посФи, ааВаашшосш, диэлектрической проницаемости многослойною Вб*Ьы»йя ЙД; дрейфа характеристик ИК.

5. Разработана и внедрена и производство автоматическая КИА даа бесконтактным динамических измерений макрогеомзтрии

ЦД с более еысоккш: ИХ, чей отечественые и зарубежные аналоги, достигнутыми за счет приаенения новых структурно-алгоритмических н технических решений.

6. Предложены и внедрены в производство методика и программно - аппаратные средства для автоматической поверхи измерителей перемещений и их производных в динамическом режиме в микрометровоц диапазоне на основе динамического имитатора биений и лазерного интерферометра.

Результаты исследований позволили обеспечить современные технико-экономические характеристики экспериментальных образцов КИА для бесконтактных измерений динамических параметров макрогеоаетрии МД с высокой ПЗ информации и подготовить пути ее дальнейшего развития.

ОСНОВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ:

Т. Аненьеп В.П. К вопросу о геометрии, жестких магнитных дисков/ / Вопросы радиоэлектроники. Сер. ЗВТ. -Вып. 13. -1989. -С. 44-48. -Библкогр.: с.48 (7 назв.).

2. Ананьев 8.П. К вопросу о точности динамических измерений геометрии магнитных дисков "винчестерского" типа//Воп-росы радиоэлектроники. Сер. ЭВТ. -Вып. 13. -1989. -С.36-43. -Библиогр.: с.43 (6 назв.).

3. Ананьев В.П. Аппаратура бесконтактного контроля геометрии магнитных дискоз//Проблеыы технологии магнитных элементов дисковых накопителей информации: Тез. докл. науч-но-техн. конф. 10-12 окт. 1989 г. -Астрахань: АНИТИ ВУ, 1989. -С._ 96.

4. Ананьев В.П. Некоторые вопросы создания гибких автоматизированных производств механообработки в производстве сред-

ств вычислительной техники//11рактика и проблемы создания ГАП на предприятиях республики: Тез. докл. ,нэучно-техн. конф. 12 июня 1984г. -Казань: Областной совет НТО, 1984. -С.21-22.

'5. Ананьев В.П., Антонюк В.И., Биряльцев Е.В., Бухараев Н.М. К вопросу о динамических измерениях геометрических параметров дисковых носителей информации ЭВМ//Вопросы радиоэлектроники. Сер. ЭВТ. -Вып. 6 -1988. -С .17-26. -БиСлиогр.: с.28 (II назв.).

6. Ананьев В.П., Антипов Ю.Н., Юфин М.А..Яценко А.Н.

О применении оптических методов в измерениях геометрических параметров прецизионных деталей накопителей "винчестерского" типа//Вопросы радиоэлектроники. Сер. ЭВТ. -1990.' -Вып. 16. -С. 26-34 .-Библиогр.: с.34 (17 назв).

7. Ананьев В.П., Антипов Ю.Н., Бром&ерг М.Ш., Юфин Ы.А., Ященко А.Н. Автоматическая система поверки средств бесконтактного измерения геометрии//Метрологическое обеспечение ИИС

и АСУ ТП: Тез. докл. 3 Всесоюзн. конф. 3-5 окт. 1990 г. -Львов: ВШШИУС, 1990. -с. 134.

8. Ананьев В.П., Грузин Д.П., Князев Д.Г., Ординарцева Н.П., Тихонов В.И. Метрологическое обеспечение систем измерения геометрических параметров магнитных дисков и их основ//Кетрологкческое обеспечение КИС и АСУ ТП : Тез. докл. 3 Всесоюзн. конф. 3-5 окт. 1990 г. - Львов: ВНИШ'ИУС, 1990. -с.195-196.

9. Ананьев В.П., Лесота А.К. Установка контроля торцового биения магнитных дисков//Средства контроля в производстве РЭА: Тез. докл. каупно-техн. семин. февр. 1989г. -г. Казань: Татарское областное правление ВИТО РЭС им. Гюгюва А.С. 15вЗ.

-2510. Информационный листок N 90-2080. Стенд контроля геометрии диска СКГД-130/200. (сост.: Ананьев В.П.» Ященко Л.Н., Батиков В.И.,1)фин H.A.). -Москва: Всесоюзный научно-исследовательский институт межотраслевой' информации С В И M И), 1990: - 2 с.

II. Информационный листок N 90-2204. Стенд контроля геометрии диска СКГД-1260. (сост.: Ананьев В.П., Антонюк В.И., Батюков В.И.). -Москва: Всесоюзный научно-исследовательский институт межотраслевой информации (ВНИИ), 1990. - 2 с.

[2. Информационный листок N 156-90. Стенд контроля геометрии диска, (сост.: Ананьев В.Г!., Ященко А.П., Батюков .В.И.,Юфин H.A.). -Казань: Татарский межотраслевой территориальный центр научно-технической информации и пропаганды, 1990. - 2 с.

13. Информационный листок N 94-91. Прибор для бесконтактного измерения иппш перемещений, (сост.; Ананьев В.П.," Анашкин A.A.). -Казань: Росинформресурс. Татарский центр научно-технической информации , 1991. - 2 с.

14. Информационный листок N 92-91. Лазерное устройство калибровки, (сост..: Ананьев В.П., Ященко А.Н. , Юфин M.A.K -Казань: Росинформресурс. Татарский центр научно-технической информации , 1991. - 2 с.

15. Ананьев В.П., Батюков В.И., Юфин М.А., Ященко А.Н. Стенды бесконтактного контроля геометрии магнитных дисков. -В сб.: Научно-технические достижения, 1990, вып.5.

16. Ананьев В.П., Яценко А.Н. Стенды бесконтактного контроля геометрии магнитных дисков//Вопросы радиоэлектроники. Сер. ЗВТ. -1990. -Вып. Т6. -С. ?Т-?5.-Библиогр. : с.25 ( 6 назв.}.

-2617. Ананьев В.П., Плецинская И.Е., Подгорнов Ю.Н. О применении методов прогнозирования количественных показателей технического перевооружений производства// Вопросы радиоэлектроники. Сер. ЗВТ. -.-Вып.12. -1983. -С. 3-7. -Библиогр. : с.7 (7 назв.).

18. Ананьев В.П. , Подгорнов Ю.М. Опыт анализа технического уровня предпрпятий//Вопросы радиоэлектроники. Сер.ЭВТ. -Вып.12. -1980. -С. 8-14 .

19. Ананьев В.П., Подгорнов Ю.й. 06 эффективности сбороч-но-монтажных поточных лкний//Вопросы радиоэлектроники. Сер.ЭВТ. -Вып. 12. -1980. -С. 15-22. -Библиогр. с.21 (14 назв.).

20. Свидетельстве на проявленный образец N 34220. Стенд для контроля кагнитиых дисков/ Ананьев В.П., Николаев В.Ф., Батюков В.И. Приоритет от 26.06.90; Зарегистрировано 29.03.91.

21. В.П.Ананьев/ Еикостной иацоркгелькый преобразователь МКИ С 01 В 7 / 11 . Заявка N 4749221/ 28/ 127217 от 16.10.89. Полохттелькое решение от 24.04.91.

22. В.П.Ананьев, А.Н.Яценк», М.А.Юфин/Устройство для автоматического контроля параметров торцового и радиального биения тел вращения. ИКК Б 01 В 7 / 08 . Заявка N 4860826/28/ 08946 от 20.08.90 Положительное решение от 27.02.91.

с