AT515512B1 - Method for measuring the roundness harmonics of shafts of fluid dynamic bearings for the rotational mounting of spindle motors - Google Patents

Method for measuring the roundness harmonics of shafts of fluid dynamic bearings for the rotational mounting of spindle motors Download PDF

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AT515512B1
AT515512B1 ATA164/2014A AT1642014A AT515512B1 AT 515512 B1 AT515512 B1 AT 515512B1 AT 1642014 A AT1642014 A AT 1642014A AT 515512 B1 AT515512 B1 AT 515512B1
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Abstract

Verfahren zur Vermessung der Rundheitsharmonischen von Wellen (14) von fluiddynamischen Lagern, insbesondere zum nachfolgenden Gruppieren der Wellen (14), mit den folgenden Schritten: Einspannen der zu vermessenden Welle (14) in eine Spindel (10), Versetzen von Spindel (10) und Welle (14) in Rotation, Vermessen der rotierenden Welle (14) und der rotierenden Spindel (10) mittels eines berührungslosen Messverfahrens, wobei über mindestens eine Umdrehung der rotierenden Welle (14) eine Vielzahl von Abstandwerten zwischen mindestens einem Messsensor (22) und einer Umfangsfläche der Welle (14) gemessen und gespeichert werden, Durchführen einer Frequenzanalyse der Abstandswerte, und Auswerten der Oberschwingungen der Ordnungen N2 der Abstandswerte und Gruppieren der Welle (14) anhand der Beträge einer oder mehrerer Oberschwingungen der Ordnungen Nn mit n >= 2.Method for measuring the roundness harmonics of shafts (14) of fluid dynamic bearings, in particular for subsequently grouping the shafts (14), comprising the following steps: clamping the shaft (14) to be measured into a spindle (10), displacing spindle (10) and shaft (14) in rotation, measuring the rotating shaft (14) and the rotating spindle (10) by means of a non-contact measuring method, wherein over at least one revolution of the rotating shaft (14) a plurality of distance values between at least one measuring sensor (22) and measuring and storing a circumferential surface of the shaft (14), performing a frequency analysis of the distance values, and evaluating the harmonics of the orders N2 of the distance values and grouping the wave (14) by the amounts of one or more harmonics of the orders Nn with n> = 2.

Description

Beschreibungdescription

VERFAHREN ZUR VERMESSUNG DER RUNDHEITSHARMONISCHEN VON WELLEN VONFLUIDDYNAMISCHEN LAGERN ZUR DREHLAGERUNG VON SPINDELMOTORENMETHOD FOR MEASURING THE ROUNDHEIGHT HARMONIC WAVES OF FLUID DYNAMIC BEARINGS FOR SPREADING SPINDLE ENGINES

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermessung der Rundheitsharmonischen vonWellen von fluiddynamischen Lagern, insbesondere von fluiddynamischen Lagern zur Drehla¬gerung von Spindelmotoren, wie sie zum Antrieb von Festplattenlaufwerken eingesetzt werden.The invention relates to a method for measuring the roundness harmonics of waves of fluid dynamic bearings, in particular of fluid dynamic bearings for Drehla¬ gerung of spindle motors, as they are used to drive hard disk drives.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

[0002] Bei fluiddynamischen Lagern in Spindelmotoren, wie sie zum Antrieb von Festplatten¬laufwerken verwendet werden, spielt die Rundheit (bzw. die Zylindrizität) der Welle und der dieWelle aufnehmenden Lagerbüchse für die Qualität des fluiddynamischen Lagers eine entschei¬dende Rolle. Es werden daher die Wellen während des Produktionsprozesses regelmäßig aufRundheit vermessen und mit passenden Lagerbüchsen in Abhängigkeit von den Durchmessernvon Wellen und Lagerbüchsen gruppiert.In fluid dynamic bearings in spindle motors, as they are used to drive hard disk drives, the roundness (or the cylindricity) of the shaft and the shaft receiving bearing bushing for the quality of the fluid dynamic bearing plays a crucial role. Therefore, during the production process, the shafts are regularly measured for roundness and grouped with matching bushings depending on the diameters of shafts and bushings.

[0003] Beim Einsatz von Wellen mit einer "schlechten" Rundheit kann es in fluiddynamischenLager zu einer negativen Beeinflussung der Druckverteilung im Lagerspalt kommen, so dassdie Gefahr einer Entstehung von Unterdruckzonen im Lagerspalt besteht, welche die Betriebs¬sicherheit des Lagers beeinträchtigen können. Durch die Entstehung von Unterdruckzonenerhöht sich unter anderem der nicht wiederholbare Schlag (NRRO) des Lagers, was eine uner¬wünschte Lagereigenschaft ist, da infolge dieser Erhöhung bei einer Verwendung als Festplat¬tenlaufwerk evtl. Daten von einer Festplatte nicht mehr gelesen werden können. Große Unter¬druckzonen im Lagerspalt können zu einem Eindringen von Luft in den Lagerspalt und zu einemTotalausfall des Lagers führen. Eine Gruppierung der Wellen nach Rundheit ist daher ein wich¬tiger Punkt, der die Betriebssicherheit eines Lagers entscheidend mitbestimmen kann.When using waves with a " bad " Roundness can lead to a negative influence on the pressure distribution in the bearing gap in fluid-dynamic bearings, so that there is the danger of formation of negative pressure zones in the bearing gap, which can impair the operational safety of the bearing. Among other things, the non-repeatable impact (NRRO) of the bearing increases as a result of the formation of negative-pressure zones, which is an undesirable storage property, since as a result of this increase, data from a hard disk can no longer be read when used as a hard disk drive. Large negative pressure zones in the bearing gap can lead to the penetration of air into the bearing gap and to a total failure of the bearing. A grouping of the waves according to roundness is therefore an important factor that can decisively influence the operational safety of a bearing.

[0004] Die Welle selbst hat bei einem fluiddynamischen Lager zur Drehlagerung eines Spin-delmotors für ein 2,5 Zoll Festplattenlaufwerk beispielsweise einen Durchmesser von etwa 2.3mm bis 3.0 mm, wobei für die Rundheit eine maximale Abweichung von 400 nm erlaubt ist.The shaft itself has, for example, a diameter of about 2.3 mm to 3.0 mm in the case of a fluid-dynamic bearing for rotational mounting of a spin-delomotor for a 2.5-inch hard disk drive, whereby a maximum deviation of 400 nm is allowed for the roundness.

[0005] Die Rundheit von Wellen kann mit bekannten mechanisch tastenden oder berührungslo¬sen Messverfahren ermittelt werden. Dabei wird von einem Taster oder berührungslosen kapa¬zitiven oder optischen Messsensoren ein Oberflächenprofil der Umfangsfläche der Welle aufge¬zeichnet und mit geeigneten Verfahren ausgewertet.The roundness of waves can be determined with known mechanically groping or non-contact measuring methods. In this case, a surface profile of the circumferential surface of the shaft is recorded by a push-button or non-contact capacitive or optical measuring sensors and evaluated with suitable methods.

[0006] Ein bekanntes Messverfahren zur Vermessung der Rundheit einer Welle verwendet dreikapazitive Messsensoren, wobei die zu vermessende Welle in eine Spindel eingespannt wird.Die Spindel wird zusammen mit der Welle um eine Spindelachse in Rotation versetzt. ZweiMesssensoren ermitteln Abstandswerte zur Umfangsfläche der Spindel als Referenzmesswerte,während ein Messsensor Abstandsmesswerte zur Umfangsfläche der Welle liefert. Aus diesenAbstandsmesswerten und den Bezugsmesswerten kann dann die Rundheit der Welle ermitteltwerden.A known measuring method for measuring the roundness of a shaft uses three-capacitive measuring sensors, wherein the shaft to be measured is clamped in a spindle. The spindle is rotated together with the shaft about a spindle axis in rotation. Two measuring sensors determine distance values to the peripheral surface of the spindle as reference measured values, while a measuring sensor supplies distance measuring values to the peripheral surface of the shaft. From these distance measurements and the reference measurements, the roundness of the shaft can then be determined.

[0007] Zur quantitativen Bestimmung der Rundheit der Welle werden lediglich die gemessenenRadiuswerte oder Abstandswerte zwischen den Messsensoren und der Oberfläche der Wellebetrachtet. Selbst bei einem Einsatz einer Frequenzanalyse der Messwerte werden lediglich dieWerte der Grundschwingung des ermittelten Oberflächenprofils für die Beurteilung der Rundheitherangezogen.For quantitative determination of the roundness of the wave, only the measured radius values or distance values between the measuring sensors and the surface of the shaft are considered. Even using a frequency analysis of the measurements, only the values of the fundamental of the determined surface profile are judged for the roundness assessment.

[0008] Es hat sich jedoch herausgestellt, dass für die Qualität einer Welle nicht der reguläreBetrag der Rundheit bzw. Unrundheit sondern im Wesentlichen die harmonischen Oberschwin¬gungen höherer Ordnung Nn mit n >= 2, insbesondere n=2, n=3 n=4 und n=5 von wesentlicherBedeutung sind.However, it has been found that for the quality of a wave not the regular amount of roundness or out-of-roundness but essentially the harmonic higher order harmonics Nn with n> = 2, in particular n = 2, n = 3 n = 4 and n = 5 are of essential importance.

[0009] In der Regel werden die Wellen von fluiddynamischen Lagern geschliffen, um die gefor¬derte Oberflächengüte zu erreichen. Der Schleifprozess erzeugt jedoch von den verwendetenSchleifverfahren und Schleifmaschinen abhängige Rundheitsfehler, insbesondere Rundheits¬fehler höherer Ordnung, die beim Betrieb des Lagers zu den oben genannten Problemen führenkönnen.In general, the waves of fluid dynamic bearings are ground to achieve the gefor¬derte surface quality. However, the grinding process produces roundness errors dependent on the grinding methods and grinding machines used, in particular roundness errors of a higher order, which can lead to the abovementioned problems during operation of the bearing.

[0010] Es hat sich gezeigt, dass das bisherige Kriterium eines maximalen Unrundheitswertesnicht geeignet ist zur Charakterisierung von Gut- und Schlechtteilen von Wellen, da nach dembisher angewandeten Kriterium insbesondere einige gute Wellen für schlecht und einigeschlechte Welle für gut befunden werden.It has been found that the previous criterion of a maximum runout value is not suitable for characterizing good and bad parts of waves, since, according to the criterion applied so far, in particular some good waves for bad and single-wave are found to be good.

[0011] Denn die Auswirkung der Rundheitsfehler von Wellen ist abhängig von der Lage.Because the effect of the roundness error of waves depends on the location.

[0012] Eine starke Unrundheit einer Welle im Bereich eines der Radiallager verschlechtert dieLagereigenschaften der Welle in deutlich größerem Masse als dieselbe Unrundheit im Bereichder Welle, der außerhalb eines Radiallagerbereiches und insbesondere im Bereich eines größe¬ren Lagerspaltes angeordnet ist, wie etwa eines sich zwischen zwei Radiallagern befindenden,sogenannten Separatorspalts. Ferner wirkt sich derselbe Rundheitsfehler im Bereich einesRadiallagers bei Harmonischen mit einer Ordnung n von kleiner oder gleich sieben deutlichungünstiger auf die Druckverteilung des Radiallagers aus als bei höheren Harmonischen miteiner Ordnung n von größer als sieben. Somit ist eine Gewichtung der ermittelten Rundheitsfeh¬ler vorzunehmen in Abhängigkeit von der Position und der Höhe der Harmonischen.A strong out-of-roundness of a shaft in the region of one of the radial bearings worsens the bearing properties of the shaft to a much greater extent than the same out-of-roundness in the region of the shaft, which is arranged outside a radial bearing region and in particular in the region of a larger bearing gap, such as one between two Radial bearings located, so-called Separatorspalts. Furthermore, the same roundness error in the region of a radial bearing with harmonics with an order n of less than or equal to seven has a significantly less favorable effect on the pressure distribution of the radial bearing than with higher harmonics with an order n of greater than seven. Thus, a weighting of the determined roundness errors is to be carried out as a function of the position and the height of the harmonics.

[0013] Wie von Glauner und Mark Elliot in „Design and Use of a Cylindrical Measuring Machinefor Non-contact Roundness Measurement“, Master thesis, Pennsylvania State University, Col¬lege of Enginieering (2002) beschrieben ist eine Messvorrichtung mit einer drehbaren Spindelzum Einspannen eines zu vermessenden, annährend rotationssymmetrischen Gegenstandsbekannt, wobei statt eines Tastsensors einen oder mehrere berührungslose Abstandssensorenzur Vermessung der Oberfläche einsetzbar sind.As described by Glauner and Mark Elliot in "Design and Use of a Cylindrical Measuring Machine for Non-contact Roundness Measurement", Master's thesis, Pennsylvania State University, College of Engineering (2002) is a measuring device with a rotatable spindle for clamping a measured object, approximately rotationally symmetrical object, wherein instead of a tactile sensor one or more non-contact distance sensors are used for measuring the surface.

[0014] Weiters ist aus Whithouse, David J. in „Handbook of Surface and Nanometrology“ ΙΟΡPublishing Ltd. (2003) ISBN: 0-7503-0583-5 die Frequenzanalyse bzw. Fourier-Entwicklung derso gewonnenen Querschnittslinien nach harmonischen Frequenzkomponenten bekannt.Further, from Whithouse, David J. in "Handbook of Surface and Nanometrology" ΙΟΡ Publishing Ltd. (2003) ISBN: 0-7503-0583-5 the frequency analysis or Fourier development of the thus obtained cross-sectional lines to harmonic frequency components known.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION

[0015] Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Vermessung von Wellen in Bezug aufRundheitsharmonische anzugeben, das eine sehr viel genauere Gruppierung der Wellen nachRundheitsharmonischen erlaubt.It is an object of the invention to provide a method for measuring waves with respect to round harmonics, which allows a much more accurate grouping of the waves after round harmonics.

[0016] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen desAnspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a method having the features of claim 1.

[0017] Bevorzugte Ausgestaltungen und andere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind inden abhängigen Ansprüchen angegeben. Gemäß der Erfindung wird eine Frequenzanalyse dergemessenen Abstandswerte der Messsensoren relativ zu einer zu vermessenden Welle vorge¬nommen. Dabei wird die Grundschwingung des resultierenden Frequenzverlaufs nicht berück¬sichtigt, sondern es erfolgt eine Gruppierung der Wellen anhand der Werte der höheren harmo¬nischen Oberschwingungen der Ordnung Nn mit n >= 2 (höhere Fourier-Komponenten derFrequenzanalyse der Abstandswerte).Preferred embodiments and other advantageous features of the invention are indicated in the dependent claims. According to the invention, a frequency analysis of the measured distance values of the measuring sensors relative to a shaft to be measured is assumed. The basic oscillation of the resulting frequency response is not taken into consideration, but the waves are grouped by means of the values of the higher harmonic harmonics of order Nn with n> = 2 (higher Fourier components of the frequency analysis of the distance values).

[0018] Bisher wurden die Wellen anhand der absoluten Rundheitswerte selektiert, wobei eingewisser Grenzwert beispielsweise 400 nm Abweichung vom mittleren Durchmesser der Wellevon etwa 2,3 mm bis 3,0 mm für 2,5 Zoll Laufwerke vorgegeben war.So far, the waves have been selected from the absolute roundness values, with a given limit set, for example, of 400 nm deviation from the mean diameter of the shaft of about 2.3 mm to 3.0 mm for 2.5 inch drives.

[0019] Erfindungsgemäß erfolgt die Selektion nun ausschließlich anhand der harmonischenOberschwingungen, wobei eine Gruppierung der gemessenen Wellen nur dann erfolgt, wenndie Abweichung von der Rundheit für die zweite harmonische Oberschwingung N2 kleinergleich 35 Nanometer ist. Die dritte harmonische Oberschwingung N3 sollte kleiner sein als 40Nanometer, die vierte harmonische Oberschwingung N4 sollte kleiner sein als 45 Nanometerund die fünfte harmonische Oberschwingung N5 sollte kleiner sein als 50 Nanometer. Ferner ist vorzugsweise die Gesamtunrundheit der Welle minus zweimal der zweiten harmonischen Ober¬schwingung kleiner als 80 Nanometer.According to the invention, the selection now takes place exclusively on the basis of the harmonic harmonics, with a grouping of the measured waves taking place only if the deviation from the roundness for the second harmonic harmonic N2 is less than or equal to 35 nanometers. The third harmonic N3 should be less than 40 nanometers, the fourth harmonic N4 should be less than 45 nanometers and the fifth harmonic N5 should be less than 50 nanometers. Furthermore, preferably the total runout of the wave minus twice the second harmonic is less than 80 nanometers.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0020] Figur 1 zeigt schematisch den Aufbau der Messvorrichtung zur Vermessung von Wel¬ len auf Rundheit gemäß dem Stand der Technik.FIG. 1 shows schematically the construction of the measuring device for measuring waves for roundness according to the prior art.

BESCHREIBUNG EINES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF A PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION

[0021] Figur 1 zeigt beispielhaft den Aufbau einer Messvorrichtung zur Messung der Rundheiteiner Welle 14, wie er in K.F. Ehmann und C. Lin: "In-Process Measurement of Roundness andCylindricity," (Invited paper), ASME: Sensors, Controls, and Quality Issues in Manufacturing, T.l.Liu, C.H. Menq, N.H. Chao, editors, PED-Vol. 55, 59-71, (1991) beschrieben ist.Figure 1 shows an example of the structure of a measuring device for measuring the roundness of a shaft 14, as described in K.F. Ehmann and C. Lin: " In-Process Measurement of Roundness and Cylindricity, " (Invited paper), ASME: Sensors, Controls, and Quality Issues in Manufacturing, T.l.Liu, C.H. Menq, N.H. Chao, editors, PED-Vol. 55, 59-71, (1991).

[0022] Die Messvorrichtung umfasst eine Spindel 10, die um eine Spindelachse 12 drehbargelagert ist. Die zu testende Welle 14 kann in die Spindel 10 eingespannt und mit dieser zu¬sammen um die Spindelachse 12 in Drehung versetzt werden.The measuring device comprises a spindle 10 which is rotatably mounted about a spindle axis 12. The shaft 14 to be tested can be clamped in the spindle 10 and rotated together with the latter about the spindle axis 12.

[0023] Für das Ergebnis des erfindungsgemäßen Messverfahrens spielt es dabei keine Rolle,ob die Wellenachse 16 konzentrischen zur Spindelachse 12 ausgerichtet ist, oder wie es in derZeichnung dargestellt ist, nicht genau zur Spindelachse 12 ausgerichtet ist, sondern um einengeringen Winkel oder Versatz von der Spindelachse 12 abweicht.For the result of the measuring method according to the invention, it does not matter whether the shaft axis 16 is aligned concentrically with the spindle axis 12, or as shown in the drawing, is not aligned exactly to the spindle axis 12, but by a small angle or offset of the Spindle axis 12 deviates.

[0024] Da durch das hier beschriebene Messverfahren nicht die Rundheit als genormter Mess¬wert ermittelt wird, liegt der entscheidende Vorteil dieses Verfahrens darin, dass die Messer¬gebnisse nicht von der exakten parallelen Ausrichtung der zu testenden Welle mit der Spin¬delachse abhängen. Die genaue parallele Ausrichtung wäre extrem zeitintensiv und benötigtdarüber hinaus sehr genaue Spindellager. Im Unterschied zur oben zitierten Literaturstellekommt das hier beschriebene Messverfahren ohne diese präzisen Spindellager aus, die ingewöhnlichen Drehmaschinen normalerweise nicht montiert sind.Since the roundness is not determined as a standardized measured value by the measuring method described here, the decisive advantage of this method is that the measurement results do not depend on the exact parallel alignment of the shaft to be tested with the spin axis. The exact parallel orientation would be extremely time consuming and moreover requires very accurate spindle bearings. In contrast to the above-cited reference, the measuring method described here does not require these precise spindle bearings, which are not normally mounted in conventional lathes.

[0025] Als Messverfahren wird beispielsweise ein Messverfahren unter Verwendung von meh¬reren kapazitiven oder optischen Messsensoren 18, 20 und 22 verwendet, die alle in einerEbene angeordnet sind. Mittels zwei Messsensoren 18, 20, die in einem gegenseitigen Abstandentlang der Spindelachse 12 auf die Umfangsfläche der Spindel 10 ausgerichtet sind, wird beirotierender Spindel 10 ständig der Abstand jedes Messsensors 18, 20 zu Umfangsfläche derSpindel 10 gemessen. Mit dem Messsensor 22 wird ständig der Abstand d zur Umfangsflächeder zu vermessenden Welle 14 gemessen.As a measuring method, for example, a measuring method using a plurality of capacitive or optical measuring sensors 18, 20 and 22 is used, which are all arranged in one plane. By means of two measuring sensors 18, 20, which are aligned at a mutual distance along the spindle axis 12 on the peripheral surface of the spindle 10, the distance of each measuring sensor 18, 20 to the circumferential surface of the spindle 10 is measured continuously rotating spindle 10. With the measuring sensor 22, the distance d to the circumferential surface of the shaft 14 to be measured is constantly measured.

[0026] Die von den beiden Messsensoren 18, 20 aufgezeichneten Abstandswerte zur Umfangs¬fläche der Spindel 10 dienen als Referenzmesswerte.The distance values recorded by the two measuring sensors 18, 20 relative to the peripheral surface of the spindle 10 serve as reference measured values.

[0027] Anhand dieser Referenzmesswerte kann eine mögliche Bewegung der Spindelachse 12in der Ebene der Messsensoren erfasst und rechnerisch eliminiert werden, wie in K.F. Ehmannund C. Lin: "In-Process Measurement of Roundness and Cylindricity“ offenbart ist. Dadurch darfdie Spindelachse auch von geringerer Qualität sein als die weiter oben erwähnten Präzisions¬spindeln, was für ein Messsystem in der Massenfertigung für 100%-Tests kostenvorteilhaft ist.Eine Korrektur der Ausrichtung ist nicht möglich und darüber hinaus auch nicht nötig.On the basis of these reference measured values, a possible movement of the spindle axis 12 in the plane of the measuring sensors can be detected and eliminated by calculation, as described in K.F. Ehmann and C. Lin: " In-Process Measurement of Roundness and Cylindricity " is disclosed. As a result, the spindle axis may also be of lesser quality than the precision spindles mentioned above, which is cost-advantageous for a measuring system in mass production for 100% tests. A correction of the alignment is not possible and moreover not necessary.

[0028] Die vom Messsensor 22 ermittelten Abstandswerte zur Umfangsfläche der Welle 14, dievorzugsweise über mehrere Umdrehungen der Welle 14 ermittelt werden, werden nun erfin¬dungsgemäß einer Frequenzanalyse (Fourieranalyse) unterzogen. Es ergibt sich ein entspre¬chendes Frequenzspektrum mit einer Grundschwingung N1 und mehreren harmonischen Ober¬schwingungen Nn mit n >= 2.The distance values from the measuring sensor 22 to the peripheral surface of the shaft 14, which are preferably determined over several revolutions of the shaft 14, are now subjected to a frequency analysis (Fourier analysis) according to the invention. This results in a corresponding frequency spectrum with a fundamental oscillation N1 and several harmonic harmonics Nn with n> = 2.

[0029] Die vermessenen Wellen 14 werden nun nicht wie üblich anhand der Messwerte ersterOrdnung (Grundschwingung) selektiert, sondern werden gruppiert nach den Amplitude derOberschwingungen Nn höherer Ordnung mit n >= 2.The measured waves 14 are now not selected as usual on the basis of the measured values of the first order (fundamental), but are grouped according to the amplitude of the higher order harmonics Nn with n> = 2.

[0030] Insbesondere werden die Oberschwingungen der Ordnungen N2, N3, N4 und N5 be¬trachtet.In particular, the harmonics of the orders N2, N3, N4 and N5 be¬trachtet.

LISTE DER BEZUGSZEICHEN 10 Spindel 12 Spindelachse 14 Welle 16 Wellenachse 18 Messsensor 20 Messsensor 22 Messsensor d AbstandswertLIST OF REFERENCE SIGNS 10 Spindle 12 Spindle axis 14 Shaft 16 Shaft axis 18 Measuring sensor 20 Measuring sensor 22 Measuring sensor d Distance value

Nn n-te Ordnung der Oberschwingung der AbstandswerteNn nth order of the harmonic of the distance values

Claims (10)

Patentansprüche 1. Verfahren zur Vermessung der Rundheitsharmonischen von Wellen (14) von fluiddynami¬schen Lagern, insbesondere zum nachfolgenden Gruppieren der Wellen (14), mit denSchritten: Einspannen der zu vermessenden Welle (14) in eine Spindel (10), Versetzen von Spindel (10) und Welle (14) in Rotation, Vermessen der rotierenden Welle (14) und der rotierenden Spindel (10) mittels eines be¬rührungslosen Messverfahrens, wobei über mindestens eine Umdrehung der rotierendenWelle (14) eine Vielzahl von Abstandwerten zwischen mindestens einem Messsensor (22)und einer Umfangsfläche der Welle (14) gemessen und gespeichert werden, Durchführen einer Frequenzanalyse der Abstandswerte, Auswerten der Oberschwingungen der Ordnungen Nn mit n >= 2 der Abstandswerte, sowieGruppieren der Welle (14) anhand der Beträge einer oder mehrerer Oberschwingungen derOrdnungen Nn mit n >= 2.1. A method for measuring the roundness harmonics of shafts (14) of fluid dynamic bearings, in particular for the subsequent grouping of the shafts (14), comprising the steps of: clamping the shaft (14) to be measured in a spindle (10), displacement of spindle (10) and shaft (14) in rotation, measuring the rotating shaft (14) and the rotating spindle (10) by means of a contactless measuring method, wherein over at least one revolution of the rotating shaft (14) a plurality of distance values between at least one measuring sensor (22) and a peripheral surface of the shaft (14) are measured, performing a frequency analysis of the distance values, evaluating the harmonics of orders Nn with n> = 2 of the distance values, and grouping the shaft (14) by the amounts of one or more harmonics of the orders Nn with n> = 2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Frequenzanalyseeine Korrektur der Abstandswerte bezüglich der ermittelten Spindelbewegung stattfindet.2. The method according to claim 1, characterized in that before the frequency analysis, a correction of the distance values takes place with respect to the determined spindle movement. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nicht oberflächenbeschichte¬te Wellen anhand der Beträge der dritten und fünften Oberschwingung gruppiert werden.3. The method according to claim 1, characterized in that not surface-coated waves are grouped by means of the amounts of the third and fifth harmonic. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass oberflächenbeschichteteWellen anhand der Beträge der zweiten Oberschwingung gruppiert werden.A method according to claim 1, characterized in that surface coated waves are grouped by means of the second harmonic amounts. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gruppierung nur dannerfolgt, wenn die Abweichung von der Rundheit für die zweite harmonische Oberschwin¬gung N2 kleiner gleich 35 nm beträgt.5. The method according to claim 1, characterized in that a grouping only takes place when the deviation from the roundness for the second harmonic Oberschwin¬gung N2 is less than or equal to 35 nm. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gruppierung nur dannerfolgt, wenn die Abweichung von der Rundheit für die dritte harmonische OberschwingungN3 kleiner gleich 40 nm ist.A method according to claim 1, characterized in that grouping occurs only when the deviation from the roundness for the third harmonic N3 is less than or equal to 40 nm. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gruppierung nur dannerfolgt, wenn die Abweichung von der Rundheit für die vierte harmonische Oberschwin¬gung N4 kleiner gleich 45 Nanometer beträgt.7. The method according to claim 1, characterized in that a grouping takes place only if the deviation from the roundness for the fourth harmonic harmonic N4 is less than or equal to 45 nanometers. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gruppierung nur dannerfolgt, wenn die Abweichung von der Rundheit für die fünfte harmonische Oberschwin¬gung N5 kleiner gleich 50 nm beträgt.8. The method according to claim 1, characterized in that a grouping takes place only if the deviation from the roundness for the fifth harmonic Oberschwin¬gung N5 is less than or equal to 50 nm. 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gruppierung nur dannerfolgt, wenn die Abweichung von der Rundheit der Welle minus zweimal der zweiten har¬monischen Oberschwingung N2 kleiner ist als 80 Nanometer.9. The method according to claim 1, characterized in that a grouping takes place only if the deviation from the roundness of the wave minus twice the second har¬monischen harmonic N2 is smaller than 80 nanometers. 10. Vorrichtung zur Vermessung der Rundheitsharmonischen von Wellen (14) von fluiddyna¬mischen Lagern, insbesondere zum nachfolgenden Gruppieren der Wellen (14), umfas¬send: eine drehbare Spindel zum Einspannen und in Rotation Versetzen der Welle, mindestenseinen berührungslosen Messsensor zur Vermessung der Umfangsfläche der Welle,eine Datenverarbeitungseinrichtung zur Durchführung einer Frequenzanalyse der von denMesssensoren erfassten Messwerte, gekennzeichnet durch eine Selektionseinrichtungzur Gruppierung der Welle anhand der Beträge der harmonischen Oberschwingungen derOrdnungen Nn mit n >= 2 des ermittelten Frequenzspektrums. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen10. Device for measuring the roundness harmonics of shafts (14) of fluid-dynamic bearings, in particular for the subsequent grouping of the shafts (14), comprising: a rotatable spindle for clamping and rotating the shaft, at least one non-contact measuring sensor for measuring the Peripheral surface of the shaft, a data processing device for carrying out a frequency analysis of the measured values detected by the measuring sensors, characterized by a selection means for grouping the wave by means of the amounts of harmonic harmonics of the orders Nn with n> = 2 of the determined frequency spectrum. For this 1 sheet drawings
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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GLAUNER, MARK ELLIOTT: Design and Use of a Cylindrical Coordinate Measuring Machine for Non-contact Roundness Measurement. Master Thesis, Pennsylvania State University, College of Engineering (2002) <URL: http://de.scribd.com/ doc/109046529/Design-and-Use-of-a-Cylindrical-Coordinate- Measuring-Machine-for-Non-contact-Roundness-Measurement#> *
WHITEHOUSE, DAVID J.: Handbook of Surface and Nanometrology. IOP Publishing Ltd. (2003) ISBN: 0-7503-0583-5 <URL: http:// www.sciencelib.net/files/Handbook%20of%20Surface%20and%20 Nanometrology,%202003,%20p.1128.pdf> *

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