CN107202817A - 用于检测压电元件中的裂纹的方法和装置 - Google Patents

用于检测压电元件中的裂纹的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了用于检测压电元件中的裂纹的方法和装置。本发明提供了一种无论裂纹的尺寸能够可靠地检测压电元件中的裂纹的方法。该方法包括：将电压施加到一对压电元件(9a和9b)中的第一压电元件(9a)，从而引起第一压电元件(9a)中的变形，根据第一压电元件(9a)的变形来使得该对压电元件(9a和9b)中的第二压电元件(9b)发生强制性变形，从而从第二压电元件(9b)产生电压，基于施加电压值和生成电压值来求出这对压电元件(9a和9b)的传递函数(G(s))，并且基于从求出的传递函数(G(s))获取的目标值，检测该对压电元件(9a和9b)中是否存在裂纹。

Description

用于检测压电元件中的裂纹的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于检测压电执行器等所使用的一对压电元件中的裂缝的方法和装置。
背景技术
存在双执行器系统作为如JP2002-50140A中所公开的实现高密度硬盘驱动器(HDD)的技术。双执行器系统除了音圈电机之外还具有带有压电执行器的头悬架。
音圈电机用于驱动头悬架所附接的移动托架从而使得头悬架转动。压电执行器包括压电元件，该压电元件被安置在基板与负载梁之间的中间部分或者头部，并且根据施加到该压电元件的电压可变形以沿着摇摆方向驱动头部。双执行系统因此精确地定位头部上的磁头。
双执行器系统中所使用的头悬架需要根据HDD的尺度减小而减薄。相应地，压电执行器所使用的压电元件也需要减薄。
经减薄的压电元件可能由外力引起微裂纹，例如在生产压电元件或者将相同的压电元件装配到头悬架时接收到的外力。产生裂纹的压电元件令人担心的是长期可靠性的降低，并且必须被视为有缺陷。
然而，通常利用立体显微镜从外观上难以发现微裂纹。在压电元件表面上的通过镀金、镀铂等所形成的电极加剧了这一困难。
而且，通过测量电特性也难以发现这样的微裂纹。也就是说，压电元件经过性能测试，其中例如在将压电元件装配到头悬架之后测量电容。然而，微裂纹不引起电容的改变。
另一方面，存在多个检测压电元件的裂纹的方法，其中例如JPH06-003305A和JP2002-367306A中所公开，一个执行阻抗和/或相位的频率特性中的图案之间的比较，另一个利用压电元件的光学透明性。
然而，这些方法难以确定裂纹的存在与否，或者难以应用到实际的用途。因此，这些方法不能可靠地检测出微裂纹。
发明内容
本发明的目的是提供一种无论裂纹的尺寸如何都能够可靠地检测压电元件中的裂纹的装置和方法。
为了实现该目的，本发明的第一方面提供一种检测压电元件中的裂纹的方法。本方法包括将电压施加到彼此结合并且整体可变形的一对压电元件中的第一压电元件，从而引起第一压电元件中的变形，根据第一压电元件的变形来强制性地使得这对压电元件中的第二压电元件发生变形，从而从第二压电元件产生电压，基于施加到第一压电元件的电压值和从第二压电元件生成的电压值求出这对压电元件的传递函数，并且基于从求出的传递函数所获取的目标值，检测该对压电元件中的一个或者两者中是否存在裂纹。
本发明的第二方面提供一种用于检测压电元件中的裂纹的装置。该装置包括电连接到相互结合并且整体可变形的一对压电元件中的第一压电元件的电源，从而向第一压电元件施加电压并且使得第一压电元件发生变形；电连接到该对压电元件中的第二压电元件的电压测试设备，从而测量根据第一压电元件的变形而强制性发生变形的第二压电元件所生成的电压；以及电连接到电压和电压测量设备的裂纹检测器，由此裂纹检测器从电源获取针对第一压电元件的施加电压值，并且从电压测量元件获取所测量的测量电压值，基于施加电压值和测量电压值求出该对电压元件的传递函数，并且基于求出的传递函数所获得的目标值来检测该对压电元件中的一个或多个是否存在裂纹。
根据第一方面，电压不是施加到这对电压元件中的两者而只是施加到这对电压元件中的第一压电元件，以便从这对电压元件中的第二压电元件生成电压。然后，利用施加的电压值和生成的电压值来求出传递函数。求出的传递函数提供即使裂纹是微裂纹也能够可靠地检测到裂纹的目标值。也就是说，第一方面能够可靠地检测这对压电元件中的一个或两者中的裂纹，而不论裂纹的大小如何。
根据第二方面，该装置容易地且简单地实现第一方面所提供的方法。
附图说明
图1是示意性示出根据本发明的一个实施例针对压电元件的裂纹检测装置的总体示意图。
图2是表示根据本实施例的频率传递函数的增益特性和相位特性的示例的示意图。
图3A是带有微裂纹的压电元件的放大图。
图3B是图3A的部分放大图。
图4是压电元件在裂纹生成前后的电特性测量结果的图表。
图5A至图5D是压电元件在裂纹生成前后的冲程测量结果图。
图6是示意性示出具有微裂纹以及未分开的电极的压电元件的横截面图。
图7是根据本实施例的裂纹检测方法的流程图。
图8A和图8B是表示从正常样本和误差样本所获得的频率传递函数的增益特性和相位特性的示意图。
图9是表示图8A和图8B经过重叠的增益特性以及图8A和图8B经过重叠的相位特性的示意图。
图10A到图10F是表示图9的误差样本和正常样本的传递函数的增益特性上所设置的频率范围中的峰值分布的盒须图。
图11A到图11F是表示图9的误差样本和正常样本的传递函数的增益特性上所设置的各个频率范围中的频率值分布的盒须图。
图12A到图12C是表示图9的误差样本和正常样本的传递函数的增益特性上所设置的各个频率范围中的面积值分布的盒须图。
图13是用于求出图12A至图12C中所使用的面积值的示意图。
图14A到图14F是表示图9的误差样本和正常样本的传递函数的相位特性上所设置的各个频率范围中的频率值分布的盒须图。
图15是表示利用从图9的误差样本和正常样本的传递函数所获得的各自两组参数所选择的两个参数而分别进行的判别分析的结果的图表。
图16是表示完全判别图9的误差样本和正常样本的判别分析的结果的示意图。
图17是以通过图16的判别分析中的判别式所获得的值来将误差样本和正常样本进行分类的示意图。
图18是表示在图16的判别分析中将误差样本和正常样本确定为误差产品和正常产品的判别结果的图表。
图19A是以通过判别分析中的判别式所获得的值来将误差样本和正常样本进行分类的示意图。
图19B是表示将误差样本和正常样本判断为误差产品和正常产品的判别结果的图表。
图20A是以通过判别分析中的判别式所获得的值来将误差样本和正常样本进行分类的示意图。
图20B是表示将误差样本和正常样本判断为误差产品和正常样本的判别结果的图表。
具体实施方式
将说明根据本发明的一个实施例。本实施例提供一种裂纹检测方法和裂纹检测装置，作为一种无论裂纹的尺寸都能够可靠地检测压电元件中的裂纹的装置和方法。
由此，裂纹检测方法将电压施加到一对压电元件中的第一压电元件，从而引起第一压电元件中的变形，从根据第一压电元件的变形而强制性发生变形的这对压电元件中的第二压电元件生成电压，基于施加到第一压电元件的电压值和从第二压电元件生成的电压值求出这对压电元件的传递函数，并且基于从求出的传递函数所获取的目标值，检测该对压电元件中的一个或者两者中是否存在裂纹。
这对压电元件可以将各自的第一端附接到静止元件并且将各自的第二端附接到可移动元件。在此情况下，施加步骤根据第一压电元件使得可移动元件发生位移，而变形步骤由发生位移的可移动元件使得第二压电元件强制变形从而生成电压。
检测步骤可以比较目标值与参考值，或者利用判别式来评价目标值，由此检测该对压电元件中的一个或两者是否存在裂纹。
参考值可以是从传递函数获得的值，其中的传递函数是预先基于一对压电元件的至少一个误差样本求出的，其中第一压电元件和第二压电元件中的一个或两者出现裂纹；或者基于一对压电元件的至少一个正常样本，其中第一压电元件和第二压电元件均未出现裂纹。
判别式可以是通过对于误差值和正常值实施判别分析所获得的判别函数，误差值是从预先基于多个误差样本预先求出的传递函数所获得的，其中的误差样本各自具有一对压电元件，其中第一和第二压电元件中的一个或两者出现裂纹，正常值是从预先基于多个正常样本所求出的传递函数所获得的值，其中多个正常样本各自具有一对压电元件，其中第一和第二压电元件均未发生裂纹。
传递函数可以是频率传递函数。在此情况下，目标值可以是频率传递函数的增益特性或相位特性的波形中峰的频率值、峰值、或者面积值，所述峰在所限定的波形范围内，从而包括所述峰并且不包括所述峰的邻近峰。
裂纹检测方法所使用的裂纹检测装置可以包括电源，该电源电连接到相互结合并且整体可变形的压电元件对当中的第一压电元件；电压测量设备，该电压测量设备电连接到压电元件对当中的第二压电元件；以及裂纹检测器，其电连接到电源和电压测量设备。
电源用于向第一压电元件施加电压从而引起第一压电元件中的变形，电压测量设备用于测量根据第一压电元件的变形发生强制变形的第二压电元件所生成的电压，裂纹检测器从电源获取施加到第一压电元件的电压值，并且从电压测量元件获取所述测量的电压值，基于施加电压值和测量电压值求出该对压电元件的传递函数，并且基于求出的传递函数所获得的目标值来检测该对压电元件中的一个或多个压电元件是否存在裂纹。
此后，将参考附图详细说明本发明的实施例。
图1是示意性表示根据本发明的实施例用于压电元件的裂纹检测装置的示意图。
根据本实施例的裂纹检测装置1具有交流电源3、电压测量设备5以及裂纹检测器7，并且检测一对压电元件9a和9b中的一个或者两者是否存在裂纹。
该对压电元件9a和9b彼此结合并且作为压电执行器等整体可变形。根据本实施例，该对压电元件9a和9b组成硬盘驱动器中所并入的头悬架中所使用的压电执行器，并且附接到执行器基座11。在图1中，将该对压电元件9a和9b以及执行器基座11示出为平视图，示意性或概念性地示出其他组件和电连接。
执行器基座11是组成头悬架的一部分的薄板，并且具有开口13a和开口13b。开口13a和13b在头悬架的纵向方向(图1的垂直方向)上位于执行器基座11的中间，并且在头悬架的横向方向(图1的左、右方向)上从侧边缘扩展到执行器基座11的中间。由此，执行器基座11具有静止构件15、可移动构件17以及连接部件19。
将静止构件15和可移动构件17形成为在横向方向上延长的矩形平面形状。静止构件15和可移动构件17不限于矩形平面形状，只要允许可移动构件17相对于静止构件15进行位移，作为压电执行器等，就可以形成为任意其他形状。静止构件15和可移动构件17在纵向方向上跨越开口13a和13b相互相对，并且在横向方向中心相互结合。
将连接部件19形成为在纵向方向上延长的矩形平面形状。连接部件19连接可移动构件17和静止构件15，从而允许可移动构件17相对于静止构件15位移。根据本实施例，可移动构件17相对于连接部件19可倾斜。连接部件19不限于矩形平面形状，并且只要连接部件19允许可移动构件17相对静止构件15位移，其可以形成为任何其他形状。
在执行器基座11上，将该对压电元件9a和9b在横向方向上安置在连接部件19的两侧，以使压电元件9a和9b在纵向方向上跨越各个开口13a和13b。压电元件9a和9b是形成为在纵向方向上延长的矩形平面形状的薄板。通过粘合剂(未示出)分别将压电元件9a和9b中的每个元件的纵向端固定到静止构件15和可移动构件17。压电元件9a和9b相互平行并且具有相反的极性。由此，压电元件9a和9b根据施加到压电元件的电压在相反方向上纵向可变形，因而压电元件9a和9b中的一个压电元件在纵向方向上收缩，而另一个压电元件在纵向方向上延长。在本实施例中，压电元件9a和9b的延长和收缩方向是纵向方向，相对于延长和收缩方向的正交方向是横向方向。
将交流电源3电连接到压电元件9a和9b中的一个压电元件，特别是第一压电元件9a，从而将电压施加到第一压电元件9a。交流电源3用于使得能够在给定范围内设置频率值和电压(AC电压)值。因此，交流电源3输出具有设定频率值和设置电压值的电压，并且将该电压施加到第一压电元件9a。根据该电压的施加，第一压电元件9a被拉伸或收缩(变形)。作为电源，理论上可以采用直流电源来代替交流电源3。
如果第一压电元件9a如上所述发生变形，执行器基座11的可移动构件17根据第一压电元件9a的变形，相对于静止构件15围绕连接部件19发生位移。由于可移动构件17的该位移，压电元件9a和9b中的另一个压电元件，特别是第二压电元件9b，在相对于第一压电元件9a的反方向上被强制拉伸或收缩(变形)。例如，如果第一压电元件9a被拉伸，则第二压电元件9b相反地被收缩。因此，第二压电元件9b产生电压。
将电压测量设备5电连接到第二压电元件9b，从而将在第二压电元件9b所产生的电压输入到电压测量设备5。因此，电压测量设备5测量从第二压电元件9b所产生的输入电压。
裂纹检测器7基于从交流电源3到第一压电元件9a的施加电压值和从第二压电元件9b所产生并且由电压测量设备5进行测量的测量电压值，检测该对压电元件9a和9b中是否存在裂纹。
裂纹检测器7包括计算机，该计算机具有CPU(中央处理器)、RAM(随机存取存储器)、ROM(只读存储器)等并且执行程序以实现各种功能。虽然在图1中裂纹检测器7是与交流电源3和电压测量设备5分开的分立单元，但是它可以是与交流电源3和电压测量设备5中的一个或多个集成的单个单元。
将裂纹检测器7电连接到交流电源3和电压测量设备5。裂纹检测器7具有如下第一功能：从交流电源3获得对于第一压电元件9a的施加电压值，并且从电压测量设备5获取测量电压值。
为了获得所施加电压的值和测量到电压的值，交流电源3响应于作为触发的待成为所施加电压的电压的输出，向裂纹检测器7输出所输出电压的值，而电压测量设备5响应于作为触发的电压的输入或测量，向裂纹检测器7输出所输入电压的值。只要裂纹检测器7获得这些值，获得所施加电压的值和测量到电压的值的方式不限于上面的方式。例如，裂纹检测器7可以请求交流电源3和电压测量设备5输出所施加电压的值和测量到电压的值。
而且，裂纹检测器7具有第二功能：基于获得的所施加电压的值和测量到电压的值求出该对压电元件9a和9b的传递函数。传递函数通过G(s)＝Y(s)/X(s)来表示，其中Y(s)是指输出的函数，而X(s)是指输入的函数。根据本实施例，本实施例的传递函数是频率传递函数。图2是表示频率传递函数的增益特性和相位特性的示例的示意图。原理上，传递函数不限于频率传递函数。
而且，裂纹检测器7具有第三功能：基于从求出的传递函数所获得的目标值，检测该对压电元件9a和9b中的一个或两者是否存在裂纹。
根据本实施例，目标值是从频率传递函数的增益特性和相位特性的波形所获取的峰值、面积值或者频率值。通过比较目标值与参考值或者利用判别式对于目标值进行评价，来实现基于目标值的裂纹的检测。随后将详细地说明目标值、参考值和判别式。
裂纹检测方法使得能够检测出该对压电元件9a和9b中非常细微的微裂纹。也就是说，本实施例的裂纹检测方法无论裂纹的尺寸如何都能够可靠地检测出压电元件中的裂纹。
图3A是具有微裂纹的压电元件的放大图，而图3B是图3A中的部分放大图。
作为微裂纹，存在着如下的非常细微的裂纹：无法从带有金板P的区域R1中的外观发现该裂纹，并且难以从不带有金板P的区域R2中的外观发现该裂纹。这样非常细微的微裂纹(此后称为细微裂纹)不影响电性质，因此在基于电特性的裂纹检测中被忽略。
图4是有裂纹和无裂纹的压电元件的电特性的测量结果的图表。在图4中，示出的是从压电元件的五个样本测量出的电容值和介电损耗角正切值，作为在每个样本中人为引起细微裂纹的情况下裂纹产生前后的电特性。在图4中的列“之前”指示裂纹产生之前的值，而列“之后”指示裂纹产生之后的值。
如图4中所示，裂纹产生前后不存在电容值和介电损耗角正切值的很大变化。
图5A至图5D是有裂纹和无裂纹的压电元件的冲程测量结果图。在图5A至图5D中，示出的是如图4在每个样本中人为造成微裂纹的情况下，基于在裂纹生成前后从压电元件的样本进行的测量所绘制的冲程的曲线。
如图5A至图5D中所示，裂纹生成前后冲程没有很大变化。
通过这种方式，细微裂纹不引起电容、介电损耗角正切值的很大变化，而是相对大的正常微裂纹引起电容、介电损耗角正切值和冲程的很大变化。这是基于具有微裂纹的压电元件的电极未完全分开的事实。图6是示意性示出具有细微裂纹C以及未分开的电极10a和10b的压电元件9的示例的截面图。电极10a和10b可以是镀金、镀铂等，在本实施例中是镀铂。
即便是这样的细微裂纹也会破坏压电执行器的长期可靠性，并且需要被可靠地检测到。
接着，实施例求出该对压电元件9a和9b的频率传递函数，比较从求出的传递函数的增益特性和/或相位特性所获得的一个或多个目标值与参考值，或者利用判别式来评价一个或多个目标值，由此能够检测出细微裂纹。
特别地，本实施例将电压只施加到第一压电元件9a，并且基于针对第一压电元件9a所施加的电压的值和从第二压电元件9b所生成的电压的值来求出频率传递函数。这使得利用从传递函数，特别是频率传递函数所获取的目标值，能够检测出该对压电元件9a和9b中的细微裂纹。
图7是裂纹检测方法的流程图。
根据本实施例的裂纹检测方法按照顺序地执行电压施加步骤S1、强制变形步骤S2、函数求出步骤S3以及裂纹检测步骤S4。
在电压施加步骤S1中，交流电源3将具有设置电压值和设置频率值的电压施加到该对压电元件9a和9b(测量对象)中的第一压电元件9a。将所施加电压的值从交流电源3输出到裂纹检测器7。电压施加可以由作为控制器的裂纹检测器7来控制。根据该电压施加，压电元件9a发生变形。
在强制变形步骤S2中，根据第一压电元件9a的变形，使得该对压电元件9a和9b中的第二压电元件9b强制发生变形。也就是说，第一压电元件9a的变形引起执行器基座11的可移动构件17关于连接部件19发生位移，由此使得第二压电元件9b强制发生变形，在相对于第一压电元件9a发生变形的反方向拉伸或收缩。
此时，第二压电元件9b根据第二压电元件9b的强制拉伸或收缩来生成电压。所生成的电压在电压测量设备5处进行测量，并且电压测量设备5将生成电压的测量值输出到裂纹检测器7。
在函数求出步骤S3中，裂纹检测器7利用从交流电源3输入的施加电压的值和从测量设备5输入的测量电压(生成电压)的值来求出频率传递函数G(s)。传递函数的求出方法是公知的，在此省略。
在裂纹检测步骤S4中，裂纹检测器7从函数求出步骤S3中所求出的频率传递函数获得一个或多个目标值，特别是增益特性和相位特性中的峰值、面积值或者频率值或者这些值的组合。接着，裂纹检测器7比较目标值与参考值，或者利用判别式来评价目标值，由此检测该对压电元件9a和9b中的一个或两者是否存在裂纹。
此后，将参考图8A至图14以及测试结果来说明比较目标值与参考值。首先，将说明求出参考值的测试结果。
图8A和图8B是表示从没有微裂纹的正常样本和带有微裂纹的误差样本所获得的频率传递函数的增益特性和相位特性的示意图，其中图8A针对没有微裂纹的正常样本而图8B针对带有微裂纹的误差样本。图9是表示图8A和图8B重叠的增益特性和图8A和图8B重叠的相位特性的示意图。
图8A表示从多个正常样本所求出的频率传递函数(此后称为正常传递函数)的波形，特别是从二十个正常样本，其中每个正常样本中的两个压电元件都没有裂纹。图8B表示从多个误差样本所求出的频率传递函数(此后称为误差传递函数)的波形，特别是从二十个误差样本，其中每个误差样本中的一个或者两个压电元件出现裂纹。作为误差样本的裂纹，通过与上面相同的方式人为地造成误差样本的压电元件中的细微裂纹。
在每个样本中，通过施加到第一压电元件9a的电压值和从第二压电元件所生成的电压值，利用裂纹检测装置1来求出误差传送函数和正常传递函数。在一些误差样本中，只有第一压电元件9a具有微裂纹。在一些其他的误差样本中，只有第二压电元件9b具有微裂纹。在另外的一些误差样本中，第一压电元件9a和第二压电元件9b分别具有微裂纹。在这些误差样本之中，传递函数的波形不存在很大的变化。因此，裂纹检测方法如上所述只向第一压电元件9a施加电压，而这使得能够快速检测到微裂纹。
通过与图9中相同的重叠来比较图8A与图8B的结果，在误差传递函数与正常传递函数之间存在着增益特性和相位特性中出现的对应的峰所处的频率的偏差。将偏差进行集中，以便比较从包含偏差的增益特性和相位特性中的对应峰所获得的值。
特别地，对于包含偏差的对应峰的多个群组，限定误差传递函数和正常传递函数上的频率范围F1到F6，以便每个频率范围包括对应峰的单个群组(集中群组)，而不包括对应峰的集中群组周围的对应峰的近邻群组。接着，从误差传递函数和正常传递函数减去每个频率范围中的峰的峰值、面积值或频率值，作为所选择的参数的值，并且比较误差传递函数与正常传递函数。峰值是峰的峰顶的值，面积值是峰的峰面积的值，而频率值是峰顶出现所处的频率的值。
图10A到图10F是表示图9的误差传递函数(误差样本)和正常传递函数(正常样本)的增益特性的不同频率范围中的峰值分布的盒须图。图10A表示10kHz到15kHz的频率范围F1，图10B表示20kHz到25kHz的频率范围F2，图10C表示35kHz到38kHz的频率范围F3，图10D表示55kHz到65kHz的频率范围F4，图10E表示65kHz到80kHz的频率范围F5，图10F表示75kHz到80kHz的频率范围F6。
在图10A到图10F的每个盒须图中，盒表示第一和第三四分位数，盒中的粗线表示平均数，较高和较低的横线分别表示最大值和最小值，而最大和最小值之外的点是离群值。同样适用于其他附图中的盒须图。
如图10A至图10F中所示，在所有的频率范围F1到F6中，在增益特性的峰值从最大值到最小值的范围内误差样本和正常样本彼此部分地重叠。因此，增益特性的峰值不能使得误差样本的群组和正常样本的群组被准确地彼此分开。也就是说，增益特性中的峰值不足以精确地判别压电元件中是否存在细微裂纹。
图11A到图11F是表示图9的误差传递函数和正常传递函数的增益特性的各个频率范围F1到F6中的频率值分布的盒须图。
如图11A至图11F中所示，在所有的频率范围F1到F6中，在增益特性的峰值从最大值到最小值的范围内误差样本和正常样本彼此部分地重叠。也就是说，增益特性中的频率值不足以精确地判别压电元件中是否存在细微裂纹。
图12A到图12C是表示图9的误差传递函数和正常传递函数的增益特性的不同频率范围中的面积值分布的盒须图。图12A表示70kHz到80kHz频率范围F7内的分布，图12B表示75kHz到80kHz频率范围F6内的分布，而图12C表示76kHz到80kHz的频率范围的分布。图12A到图12C只表示看起来更可能判别误差样本与正常样本的频率范围F6到F8。未示出频率范围F1到F5。频率范围F7和F8是修改后的频率范围F5和F6。
如图12A至图12C中所示，不仅在频率范围F1到F5中而且在频率范围F6到F8中，在增益特性的面积值从最大值到最小值的范围内误差样本和正常样本彼此部分地重叠。也就是说，增益特性中的面积值不足以精确地判别压电元件中是否存在细微裂纹。图12A到图12C中的每个面积值是在横坐标与图13中所示的跨过对应频率范围两端之间的波形之间垂直的面积值。图13是用于求出75kHz到80kHz的频率范围F6内的面积值的示例。
在相位特性中，峰值和面积值不足以精确地判别压电元件中是否存在细微裂纹。相反，相位特性中的频率值在特定的频率范围内使得能够判别压电元件中是否存在细微裂纹。
图14A到图14F是表示图9的误差传递函数和正常传递函数的相位特性的各个频率范围F1到F6中的频率值分布的盒须图。在图14A到图14F中，这些值分布很广，因此只示出盒须图的必要部分。
如图14A至图14F中所示，在55kHz到65kHz的频率范围F4和65kHz到80kHz的频率范围F5中，误差样本和正常样本在相位特性的频率值从最大值到最小值的范围内彼此不重叠。因此，相位特性的频率值导致可靠地分开误差样本群组和正常样本群组，并且使得能够判别压电元件中是否存在微裂纹。
在图14A到图14F的情况下，在55kHz到65kHz的频率范围F4和65kHz到80kHz的频率范围F5中，误差传递函数的相位特性的频率值要小于正常传递函数的相位特性的频率值。
因此，误差传递函数的相位特性中的最大频率值或者正常传递函数的相位特性中的最小频率值被用作频率范围F4和F5中的一个或者两者的参考值，由此检测是否存在细微裂纹。
对于更多的细节，裂纹检测方法比较目标值与参考值，其中的目标值尤其是从测量对象的该对压电元件9a和9b的频率传递函数所获得的相位特征中的频率值，并且确定在频率范围F4和F5中的一个或者两者中目标值是小于还是大于参考值。
参考值可以是从一对压电元件中至少一个正常样本或至少一个误差样本的传递函数所获得的值，而不是从多个误差样本和多个正常样本的传递函数所获得的值当中所选择的最大值或最小值。
误差传递函数的相位特性的最大值和正常传递函数的相位特性的最小值可以被用作参考值。
使得能够检测出细微的频率范围和参数应当适合用于压电执行器的规范，因此应当通过测试等进行设置。
此后，将参考图15至图20B以及测试结果来说明利用判别式基于目标值的评价。
为了求出判别式，利用从误差传递函数和正常传递函数所获取的值分别作为误差值和正常值来执行判别分析。判别分析的方法是公知的，在此省略。
根据本实施例，从多个参数特别是从独立的两个参数群组当中选择两个参数，利用所选择的两个参数的误差值和正常值对于误差样本和正常样本执行判别分析。对于多个参数，即参数的两个群组通过轮询的方式来执行这样的判别分析。对于判别分析，实施例选择38个误差样本和40个正常样本。
图15是表示利用从图9的误差传递函数和正常传递函数所获得的独立的两组参数所选择的两个参数而分别进行的判别分析的结果的图表。图16是表示完全地判别图15的误差样本与正常样本的判别分析的结果的示意图。
图15选择性地表示如下参数：在55kHz到65kHz的频率范围F4内，增益特征中的峰值(增益峰)、增益特征中的频率值(增益频率)、以及相位特征中的频率值(相位频率)，以及在75kHz到80kHz的频率范围F6内，增益特征中的峰值、频率值、面积值(增益面积)、以及相位特征中的频率值。
在图15的网格的各个单元的示意图中，纵坐标在单元的所属行中指示最左侧的参数，横坐标在单元所属列中指示左上侧的参数。
尽管在各个单元的图表中数值和字符不清晰，但是图15近似地示出哪两个参数的组合能够判别误差样本与正常样本。
而且，图15未示出如下参数：即使是在55kHz到65kHz频率范围中的增益特性中的面积值、相位特性中的峰值和面积值，以及即使在75kHz到80kHz的频率范围内的相位特性的峰值和面积值。这些参数不判别误差样本与正常样本。相似地，由于其他频率中的判别结果不区分误差样本与正常样本，所以未示出这些结果。
从图15到图16需要理解的是，将55kHz到65kHz的频率范围F4中相位特征的频率值和75kHz到80kHz的频率范围F6中的增益特征中的面积值用作两个参数来执行判别分析，从而完整地且精确地判别误差样本与正常样本。
图17和图18示出图16的判别分析的结果(区分结果)，其中图17是将误差样本和正常样本在通过图16中的判别式所获得的各个值进行分类的图表，图18是表示将误差样本和正常样本确定为误差产品和正常产品的判别结果。
如图17中所示，图16的判别分析将在判别式或判别函数Y＝a0+a1*x1+a2*x2中Y值小于0(Y<0)的样本确定为正常样本，而将Y值超过0(Y>0)的样本确定为误差样本。如图18中所示，正确地将误差样本确定为误差样本，并且将正常样本确定为正常样本。
在区别函数中，a0是常数项，a1和a2是系数，而x1和x2是本实施例中的参数：55kHz到65kHz的频率范围内的相位特性中的频率值和75kHz到80kHz的频率范围内的增益特性中的面积值。能够通过与公知方法相同的方式来获得常数项a0和系数a1和a2。
因此，将图16的判别分析的判别函数用作检测是否存在细微裂纹的判别式。特别地，从压电元件对9a和9b获得55kHz到65kHz频率范围内的相位特征的频率值和75kHz到80kHz频率范围内的增益特征的面积值，作为对象值，并且将该对象值分配给x1和x2来计算Y值。这使得根据Y值超过0(Y>0)或者小于0(Y<0)来检测是否存在细微裂纹。
图19A和图19B示出利用三个参数的判别结果。图20A和图20B示出利用其他三个参数的判别结果。
对于图19A和图19B的判别分析，三个参数是55kHz到65kHz频率范围F4内的相位特征中的频率值、65kHz到80kHz的频率范围F5内的相位特征中的频率值，以及75kHz到80kHz的频率范围F6内的增益特征中的面积值。
对于图20A和图20B的判别分析，三个参数是55kHz到65kHz频率范围F4内的增益特征中的峰值、75kHz到80kHz的频率范围F6内的增益特征中的峰值，以及频率范围F4内的相位特征中的频率值。
在图19和图20中，判别分析将在判别式或判别函数Y＝a0+a1*x1+a2*x2+a3*x3中Y值小于0(Y<0)的样本确定为正常样本，而将Y值超过0(Y>0)的样本确定为误差样本。在判别函数中，a0是常数项，a1、a2和a3是系数，而x1、x2和x3是参数。能够通过与公知方法相同的方式来获得常数项a0和系数a1至a3。利用判别分析，正确地将误差样本确定为误差产品，并且将正常样本确定为正常产品。
因此，将针对图19和图20的判别分析的判别函数用作具有三个参数的检测是否存在细微裂纹的判别式。
使得能够检测出细微裂纹的参数和系数应当适合用于压电执行器的规范，因此应当通过判别分析等进行设置。
将说明本实施例的主要效果。
裂纹检测方法包括向彼此互联并且整体可变形的一对压电元件9a和9b中的第一压电元件施加电压，从而引起第一压电元件9a中的变形(电压施加步骤S1)，根据第一压电元件9a的变形来强制使得这对压电元件9a和9b中的第二压电元件9b变形，从而从第二压电元件9b产生电压(强制变形步骤S2)，基于施加到第一压电元件9a的电压值和从第二压电元件9b生成的电压值求出这对压电元件9a和9b的传递函数G(s)(函数求出步骤S3)，并且基于从所求出的传递函数G(s)获取的目标值，检测该对压电元件9a和9b中的一个或者两者中是否存在裂纹(裂纹检测步骤S4)。
因此，根据本实施例的裂纹检测方法将电压只施加到第一压电元件9a，从而从第二压电元件9b产生电压。然后，利用施加的电压值和生成的电压值求出传递函数G(s)。求出的传递函数G(s)提供目标值，该目标值使得即使裂纹是细微裂纹也能够可靠地检测到该裂纹。
也就是说，裂纹检测方法可靠地检测这对压电元件9a和9b中的一个或两者中的裂纹，而不论裂纹的大小。
而且，裂纹检测步骤S4中的裂纹检测方法简单地比较目标值与参考值从而易于检测出细微裂纹，或者利用判别式来评价对象值从而高度准确地检测细微裂纹。
参考值可以是从传递函数所获得的值，其中传递函数是预先基于一对压电元件的至少一个误差样本求出的，其中第一压电元件和第二压电元件中的一个或两者出现裂纹；或者基于一对压电元件的至少一个正常样本，其中第一和第二压电元件均未出现裂纹。因此，本实施例易于设置参考值。
判别式是通过对于误差值和正常值的判别分析所获得的判别函数，误差值是从预先基于多个误差样本预先求出的传递函数所获得的，其中的误差样本各自具有一对压电元件，其中第一压电元件和第二压电元件中的一个或两者出现裂纹，正常值是从预先基于多个正常样本所求出的传递函数所获得的值，其中多个正常样本各自具有一对压电元件，其中第一压电元件和第二压电元件均未发生裂纹。因此，本实施例易于设置判别式。
根据本实施例的裂纹检测装置1包括电源3，该电源3电连接到相互结合并且整体可变形的压电元件对9a和9b中的第一压电元件9a，从而将电压施加到第一压电元件9a并且使得第一压电元件9a发生变形；电压测量设备5，该电压测量设备5电连接到压电元件对9a和9b中的第二压电元件9b，从而测量根据第一压电元件9a的变形而发生强制变形的第二压电元件9b所生成的电压；以及裂纹检测器7，该裂纹检测器7电连接到电源3和电压测量设备5。裂纹检测器7从电源3获得针对第一压电元件9a的施加的电压值，并且从电压测量设备5获得测量电压的值，基于施加电压值和测量电压值求出压电元件对9a和9b的传递函数G(s)，并且基于从求出的传递函数G(s)所获得的目标值来检测压电元件对9a和9b中的一个或两者是否存在裂纹。
因此，裂纹检测装置1易于并且简单地实现精确地检测细微裂纹的裂纹检测方法。

Claims (7)

1.一种检测压电元件中的裂纹的方法，包括：
施加步骤，将电压施加到相互结合并且整体可变形的一对压电元件中的第一压电元件，从而引起第一压电元件的变形；
变形步骤，根据第一压电元件的变形使得所述一对压电元件中的第二压电元件强制性变形，从而从第二压电元件产生电压；
求出步骤，基于针对第一压电元件的施加电压值和从第二压电元件的生成电压值，求出所述一对压电元件的传递函数；以及
检测步骤，基于从求出的传递函数所获得的目标值，检测所述一对压电元件中的一个或两者是否存在裂纹。
2.根据权利要求1所述的方法，其中
所述一对压电元件将各自的第一端连接到静止构件并且将各自的第二端连接到可移动构件，
所述施加步骤根据第一压电元件的变形使得所述可移动构件发生位移，并且
所述变形步骤通过发生位移的可移动构件强制性地使得第二压电元件变形，从而从第二压电元件生成电压。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述检测步骤比较所述目标值与参考值，或者利用判别式来评价所述目标值，由此检测所述一对压电元件中的一个或两者是否存在裂纹。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述参考值是从传递函数获得的值，所述传递函数是预先基于所述一对压电元件的至少一个误差样本求出的，其中第一压电元件和第二压电元件中的一个或两者出现裂纹；或者所述传递函数是预先基于一对压电元件的至少一个正常样本求出的，其中第一压电元件和第二压电元件均未出现裂纹。
5.根据权利要求3所述的方法，其中判别式是通过对于误差值和正常值的判别分析所获得的判别函数，所述误差值是从基于多个误差样本预先求出的传递函数获得的值，所述多个误差样本中的每一个误差样本是第一压电元件和第二压电元件中的一个或两者出现裂纹的一对压电元件，所述正常值是从基于多个正常样本预先求出的传递函数获得的值，所述多个正常样本中的每一个正常样本是第一压电元件和第二压电元件均未发生裂纹的一对压电元件。
6.根据权利要求1所述的方法，其中
所述传递函数是频率传递函数，
所述目标值是所述频率传递函数的增益特性或者相位特性的波形中的峰的峰值、面积值或者频率值，所述峰处于所限定的波形范围内，从而包括所述峰并且不包括所述峰的邻近峰。
7.一种用于检测压电元件中的裂纹的装置，包括：
电源，将所述电源电连接到相互结合并且整体可变形的一对压电元件中的第一压电元件，从而将电压施加到所述第一压电元件并且引起所述第一压电元件变形；
电压测量设备，将所述电压测量设备电连接到所述一对压电元件中的第二压电元件，从而测量根据所述第一压电元件的变形而强制性发生变形的第二压电元件所生成的电压；以及
裂纹检测器，将所述裂纹检测器电连接到所述电源和所述电压测量设备，由此所述裂纹检测器从所述电源获得针对第一压电元件所施加的施加电压值，并且从所述电压测量设备获得测量电压值，基于所述施加电压值和所述测量电压值求出所述一对压电元件的传递函数，并且基于从求出的传递函数所获得的目标值来检测所述一对压电元件中的一个或两者是否存在裂纹。
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