本發(fā)明涉及用于檢測壓電執(zhí)行器等所使用的一對壓電元件中的裂縫的方法和裝置。

背景技術(shù)：

存在雙執(zhí)行器系統(tǒng)作為如jp2002-50140a中所公開的實現(xiàn)高密度硬盤驅(qū)動器(hdd)的技術(shù)。雙執(zhí)行器系統(tǒng)除了音圈電機之外還具有帶有壓電執(zhí)行器的頭懸架。

音圈電機用于驅(qū)動頭懸架所附接的移動托架從而使得頭懸架轉(zhuǎn)動。壓電執(zhí)行器包括壓電元件，該壓電元件被安置在基板與負載梁之間的中間部分或者頭部，并且根據(jù)施加到該壓電元件的電壓可變形以沿著搖擺方向驅(qū)動頭部。雙執(zhí)行系統(tǒng)因此精確地定位頭部上的磁頭。

雙執(zhí)行器系統(tǒng)中所使用的頭懸架需要根據(jù)hdd的尺度減小而減薄。相應(yīng)地，壓電執(zhí)行器所使用的壓電元件也需要減薄。

經(jīng)減薄的壓電元件可能由外力引起微裂紋，例如在生產(chǎn)壓電元件或者將相同的壓電元件裝配到頭懸架時接收到的外力。產(chǎn)生裂紋的壓電元件令人擔(dān)心的是長期可靠性的降低，并且必須被視為有缺陷。

然而，通常利用立體顯微鏡從外觀上難以發(fā)現(xiàn)微裂紋。在壓電元件表面上的通過鍍金、鍍鉑等所形成的電極加劇了這一困難。

而且，通過測量電特性也難以發(fā)現(xiàn)這樣的微裂紋。也就是說，壓電元件經(jīng)過性能測試，其中例如在將壓電元件裝配到頭懸架之后測量電容。然而，微裂紋不引起電容的改變。

另一方面，存在多個檢測壓電元件的裂紋的方法，其中例如jph06-003305a和jp2002-367306a中所公開，一個執(zhí)行阻抗和/或相位的頻率特性中的圖案之間的比較，另一個利用壓電元件的光學(xué)透明性。

然而，這些方法難以確定裂紋的存在與否，或者難以應(yīng)用到實際的用途。因此，這些方法不能可靠地檢測出微裂紋。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種無論裂紋的尺寸如何都能夠可靠地檢測壓電元件中的裂紋的裝置和方法。

為了實現(xiàn)該目的，本發(fā)明的第一方面提供一種檢測壓電元件中的裂紋的方法。本方法包括將電壓施加到彼此結(jié)合并且整體可變形的一對壓電元件中的第一壓電元件，從而引起第一壓電元件中的變形，根據(jù)第一壓電元件的變形來強制性地使得這對壓電元件中的第二壓電元件發(fā)生變形，從而從第二壓電元件產(chǎn)生電壓，基于施加到第一壓電元件的電壓值和從第二壓電元件生成的電壓值求出這對壓電元件的傳遞函數(shù)，并且基于從求出的傳遞函數(shù)所獲取的目標(biāo)值，檢測該對壓電元件中的一個或者兩者中是否存在裂紋。

本發(fā)明的第二方面提供一種用于檢測壓電元件中的裂紋的裝置。該裝置包括電連接到相互結(jié)合并且整體可變形的一對壓電元件中的第一壓電元件的電源，從而向第一壓電元件施加電壓并且使得第一壓電元件發(fā)生變形；電連接到該對壓電元件中的第二壓電元件的電壓測試設(shè)備，從而測量根據(jù)第一壓電元件的變形而強制性發(fā)生變形的第二壓電元件所生成的電壓；以及電連接到電壓和電壓測量設(shè)備的裂紋檢測器，由此裂紋檢測器從電源獲取針對第一壓電元件的施加電壓值，并且從電壓測量元件獲取所測量的測量電壓值，基于施加電壓值和測量電壓值求出該對電壓元件的傳遞函數(shù)，并且基于求出的傳遞函數(shù)所獲得的目標(biāo)值來檢測該對壓電元件中的一個或多個是否存在裂紋。

根據(jù)第一方面，電壓不是施加到這對電壓元件中的兩者而只是施加到這對電壓元件中的第一壓電元件，以便從這對電壓元件中的第二壓電元件生成電壓。然后，利用施加的電壓值和生成的電壓值來求出傳遞函數(shù)。求出的傳遞函數(shù)提供即使裂紋是微裂紋也能夠可靠地檢測到裂紋的目標(biāo)值。也就是說，第一方面能夠可靠地檢測這對壓電元件中的一個或兩者中的裂紋，而不論裂紋的大小如何。

根據(jù)第二方面，該裝置容易地且簡單地實現(xiàn)第一方面所提供的方法。

附圖說明

圖1是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例針對壓電元件的裂紋檢測裝置的總體示意圖。

圖2是表示根據(jù)本實施例的頻率傳遞函數(shù)的增益特性和相位特性的示例的示意圖。

圖3a是帶有微裂紋的壓電元件的放大圖。

圖3b是圖3a的部分放大圖。

圖4是壓電元件在裂紋生成前后的電特性測量結(jié)果的圖表。

圖5a至圖5d是壓電元件在裂紋生成前后的沖程測量結(jié)果圖。

圖6是示意性示出具有微裂紋以及未分開的電極的壓電元件的橫截面圖。

圖7是根據(jù)本實施例的裂紋檢測方法的流程圖。

圖8a和圖8b是表示從正常樣本和誤差樣本所獲得的頻率傳遞函數(shù)的增益特性和相位特性的示意圖。

圖9是表示圖8a和圖8b經(jīng)過重疊的增益特性以及圖8a和圖8b經(jīng)過重疊的相位特性的示意圖。

圖10a到圖10f是表示圖9的誤差樣本和正常樣本的傳遞函數(shù)的增益特性上所設(shè)置的頻率范圍中的峰值分布的盒須圖。

圖11a到圖11f是表示圖9的誤差樣本和正常樣本的傳遞函數(shù)的增益特性上所設(shè)置的各個頻率范圍中的頻率值分布的盒須圖。

圖12a到圖12c是表示圖9的誤差樣本和正常樣本的傳遞函數(shù)的增益特性上所設(shè)置的各個頻率范圍中的面積值分布的盒須圖。

圖13是用于求出圖12a至圖12c中所使用的面積值的示意圖。

圖14a到圖14f是表示圖9的誤差樣本和正常樣本的傳遞函數(shù)的相位特性上所設(shè)置的各個頻率范圍中的頻率值分布的盒須圖。

圖15是表示利用從圖9的誤差樣本和正常樣本的傳遞函數(shù)所獲得的各自兩組參數(shù)所選擇的兩個參數(shù)而分別進行的判別分析的結(jié)果的圖表。

圖16是表示完全判別圖9的誤差樣本和正常樣本的判別分析的結(jié)果的示意圖。

圖17是以通過圖16的判別分析中的判別式所獲得的值來將誤差樣本和正常樣本進行分類的示意圖。

圖18是表示在圖16的判別分析中將誤差樣本和正常樣本確定為誤差產(chǎn)品和正常產(chǎn)品的判別結(jié)果的圖表。

圖19a是以通過判別分析中的判別式所獲得的值來將誤差樣本和正常樣本進行分類的示意圖。

圖19b是表示將誤差樣本和正常樣本判斷為誤差產(chǎn)品和正常產(chǎn)品的判別結(jié)果的圖表。

圖20a是以通過判別分析中的判別式所獲得的值來將誤差樣本和正常樣本進行分類的示意圖。

圖20b是表示將誤差樣本和正常樣本判斷為誤差產(chǎn)品和正常樣本的判別結(jié)果的圖表。

具體實施方式

將說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例。本實施例提供一種裂紋檢測方法和裂紋檢測裝置，作為一種無論裂紋的尺寸都能夠可靠地檢測壓電元件中的裂紋的裝置和方法。

由此，裂紋檢測方法將電壓施加到一對壓電元件中的第一壓電元件，從而引起第一壓電元件中的變形，從根據(jù)第一壓電元件的變形而強制性發(fā)生變形的這對壓電元件中的第二壓電元件生成電壓，基于施加到第一壓電元件的電壓值和從第二壓電元件生成的電壓值求出這對壓電元件的傳遞函數(shù)，并且基于從求出的傳遞函數(shù)所獲取的目標(biāo)值，檢測該對壓電元件中的一個或者兩者中是否存在裂紋。

這對壓電元件可以將各自的第一端附接到靜止元件并且將各自的第二端附接到可移動元件。在此情況下，施加步驟根據(jù)第一壓電元件使得可移動元件發(fā)生位移，而變形步驟由發(fā)生位移的可移動元件使得第二壓電元件強制變形從而生成電壓。

檢測步驟可以比較目標(biāo)值與參考值，或者利用判別式來評價目標(biāo)值，由此檢測該對壓電元件中的一個或兩者是否存在裂紋。

參考值可以是從傳遞函數(shù)獲得的值，其中的傳遞函數(shù)是預(yù)先基于一對壓電元件的至少一個誤差樣本求出的，其中第一壓電元件和第二壓電元件中的一個或兩者出現(xiàn)裂紋；或者基于一對壓電元件的至少一個正常樣本，其中第一壓電元件和第二壓電元件均未出現(xiàn)裂紋。

判別式可以是通過對于誤差值和正常值實施判別分析所獲得的判別函數(shù)，誤差值是從預(yù)先基于多個誤差樣本預(yù)先求出的傳遞函數(shù)所獲得的，其中的誤差樣本各自具有一對壓電元件，其中第一和第二壓電元件中的一個或兩者出現(xiàn)裂紋，正常值是從預(yù)先基于多個正常樣本所求出的傳遞函數(shù)所獲得的值，其中多個正常樣本各自具有一對壓電元件，其中第一和第二壓電元件均未發(fā)生裂紋。

傳遞函數(shù)可以是頻率傳遞函數(shù)。在此情況下，目標(biāo)值可以是頻率傳遞函數(shù)的增益特性或相位特性的波形中峰的頻率值、峰值、或者面積值，所述峰在所限定的波形范圍內(nèi)，從而包括所述峰并且不包括所述峰的鄰近峰。

裂紋檢測方法所使用的裂紋檢測裝置可以包括電源，該電源電連接到相互結(jié)合并且整體可變形的壓電元件對當(dāng)中的第一壓電元件；電壓測量設(shè)備，該電壓測量設(shè)備電連接到壓電元件對當(dāng)中的第二壓電元件；以及裂紋檢測器，其電連接到電源和電壓測量設(shè)備。

電源用于向第一壓電元件施加電壓從而引起第一壓電元件中的變形，電壓測量設(shè)備用于測量根據(jù)第一壓電元件的變形發(fā)生強制變形的第二壓電元件所生成的電壓，裂紋檢測器從電源獲取施加到第一壓電元件的電壓值，并且從電壓測量元件獲取所述測量的電壓值，基于施加電壓值和測量電壓值求出該對壓電元件的傳遞函數(shù)，并且基于求出的傳遞函數(shù)所獲得的目標(biāo)值來檢測該對壓電元件中的一個或多個壓電元件是否存在裂紋。

此后，將參考附圖詳細說明本發(fā)明的實施例。

圖1是示意性表示根據(jù)本發(fā)明的實施例用于壓電元件的裂紋檢測裝置的示意圖。

根據(jù)本實施例的裂紋檢測裝置1具有交流電源3、電壓測量設(shè)備5以及裂紋檢測器7，并且檢測一對壓電元件9a和9b中的一個或者兩者是否存在裂紋。

該對壓電元件9a和9b彼此結(jié)合并且作為壓電執(zhí)行器等整體可變形。根據(jù)本實施例，該對壓電元件9a和9b組成硬盤驅(qū)動器中所并入的頭懸架中所使用的壓電執(zhí)行器，并且附接到執(zhí)行器基座11。在圖1中，將該對壓電元件9a和9b以及執(zhí)行器基座11示出為平視圖，示意性或概念性地示出其他組件和電連接。

執(zhí)行器基座11是組成頭懸架的一部分的薄板，并且具有開口13a和開口13b。開口13a和13b在頭懸架的縱向方向(圖1的垂直方向)上位于執(zhí)行器基座11的中間，并且在頭懸架的橫向方向(圖1的左、右方向)上從側(cè)邊緣擴展到執(zhí)行器基座11的中間。由此，執(zhí)行器基座11具有靜止構(gòu)件15、可移動構(gòu)件17以及連接部件19。

將靜止構(gòu)件15和可移動構(gòu)件17形成為在橫向方向上延長的矩形平面形狀。靜止構(gòu)件15和可移動構(gòu)件17不限于矩形平面形狀，只要允許可移動構(gòu)件17相對于靜止構(gòu)件15進行位移，作為壓電執(zhí)行器等，就可以形成為任意其他形狀。靜止構(gòu)件15和可移動構(gòu)件17在縱向方向上跨越開口13a和13b相互相對，并且在橫向方向中心相互結(jié)合。

將連接部件19形成為在縱向方向上延長的矩形平面形狀。連接部件19連接可移動構(gòu)件17和靜止構(gòu)件15，從而允許可移動構(gòu)件17相對于靜止構(gòu)件15位移。根據(jù)本實施例，可移動構(gòu)件17相對于連接部件19可傾斜。連接部件19不限于矩形平面形狀，并且只要連接部件19允許可移動構(gòu)件17相對靜止構(gòu)件15位移，其可以形成為任何其他形狀。

在執(zhí)行器基座11上，將該對壓電元件9a和9b在橫向方向上安置在連接部件19的兩側(cè)，以使壓電元件9a和9b在縱向方向上跨越各個開口13a和13b。壓電元件9a和9b是形成為在縱向方向上延長的矩形平面形狀的薄板。通過粘合劑(未示出)分別將壓電元件9a和9b中的每個元件的縱向端固定到靜止構(gòu)件15和可移動構(gòu)件17。壓電元件9a和9b相互平行并且具有相反的極性。由此，壓電元件9a和9b根據(jù)施加到壓電元件的電壓在相反方向上縱向可變形，因而壓電元件9a和9b中的一個壓電元件在縱向方向上收縮，而另一個壓電元件在縱向方向上延長。在本實施例中，壓電元件9a和9b的延長和收縮方向是縱向方向，相對于延長和收縮方向的正交方向是橫向方向。

將交流電源3電連接到壓電元件9a和9b中的一個壓電元件，特別是第一壓電元件9a，從而將電壓施加到第一壓電元件9a。交流電源3用于使得能夠在給定范圍內(nèi)設(shè)置頻率值和電壓(ac電壓)值。因此，交流電源3輸出具有設(shè)定頻率值和設(shè)置電壓值的電壓，并且將該電壓施加到第一壓電元件9a。根據(jù)該電壓的施加，第一壓電元件9a被拉伸或收縮(變形)。作為電源，理論上可以采用直流電源來代替交流電源3。

如果第一壓電元件9a如上所述發(fā)生變形，執(zhí)行器基座11的可移動構(gòu)件17根據(jù)第一壓電元件9a的變形，相對于靜止構(gòu)件15圍繞連接部件19發(fā)生位移。由于可移動構(gòu)件17的該位移，壓電元件9a和9b中的另一個壓電元件，特別是第二壓電元件9b，在相對于第一壓電元件9a的反方向上被強制拉伸或收縮(變形)。例如，如果第一壓電元件9a被拉伸，則第二壓電元件9b相反地被收縮。因此，第二壓電元件9b產(chǎn)生電壓。

將電壓測量設(shè)備5電連接到第二壓電元件9b，從而將在第二壓電元件9b所產(chǎn)生的電壓輸入到電壓測量設(shè)備5。因此，電壓測量設(shè)備5測量從第二壓電元件9b所產(chǎn)生的輸入電壓。

裂紋檢測器7基于從交流電源3到第一壓電元件9a的施加電壓值和從第二壓電元件9b所產(chǎn)生并且由電壓測量設(shè)備5進行測量的測量電壓值，檢測該對壓電元件9a和9b中是否存在裂紋。

裂紋檢測器7包括計算機，該計算機具有cpu(中央處理器)、ram(隨機存取存儲器)、rom(只讀存儲器)等并且執(zhí)行程序以實現(xiàn)各種功能。雖然在圖1中裂紋檢測器7是與交流電源3和電壓測量設(shè)備5分開的分立單元，但是它可以是與交流電源3和電壓測量設(shè)備5中的一個或多個集成的單個單元。

將裂紋檢測器7電連接到交流電源3和電壓測量設(shè)備5。裂紋檢測器7具有如下第一功能：從交流電源3獲得對于第一壓電元件9a的施加電壓值，并且從電壓測量設(shè)備5獲取測量電壓值。

為了獲得所施加電壓的值和測量到電壓的值，交流電源3響應(yīng)于作為觸發(fā)的待成為所施加電壓的電壓的輸出，向裂紋檢測器7輸出所輸出電壓的值，而電壓測量設(shè)備5響應(yīng)于作為觸發(fā)的電壓的輸入或測量，向裂紋檢測器7輸出所輸入電壓的值。只要裂紋檢測器7獲得這些值，獲得所施加電壓的值和測量到電壓的值的方式不限于上面的方式。例如，裂紋檢測器7可以請求交流電源3和電壓測量設(shè)備5輸出所施加電壓的值和測量到電壓的值。

而且，裂紋檢測器7具有第二功能：基于獲得的所施加電壓的值和測量到電壓的值求出該對壓電元件9a和9b的傳遞函數(shù)。傳遞函數(shù)通過g(s)＝y(tǒng)(s)/x(s)來表示，其中y(s)是指輸出的函數(shù)，而x(s)是指輸入的函數(shù)。根據(jù)本實施例，本實施例的傳遞函數(shù)是頻率傳遞函數(shù)。圖2是表示頻率傳遞函數(shù)的增益特性和相位特性的示例的示意圖。原理上，傳遞函數(shù)不限于頻率傳遞函數(shù)。

而且，裂紋檢測器7具有第三功能：基于從求出的傳遞函數(shù)所獲得的目標(biāo)值，檢測該對壓電元件9a和9b中的一個或兩者是否存在裂紋。

根據(jù)本實施例，目標(biāo)值是從頻率傳遞函數(shù)的增益特性和相位特性的波形所獲取的峰值、面積值或者頻率值。通過比較目標(biāo)值與參考值或者利用判別式對于目標(biāo)值進行評價，來實現(xiàn)基于目標(biāo)值的裂紋的檢測。隨后將詳細地說明目標(biāo)值、參考值和判別式。

裂紋檢測方法使得能夠檢測出該對壓電元件9a和9b中非常細微的微裂紋。也就是說，本實施例的裂紋檢測方法無論裂紋的尺寸如何都能夠可靠地檢測出壓電元件中的裂紋。

圖3a是具有微裂紋的壓電元件的放大圖，而圖3b是圖3a中的部分放大圖。

作為微裂紋，存在著如下的非常細微的裂紋：無法從帶有金板p的區(qū)域r1中的外觀發(fā)現(xiàn)該裂紋，并且難以從不帶有金板p的區(qū)域r2中的外觀發(fā)現(xiàn)該裂紋。這樣非常細微的微裂紋(此后稱為細微裂紋)不影響電性質(zhì)，因此在基于電特性的裂紋檢測中被忽略。

圖4是有裂紋和無裂紋的壓電元件的電特性的測量結(jié)果的圖表。在圖4中，示出的是從壓電元件的五個樣本測量出的電容值和介電損耗角正切值，作為在每個樣本中人為引起細微裂紋的情況下裂紋產(chǎn)生前后的電特性。在圖4中的列“之前”指示裂紋產(chǎn)生之前的值，而列“之后”指示裂紋產(chǎn)生之后的值。

如圖4中所示，裂紋產(chǎn)生前后不存在電容值和介電損耗角正切值的很大變化。

圖5a至圖5d是有裂紋和無裂紋的壓電元件的沖程測量結(jié)果圖。在圖5a至圖5d中，示出的是如圖4在每個樣本中人為造成微裂紋的情況下，基于在裂紋生成前后從壓電元件的樣本進行的測量所繪制的沖程的曲線。

如圖5a至圖5d中所示，裂紋生成前后沖程沒有很大變化。

通過這種方式，細微裂紋不引起電容、介電損耗角正切值的很大變化，而是相對大的正常微裂紋引起電容、介電損耗角正切值和沖程的很大變化。這是基于具有微裂紋的壓電元件的電極未完全分開的事實。圖6是示意性示出具有細微裂紋c以及未分開的電極10a和10b的壓電元件9的示例的截面圖。電極10a和10b可以是鍍金、鍍鉑等，在本實施例中是鍍鉑。

即便是這樣的細微裂紋也會破壞壓電執(zhí)行器的長期可靠性，并且需要被可靠地檢測到。

接著，實施例求出該對壓電元件9a和9b的頻率傳遞函數(shù)，比較從求出的傳遞函數(shù)的增益特性和/或相位特性所獲得的一個或多個目標(biāo)值與參考值，或者利用判別式來評價一個或多個目標(biāo)值，由此能夠檢測出細微裂紋。

特別地，本實施例將電壓只施加到第一壓電元件9a，并且基于針對第一壓電元件9a所施加的電壓的值和從第二壓電元件9b所生成的電壓的值來求出頻率傳遞函數(shù)。這使得利用從傳遞函數(shù)，特別是頻率傳遞函數(shù)所獲取的目標(biāo)值，能夠檢測出該對壓電元件9a和9b中的細微裂紋。

圖7是裂紋檢測方法的流程圖。

根據(jù)本實施例的裂紋檢測方法按照順序地執(zhí)行電壓施加步驟s1、強制變形步驟s2、函數(shù)求出步驟s3以及裂紋檢測步驟s4。

在電壓施加步驟s1中，交流電源3將具有設(shè)置電壓值和設(shè)置頻率值的電壓施加到該對壓電元件9a和9b(測量對象)中的第一壓電元件9a。將所施加電壓的值從交流電源3輸出到裂紋檢測器7。電壓施加可以由作為控制器的裂紋檢測器7來控制。根據(jù)該電壓施加，壓電元件9a發(fā)生變形。

在強制變形步驟s2中，根據(jù)第一壓電元件9a的變形，使得該對壓電元件9a和9b中的第二壓電元件9b強制發(fā)生變形。也就是說，第一壓電元件9a的變形引起執(zhí)行器基座11的可移動構(gòu)件17關(guān)于連接部件19發(fā)生位移，由此使得第二壓電元件9b強制發(fā)生變形，在相對于第一壓電元件9a發(fā)生變形的反方向拉伸或收縮。

此時，第二壓電元件9b根據(jù)第二壓電元件9b的強制拉伸或收縮來生成電壓。所生成的電壓在電壓測量設(shè)備5處進行測量，并且電壓測量設(shè)備5將生成電壓的測量值輸出到裂紋檢測器7。

在函數(shù)求出步驟s3中，裂紋檢測器7利用從交流電源3輸入的施加電壓的值和從測量設(shè)備5輸入的測量電壓(生成電壓)的值來求出頻率傳遞函數(shù)g(s)。傳遞函數(shù)的求出方法是公知的，在此省略。

在裂紋檢測步驟s4中，裂紋檢測器7從函數(shù)求出步驟s3中所求出的頻率傳遞函數(shù)獲得一個或多個目標(biāo)值，特別是增益特性和相位特性中的峰值、面積值或者頻率值或者這些值的組合。接著，裂紋檢測器7比較目標(biāo)值與參考值，或者利用判別式來評價目標(biāo)值，由此檢測該對壓電元件9a和9b中的一個或兩者是否存在裂紋。

此后，將參考圖8a至圖14以及測試結(jié)果來說明比較目標(biāo)值與參考值。首先，將說明求出參考值的測試結(jié)果。

圖8a和圖8b是表示從沒有微裂紋的正常樣本和帶有微裂紋的誤差樣本所獲得的頻率傳遞函數(shù)的增益特性和相位特性的示意圖，其中圖8a針對沒有微裂紋的正常樣本而圖8b針對帶有微裂紋的誤差樣本。圖9是表示圖8a和圖8b重疊的增益特性和圖8a和圖8b重疊的相位特性的示意圖。

圖8a表示從多個正常樣本所求出的頻率傳遞函數(shù)(此后稱為正常傳遞函數(shù))的波形，特別是從二十個正常樣本，其中每個正常樣本中的兩個壓電元件都沒有裂紋。圖8b表示從多個誤差樣本所求出的頻率傳遞函數(shù)(此后稱為誤差傳遞函數(shù))的波形，特別是從二十個誤差樣本，其中每個誤差樣本中的一個或者兩個壓電元件出現(xiàn)裂紋。作為誤差樣本的裂紋，通過與上面相同的方式人為地造成誤差樣本的壓電元件中的細微裂紋。

在每個樣本中，通過施加到第一壓電元件9a的電壓值和從第二壓電元件所生成的電壓值，利用裂紋檢測裝置1來求出誤差傳送函數(shù)和正常傳遞函數(shù)。在一些誤差樣本中，只有第一壓電元件9a具有微裂紋。在一些其他的誤差樣本中，只有第二壓電元件9b具有微裂紋。在另外的一些誤差樣本中，第一壓電元件9a和第二壓電元件9b分別具有微裂紋。在這些誤差樣本之中，傳遞函數(shù)的波形不存在很大的變化。因此，裂紋檢測方法如上所述只向第一壓電元件9a施加電壓，而這使得能夠快速檢測到微裂紋。

通過與圖9中相同的重疊來比較圖8a與圖8b的結(jié)果，在誤差傳遞函數(shù)與正常傳遞函數(shù)之間存在著增益特性和相位特性中出現(xiàn)的對應(yīng)的峰所處的頻率的偏差。將偏差進行集中，以便比較從包含偏差的增益特性和相位特性中的對應(yīng)峰所獲得的值。

特別地，對于包含偏差的對應(yīng)峰的多個群組，限定誤差傳遞函數(shù)和正常傳遞函數(shù)上的頻率范圍f1到f6，以便每個頻率范圍包括對應(yīng)峰的單個群組(集中群組)，而不包括對應(yīng)峰的集中群組周圍的對應(yīng)峰的近鄰群組。接著，從誤差傳遞函數(shù)和正常傳遞函數(shù)減去每個頻率范圍中的峰的峰值、面積值或頻率值，作為所選擇的參數(shù)的值，并且比較誤差傳遞函數(shù)與正常傳遞函數(shù)。峰值是峰的峰頂?shù)闹担娣e值是峰的峰面積的值，而頻率值是峰頂出現(xiàn)所處的頻率的值。

圖10a到圖10f是表示圖9的誤差傳遞函數(shù)(誤差樣本)和正常傳遞函數(shù)(正常樣本)的增益特性的不同頻率范圍中的峰值分布的盒須圖。圖10a表示10khz到15khz的頻率范圍f1，圖10b表示20khz到25khz的頻率范圍f2，圖10c表示35khz到38khz的頻率范圍f3，圖10d表示55khz到65khz的頻率范圍f4，圖10e表示65khz到80khz的頻率范圍f5，圖10f表示75khz到80khz的頻率范圍f6。

在圖10a到圖10f的每個盒須圖中，盒表示第一和第三四分位數(shù)，盒中的粗線表示平均數(shù)，較高和較低的橫線分別表示最大值和最小值，而最大和最小值之外的點是離群值。同樣適用于其他附圖中的盒須圖。

如圖10a至圖10f中所示，在所有的頻率范圍f1到f6中，在增益特性的峰值從最大值到最小值的范圍內(nèi)誤差樣本和正常樣本彼此部分地重疊。因此，增益特性的峰值不能使得誤差樣本的群組和正常樣本的群組被準(zhǔn)確地彼此分開。也就是說，增益特性中的峰值不足以精確地判別壓電元件中是否存在細微裂紋。

圖11a到圖11f是表示圖9的誤差傳遞函數(shù)和正常傳遞函數(shù)的增益特性的各個頻率范圍f1到f6中的頻率值分布的盒須圖。

如圖11a至圖11f中所示，在所有的頻率范圍f1到f6中，在增益特性的峰值從最大值到最小值的范圍內(nèi)誤差樣本和正常樣本彼此部分地重疊。也就是說，增益特性中的頻率值不足以精確地判別壓電元件中是否存在細微裂紋。

圖12a到圖12c是表示圖9的誤差傳遞函數(shù)和正常傳遞函數(shù)的增益特性的不同頻率范圍中的面積值分布的盒須圖。圖12a表示70khz到80khz頻率范圍f7內(nèi)的分布，圖12b表示75khz到80khz頻率范圍f6內(nèi)的分布，而圖12c表示76khz到80khz的頻率范圍的分布。圖12a到圖12c只表示看起來更可能判別誤差樣本與正常樣本的頻率范圍f6到f8。未示出頻率范圍f1到f5。頻率范圍f7和f8是修改后的頻率范圍f5和f6。

如圖12a至圖12c中所示，不僅在頻率范圍f1到f5中而且在頻率范圍f6到f8中，在增益特性的面積值從最大值到最小值的范圍內(nèi)誤差樣本和正常樣本彼此部分地重疊。也就是說，增益特性中的面積值不足以精確地判別壓電元件中是否存在細微裂紋。圖12a到圖12c中的每個面積值是在橫坐標(biāo)與圖13中所示的跨過對應(yīng)頻率范圍兩端之間的波形之間垂直的面積值。圖13是用于求出75khz到80khz的頻率范圍f6內(nèi)的面積值的示例。

在相位特性中，峰值和面積值不足以精確地判別壓電元件中是否存在細微裂紋。相反，相位特性中的頻率值在特定的頻率范圍內(nèi)使得能夠判別壓電元件中是否存在細微裂紋。

圖14a到圖14f是表示圖9的誤差傳遞函數(shù)和正常傳遞函數(shù)的相位特性的各個頻率范圍f1到f6中的頻率值分布的盒須圖。在圖14a到圖14f中，這些值分布很廣，因此只示出盒須圖的必要部分。

如圖14a至圖14f中所示，在55khz到65khz的頻率范圍f4和65khz到80khz的頻率范圍f5中，誤差樣本和正常樣本在相位特性的頻率值從最大值到最小值的范圍內(nèi)彼此不重疊。因此，相位特性的頻率值導(dǎo)致可靠地分開誤差樣本群組和正常樣本群組，并且使得能夠判別壓電元件中是否存在微裂紋。

在圖14a到圖14f的情況下，在55khz到65khz的頻率范圍f4和65khz到80khz的頻率范圍f5中，誤差傳遞函數(shù)的相位特性的頻率值要小于正常傳遞函數(shù)的相位特性的頻率值。

因此，誤差傳遞函數(shù)的相位特性中的最大頻率值或者正常傳遞函數(shù)的相位特性中的最小頻率值被用作頻率范圍f4和f5中的一個或者兩者的參考值，由此檢測是否存在細微裂紋。

對于更多的細節(jié)，裂紋檢測方法比較目標(biāo)值與參考值，其中的目標(biāo)值尤其是從測量對象的該對壓電元件9a和9b的頻率傳遞函數(shù)所獲得的相位特征中的頻率值，并且確定在頻率范圍f4和f5中的一個或者兩者中目標(biāo)值是小于還是大于參考值。

參考值可以是從一對壓電元件中至少一個正常樣本或至少一個誤差樣本的傳遞函數(shù)所獲得的值，而不是從多個誤差樣本和多個正常樣本的傳遞函數(shù)所獲得的值當(dāng)中所選擇的最大值或最小值。

誤差傳遞函數(shù)的相位特性的最大值和正常傳遞函數(shù)的相位特性的最小值可以被用作參考值。

使得能夠檢測出細微的頻率范圍和參數(shù)應(yīng)當(dāng)適合用于壓電執(zhí)行器的規(guī)范，因此應(yīng)當(dāng)通過測試等進行設(shè)置。

此后，將參考圖15至圖20b以及測試結(jié)果來說明利用判別式基于目標(biāo)值的評價。

為了求出判別式，利用從誤差傳遞函數(shù)和正常傳遞函數(shù)所獲取的值分別作為誤差值和正常值來執(zhí)行判別分析。判別分析的方法是公知的，在此省略。

根據(jù)本實施例，從多個參數(shù)特別是從獨立的兩個參數(shù)群組當(dāng)中選擇兩個參數(shù)，利用所選擇的兩個參數(shù)的誤差值和正常值對于誤差樣本和正常樣本執(zhí)行判別分析。對于多個參數(shù)，即參數(shù)的兩個群組通過輪詢的方式來執(zhí)行這樣的判別分析。對于判別分析，實施例選擇38個誤差樣本和40個正常樣本。

圖15是表示利用從圖9的誤差傳遞函數(shù)和正常傳遞函數(shù)所獲得的獨立的兩組參數(shù)所選擇的兩個參數(shù)而分別進行的判別分析的結(jié)果的圖表。圖16是表示完全地判別圖15的誤差樣本與正常樣本的判別分析的結(jié)果的示意圖。

圖15選擇性地表示如下參數(shù)：在55khz到65khz的頻率范圍f4內(nèi)，增益特征中的峰值(增益峰)、增益特征中的頻率值(增益頻率)、以及相位特征中的頻率值(相位頻率)，以及在75khz到80khz的頻率范圍f6內(nèi)，增益特征中的峰值、頻率值、面積值(增益面積)、以及相位特征中的頻率值。

在圖15的網(wǎng)格的各個單元的示意圖中，縱坐標(biāo)在單元的所屬行中指示最左側(cè)的參數(shù)，橫坐標(biāo)在單元所屬列中指示左上側(cè)的參數(shù)。

盡管在各個單元的圖表中數(shù)值和字符不清晰，但是圖15近似地示出哪兩個參數(shù)的組合能夠判別誤差樣本與正常樣本。

而且，圖15未示出如下參數(shù)：即使是在55khz到65khz頻率范圍中的增益特性中的面積值、相位特性中的峰值和面積值，以及即使在75khz到80khz的頻率范圍內(nèi)的相位特性的峰值和面積值。這些參數(shù)不判別誤差樣本與正常樣本。相似地，由于其他頻率中的判別結(jié)果不區(qū)分誤差樣本與正常樣本，所以未示出這些結(jié)果。

從圖15到圖16需要理解的是，將55khz到65khz的頻率范圍f4中相位特征的頻率值和75khz到80khz的頻率范圍f6中的增益特征中的面積值用作兩個參數(shù)來執(zhí)行判別分析，從而完整地且精確地判別誤差樣本與正常樣本。

圖17和圖18示出圖16的判別分析的結(jié)果(區(qū)分結(jié)果)，其中圖17是將誤差樣本和正常樣本在通過圖16中的判別式所獲得的各個值進行分類的圖表，圖18是表示將誤差樣本和正常樣本確定為誤差產(chǎn)品和正常產(chǎn)品的判別結(jié)果。

如圖17中所示，圖16的判別分析將在判別式或判別函數(shù)y＝a0+a1*x1+a2*x2中y值小于0(y<0)的樣本確定為正常樣本，而將y值超過0(y>0)的樣本確定為誤差樣本。如圖18中所示，正確地將誤差樣本確定為誤差樣本，并且將正常樣本確定為正常樣本。

在區(qū)別函數(shù)中，a0是常數(shù)項，a1和a2是系數(shù)，而x1和x2是本實施例中的參數(shù)：55khz到65khz的頻率范圍內(nèi)的相位特性中的頻率值和75khz到80khz的頻率范圍內(nèi)的增益特性中的面積值。能夠通過與公知方法相同的方式來獲得常數(shù)項a0和系數(shù)a1和a2。

因此，將圖16的判別分析的判別函數(shù)用作檢測是否存在細微裂紋的判別式。特別地，從壓電元件對9a和9b獲得55khz到65khz頻率范圍內(nèi)的相位特征的頻率值和75khz到80khz頻率范圍內(nèi)的增益特征的面積值，作為對象值，并且將該對象值分配給x1和x2來計算y值。這使得根據(jù)y值超過0(y>0)或者小于0(y<0)來檢測是否存在細微裂紋。

圖19a和圖19b示出利用三個參數(shù)的判別結(jié)果。圖20a和圖20b示出利用其他三個參數(shù)的判別結(jié)果。

對于圖19a和圖19b的判別分析，三個參數(shù)是55khz到65khz頻率范圍f4內(nèi)的相位特征中的頻率值、65khz到80khz的頻率范圍f5內(nèi)的相位特征中的頻率值，以及75khz到80khz的頻率范圍f6內(nèi)的增益特征中的面積值。

對于圖20a和圖20b的判別分析，三個參數(shù)是55khz到65khz頻率范圍f4內(nèi)的增益特征中的峰值、75khz到80khz的頻率范圍f6內(nèi)的增益特征中的峰值，以及頻率范圍f4內(nèi)的相位特征中的頻率值。

在圖19和圖20中，判別分析將在判別式或判別函數(shù)y＝a0+a1*x1+a2*x2+a3*x3中y值小于0(y<0)的樣本確定為正常樣本，而將y值超過0(y>0)的樣本確定為誤差樣本。在判別函數(shù)中，a0是常數(shù)項，a1、a2和a3是系數(shù)，而x1、x2和x3是參數(shù)。能夠通過與公知方法相同的方式來獲得常數(shù)項a0和系數(shù)a1至a3。利用判別分析，正確地將誤差樣本確定為誤差產(chǎn)品，并且將正常樣本確定為正常產(chǎn)品。

因此，將針對圖19和圖20的判別分析的判別函數(shù)用作具有三個參數(shù)的檢測是否存在細微裂紋的判別式。

使得能夠檢測出細微裂紋的參數(shù)和系數(shù)應(yīng)當(dāng)適合用于壓電執(zhí)行器的規(guī)范，因此應(yīng)當(dāng)通過判別分析等進行設(shè)置。

將說明本實施例的主要效果。

裂紋檢測方法包括向彼此互聯(lián)并且整體可變形的一對壓電元件9a和9b中的第一壓電元件施加電壓，從而引起第一壓電元件9a中的變形(電壓施加步驟s1)，根據(jù)第一壓電元件9a的變形來強制使得這對壓電元件9a和9b中的第二壓電元件9b變形，從而從第二壓電元件9b產(chǎn)生電壓(強制變形步驟s2)，基于施加到第一壓電元件9a的電壓值和從第二壓電元件9b生成的電壓值求出這對壓電元件9a和9b的傳遞函數(shù)g(s)(函數(shù)求出步驟s3)，并且基于從所求出的傳遞函數(shù)g(s)獲取的目標(biāo)值，檢測該對壓電元件9a和9b中的一個或者兩者中是否存在裂紋(裂紋檢測步驟s4)。

因此，根據(jù)本實施例的裂紋檢測方法將電壓只施加到第一壓電元件9a，從而從第二壓電元件9b產(chǎn)生電壓。然后，利用施加的電壓值和生成的電壓值求出傳遞函數(shù)g(s)。求出的傳遞函數(shù)g(s)提供目標(biāo)值，該目標(biāo)值使得即使裂紋是細微裂紋也能夠可靠地檢測到該裂紋。

也就是說，裂紋檢測方法可靠地檢測這對壓電元件9a和9b中的一個或兩者中的裂紋，而不論裂紋的大小。

而且，裂紋檢測步驟s4中的裂紋檢測方法簡單地比較目標(biāo)值與參考值從而易于檢測出細微裂紋，或者利用判別式來評價對象值從而高度準(zhǔn)確地檢測細微裂紋。

參考值可以是從傳遞函數(shù)所獲得的值，其中傳遞函數(shù)是預(yù)先基于一對壓電元件的至少一個誤差樣本求出的，其中第一壓電元件和第二壓電元件中的一個或兩者出現(xiàn)裂紋；或者基于一對壓電元件的至少一個正常樣本，其中第一和第二壓電元件均未出現(xiàn)裂紋。因此，本實施例易于設(shè)置參考值。

判別式是通過對于誤差值和正常值的判別分析所獲得的判別函數(shù)，誤差值是從預(yù)先基于多個誤差樣本預(yù)先求出的傳遞函數(shù)所獲得的，其中的誤差樣本各自具有一對壓電元件，其中第一壓電元件和第二壓電元件中的一個或兩者出現(xiàn)裂紋，正常值是從預(yù)先基于多個正常樣本所求出的傳遞函數(shù)所獲得的值，其中多個正常樣本各自具有一對壓電元件，其中第一壓電元件和第二壓電元件均未發(fā)生裂紋。因此，本實施例易于設(shè)置判別式。

根據(jù)本實施例的裂紋檢測裝置1包括電源3，該電源3電連接到相互結(jié)合并且整體可變形的壓電元件對9a和9b中的第一壓電元件9a，從而將電壓施加到第一壓電元件9a并且使得第一壓電元件9a發(fā)生變形；電壓測量設(shè)備5，該電壓測量設(shè)備5電連接到壓電元件對9a和9b中的第二壓電元件9b，從而測量根據(jù)第一壓電元件9a的變形而發(fā)生強制變形的第二壓電元件9b所生成的電壓；以及裂紋檢測器7，該裂紋檢測器7電連接到電源3和電壓測量設(shè)備5。裂紋檢測器7從電源3獲得針對第一壓電元件9a的施加的電壓值，并且從電壓測量設(shè)備5獲得測量電壓的值，基于施加電壓值和測量電壓值求出壓電元件對9a和9b的傳遞函數(shù)g(s)，并且基于從求出的傳遞函數(shù)g(s)所獲得的目標(biāo)值來檢測壓電元件對9a和9b中的一個或兩者是否存在裂紋。

因此，裂紋檢測裝置1易于并且簡單地實現(xiàn)精確地檢測細微裂紋的裂紋檢測方法。