申请/专利权人：日本发条株式会社

申请日：2017-03-15

公开（公告）日：2020-06-30

公开（公告）号：CN107202817B

主分类号：G01N27/00(20060101)

分类号：G01N27/00(20060101)

优先权：["20160316 JP 2016-052714"]

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.06.30#授权;2017.10.27#实质审查的生效;2017.09.26#公开

摘要：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Gs，并且基于从求出的传递函数Gs获取的目标值，检测该对压电元件9a和9b中是否存在裂纹。

主权项：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，其中所述传递函数是频率传递函数，参考值是从传递函数获得的值，所述传递函数是预先基于多个误差样本和多个正常样本求出的，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，所述检测步骤在所述传递函数的频率范围中比较所述目标值与参考值，其中，所述误差样本和所述正常样本分别在参数从最大值到最小值的值范围内彼此不重叠，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，以及对于包含偏差的对应峰，限定误差样本和正常样本的传递函数上的频率范围，以便所述频率范围包括对应峰的单个群组，而不包括所述单个群组周围的对应峰的近邻群组。

全文数据：用于检测压电元件中的裂纹的方法和装置技术领域[0001]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[0002]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。[0003]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。[0004]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。[0005]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。[0006]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。[0007]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。[0008]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。[0009]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[0010]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。[0011]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。[0012]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g到相互结合并且堅体可变形的=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。[0013]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。[0014]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[0015]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。[0116]在区别函数中，a0是常数项，al和a2是系数，而xl和x2是本实施例中的参数:55kHz至lj65kHz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a〇和系数al和a2。[0117]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xl和x2来计算Y值。这使得根据Y值超过0Y0或者小于0Y0的样本确定为误差样本。在判别函数中，aO是常数项，al、a2和a3是系数，而xl、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aO和系数al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。[0122]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。[0123]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。[0124]将说明本实施例的主要效果。[0125]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Gs函数求出步骤S3，并且基于从所求出的传递函数Gs获取的目标值，检测该对压电元件9a和％中的一个或者两者中是否存在裂纹裂纹检测步骤S4。[0126]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％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Gs。求出的传递函数Gs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。[0127]也就是说，裂纹检测方法可靠地检测这对压电元件9a和％中的一个或两者中的裂纹，而不论裂纹的大小。[0128]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。[0129]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。[0130]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。[0131]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中的第一压电元件如，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％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Gs，并且基于从求出的传递函数Gs所获得的目标值来检测压电元件对如和％中的一个或两者是否存在裂纹。[0132]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。

权利要求：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.—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。'

百度查询： 日本发条株式会社 用于检测压电元件中的裂纹的方法和装置

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