01
設計開發階段
您當前的位置：檢測資訊 > 科研開發
嘉峪檢測網 2018-09-17 10:25
為什么要進行振動測試
01
設計開發階段
分析試品在不同振動狀態下的震動模態；
測試產品的極限強度及訂定相關的特性規格；
失效分析與改善。
02
生產階段
全面進行ESS測試，大量篩選出潛在的瑕疵。
依據產品的特性及振動規模，投入ESS測試有效的篩選出潛在的不良件，對于電子或機構類與加工時殘留之熱應力及內應力可有效消除其內殘留應力之效果，可有效的消除多層電路板間的離散電容效應，將對產品品質提供相當大的幫助。
品質管理 (QC)：有效確保與管理產品的品質水準；
品質保證 (QA)：認證生產之產品，其使用功能、規格與可靠度與標示相同；
其它。
提供工程開發的依據及參考；
制程控制；
品質的改善及提升；
提供與振動有關之相互關系條件；
對產品品質的保證與承諾；
減少維修支出與提升獲利率；
提高整體形象。
固定件松脫；
電子接點接續不良；
篩選出潛在的不良零件；
篩選出有瑕疵的焊點；
調整件之受振位置、準度失真；
零組件之破裂、損毀；
電路斷短路異常；
電源線或訊號線之不正常磨損或導線斷裂或接點松脫；
試件產生振動噪音；
功能異常失效。
設計階段的驗證試驗（定性、定量試驗/疲勞、破壞）；
生產階段全面進行ESS應力篩選；
品管、品保階段的可靠度抽檢認證；
接受階段的驗證測試（品質、規格特性功能驗證）。
儀器設備、夾具種類及特征；
測試規格，執行狀態及進行步驟；
夾具與試件固定之方式，加速規的安裝位置；
試件在測試的前、中、后功能測試紀錄，失效分析與判斷；
測試結果的檢討評估、改善與建議。
振動測試設備可分為：控制器、放大器、振動及推力大小及最大形成量、振動音圈頻率影響范圍及響應頻譜。其中，振動音圈頻率影響范圍及響應頻譜有：
選擇振動測試的軸向；
振動頻譜與功率強度；
執行時間的長久；
進行掃描的方式與速率；
夾具種類與特性；
試件本身；
安裝技能；
加速規（感知器）的種類、質量及數量；
加速規的安裝位置及固定方式；
試件狀態（關機/關機測試、復合測試）；
其它
振動強度常用速度、加速度、振幅大小表示，也使用力量大小的變化來描述。加速度 (a)、速度 (v)、振幅 (d)、力 (N) 通常用線性單位來表示。
振動強度量通常有下列不同的描述：
峰對峰值 (peak to peak)
峰值 (peak level)
平均值 (Average level)
均方根值 (Root mean square, RMS)
功率頻譜密度值 (Power spectrum density,PSD)
加速度頻譜密度值 (Acceleration spectrumdensity, ASD)
各種不同的單位描述有其特定的使用時機，與振動強度表示法。
振動測量通常使用加速規作為感知器，對于速度或振幅大小則將加速度訊號積分運算而得。當然也可選擇速度規或位移規進行測量，無論選用何種感知器作為測量都必須注意其特性規格，否則將嚴重影響振動測試的精確度。
任何接觸時，感知器的本身既是一個機械系統，有其自身的共振頻率及共振倍頻等相關物理特性，通常進行振動量測量前必須選擇高過測試頻寬條件以上的感知器。
必須選擇較高測量值之感知器。
感知器安裝的方式。
周圍環境變化也是影響振動測量的重要因素。
換能器（感知器）的種類
在測量振動信號時，最長被選擇使用將機械能轉換成電能的測量元件，簡稱為換能源器或稱為能量轉換器 (transducer)。
換能器將試件的機械運動能轉換成電能，再分析輸出信號之強弱與變化，如頻率、加速度、速度、位移及力等量。
在實際測量環境中，依據實際需求又可分為：接觸式和非接觸式。其中，非接觸式的感知器，常用的有：渦電流式、電容式、光電式（光彈法、雷射光電反射法、鐳射多普勒效應測量法）。
非接觸式感知器的使用特征：
遠距離測量；
高溫/低溫環境下測量；
無法固定感知器的環境；
無質量效應的缺點。
如何選擇加速規：
頻率影響范圍、靈敏度、線性度、動態范圍/安全極限值、質量效應、軸向及側向靈敏度、溫度效應、信號線長度、其它環境因素影響效應等。
01
正弦波 (SINE WAVE)
循環掃描 (SWEEP SINE)：線性掃描 (Linar、Hz/sec)，對數掃描 (Log、Octave)；
共振搜尋 (RESONANCERESEARCH)
共振駐留 (RESONANCE DWELL)
步進式掃描 (STEP SINE)
復頻式共振駐留 (MULTIRESONANCE DWELL)：隨機波 (RANDOM)、沖擊波(SHOCK WAVE)
半弦波 (HALF SINE1/2 SINE)
鋸齒波 (SAWTOOTH WAVE)
方波 (SQUARE WAVE)
自行定義 (SELF DEFINITION)：SINE ON (SOR)，RANDOM ON RANDOM (ROR)，其它——復合波形測試。
試件以特定的振動能量，在預定的頻率范圍及時間內加以振動，并連續變化其頻率。
目的：使試件在設定頻率范圍內，由低頻至高頻或高頻至低頻連續的進行多次循環掃描測試，用以鑒定產品是否足以忍受環境應力，并及早預防與改善。
技巧：正弦掃描的振動強度、掃描速率及掃描方式，對共振的發生有重要的影響。正確的掃描速率必須滿到能使試件發生最大共振的，最短時間作為掃描速率定訂的依據。并希望能在共振頻率范圍內發生足夠的共振次數，用以鑒定試件容忍振動環境應力的能力。
方式：線性掃描、對數掃描。
對大多數的振動環境而言，無論是自然或人為環境所產生的振動環境，大多以隨機波存在之振動模式為多。例如自然環境中的海浪、潮流、風、落雨、地震以至日常生活中的環境，如運輸環境等等所產生的振動，皆為隨機振動之范疇。固試件、產品所存在的環境本是涵蓋在隨機振動之范圍內，若能對試件進行振動相關之研究分析，投以經過研究規劃過的隨機振動測試，則將更接近實際所面臨之效果。其測試的效率遠超過正弦掃描，且不易發生正弦掃描式所產生的過應力及應力殘留等不良影響。
試件以較低的振動能，低頻到高頻以固定的能量強度及連續的頻率、適度的掃描速率進行掃描，用以激發試件的振動模式，作為共振駐留測試之重要依據。
通常共振搜尋必須將搜尋之頻率范圍適度的加寬，用以更確實掌握實際發生的環境變異及試件因疲勞或老化情形下，產生安全裕度萎縮的情況而損壞。
共振駐留測試的目的在測試試件是否忍受長期在共振環境下的能力。
首先針對共振搜尋時所找出的共振頻率及共振模式加以分析，選擇試件在特定的環境中可能長期出現或較易出現的頻率分布，或振動環境中振動強度較高的頻率分布，作為共振駐留的測試依據，測試試件是否能忍受長期在共振環境下的能力。
良好的共振駐留系統，可隨時追蹤飄移的共振頻率，以達到最佳的共振效果。通常共振駐留常用107次或使用期間可能分布在該一有效共振頻率區間的累計時間，作為測試的試件參考。
試件的掃描速率以每一單位時間增加一倍頻率的掃描方式，通常使用在測試環境較佳或強度較低的測試規范（如音響，視聽器材，通訊產品）。
針對執行循環掃描測試過程中，對不發生共振的無效測試頻域，所好用大量的測試時間及設備，所設計規劃的一種快速有效的測試方式。使用在生產線測試，品管抽測。
首先針對試件進行頻譜分析，記錄共振發生狀態及相關物理量，計有共振發生時的共振主頻、有效振動頻寬范圍、共振倍頻及共振模態等，并考慮試件物理強度條件與該試件可靠度設計強度，并實際考慮試件在進行測試分析時，所容許的測試時間周期等。綜合所有條件進行分析判斷，定訂測試時實際有效的測試頻譜，并建立追蹤頻估、修正等步驟方告完成。
平均節省50%~9%循環測試中無效測試頻寬所占用的時間，并增加設備之使用效益。
將已經規劃完成的多組不同強度特定頻譜，在同一時域中同時輸出，其目的在使試件上發生不良率較高之元件或須特別指定篩選的元件，給于特定的功率頻譜，用以提升測試效率的篩選方式。
主要的功能在改善不禁使共振測試中，步進式掃描測試時所消耗較長的時間所設計的，其目的在節省大量的測試時間，并使其測試結果等效于循環掃描與隨機振動的功效，能在最短的時間內將不良件篩出。
使用方式：SOR. ROR. MULTI SINE
執行時機：生產線測試
ESS是利用環境應力為手段進行篩選，常會與環境試驗混為一談，嚴格來說ESS是一種提高生產品質的篩選程序而環境試驗，基本上的不同點為：
ESS的測試精神乃要求對于產品作100%的全面性篩選，而環境測試只需將少數的樣品進行測試或定量或定期或不定期的抽樣執行而已。
環境測試的主要目的在測試試件忍受環境應力的能力，一般而言，測試的結果是不希望有失效件發生。
希望試件中潛在的不良大量暴露出來，對失效的發生反而是被期待的。
ESS篩選為加速發現產品中潛伏的瑕疵設計，所以測試的規格與該使用環境，并非絕對關系存在，進行測試的規格在不超過試件的設計強度或零組件的物理極限強度范圍即可，或因產品中零組件的特性，而特別設計避免開對于振動極為敏感的頻域，使系統得以組合運作下進行功能測試或其他測試。
環境測試的項目規格，常依據試件使用壽命周期之實際環境所定訂。
依據ESS定義，有效的執行ESS程序應包含有以下的幾相特質：
能快速的將潛在于產品中的瑕疵給暴露出來；
執行ESS下的環境應力，其強度不得大于產品自身的極限強度或設計強度；
執行ESS應不會影響產品的正常使用壽命
符合成本效益。
執行ESS計劃有何效益：
有效提高產品可靠度；
提高產品使用時的MTBF；
可提高制程生產率；
在研發階段可協助早期發現設計問題，提高工程可靠度，節省開發時間及開發成本，創造總體利益。
掌握不同環境因素的應力分析；
不同應力水準下對產品所產生的影響及工程效益；
分析產品在篩選后的產品與篩選后所顯現出的使用情形。
頻率控制范圍，頻率解析度及精確度，控制點數量機控制方式，動態壓縮率，掃描速率及掃描方式種類，安全裕度設定值，軟、硬件保護設計的完整性，控制數值的準確性，軟、硬件的擴充性 (SINE/RANDOM/SHOCK/FFT)，多階段的程式設定能力，防錯、防呆設計，操作的人性化設計。
響應頻寬，功率因素效率，瞬間功率值與連續功率值，雜訊保護系統，過溫度、過電流、過電壓保護，串、并聯輸出的擴充性。
根據自己的需求選擇合適的振動測試系統，對自己產品的了解，對未來需求的判定（擴充性），對任務的認知。
機械式振動機的優缺點比較：
優點：價格便宜，操作方便，維修方便，靜荷重大。
缺點：頻率響應范圍小，作動頻率低，基本上只生產單頻，振動波形為正弦波模式為主，執行時一般噪音值較高，通常以定位移輸出（變加速度），頻率變化速率較低，控制精確性較低。
電磁振動機的優缺點比較：
優點：頻率響應寬DC~20kHz，控制精度高，可模擬各種波形(SINE、RANDOM、ROR、SOR SHOCK)，控制容易，適合不同的測試需求（開發、工程、品管、應力篩選，擴充性大），保養容易。
缺點：大型機組設備費用成本較高，需要較大電源供應。
液壓式振動機的優缺點比較：
優點：推力大，可產生較大位移量，方便進行多軸向連接測試。
缺點：造價及維修保養成本高，高頻響應無法達成，大型機組不易安裝組立。
氣動式振動機的優缺點比較：
優點：操作容易，專用機型適用固定式的篩選工作，可產生多軸向的振動頻譜，安裝及維修容易。
缺點：無法任意變更已設定之振動頻譜，需要清潔的壓縮空氣，空氣消耗量大，不易壓縮控制振動波形，對待側物的重量較為敏感，無法產生較大位移量。
來源：AnyTesting
