合肥京東方顯示技術(shù)有限公司 聶保勇

電子產(chǎn)品包裝振動(dòng)測(cè)試條件研究

合肥京東方顯示技術(shù)有限公司 聶保勇

電子產(chǎn)品包裝行業(yè)有很多振動(dòng)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)國(guó)家，或一個(gè)地區(qū)都有一套測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，本文從振動(dòng)原理及不同運(yùn)輸方式分析，在實(shí)際操作中怎么設(shè)置一個(gè)合理的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。從而節(jié)省測(cè)試時(shí)間，節(jié)約包裝設(shè)計(jì)成本，做到有的放矢。

隨機(jī)振動(dòng)；包裝測(cè)試；振動(dòng)頻譜

隨著電子行業(yè)發(fā)展，產(chǎn)品包裝越來(lái)越受重視，不僅要保護(hù)好產(chǎn)品的運(yùn)輸安全，包裝的成本也追逐最低化。減少包裝運(yùn)輸?shù)某杀?，?lái)增加產(chǎn)品的竟?fàn)幜?。怎么才能做到洽好包裝，即不浪費(fèi)包裝成本，又能保證產(chǎn)品安全送到客戶手中。選擇合適的包裝測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)是非常關(guān)鍵的，標(biāo)準(zhǔn)過(guò)嚴(yán)，會(huì)造成包裝成本浪費(fèi)，但過(guò)松又達(dá)不到模擬運(yùn)輸要求。在實(shí)際運(yùn)輸中，搬運(yùn)失誤跌落損失只占很少一部分，而絕大部分都是由振動(dòng)帶來(lái)的損壞。包裝振動(dòng)可以說(shuō)是伴隨整個(gè)產(chǎn)品運(yùn)輸過(guò)程的，由于包裝振動(dòng)相對(duì)于跌落的隱蔽性，不易覺(jué)查性，常被忽略。

1.振動(dòng)原理分析

如何選擇包裝振動(dòng)測(cè)試條件，目前常用的有ASTM D4728-1995，ISTA，ISO及國(guó)標(biāo)，這幾種標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)提供的振動(dòng)條件各不相同。從振動(dòng)原理來(lái)分，機(jī)械振動(dòng)可分為正弦振動(dòng)與隨機(jī)振動(dòng)。

1.1 正弦振動(dòng)，使用固定或變化的頻率和振幅的正弦信號(hào)，在任意一瞬間只包含一種頻率的振動(dòng)。正弦振動(dòng)實(shí)驗(yàn)有三種程序：共振搜索、正弦掃描、與共振駐留。其中共振搜索與共振駐留用來(lái)測(cè)試產(chǎn)品結(jié)構(gòu)在振動(dòng)環(huán)境有共振頻率時(shí)的強(qiáng)度，正弦掃描則是測(cè)試共振頻率以外的振動(dòng)環(huán)境能量對(duì)產(chǎn)品的影響。

正弦振動(dòng)的測(cè)試在于找出產(chǎn)品設(shè)計(jì)或包裝設(shè)計(jì)的脆弱點(diǎn)，看在哪一個(gè)具體的頻率點(diǎn)響應(yīng)最大，就是所謂的共振點(diǎn)。找到共振點(diǎn)后在該共振點(diǎn)作駐留測(cè)試.(10 min.)，確定產(chǎn)品能否承受共振帶來(lái)的影響。在做包裝設(shè)計(jì)的時(shí)候, 要使包裝系統(tǒng)共振點(diǎn)盡量避開(kāi)產(chǎn)品共振頻率點(diǎn)。

正弦振動(dòng)數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

對(duì)上式進(jìn)行二次微分就得到加速度表達(dá)式：

Xp是振幅，振動(dòng)加速度最大峰值是G(p)=Xpω2，通常以重力加速度g為單位。一般設(shè)置振動(dòng)條件時(shí)不是用振動(dòng)加速度的峰值，而是用加速度的平均值。平均值表達(dá)式如下：

均方根值G正弦rms或有效值。

根據(jù)以上可得：

1.2 隨機(jī)振動(dòng)是使用一種無(wú)規(guī)則的隨機(jī)輸入信號(hào)，該信號(hào)在所有時(shí)間內(nèi)包括規(guī)定頻率范圍內(nèi)的所有頻率分量。其瞬間值服從正態(tài)分布。在頻率范圍內(nèi)用功率頻譜密度曲線來(lái)表示。與正弦振動(dòng)不同，盡管達(dá)不到最大值，在隨機(jī)振動(dòng)過(guò)程中始終在激勵(lì)共振。隨機(jī)振動(dòng)是比較接近實(shí)際運(yùn)輸?shù)恼駝?dòng)情況，

是考驗(yàn)包裝結(jié)構(gòu)整體耐振能力。一般只有在隨機(jī)振動(dòng)時(shí)才會(huì)有激發(fā)出多個(gè)共振頻率的可能性。隨機(jī)振動(dòng)的能量用Grms來(lái)表示，以重力加速度g為單位。給出功率頻譜密度曲線，就可以通過(guò)公式來(lái)計(jì)算總加速度均方根值。由隨機(jī)振動(dòng)理論，我們可以知道加速度總均方根值等于各功率頻譜密度曲線下的面積和的平方根。公式如下：

圖1

如圖1總均方根值就是三個(gè)面積之和的平方根，對(duì)于A2直線譜均方根值，計(jì)算公式如下：

W是功率頻譜密度值。

對(duì)于A1上升線譜，均方根值公式如下：

其中m是上升譜的斜率，單位;dB/Oct

對(duì)于A3下降線譜，均方根值公式如下：

當(dāng)m為3時(shí)，分母為0，不能使用上式，此時(shí)下降譜的均方根值公式應(yīng)如下：

2.正弦振動(dòng)與隨機(jī)振動(dòng)的關(guān)系

在嚴(yán)格意義上來(lái)講，正弦振動(dòng)與隨機(jī)振動(dòng)的嚴(yán)酷等級(jí)是不能作比較的，因?yàn)樗麄兊淖饔脵C(jī)理不同，所使的目的也不一樣。對(duì)于正弦振動(dòng)，振動(dòng)加速度的峰值是有效值的1.414倍，對(duì)于隨機(jī)振動(dòng)峰值是有效值的3倍。所以對(duì)于有相同的均方根值時(shí)，根據(jù)測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，達(dá)到相同產(chǎn)品失效，正弦振動(dòng)所需時(shí)間要比隨機(jī)振動(dòng)時(shí)間要長(zhǎng)，我們粗略認(rèn)為隨機(jī)振動(dòng)會(huì)比正弦振動(dòng)更嚴(yán)格一些，從大多數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看也附合這一推論。但兩種振動(dòng)之間不能作等級(jí)轉(zhuǎn)換。

3.隨機(jī)振動(dòng)功率頻譜密度的選擇

下面是幾種常用標(biāo)準(zhǔn)的功率頻譜密度曲線，不同的頻譜對(duì)應(yīng)不同的運(yùn)輸環(huán)境。對(duì)于包裝產(chǎn)品怎樣選擇一個(gè)合理的標(biāo)準(zhǔn)，才不會(huì)導(dǎo)入過(guò)嚴(yán)，洽好又能滿足需求。首先要確認(rèn)產(chǎn)品的運(yùn)輸環(huán)境，空運(yùn)、海運(yùn)還是卡車運(yùn)輸。以下表1、表2、表3是ASTM D4169針對(duì)不同運(yùn)輸方式定義的隨機(jī)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

表1 公路運(yùn)輸功率頻譜曲線

表2 鐵路運(yùn)輸功率頻譜曲線

表3 空運(yùn)功率頻譜曲線

從上述三個(gè)表可以看出，空運(yùn)隨機(jī)振動(dòng)加速度均方根值要比公路、鐵路要大，也就是說(shuō)空運(yùn)的包裝隨機(jī)振動(dòng)更嚴(yán)酷。如下表4是ISTA 2A中隨機(jī)振動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)。表5是ISO 13355中隨機(jī)振動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)。

表4 ISTA 2A隨機(jī)振動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)

表5 ISO 13355隨機(jī)振動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)

隨機(jī)振動(dòng)一般在低頻對(duì)產(chǎn)品的作用力比高頻的作用力大，200Hz以上可以認(rèn)為產(chǎn)品還沒(méi)有移動(dòng)，受到的作用力可以忽略不計(jì)。所以一般測(cè)試只要求1Hz到200Hz.對(duì)Grms選擇，如果包裝運(yùn)輸方式單一，可以從ASTM D4169標(biāo)準(zhǔn)中選擇合適的條件。如果對(duì)運(yùn)輸方式不確定，或者運(yùn)輸方式多樣化。ISTA 2A中的測(cè)試條件基本可以滿足大多數(shù)要求。

4.測(cè)試時(shí)間的選擇

對(duì)于振動(dòng)測(cè)試時(shí)間選擇，目前有多種方式，正弦振動(dòng)，普遍用的是三軸各30min，掃頻10min.隨機(jī)振動(dòng)通常用的有三軸向各60min，有三軸向各30min，也有正Z軸60min，其余2軸30min。主要看產(chǎn)品運(yùn)輸環(huán)境狀況來(lái)設(shè)定時(shí)間，比如路面的嚴(yán)酷與平坦，運(yùn)輸時(shí)間長(zhǎng)短。另外也要考慮包裝是否能傾倒。根據(jù)實(shí)際需要，靈活設(shè)定符合自己的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。下面是一個(gè)簡(jiǎn)易的公式，來(lái)計(jì)算測(cè)試需要持續(xù)多少時(shí)間。

式中Tt是測(cè)試需求的時(shí)間，單位：min;T是實(shí)際運(yùn)輸需要的時(shí)間，單位：h; Grms是實(shí)際運(yùn)輸時(shí)測(cè)試的加速度均方根值，Grms是實(shí)驗(yàn)設(shè)定隨機(jī)振動(dòng)的加速度均方根值。通過(guò)此式可以發(fā)現(xiàn)Grms設(shè)定的大，所需求時(shí)間就短，反之測(cè)試時(shí)間就長(zhǎng)。

5.結(jié)論

現(xiàn)在電子產(chǎn)品發(fā)展訊速，在電子商業(yè)的推動(dòng)下，包裝方式的結(jié)構(gòu)多樣化，便利化，包裝運(yùn)輸方式也呈現(xiàn)多樣化。包裝振動(dòng)測(cè)試需求也不盡相同，常規(guī)的振動(dòng)測(cè)試條件已逐漸滿足不了需求。這也促使包裝測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)不斷更新發(fā)展?？傊x擇洽當(dāng)?shù)陌b振動(dòng)測(cè)試條件要與測(cè)試的目的，包裝的成本，包裝運(yùn)輸環(huán)境相接合。

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