為何要進行振動測試？

1、設計、開發階段

1、分析試品在不同振動狀態下的震動模態 

2、測試產品的極限強度及訂定相關的特性規格 

3、失效分析與改善

2、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，并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，并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。）

3、品質管理（QC） 

有效確保與管理產品的品質水準。

4、*(QA) 

認證生產之產品其使用功能、規格與可靠度與標示相同。

5、其它

振動測試能得到什么結果？

1.提供工程開發的依據及參考

2.制程控制

3.品質的改善及提升

4.提供與振動有關之相互關系條件

5.對產品品質的保證宇承若

6.減少維修支出與提升獲利率

7.提高整體形象

振動測試可篩選出的瑕疵

• 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

如何運用振動測試提高產品可靠度

• 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）

可靠度與失效

1. 可靠度的定義：

• 產品在特定的年限內與環境條件下，達成預定功能的機率（GENERALPRODUCRT） 

• 產品在特定的條件下，在需要作動的時間內達成任務的機率（ONESHOT PRODUCT） 

2.失效分析——針對可靠度試驗而言

• 開發設計不良

• 零件選擇不當

• 零件品質不良

• 生產能力不良

產品發生不可靠的原因

• 使用環境無法正確預估與測量

• 未能充分滿足使用者需求

• 可靠度需求設計水準不匹配

• 品質水準變異

• 設計誤差

• 制造誤差

• 調校、檢修誤差

• 認為誤差與疏失

失效的種類形式

>獨立失效（INDEPENDENTFAILURE） 

產品內部發生互不影響的失效試件

>相依失效（INDEPENDENTFAILURE） 

回因其它系統的異常或失效而引發的連鎖性失效

>間歇性失效（INTERMITTENTFAILURE） 

使用過程中偶發的功能異常或失效

>并聯失效（MULTIPLE FAILURE） 

同時發生兩件以上的獨立失效事件

>成型失效 

同一零件發生兩次獲兩次以上的異常失效

如何完成振動測試報告

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

如何執行可靠度計劃

• 定訂產品生命周期：泛指正常功能運作下的使用壽命

• 定訂環境需求：泛指于生產、存儲、運輸與使用操作下之環境

• 定訂可靠度的配置：界定產品可靠度之需求條件

• 可靠度的配置：零組件、半成品及成品等于不同階段下的需求水準

• 效益評估：品質成本分析、并界定死勇者的需求分布水準，包括（a）可靠度（b）可用性（c）功能需求 

• 設計分析（a）功能分析（b）環境分析（c）公差分析（d）故障分析及不良品效應響應分析 

• 定訂試驗程序：

（a）不同階段下的振動試驗計劃 

（b）可靠度的鑒定標準 

（c）環境需求水準：單一或復合環境測試 

• 綜合分析：收集經過測試后的資料，并分析執行計劃的

（a）合理性（b）經濟性（c）其他效益影響評估 

• 追蹤與管制：建立產品的資料回饋系統，發現新問題與潛在問題

執行可靠度計劃成功的秘訣

• 以提高產品可靠度為開發、生產的高指標

• 選擇高可靠度的零配件及成熟的相關技術

• 對每一個新開發產品進行必要的破壞性測試及分析

• 進行階段性的設計評估及改善計劃

• 對產品進行環境影響分析與評估

• 實施階段性的可靠度試驗

• 追蹤與管制

測試變數

• 振動測試設備 

1.控制器 

2.放大器 

3.振動及推力大小及大形成量 

4.振動音圈頻率影響范圍及響應頻譜 

• 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

振動量及表示法

• 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： 

A. 峰對峰值（peak to peak） 

B. 峰值（peak level） 

C. 平均值（Average level） 

D.均方根值（Root meansquare, RMS） 

E. 功率頻譜密度值（Powerspectrum density,PSD） 

F. 加速度頻譜密度值（Accelerationspectrumdensity, 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

影響振動測量的基本因素

¨振動測量通常使用加速規作為感知起，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感知器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，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：

一、接觸式

二、非接觸式

其中非接觸式的感知器，常用的有 

一、渦電流式

二、電容式

三、光電式 

A. 光彈法 

B. 雷射光電反射法 

C. 鐳射多普勒效應測量法

非接觸式感知器的使用特征

A. 遠距離測量 

B. 高溫/低溫環境下測量 

C. 無法固定感知器的環境 

D.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

振動波形的種類

>正弦波（SINE WAVE）

一、循環掃描（SWEEP SINE） 

A. 線性掃描——1.Linar2.Hz/sec 

B. 對數掃描——1.Log2.Octave

二、共振搜尋（RESONANCERESEARCH）

三、共振駐留（RESONANCE DWELL）

四、步進式掃描（STEP SINE）

五、復頻式共振駐留（MULTIRESONANCE DWELL）

>隨機波（RANDOM），沖擊波（SHOCKWAVE）

六、半弦波（HALF SINE1/2SINE）

七、鋸齒波（SAWTOOTH WAVE）

八、方波（SQUARE WAVE）

九、自行定義（SELF DEFINITION）

>SINE ON （SOR），RANDOM ONRANDOM （ROR），其它——復合波形測試

循環掃描的種類與使用時機（sweep sine）

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大共振的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：一、線性掃描二、對數掃描 

隨機振動測試（RANDOM VIBRATION）

目的：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。

共振搜尋

試件以較低的振動能，子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（RESONANCE DWELL）

目的：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

步驟：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。

注：良好的共振駐留系統，可隨時追蹤飄移的共振頻率，以達到較好的共振效果。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。

倍頻測試（OCATIVE）

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

適用時機：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）

步進式共振駐留

（STEP RESONANCE DWELL）

目的：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。

使用時機：省產線測試，品管抽測。

執行技巧：首先針對試件進行頻譜分析，記錄共振發生之狀態及相關物理量，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，并考慮試件之物理強度條件與該試件之可靠度設計強度，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。

執行效益：平均節省50%~9%之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。

復頻式共振駐留 

（MULTI RESONANCE DWELL）

將已經規劃完成的多組不同強度之特定頻譜，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測試與環境振動測試有何不同

• ESS時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時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，一把而言測試的結果是不希望有失效件發生。

• ESS篩選時希望試件中潛在的不良大量暴露出來，所以對失效的發生反而是被期待的。

• ESS篩選時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。

執行ESS計劃有何特性 

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

• 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。

執行ESS計劃應注意的事項 

• 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

建立篩選的前后成本效益分析模式

振動機有哪些種類（依動力區分）

機械式氣動式液動式電磁式

振動測試設備

• 振動控制器（CONTROLLER）

類比式數位式磁帶式插卡式

開路閉路

• 功率放大器（POWER AMPLIFIER）

LINEAR POWERAMPLIFIER(40~60%)，SWITCHINGPOWER AMPLIFIER(96%)

• 振動器（SHAKER）

機械式氣動式液動式電磁式

• 換能器（TRANSDUCER），振動夾具（FIXTURE）

振動機有哪些重要的性能

• 振動推力值（peak/rms），頻率影響范圍（frequencyrange），頻率精確度及解析度，音圈質量（armaturemass），音圈諧振頻率及共振頻率（resonance），大位移量（displacement），大速度值（velocity），大加速度（acceleration），大荷重能力（loading），漏磁性（magnetic leakage），耐久性（durable），保護系統（H/S protection system），防震結構設計（antiresonance）

振動控制方式

特性種類

類比式（anloge），數位式（digital），磁帶式（tape），插卡式（ROM/RAM card）

控制方式

1.開環（open loop control），閉環（closeloop control）

選擇振動控制器應注意的事項

>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

功率選擇放大器應注意的事項

>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

如何針對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

1.振動設備方面 

2.控制系統方面 

3.訊號分析、存儲及處理

>性能及價格，售后服務 

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,SORSHOCK，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，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