1、序言

隨著國(guó)家相關(guān)部門對(duì)數(shù)控機(jī)床行業(yè)的重點(diǎn)關(guān)注，產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性引起了人們的廣泛關(guān)注，作為高檔數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵執(zhí)行部件之一，伺服驅(qū)動(dòng)器的質(zhì)量和可靠性直接決定了數(shù)控機(jī)床的可靠性水平。因此在伺服驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)之初就需將可靠性設(shè)計(jì)放在首位。作為可靠性工程的一個(gè)子系統(tǒng)，可靠性試驗(yàn)是保證產(chǎn)品可靠性的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，為了提高伺服產(chǎn)品的可靠性，在產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的今天，繼續(xù)延用傳統(tǒng)的型式試驗(yàn)方法已經(jīng)無(wú)法解決產(chǎn)品實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題，也無(wú)法滿足市場(chǎng)的需求。因此，研究一種快速、經(jīng)濟(jì)、有效的提高伺服產(chǎn)品可靠性的新方法，已勢(shì)在必行。HALT試驗(yàn)的出現(xiàn)，徹底解決了產(chǎn)品可靠性試驗(yàn)的問(wèn)題，相比傳統(tǒng)的型式試驗(yàn)，在提高產(chǎn)品可靠性方面，HALT試驗(yàn)更為有效，產(chǎn)品的可靠性也有了質(zhì)的飛躍。

2、HALT試驗(yàn)的產(chǎn)生

HALT(HighlyAcceleratedLifeTest)是由美國(guó)軍方所延伸出的設(shè)計(jì)質(zhì)量驗(yàn)證的試驗(yàn)方法，現(xiàn)已成為美國(guó)電子業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品驗(yàn)證方法，將原需花費(fèi)六個(gè)月至一年的新品可靠度試驗(yàn)，減少至僅需一周時(shí)間即可完成,且在這一周中所發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)品問(wèn)題幾乎與客戶應(yīng)用后所發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題一致,故HALT的試驗(yàn)方式已為新產(chǎn)品上市前所必需通過(guò)的考驗(yàn)。除美國(guó)之外，許多國(guó)際知名的電子產(chǎn)品制造商也都廣泛的使用這種試驗(yàn)手段來(lái)提高產(chǎn)品研發(fā)階段的質(zhì)量，最終達(dá)到產(chǎn)品上市即為成熟產(chǎn)品的目的。

HALT的全稱是高加速壽命試驗(yàn)，是一種試驗(yàn)方法（思想），最初用于測(cè)試航天飛機(jī)的電子產(chǎn)品，用的環(huán)境應(yīng)力比加速試驗(yàn)更加嚴(yán)酷。主要應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)階段，快速的在產(chǎn)品研發(fā)周期內(nèi)找出其弱點(diǎn)和瑕疵，并且加以立即改善，使產(chǎn)品擁有更高的競(jìng)爭(zhēng)力。

與目前國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的可靠性試驗(yàn)相比，HALT在試驗(yàn)?zāi)康?、原理和試?yàn)方法上，都有了很大的改變。HALT試驗(yàn)的根本目的是想盡一切辦法使產(chǎn)品的缺陷在研發(fā)階段即暴露出來(lái)，并通過(guò)不斷的產(chǎn)品完善，使產(chǎn)品在出廠前盡可能的可靠，確保到達(dá)用戶手中的產(chǎn)品具有較高的可靠性。并且這種做法已經(jīng)成為國(guó)外一些知名公司的自覺(jué)行為，甚至成為一個(gè)公司的企業(yè)文化。這種意識(shí)與國(guó)內(nèi)的可靠性試驗(yàn)?zāi)康男纬闪司薮蟮姆床?，?dǎo)致國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的電子和電氣產(chǎn)品在質(zhì)量和可靠性方面落后與這些國(guó)際知名公司。為了縮小與國(guó)際上這些成功企業(yè)之間的差距，除了在硬件條件上如檢測(cè)設(shè)備、測(cè)試方法等縮小差距外，我們必須改變管理理念，以市場(chǎng)、發(fā)展的理念為指導(dǎo)思想,視產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性為公司發(fā)展的命脈，才能不斷的提高產(chǎn)品質(zhì)量，提供給用戶最可靠的產(chǎn)品。

3、HALT試驗(yàn)的特點(diǎn)

在HALT過(guò)程中，用包括熱循環(huán)、振動(dòng)、電源循環(huán)、溫度改變率、合成環(huán)境和特殊的應(yīng)力：如頻率變化、電壓幅值波動(dòng)等應(yīng)力進(jìn)行試驗(yàn)來(lái)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過(guò)程之間的薄弱環(huán)節(jié)。這些應(yīng)力并不是為了模擬現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，而是為了尋找設(shè)計(jì)過(guò)程中的薄弱環(huán)節(jié)。試驗(yàn)中逐漸提高所選刺激源的應(yīng)力等級(jí)，直到產(chǎn)品出現(xiàn)故障或失靈，發(fā)現(xiàn)的故障必須在使用更高等級(jí)的應(yīng)力之前改正。這些應(yīng)力應(yīng)漸進(jìn)到正好超出期望的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境直到基本極限、或破壞極限。這一極限的定義即應(yīng)力中的微小變化導(dǎo)致很多故障同時(shí)發(fā)生的那一點(diǎn)。

HALT試驗(yàn)中的每個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目使用步進(jìn)方法逐步增加應(yīng)力等級(jí)直到產(chǎn)生失效或出現(xiàn)失靈。一旦發(fā)生失效，必須立即采取閉環(huán)糾正措施直到在更高的應(yīng)力等級(jí)下能正常工作。糾正措施由品質(zhì)、生產(chǎn)、研發(fā)這些領(lǐng)域共同得出的結(jié)論來(lái)確定。通常情況下是先采取臨時(shí)措施保證試驗(yàn)繼續(xù)進(jìn)行。鑒定過(guò)一組修復(fù)措施并驗(yàn)證滿足使用之后才考慮實(shí)施永久性的修復(fù)措施。進(jìn)行評(píng)測(cè)和修理之后，受試單元要返回到實(shí)驗(yàn)室接著從故障點(diǎn)的條件開始進(jìn)行試驗(yàn)。

HALT的試驗(yàn)內(nèi)容包括：高低溫、快速溫度循環(huán)、振動(dòng)試驗(yàn)以及溫度與振動(dòng)綜合環(huán)境組成。對(duì)于這些應(yīng)力的每一個(gè)激勵(lì)，都應(yīng)確定出工作極限和破壞極限。為了更快的發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)缺陷，在進(jìn)行高低溫和振動(dòng)試驗(yàn)期間，還要根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)參數(shù)，調(diào)整其他激勵(lì)源的應(yīng)力值，如電壓值的幅值和頻率變化等。

HALT的主要優(yōu)點(diǎn)可以歸納為：

（1）利用高環(huán)境應(yīng)力,提早激發(fā)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中存在的缺陷，快速激發(fā)并清除產(chǎn)品的潛在缺陷，大大提高設(shè)計(jì)的可靠性；

（2）極大的縮短了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，加快了產(chǎn)品推向市場(chǎng)的步伐。

（3）大大的降低研發(fā)、生產(chǎn)及產(chǎn)品的維修費(fèi)用；

（4）估計(jì)產(chǎn)品工作極限和破壞極限，評(píng)估產(chǎn)品實(shí)際使用條件下的可靠性指標(biāo)，為后續(xù)的高加速篩選試驗(yàn)（HASS）提供選擇的依據(jù)。

但是由傳統(tǒng)的可靠性試驗(yàn)轉(zhuǎn)向HALT試驗(yàn)的唯一缺點(diǎn)是一次性投資比較大，因?yàn)檫@涉及到HALT試驗(yàn)箱的采購(gòu)、人員的培訓(xùn)等。但是從企業(yè)長(zhǎng)期發(fā)展看，這筆投資的回報(bào)是巨大的。經(jīng)過(guò)HALT試驗(yàn)的產(chǎn)品可靠性得到了明顯提升，如果按照ISO9000的質(zhì)量管理體系要求完成產(chǎn)品的閉環(huán)糾正措施程序，那么產(chǎn)品在出廠時(shí)就具有非常高的可靠性，基本上不需要售后服務(wù)人員來(lái)支撐產(chǎn)品的維護(hù)工作，大幅度的降低了維護(hù)和保障費(fèi)用。這樣一來(lái)，企業(yè)以上乘的產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性換取不斷擴(kuò)大的市場(chǎng)占有份額，獲取更為豐厚的利潤(rùn)回報(bào)。

4、HALT試驗(yàn)在提高伺服驅(qū)動(dòng)器可靠性中的應(yīng)用

為了獲得伺服驅(qū)動(dòng)器在HALT試驗(yàn)中的準(zhǔn)確信息，按照下面的原則確定HALT試驗(yàn)中采用的應(yīng)力順序：先試驗(yàn)破壞性比較弱的應(yīng)力類型，然后再試驗(yàn)破壞性比較強(qiáng)的應(yīng)力。最終確定HALT試驗(yàn)的順序?yàn)椋旱蜏?rarr;高溫→快速溫變循環(huán)→振動(dòng)→溫度與振動(dòng)綜合應(yīng)力。試驗(yàn)順序見(jiàn)圖1。為了保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，在進(jìn)行試驗(yàn)前，須準(zhǔn)備試驗(yàn)夾具，同時(shí)為了有充足的時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄，試驗(yàn)中每個(gè)溫度點(diǎn)的保持時(shí)間確定為10分鐘。

圖1HALT試驗(yàn)順序圖

3.1試驗(yàn)夾具設(shè)計(jì)

在試驗(yàn)開始前，根據(jù)要進(jìn)行測(cè)試的伺服外形結(jié)構(gòu)，必須設(shè)計(jì)一個(gè)特殊、專用的夾具。這個(gè)夾具必須同時(shí)滿足以下兩個(gè)要求：1）適用于溫度和振動(dòng)試驗(yàn)；2）能提供合適的振動(dòng)傳輸率、熱均勻性和均衡的溫度變化率。

3.2低溫試驗(yàn)

試驗(yàn)中伺服處于通電工作狀態(tài)。起始溫度設(shè)為25℃，每個(gè)過(guò)程降溫10℃（第一階段也可將溫度直接降到0℃）。待溫度穩(wěn)定后維持10分鐘，并進(jìn)行伺服的功能測(cè)試，如被測(cè)伺服功能測(cè)試正常則將溫度再降10℃，待溫度穩(wěn)定后維持10分鐘，并再進(jìn)行一次功能同時(shí)做好記錄，依此類推直至樣品發(fā)生功能故障，此溫度就是樣品的低溫極限。樣品發(fā)生功能故障的前一個(gè)階段的溫度點(diǎn)即為快速溫變循環(huán)應(yīng)力試驗(yàn)的低溫界限。如有必要可在測(cè)得樣品的低溫極限后，把溫度升回到上一溫度點(diǎn)，待溫度穩(wěn)定后進(jìn)行功能測(cè)試，以功能是否正常來(lái)判斷樣品達(dá)到的是操作極限還是破壞極限，在可能的情況下也可找出破壞極限。試驗(yàn)曲線見(jiàn)圖2.

圖2低溫試驗(yàn)曲線圖

3.3高溫

高溫試驗(yàn)程序基本等同于低溫試驗(yàn)，即從25℃開始升溫，每階段升溫10℃（第一階段也可直接升溫至40℃），待溫度穩(wěn)定后維持10分鐘，并進(jìn)行伺服驅(qū)動(dòng)器的功能測(cè)試，依此類推，通過(guò)步進(jìn)式的階段應(yīng)力試驗(yàn)，確定出樣品伺服驅(qū)動(dòng)器的高溫極限。繼續(xù)實(shí)驗(yàn)在可能的情況下也可找出產(chǎn)品的破壞極限。試驗(yàn)曲線見(jiàn)圖3

圖3高溫試驗(yàn)曲線圖

3.4快速溫變循環(huán)

此項(xiàng)試驗(yàn)的溫度區(qū)間運(yùn)用先前在溫度階段試驗(yàn)中所得到的低溫及高溫極限，并以每分鐘60℃的溫變速率在此區(qū)間內(nèi)進(jìn)行若干個(gè)循環(huán)的高低溫度變化(一般為5個(gè)循環(huán))。在每個(gè)循環(huán)的最高溫度及最低溫度都要停留一定的時(shí)間，并使溫度穩(wěn)定后再執(zhí)行功能測(cè)試。檢查樣品是否發(fā)生可回復(fù)性故障，尋找其可操作極限。在此試驗(yàn)中不需尋找破壞界限。試驗(yàn)曲線見(jiàn)圖4。

圖4快速溫變循環(huán)試驗(yàn)曲線圖

3.5振動(dòng)

此項(xiàng)試驗(yàn)的振動(dòng)起始頻率值自0G開始，每階段增加5G，并在每個(gè)階段維持5分鐘完成伺服驅(qū)動(dòng)器的功能測(cè)試，依此類推不斷加大G值，直至發(fā)生功能故障，以此來(lái)確定樣品的振動(dòng)極限。在測(cè)得樣品的振動(dòng)極限后，把G值減少5G，待達(dá)到加速度量級(jí)后進(jìn)行功能測(cè)試，以功能是否正常來(lái)判斷樣品達(dá)到的是操作極限還是破壞極限，在可能的情況下也可找出破壞極限。試驗(yàn)曲線見(jiàn)圖5。

圖5振動(dòng)試驗(yàn)曲線圖

3.6綜合應(yīng)力試驗(yàn)

此項(xiàng)試驗(yàn)將快速溫度循環(huán)及振動(dòng)測(cè)試合并同時(shí)進(jìn)行，使加速老化的效果更加顯著。此處使用先前的快速溫變循環(huán)條件及溫變率，并將隨機(jī)振動(dòng)自5G開始配合每個(gè)循環(huán)遞增5G，每個(gè)循環(huán)的最高及最低溫度穩(wěn)定后持續(xù)10分鐘進(jìn)行功能測(cè)試，如此重復(fù)進(jìn)行直至達(dá)到操作極限及破壞極限為止。綜合應(yīng)力試驗(yàn)曲線見(jiàn)圖6。

圖6綜合試驗(yàn)曲線圖

5、結(jié)束語(yǔ)

目前為止，HALT已經(jīng)在國(guó)外廣泛開展，取得了大量的研究成果，其研究項(xiàng)目已經(jīng)深入到HALT的每個(gè)細(xì)節(jié)里面，非常詳細(xì)。對(duì)國(guó)內(nèi)的很多可靠性測(cè)試人員和電氣產(chǎn)品的制造商來(lái)說(shuō)，該技術(shù)還是比較新的一種衡量產(chǎn)品缺陷的方法。隨著技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)對(duì)于此試驗(yàn)的需求也在慢慢擴(kuò)大，鑒于此試驗(yàn)方法的優(yōu)越性，相信HALT試驗(yàn)方法在產(chǎn)品尤其是電子產(chǎn)品的研發(fā)階段會(huì)被廣泛采用。

參考文獻(xiàn)

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