1、序言

隨著國家相關部門對數(shù)控機床行業(yè)的重點關注，產(chǎn)品的質量和可靠性引起了人們的廣泛關注，作為高檔數(shù)控機床的關鍵執(zhí)行部件之一，伺服驅動器的質量和可靠性直接決定了數(shù)控機床的可靠性水平。因此在伺服驅動器設計之初就需將可靠性設計放在首位。作為可靠性工程的一個子系統(tǒng)，可靠性試驗是保證產(chǎn)品可靠性的一個重要環(huán)節(jié)，為了提高伺服產(chǎn)品的可靠性，在產(chǎn)品競爭日益激烈的今天，繼續(xù)延用傳統(tǒng)的型式試驗方法已經(jīng)無法解決產(chǎn)品實際應用中出現(xiàn)的問題，也無法滿足市場的需求。因此，研究一種快速、經(jīng)濟、有效的提高伺服產(chǎn)品可靠性的新方法，已勢在必行。HALT試驗的出現(xiàn)，徹底解決了產(chǎn)品可靠性試驗的問題，相比傳統(tǒng)的型式試驗，在提高產(chǎn)品可靠性方面，HALT試驗更為有效，產(chǎn)品的可靠性也有了質的飛躍。

2、HALT試驗的產(chǎn)生

HALT(HighlyAcceleratedLifeTest)是由美國軍方所延伸出的設計質量驗證的試驗方法，現(xiàn)已成為美國電子業(yè)界的標準產(chǎn)品驗證方法，將原需花費六個月至一年的新品可靠度試驗，減少至僅需一周時間即可完成,且在這一周中所發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)品問題幾乎與客戶應用后所發(fā)現(xiàn)的問題一致,故HALT的試驗方式已為新產(chǎn)品上市前所必需通過的考驗。除美國之外，許多國際知名的電子產(chǎn)品制造商也都廣泛的使用這種試驗手段來提高產(chǎn)品研發(fā)階段的質量，最終達到產(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，是一種試驗方法（思想），最初用于測試航天飛機的電子產(chǎn)品，用的環(huán)境應力比加速試驗更加嚴酷。主要應用于產(chǎn)品開發(fā)階段，快速的在產(chǎn)品研發(fā)周期內(nèi)找出其弱點和瑕疵，并且加以立即改善，使產(chǎn)品擁有更高的競爭力。

與目前國內(nèi)傳統(tǒng)的可靠性試驗相比，HALT在試驗目的、原理和試驗方法上，都有了很大的改變。HALT試驗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，并通過不斷的產(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)成為國外一些知名公司的自覺行為，甚至成為一個公司的企業(yè)文化。這種意識與國內(nèi)的可靠性試驗目的形成了巨大的反差，導致國內(nèi)生產(chǎn)的電子和電氣產(chǎn)品在質量和可靠性方面落后與這些國際知名公司。為了縮小與國際上這些成功企業(yè)之間的差距，除了在硬件條件上如檢測設備、測試方法等縮小差距外，我們必須改變管理理念，以市場、發(fā)展的理念為指導思想,視產(chǎn)品質量和可靠性為公司發(fā)展的命脈，才能不斷的提高產(chǎn)品質量，提供給用戶最可靠的產(chǎn)品。

3、HALT試驗的特點

在HALT過程中，用包括熱循環(huán)、振動、電源循環(huán)、溫度改變率、合成環(huán)境和特殊的應力：如頻率變化、電壓幅值波動等應力進行試驗來發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設計和制造過程之間的薄弱環(huán)節(jié)。這些應力并不是為了模擬現(xiàn)場環(huán)境，而是為了尋找設計過程中的薄弱環(huán)節(jié)。試驗中逐漸提高所選刺激源的應力等級，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的應力之前改正。這些應力應漸進到正好超出期望的現(xiàn)場環(huán)境直到基本極限、或破壞極限。這一極限的定義即應力中的微小變化導致很多故障同時發(fā)生的那一點。

HALT試驗中的每個試驗項目使用步進方法逐步增加應力等級直到產(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力等級下能正常工作。糾正措施由品質、生產(chǎn)、研發(fā)這些領域共同得出的結論來確定。通常情況下是先采取臨時措施保證試驗繼續(xù)進行。鑒定過一組修復措施并驗證滿足使用之后才考慮實施永久性的修復措施。進行評測和修理之后，受試單元要返回到實驗室接著從故障點的條件開始進行試驗。

HALT的試驗內(nèi)容包括：高低溫、快速溫度循環(huán)、振動試驗以及溫度與振動綜合環(huán)境組成。對于這些應力的每一個激勵，都應確定出工作極限和破壞極限。為了更快的發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設計缺陷，在進行高低溫和振動試驗期間，還要根據(jù)產(chǎn)品的設計參數(shù)，調整其他激勵源的應力值，如電壓值的幅值和頻率變化等。

HALT的主要優(yōu)點可以歸納為：

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

（2）極大的縮短了產(chǎn)品的設計周期，加快了產(chǎn)品推向市場的步伐。

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

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

但是由傳統(tǒng)的可靠性試驗轉向HALT試驗的唯一缺點是一次性投資比較大，因為這涉及到HALT試驗箱的采購、人員的培訓等。但是從企業(yè)長期發(fā)展看，這筆投資的回報是巨大的。經(jīng)過HALT試驗的產(chǎn)品可靠性得到了明顯提升，如果按照ISO9000的質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)品在出廠時就具有非常高的可靠性，基本上不需要售后服務人員來支撐產(chǎn)品的維護工作，大幅度的降低了維護和保障費用。這樣一來，企業(yè)以上乘的產(chǎn)品質量和可靠性換取不斷擴大的市場占有份額，獲取更為豐厚的利潤回報。

4、HALT試驗在提高伺服驅動器可靠性中的應用

為了獲得伺服驅動器在HALT試驗中的準確信息，按照下面的原則確定HALT試驗中采用的應力順序：先試驗破壞性比較弱的應力類型，然后再試驗破壞性比較強的應力。最終確定HALT試驗的順序為：低溫→高溫→快速溫變循環(huán)→振動→溫度與振動綜合應力。試驗順序見圖1。為了保證試驗結果的準確性，在進行試驗前，須準備試驗夾具，同時為了有充足的時間進行試驗數(shù)據(jù)記錄，試驗中每個溫度點的保持時間確定為10分鐘。

圖1HALT試驗順序圖

3.1試驗夾具設計

在試驗開始前，根據(jù)要進行測試的伺服外形結構，必須設計一個特殊、專用的夾具。這個夾具必須同時滿足以下兩個要求：1）適用于溫度和振動試驗；2）能提供合適的振動傳輸率、熱均勻性和均衡的溫度變化率。

3.2低溫試驗

試驗中伺服處于通電工作狀態(tài)。起始溫度設為25℃，每個過程降溫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，并進行伺服的功能測試，如被測伺服功能測試正常則將溫度再降10℃，待溫度穩(wěn)定后維持10分鐘，并再進行一次功能同時做好記錄，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階段的溫度點即為快速溫變循環(huán)應力試驗的低溫界限。如有必要可在測得樣品的低溫極限后，把溫度升回到上一溫度點，待溫度穩(wěn)定后進行功能測試，以功能是否正常來判斷樣品達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。試驗曲線見圖2.

圖2低溫試驗曲線圖

3.3高溫

高溫試驗程序基本等同于低溫試驗，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，并進行伺服驅動器的功能測試，依此類推，通過步進式的階段應力試驗，確定出樣品伺服驅動器的高溫極限。繼續(xù)實驗在可能的情況下也可找出產(chǎn)品的破壞極限。試驗曲線見圖3

圖3高溫試驗曲線圖

3.4快速溫變循環(huán)

此項試驗的溫度區(qū)間運用先前在溫度階段試驗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)進行若干個循環(huán)的高低溫度變化(一般為5個循環(huán))。在每個循環(huán)的最高溫度及最低溫度都要停留一定的時間，并使溫度穩(wěn)定后再執(zhí)行功能測試。檢查樣品是否發(fā)生可回復性故障，尋找其可操作極限。在此試驗中不需尋找破壞界限。試驗曲線見圖4。

圖4快速溫變循環(huán)試驗曲線圖

3.5振動

此項試驗的振動起始頻率值自0G開始，每階段增加5G，并在每個階段維持5分鐘完成伺服驅動器的功能測試，依此類推不斷加大G值，直至發(fā)生功能故障，以此來確定樣品的振動極限。在測得樣品的振動極限后，把G值減少5G，待達到加速度量級后進行功能測試，以功能是否正常來判斷樣品達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。試驗曲線見圖5。

圖5振動試驗曲線圖

3.6綜合應力試驗

此項試驗將快速溫度循環(huán)及振動測試合并同時進行，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，并將隨機振動自5G開始配合每個循環(huán)遞增5G，每個循環(huán)的最高及最低溫度穩(wěn)定后持續(xù)10分鐘進行功能測試，如此重復進行直至達到操作極限及破壞極限為止。綜合應力試驗曲線見圖6。

圖6綜合試驗曲線圖

5、結束語

目前為止，HALT已經(jīng)在國外廣泛開展，取得了大量的研究成果，其研究項目已經(jīng)深入到HALT的每個細節(jié)里面，非常詳細。對國內(nèi)的很多可靠性測試人員和電氣產(chǎn)品的制造商來說，該技術還是比較新的一種衡量產(chǎn)品缺陷的方法。隨著技術的發(fā)展，國內(nèi)對于此試驗的需求也在慢慢擴大，鑒于此試驗方法的優(yōu)越性，相信HALT試驗方法在產(chǎn)品尤其是電子產(chǎn)品的研發(fā)階段會被廣泛采用。

參考文獻

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