Lỗi cơ học trong các sản phẩm điện tử thường bắt đầu từ các giao diện tương đối nhỏ: đầu nối trở nên khó chèn, bản lề mất điện trở, hoặc kết nối cáp bị tách khi chịu tải.
Hãy cân nhắc một chiếc laptop đang được phát triển. Đầu nối USB-C phải đảm bảo hiệu suất đưa vào và rút ra chấp nhận được, bản lề phải duy trì điện trở quay kiểm soát, và các kết nối cáp bên trong phải chịu được các tải cơ học quy định.
Những yêu cầu này thuộc cùng một sản phẩm, nhưng liên quan đến các hướng tải, hệ thống đo lường và thiết bị khác nhau.
Đối với các nhà sản xuất thiết bị điện tử, việc lựa chọn thiết bị kiểm tra cơ học bắt đầu từ từng linh kiện riêng lẻ và hoạt động dự kiến của nó—không chỉ đơn thuần là danh mục sản phẩm hoàn chỉnh.
Khi xảy ra sự cố cơ học trong các sản phẩm điện tử
Các cụm lắp ráp điện tử chứa nhiều giao diện cơ học trải qua các loại tải khác nhau trong quá trình sản xuất, lắp ráp và sử dụng bình thường.
Một số phải chịu được lực xác định mà không tách ra. Một số khác được kỳ vọng hoạt động liên tục trong khi vẫn duy trì hiệu suất cơ học chấp nhận được.
Đầu nối cần giữ tiếp xúc đủ mà không có lực cản ghép nối quá mức. Bản lề laptop phải cung cấp lực cản kiểm soát trên toàn bộ góc hoạt động. Nút bấm cần kích hoạt nhất quán, trong khi đầu cáp phải giữ được độ chắc chắn cơ học.
Các thành phần kết cấu tạo ra các yêu cầu bổ sung. Các cụm PCB có thể bị uốn cong trong quá trình xử lý hoặc lắp ráp, trong khi một số mô-đun hiển thị và linh kiện liên kết có thể cần đánh giá độ bền cơ học.
Những ứng dụng này không thể được đánh giá bằng một bài kiểm tra lực tổng quát duy nhất.
Sản phẩm của bạn cần kiểm tra cơ học nào?
Kiểm tra phù hợp phụ thuộc vào sự kiện cơ học được tái hiện và thông tin cần thiết để đánh giá kết quả.
Ma trận sau cung cấp tham chiếu ban đầu cho các ứng dụng sản phẩm điện tử phổ biến.
Những phép đo này mô tả các hành vi cơ học khác nhau. Máy kiểm tra lực đầu nối, máy kiểm tra mô-men xoắn bản lề và máy kiểm tra đa năng đều có thể đo tải cơ học, nhưng điều khiển chuyển động và bố trí mẫu không thể thay thế cho nhau.
Kiểm tra đầu nối và cáp
Kiểmtra lắp và tháo đầu nối đánh giá điện trở trong quá trình ghép nối và tháo nối. Khi cần thiết, đường cong lực–hành trình có thể cho thấy tải trọng thay đổi như thế nào trong suốt quá trình chuyển động thay vì chỉ báo giá trị tối đa.
Kiểm tra kéo cáp và đầu nối đáp ứng một yêu cầu khác: liệu một kết nối có thể chịu được tải kéo nhất định hay không.
Lực đo được phải được xem xét cùng với vị trí sự cố. Một kết nối tách ra tại khớp dự kiến không tương đương với một mẫu vật trượt vào bên trong tay cầm.
RS-6600A của ITM-LAB cung cấp điểm khởi đầu cho các ứng dụng chèn và trích xuất đầu nối tương thích. Đối với các bài kiểm tra kéo thành phần được chọn, có thể xem xét
quy trình chi tiết về đầu nối được đề cập trong các hướng dẫn kiểm tra lực kết nối hiện có của ITM-LAB.
Vận hành cơ khí lặp đi lặp lại
Hiệu suất ban đầu của một linh kiện không nhất thiết phản ánh hành vi của nó sau khi sử dụng lặp lại.
Kiểmtra độ bền khớp nối, tuổi thọ nút bấm và độ bền bản lề tái tạo các chuỗi hoạt động xác định trong một số chu kỳ nhất định.
Các ứng dụng này đòi hỏi kiểm soát chuyển động phù hợp, định vị mẫu vật và hành trình hoặc góc vận hành được chỉ định. Tùy theo quy trình, có thể cần đo thêm trước, trong hoặc sau khi đạp xe.
Các thành phần kết cấu và liên kết
Cáccụm PCB, linh kiện liên quan đến màn hình và cấu trúc điện tử liên kết có thể yêu cầu các thử nghiệm kéo kéo, nén, uốn, bóc vỏ hoặc các thử nghiệm đặc thù ứng dụng khác.
Cách sắp xếp tải trọng phụ thuộc vào hình dạng mẫu và quy trình áp dụng.
Một máy kiểm tra đa năng có thể cấu hình có thể đáp ứng nhiều bài kiểm tra cơ tĩnh tương thích, nhưng các thiết bị và phụ kiện đo cần thiết phải được xem xét riêng biệt.
Ví dụ, bố trí uốn PCB đòi hỏi khoảng cách hỗ trợ và hình học tải phù hợp. Không nên coi đây là một thử nghiệm kéo thông thường chỉ vì cả hai phương pháp đều sử dụng đo lực.
Tại sao thiết bị và căn chỉnh ảnh hưởng đến kết quả kiểm tra
Thiết bị này là một phần của hệ thống đo, không chỉ đơn thuần là thiết bị để giữ mẫu vật.
Điều này đặc biệt quan trọng khi kiểm tra các linh kiện điện tử có kích thước nhỏ, hình dạng không đều hoặc các điểm kết nối nhạy cảm.
Một máy có thể cung cấp đủ dung lượng và hiệu suất đo lường, nhưng lại cho kết quả gây hiểu lầm nếu hướng tải hoặc vị trí mẫu vật không chính xác.
Ví dụ về căn chỉnh đầu nối
Trong quá trình kiểm tra chèn đầu nối, các thành phần ghép nối nên di chuyển dọc theo trục chèn dự kiến.
Ngay cả khi tốc độ kiểm tra và phạm vi lực được xác định chính xác, việc bố trí ghép nối ngoài trục có thể tạo ra lực cản bổ sung vào đường cong lực–hành trình ghi được.
Trước khi so sánh kết quả, các kỹ sư nên kiểm tra vị trí đầu nối, hướng ghép nối và độ lặp lại của thiết bị.
Tăng công suất máy sẽ không giải quyết được vấn đề căn chỉnh.
Cácvấn đề tương tự cũng xuất hiện trong các ứng dụng điện tử khác.
Đối với kiểm tra lặp lại, việc định vị mẫu vật cũng cần được duy trì nhất quán giữa các người vận hành và các chu trình kiểm tra.
Nếu cùng một bộ phận được lắp đặt khác nhau mỗi lần, một số biến đổi quan sát được có thể đến từ thiết bị chứ không phải sản phẩm.
Điều này đặc biệt quan trọng đối với kiểm soát chất lượng sản xuất, nơi việc thiết lập lặp lại là điều cần thiết để so sánh kết quả giữa các lô.
Đồ gá tùy chỉnh có thể cần thiết khi tay cầm truyền thống không thể tái tạo hướng nạp dự kiến hoặc không thể lắp chắc hình dạng mẫu vật.
Lựa chọn hệ thống đo lường và điều khiển
Khi phương pháp thử nghiệm và bố trí thiết bị đã được xác định, bước tiếp theo là xác định thiết bị cần đo lường và kiểm soát những gì.
Sức chứa lực chỉ là một phần trong quyết định đó.
Kiểm tra cơ học điện tử có thể bao gồm chuyển động tuyến tính, chuyển động quay hoặc vận hành lặp lại. Hệ thống phù hợp phụ thuộc vào chuyển động yêu cầu và dữ liệu được quy định bởi quy trình kiểm tra.
Lực đỉnh, đường cong và dữ liệu chu kỳ lặp lại
Giá trị lực cực đại trả lời một câu hỏi cụ thể: lực tối đa ghi nhận trong bài kiểm tra xác định là bao nhiêu?
Nó không nhất thiết mô tả hành vi của bộ phận trong suốt quá trình chuyển động.
Đối với một đầu nối, dữ liệu hành trình lực có thể cần thiết để đánh giá quá trình giao phối. Đối với bản lề, dữ liệu mô-men xoắn – góc có thể cung cấp thông tin về điện trở trong phạm vi hoạt động.
Kiểm thử chu trình lặp lại giải quyết một câu hỏi khác: liệu thành phần có duy trì hiệu suất yêu cầu sau một số lần thao tác nhất định hay không.
Một máy được thiết kế để ghi lại một lực đỉnh đơn lẻ không tự động phù hợp để đánh giá hiệu suất cơ học qua các chu kỳ lặp lại.
Các chức năng đo lường và giám sát cần thiết nên được thiết lập trước khi chọn bộ điều khiển và cấu hình phần mềm.
Lựa chọn thiết bị kiểm tra cơ khí điện tử
Danh sách thiết bị hữu ích bắt đầu với các hoạt động cơ học cần thiết.
Kiểmtra chèn đầu nối trục, kiểm tra bản lề xoay và kiểm tra kéo linh kiện tĩnh không nên được nhóm lại chỉ vì mỗi loại đều liên quan đến đo tải cơ học.
ITM-LAB cung cấp nhiều dòng thiết bị kiểm tra khác nhau cho các ứng dụng này.
Đây là hướng thiết bị ban đầu, không phải cấu hình cố định cho mọi sản phẩm. Khuyến nghị cuối cùng yêu cầu thiết bị thực tế đang được kiểm tra, quy trình liên quan và các điều kiện đo lường dự kiến.
Một UTM có thể thực hiện mọi thử nghiệm cơ học trên một sản phẩm điện tử không?
Không hẳn vậy.
Một UTM có thể cấu hình có thể hỗ trợ nhiều bài kiểm tra lực tĩnh tương thích, bao gồm kéo, nén và uốn, khi được trang bị các thiết bị và hệ thống đo phù hợp.
Kiểmtra độ bền khớp nối, tuổi thọ nút bấm và mô-men xoắn bản lề đòi hỏi các yêu cầu chuyển động và điều khiển khác nhau. Những ứng dụng này có thể yêu cầu thiết bị chuyên dụng.
Phòng thí nghiệm nên nhóm nhu cầu kiểm tra theo hành động cơ học và phương pháp đo lường thay vì cố gắng thay thế mọi hệ thống bằng một máy duy nhất.
Ba cấu hình phòng thí nghiệm thực tế
Sự kết hợp thiết bị phù hợp phụ thuộc vào phạm vi sản phẩm và khối lượng kiểm tra của nhà sản xuất.
Các ví dụ sau minh họa cách các phòng thí nghiệm điện tử khác nhau có thể tổ chức các yêu cầu kiểm tra cơ học của họ.
Cấu hình A — Kiểm soát Chất lượng Đầu nối & Cáp
Đối với các nhà sản xuất đầu nối và lắp ráp cáp, kiểm tra cơ khí thường là một phần của kiểm soát chất lượng sản xuất định kỳ.
Lực chèn, lực kéo và các yêu cầu về độ bền kéo được chọn có thể cần được đánh giá giữa các loại linh kiện khác nhau.
Cấu hình ban đầu có thể bao gồm
Mặc dù cả hai hệ thống đều đo lực, hình học ghép nối của đầu nối và yêu cầu kẹp cáp phải được xem xét riêng biệt.
Khi cần vận hành đầu nối lặp lại, cấu hình độ bền chuyên dụng như RS-8115A có thể phù hợp.
Cấu hình B — Độ bền của thiết bị điện tử tiêu dùng
Một chiếc điện thoại thông minh, tai nghe, máy tính bảng hoặc laptop có thể chứa nhiều giao diện được vận hành cơ học lặp đi lặp lại trong suốt vòng đời sản phẩm.
Phòng thí nghiệm đánh giá các sản phẩm này có thể cần kiểm tra độ bền kết nối đầu nối, tuổi thọ nút bấm và mô-men xoắn bản lề hoặc độ bền.
Thách thức không chỉ đơn thuần là đạt được số lượng chu kỳ mục tiêu. Mỗi thử nghiệm phải tái hiện chuyển động được chỉ định trong khi vẫn duy trì vị trí và kiểm soát mẫu phù hợp.
RS-8115A của ITM-LAB cùng các hệ thống kiểm tra nút bấm và bản lề liên quan cung cấp điểm khởi đầu để xem xét các ứng dụng này.
Hànhtrình hành trình, góc, tốc độ vận hành, số chu kỳ và bất kỳ kiểm tra hiệu suất nào cần thiết nên được xác định trước khi chọn thiết bị.
Cấu hình C — Nghiên cứu & Phát triển linh kiện điện tử
Phòng thí nghiệm phát triển thường làm việc với các vật liệu, bộ phận cấu trúc và kết nối cơ khí khác nhau thay vì một loại mẫu cố định duy nhất.
UTM có thể cấu hình có thể cung cấp nền tảng kiểm tra thực tiễn cho nhiều quy trình kéo, nén và uốn tương thích.
Dòng RS-8010A và RS-8000 của ITM-LAB cung cấp các tùy chọn lực chịu lực khác nhau, trong khi các thiết bị gá chuyên dụng có thể hỗ trợ các cách sắp xếp tải khác nhau.
Lực lượng lao động dự kiến, kích thước mẫu, hành trình, phạm vi đo và quy trình áp dụng nên là yếu tố quyết định cho việc lựa chọn cuối cùng.
Công suất máy tối đa lớn hơn không tự động mang lại hiệu suất đo tốt hơn cho các linh kiện điện tử nhỏ hơn.
Những cấu hình phòng thí nghiệm này là ví dụ chứ không phải gói thiết bị cố định. Một số cơ sở có thể chỉ cần một hệ thống kiểm tra, trong khi những cơ sở khác cần nhiều máy chuyên dụng.
Những gì kỹ sư nên ghi rõ trước khi yêu cầu báo giá
Việc cung cấp thông tin ứng dụng rõ ràng cho phép nhà sản xuất thiết bị xem xét cấu hình máy cần thiết và xác định các vấn đề tiềm ẩn về thiết bị hoặc đo lường trước khi báo giá.
Đối với các dự án thử nghiệm cơ học điện tử, các chi tiết sau đây đặc biệt hữu ích:
-
Thiết bị đang kiểm tra: Tên linh kiện, hình ảnh, kích thước và các chi tiết lắp ráp liên quan.
-
Hoạt động cơ học: Kéo, đẩy, chèn vào, rút ra, xoay hoặc lặp lại hoạt động.
-
Phạm vi đo dự kiến: Lực hoặc mô-men xoắn, nếu biết.
-
Điều
kiện kiểm tra: Tốc độ, hành trình, góc, tốc độ hoạt động và số chu kỳ.
-
Phương pháp kiểm tra: Phiên bản tiêu chuẩn áp dụng hoặc quy trình theo yêu cầu của khách hàng.
-
Yêu cầu bổ sung: Thiết bị tùy chỉnh, ghi lại đường cong, giám sát điện hoặc các chức năng được chỉ định khác.
Khi lực hoặc mô-men xoắn dự kiến chưa được biết, thông tin mẫu thử và quy trình thử nghiệm dự kiến vẫn có thể cung cấp điểm khởi đầu cho việc đánh giá kỹ thuật.
Một thông số kỹ thuật kiểm tra rõ ràng giúp tránh mua thiết bị có đủ công suất danh nghĩa nhưng thiếu chuyển động, thiết bị hoặc cấu hình đo lường cần thiết.
Kết luận
Một phòng thí nghiệm kiểm tra cơ học điện tử hiệu quả bắt đầu từ yêu cầu cơ học thực tế của sản phẩm, không phải danh sách thiết bị chung.
Khớp nối, nhấn nút, xoay bản lề, kéo cáp và kiểm tra độ bền linh kiện đều có thể liên quan đến tải cơ học, nhưng chúng đòi hỏi các phương án kiểm tra và dữ liệu đo khác nhau.
Hệ thống phù hợp là hệ thống tái tạo được hành động cơ học dự kiến, giữ mẫu đúng cách và cung cấp kết quả đáng tin cậy trong phạm vi đo yêu cầu.
Cấu hình hệ thống kiểm tra cơ học cho sản phẩm điện tử của bạn
Kiểm tra đầu nối, nút bấm, bản lề, cụm cáp hoặc bộ phận kết cấu?
ITM-LAB cung cấp thiết bị kiểm tra cơ khí và hỗ trợ cấu hình theo ứng dụng cụ thể cho R&D điện tử và kiểm soát chất lượng.
Chia sẻ chi tiết DUT, phương pháp kiểm tra và yêu cầu đo lường với đội ngũ của chúng tôi để xem xét cấu hình máy móc và thiết bị phù hợp.
