Archive for the ‘Testaus’ Category

Vanhemmat artikkelit

Puhelin kiihtyvyysmittarina

17.3.2019

Mobiililaitteissa on kiihtyvyysanturi, jonka avulla laitteen asentoa ja liikettä voidaan seurata. Anturia tarvitaan esimerkiksi näytön suunnan asettamisessa. Mittaus on tarkoitettu näyttämään tarkasti pieniä kiihtyvyyden vaihteluita.

Näin puhelinten suojakuoritestin, jossa oli mitattu kuorten kykyä vaimentaa pudotuksen aiheuttamia iskuja. Testissä oli vaimennus mitattu puhelimella. Ensimmäinen ajatukseni oli, että tämähän on loistava idea. Jatkossa voisimme pakkaustesteissä vähänkään isommilla laitteilla teipata Android-puhelimen laitteen kylkeen ja mitata pudotusten vaimennuskäppyrät sillä. Testissä puhelin oli pudotettu 1,5 metrin korkeudesta ja tulos hidastuvuudelle oli luokkaa 5 g. Aiempien kokemusteni perusteella mittaluokka oli aivan väärä.

Fysiikkaa hieman yksinkertaistaen voidaan ajatella, että jos 1,5 metrin pudotuksesta halutaan hidastuvuuden arvoksi 5 g, tulee pysäytysmatkan olla viidesosa kiihdytysmatkasta, eli 30 cm. Pakkaussuunnittelun eräs nyrkkisääntö on, että vaimentimen paksuudesta voi olettaa vaimennusmatkaksi puolet. Suojakuoressa ei ole yli puolta metriä pehmustusta, eli jostain tulee mittausvirhe.

Puhelimen kiihtyvyysantureita on erilaisia, mutta tyypillinen mittausarvo on joko ±2 g, ±4 g tai ±8 g, ja arvo on usein ohjelmallisesti valittavissa.  Lisäksi mittaustaajuus on melko matala, noin 100 Hz, jotta virrankulutus olisi maltillinen. ST LIS331DLH on yksi esimerkki anturista. Jos katsotaan vastaavia lukuja pudotustestauksessa usein käytetyistä laitteista, on Kistlerin 8702B500:n mittausalue ±500 g. Anturi kytketään mittalaitteeseen, josta esimerkkinä käy Lansmontin TP3, joka kerää mittauspisteitä 1 MHz näytteenottotaajuudella. Lansmont siis ottaa 10 000 mittaustulosta mobiililaitteen ottaessa yhden.

Kuvassa on pudotustestauksen mittaamiseen tarkoitetulla kolmiakselisella anturilla mitattu hidastuvuuskäyrä. X-akselin viivojen väli on 10 ms, eli puhelin ottaisi yhden näytteen, kun pudotusten mittaamiseen tarkoitettu selvästi ottaa paljon enemmän. Käyristä näkyy tyypillinen hyvin toimivan vaimentimen vaikutus. Muillakin akseleilla on merkittäviä kiihtyvyyksiä, sillä mittauspinta värähtelee.

Puhelinta ei voi käyttää pudotustestien mittalaitteena, sillä sen kiihtyvyysmittari on suunniteltu aivan muuhun käyttöön.

Avainsanat:, ,
Kategoria(t): Testaus | 1 Comment »

ISTA 3E päivittyi

5.8.2017

ISTA julkaisi hiljattain muutoksia 3E-testisarjaan. Kyseinen testisarja on tarkoitettu lavalla kuljetettaville pakkauksille ja se simuloi yleisiä kuljetusolosuhteita. Oma mielipiteeni on, että tämä sarja on paras ja selkein testisetti lavalla kulkeville laitteille samoin kuin lähetyksille, joissa on samanlaisista laatikoista koostuva lavakuorma.

Muutokset ovat seuraavat:

  • Pinonnassa aiemmin kaava ei kovin viisaasti ottanut huomioon tilannetta, jossa lavalla on useampia kerroksia pieniä laatikoita. Kaava supistuu samaksi vanhan version kanssa tilanteessa, jossa lavan päällä on vain yksi laatikko.
  • Pinonnassa tulee kuorman päällä käyttää samanlaista lavaa, kuin allakin on. Tämä on looginen muutos ja kuvaa paremmin todellista tilannetta. Olen tätä menetelmää puolivirallisissa testeissä käyttänytkin, sillä pahvikonttien tapauksessa on hyvä ymmärtää epätasaisen jakauman aiheuttama vaikutus.
  • Törmäystestissä on kasvatettu nopeutta.
  • Merkittävä muutos on pudotustestin korkeuden muuttaminen painosta riippuvaksi. Aiemmin korkeus oli aina 200 mm, kun uudessa se on 230 mm alle 230 kg kuormalle ja 150 mm yli 230 kg kuormalle.
  • Käyttötarkoitus on uudessa versiossa tarkennettu tilanteeseen, jossa rekkaan lastataan samanlaisia lavoja. Aiemmin tätä rajausta ei ollut ja kuljetusmuotoakaan ei ollut rajoitettu rekkakuljetukseen.

Perustelut löytyvät standardin valmistelumateriaalista. Alla olevasta videosta selviää rotational edge dropin idea. Tällainen tilanne on trukkikäsittelyssä paljon todennäköisempi kuin IEC 60068-sarjan suora pudotus.

Avainsanat:, , , ,
Kategoria(t): Testaus | Leave a Comment »

Pakkauksen kaatuminen

28.2.2016

Kaatuminen on korkeiden ja kapeiden pakkausten ongelmana logistiikkaketjussa. Erityisen ongelmallisia ovat laitekaapit, joiden painopiste on ylhäällä. Isommilla laitteilla kaatuminen aiheuttaa käytännössä aina tuotteen vaurioitumisen, vaikka pakkaus kaatamisen saattaisikin kestää. Tuotteen vaurioitumista suurempi ongelma on kaatuvan pakkauksen aiheuttama riski alueella oleskeleville ihmisille.

Tuotesuunnittelussa tulee turvallisuusasiat huomioida, myös kuljettamiseen ja asentamiseen liittyvät turvallisuusasiat. On tulkinnanvaraista, milloin pakkaus on niin herkkä kaatumaan, että sitä voidaan pitää vaarallisena. Riskejä analysoidessa olisi parasta tukeutua standardeihin, jos tällaisia on saatavilla. ASTM D6179 käsittelee lyhyesti myös kaatumista. Siinä on vaatimus, että pakkausta pitää pystyä kallistamaan 22 astetta, josta sen pitää palautua takaisin pystyyn.

Riskinhallinnassa on kaksi tapaa toimia, jos pakkaus kaatuu alle 22 asteen kallistuksesta. Toinen on kasvattaa pakkauksen pohjapinta-alaa niin, että pakkaus tulee vakaammaksi. Toinen hyvä vaihtoehto on viestiä varoituksin tai painopistemerkein, että pakkaus on herkkä kaatumaan. Mahdollisessa onnettomuustilanteessa on syytä olla näyttöä, että on ainakin yritetty tehdä jotain riskien pienentämiseksi. Kaatumisriski ja korjaavat toimenpiteet voidaan kirjata muistiin esimerkiksi konedirektiivin mukaiseen riskianalyysiin. Tällä tavoin voidaan tapaturmaa selvitellessä todentaa suunnitteluvaiheessa tehdyt havainnot ja tehdyt päätökset.

Avainsanat:, , ,
Kategoria(t): käsittely, Testaus | Leave a Comment »

Testattua tietoa puristuslujuudesta

13.10.2015

Toptesterin Esko Nevala piti Empack-messuilla esityksen pakkaustestaamisesta. Teemana oli ISTA-standardin mukaiset testit ja erityisesti puristustestin varmuuskerroin. Toptesterillä on tehty koesarja, jossa on verrattiin laatikon staattista puristuslujuutta dynaamiseen tilanteeseen. Mallilaatikkona oli tavallinen C-aaltoinen pienehkö vakiolaatikko.

Staattisessa testissä laatikko hajosi keskimäärin 110 kg kuormalla. Ensimmäinen testi oli mitata, kuinka kauan laatikko kestää puristusta pienemmällä voimalla. Tulokset olivat seuraavat:

Kuorma Hajoamisaika
100 kg 50 sek
90 kg 2 min 42 sek
80 kg 54 min 45 sek
55 kg 24 h ok

Staattisen kuorman tapauksessa ideaaliolosuhteissa voidaan siis sanoa, että maksimilujuudesta kun vähentää puolet, niin laatikko kestää jatkuvan kuorman. Varmuuskerroin 2 siis toimii staattisessa tilanteessa, kun kosteus pidetään vakiona. Tässä tapauksessa suhteellinen kosteus oli 40-50 %.

Kuljetuksessa tilanne ei ole staattinen. Testiä jatkettiin tärypöydällä kuorman alla. Tärypöydällä ajettiin IEC-standardisarjan pakkauksille soveltuvaa satunnaistärinää ja painona oli metallilevy kuormanjakajana sekä lisäpainoja. Pakkausta kuormitettiin ensin 13 kg painolla, eli varmuuskerroin oli 8,4. Tällöin laatikko petti 10 minuutissa. 20 kg painolla, eli varmuuskertoimella 5,5 laatikko nurjahti jo kahden minuutin jenkan jälkeen.

ISTA esittää varmuuskertoimen olevan välillä 3-6 ja suosituksena pidetään kerrointa 5. Toptesterin testien perusteella voidaan sanoa, että viisi ei ole lainkaan liioittelua.

Ei kestänyt. Laatikko tärypöydällä kuorman alla. Kuva on otettu Eskon esityksen videosta.

Avainsanat:, , ,
Kategoria(t): Testaus | 1 Comment »

Staattinen kuormitus ja viruminen

16.8.2015

Pakkausten pinontatesteissä käytetään yleensä varmuusmarginaalina kerrointa väliltä 3-5. Tätä perustellaan sillä, että testi tehdään staattisena, mutta kuljetuksen aikana pakkaukseen vaikuttaa dynaaminen kuorma. ISTA-testeissä kuormituksen tulee kestää yhden tunnin tai vaihtoehtoisesti kuorman tulee olla 1,6-kertainen, mikäli se vain käytetään pakkauksen päällä.

Dynaaminen kuorma ei ole ainoa peruste varmuusmarginaalille. Parivaljakko Moody & Skidmore julkaisivat vuoden 1966 Packaging Engineering -lehdessä tutkimuksen ”How dead load, downward creep influence corrugated box design”, josta oheinen graafi on peräisin. Siinä ilmenee, että yli 80 % kuormalla pakkaus pettää virumisesta johtuen nopeasti, jopa minuuteissa. Pienennettäessä kuormaa noin 50 % tasolle päästään tilanteeseen, jossa viruminen hidastuu niin paljon, että se ei käytännössä enää aiheuta ongelmia. Tutkimuksessa 50 % kuormalla oltaisiin noin 3 vuoden hajoamisajassa.

Tutkimuksen perusteella voidaankin sanoa, että varastoinnissa tulee varmuuskertoimen olla vähintään kaksi. Jos menee lupaamaan pahvilaatikolle varastoinnin aikaiseen pinontaan arvoja, jotka ovat lähellä testattua laatikon maksimikestävyyttä, alkavat pinot ajan mittaan romahdella.

Vaurioitumisaika kuorman funktiona.

Vaurioitumisaika kuorman funktiona.

Avainsanat:, , , ,
Kategoria(t): Testaus | Leave a Comment »

Tehdään pudotukset IEC:n mukaan

4.1.2015

Pudotusvaatimuksissa yleisin viite on ”IEC:n mukaiset pudotukset”. Tässä tarkoitetaan standardia IEC 60068-2-31 Test Ec: Rough handling shocks, primarily for equipment-type specimens. Viittaus on oikean suuntainen, sillä tuo standardi kertoo, miten pudotustesti tulee suorittaa. Sieltä löytyvät tiedot suositelluista korkeuksista, alustan materiaaleista ja osin myös pudotussuunnista. Standardin mukaan voidaan täysin perustellusti tehdä pudotukset vaikkapa 25 mm:n korkeudesta ja kirjoittaa testiraportti, joka kertoo pakkauksen täyttävän IEC 60068-2-31 vaatimukset.

IEC:n ympäristötestistandardit edellyttävät pakkaustesteissä kolmen standardin käyttöä. Ensin määritellään haluttu olosuhdeluokka tulkiten IEC 60721-3 -sarjan standardeista. Tuloksena voi mekaanisissa rasituksissa olla esimerkiksi luokka 2M2. Tämän jälkeen tutkitaan IEC 60721-4-2:sta, millaiset testit vastaavat valitun olosuhdeluokan vaatimuksia. Tästä standardista löytyy usein käytetty metrin pudotus alle 10 kg:n kappaleelle sekä viite käytettävään testimenetelmään eli 60068-2-31 -standardiin.

Syynä monimutkaisuuteen on IEC:n olosuhdestandardien yleiskäyttöisyys. Samoja testejä käytetään laitteille ja pakkauksille. Kokonaisuudessaan vaatimuskentästä tulee hyvin laaja, jolloin menetelmästandardeihin ei voi järkevästi sisällyttää tietoa olosuhteista. Mikäli pakkaustesteissä haluaa välttää vaatimusmäärittelyssä monimutkaisuuden kannattaa katse suunnata yksinomaan pakkauksille tarkoitettuihin standardeihin kuten ISTA -standardeihin.

Avainsanat:, , ,
Kategoria(t): Testaus | Leave a Comment »

Kiihtyvyyden mittaaminen

22.6.2014

Aiemmissa pudotustestejä käsittelevissä jutuissa olen pitänyt kiihtyvyyttä absoluuttisena arvona, joka saadaan helposti selville. Todellisuudessa kiihtyvyyden mittaamiseen liittyy käytettävästä taajuusalueesta johtuva epävarmuustekijä.

Pudotuksessa saatava kiihtyvyyskäppyrä muodostuu suuresta joukosta eri taajuuksilla olevia sinimuotoisia värähtelyjä, joiden yhteisvaikutus muodostaa mittaustuloksen. Pudotuksessa matalimman taajuuden käyrä on vaimentimen jousto. Tämän perustaajuuden lisäksi tuloksena on aina suuremmalla taajuudella olevia käyriä, jotka johtuvat mitattavan kohteen värähtelystä. Erityisesti suurilla peltipinnoilla näitä värähtelyjä on paljon ja suurille taajuuksille. Tämä johtaa epäselvään mittaustulokseen, mikäli koko mitattavissa oleva taajuusalue huomioidaan.

Mittauksen selventämiseksi joudutaan käyttämään alipäästösuodatinta, joka rajaa mitattavan taajuusalueen johonkin valittavaan rajaan. Samalla kuitenkin rajoitetaan mittauksesta saatavaa huippukiihtyvyyttä, sillä terävimmät piikit muodostuvat suurista taajuuksista. Suuret mittaustulokset eivät ole mittausvirhe, vaan mitattava kohde todellisuudessa kokee ne, joten suodattamalla saadaan tilanteesta todellisuutta ruusuisempi kuva.

Damage boundary curve-teorian mukaan pudotuksessa vaurioon tarvitaan kaksi tekijää, nopeus ja kiihtyvyys. Samaa teoriaa voidaan soveltaa pudotuksessa esiintyvään kertaluontoiseen rasitukseen. Suurella taajuudella esiintyvä suuri kiihtyvyys on sellainen, että se ei oletettavasti kohdista riittävästi energiaa värähtelyn amplitudin jäädessä pieneksi. Tämä on tietysti tapauskohtaista, eikä vaurioherkkyyttä taajuuden funktiona yleensä tiedetä.

Kiihtyvyyden ollessa testin läpäisyrajana pitää mittaustapa määrittää vaatimusmäärittelyvaiheessa. Pudotustestistandardit eivät näitä määritä, joten se on vapaasti valittavissa. Itse olen testeissä asettanut filtterin tyypillisesti 500 Hz luokkaan, mikä on perustunut ihan empiirisiin kokeiluihin. Suuremmilla taajuuksilla alkaa värähtelyt dominoimaan tulosta ja pienemmillä arvoilla käyrästä on tullut liian sileä. Alla olevasta kuvasta selviää, miten suodatus vaikuttaa tulokseen. Kuva on Matt Daumin Istaviews-julkaisusta 6/2014, jossa on mittausproblematiikkaa tarkasteltu tarkemminkin.

Mittaustulos erilaisilla alipäästösuodattimilla. Huippukiihtyvyys putoaa taajuuden pienentyessä. Kuva: Matt Daum / ISTA

Mittaustulos erilaisilla alipäästösuodattimilla. Huippukiihtyvyys putoaa taajuuden pienentyessä. Kuva: Matt Daum / ISTA

Avainsanat:, , ,
Kategoria(t): Testaus | Leave a Comment »

Kiihtyvyys pudotuksessa

8.6.2014

Kiihtyvyys on pudotuksessa tärkeä parametri, jonka perusteella pakkauksen suojausta voidaan arvioida. Pari viikkoa sitten kirjoitin damage boundary curve-teoriasta, jonka mukaan on olemassa jotkin tietyt kiihtyvyys- ja nopeusarvot, joiden alapuolella ei vaurioita synny. Valitettavasti näitä ei yleensä tunneta, jonka vuoksi tehdään sivistynyt arvaus suunnittelun lähtökohdaksi tai jopa testin hyväksyntäkriteeriksi. Arvoa valittaessa liioittelu johtaa ongelmiin.

Törmäyshetken nopeus on helposti laskettavissa pudotuskorkeuden perusteella. Kiihtyvyyden laskennallinen määrittely onkin vastaavasti erittäin vaikeaa tai mahdotonta, mutta jonkinlaista suuntaa saadaan ajattelemalla vaimennus täysin lineaariseksi ja laskemalla kiihtyvyys pysäytysmatkasta. Tässä tehdään kyllä raskaasti virhettä, koska vaimennus ei koskaan ole lineaarinen. Laskin taulukkoon eri korkeuksista syntyvän nopeuden osumahetkellä sekä pysäytysmatkan, mikäli kiihtyvyysrajaksi asetetaan 50 G tai 20 G.

Taulukko, josta selviää pudotuksen nopeudet sekä pysäytysmatkat 50 G ja 20 G tapauksissa. Itse tein.

Taulukko, josta selviää pudotuksen nopeudet sekä pysäytysmatkat 50 G ja 20 G tapauksissa. Itse tein.

Taulukosta havaitaan nojaamalla perusfysiikkaan, että nopeus kasvaa korkeuden neliöjuuressa. Kuitenkin energia kasvaa suoraan korkeuden funktiona, joten pienehkökin lisäys nopeudessa voi olla suojauksen kannalta ongelmallista. Tarkasteltaessa vaimennusmatkoja voidaan havaita, että kiihtyvyysvaatimuksen pudotessa matalaksi, kasvavat vaimennusmatkat runsaasti.

Jos päätetään mennä varovasti ja valitaan 1,2 m pudotus ja 20 G:tä, joudutaan vaimennusta tekemään niin, että pudotuksessa joustoa tulee 6 cm. Jos tuote kuitenkin kestää 50G ja pudotusvaatimus olisikin 1 m, tulee vaimennusta kolminkertainen määrä tarpeeseen nähden. 6 cm jousto on niin suuri, että saatetaan jopa joutua tekemään vaimennus kahdessa osassa, sillä yhdellä vaimentimella ja keveällä tuotteella tuollaisen toteuttaminen on hankalaa.

 

Avainsanat:, , , ,
Kategoria(t): Testaus | 1 Comment »

Dynaaminen pinontatestaus

25.5.2014

Kuljetuspakkausten pinontatestaus suoritetaan käytännön syistä yleensä staattisella kuormalla ja kuljetuksen aikaisten dynaamisten voimien vaikutus huomioidaan kuormittamalla pakkausta noin kolminkertaisella ylikuormalla. Käytäntö on osoittanut, että menetelmä on puutteellinen, sillä suora kuormitus ei huomioi sivusuuntaisia voimia. Staattisen pinontatestin tulos ei kokemukseni mukaan varmista sitä, että pakkaukset kestävät pinontaa kuljetuksessa. Testi toimii paremminkin niin, että jos pakkaus ei mene testistä läpi, on ongelmia varmasti tiedossa.

Pienille, alle 68 kg pakkauksille on ISTA 3A-testisarjassa kuvattu testi, jossa tehdään pystysuuntainen random-tärinä kuorman kanssa. Testin ongelma on edelleen suora kuormitus, sillä tärypöytää ei voi kallistella testin aikana samalla tavoin mitä laiva tai rekka kallistelee. Testiä ei myöskään ole kuvattu suuremmille pakkauksille, sillä testilaitteistojen kuormitusrajat tulevat nopeasti vastaan.

Pystysuuntaisen kuormittamisen sijaan parempi testi voisi olla pakkauksen kuormittaminen sivusuuntaisella tärinällä tai iskuilla pinontakuorman alaisena. Tällaisessa testissä syntyy testattavaan pakkaukseen vastaavanlaisia kuormia, mitä kuljetuksessa esiintyy. Etuna olisi myös testin helpompi suoritus, sillä liukupöytien kuormitettavuus on pystypöytää suurempi. Testijärjestelyssä pitää kuorma varmistaa jollain menetelmällä, jotta testipaino ei pääse pinon romahtaessa tuhoamaan koko labraa.

Kuljetuspakkausten testien suurin ongelma on mielestäni juuri dynaamisen pinontatestin puute. Testin suorittaminen liukupöydällä tuntuu mahdolliselta ratkaisulta ongelmaan. Tässä voisi olla hyvä tutkimuksen aihe jollekin opiskelijalle, joka pääsee käyttämään tärinätestilaitetta. Tutkimukseen voisi ottaa esimerkeiksi tunnettuja tapauksia, joissa pakkaus on läpäissyt staattisen pinontatestin, mutta kuljetuksissa esiintyy toistuvasti ongelmia. Näitä tapauksia löytyy runsaasti.

 

Avainsanat:, , , ,
Kategoria(t): Testaus | Leave a Comment »

Pistemäinen isku

24.11.2013

Kuljetuspakkausten yleinen vauriotyyppi on pistemäinen isku, joka läpäisee pakkauksen. Erityisesti tästä ongelmasta kärsivät sellaiset lavakuormat, joissa tuotepakkaus on samalla kuljetuspakkaus. Pistovaurion jäljiltä pakkaus ei anna enää kovin laadukasta kuvaa tuotteesta. Käytettäessä erillistä kuljetuspakkausta saadaan vauriot usein pysymään kuljetuspakkauksen puolella, jolloin tuotepakkaus pysyy priimana.

Ongelmaa voidaan simuloida testillä. ISTA 3B-testisarjaan kuuluu, tosin vapaaehtoisena, pistemäisen iskun simulointi. Testi suoritetaan siten, että 1,4 kg painoinen 32 mm pyöristetyllä päällä oleva tanko asennetaan kahdella narulla roikkumaan. Pakkaus asetetaan heilurin viereen ja heiluri nostetaan radallaan 380 mm ylöspäin. Siitä paino päästetään mätkähtämään pakkauksen kyljeen ja lopuksi arvoidaan, menikö testi läpi.

Testin hyväksyntäkriteerinä käytetään yleensä tuotteen ehjänä pysymistä. Pakkauksen tulee siis suojata tuotetta niin, että heiluri ei pääse lyömään tuotteeseen. Toisaalta voidaan myös asettaa hyväksyntäkriteeri, jossa edellytetään, että kuljetuspakkauksen sisällä oleva tuotepakkaus pysyy vaurioitumattomana.

Perinteisten aaltopahville tehtävien testien kanssa ASTM:n iskutesti vastaa ehkä parhaiten Mullennia eli burst strength-testiä. Toinen vastaava testi on buncture resistance-testi, mutta se tehdään terävällä kärjellä, joten korrelaatio lienee Mullenia huonompi. Pohdittaessa, miten saada mahdollisimman hyvä puhkaisulujuus aaltopahvipakkaukseen, nousee pintalainerin hyvä laatu ja riittävä paksuus merkittävään rooliin.

Iskutestin suorittamisperiaate. Lähde: www.ista.org

Iskutestin suorittamisperiaate. Lähde: http://www.ista.org

Avainsanat:, , ,
Kategoria(t): Testaus | Leave a Comment »

Vanhemmat artikkelit
%d bloggaajaa tykkää tästä: