TWI429892B - 風扇品質檢驗方法 - Google Patents

Description

風扇品質檢驗方法

本發明係關於一種風扇品質檢驗方法，尤其是一種依據風扇運轉時之噪音檢驗風扇品質的風扇品質檢驗方法。

風扇散熱之應用範圍相當廣泛，例如：電源供應器、CPU、硬碟抽取盒等，其中，可能影響風扇性能的因素大致可分為三大類，即空氣動力因素、振動因素及噪音因素，風扇運轉時，空氣與扇葉摩擦會造成噪音，且風扇運轉時的振動亦會產生噪音。

目前有許多學者對於振動與噪音研究探討研究很多，有些只針對其中一種，有些則是兩者都研究。其中，「噪音基本量測方法及聲音品質簡介」[吳義彬，林中雄，1994，機械月刊，第20卷，第12期，第244-250頁]揭示噪音的概念、檢測方法與對於聲音品質的觀念。

另，「Noise Emission Levels in Coal Industry」[Sharma,O.,Mohanan,V.,and Singh,M.,1998,Applied Acoustics,Vol. 54,No. 1,pp. 1-7.]揭示對煤礦工業的作業機具之噪音量，詳細敘述說明，並提出噪音源之隔離、機械噪音之控制、作業員穿戴護具來保護人體健康。

另，「振動危害預防技術」[何先聰，劉玉文，洪銀忠，莊弘毅，蕭景祥，葉文裕，2001，中華民國音響學會第14屆學術研討會論文集，台北，第151-157頁]揭示振動危害預防技術，減少勞工在振動環境下所造成危害，包含振動暴露調查與評估、勞工暴露時間管理、使用防振護具、定期健康檢查、教育訓練的評估等8項。

另，「A Guide to Selecting Cooling Fans」[Barlow,B.,1990,”Electronic Packaging & Production,Vol. 6,No. 12,pp. 48-49]指出現在的散熱方式有很多種，不過以目前最常見的散熱方式還是以冷卻風扇為主流，其應用範圍相當的廣泛，例如電源供應器、CPU、硬碟抽取盒等等。

另，「Installation Effects in Fan Systems」[Bolton,A. N.,1990,Journal of Power and Energy,Vol. 204,pp. 201-215]提出可能影響風扇性能的因素大致可分為三大類，即空氣動力的因素、噪音所產生的問題以及振動的問題。

另，「The Origin of Permanent Magnet Induced Vibration in Electric Machines」[Rahman,B. S.,and Lieu,D. K.,1991,Journal of Vibration and Acoustics,Vol. 113,pp. 476-481]文中指出風扇驅動馬達中的永久磁鐵轉子會因為磁條大小不同或是與定子間週期性磁力作用而一邊運轉一邊產生週期性振動。對於旋轉機械而言，振動量是影響機械壽命及其品質的重要因素，而對大部分的振動源而言都和機件本身的運轉速度(頻率)有關。

另，「時頻分析法應用於旋轉機械故障診斷之研究」[王智中、涂季平、陳德煒、劉思遠，2000，中華民國振動與噪音工程學會第八屆學術研討會，第1-5頁]揭示由於機器在運轉過程中，大部份的振動源都與機件的運轉速度(頻率)有關，然而旋轉機械發生故障原因的特徵與其轉速更有密切的關係。

另，「A Linear Regression Model for the Identification of Unbalanced Changes in Rotating Machines」[Ding,J. J. and Jumaily,A. Al.,2000,Journal of Sound and Vibration,Vol. 231,No.1,pp. 125-144]指出轉子機器在工業上扮演著極為重要的角色，幾乎所有的動力機械上都有轉子機器的蹤跡，機器要避免振動幾乎是不可能的。有時候即使是很小很小的振動，都有可能激發其結構的共振頻率而被放大成為主要的噪音源或是振動源。冷卻風扇亦屬於旋轉機器的一種，其振動行為可視為轉子系統來進行研究。

另，「Bearing Condition Diagnostics via Vibration and Acoustic Emission Measurements」[Shiroishi,J.,Li,Y.,Liang,S.,Kurfeess,T.,and Danyluk,S.,1997,Mechanical Systems and Signal Processing,Vol. 11,No. 5,pp. 693-705]也提及影響軸承使用壽命的最大的因素即是轉速(或是轉速頻率)。

另，「Keeping the PC Cool」[Chin,S.,1986,Electronic Products,Vol. 29,No. 8,pp. 47-50]提到一般桌上型個人電腦(Desktop PC)，冷卻系統是主動及被動裝置的組合，使更能達到冷卻的效果。不過利用冷卻風扇來達到冷卻的目的，卻會引發電磁干擾(EMI)以及使用者難以忍受的雜音(Noise)。

另，「Noise Radiation From Engine Cooling Fans」[Wu,S. F.,Su,S.,and Shah,H.,1998,“Noise Radiation From Engine Cooling Fans,”Journal of Sound and Vibration,Vol. 216,No. 1,pp. 107-132]提及在轉動中的風扇由於變動風力作用在風扇葉片上使得其噪音值變大，如果在冷卻風扇的入風口及出風口有障礙物的話也會使噪音量變大。

另，「Noise Reduction of A Cross Flow Fan」〔Lee,D.S.,Chen,P.H.,and Miao,J,M.,1997,Journal of the Chinese Institute of Engineers,Vol.20,No.3,pp.265-273〕則嘗試提到改變風扇之幾何常數也就是不同葉片轉子及間距來抑制其噪音量，結果顯示葉片間隙為3mm時，其有最大噪音量產生。

此外，「Automatic Small Motor Noise Measuring Equipment」〔Kyiome,N.,1985,IEEE Trans.on Industry Applications,Vol.21,No.4,pp.899-905〕則提及由於使用者的要求，使得「低噪音」在冷卻風扇設計上已成為一個重要的因素，因此製造廠商不僅要求如何減低噪音的產生，且需要一個精確而有效的量度方法。

綜上所述，在提高轉速以增加散熱效能的前提下，由於使用者對於「低噪音品質」日益重視，因此，風扇噪音量測也成為品質驗證的重要指標之一，然而，微型風扇之噪音品質檢驗，目前多以人工方式，由檢驗人員之手感或聽覺來判斷其噪音量，檢驗過程所耗人時成本高，且亦無法排除一般人力作業常伴隨的檢驗效率低及檢驗標準不一致等問題。

基於上述原因，有必要提供一種檢驗效率高及檢驗標準一致的風扇品質檢驗方法，以檢測風扇之噪音量是否符合品質驗證之要求。

本發明的目的乃改良上述之缺點，以提供一種風扇品質檢驗方法，係藉由自動化檢驗風扇噪音，而提高風扇噪音檢驗效率者。

本發明之次一目的，係提供一種風扇品質檢驗方法，可依據一檢驗標準檢驗風扇噪音，以達到風扇噪音檢驗標準一致者。

本發明風扇品質檢驗方法，係包含：一標準建立步驟，係選定至少一風扇為控制組風扇，並使該控制組風扇以額定轉速運轉，於該控制組風扇運轉時，偵測數個待測頻率之音量值，再由各音量值建立一篩選標準；一參數設定步驟，係設定數個篩選參數，包含一最低篩選頻率、一超標頻率數量及一超標音量；一第一判斷步驟，係依該篩選標準、該最低篩選頻率、該超標頻率數量，判斷所有風扇是否符合一頻率篩選準則，而將各風扇之檢驗結果設為頻率超標或符合標準；及一第二判斷步驟，係依該篩選標準、該最低篩選頻率及該超標音量，判斷該頻率超標之風扇是否符合一音量篩選準則，而將該頻率超標之風扇的檢驗結果判定為不符標準或符合標準；其中，該超標頻率數量係指各風扇於大於該最低篩選頻率之頻率中，可被容許超過該篩選標準之頻率個數，該超標音量係指各風扇於大於該最低篩選頻率之頻率中，超過該篩選標準之頻率可被容許的音量值。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：本發明所述之「運轉」，係指一風扇施加一電源時，該風扇之馬達帶動該風扇之扇葉轉動之過程，其係本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以理解。

本發明所述之「額定」，係指一風扇之馬達運轉時的使用限度，包含馬達的輸出功率、電壓、電流、頻率、轉矩及轉速等，其係本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以理解。

本發明所述之「額定轉速」，係指一風扇之馬達於額定功率運轉時的轉速，其係本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以理解。

請參照第1及2圖所示，本發明風扇品質檢驗方法之較佳實施例，係藉由一檢驗裝置1檢驗數個風扇2之品質，該檢驗裝置1係由一處理單元11電性連接一量測模組12、一輸入單元13及一輸出單元14，該處理單元11係包含具有數值儲存及運算功能之裝置，例如：電腦(Computer)、可程式邏輯控制器(Programmable Logic Controller，PLC)等，且該處理單元11儲存並執行一檢驗程式；該量測模組12係包含具有聲音量測功能之感測器，例如：麥克風(Microphone)等，該量測模組12量測數個風扇2運轉時之音量，再傳送至該處理單元11，由該檢驗程式進行該風扇2之聲音品質檢驗；該輸入單元13係包含具有資料輸入功能之裝置，例如：鍵盤或滑鼠等，供使用者輸入資料或數 值；該輸出單元14係包含具有資料輸入功能之裝置，例如：螢幕或印表機等，供使用者輸出資料或數值。本發明風扇品質檢驗方法係包含一標準建立步驟S1、一統計步驟S2、一參數設定步驟S3、一第一判斷步驟S4及一第二判斷步驟S5。藉由上述流程，得以自動化且標準化地完成風扇噪音檢驗作業。

請再參照第1及2圖所示，該標準建立步驟S1，係選定數個風扇2為控制組風扇2a，並使各控制組風扇2a分別以額定轉速運轉，於各控制組風扇2a運轉時，偵測數個待測頻率之音量值，再由各待測頻率之最大音量值建立一篩選標準。接著，進行該統計步驟S2或該參數設定步驟S3。詳言之，首先由相同型號之所有風扇2中，選擇數個風扇2作為控制組風扇2a，該控制組風扇2a較佳係由風扇製造者依經驗選擇相同型號風扇之品質較佳者，其餘風扇2作為對照組風扇2b。接著，選定其中一個控制組風扇2a為待測風扇2at並以額定轉速運轉，同時，由該量測模組12偵測該待測風扇2at運轉時之聲音頻譜，由該聲音頻譜可得知該控制組風扇2a運轉時於該數個待測頻率之音量值，例如：該聲音頻譜各頻率之分貝值(decibel，dB)，再由該處理單元11紀錄該數個待測頻率之音量值。其餘控制組風扇2a係依此類推，分別以額定轉速運轉，再由該量測模組12偵測運轉時於數個待測頻率之音量值；其中，由該處理單元11將所有控制組風扇2a在相同頻率之音量值進行排序，並選擇各頻率之音量最大值作為該頻率之篩選標準值，並以各篩選標準值建立該篩選標準曲線，該篩 選標準曲線Sc係作為後續進行風扇品質篩選作業之篩選標準。舉例而言，請參照第3圖所示，其係該篩選標準之聲音頻譜圖，其中，該數個待測頻率頻率之音量最大值分別表示為篩選標準值Sv，各篩選標準值Sv之連線表示為該篩選標準曲線Sc。此外，該標準建立步驟S1亦可選定一個風扇2為控制組風扇2a，該控制組風扇2a係以額定轉速運轉，由聲音頻譜之不同頻率的音量值建立該篩選標準。

請再參照第1及2圖所示，該統計步驟S2，係統計所有風扇2超出該篩選標準之頻率數量及音量值。接著，再進行該參數設定步驟S3。。詳言之，先偵測各該控制組風扇2a及各該對照組風扇2b以額定轉速運轉時之聲音頻譜，以取得各該控制組風扇2a及各該對照組風扇2b於不同頻率之音量值，再由該處理單元11統計各風扇2超出該篩選標準之頻率數量及音量值，作為設定篩選參數之參考。

該參數設定步驟S3，係設定數個篩選參數，包含一最低篩選頻率、一超標頻率數量及一超標音量。接著，進行該第一判斷步驟S4。詳言之，使用者藉由該輸入單元13輸入該篩選參數之最低篩選頻率、超標頻率數量、超標音量，其中，由使用者之經驗值或各風扇2超出該篩選標準之頻率數量及音量值的統計數據，可以設定各風扇2之最低篩選頻率，使得各風扇2在進行後續步驟時，僅針對大於該最低篩選頻率之頻率值(Hz)進行篩選，以減少程式執行時間，並可作為篩選正確率調整之參數；該超標頻率數量係指各風扇於大於該最低篩選頻率之頻率中，可被容 許超過該篩選標準之頻率個數，以作為篩選正確率調整之參數；該超標音量係指各風扇2於大於該最低篩選頻率之頻率中，超過該篩選標準之頻率可被容許的音量值(dB)，以作為篩選正確率調整之參數。此外，該參數設定步驟S3還可以設定一預期正確率，該預期正確率用以判斷該篩選正確率是否符合預期結果，以作為調校該最低篩選頻率、該超標頻率數量及該超標音量之依據。舉例而言，請再參照第3圖所示，其中，該最低篩選頻率Sm設為20Hz。

該第一判斷步驟S4，係依該篩選標準、該最低篩選頻率及該超標頻率數量，判斷各風扇2是否符合一頻率篩選準則，而將各風扇2之檢驗結果設為「頻率超標」或「符合標準(Go)」。詳言之，該第一判斷步驟S4係由該處理單元11之檢驗程式分別判斷各風扇2在大於該最低篩選頻率的頻率中，超出該篩選標準之頻率數量是否大於該超標頻率數量，若判斷為「是」，則該風扇2不符合該頻率篩選準則，由該檢驗程式將該風扇2之檢驗結果設為「頻率超標」，再進行該第二判斷步驟S5；若判斷為「否」，則該風扇2符合該頻率篩選準則，由該檢驗程式將該風扇2之檢驗結果設為「符合標準」。其中，該第一判斷步驟S4風扇2之檢驗結果可由該輸出單元14輸出，供使用者作為參考資訊。

舉例而言，請參照第4圖所示，其係待驗風扇2at之聲音頻譜圖，其中，該最低篩選頻率Sm為20Hz，在大於該最低篩選頻率Sm的頻率中，頻率F1之音量值V1、頻率F2之音量值V2及頻率F3之音量值V3皆超出該篩選標 準曲線Sc之值，因此，該待驗風扇2有3個頻率超出該篩選標準曲線Sc，此時，若該超標頻率數量設為2，則該待驗風扇2之頻率超出該篩選標準曲線Sc之數量大於該超標頻率數量，由該處理單元11之檢驗程式將該待驗風扇之檢驗結果設為「頻率超標」，再進行該第二判斷步驟S5。另一方面，若該超標頻率數量設為5，則該待驗風扇2之頻率超出該篩選標準曲線Sc之數量小於該超標頻率數量，由該處理單元11之檢驗程式將該待驗風扇之檢驗結果設為「符合標準」。

該第二判斷步驟S5，係依該篩選標準、該最低篩選頻率及該超標音量，判斷該「頻率超標」之風扇2是否符合一音量篩選準則，而將該「頻率超標」之風扇2的檢驗結果判定為「不符標準(No Go)」或「符合標準(Go)」。詳言之，該第二判斷步驟S5係由該處理單元11之檢驗程式判斷該檢驗結果為「頻率超標」之風扇2在大於該最低篩選頻率的頻率中，超出該篩選標準之音量值是否大於該超標音量之值，若判斷為「是」，則該「頻率超標」之風扇2不符合該音量篩選準則，由該檢驗程式將該「頻率超標」之風扇2之檢驗結果判定為「不符標準」；若判斷為「否」，則該「頻率超標」之風扇2符合該音量篩選準則，由該檢驗程式將該「頻率超標」之風扇2之檢驗結果判定為「符合標準」。其中，該第二判斷步驟S5風扇2之檢驗結果可由該輸出單元14輸出，供使用者作為參考資訊。

舉例而言，請再參照第4圖所示，其中，該最低篩選頻率Sm為20Hz，由於在大於該最低篩選頻率Sm的頻率 中，頻率F1之音量值V1、頻率F2之音量值V2及頻率F3之音量值V3分別超出該篩選標準曲線Sc之值達7、4及2dB，因此該待驗風扇2為「頻率超標」之風扇2，若該超標音量設為5，則該音量值V1大於該超標音量之值，由該處理單元11之檢驗程式將該待驗風扇2之檢驗結果判定為「不符標準」；若該超標音量設為8，則該音量值V1、V2及V3皆小於該超標音量之值，由該處理單元11之檢驗程式將該待驗風扇2之檢驗結果判定為「符合標準」。

請再參照第1及2圖所示，本發明還可以進行一第三判斷步驟S6及一標準重建步驟S7，供專業人員選擇進行風扇噪音品質之線上檢驗作業，或由該檢驗程式自動進行風扇噪音品質之檢驗作業。該第三判斷步驟S6，係由判定為「符合標準」之風扇2數量計算一篩選正確率，並依該篩選正確率選擇修改該篩選參數或該篩選標準。詳言之，該第三判斷步驟S6係由該處理單元11統計檢驗結果為「符合標準」之風扇2數量，並以檢驗結果設為「符合標準」之風扇2數量及所有風扇2數量計算該篩選正確率，再判斷該篩選正確率是否小於該預期正確率，若判斷為「是」，則再重新進行該參數設定步驟S3；若判斷為「否」，則進行該標準重建步驟S7。

該標準重建步驟S7，係重新設定數個風扇2為該控制組風扇2a’，各控制組風扇2a’分別以額定轉速運轉，由各頻率之最大音量重新建立該篩選標準。接著，再進行該統計步驟S2或該參數設定步驟S3。詳言之，首先將原本對照組風扇2b設定為新的控制組風扇2a’，再依該標準建立 步驟S1所述之方式，重新建立該篩選標準曲線，用以重新進行該統計步驟S2、一參數設定步驟S3、一第一判斷步驟S4、一第二判斷步驟S5或該第三判斷步驟S6，直到該篩選正確率大於或等於該預期正確率為止，則可由該輸出單元14輸出原控制組風扇2a或新控制組風扇2a’之篩選參數及篩選標準，供專業人員選擇進行風扇噪音品質之線上檢驗作業或由該檢驗程式自動進行風扇噪音品質之檢驗作業。

本發明風扇品質檢驗方法，係藉由該檢驗程式自動化檢驗風扇噪音品質之作業，因此，可達到提高風扇噪音檢驗效率之功效。

本發明風扇品質檢驗方法，係依據一檢驗標準，由該檢驗程式或專業人員進行風扇噪音檢驗作業，因此，可達到風扇噪音檢驗標準一致之功效。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

〔本發明〕

1‧‧‧檢驗裝置

11‧‧‧處理單元

12‧‧‧量測模組

13‧‧‧輸入單元

14‧‧‧輸出單元

2‧‧‧風扇

2a,2a’‧‧‧控制組風扇

2b‧‧‧對照組風扇

2at‧‧‧待測風扇

Sv‧‧‧篩選標準值

Sc‧‧‧篩選標準曲線

Sm‧‧‧最低篩選頻率

F1至F3‧‧‧頻率

V1至V3‧‧‧音量

S1‧‧‧標準建立步驟

S2‧‧‧統計步驟

S3‧‧‧參數設定步驟

S4‧‧‧第一判斷步驟

S5‧‧‧第二判斷步驟

S6‧‧‧第三判斷步驟

S7‧‧‧標準重建步驟

第1圖：本發明較佳實施例之系統架構示意圖。

第2圖：本發明較佳實施例之流程圖。

第3圖：本發明較佳實施例的篩選標準之聲音頻譜圖。

第4圖：本發明較佳實施例的待驗風扇之聲音頻譜圖。

S1．．．標準建立步驟

S2．．．統計步驟

S3．．．參數設定步驟

S4．．．第一判斷步驟

S5．．．第二判斷步驟

S6．．．第三判斷步驟

S7．．．標準重建步驗

Claims (10)

1. 一種風扇品質檢驗方法，係包含：一標準建立步驟，係選定至少一風扇為控制組風扇，並使該控制組風扇以額定轉速運轉，於該控制組風扇運轉時，偵測數個待測頻率之音量值，再由各音量值建立一篩選標準；一參數設定步驟，係設定數個篩選參數，包含一最低篩選頻率、一超標頻率數量及一超標音量；一第一判斷步驟，係依該篩選標準、該最低篩選頻率及該超標頻率數量，判斷所有風扇是否符合一頻率篩選準則，而將各風扇之檢驗結果設為頻率超標或符合標準；及一第二判斷步驟，係依該篩選標準、該最低篩選頻率及該超標音量，判斷該頻率超標之風扇是否符合一音量篩選準則，而將該頻率超標之風扇的檢驗結果判定為不符標準或符合標準；其中，該超標頻率數量係指各風扇於大於該最低篩選頻率之頻率中，可被容許超過該篩選標準之頻率個數，該超標音量係指各風扇於大於該最低篩選頻率之頻率中，超過該篩選標準之頻率可被容許的音量值。
2. 依申請專利範圍第1項所述之風扇品質檢驗方法，其中該標準建立步驟係選定數個風扇為控制組風扇，該控制組風扇分別以額定轉速運轉，於各控制組風扇運轉時，偵測該數個待測頻率之音量值，再由各頻率之最大音量 值建立該篩選標準。
3. 依申請專利範圍第1項所述之風扇品質檢驗方法，其中該標準建立步驟係選定一個風扇為控制組風扇，該控制組風扇係以額定轉速運轉，於該控制組風扇運轉時，偵測該數個待測頻率之音量值，再由各待測頻率之音量建立該篩選標準。
4. 依申請專利範圍第1項所述之風扇品質檢驗方法，另包含一統計步驟，係統計所有風扇超出該篩選標準之頻率數量及音量值，再進行該參數設定步驟。
5. 依申請專利範圍第1項所述之風扇品質檢驗方法，另包含一第三判斷步驟，係由判定為符合標準之風扇數量計算一篩選正確率，並依該篩選正確率選擇修改該篩選參數或該篩選標準。
6. 依申請專利範圍第1項所述之風扇品質檢驗方法，另包含一標準重建步驟，係重新設定數個風扇為該控制組風扇，各控制組風扇分別以數個頻率運轉，由各頻率之最大音量重新建立該篩選標準，再進行該統計步驟或該參數設定步驟。
7. 依申請專利範圍第1項所述之風扇品質檢驗方法，其中該第一判斷步驟係判斷各風扇在大於該最低篩選頻率的頻率中，超出該篩選標準之頻率數量是否大於該超標頻率數量，若判斷為是，則將該風扇設為頻率超標，再進行該第二判斷步驟，若判斷為否，則將該風扇設為符合標準。
8. 依申請專利範圍第1項所述之風扇品質檢驗方法，其中 該第二判斷步驟係判斷該設為頻率超標之風扇在大於該最低篩選頻率的頻率中，超出該篩選標準之音量值是否大於該超標音量，若判斷為是，則將該風扇判定為不符標準，若判斷為否，則將該風扇判定為符合標準。
9. 依申請專利範圍第5項所述之風扇品質檢驗方法，其中該參數設定步驟設定一預期正確率，該第三判斷步驟由設為符合標準之風扇數量及所有風扇數量計算該篩選正確率，再判斷該篩選正確率是否小於該預期正確率，若判斷為是，則再重新進行該參數設定步驟。
10. 依申請專利範圍第6項所述之風扇品質檢驗方法，其中該標準重建步驟輸出該篩選參數及該篩選標準。