衝擊測試高速攝影機｜Drop Test / 落下衝擊 / 彈道全應用指南
衝擊測試（Impact Testing）包含 落下測試（Drop Test）、落錘衝擊（Falling Weight Impact）、霍普金森桿（Hopkinson Bar）、彈道測試等場景，共同特徵是：事件在 1–100 毫秒內完成，肉眼完全無法辨識細節。高速攝影機的核心價值是將這段過程「拆解」成可分析的影像序列，讓工程師直接看到應力波傳遞路徑、材料破裂模式、接點分離瞬間。東茂儀器科技代理 AOS / DITECT / Mega Speed / SSZN，提供衝擊測試全場景規格評估與到廠 Demo。
衝擊測試幀率需求對照表
| 衝擊類型 | 典型事件時長 | 建議最低幀率 | 備注 |
|---|---|---|---|
| 手機 / 筆電 Drop Test（1m 落下） | 5–15 ms 碰撞期 | 3,000–10,000 fps | 捕捉接點分離 / 玻璃裂紋傳播方向 |
| 落錘衝擊試驗（Charpy / Izod） | 0.5–5 ms 斷裂期 | 10,000–50,000 fps | 缺口尖端裂縫起始與擴展路徑 |
| 汽車碰撞 / 安全帶試驗 | 30–100 ms 整體變形 | 1,000–5,000 fps | 乘員位移 + 氣囊展開時序 |
| 包裝 / 紙箱落下（ISTA / ASTM D5276） | 10–30 ms 初始碰撞 | 2,000–5,000 fps | 角落 / 邊緣衝擊點應力集中 |
| 霍普金森桿（Split Hopkinson Bar） | 50–200 μs 高應變率 | 100,000–500,000 fps | 應力波在材料內傳播速度量測 |
| 子彈 / 彈片 / 爆炸破片 | 1–10 μs 穿透過程 | 500,000 fps+ | 超高速款，DITECT HAS-D71（最高 120,000fps）不符此門檻，需選 SSZN SH6-116 等具備 500,000fps+ 能力機型 |
| 電子連接器振動 / 插拔耐久 | 2–10 ms 插拔行程 | 3,000–10,000 fps | 接點分離電弧可視化 |
衝擊測試相機設定關鍵三要素
1. 觸發同步（最重要）
衝擊事件是單次不可重複事件，錯過就沒了。觸發設計決定「有沒有拍到」：
- Pre-trigger（回溯錄製）：相機持續循環錄入 Ring Buffer，事件發生時（落下感測器 / 加速度計觸發）立刻凍結，保留觸發前 N 毫秒的影像。設置原則：Pre-trigger = 預期事件時長 ÷ 2
- TTL / RS-422 外部觸發：落錘、衝擊試驗機、加速度計可直接輸出 TTL 訊號連接相機，延遲 < 1 μs
- AI 自動觸發（SSZN SH6 系列）：影像本身偵測到運動 / 亮度變化自動觸發，適合無傳感器場景
2. 曝光時間（凍結運動模糊）
衝擊測試中，運動模糊是主要干擾。目標：每幀的物體位移 < 1 pixel。
| 目標速度 | 允許模糊（1 pixel @ 1 mm/px） | 建議曝光上限 |
|---|---|---|
| 1 m/s（慢速落下） | 1 ms | 500 μs |
| 5 m/s（典型 1m 落下衝擊速度） | 200 μs | 50 μs |
| 50 m/s（機械衝擊波） | 20 μs | 5 μs |
| 500 m/s（彈片速度） | 2 μs | 500 ns |
高速攝影機建議曝光 = 幀間隔 ÷ 5（確保凍結）。若照明不足，優先增加光源強度，而非拉長曝光時間。
3. 照明設計
- 連續光源優先：衝擊測試不適合閃光燈（同步困難）；使用高功率 LED 連續光（5,000 lux 以上）
- 背光（Backlight）：最適合落下軌跡、物件輪廓分析，對比最高
- 環形光 / 柔光箱：適合表面裂紋、接點分離的反射照明
- 偏光濾鏡：透明試件（塑膠 / 玻璃）的應力雙折射分析，需偏光光源 + 偏光鏡組
衝擊測試推薦型號
| 應用場景 | 推薦型號 | 關鍵規格 | 理由 |
|---|---|---|---|
| 消費電子 Drop Test（3,000–10,000fps） | DITECT HAS-D71 | VGA @ 8,000fps，最高 120,000fps | 緊湊，USB3，日本製，軍公教適用 |
| 包裝 / 汽車落錘（2,000–5,000fps，廣視野） | Mega Speed MS180K | 4K @ 1,000fps，最高 7,300fps（8-bit）/4,100fps（10-bit）@640×480 | 4K 廣視野，看整個試件 |
| 材料力學（依精度需求，AOS J-PRI 最高可達 32,000fps） | AOS J-PRI | 5MP @ 2,060fps，最高 32,000fps | 瑞士製，廣受材料研究採用；如需 50,000fps 以上高應變率量測，請洽詢工程師確認其他機型 |
| AIoT 整合 / 自動觸發判定 | SSZN SH6-502 | 5MP @ 2,000fps，AI 觸發模組 | AI 自動偵測衝擊事件，省觸發設計成本 |
| 霍普金森桿 / 彈道（100,000fps+） | DITECT HAS-EX | 1280×1024 @ 1,000fps，最高 40,000fps | 超高速輕量款，適合實驗室 |
衝擊測試典型客戶場景
場景 A：手機跌落測試（MIL-STD-810 / JESD22-B111）
- 目標：確認 1.2m 落下後螢幕不破裂、接點不脫落
- 拍攝設定：5,000fps @ 640×480，曝光 20–50 μs，LED 背光
- 分析重點：玻璃裂縫起點 → 傳播路徑 → OLED 層損傷邊界
- 推薦：DITECT HAS-D71（640×480 @ 8,000fps，USB3，輕量）
場景 B：鋰電池衝擊安全測試（UN 38.3 / IEC 62133）
- 目標：9.1 kg 重錘從 610 mm 落下壓扁電池，觀察熱失控觸發時序
- 拍攝設定：3,000fps，曝光 100–200 μs，大光圈鏡頭 + 側面照明
- 分析重點：鋁殼變形量 → 電解液滲漏時序 → 熱失控起點位置
- 推薦：AOS J-PRI（5MP 廣視野看電池整體）
場景 C：PCB 落下測試（JESD22-B111）
- 目標：觀察 BGA 焊點在衝擊瞬間的變形，確認哪個焊點最先失效
- 拍攝設定：10,000fps，曝光 10 μs，高倍顯微鏡頭（Macro）
- 分析重點：BGA 角落焊點位移量 → 電氣開路 / 裂縫傳播
- 推薦：DITECT HAS-D71 + 顯微鏡接環
AI伺服器/資料中心機構件跌落與衝擊測試
隨 AI 伺服器機櫃與資料中心設備出貨量成長，機殼、散熱模組、電池備援模組（BBU）等機構件的跌落測試與運輸震動驗證，是常見的品管檢測項目。AOS L-VIT / M-VIT 系列原生就是為高衝擊場景設計，全幅幀率涵蓋 1,000fps～3,716fps 區間（依機型而異），適合記錄跌落瞬間的結構變形過程。
| 品牌/型號 | 全幅幀率 | 特性 |
|---|---|---|
| AOS L-VIT 1000 | 1,000fps | 高衝擊入門款 |
| AOS L-VIT Platinum | 2,500fps | 高衝擊 150g |
| AOS M-VIT 4000 | 3,716fps | 高衝擊軍規等級 |
（以上規格已對照原廠型錄確認）
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衝擊測試規格評估：04-8857599｜Email：alex@dongmao.com.tw
東茂儀器科技有限公司｜AOS / DITECT / Mega Speed / SSZN 台灣代理
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選型常見問題
超過 200,000fps 的高速攝影機有哪些選擇？
超高速攝影機適合哪些研究應用？
超高速攝影機的價格範圍？
作者：陳聖鑫 Alex Chen
東茂儀器科技有限公司｜業務窗口
10 年高速攝影機產業經驗，代理 AOS Technologies（瑞士）、SinceVision SSZN（中國）、DITECT（日本）、Mega Speed（加拿大）四大品牌，服務台灣半導體、汽車測試、學術研究客戶。