基于LabVIEW 的手機屏沖擊測試系統

周大帥， 楊付領， 李 濤， 包從望， 鄒 靜

（六盤水師范學院 礦業與土木工程學院， 貴州 六盤水 553004）

0 引言

隨著人們生活水平的提高， 人們的日常生活越來越離不開智能手機，攜帶著智能手機，讓人們的生活更加方便、快捷，同時其質量安全、可靠性問題也逐漸成為人們關注的熱點。 據調查，大部分智能手機的損壞都與跌落、沖擊和碰撞有關，更何況現在的手機、平板的屏幕做的越來越大，大大提高了碎屏、破屏的機率。 屏幕的破損不僅影響使用，也使手機的美觀和價值大打折扣，且其維修費用也居高不下。因此，對手機屏的最大耐沖力進行測試和計算， 對提高手機屏的質量和市場競爭力具有非常重要的現實意義[1]。

由使用過程中可知，手機屏（智能手機最外層的蓋板玻璃）全部由玻璃材質組成的（顯示屏和蓋板保護層）。 玻璃是脆性材料， 雖然生產商對表面的蓋板進行了化學強化措施（有些用戶根據個人愛好又添加了貼膜、塑料套），但手機屏碎屏情況仍然時有發生。 通過查閱相關文獻資料可知， 國內外學者對手機屏破碎進行了詳細研究。 Jason Wu，Guoshu Song[2]等運用有限元的方法對手機遭受撞擊的情況進行了仿真和測試， 其結果對摩托羅拉產品的可靠性及設計給予了大力支持。 蕭顯[3]運用機器視覺的手段， 對手機玻璃蓋板質量中人工檢測無法發現的瑕疵缺陷進行查測，保證了手機屏的質量。 唐崛等[4-6]對手機屏幕跌落安全性進行了研究， 運用動力學理論和Ansys 仿真，得出手機傾斜跌落時，屏幕受到的沖擊應力最大。 任書明等[7]對手機屏炸裂源進行了分析，并提出了改裝措施：如提高玻璃的本征強度， 提高玻璃本身的品質及提高玻璃化學強化后的性能等。孫文政[8]提出了深度學習結合機器視覺的手機屏幕瑕疵檢測方法， 不僅顯著提高了瑕疵的檢測率，而且其分類和分級的準確性也有明顯提升。

1 落球沖擊原理及強度理論

1.1 落球沖擊原理

1.2 強度準則

強度準則就是指零件中的應力不得超過允許的限度， 材料的最大應力σ1是引起材料破壞失效的主要原因。 只要材料承受的最大的應力σ1達到材料的極限應力值σlim時，材料就將發生斷裂破壞，其表達式為：σ1≤σlim，該理論由伽利略提出，又稱第一強度理論，該理論適用于脆性材料，而手機屏正是這種材料。

2 試驗過程

根據國標JIS-K6745/A5430 的試驗要求， 使用重量為28.5g 的鋼球從沖擊跌落試驗機上做自由落體運動，如圖1 所示，鋼球沖擊手機屏幕，手機屏幕置于捕獲鋼球瞬間沖擊壓力波形的高頻壓力傳感器上， 壓力傳感器連接NI 數據采集卡， 數據采集卡連續測量壓力傳感器電壓，上傳給LabVIEW，通過LabVIEW 處理后準確測量手機屏幕所受的最大耐沖擊力。

試驗前應使試樣在溫度20±5℃、 氣壓8.6×104Pa～1.06×105Pa， 相對濕度40%～80%的條件條件下至少放置4h，具體試驗過程：①啟動儀器電源，把旋鈕固定在啟動檔；②調整刻度標桿，設定測試高度為1200mm；③放置測試手機屏： 把待測的相同規格和種類的手機屏放置在跌落箱槽內，使手機屏四邊的受力寬度不應小于1cm，啟動紅外線裝置，根據紅外線照射點來調整固定槽的位置，落球點的位置與手機屏沖擊點對中（即自由落下的沖擊點位于試樣為圓心，半徑為25mm 的圓內）；④準備鋼球：把所需的跌落用鋼球吸附在電磁鐵吸盤處。測試時選用鋼球重量為28.5g；⑤測試：旋鈕旋至“跌落”檔，則鋼球自由落下。同一點的跌落測試次數為2 次；⑥結果判定：查看所測試的手機屏，不能有裂痕、破碎者為合格；⑦記錄測試結果。

圖1 沖擊跌落試驗機Fig.1 Falling impact testing machine

3 LabVIEW 數據采集

由于沖擊實驗歷程非常短，難度較高。為準確測量跌落沖擊的時間歷程，本測試采用沖擊專用壓力傳感器，采樣頻率為10000HZ/s， 采用鄭州恒凱電子科技公司的USB_DAQ V1.2 多功能高速數據采集卡進行壓力信號采集，并通過LabVIEW 軟件對其實時波形、沖擊時的捕獲波形及波形回放等處理，如圖2 所示。

圖2 LabVIEW 測量前面板Fig.2 The front pane of LabVIEW

LabVIEW 數據采集部分的程序框圖如3 所示， 程序運行時，首先調用USB_DAQ V1.2 板卡，連續采集數據，無沖擊時，感知沖擊力的傳感器測量的力較?。珊雎裕?，當沖擊力大于捕獲閾值設定值時，保留前后500 個（共1000 個數據），作為實時的捕獲波形繪出，并根據需要保存， 實測某產品的三個試樣的時間-應力曲線如圖4 所示。

圖3 LabVIEW 數據采集部分的程序框圖Fig.3 The block diagram of VIEW data acquisition part

圖4 時間-應力曲線Fig.4 Time-stress curve

4 結論

試驗結果說明：①基于LabVIEW 的手機屏沖擊測試系統，運用高靈敏度的壓力傳感器收集到的壓力值后，經LabVIEW 數據處理后，得到其時間應力曲線，分析可知該手機屏幕的質量優劣； ②耐沖擊應力是手機屏性能的重要標志之一，鋼化程度越高，內應力越大，手機屏的抗沖擊強度越大，手機屏的安全性越高；③用落球沖擊法對手機屏的抗沖擊特性進行評定是合理的。 該方法簡單、直接，更符合實際工程的要求。