基于LabVIEW 的手机屏冲击测试系统

周大帅， 杨付领， 李 涛， 包从望， 邹 静

（六盘水师范学院 矿业与土木工程学院， 贵州 六盘水 553004）

0 引言

随着人们生活水平的提高， 人们的日常生活越来越离不开智能手机，携带着智能手机，让人们的生活更加方便、快捷，同时其质量安全、可靠性问题也逐渐成为人们关注的热点。 据调查，大部分智能手机的损坏都与跌落、冲击和碰撞有关，更何况现在的手机、平板的屏幕做的越来越大，大大提高了碎屏、破屏的机率。 屏幕的破损不仅影响使用，也使手机的美观和价值大打折扣，且其维修费用也居高不下。因此，对手机屏的最大耐冲力进行测试和计算， 对提高手机屏的质量和市场竞争力具有非常重要的现实意义[1]。

由使用过程中可知，手机屏（智能手机最外层的盖板玻璃）全部由玻璃材质组成的（显示屏和盖板保护层）。 玻璃是脆性材料， 虽然生产商对表面的盖板进行了化学强化措施（有些用户根据个人爱好又添加了贴膜、塑料套），但手机屏碎屏情况仍然时有发生。 通过查阅相关文献资料可知， 国内外学者对手机屏破碎进行了详细研究。 Jason Wu，Guoshu Song[2]等运用有限元的方法对手机遭受撞击的情况进行了仿真和测试， 其结果对摩托罗拉产品的可靠性及设计给予了大力支持。 萧显[3]运用机器视觉的手段， 对手机玻璃盖板质量中人工检测无法发现的瑕疵缺陷进行查测，保证了手机屏的质量。 唐崛等[4-6]对手机屏幕跌落安全性进行了研究， 运用动力学理论和Ansys 仿真，得出手机倾斜跌落时，屏幕受到的冲击应力最大。 任书明等[7]对手机屏炸裂源进行了分析，并提出了改装措施：如提高玻璃的本征强度， 提高玻璃本身的品质及提高玻璃化学强化后的性能等。孙文政[8]提出了深度学习结合机器视觉的手机屏幕瑕疵检测方法， 不仅显著提高了瑕疵的检测率，而且其分类和分级的准确性也有明显提升。

1 落球冲击原理及强度理论

1.1 落球冲击原理

1.2 强度准则

强度准则就是指零件中的应力不得超过允许的限度， 材料的最大应力σ1是引起材料破坏失效的主要原因。 只要材料承受的最大的应力σ1达到材料的极限应力值σlim时，材料就将发生断裂破坏，其表达式为：σ1≤σlim，该理论由伽利略提出，又称第一强度理论，该理论适用于脆性材料，而手机屏正是这种材料。

2 试验过程

根据国标JIS-K6745/A5430 的试验要求， 使用重量为28.5g 的钢球从冲击跌落试验机上做自由落体运动，如图1 所示，钢球冲击手机屏幕，手机屏幕置于捕获钢球瞬间冲击压力波形的高频压力传感器上， 压力传感器连接NI 数据采集卡， 数据采集卡连续测量压力传感器电压，上传给LabVIEW，通过LabVIEW 处理后准确测量手机屏幕所受的最大耐冲击力。

试验前应使试样在温度20±5℃、 气压8.6×104Pa～1.06×105Pa， 相对湿度40%～80%的条件条件下至少放置4h，具体试验过程：①启动仪器电源，把旋钮固定在启动档；②调整刻度标杆，设定测试高度为1200mm；③放置测试手机屏： 把待测的相同规格和种类的手机屏放置在跌落箱槽内，使手机屏四边的受力宽度不应小于1cm，启动红外线装置，根据红外线照射点来调整固定槽的位置，落球点的位置与手机屏冲击点对中（即自由落下的冲击点位于试样为圆心，半径为25mm 的圆内）；④准备钢球：把所需的跌落用钢球吸附在电磁铁吸盘处。测试时选用钢球重量为28.5g；⑤测试：旋钮旋至“跌落”档，则钢球自由落下。同一点的跌落测试次数为2 次；⑥结果判定：查看所测试的手机屏，不能有裂痕、破碎者为合格；⑦记录测试结果。

图1 冲击跌落试验机Fig.1 Falling impact testing machine

3 LabVIEW 数据采集

由于冲击实验历程非常短，难度较高。为准确测量跌落冲击的时间历程，本测试采用冲击专用压力传感器，采样频率为10000HZ/s， 采用郑州恒凯电子科技公司的USB_DAQ V1.2 多功能高速数据采集卡进行压力信号采集，并通过LabVIEW 软件对其实时波形、冲击时的捕获波形及波形回放等处理，如图2 所示。

图2 LabVIEW 测量前面板Fig.2 The front pane of LabVIEW

LabVIEW 数据采集部分的程序框图如3 所示， 程序运行时，首先调用USB_DAQ V1.2 板卡，连续采集数据，无冲击时，感知冲击力的传感器测量的力较小（可忽略），当冲击力大于捕获阈值设定值时，保留前后500 个（共1000 个数据），作为实时的捕获波形绘出，并根据需要保存， 实测某产品的三个试样的时间-应力曲线如图4 所示。

图3 LabVIEW 数据采集部分的程序框图Fig.3 The block diagram of VIEW data acquisition part

图4 时间-应力曲线Fig.4 Time-stress curve

4 结论

试验结果说明：①基于LabVIEW 的手机屏冲击测试系统，运用高灵敏度的压力传感器收集到的压力值后，经LabVIEW 数据处理后，得到其时间应力曲线，分析可知该手机屏幕的质量优劣； ②耐冲击应力是手机屏性能的重要标志之一，钢化程度越高，内应力越大，手机屏的抗冲击强度越大，手机屏的安全性越高；③用落球冲击法对手机屏的抗冲击特性进行评定是合理的。 该方法简单、直接，更符合实际工程的要求。