基于高速摄像机与6Dof测量的手机跌落实验分析

1实验背景

手机跌落测试用于评估手机意外跌落情况下能否保持结构完整性与功能正常性。随着消费者对手机耐用性需求提高，精准量化跌落过程中的力学与运动学参数，已成为产品研发与质量评估的重要环节。

中科君达视界提供的6D测量仪，通过结合高分辨率高速摄像机与高精度位姿解算算法，实现模拟手机跌落到触地全过程图像采集及6Dof参数的实时动态测量，为手机结构设计、抗跌落性能优化提供数据支持。

2实验目标

I. 验证6D测量仪在手机跌落测试中测量姿态角的可行性与准确性。

II.获取手机跌落全过程的6D运动参数。

III.分析不同初始姿态下手机触地时的角度变化规律。

3实验简介

实验选用中科君达视界研发的千眼狼6D测量仪，包含一台高分辨率2560×2016 @2000fps 高速摄像机、6Dof测量软件，圆形编码的合作靶标（粘贴在被侧目标表面，6Dof测量软件自动识别靶标），外形重量与真机一致的手机模型。

图1

实验将手机模型从0.5m高度自由释放，模拟跌落过程（见图1），同步触发高速摄像机采集图像序列，6Dof软件自动识别靶标，解算每一帧的6D参数。实验共重复四次，每次改变手机初始姿态，以获取不同触地角度。

4实验数据解析

实验重点测量手机长边与水平面的夹角即滚转角，该参数直接反映手机触地瞬间侧边或角部接触地面的冲击模式，是影响结构应力分布与损伤风险的关键指标。

• 第一次实验，手机模型呈水平姿态跌落，滚转角变化平缓。高速摄像机捕捉到的触地前最后一帧数据显示滚转角为1.98°（图2），表明手机以面撞模式接触地面，撞击能量分布相对均匀，可能导致屏幕整体受压变形或LCD模块损伤。

图2

• 第二次实验，初始姿态存在一定倾角，下落过程中发生轻微旋转。触地瞬间滚转角达14.319°（图3），滚转角曲线呈线性增长趋势，无突变或抖动，角速度变化连续，符合空气阻力矩作用下的动力学响应。此时冲击力集中于短边一侧及邻近角落，易引发壳体开裂、摄像头模组偏移等失效现象。

图3

• 第三次实验，起始状态具有较大倾斜角，手机模型在气流作用下出现微旋转，触地瞬间滚转角达18.023°，滚转角变化曲线呈现非线性加速特征，与理论空气动力学模型预测趋势一致，属棱角撞击工况，此状态下应力高度集中于单一棱线及其端点，易对中框强度、内部支架连接可靠性产生不利影响。

图4

• 第四次实验，初始跌落姿态极端倾斜，气流扰动加大，手机模型旋转效应放大，触地滚转角高达31.72°（图5），属于尖角撞击工况，此状态下接触面积最小，瞬时压强极大，容易造成玻璃破碎、金属边框凹陷乃至内部元器件出现物理性损伤，是产品耐久性设计需考虑的极限工况。

图5

进一步分析高速摄像机捕捉的四次实验的时间序列数据，滚转角的变化速率与初始姿态偏差呈正相关关系。千眼狼6D测量仪能够精确量化触地瞬间的姿态角，支持重构整个跌落过程中的三维运动学行为，揭示了初始条件对最终冲击模式的决定性影响，为结构仿真建模、缓冲材料布局优化及整机抗摔设计提供实证依据。