基于XTDIC-SPARK三维高速测量系统的电子产品跌落测试研究

在3C消费电子行业，产品从出厂到用户手中，可能经历运输、使用中的意外跌落。据统计，超过30%的电子产品售后问题与物理冲击相关。

跌落测试可模拟产品在运输、使用中意外跌落的场景，可评估其结构强度、内部组件抗冲击能力，指导产品结构的优化，为产品材料的选取提供依据，节约成本。

一、高速DIC测量系统用于跌落测试

跌落测试必要性

• 验证可靠性：发现设计缺陷（如外壳开裂、内部元件脱落）；

• 降低售后成本：减少因跌落导致的退货率；

• 满足法规要求：通过权威认证（如亚马逊、CE认证）的强制测试。

研究跌落碰撞过程中的变形，可通过研究碰撞过程中产品变形和应变数据实现。

新拓三维XTDIC-SPARK三维高速测量系统，通过直接控制高速摄像机采集跌落、冲击等高速运动中的动态图像，结合双目立体视觉与数字图像相关法，可以实现对电子产品跌落瞬态变形的动态监测与定量分析。

二、高速DIC测量系统用于跌落测试难点

1、跌落角度的反转、遮挡会造成散斑图像弱相关，且会引起局部光强变化，导致较低的测量精度甚至匹配失败。

2、跌落碰撞时产品翻转会对散斑匹配造成影响，需要对相关计算方案和匹配方案进行改进。

三、跌落瞬态变形测量解决方案

算法计算优化改进化

1、采用带两个未知参数的最小平方距离函数，减小翻转等运动引起角度变化带来的光强波动的影响；

2、双三次样条插值具有对亚像素位置处灰度较强的预测能力，在灰度迭代运算中使用双三次插值，从而提高计算精度。

顺序逐帧基准匹配

1、种子点匹配方法并进行适应性改进，初始未变形状态散斑图像优先匹配，极大程度减小了单纯以上一帧为参考计算带来的累积误差，保证了匹配精度；

2、对于未成功匹配的散斑进行顺序逐帧基准匹配，能够提高变形场的完整度。

高速DIC测量系统用于跌落碰撞的变形过程，主要分为试验阶段和计算阶段。接下来，采用新拓三维XTDIC-SPARK三维高速测量系统，对手机屏幕、手机壳、手机电池及平板电脑进行的跌落应变测试，分析产品跌落过程中其表面应变场和位移场的变化。

产品外表制作黑白相间散斑

四、手机配件跌落测试

XTDIC-SPARK三维高速测量系统，搭配100mm镜头，测量幅面调试到200*150，高速相机调节焦距，标定完成后开始跌落实验。

在离地1m距离处，将手机垂直跌落，使手机侧边或尖角部分跌落地面，并且散斑图案始终对准两个高速相机的角度，高速摄像机共拍摄多组手机壳、电池、手机屏幕跌落视频图像。

五、手机屏幕跌落测试分析

针对易损部件（电池、屏幕）单独测试，定位设计薄弱环节。

DIC软件计算数据，输出屏幕跌落瞬态全场位移及应变数据。通过分析应变局部化区域，关键点位移曲线及点应变曲线，定位玻璃受力关键区域和抗冲击能力。

屏幕应力集中及关键点位移曲线及点应变曲线

六、手机中框跌落测试分析

模拟手机设备意外脱手跌落场景，验证结构强度与内部组件抗冲击能力。

DIC软件分析手机中框应变集中区域，可清晰呈现手机中框结构件、角、边缘易因冲击产生的形变；测试数据有助于分析中框加强筋设计，避免跌落时出现屏幕排线断裂，导致摄像头模组脱落。

手机中框应力集中点位移曲线及点应变曲线

七、手机电池跌落测试分析

手机硬壳电池壳体跌落时，壳体棱角处应变集中过大，会导致电解液泄漏。

DIC分析应变场显示应力集中点，分析电池在冲击载荷下的瞬态形变、局部应变集中及潜在失效风险（侧面角形成一个小凹痕，且无法恢复到最初状态），为电池结构安全设计提供关键数据支撑。

手机电池应力集中点位移曲线及点应变曲线

八、平板电脑跌落测试

XTDIC-SPARK三维高速测量系统，搭配50MM镜头，测量幅面调试到400*300，高速相机调节焦距，标定完成后开始跌落实验。

平板电脑跌落测试分析

测试平板电脑跌落，在工作台上被物体以加速形态冲撞，检验产品抗意外冲击能力。

DIC分析产品跌落时的棱角处受力变形，平板着地后反弹，形成应力波纹，将力传输处应力集中点，测试数据有助于评估平板电脑在跌落时所能承受的坠落高度及耐冲击强度。

平板应力集中点位移曲线及点应变曲线

新拓三维XTDIC-SPARK三维高速测量系统，非接触、高精度、全场动态测量等优势，是一种测量3C电子跌落碰撞变形的有效方案，从位移场、应变集中到失效演化均可精准量化，有助于加速高可靠性电子设备研发进程。

1、结构设计：加强角部缓冲（如TPU包边）、优化内部固定点；

2、材料选择：优先使用吸能材料（如蜂窝铝板、硅胶垫）；

3、测试迭代：通过高速3D-DIC技术分析跌落薄弱点及失效模式，针对性改进。