基于LabVIEW 的手機(jī)屏沖擊測(cè)試系統(tǒng)

周大帥， 楊付領(lǐng)， 李 濤， 包從望， 鄒 靜

（六盤(pán)水師范學(xué)院 礦業(yè)與土木工程學(xué)院， 貴州 六盤(pán)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(lái)越離不開(kāi)智能手機(jī)，攜帶著智能手機(jī)，讓人們的生活更加方便、快捷，同時(shí)其質(zhì)量安全、可靠性問(wèn)題也逐漸成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。 據(jù)調(diào)查，大部分智能手機(jī)的損壞都與跌落、沖擊和碰撞有關(guān)，更何況現(xiàn)在的手機(jī)、平板的屏幕做的越來(lái)越大，大大提高了碎屏、破屏的機(jī)率。 屏幕的破損不僅影響使用，也使手機(jī)的美觀和價(jià)值大打折扣，且其維修費(fèi)用也居高不下。因此，對(duì)手機(jī)屏的最大耐沖力進(jìn)行測(cè)試和計(jì)算， 對(duì)提高手機(jī)屏的質(zhì)量和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]。

由使用過(guò)程中可知，手機(jī)屏（智能手機(jī)最外層的蓋板玻璃）全部由玻璃材質(zhì)組成的（顯示屏和蓋板保護(hù)層）。 玻璃是脆性材料， 雖然生產(chǎn)商對(duì)表面的蓋板進(jìn)行了化學(xué)強(qiáng)化措施（有些用戶(hù)根據(jù)個(gè)人愛(ài)好又添加了貼膜、塑料套），但手機(jī)屏碎屏情況仍然時(shí)有發(fā)生。 通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料可知， 國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)手機(jī)屏破碎進(jìn)行了詳細(xì)研究。 Jason Wu，Guoshu Song[2]等運(yùn)用有限元的方法對(duì)手機(jī)遭受撞擊的情況進(jìn)行了仿真和測(cè)試， 其結(jié)果對(duì)摩托羅拉產(chǎn)品的可靠性及設(shè)計(jì)給予了大力支持。 蕭顯[3]運(yùn)用機(jī)器視覺(jué)的手段， 對(duì)手機(jī)玻璃蓋板質(zhì)量中人工檢測(cè)無(wú)法發(fā)現(xiàn)的瑕疵缺陷進(jìn)行查測(cè)，保證了手機(jī)屏的質(zhì)量。 唐崛等[4-6]對(duì)手機(jī)屏幕跌落安全性進(jìn)行了研究， 運(yùn)用動(dòng)力學(xué)理論和Ansys 仿真，得出手機(jī)傾斜跌落時(shí)，屏幕受到的沖擊應(yīng)力最大。 任書(shū)明等[7]對(duì)手機(jī)屏炸裂源進(jìn)行了分析，并提出了改裝措施：如提高玻璃的本征強(qiáng)度， 提高玻璃本身的品質(zhì)及提高玻璃化學(xué)強(qiáng)化后的性能等。孫文政[8]提出了深度學(xué)習(xí)結(jié)合機(jī)器視覺(jué)的手機(jī)屏幕瑕疵檢測(cè)方法， 不僅顯著提高了瑕疵的檢測(cè)率，而且其分類(lèi)和分級(jí)的準(zhǔn)確性也有明顯提升。

1 落球沖擊原理及強(qiáng)度理論

1.1 落球沖擊原理

1.2 強(qiáng)度準(zhǔn)則

強(qiáng)度準(zhǔn)則就是指零件中的應(yīng)力不得超過(guò)允許的限度， 材料的最大應(yīng)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(yīng)力σ1達(dá)到材料的極限應(yīng)力值σlim時(shí)，材料就將發(fā)生斷裂破壞，其表達(dá)式為：σ1≤σlim，該理論由伽利略提出，又稱(chēng)第一強(qiáng)度理論，該理論適用于脆性材料，而手機(jī)屏正是這種材料。

2 試驗(yàn)過(guò)程

根據(jù)國(guó)標(biāo)JIS-K6745/A5430 的試驗(yàn)要求， 使用重量為28.5g 的鋼球從沖擊跌落試驗(yàn)機(jī)上做自由落體運(yùn)動(dòng)，如圖1 所示，鋼球沖擊手機(jī)屏幕，手機(jī)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(shù)據(jù)采集卡， 數(shù)據(jù)采集卡連續(xù)測(cè)量壓力傳感器電壓，上傳給LabVIEW，通過(guò)LabVIEW 處理后準(zhǔn)確測(cè)量手機(jī)屏幕所受的最大耐沖擊力。

試驗(yàn)前應(yīng)使試樣在溫度20±5℃、 氣壓8.6×104Pa～1.06×105Pa， 相對(duì)濕度40%～80%的條件條件下至少放置4h，具體試驗(yàn)過(guò)程：①啟動(dòng)儀器電源，把旋鈕固定在啟動(dòng)檔；②調(diào)整刻度標(biāo)桿，設(shè)定測(cè)試高度為1200mm；③放置測(cè)試手機(jī)屏： 把待測(cè)的相同規(guī)格和種類(lèi)的手機(jī)屏放置在跌落箱槽內(nèi)，使手機(jī)屏四邊的受力寬度不應(yīng)小于1cm，啟動(dòng)紅外線(xiàn)裝置，根據(jù)紅外線(xiàn)照射點(diǎn)來(lái)調(diào)整固定槽的位置，落球點(diǎn)的位置與手機(jī)屏沖擊點(diǎn)對(duì)中（即自由落下的沖擊點(diǎn)位于試樣為圓心，半徑為25mm 的圓內(nèi)）；④準(zhǔn)備鋼球：把所需的跌落用鋼球吸附在電磁鐵吸盤(pán)處。測(cè)試時(shí)選用鋼球重量為28.5g；⑤測(cè)試：旋鈕旋至“跌落”檔，則鋼球自由落下。同一點(diǎn)的跌落測(cè)試次數(shù)為2 次；⑥結(jié)果判定：查看所測(cè)試的手機(jī)屏，不能有裂痕、破碎者為合格；⑦記錄測(cè)試結(jié)果。

圖1 沖擊跌落試驗(yàn)機(jī)Fig.1 Falling impact testing machine

3 LabVIEW 數(shù)據(jù)采集

由于沖擊實(shí)驗(yàn)歷程非常短，難度較高。為準(zhǔn)確測(cè)量跌落沖擊的時(shí)間歷程，本測(cè)試采用沖擊專(zhuān)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(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行壓力信號(hào)采集，并通過(guò)LabVIEW 軟件對(duì)其實(shí)時(shí)波形、沖擊時(shí)的捕獲波形及波形回放等處理，如圖2 所示。

圖2 LabVIEW 測(cè)量前面板Fig.2 The front pane of LabVIEW

LabVIEW 數(shù)據(jù)采集部分的程序框圖如3 所示， 程序運(yùn)行時(shí)，首先調(diào)用USB_DAQ V1.2 板卡，連續(xù)采集數(shù)據(jù)，無(wú)沖擊時(shí)，感知沖擊力的傳感器測(cè)量的力較?。珊雎裕?dāng)沖擊力大于捕獲閾值設(shè)定值時(shí)，保留前后500 個(gè)（共1000 個(gè)數(shù)據(jù)），作為實(shí)時(shí)的捕獲波形繪出，并根據(jù)需要保存， 實(shí)測(cè)某產(chǎn)品的三個(gè)試樣的時(shí)間-應(yīng)力曲線(xiàn)如圖4 所示。

圖3 LabVIEW 數(shù)據(jù)采集部分的程序框圖Fig.3 The block diagram of VIEW data acquisition part

圖4 時(shí)間-應(yīng)力曲線(xiàn)Fig.4 Time-stress curve

4 結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明：①基于LabVIEW 的手機(jī)屏沖擊測(cè)試系統(tǒng)，運(yùn)用高靈敏度的壓力傳感器收集到的壓力值后，經(jīng)LabVIEW 數(shù)據(jù)處理后，得到其時(shí)間應(yīng)力曲線(xiàn)，分析可知該手機(jī)屏幕的質(zhì)量?jī)?yōu)劣； ②耐沖擊應(yīng)力是手機(jī)屏性能的重要標(biāo)志之一，鋼化程度越高，內(nèi)應(yīng)力越大，手機(jī)屏的抗沖擊強(qiáng)度越大，手機(jī)屏的安全性越高；③用落球沖擊法對(duì)手機(jī)屏的抗沖擊特性進(jìn)行評(píng)定是合理的。 該方法簡(jiǎn)單、直接，更符合實(shí)際工程的要求。