
3C消费电子不断向轻薄化、集成化发展,跌落冲击是评估整机可靠性的核心测试项目。传统跌落测试难以捕捉触地瞬间毫秒级瞬态全场变形、位移、应变信息,无法定位结构薄弱区域,难以支撑仿真对标与结构迭代。
采用新拓三维 XTDIC-SPARK高速3D-DIC测量系统,针对折叠屏手机、直屏手机、平板电脑、笔记本电脑开展自由跌落冲击实验。借助双目高速相机采集跌落碰撞回弹全周期图像序列,获取整机表面三维位移场、应变场、关键点时序曲线、构件相对运动角度,实现冲击过程定量解析,为3C产品结构优化、仿真模型校验提供试验数据支撑。

消费电子跌落属于典型瞬态冲击过程,整个撞击、回弹过程仅为数毫秒。传统测试手段如应变片、单点位移计属于接触式测量,冲击下极易脱落,仅能采集少数离散点位,无法得到屏幕、外壳全域变形分布,难以定位边角、铰链等结构薄弱位置。大量研发工程师依靠仿真软件做预判,但仿真模型的边界条件、材料参数需要真实物理试验数据完成校验,缺少实测数据会直接影响仿真可信度。

手机跌落瞬态变形分析
新拓三维XTDIC-SPARK高速3D-DIC测量系统搭载双目高速相机,最高帧率可达百万fps,可捕捉电子产品从自由下落、触地撞击到反弹回弹的完整动态全过程。设备无需接触被测样机,通过追踪试样表面随机散斑图案,解算输出全场三维位移场、应变场、关键点时序曲线,还可获取多组件之间相对距离、相对转角等运动参数,把毫秒级冲击过程完整数字化记录下来。
在标准化落地测试中,测试样机统一设置自由跌落高度,模拟用户日常意外摔落场景,通过高速相机同步记录,后处理输出云图、时序曲线,不同品类产品得到差异化的关键试验结果。
折叠屏手机:量化屏幕—边框偏移与铰链角度震荡
折叠屏产品的屏幕模组、铰链属于精密易损件,跌落冲击极易出现屏幕脱开、铰链受力异常。在本次跌落试验中,高速3D-DIC技术捕捉到触地瞬间屏幕与边框发生瞬时相对位移,可输出屏幕边缘与底框距离变化曲线;
通过解算左右两半屏幕的平面夹角时序,记录撞击瞬间角度突变、冲击后的震荡衰减全过程。测试可以区分屏幕中心、屏幕边缘两处位置的变形差异,结合全场应变云图,定位折叠屏受冲击状态下的高应变风险区域,为屏幕压装固定、铰链结构的强度设计提供直接数据参考。


屏幕边缘与手机底框距离变化曲线 折弯左右俩屏幕角度变化曲线

屏幕边缘位置与手机屏幕平面距离变化曲线 屏幕中心位置与手机屏幕平面距离变化曲线
直屏手机:捕捉边角撞击的应变集中效应
直屏手机跌落多为边角优先触地,也是外壳开裂、屏幕碎裂最高发场景。试验数据显示,在样机边角接触地面瞬间,边角位置出现明显应变峰值,应变曲线直观复现冲击加载、峰值、释放回弹完整过程。
通过截面线分析,可看到应变由边角向机身中部逐步衰减的梯度分布,直观展现冲击能量在机壳表面的传递路径。传统测试只能看到摔完是否碎裂,而高速3D-DIC技术可以定位撞击发生瞬间最先产生大变形的区域,指导壳体边角补强、缓冲泡棉布局优化。

跌落接触到地面瞬态手机背部表面变形 手机跌落位移曲线

手机接触地面端尖角部分应变曲线

从接触地面到过去持续下落时手机边缘应变分布变化(30刚接触到36完全下落即将反弹)
平板电脑:复现薄壁整机瞬态形貌回弹
平板电脑属于大尺寸薄壁壳体,跌落易发生局部凹陷、翘曲。高速3D-DIC技术测试获取跌落撞击全过程三维形貌场,能够观测撞击时刻外壳局部形变峰值,以及冲击过后形变逐步回弹的时序变化,输出外壳关注测点Z向位移时间曲线。对比不同时刻三维云图,可分辨是塑性永久变形还是弹性瞬时形变,用于评估平板壳体结构抗冲击能力。

平板电脑跌落瞬态位移场变化过程
笔记本电脑:解析壳体与转轴周边冲击响应
笔记本电脑壳体薄、整机尺寸大,跌落冲击容易造成壳体变形、转轴受力、内部连接件受损。高速3D-DIC完整记录样机下落、撞击、反弹全周期,输出外壳Z向位移场与时序三维形貌变化。从测试结果中可抓取撞击瞬间变形峰值、后续震荡回弹特征,识别外壳、转轴周边的应变集中位置,评估薄壁壳体的抗冲击薄弱点,为笔记本壳体刚度、转轴防护结构优化提供依据。

跌落瞬态过程Z方向位移场

跌落瞬态三维形貌变化
“过去跌落测试更多是‘破坏性摸底’,样机摔完只能看结果。高速3D-DIC把冲击发生的整个过程完整还原,直观呈现撞击瞬间哪里变形最大、哪里最先出现高应变,把失效诱因挖掘出来。”新拓三维技术研发负责人表示,“实测得到的位移、应变、相对运动数据,可用于修正仿真输入参数,减少实物样机迭代数量,助力客户缩短新品开发周期。”
业内人士表示,3C电子可靠性测试正在由“事后定性判定”向着“全过程定量解析”转变。高速3D-DIC技术不再只是实验室的科研工具,逐步深度嵌入3C制造厂商“结构设计可靠性测试仿真校验-设计迭代”完整研发链路,为轻薄化消费电子产品的结构优化、材料选型、缓冲方案设计提供关键的试验依据。
目前,新拓三维高速3D-DIC技术方案已经在众多知名3C消费电子厂商、第三方检测机构投入使用。除跌落冲击之外,该设备还可拓展应用于屏幕弯折、壳体落球冲击、转轴疲劳等多项可靠性验证试验,为3C电子新品的可靠性设计、结构验证及研发迭代提供可靠、可追溯的测试数据依据。
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