高速相机与DIC如何支撑3C电子产品可靠性研发与仿真验证

　　手机、折叠屏及电脑屏幕等3C产品持续向轻薄化、高集成度和复杂机构方向发展，结构设计中的可用空间不断压缩，局部连接、屏幕模组、中框、转轴和铰链等部件对可靠性验证提出了更高要求。

　　传统可靠性测试往往关注产品最终是否损坏，但在新品研发阶段，仅有“通过/失效”的结果已经难以满足结构优化和仿真模型验证需求。研发工程师需要进一步获得真实工况、运动过程以及局部结构响应等实验数据。

　　高速相机、高速DIC和3D-DIC的价值，正体现在这一过程测量与模型验证环节。

图1-小米18 Fold折叠屏旗舰手机发布会现场，千眼狼(Revealer)高速相机保障81210次真实跌落

　　手机跌落：从结果判断转向过程测量

　　手机跌落属于典型的冲击瞬态现象。跌落测试中，不同初始姿态可能导致不同的真实触地方式。面接触、边框接触和角部接触对应不同的冲击载荷传递路径，因此，真实触地姿态本身就是有限元模型验证的重要边界条件。

　　千眼狼(Revealer)高速相机可以连续记录手机从释放、下落、触地到回弹的高速过程，并为目标跟踪和6DoF运动学分析提供图像数据。由此可以得到轨迹、位移、速度、加速度和姿态角等参数，进一步判断真实触地工况。

图2-千眼狼(Revealer)高速相机采集倾角初始姿态工况下手机跌落实验滚转角变化曲线图，触地瞬间滚转角 14.319°

　　在此基础上，千眼狼(Revealer)高速DIC可继续测量碰撞瞬间的局部变形。通过在屏幕、背板或其他关注区域制备散斑，高速相机采集连续变形图像，再利用数字图像相关算法获得动态位移场和应变场。母文中的实际测试显示，二维高速DIC可分析面内位移和应变分量，双目高速3D-DIC则可以获得三维坐标、三维位移和拉格朗日应变。

图3-千眼狼(Revealer)高速DIC测量的正面Y方向应变

　　高速相机与高速DIC参与的手机跌落实验形成两类测量互补结果：一类用于描述整机运动状态；另一类用于描述触地部位的局部结构响应。两类测量结果与仿真模型对照，可进一步检查仿真中的初始姿态、接触条件以及高应变区域是否合理。

　　折叠屏转轴重点观测局部变形

　　转轴、插销座和固定结构在开合过程中存在复杂的三维运动和局部载荷传递，研发工程师需要判断不同位置之间的位移和应变差异，同时识别潜在的应变集中区域。

　　3D-DIC采用双目成像，通过空间标定和散斑相关计算，获得被测区域的三维位移和应变分布。与应变片、位移计等单点测量方式相比，它可以直接获得连续区域内的全场结果，尤其适合分析未知应变集中位置和复杂载荷传递路径。

　　已有折叠屏金属铰链3D-DIC实验表明，不同结构位置具有不同的应变响应，位移和应变会随着往返开合呈现周期变化。这类结果可以用于识别主要受力位置、应变集中区域以及不同零部件之间的载荷传递关系。

　　对于结构工程师而言，3D-DIC的价值并不在于获得一张彩色云图，而在于能够将实验得到的三维位移场和应变场，与仿真数值模型进行空间对应和趋势比较。

图4-千眼狼(Revealer)3D-DIC测量的折叠屏转轴铰链连接处插销的Y方向运动变形情况（左）折叠屏转轴铰链连接处插销的主应变变化趋势（右）

　　从实验测量到仿真模型验证

　　3C结构研发中的一个明显趋势，是实验和仿真逐渐从两个独立环节转向相互验证。

　　仿真可以提前预测潜在高风险区域，但模型结果受到材料参数、接触设置、边界条件和装配关系等因素影响。实验测量则可以提供真实结构响应，用于判断模型是否具有可信度。

　　高速相机提供真实运动工况；6DoF分析提供整机运动参数；高速DIC提供冲击状态下的动态位移和应变场；3D-DIC则提供复杂结构的三维全场变形数据。这些实验数据与仿真结果结合后，可用于复核真实工况、验证数值模型、定位高风险区域，并为3C新品结构验证和研发迭代提供测试依据。

　　因此，对于手机、折叠屏手机、笔记本电脑以及其他显示终端的研发，高速相机和DIC仪器设备的作用已经不只是观察实验现象，而是逐步进入结构设计—可靠性测试—仿真验证—设计迭代这一完整研发链条。