CN103196683A - 一种玩具自动施力测试仪及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种玩具自动施力测试仪及其测试方法。该测试仪包括有一含有控制动力装置的控制箱；设置在控制箱上的支撑平台；通过螺钉固定在支撑平台上的玩具支撑装置；设置在支撑平台垂直上方的螺旋机架丝杆；与螺旋机架平行方向上连接的施力装置；连接在施力杆上的刚性金属圆形压力头或金属拉力钩；连接并驱动施力杆上下运动的气缸，以及传动装置，与活塞杆连接的传动齿条带动的编码器；连接在施力杆上用于检测施力大小的检测装置；设置在控制箱内的PLC控制器和电机，且控制器与检测装置连接。其测试方法，根据选用标准，通过触摸屏进行参数设置，从而控制施力装置及传动装置的运动，完成对玩具的压力和拉力测试。

Description

一种玩具自动施力测试仪及其测试方法

技术领域

本发明涉及测试设备及其测试方法，具体涉及一种玩具自动施力测试仪及进行玩具拉力压力测试方法。

背景技术

我国是世界上最大的玩具生产和出口国，我国与欧、美、日等玩具生产消费大国都分别制订了严格的玩具测试标准。国家玩具安全技术规范GB6675，国际标准ISO8124，欧洲标准EN71-1，美国标准ASTM F963-11，对玩具进行压力、拉力试验都有相应的要求。如欧洲标准EN71-1中规定：任何玩具的可触及表面如果在跌落测试或倾翻测试中与平面不能接触，就要进行压力测试。压力测试要求为：将玩具放在一水平硬质平面上，把玩具待测部分放在最上面。通过直径为(30±1.5)mm的硬质金属盘向玩具的待测部分施加(110±5)N的压力。在5s内逐渐施加压力，保持10s。进行测试，判断玩具壳体是否分离或破裂，是否产生可触及的小零件、危险锐利边缘、危险锐尖或危险驱动装置。美国玩具安全标准ASTM F963-11中规定：一个玩具上面能被儿童至少用拇指和食指抓起或用牙齿咬住的任何突出物都必须进行拉力试验。拉力测试要求为：拉力的大小根据玩具适用的年龄组来确定。能向测试部件施加拉力负载的夹具的使用不能影响部件和玩具之间的完整结合，加载装置必须是一个精确度为±0.5lb(±2N)的、带自指示的仪器或其它适当工具。把试样固定在一个便利的位置，必须用一个合适的夹具夹紧测试物件或部件。要求的拉力必须在5秒钟内均匀地施加，并平行于测试部件的主轴，再维持10秒钟。然后必须取下夹具，把第二个适合于向垂直测试部件主轴线的方向施加拉力负载的夹具夹紧测试物件或部件，要求的拉力必须在5秒钟内均匀地施加，并垂直于测试部件的主轴，并维持10秒钟。

现阶段对玩具测试的自动装置在国内外还没有研制出，国内外各大检测机构和政府实验室对玩具拉力、压力测试都是采用手工方式，通过推拉力计，手动方式施加拉力或压力。不同的玩具标准需采用不同量度的推拉力计，因此实验室需准备一系列不同量度的推拉力计。同时由于是手动方式施力，在施力过程中由于人为因素会在测试过程中带来较大的误差，施力过程中均匀性和精确性大打折扣，严重的会影响测试结果。同时，由于手工方式下玩具的装夹非常不便，经常在测试过程中人为的破坏了玩具，严重影响了测试结果。若玩具在测试时破碎也有可能对近距离实验的人员产生危害。而且由于每个玩具都需要进行拉力和压力测试，而且一个玩具上或许有多个部位需要测试，因此这种手工方式下的劳动强度大，效率低下，这是业务量繁重的测试机构面临的一个重大瓶颈。因此，目前这种手工测试方法不仅工作量大，而且测量不准确，重复性差，误差大，主观因素影响大。

目前的检测手段存在如下问题：

1.各大检测机构拉力、压力测试全采用手工方式，因此实验室需备有大量的推拉力计；

2.测试过程不容易控制，施力过程中均匀性和稳定性差；

3.测试过程会人为破坏玩具；

4.若玩具在测试时破碎也有可能对近距离实验的人员产生危害。

5.劳动强度大，检测效率低，不能快速检测，浪费大量人力物力。

发明内容

为克服现有技术存在的问题，本发明提出一种可以进行玩具施力试验的装置，保证测试的准确性和安全性。

本发明采用如下技术方案实现：一种玩具自动施力测试仪，其包括：一控制箱体，内部设有PLC控制器、伺服驱动器、伺服电机及传动皮带轮，外部设有控制所述PLC控制器、伺服驱动器、伺服电机及传动皮带轮运作的触摸显示屏；

一支撑装置，包括有支撑平台，设置于所述控制箱体上，支撑平台上设有用来夹紧玩具的夹紧装置，还设有两根平行的直线导轨，通过螺钉与支撑平台垂直固定，两根平行的直线导轨外面设有螺旋机架丝杆，固定架与所述螺旋机架丝杆连接的；

一施力装置，包括有施力气缸，与所述固定架固定连接，施力气缸一端有施力杆，施力杆另一端通过连接架与压力头连接；

一传动装置，包括有齿条固定器，与所述连接架固定连接，齿条固定器上设有齿条，所述固定架上设有齿轮，传动皮带轮带动齿条与齿轮啮合传动，从而实现固定架的上下移动。

所述施力装置所施力的大小，行程及施力时间由所述控制箱内的PLC控制器、伺服驱动器、伺服电机、电气比例阀、编码器及伴位置传感器控制。

所述螺旋机架丝杆下端与固定架上端分别设有位置传感器。

所述两根平行的直线导轨与螺旋机架丝杆外面套有螺旋机架丝杆外框，其顶部与两根平行的直线导轨接触，底部固定于支撑平台。

所述施力杆另一端通过连接架与拉力钩相连接。

所述施力气缸直径为50mm，行程为100mm，活塞杆直径为20mm，最大压强为1.0Mpa。

所述施力气缸上设有编码器。

一种玩具自动施力测试仪的压力测试方法，其步骤包括：1)首先对玩具进行评估，以确定玩具的压力测试部位；2)将玩具放置于玩具夹紧支撑装置上，调整固定，在施力杆上通过连接架安装压力头，使玩具需进行压力测试表面正对压力头垂直方向；3)根据玩具选用标准，选用相应压力头，确定施加压力的大小、逐渐施加压力和保持施加压力的时间，打开控制箱开关，然后设置好确定的参数；4)通过控制器面板触摸屏上按键，使压力头到达与玩具刚好相接触位置，按键停止；5)通过控制器面板触摸屏上按键，控制施加力的大小、逐渐施加压力和保持施加压力的时间；6)通过控制器面板触摸屏上按键，使压力头与玩具表面保持一段距离，取出玩具；7)观察壳体是否分离或破裂，判断是否有可触及的小零件、危险锐利边缘、危险锐尖或危险驱动装置。

一种玩具自动施力测试仪的拉力测试方法，其步骤包括：1)首先对玩具进行评估，以确定玩具的压力测试部位；2)将玩具放置于玩具夹紧支撑装置上，调整固定，在施力杆上通过连接架安装拉力钩，在拉力钩上悬挂拉力试验用夹具；3)根据玩具选用标准，确定施加力的大小、逐渐施加压力和保持施加压力的时间，打开控制箱开关，然后设置好确定的参数；4)通过控制器面板触摸屏上按键，控制施力杆向上移动，使拉力测试部位两端保持在同一主轴方向上；5)通过控制器面板触摸屏上按键，控制施加拉力的大小、逐渐施加拉力和保持施加压力的时间，施加的拉力平行于测试部件的主轴；6)取下夹具，用第二个适合于垂直测试部件主轴线方向施加拉力的夹具夹紧测试物件或部件；7)通过控制器面板触摸屏上按键，控制施力杆向上移动，使拉力测试部位两端保持在同一主轴方向上；8)通过控制器面板触摸屏上按键，控制施加拉力的大小、逐渐施加拉力和保持施加压力的时间，施加的拉力垂直于测试部件的主轴；9)通过控制器面板触摸屏上按键，拉力钩，取出玩具；10)观察壳体是否分离或破裂，判断是否有可触及的小零件、危险锐利边缘、危险锐尖或危险驱动装置。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明提出的玩具自动施力测试仪可以实现不同玩具安全标准的施力测试要求，根据不同标准设定不同的施力参数，选用不同的压力头，通过PLC控制比例阀和气压缸最终实现欧美玩具标准测试要求，使测试过程更容易控制，施力过程中均匀性和稳定性都得到完美体现；测试过程也不会人为破坏玩具，避免了测试人员测试时有可能造成的伤害和人为因素产生的误差，克服了以前测试中存在的劳动强度大，检测效率低，不能快速检测，浪费大量人力物力等问题，为玩具压力、拉力等测试提供了依据。

本专利研制的自动施力测试仪和方法能够很好的解决玩具安全检验实际工作中的疑难问题，可以大大提高检验工作的效率，确保检测结果准确、可靠；并且具有结构简单、实现成本低、操作简单、测试安全且准确性高的诸多优点。

附图说明

图1为本测试仪的主视图；

图2为本测试仪的右视图；

图3为本测试仪本左视图；

图4为本测试仪的俯视图；

图5为本测试仪的动力装置剖面图；

图6为本测试仪施力控制关系图。

其中：1、控制箱体；11、触摸显示屏开关；12、触摸显示屏；

2、支撑平台；21、夹紧装置；22、螺旋机架丝杆；23、直线导轨；24、固定架；25、螺旋机架外框；

31、位置传感器；32编码器；

4、施力气缸；41、气缸气孔；42、施力杆；43、连接架；44.螺母；

5、伺服电机；51、传动皮带轮；52、齿轮；53、齿条；54、齿条固定器。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明的技术方案进行详细描述。

如图1至图5所示，一种玩具自动施力测试仪，其包括：一控制箱体1，内部设有PLC控制器、伺服驱动器、伺服电机5及传动皮带轮51，外部设有控制所述PLC控制器、伺服驱动器、伺服电机及传动皮带轮运作的触摸显示屏；

一支撑装置，包括有支撑平台2，设置于所述控制箱体1上，支撑平台上设有用来夹紧玩具的夹紧装置21，还设有两根平行的直线导轨23，通过螺钉与支撑平台2垂直固定，两根平行的直线导轨23外面设有螺旋机架丝杆22，固定架24与所述螺旋机架丝杆22连接；

一施力装置，包括有施力气缸4，与所述固定架24固定连接，施力气缸4一端有施力杆42，施力杆42另一端通过连接架43与压力头45连接；

一传动装置，包括有齿条固定器54，与所述连接架43固定连接，齿条固定器54上设有齿条53，所述固定架上设有齿轮52，传动皮带轮51带动齿条53与齿轮52啮合传动，从而实现固定架24的上下移动。

所述施力装置所施力的大小，行程及施力时间由所述控制箱内的PLC控制器、伺服驱动器、伺服电机5、电气比例阀、编码器31及位置传感器31控制。

所述螺旋机架丝杆22下端与固定架24上端分别设有位置传感器31。

所述两根平行的直线导轨23与螺旋机架丝杆22外面套有螺旋机架丝杆外框25，其顶部与两根平行的直线导轨23接触，底部固定于支撑平台2。

所述施力杆另一端通过连接架43与拉力钩相连接。

所述施力气缸41直径为50mm，行程为100mm，活塞杆直径为20mm，最大压强为1.0Mpa。

所述施力气缸41上设有编码器31。

参照美国和欧洲玩具标准要求的压力和拉力测试:

欧洲玩具标准要求为：

美国玩具标准要求为：

通过玩具自动施力测试仪对玩具进行压力测试，测试前，对玩具进行评估，以确定玩具的压力测试部位，即玩具上可触及表面如果在跌落测试或倾翻测试中与平面不能接触，就要进行压力测试。将玩具放置于玩具夹紧支撑装置21上，通过相应夹具对玩具进行调整固定，使玩具需进行压力测试表面正对压力头45垂直方向。由于玩具外形尺寸通常是不规则的，在操作上要尽可能的利用夹紧装置21。在将玩具固定好后，根据玩具选用标准，选用相应压力头45。打开触摸显示屏开关11，对触摸显示屏12通过“SETTING”按键进行相应标准要求的参数设置，如欧洲标准EN71-1中规定：施加力大小为(110±5)N，即选择“PRESS/PULL”按键的“PRESS”，数值设置为110.0N；在5s内逐渐施加压力，即“TIME1EV”按键数值设置为5.0s；保持10s，即“HOLD TIME”按键数值设置为10.0s。

玩具自动施力测试仪具体的施力测试过程由触摸显示屏12、内置于控制箱体1内的PLC控制器、伺服电机51、伺服驱动器、传动皮带轮51、螺旋机架丝杆22等实现控制。通过触摸显示屏12可以输入测试参数，从而控制螺旋机架丝杆22带动的施力装置上升和下降的速度，还可以输入测试参数，控制压力头45从玩具表面上升或下降距离等参数。PLC控制器接收速度参数和距离参数后，通过编码器将位移量转化成电机的转速量，再转换成脉冲信号发送给伺服驱动器控制电机精确完成相应的动作。

测试时，打开控制箱的开关，在控制器面板触摸暗显示屏12上按“UP”、“DOWN”指示键，使施力杆42向上/向下移动，在螺旋机架丝杆22和固定架24上方和直线导轨23下方设置了两个位置传感器31，用来确定施力装置上下移动的极限位置，目的用于通过伺服电机5上齿轮与丝杆下末端上齿轮的皮带传动使施力装置上下运动时，防止误操作使施力装置超越运动极限位置而撞击支撑平台10或撞击螺旋机架外框8。当施力装置到达位置传感器时，位置传感器发送停止信号到PLC控制器，PLC控制器发送控制信号停止电机22运转从而避免了误操作。当施力杆42调节到与玩具刚好相接触位置时按相应的“UP”、“DOWN”键停下，然后按触摸屏上显示的“START”键，PLC控制器根据输入参数对电气比例阀发送信号，通过阀内阀芯的开启关闭等动作，产生输出压力，此压力通过压力传感器及编码器31反馈至控制回路中，直到输出压力与输入信号成一定比例为止，即依靠电气之间的转换来控制施力杆42与施力气缸4内气体压力，进而控制施力的大小。例如：压力测试需要在5s内均匀施加压力到110.0N，压力保持10s不变。根据气缸理论施力的计算公式为：

测试仪选型的气压缸直径为50mm，可以计算得到施加压力110N需要的气压为0.056MPa压力，通过PLC控制电气比例阀输送稳定气压给气缸即可实现所施压力的控制，因为电气比例阀中自带有压力传感器，会自动监控与反馈气缸中的压力，从而保证压力的稳定性。在10s后会通过排气缸气孔41泄压，通过“UP”、“DOWN”键调节施力杆，取出玩具，此时整个测试过程结束。观察壳体是否分离或破裂，判断是否有可触及的小零件、危险锐利边缘、危险锐尖或危险驱动装置。

通过玩具自动施力测试仪对玩具进行拉力测试，将玩具放置于固定在玩具夹紧装置21上，通过相应的夹具设备固定玩具一端，此时可更换压力头45更换成金属拉力钩(图中未给出)，在金属拉力钩上悬挂拉力试验用夹具，将玩具夹紧并通过控制器面板触摸显示屏9上“UP”、“DOWN”指示键，使施力杆42向上/向下移动，使进行拉力测试部位两端保持在同一主轴方向上。在将玩具固定好后，根据玩具适用的要求来确定拉力的大小对触摸显示屏12通过“SETTING”按键进行相应要求的参数设置。

拉力的大小根据玩具所需的拉力测试标准来确定。要求的拉力必须在5秒钟内均匀地施加，并平行于测试部件的主轴，再维持10秒钟。然后取下夹具，用第二个适合于垂直测试部件主轴线方向施加拉力的夹具夹紧测试物件或部件，要求的拉力必须在5秒钟内均匀地施加，并垂直于测试部件的主轴，并维持10秒钟。

如欧洲玩具安全标准EN71-1中规定的可触及最大尺寸>6mm的玩具：施加力大小为90N±2N，即选择“PRESS/PULL”按键的“PULL”，数值设置为90.0N；在5s内逐渐施加拉力，即“TIME1EV”按键数值设置为5.0s；保持10s，即“HOLDTIME”按键数值设置为10.0s。在5s均匀施加拉力到90.0N的时候，拉力大小保持10s不变。

测试时，当施力杆42调节到与固定在夹紧装置21上的玩具刚好垂直方位时按相应的“UP”、“DOWN”键停下，然后按触摸显示屏12上显示的“START”键，PLC控制器根据输入参数对电气比例阀发送信号，通过阀内阀芯的开启关闭等动作，产生输出压力，并控制施力气缸4的排气进气方向，此压力通过压力传感器及编码器31反馈至控制回路中，直到输出压力与输入信号成一定比例为止，即依靠电气之间的转换来控制施力杆42与施力气缸4内气体压力，进而控制施力的大小。例如：拉力测试需要在5s内均匀施加拉力到90.0N，拉力保持10s不变。根据气缸理论施力的计算公式为：

测试仪选型的气压缸直径为50mm，活塞直径为20mm，可以计算得到施加拉力90N需要的气压为0.0546Mpa，通过PLC控制电气比例阀输送稳定气压给施力气缸4即可实现所施压力的控制，因为电气比例阀中自带有压力传感器，会自动监控与反馈气缸中的压力，从而保证压力的稳定性。在10s后会通过排气缸气孔41泄压，通过“UP”、“DOWN”键调节施力杆，取出玩具，此时整个控制过程结束，判断是否产生小零件、危险锐利边缘、危险锐尖。

以上是对玩具完成一次施力测试的全部过程。

对于美国玩具标准要求的压力和拉力测试，只需更换不同的压力头和施加不同的拉力和压力，根据标准要求的压力和拉力进行参数设定，通过计算可以得出所需的气压压强值，通过PLC和电气比例阀进行控制实现测试过程。

综上，本发明提出的玩具自动施力测试仪可以实现不同玩具安全标准的施力测试要求，根据不同标准设定不同的施力参数，选定不同的施力头，通过电气控制最终实现，测试过程更容易控制，施力过程中均匀性和稳定性都得到完美体现；测试过程也不会人为破坏玩具，避免了测试人员测试时有可能造成的伤害和人为因素产生的误差，克服了之前测试中存在的劳动强度大，检测效率低，不能快速检测，浪费大量人力物力。为玩具压力、拉力等测试提供了依据。本发明提出的玩具自动施力测试仪具有结构简单、实现成本低、操作简单、测试安全且准确性高的诸多优点。

以上所述仅为本发明的较佳实例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种玩具自动施力测试仪,其特征在于，所述测试仪包括：

一控制箱体，内部设有PLC控制器、伺服驱动器、伺服电机及传动皮带轮，外部设有控制所述PLC控制器、伺服驱动器、伺服电机及传动皮带轮运作的触摸显示屏；

一支撑装置，包括有支撑平台，设置于所述控制箱体上，支撑平台上设有用来夹紧玩具的夹紧装置，还设有两根平行的直线导轨，通过螺钉与支撑平台垂直固定，两根平行的直线导轨外面设有螺旋机架丝杆，固定架与所述螺旋机架丝杆连接的；

一施力装置，包括有施力气缸，与所述固定架固定连接，施力气缸一端有施力杆，施力杆另一端通过连接架与压力头连接；

一传动装置，包括有齿条固定器，与所述连接架固定连接，齿条固定器上设有齿条，所述固定架上设有齿轮，传动皮带轮带动齿条与齿轮啮合传动，从而实现固定架的上下移动。

2.根据权利要求1所示的测试仪，其特征在于：所述施力装置所施力的大小、行程及施力时间由所述控制箱内的PLC控制器、伺服驱动器、伺服电机、电气比例阀、编码器及位置传感器控制。

3.根据权利要求1所示的测试仪，其特征在于：所述螺旋机架丝杆下端与固定架上端分别设有位置传感器。

4.根据权利要求1所示的测试仪，其特征在于：所述两根平行的直线导轨与螺旋机架丝杆外面套有螺旋机架丝杆外框，其顶部与两根平行的直线导轨接触，底部固定于支撑平台。

5.根据权利要求1所示的测试仪，其特征在于：所述施力杆另一端通过连接架与拉力钩相连接。

6.根据权利要求1所示的测试仪，其特征在于：所述施力气缸直径为50mm，行程为100mm，活塞杆直径为20mm，最大压强为1.0Mpa。

7.根据权利要求1或5所示的测试仪，其特征在于：所述施力气缸上设有编码器。

8.一种玩具自动施力测试仪的压力测试方法，其步骤包括：

1)首先对玩具进行评估，以确定玩具的压力测试部位；

2)将玩具放置于玩具夹紧支撑装置上，调整固定，在施力杆上通过连接架安装压力头，使玩具需进行压力测试表面正对压力头垂直方向；

3)根据玩具选用标准，选用相应压力头，确定施加压力的大小、逐渐施加压力和保持施加压力的时间，打开控制箱开关，然后设置好确定的参数；

4)通过控制器面板触摸屏上按键，使压力头到达与玩具刚好相接触位置，按键停止；

5)通过控制器面板触摸屏上按键，控制施加力的大小、逐渐施加压力和保持施加压力的时间；

6)通过控制器面板触摸屏上按键，使压力头与玩具表面保持一段距离，取出玩具；

7)观察壳体是否分离或破裂，判断是否有可触及的小零件、危险锐利边缘、危险锐尖或危险驱动装置。

9.一种玩具自动施力测试仪的拉力测试方法，其步骤包括：

1)首先对玩具进行评估，以确定玩具的压力测试部位；

2)将玩具放置于玩具夹紧支撑装置上，调整固定，在施力杆上通过连接架安装拉力钩，在拉力钩上悬挂拉力试验用夹具；

3)根据玩具选用标准，确定施加力的大小、逐渐施加压力和保持施加压力的时间，打开控制箱开关，然后设置好确定的参数；

4)通过控制器面板触摸屏上按键，控制施力杆向上移动，使拉力测试部位两端保持在同一主轴方向上；

5)通过控制器面板触摸屏上按键，控制施加拉力的大小、逐渐施加拉力和保持施加压力的时间，施加的拉力平行于测试部件的主轴；

6)取下夹具，用第二个适合于垂直测试部件主轴线方向施加拉力的夹具夹紧测试物件或部件，

7)通过控制器面板触摸屏上按键，控制施力杆向上移动，使拉力测试部位两端保持在同一主轴方向上；

8)通过控制器面板触摸屏上按键，控制施加拉力的大小、逐渐施加拉力和保持施加压力的时间，施加的拉力垂直于测试部件的主轴；

9)通过控制器面板触摸屏上按键，拉力钩，取出玩具；

10)观察壳体是否分离或破裂，判断是否有可触及的小零件、危险锐利边缘、危险锐尖或危险驱动装置。

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