半球形玩具測試儀的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李瀅舟 徐曉光 陳俊彬 鄧紹俊 尹麗娟 梁澄波

（1.深圳海關(guān)工業(yè)品檢測技術(shù)中心 廣東深圳 518000；2.深圳市檢驗(yàn)檢疫科學(xué)研究院）

1 前言

半球形玩具是指具有近似圓形、卵形或橢圓形開口的杯狀、碗狀或半蛋形玩具。如果半球形玩具設(shè)計(jì)不合理，容易蓋住兒童口鼻，造成呼吸不暢甚至窒息的嚴(yán)重后果，這對4～24個(gè)月的兒童是致命的，一般36個(gè)月及以上年齡的兒童才有可能幸免于此種危險(xiǎn)。在現(xiàn)實(shí)生活中就曾有幼兒睡眠時(shí)用半球形玩具捂住口鼻，導(dǎo)致窒息死亡的案例。目前，實(shí)驗(yàn)室在進(jìn)行半球形玩具測試過程中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)半球形玩具缺少平面難以固定，且開孔的距離角度很難測算的問題，影響測試的準(zhǔn)確性。本文針對這些問題研究設(shè)計(jì)了一套測試裝置，通過三爪卡盤固定玩具，利用步進(jìn)電機(jī)自動(dòng)記錄位移、圓形刻度盤計(jì)算角度，較好地解決了半球形玩具測試中存在的一系列問題。

2 測試標(biāo)準(zhǔn)要求

在玩具安全標(biāo)準(zhǔn)ASTM F963-17《Standard Consumer Safety Specification for Toy Safety》[1]、EN71-1《Safety of Toys Part 1:Mechanical and Physical Properties》[2]、GB 6675.2—2014《玩具安全 第 2 部分：機(jī)械與物理性能》[3]、 ISO 8124-1:2018《Safety of Toys Part 1:Safety Aspects Related to Mechanical and Physical Properties》[4]中對于半球形玩具的要求基本一致，即除不適用的玩具外，具有近似圓形、卵形或橢圓形開口的杯狀、碗狀或半蛋形的玩具，其開口內(nèi)部的的長軸與短軸都為64～102 mm，容積小于177mL，深度大于13mm，并供36個(gè)月以下兒童使用的半球狀玩具應(yīng)至少符合以下要求中的一條：

（1）玩具至少有2個(gè)開孔，當(dāng)沿著外圍輪廓測量時(shí)，這些開孔與玩具開口平面邊緣的垂直距離至少為13 mm。

如果開孔位于物品的底部，至少有2個(gè)起碼分開13 mm的開孔，詳見圖1（a）；

如果開孔不是位于物品的底部，至少有2個(gè)分開至少 30°但不超過 150°的開孔，詳見圖 1（b）。

（2）杯子的開口端平面應(yīng)在中央被分隔物隔斷，該分隔物距離杯子的開口端平面最多為6 mm；分隔物隔斷的例子為用一塊肋板在開口端平面中央分隔，詳見圖 1（c）。

（3）有3個(gè)開孔，至少分開100°，沿著外圍輪廓測量時(shí)與邊緣的距離為6～13 mm。

（4）整個(gè)邊緣為重復(fù)的齒狀。相鄰的齒峰的中心線的最大距離應(yīng)為25 mm，且最小深度應(yīng)為6 mm。齒狀邊緣圖案的例子詳見圖1（d）。

上述開孔的定義為最小尺寸為2 mm的任何形狀的孔洞，規(guī)定開孔的尺寸是為了防止形成真空，而不是用作呼吸孔。

圖1 半球狀玩具示例（單位：mm）

3 測試儀功能設(shè)計(jì)

半球形玩具測試儀為平臺式外形，模塊化結(jié)構(gòu)，按功能模塊可分為裝夾及角度計(jì)算部分、定位及距離計(jì)算部分、控制部分，其模塊框架圖詳見圖2。

圖2 半球形玩具測試儀模塊框架圖

裝夾及角度計(jì)算部分主要是三爪卡盤和刻度盤組成，統(tǒng)稱為固定架，半球形玩具缺少平面，利用三爪卡盤就能很好地將其固定且能夠讓半球形的圓心在卡盤中心點(diǎn)，卡盤底下的360°刻度盤通過旋轉(zhuǎn)可以計(jì)算得出玩具上開孔的角度差。定位及距離計(jì)算部分主要是由定位鋼針和連接步進(jìn)電機(jī)的移動(dòng)裝置組成，統(tǒng)稱為檢測架，通過定位鋼針分別對準(zhǔn)不同的孔位并利用步進(jìn)電機(jī)的移動(dòng)距離來得出孔與孔之間的距離。控制部分主要通過可編程序控制器（PLC）來實(shí)現(xiàn)檢測架整體運(yùn)行的控制及記錄測量數(shù)據(jù)[5]。

4 測試儀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 測試儀硬件組成

半球形玩具測試儀立體結(jié)構(gòu)詳見圖3，支撐整個(gè)測試儀的實(shí)驗(yàn)平臺，其左右兩側(cè)分別為固定架和檢測架。固定架包括設(shè)置于平臺的三爪卡盤和帶刻度的角度測量盤，兩者通過可旋轉(zhuǎn)滾軸活動(dòng)連接，其結(jié)構(gòu)詳見圖4；檢測架包括設(shè)置于平臺的水平支架以及垂直支架，垂直支架上設(shè)有可伸縮的支撐橫桿，支撐橫桿前端設(shè)有朝向向下的定位鋼針，水平支架及垂直支架的一端均設(shè)置有驅(qū)動(dòng)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)螺桿，可驅(qū)動(dòng)定位鋼針左右上下移動(dòng)達(dá)到定位玩具開孔的目的；平臺最右側(cè)還設(shè)置有檢測架的PLC控制箱。

4.2 測試儀操作步驟

4.2.1 進(jìn)行玩具的安裝

（1）圓形或近似圓形的玩具通過三爪卡盤固定在測試儀實(shí)驗(yàn)平臺上。

（2）帶刻度測量盤可以通過滾軸實(shí)現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)。

4.2.2 定位投影

（1）定位鋼針安裝在可移動(dòng)支架上，可前后調(diào)整位置。

（2）支撐橫桿可以在垂直支架上通過螺桿上下移動(dòng)。

（3）垂直支架可在水平支架上通過螺桿左右移動(dòng)。

（4）定位鋼針對準(zhǔn)玩具上的開孔記錄投影位置可進(jìn)行測量計(jì)算。

圖3 半球形測試儀立體結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 固定架上三爪卡盤裝置結(jié)構(gòu)示意圖

4.2.3 多孔玩具

若是多孔玩具，則調(diào)整玩具位置，使其對準(zhǔn)定位鋼針，通過計(jì)算旋轉(zhuǎn)角度計(jì)算開孔的角度。

5 結(jié)語

根據(jù)半球形玩具的標(biāo)準(zhǔn)測試要求而研制的半球形玩具測試儀的功能齊全、操作簡單，貼合檢測工作實(shí)際，通過三爪卡盤固定玩具，利用步進(jìn)電機(jī)記錄位移、圓形刻度盤計(jì)算角度，較好地解決了半球形玩具測試中存在的一系列問題[6]，提高了測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，測試效率和自動(dòng)化水平也得到提升，該產(chǎn)品在玩具安全測試工作中具有廣闊的應(yīng)用前景。