玩具燃烧测试仪用于测试长度的方法解读
2018/11/12
本发明涉及一种用来检测玩具易燃性相关长度参数的方法，这种方法用于玩具产品进出口的安全检验与检测，用在生产玩具的厂家的产品质量检验与测试，属检测技术领域。
玩具进出口必须经过一系列相应标准的检验，而易燃性检验是其中重要的环节。各种标准对玩具燃烧性能检测过程中都要求测试玩具长度、胡须等伸出长度和烧毁部分长度，而且要求测试精度高；各种标准中对点火位置也有要求，在测试过程中通过对火焰喷头的移动、定位来寻找最佳点火位置；各种标准中对完成整个易燃性测试过程的时间有严格的要求。因此，要求在玩具易燃性测试过程中要求测试长度精度高、速度要快，火焰喷头的定位高度要准确、速度要快。
目前，在玩具易燃性测试中对玩具长度、胡须等伸出长度和烧毁部分长度的测试使用的几乎是全人工的方式，一般是将钢尺固定在悬挂玩具的机构上，由测试人员确定测试基准点后，用眼睛观察所要测试的长度值。这种测试方法致使测试精读低、速度慢、重复性差、效率低、工作量大，准确测量玩具高度及烧毁部分尺寸困难，尤其测试大型玩具(高度大于520mm的软体玩具)较为困难。所以，研制一种能准确、快速、自动完成测试，造价又便宜的测试方法是非常必要的。
本发明所要解决的技术问题是：提供一种在玩具燃烧测试仪上测试长度的方法，用来检测玩具测试过程诸多与长度相关的参数，这些与长度相关的参数包括玩具的长度、带胡须等玩具的胡须等物的伸出长度、玩具烧毁部分长度及点火位置高度等参数，这种方法应该具有检测的长度精度高、测试速度快，火焰喷头的定位准确、定位速度快的良好效果。
为此，本发明公开了一种在玩具燃烧测试仪上测试长度的方法，它包括如下步骤：步骤一，以测试物机构上的触针的中心点作为定位基准点，以在测试物机构上设置的光电开关为测试物参考点，以在测试机构上设置的光电开关为测试参考点；由控制系统控制，测试物机构上的垂直滑块装置移动到测试物参考点，测试机构的垂直滑块机构移动到测试参考点；步骤二，在测试物机构上挂置待测玩具，控制测试物机构上的垂直滑块装置移动，在待测玩具的测试底部与定位基准点对齐时停止机构的运行；步骤三，控制测试机构上的垂直滑块装置移动，安装在测试机构垂直滑块装置上的标尺随之移动，使标尺运动到待测玩具所要测试的上部位置，控制系统记录测试机构上的垂直滑块装置的移动距离。
优选地，所述步骤二还包括步骤A：在测试物机构上挂置待测玩具，火焰喷头在最佳点火位置点火并燃烧，使待测玩具完成测试所需要的燃烧测试，然后控制测试物机构上的垂直滑块装置移动。包括本步骤的本发明方法可以用来完成烧毁部分长度的测试。
优选地，所述步骤A还包括步骤B：在测试物机构上挂置待测玩具，移动测试物机构上的垂直滑块装置，同时配合移动点火装置，也就是使点火喷头移动，使待测玩具的最易燃部位处于最佳燃烧位置，即最易燃部位处于喷头前的有效距离内，点火燃烧，待燃烧完成，控制系统记录测试物机构上的垂直滑块装置的移动距离，然后重复步骤一。包括本步骤的本发明方法可以用来完成火焰喷头的点火位置高度的测试。
本发明相比现有技术的有益效果如下：
本发明为在玩具燃烧测试仪上测试长度的方法，该方法可以用来检测玩具测试过程诸多与长度相关的参数，这些与长度相关的参数包括玩具的高度、带胡须的玩具的胡须的伸出长度、玩具烧毁部分长度及点火位置高度等参数，它具有检测的长度精度高、测试速度快，火焰喷头的定位准确、定位速度快的特点。
为了可以完成玩具烧毁部分长度的测试，步骤二还包括步骤A：在测试物机构上挂置待测玩具，火焰喷头在最佳点火位置点火并燃烧，使待测玩具完成测试所需要的燃烧测试，然后控制测试物机构上的垂直滑块装置移动。包括本步骤的本发明方法可以用来完成烧毁部分长度的测试。此时测试底部选择为玩具烧毁部位的最底端，测试顶部为玩具烧毁部位的最顶部，这时测出来就是玩具烧毁部分的长度。
为了完成包括点火位置高度的测试，步骤A还包括步骤B：在测试物机构上挂置待测玩具，移动测试物机构上的垂直滑块装置，同时配合移动点火装置，也就是使点火喷头移动，使待测玩具的最易燃部位处于最佳燃烧位置，即最易燃部位处于喷头前的有效距离内，点火燃烧，待燃烧完成，控制系统记录测试物机构上的垂直滑块装置的移动距离，然后重复步骤一。包括本步骤的本发明方法可以用来完成火焰喷头的点火位置高度的测试。
测试装置包括标线机构5、喷头平面定位机构2、喷头定位机构1、测试物机构3、测试机构4等组成。
其中测试机构4包括标尺垂直位移丝杠44、测试机构底座47、下限位开关45，标尺垂直位移丝杠44下端固定在测试机构底座47上，下限位开关45设在标尺垂直位移丝杠44下端，可以在标尺垂直位移丝杠44上滑动的标尺垂直滑块装置46设置在标尺垂直位移丝杠44上，测试机构4的标尺垂直位移丝杠44与控制系统连接。测试机构4的有效运行范围0～580mm(由下限位开关45决定的运行范围，即测试范围)，测试机构底座47高350mm，下限位开关45安装在距机械零点15mm的位置，步进电机安装在机构的顶端。
标线机构5包括水平伸出的标尺50，标尺50固定在一个标尺滑块装置43上，在标尺50一侧平行地设有一根通过烧断来控制计时开关动作的棉线52，棉线52一端固定在标尺顶端的夹紧元件53上，棉线52另一端用来连接固定在标尺另一个顶端的启动计时开关动作的重锤51，标尺滑块装置43设在两端设有限位开关的标尺水平丝杠42上，标尺水平位移丝杠42固定在设置在测试机构的垂直位移丝杠上的标尺垂直滑块装置46上，标尺水平位移丝杠42与控制系统连接。此机构的标尺50长800mm，安装在测试机构4上，可在标尺水平位移丝杠上作前后往复运行，运行范围0～600mm，由前标线限位开关41和后标线限位开关40这两个限位开关决定的运行范围，此机构的安装保持与平台平面平行，此标准线在测试时既作为被测物长度标尺(在测试机构有效运行范围0～580mm内上下运行)，又是燃烧时间控制的标尺。此机构上的计时开关设计如图1所示，为重锤式，当棉线52烧断时重锤51下落，计时开关动作并输出开关信号。
喷头定位机构1为柱体，其上端设置带喷嘴10的喷头11，下部连接喷头平面定位机构2。
喷头平面定位机构2主体为一水平丝杠装置，其水平丝杠23上设置可以在其上活动的喷头定位机构1，水平丝杠23两端分别设有限位开关，水平丝杠23一端设有一个与其在水平面上可以连轴转动的圆盘体20，水平丝杠23和圆盘体23分别与控制系统连接。喷头平面定位机构2设计成可在一定的半径内旋转，旋转范围0～180°、旋转半径600mm，安装在与平台平面平行的、可旋转的Φ800mm的圆盘20上；喷头定位机构1可在喷头平面定位机构2上往复运行，运行范围为0～600mm(由外限位开关21和内限位开关22决定的运行范围)，见图1；喷头定位机构1的步进电机安装在机构的右侧顶端，喷头平面定位机构2的步进电机安装在旋转圆盘20的底端。
测试物机构3包括测试物机构垂直丝杠30、测试物机构底座32、测试物机构垂直滑块装置31、支架36、支架导轨38、测试物机构限位开关39、触针导轨33和触针滑块34；测试物机构垂直丝杠30下端固定在测试物机构底座32上，可以在测试物机构垂直丝杠30上滑动的测试物机构垂直滑块装置31设置在测试物机构垂直丝杠30上，支架导轨38水平地置于滑块装置31上，支架36固定在支架导轨上，支架导轨38的设置是为了增大被测玩具的固定范围，支架36可在支架导轨38上任意移动，运行范围0～400mm，触针导轨33水平地置于测试物机构底座32上，触针滑块34设在触针导轨33上，触针滑块34上固定有触针35，触针35朝向喷头定位机构1；测试物机构垂直丝杠30与控制系统连接；测试物机构限位开关39设在测试物机构垂直丝杠30下端。见图1。本机构的测试物机构垂直丝杠30的有效运行范围0～580mm(测试物机构限位开关39决定的运行范围)，测试物机构底座32高350mm，测试物机构限位开关39安装在距机械零点15mm的位置，步进电机安装在机构的顶端。测试时，将被测物固定到支架36上，控制测试物机构的运行，并配合触针滑块34在触针导轨33上移动，由测试物机构垂直滑块装置31上的触针35确定基准点O的位置。测试物机构垂直滑块装置31与触针导轨33的设计是为了增大定位范围，触针35可在测试物机构垂直滑块装置31上水平任意移动，运行范围为0～350mm。
控制系统包括驱动丝杠和圆盘的步进电机驱动系统，和控制电机驱动系统的智能电子控制系统。如由西门子S7-200CPU224XP的PLC控制器和EM253运动控制卡、步进电机、驱动控制装置和电源构成。
本发明的应用及原理如下说明：
由于被测玩具种类不同，测试玩具的有效长度往往不是测试玩具的最大长度，这就需要对每类玩具，甚至每个玩具都要确定一个测试的定位基准点。在测试装置上，由于不同的机构完成不同的测试功能，每个机构都要有自己的测试参考零点，但这些参考零点对于整个装置来说很难做到位置高度完全相同，因此存在参考零点的确定影响测试精度的问题。若将一个定位基准点作为所要进行的整个测试过程的所有机构的参考零点，则可使测试准确、精度高。
在测试物机构上设置定位基准点O，是触针的中心点，定位基准点O通过触针滑块34可以在水平方向上移动，移动范围0～350mm；如图1所示。同时设置参考点A、参考点B、参考点C，参考点A在测试物机构上，在A点安装光电开关，即测试物机构限位开关39，选用日本神视传感器公司的GXL-8H光电开关；参考点B在测试机构上，参考点B位置上安装一个GXL-8H光电开关，即下限位开关45；参考点C在喷头定位机构的喷嘴10上，为喷嘴的顶端点，如图1所示。
在测试过程中首先根据不同类型的玩具进行基准点O定位，该基准点是测试过程的零位参考点；此基准点也是整个测试仪的定位基准点，包括被测试物定位、测试机构定位、火焰喷头的定位，测试标准线的定位。
自动控制测试过程：第一，每次测试玩具长度时，首先控制测试物机构、测试机构完成查找参考点的功能，通过调用西门子S7-200PLC系统中的运动控制功能块EM253的查找参考点功能子程序(POSO-RSEEK)完成，当PLC控制系统接收到在参考点A、参考点B的开关信号时，即找到参考点位置，立即停止该机构运行。测试物定位精度＜±0.03mm，喷头定位精度＜±0.5mm。
第二，在测试物机构上固定好被测玩具，控制测试物机构运行，使被测玩具的有效测试零点与定位基准点O对齐。
第三，控制测试机构运行，带动标线机构，将标线运动到被测玩具的顶端位置。
此时：H＝b+H1，式中：H为被测玩具有效长度，b为参考点B与定位基准点O之间的高度差值(常数)，H1为步进电机带动测试物机构垂直滑块装置31的移动距离；因为：采用PLC控制步进电机，步进电机移动距离与PLC输出脉冲数、丝杠螺距、驱动器细分数之间存在如下的关系： 所以，在丝杠螺距和驱动器细分数一定的情况下，控制系统中步进电机带动负载机构的移动距离与PLC的输出脉冲数的关系是一定的，即：H1＝f(n)，式中：H1为步进电机带动测试机构的移动距离，f(n)为PLC的输出脉冲数与移动距离的函数；所以，玩具有效长度H＝b+f(n)同理，控制标线机构运行，当标线位置在玩具的胡须等伸出长度顶端位置或烧毁部分顶端位置时，此时测出的长度H就是伸出长度或烧毁部分长度。长度测试精度达到＜±0.11mm。
火焰喷头的点火位置高度：H’＝a-c+f’(n)，式中：H’为火焰喷头的点火位置高度，c为参考点C与定位基准点O之间的高度差值(常数)，a为参考点A与定位基准点O之间的高度差值(常数)，f’(n)为步进电机带动测试物机构滑块装置31的移动距离。
本发明方法针对欧洲标准EN71-2：2006、GB6675-2003、ISO8124-2000要求的玩具的易燃性测试要求可满足对≤520mm软体填充类玩具、＞520mm软体填充类玩具、≥50mm胡须假发等头饰类玩具、＜50mm胡须、假发等头饰类玩具、飘拂的覆盖物化妆服饰和穿戴类玩具共五类玩具的易燃性测试。
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