林鵬輝 張華揚 王璨 漆志民 周瑋琪 劉偉

（汕頭海關(guān)，廣東汕頭 515800）

沖擊試驗是評估磁性玩具和電玩具安全的重要檢驗項目，世界主要國家均制定了相關(guān)技術(shù)法規(guī)或產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對玩具沖擊試驗加以規(guī)范，要求玩具中的磁體和磁性部件、小球，附著在食物上的玩具、面具和頭盔、電池室等部位應(yīng)進(jìn)行沖擊試驗以評估其符合性[1]。

為確保測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，在進(jìn)行玩具沖擊測試時，需保持圓柱形金屬重塊水平釋放，且釋放位置處于測試樣品的正上方[2]。由于標(biāo)準(zhǔn)均未對測試儀器的規(guī)格及自動化程度進(jìn)行限定，傳統(tǒng)測試方法常采用檢測人員手拿金屬重塊，目測重塊和樣品的對應(yīng)位置，手動釋放重塊，存在操作復(fù)雜、沖擊位置差異性大、測試結(jié)果精確度低等缺點。本研究課題設(shè)計的測試儀器是專門用來進(jìn)行玩具沖擊試驗的自動化設(shè)備，可顯著提高測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，確保圓柱形金屬重塊釋放高度和釋放位置的精確有效，通過非接觸式外置控制器的按鍵操作，極大降低傳統(tǒng)手工測試時玩具沖擊碎片的飛濺對測試人員的傷害風(fēng)險。

1 試驗方法研究

現(xiàn)行國內(nèi)玩具機械與物理性能標(biāo)準(zhǔn)GB 6675.2-2014《玩具安全 第2部分：機械與物理性能》修改采用ISO 8124-1:2000《玩具安全 第1部分：機械與物理性能》，由國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會于2014年5月發(fā)布，代替舊版標(biāo)準(zhǔn)GB 6675-2003《國家玩具安全技術(shù)規(guī)范》。新版標(biāo)準(zhǔn)增加磁體和磁性部件的要求和磁體沖擊測試方法，測試時將玩具或玩具部件以最易被損壞的位置放在水平的鋼制平板上，然后從離玩具或玩具部件上表面100 mm的高處落下一個質(zhì)量為1 kg、直徑為80 mm的圓柱形勻質(zhì)金屬重塊，并保證其平面落在玩具上，檢查脫落的磁體或磁性部件是否為小零件[3]。國內(nèi)電性能安全標(biāo)準(zhǔn)GB 19865-2005《電玩具的安全》等同采用IEC 62115:2003《電玩具的安全》，標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計供3歲以下兒童使用的電玩具的電池室蓋應(yīng)有足夠的防護，經(jīng)過沖擊測試后電池室不應(yīng)被打開，沖擊試驗方式與GB 6675.2一致[4]。

2020年6月，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織發(fā)布新版標(biāo)準(zhǔn)ISO 8124-1:2018+A1:2020+A2:2020，代替ISO 8124-1:2018，標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于磁體沖擊的測試方法與GB 6675.2一致。2017年4月，國際電工委員會發(fā)布新版標(biāo)準(zhǔn)IEC 62115:2017，代替IEC 62115:2003+A1:2004+A2:2010，標(biāo)準(zhǔn)對供3歲以下兒童使用的電玩具的沖擊測試方式與GB 19865-2005一致。

2017年8月，美國材料與試驗協(xié)會發(fā)布新版標(biāo)準(zhǔn)ASTM F963-17《消費者安全規(guī)范：玩具安全》，代替ASTM F963-11。標(biāo)準(zhǔn)機械與物理性能部分關(guān)于磁體沖擊的測試方法與GB 6675.2一致，電性能部分關(guān)于供3歲以下兒童使用的電玩具的沖擊測試采用鋼球沖擊方法，與磁體沖擊測試方法不一致，具體要求為將直徑為16 mm、質(zhì)量為15.8 g的鋼球從130 cm的高處跌落到玩具表面。

2018年6月，歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會發(fā)布了新版標(biāo)準(zhǔn)EN 71-1:2014+A1:2018《玩具安全 第1部分：機械與物理性能》，代替EN 71-1:2014。標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于磁體沖擊的測試方法與GB 6675.2一致，此外要求玩具中的小球、附著在食物上的玩具、面具和頭盔等部位也需進(jìn)行金屬重塊的沖擊測試[5]。2020年2月，歐洲電工標(biāo)準(zhǔn)化委員會發(fā)布新版標(biāo)準(zhǔn)EN IEC 62115:2020+A11:2020《電玩具的安全》，代替EN 62115:2005+A12:2015，標(biāo)準(zhǔn)對供3歲以下兒童使用的電玩具的沖擊測試方式與GB 19865-2005一致。

國內(nèi)外主要機械與物理性能標(biāo)準(zhǔn)新規(guī)實施時間及沖擊試驗方法介紹如表1所示。經(jīng)過對比，四個機械與物理性能標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于磁體沖擊的測試方法一致，四個電性能標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于供3歲以下兒童使用的電玩具的沖擊測試方面，GB 19865、IEC 62115及EN 62115標(biāo)準(zhǔn)要求與磁體沖擊的測試方法一致，均使用圓柱形金屬重塊測試，ASTM F963標(biāo)準(zhǔn)電性能部分采用鋼球沖擊方法，與仿制防護玩具的沖擊測試方法一致。本文選取應(yīng)用較廣泛的圓柱形金屬重塊沖擊試驗方法進(jìn)行研究，可應(yīng)用于玩具中的磁體和磁性部件、小球、附著在食物上的玩具、面具和頭盔、電池室等部位的沖擊測試。

表1 國內(nèi)外主要機械與物理性能標(biāo)準(zhǔn)新規(guī)實施時間及沖擊試驗方法介紹

2 儀器工作原理

測試時依次打開控制器的電源開關(guān)和電磁鐵控制開關(guān)，將玩具部件放置在測試底座的鋼制平板上，鋼制平板表面標(biāo)記了樣品放置位置，該位置中心與圓柱形金屬重塊的中心線重合，將圓柱形金屬重塊吸附在電磁鐵上。打開控制器的電機開關(guān)，調(diào)節(jié)活動支架向下移動至圓柱形金屬重塊的下表面剛好接觸玩具部件的上邊緣位置，觀察玩具部件的中心是否和金屬重塊的中心線重合，確保完全重合后調(diào)節(jié)活動支架向上移動100 mm，該位置即為沖擊測試圓柱形金屬重塊的釋放位置。定位完成后，關(guān)閉控制器的電磁鐵開關(guān)，釋放圓柱形金屬重塊使其平面落在玩具部件上，檢查玩具部件是否產(chǎn)生危險銳利邊緣、危險銳利尖端等，檢查帶磁體和磁性部件的磁體是否脫落，檢查產(chǎn)生及電池室是否被打開等[6]。

玩具沖擊試驗器的工作原理流程圖如圖1所示。

圖1 玩具沖擊試驗器的工作原理流程圖

3 儀器結(jié)構(gòu)設(shè)計

玩具沖擊試驗器主要由控制系統(tǒng)、電磁鐵釋放機構(gòu)、接近開關(guān)、高度調(diào)節(jié)機構(gòu)、測試底座等組成。玩具沖擊試驗器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，電磁鐵固定方式的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖2 玩具沖擊試驗器的結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 電磁鐵固定方式的結(jié)構(gòu)示意圖

3.1 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)的設(shè)計基于BR40系列電源控制器，主要由直流開關(guān)電源和繼電器組成，直流開關(guān)電源包含智能溫控模塊、整流器、過載保護電路等。繼電器為翼片端子型，觸點允許最大電流值為8 A，利用RC電路和二極管抑制反電動勢。控制器通過繼電器連接各功能開關(guān)包括電源開關(guān)、電磁鐵釋放開關(guān)、接近開關(guān)、高度調(diào)節(jié)機構(gòu)控制開關(guān)等，用于實現(xiàn)對圓柱形金屬重塊的吸附、釋放控制及高度調(diào)節(jié)等。

3.2 電磁鐵釋放機構(gòu)

電磁鐵固定在高度調(diào)節(jié)機構(gòu)活動支架的一端，通過軟導(dǎo)線與電源控制器連接。電磁鐵在通電狀態(tài)磁化，斷電狀態(tài)消磁，圓柱形金屬重塊的上表面設(shè)計有圓形凹槽，設(shè)計用于固定電磁鐵，避免金屬重塊晃動，確保通電吸附時兩者中心線重合，通過控制器的電磁鐵釋放開關(guān)實現(xiàn)對金屬重塊的吸附和釋放。

3.3 接近開關(guān)

接近開關(guān)安裝在儀器立柱的上下兩端，當(dāng)高度調(diào)節(jié)機構(gòu)的活動支架移動至接近開關(guān)時，接近開關(guān)反饋信號給控制器，控制器發(fā)送停止信號給驅(qū)動電機，確?；顒又Ъ茉谝苿又两咏_關(guān)時停止。設(shè)計安裝接近開關(guān)用于限定活動支架的上下移動區(qū)域，保障測試裝置的安全運行。

3.4 高度調(diào)節(jié)機構(gòu)

高度調(diào)節(jié)機構(gòu)固定在測試底座上，主要由立柱、活動支架、標(biāo)尺、螺桿和驅(qū)動電機等構(gòu)成。標(biāo)尺設(shè)計用于觀測圓柱形金屬重塊的高度，確保測試時金屬重塊從玩具樣品正上方100 mm的高處落下。活動支架由電機驅(qū)動沿螺桿上下移動，通過控制器的電機開關(guān)實現(xiàn)對活動支架的高度調(diào)節(jié)。活動支架與立柱相鄰的一端安裝有定位指針，設(shè)計用于觀測活動支架及圓柱形金屬重塊的高度。

4 測試應(yīng)用

測試選用磁力片積木玩具，磁力片由塑膠外殼和磁體組成，樣品共包含三角形、正方形等5種形狀外殼的磁力片，在不同形狀的磁力片中各選取1只，依次編為1至5號。測試樣品如圖4所示。

圖4 測試樣品

測試時首先按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的順序?qū)Υ判圆考M(jìn)行磁體拉力測試、跌落測試、扭力測試和一般拉力測試，將測試后的磁性部件放置在儀器鋼制平板的指定位置，采用GB 6675.2-2014標(biāo)準(zhǔn)的測試方式，使用本文設(shè)計制作的沖擊試驗器對玩具中的磁性部件進(jìn)行測試。測試后如果有磁體或磁性部件脫落，且脫落的磁體或磁性部件為小零件，則使用高斯計測量并記錄脫落磁體或磁性部件的磁通量指數(shù)，磁通量指數(shù)小于50 kG2mm2判定為合格。測試結(jié)果如表2所示。

表2 磁性部件樣品的測試結(jié)果

結(jié)果表面，不同形狀外殼的磁力片中有4款測試合格，1款測試不合格。其中編號1至3的磁力片測試后磁體未脫落，編號4和編號5的磁力片測試后磁鐵脫落為小零件，編號5的磁力片磁通量指數(shù)超出標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 結(jié)束語

本文設(shè)計的玩具沖擊試驗器通過在底座上設(shè)置控制電路和高度調(diào)節(jié)機構(gòu)，通過高度調(diào)節(jié)機構(gòu)以磁性吸附的方式對圓柱形金屬重塊進(jìn)行固定，然后通過控制器控制電磁鐵的磁化或消磁，以使金屬重塊釋放，從而對玩具進(jìn)行沖擊測試。經(jīng)驗證，該裝置可實現(xiàn)玩具沖擊測試過程的自動化，解決傳統(tǒng)手工測試操作復(fù)雜、精確度低、復(fù)現(xiàn)性差的缺點，提高測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，可為檢測機構(gòu)和玩具生產(chǎn)企業(yè)評估產(chǎn)品沖擊試驗的符合性提供參考。