一種羽絨蓬松度全自動前處理裝置的研制

文/馮燁 趙瑞方 魯毅

1 引言

羽絨蓬松度的大小，是評價羽絨質量、劃分等級的一個重要指標。開展羽絨蓬松度檢測需要先將樣品在規定環境下還原，即進行前處理。相關文獻資料表明國內外相關技術機構均采用人工手工操作的模式進行前處理，該模式導致前處理質量一致性、穩定性較差，同時羽絨中含有的雜質和粉塵給工作人員的職業安全帶來了一定的隱患[1]。

蓬松度樣品前處理方法主要有烘箱還原法和蒸汽還原法兩種。國際羽絨羽毛檢測實驗室研究結果表明：不論檢測樣品在抵達實驗室之前受到何種操作因素的影響，蒸汽還原法都能夠提供更為穩定、更為精確的測定結果[2-3]。因此，蒸汽還原法已成為主流方法，IDFB測試規則和GB/T 10288—2016均采用蒸汽還原法。為提高前處理結果的一致性，減少職業傷害，將前處理過程儀器化是解決該問題的有效手段。

2 全自動裝置設計方案

針對蓬松度前處理手工操作現狀的不足，在收集相關技術資料、分析檢測流程需要的基礎上，本文形成了全自動裝置整體設計方案，如圖1所示。

圖1 全自動裝置整體設計方案

2.1 工作原理

進行羽絨樣品前處理時，通過控制箱中PLC的設定指令，打開蒸汽電磁閥，前處理箱轉盤4帶動前處理箱1旋轉，前處理箱1的四面金屬網依次分時正對蒸汽噴嘴6和電熱風機7并停留規定時間，PLC通過控制三軸聯動裝置8中的步進電機控制蒸汽噴嘴6前后、左右、上下三維度做8字形移動，蒸汽噴嘴6對前處理箱1的四面均勻吹入蒸汽。蒸汽吹入后，關閉蒸汽電磁閥，可設定靜置時間，同樣，開啟電熱風機7再對前處理箱1的四面進行依次熱風吹干。

2.2 結構特點

該前處理全自動裝置設計方案具有如下結構特點：

（1）高效的三軸聯動運動單元：采用高精度步進電機作為驅動器，運用絲桿傳動方式構成X、Y、Z三個方向的空間運動單元帶動固連其上的電熱風機和蒸汽噴嘴運動；絲桿上的防塵罩避免了羽絨樣品中的粉塵和雜質損傷螺紋傳動面。

（2）便捷的人機交互模式：在電控系統中使用可編程邏輯控制器（PLC）作為控制單元，使用觸摸屏（HMI）作為顯示和輸入單元；支持用戶根據樣品實際情況設置吹風時間、吹風距離等運行參數。

（3）前處理箱自動對中設計：支架對角采用直角鋁條，可調節中間區域位置，使其幾何尺寸恰好放置前處理箱。

3 全自動裝置單元選型設計

3.1 機械結構單元

為有效減輕整機重量，裝置機械結構部件采用鋁合金材質；機架底部安裝有滾輪方便移動；滾珠絲桿選用帶雙導向架的MGK200型，確保了運動的精準，避免扭轉。圖2為全自動裝置樣機。

圖2 全自動裝置樣機

3.2 電氣控制單元

電控單元選用三菱Fx3UC-40MT-A可編程邏輯控制器（PLC）作為核心控制器；驅動器選用運行平穩、噪音小的步科86BYGH250A兩相步進電機；選用維綸7寸屏作為人機交互界面。圖3為HMI中參數設置界面。

圖3 全自動裝置參數設置界面

3.3 操作流程

全自動裝置實現了羽絨前處理過程的無人值守，操作簡單方便。

4 全自動裝置試驗測試

蓬松度前處理全自動裝置完成樣機組裝后，開始在四川省纖維檢驗局開展應用性試驗。

4.1 樣品試驗

為全面檢驗全自動裝置設計合理性，研究人員分別采用日常檢測樣品中常見的5組不同含絨量的灰鴨絨作為試驗樣品，開展手工前處理和全自動裝置前處理兩種方式的對比試驗。為對該裝置充分驗證，研究人員分別將蒸汽還原后樣品狀態分成充分潤濕和基本潤濕，在同一臺數字式羽絨蓬松度測試儀中測試樣品高度，其試驗結果見表1。

表1 不同吹風時間對蓬松度影響

試驗結果表明，對同一種性質的羽絨樣品全自動裝置處理后的樣品與人工處理樣品檢測結果不受含絨量高低、潤濕狀態影響。自動和手工處理的檢測樣品蓬松度結果數據最大偏差率在含絨量較低時達到最大值4.6%，試驗結果充分證明了全自動裝置完全可以替代人工對樣品進行前處理。研究人員根據試驗結果數據對樣機進行了部分修改后完成了裝置的研制定型。

4.2 比對驗證

為進一步驗證全自動裝置的實際使用效果，四川省纖維檢驗局使用該裝置參加了2018年5月廣州檢驗檢測認證集團有限公司組織國內6家相關羽絨檢測機構開展的“羽絨蓬松度項目實驗室間比對”。四川省纖維檢驗局使用全自動裝置對比對樣品進行前處理，并在該比對項目中獲得了滿意結果。該次比對試驗結果再次充分證明了全自動裝置完全能替代人工對蓬松度樣品進行前處理。

5 結論

羽絨蓬松度前處理全自動裝置模擬人工操作流程，避免了手工處理導致的處理結果不均勻性，滿足檢測要求，大大縮短了每個樣品前處理時間。該裝置結構簡潔大方，操作界面便捷高效，填補了國內空白，對提升羽絨及其制品的蓬松度指標檢測結果準確性有重要意義。