一种羽绒蓬松度全自动前处理装置的研制

文/冯烨 赵瑞方 鲁毅

1 引言

羽绒蓬松度的大小，是评价羽绒质量、划分等级的一个重要指标。开展羽绒蓬松度检测需要先将样品在规定环境下还原，即进行前处理。相关文献资料表明国内外相关技术机构均采用人工手工操作的模式进行前处理，该模式导致前处理质量一致性、稳定性较差，同时羽绒中含有的杂质和粉尘给工作人员的职业安全带来了一定的隐患[1]。

蓬松度样品前处理方法主要有烘箱还原法和蒸汽还原法两种。国际羽绒羽毛检测实验室研究结果表明：不论检测样品在抵达实验室之前受到何种操作因素的影响，蒸汽还原法都能够提供更为稳定、更为精确的测定结果[2-3]。因此，蒸汽还原法已成为主流方法，IDFB测试规则和GB/T 10288—2016均采用蒸汽还原法。为提高前处理结果的一致性，减少职业伤害，将前处理过程仪器化是解决该问题的有效手段。

2 全自动装置设计方案

针对蓬松度前处理手工操作现状的不足，在收集相关技术资料、分析检测流程需要的基础上，本文形成了全自动装置整体设计方案，如图1所示。

图1 全自动装置整体设计方案

2.1 工作原理

进行羽绒样品前处理时，通过控制箱中PLC的设定指令，打开蒸汽电磁阀，前处理箱转盘4带动前处理箱1旋转，前处理箱1的四面金属网依次分时正对蒸汽喷嘴6和电热风机7并停留规定时间，PLC通过控制三轴联动装置8中的步进电机控制蒸汽喷嘴6前后、左右、上下三维度做8字形移动，蒸汽喷嘴6对前处理箱1的四面均匀吹入蒸汽。蒸汽吹入后，关闭蒸汽电磁阀，可设定静置时间，同样，开启电热风机7再对前处理箱1的四面进行依次热风吹干。

2.2 结构特点

该前处理全自动装置设计方案具有如下结构特点：

（1）高效的三轴联动运动单元：采用高精度步进电机作为驱动器，运用丝杆传动方式构成X、Y、Z三个方向的空间运动单元带动固连其上的电热风机和蒸汽喷嘴运动；丝杆上的防尘罩避免了羽绒样品中的粉尘和杂质损伤螺纹传动面。

（2）便捷的人机交互模式：在电控系统中使用可编程逻辑控制器（PLC）作为控制单元，使用触摸屏（HMI）作为显示和输入单元；支持用户根据样品实际情况设置吹风时间、吹风距离等运行参数。

（3）前处理箱自动对中设计：支架对角采用直角铝条，可调节中间区域位置，使其几何尺寸恰好放置前处理箱。

3 全自动装置单元选型设计

3.1 机械结构单元

为有效减轻整机重量，装置机械结构部件采用铝合金材质；机架底部安装有滚轮方便移动；滚珠丝杆选用带双导向架的MGK200型，确保了运动的精准，避免扭转。图2为全自动装置样机。

图2 全自动装置样机

3.2 电气控制单元

电控单元选用三菱Fx3UC-40MT-A可编程逻辑控制器（PLC）作为核心控制器；驱动器选用运行平稳、噪音小的步科86BYGH250A两相步进电机；选用维纶7寸屏作为人机交互界面。图3为HMI中参数设置界面。

图3 全自动装置参数设置界面

3.3 操作流程

全自动装置实现了羽绒前处理过程的无人值守，操作简单方便。

4 全自动装置试验测试

蓬松度前处理全自动装置完成样机组装后，开始在四川省纤维检验局开展应用性试验。

4.1 样品试验

为全面检验全自动装置设计合理性，研究人员分别采用日常检测样品中常见的5组不同含绒量的灰鸭绒作为试验样品，开展手工前处理和全自动装置前处理两种方式的对比试验。为对该装置充分验证，研究人员分别将蒸汽还原后样品状态分成充分润湿和基本润湿，在同一台数字式羽绒蓬松度测试仪中测试样品高度，其试验结果见表1。

表1 不同吹风时间对蓬松度影响

试验结果表明，对同一种性质的羽绒样品全自动装置处理后的样品与人工处理样品检测结果不受含绒量高低、润湿状态影响。自动和手工处理的检测样品蓬松度结果数据最大偏差率在含绒量较低时达到最大值4.6%，试验结果充分证明了全自动装置完全可以替代人工对样品进行前处理。研究人员根据试验结果数据对样机进行了部分修改后完成了装置的研制定型。

4.2 比对验证

为进一步验证全自动装置的实际使用效果，四川省纤维检验局使用该装置参加了2018年5月广州检验检测认证集团有限公司组织国内6家相关羽绒检测机构开展的“羽绒蓬松度项目实验室间比对”。四川省纤维检验局使用全自动装置对比对样品进行前处理，并在该比对项目中获得了满意结果。该次比对试验结果再次充分证明了全自动装置完全能替代人工对蓬松度样品进行前处理。

5 结论

羽绒蓬松度前处理全自动装置模拟人工操作流程，避免了手工处理导致的处理结果不均匀性，满足检测要求，大大缩短了每个样品前处理时间。该装置结构简洁大方，操作界面便捷高效，填补了国内空白，对提升羽绒及其制品的蓬松度指标检测结果准确性有重要意义。