玩具冲击试验方法与国内外检测标准差异的研究

林鹏辉 张华扬 王璨 漆志民 周玮琪 刘伟

（汕头海关，广东汕头 515800）

冲击试验是评估磁性玩具和电玩具安全的重要检验项目，世界主要国家均制定了相关技术法规或产品标准对玩具冲击试验加以规范，要求玩具中的磁体和磁性部件、小球，附着在食物上的玩具、面具和头盔、电池室等部位应进行冲击试验以评估其符合性[1]。

为确保测试结果的准确性，在进行玩具冲击测试时，需保持圆柱形金属重块水平释放，且释放位置处于测试样品的正上方[2]。由于标准均未对测试仪器的规格及自动化程度进行限定，传统测试方法常采用检测人员手拿金属重块，目测重块和样品的对应位置，手动释放重块，存在操作复杂、冲击位置差异性大、测试结果精确度低等缺点。本研究课题设计的测试仪器是专门用来进行玩具冲击试验的自动化设备，可显著提高测试结果的准确性，确保圆柱形金属重块释放高度和释放位置的精确有效，通过非接触式外置控制器的按键操作，极大降低传统手工测试时玩具冲击碎片的飞溅对测试人员的伤害风险。

1 试验方法研究

现行国内玩具机械与物理性能标准GB 6675.2-2014《玩具安全 第2部分：机械与物理性能》修改采用ISO 8124-1:2000《玩具安全 第1部分：机械与物理性能》，由国家标准化管理委员会于2014年5月发布，代替旧版标准GB 6675-2003《国家玩具安全技术规范》。新版标准增加磁体和磁性部件的要求和磁体冲击测试方法，测试时将玩具或玩具部件以最易被损坏的位置放在水平的钢制平板上，然后从离玩具或玩具部件上表面100 mm的高处落下一个质量为1 kg、直径为80 mm的圆柱形匀质金属重块，并保证其平面落在玩具上，检查脱落的磁体或磁性部件是否为小零件[3]。国内电性能安全标准GB 19865-2005《电玩具的安全》等同采用IEC 62115:2003《电玩具的安全》，标准要求设计供3岁以下儿童使用的电玩具的电池室盖应有足够的防护，经过冲击测试后电池室不应被打开，冲击试验方式与GB 6675.2一致[4]。

2020年6月，国际标准化组织发布新版标准ISO 8124-1:2018+A1:2020+A2:2020，代替ISO 8124-1:2018，标准关于磁体冲击的测试方法与GB 6675.2一致。2017年4月，国际电工委员会发布新版标准IEC 62115:2017，代替IEC 62115:2003+A1:2004+A2:2010，标准对供3岁以下儿童使用的电玩具的冲击测试方式与GB 19865-2005一致。

2017年8月，美国材料与试验协会发布新版标准ASTM F963-17《消费者安全规范：玩具安全》，代替ASTM F963-11。标准机械与物理性能部分关于磁体冲击的测试方法与GB 6675.2一致，电性能部分关于供3岁以下儿童使用的电玩具的冲击测试采用钢球冲击方法，与磁体冲击测试方法不一致，具体要求为将直径为16 mm、质量为15.8 g的钢球从130 cm的高处跌落到玩具表面。

2018年6月，欧洲标准化委员会发布了新版标准EN 71-1:2014+A1:2018《玩具安全 第1部分：机械与物理性能》，代替EN 71-1:2014。标准关于磁体冲击的测试方法与GB 6675.2一致，此外要求玩具中的小球、附着在食物上的玩具、面具和头盔等部位也需进行金属重块的冲击测试[5]。2020年2月，欧洲电工标准化委员会发布新版标准EN IEC 62115:2020+A11:2020《电玩具的安全》，代替EN 62115:2005+A12:2015，标准对供3岁以下儿童使用的电玩具的冲击测试方式与GB 19865-2005一致。

国内外主要机械与物理性能标准新规实施时间及冲击试验方法介绍如表1所示。经过对比，四个机械与物理性能标准关于磁体冲击的测试方法一致，四个电性能标准关于供3岁以下儿童使用的电玩具的冲击测试方面，GB 19865、IEC 62115及EN 62115标准要求与磁体冲击的测试方法一致，均使用圆柱形金属重块测试，ASTM F963标准电性能部分采用钢球冲击方法，与仿制防护玩具的冲击测试方法一致。本文选取应用较广泛的圆柱形金属重块冲击试验方法进行研究，可应用于玩具中的磁体和磁性部件、小球、附着在食物上的玩具、面具和头盔、电池室等部位的冲击测试。

表1 国内外主要机械与物理性能标准新规实施时间及冲击试验方法介绍

2 仪器工作原理

测试时依次打开控制器的电源开关和电磁铁控制开关，将玩具部件放置在测试底座的钢制平板上，钢制平板表面标记了样品放置位置，该位置中心与圆柱形金属重块的中心线重合，将圆柱形金属重块吸附在电磁铁上。打开控制器的电机开关，调节活动支架向下移动至圆柱形金属重块的下表面刚好接触玩具部件的上边缘位置，观察玩具部件的中心是否和金属重块的中心线重合，确保完全重合后调节活动支架向上移动100 mm，该位置即为冲击测试圆柱形金属重块的释放位置。定位完成后，关闭控制器的电磁铁开关，释放圆柱形金属重块使其平面落在玩具部件上，检查玩具部件是否产生危险锐利边缘、危险锐利尖端等，检查带磁体和磁性部件的磁体是否脱落，检查产生及电池室是否被打开等[6]。

玩具冲击试验器的工作原理流程图如图1所示。

图1 玩具冲击试验器的工作原理流程图

3 仪器结构设计

玩具冲击试验器主要由控制系统、电磁铁释放机构、接近开关、高度调节机构、测试底座等组成。玩具冲击试验器的结构示意图如图2所示，电磁铁固定方式的结构示意图如图3所示。

图2 玩具冲击试验器的结构示意图

图3 电磁铁固定方式的结构示意图

3.1 控制系统

控制系统的设计基于BR40系列电源控制器，主要由直流开关电源和继电器组成，直流开关电源包含智能温控模块、整流器、过载保护电路等。继电器为翼片端子型，触点允许最大电流值为8 A，利用RC电路和二极管抑制反电动势。控制器通过继电器连接各功能开关包括电源开关、电磁铁释放开关、接近开关、高度调节机构控制开关等，用于实现对圆柱形金属重块的吸附、释放控制及高度调节等。

3.2 电磁铁释放机构

电磁铁固定在高度调节机构活动支架的一端，通过软导线与电源控制器连接。电磁铁在通电状态磁化，断电状态消磁，圆柱形金属重块的上表面设计有圆形凹槽，设计用于固定电磁铁，避免金属重块晃动，确保通电吸附时两者中心线重合，通过控制器的电磁铁释放开关实现对金属重块的吸附和释放。

3.3 接近开关

接近开关安装在仪器立柱的上下两端，当高度调节机构的活动支架移动至接近开关时，接近开关反馈信号给控制器，控制器发送停止信号给驱动电机，确保活动支架在移动至接近开关时停止。设计安装接近开关用于限定活动支架的上下移动区域，保障测试装置的安全运行。

3.4 高度调节机构

高度调节机构固定在测试底座上，主要由立柱、活动支架、标尺、螺杆和驱动电机等构成。标尺设计用于观测圆柱形金属重块的高度，确保测试时金属重块从玩具样品正上方100 mm的高处落下。活动支架由电机驱动沿螺杆上下移动，通过控制器的电机开关实现对活动支架的高度调节。活动支架与立柱相邻的一端安装有定位指针，设计用于观测活动支架及圆柱形金属重块的高度。

4 测试应用

测试选用磁力片积木玩具，磁力片由塑胶外壳和磁体组成，样品共包含三角形、正方形等5种形状外壳的磁力片，在不同形状的磁力片中各选取1只，依次编为1至5号。测试样品如图4所示。

图4 测试样品

测试时首先按照标准规定的顺序对磁性部件进行磁体拉力测试、跌落测试、扭力测试和一般拉力测试，将测试后的磁性部件放置在仪器钢制平板的指定位置，采用GB 6675.2-2014标准的测试方式，使用本文设计制作的冲击试验器对玩具中的磁性部件进行测试。测试后如果有磁体或磁性部件脱落，且脱落的磁体或磁性部件为小零件，则使用高斯计测量并记录脱落磁体或磁性部件的磁通量指数，磁通量指数小于50 kG²mm²判定为合格。测试结果如表2所示。

表2 磁性部件样品的测试结果

结果表面，不同形状外壳的磁力片中有4款测试合格，1款测试不合格。其中编号1至3的磁力片测试后磁体未脱落，编号4和编号5的磁力片测试后磁铁脱落为小零件，编号5的磁力片磁通量指数超出标准要求。

5 结束语

本文设计的玩具冲击试验器通过在底座上设置控制电路和高度调节机构，通过高度调节机构以磁性吸附的方式对圆柱形金属重块进行固定，然后通过控制器控制电磁铁的磁化或消磁，以使金属重块释放，从而对玩具进行冲击测试。经验证，该装置可实现玩具冲击测试过程的自动化，解决传统手工测试操作复杂、精确度低、复现性差的缺点，提高测试结果的准确性，可为检测机构和玩具生产企业评估产品冲击试验的符合性提供参考。