一种电动牙刷清洁效果测试装置的制作方法

1.本实用新型涉及家用电器性能检测评价技术领域，具体的说是一种电动牙刷清洁效果测试装置。


背景技术：

2.随着消费升级步伐的加快，越来越多的消费者追求更高的生活质量，其中对口腔健康的关注度直线上升，电动牙刷作为个人护理类主要产品之一，受到广大消费者的青睐。然而市面上产品的性能参差不齐，对于电动牙刷的清洁效果如何，国内外也是缺少相应的直接考核指标和标准检测方法。因此，很有必要开发针对电动牙刷振动清洁性能测试的检测方法与装置。本实用新型为避免临床医学上电动牙刷清洁美白和清除牙菌斑效果测试的复杂性和对活体实验的依赖性，设计一套用于模拟电动牙刷使用时刷牙运行的装置来配合评价电动牙刷的清洁效果。本实用新型主要考核电动牙刷物理因素(如刷头、振动、刷毛等)综合方面的清洁效果。


技术实现要素：

3.本实用新型的发明目的是，提供一种电动牙刷清洁效果测试装置。
4.本实用新型的发明目的通过如下技术方案实现：一种电动牙刷清洁效果测试装置，包括滚珠丝杆，直线导轨，支撑底座，步进电机，夹具，定滑轮组，砝码以及电控箱；
5.所述滚珠丝杆和配套的所述直线导轨共同安装在所述支撑底座上，并通过滑块相连，所述步进电机与所述滚珠丝杆相连，所述夹具通过固定在所述滑块上而悬空设置，并通过两夹持臂夹持测试中的所述电动牙刷，夹持点处设有硅胶软垫，并设有压力传感器，所述定滑轮组也固定在所述滑块上，所述定滑轮组由底座和安装在所述底座的滑槽中的两定滑轮构成，所述滑槽平行于测试中的所述电动牙刷并设置在纵向平面内，靠近测试中的所述电动牙刷刷头设置的所述砝码通过索绳绕过两所述定滑轮后与测试中的所述电动牙刷的手柄相连，所述电控箱与所述步进电机、压力传感器相连，用于测试中的所述电动牙刷的运动控制和参数显示。
6.步进电机、滚珠丝杆、直线导轨、滑块的组合，用于在电控箱的指令下，实现对测试中的所述电动牙刷的运动控制。定滑轮组和砝码，则用于使电动牙刷刷毛对所述牙齿模型板施加压力，并可通过调节两定滑轮之间的距离调节该压力，该压力通过安装在所述牙齿模型板下的压力传感器进行监控。夹持臂对电动牙刷的夹持力通过安装在夹持点处的压力传感器监控。调节夹持臂的夹持力和刷毛的压力到合适值，即可根据电控箱确定的运行参数，驱动所述电动牙刷进行清洁试验。
7.本测试装置设计重点在于：1)控制电动牙刷自动完成清洁试验，避免人为因素影响；2)对牙刷的握持力和刷头的清洁力度进行控制。
8.所述测试装置还包括牙齿模型板和牙齿模型板底座，所述牙齿模型板可拆卸式安装在所述牙齿模型板底座上的一形状大小适配的凹槽中，与槽底之间还隔着一层硅胶垫，
该硅胶垫内封装有微型压力传感器。
9.所述牙齿模型板表面覆盖有可水洗涂层。
10.所述牙齿模型板采用304不锈钢材质，表面粗糙度为ra 3.2。
11.所述牙齿模型板由平板及紧密排列在所述平板上形成一排的若干梯形小凸台构成，该梯形小凸台高度和斜坡宽度为1mm
±
0.5mm，顶面为长方形，沿排列方向的长度略小于其宽度，相差0.5mm以内，其上涂层厚度60-80um为宜。
12.根据刷头震动方式，所述牙齿模型板上成排的梯形小凸台垂直于待测试中的所述电动牙刷设置或平行于待测试中的所述电动牙刷设置。
13.相比于现有技术，本实用新型具有如下有益效果：
14.1)本实用新型测试装置可在电控箱的控制下，控制电动牙刷自动完成清洁试验，而且对牙刷的握持力和刷头的清洁力度可进行调控，避免了人为手动使用电动牙刷进行清洁试验过程中带来的不可控因素的干扰，如手握夹持力、刷头刷毛在清洁表面产生的作用力、运行速度和轨迹等等，有利于更加合理地开展电动牙刷本身属性如刷头、振动、刷毛等综合因素的清洁效果研究；
15.2)本实用新型针对电动牙刷不同的清洁操作方式设计了两种不同运行控制方式(平行和垂直)。
附图说明
16.图1-3为牙齿模型板优选实施例的结构图，图1为正视图，图2为左视图，图2俯视图；
17.图4为利用测试装置优选实施例进行电动牙刷清洁试验时的整体结构示意图；
18.图5为牙刷在牙齿模型板上的运动方式的示意图；
19.图6为通过辨色软件photoshop进行rgb标准色直方图分析的结果示意图，左边的四幅图为清洁前的被污染的牙齿模型板的rgb直方图，右边四幅图为清洁后的牙齿模型板的rgb直方图；
20.图7为另一幅利用测试装置优选实施例进行电动牙刷清洁试验时的整体结构示意图，其与图4的主要差别在于，电动牙刷与牙齿模型板的摆放方式一个为平行一个为垂直。
具体实施方式
21.针对市面上电动牙刷产品性能参差不齐，清洁效果如何，国内外缺少测试评价标准(临床医学上基于活体实验的除外)的问题，本实用新型公开了一种电动牙刷清洁效果测试装置，下面结合测试装置的具体实施例，对利用本测试装置进行电动牙刷清洁效果测试的具体过程进行详细介绍，其包括如下步骤：
22.1)获取清洁试验前牙齿模型板的图像，牙齿模型板表面覆盖有可水洗涂层
23.本实施例采用的牙齿模型板1如图1、2、3所示，由平板11及紧密排列在平板11上形成一排的6个梯形小凸台12构成。在其他实施例中，梯形小凸台12的数量可根据需求自由配置。牙齿模型板1采用304不锈钢材质，表面粗糙度为ra 3.2。梯形小凸台12高度和斜坡宽度为1mm
±
0.5mm，顶面为长方形，沿排列方向的长度略小于其宽度，相差0.5mm以内，其上涂层厚度60-80um为宜。在本实施例中，牙齿模型板1具体参数如下：长度为101.2mm，宽为
36.8mm，平板11厚度为5mm，梯形小凸台12顶面宽为6.2mm，长为5.9mm，四周的斜坡宽度为0.9mm，高度为1mm，距离平板11两侧边缘均为14.4mm。其他参数如图3所示。
24.对牙齿模型板1进行预处理，使其表面覆盖上可水洗涂层：取水性涂料(嘉宝莉g101内墙乳胶漆，型号jrm0110)100毫升，以10∶1的比例添加彩色颜料(嘉宝莉漆用色浆，型号：fh-007)，配制成试验用彩色水性涂料试液，利用岩田w-101-101g喷枪喷涂牙齿模型板，主要喷涂梯形小凸台12，形成均匀连续的涂膜，通过涂膜测厚仪测得膜厚约为(60-80)um后，立即在60℃的烘箱中进行烘干，3min后取出，即完成牙齿模型板1的预处理。
25.然后，使用像素1000万以上的扫描仪或摄像机在30w白炽灯光照条件下进行拍摄，形成清洁试验前的图像。
26.2)以牙齿模型板为清洁对象对电动牙刷进行清洁试验
27.2-1)如图4所示，将牙齿模型板1固定在水槽2中，注水没过牙齿模型板1，并对牙齿模型板1承受的压力进行监测
28.牙齿模型板1可拆卸式安装在牙齿模型板底座3上的一形状大小适配的凹槽中，与槽底之间还隔着一层硅胶垫，该硅胶垫内封装有微型压力传感器，以感测电动牙刷5刷头对牙齿模型板1的压力。该微型压力传感器与电控箱69相连，压力值在电控箱69的触控屏上实时显示。
29.2-2)将电动牙刷5通过其刷柄安装在测试装置6上，并通过测试装置6调节电动牙刷5刷柄的受力情况和刷毛对牙齿模型板1的压力
30.本实施例采用的测试装置6结构如图4所示，滚珠丝杆61和配套的直线导轨(未画出)共同安装在支撑底座62上，63为步进电机，其固定在支撑底座62上，输出轴通过联轴器64滚珠丝杆61相连。滑块65连接滚珠丝杆61和直线导轨。定滑轮组66与滑块65相连，夹具67也与滑块65相连。夹具67通过两夹持臂671夹持测试中的电动牙刷5，夹持点处设有硅胶软垫672，并设有微型压力传感器，可通过调节夹持臂671上的旋钮673，调节夹紧程度。夹具67夹持点处的胶软垫，用于模拟人手握持电动牙刷5，可以很好的避免磨损牙刷，更重要的是，减小对电动牙刷5振动的影响。定滑轮组66由底座661和安装在底座661的滑槽662中的两定滑轮663构成，滑槽662平行于测试中的电动牙刷5并设置在纵向平面内，靠近测试中的电动牙刷5刷头设置的砝码68通过索绳绕过两定滑轮663后与测试中的电动牙刷5的手柄相连。定滑轮组66和砝码68，用于使电动牙刷5刷毛对牙齿模型板1施加压力，并可通过调节两定滑轮663之间的距离调节该压力，该压力通过安装在牙齿模型板1下的微信压力传感器进行监控。本实用新型采用定滑轮组66和砝码68给刷头施力，利用定滑轮能够改变受力方向且保持受力大小不变的特点，可以将砝码的重力直接转化到对电动牙刷手柄竖直方向的作用力。不同电动牙刷的手柄长度不同，采用两个滑轮结构且两滑轮之间的水平距离活动可调，便于寻找电动牙刷手柄受力平衡点。测试装置6的电控箱69由电源模块、主控机、电机驱动模块、触控屏、电源开关等组成。电源模块用于主控机、电机驱动模块、触控屏以及微型压力传感器等的供电。主控机通过电机驱动模块控制步进电机的运行。触控屏与主控机相连，用于人机交互操作。触控屏参数界面设有“力度值”、“速度设定”、“行程设定”、“循环次数”、“当前运行次数”、“当前位置”等控制参数，其中速度、行程、循环次数可根据测试需求手动设置，触控屏运行控制界面设有“左移”、“右移”、“启动测试”、“停止测试”、“清零”、“回原”、“复位”、“设备状态”以及“报警列表”信息显示等功能。
31.上面电控箱69的主控机采用fatek fbs系列plc控制系统。触控屏采用威纶通的tk6071ip触控屏。触控屏的人机操作界面采用easybuilder pro软件编程，主控机与触控屏之间的通讯接口采用rs-232通信。电控箱69触控屏界面中的“力度值”参数范围为(0-500)g，“速度设定”参数范围为(0-25mm/s)，“行程设定”参数范围为(0-100mm)，“循环次数”参数范围为(0-999)。
32.2-3)确定测试装置6的运行参数，控制电动牙刷在牙齿模型板表面以一定的速度和力度进行一定次数的往复清洁运动
33.本实施例中，调节加持臂671的夹持力和刷毛的压力到合适值后，即可根据电控箱69上确定的运行参数，通过步进电机63、滚珠丝杆61、直线导轨、滑块65的组合，驱动电动牙刷5在牙齿模型板1表面以一定的速度和力度进行一定次数的往复清洁运行，完成清洁试验，如图5所示。
34.3)获取牙齿模型板清洁试验后的图像
35.将清洁后的牙齿模型板1放入烘箱中进行烘干后，再使用像素在1000万以上的扫描仪或摄像机在30w白炽灯光照条件下进行拍摄，形成清洁试验后的牙齿模型板的图像。
36.4)通过对步骤1)和3)的图像进行对比分析，计算所述电动牙刷的清洁效率
37.本实施例中，通过图像处理软件photoshop对步骤1)和3)的图像进行rgb标准图像处理，如图6所示，再通过matlab软件构建图像像素rgb计算模型，通过下式计算所述电动牙刷的清洁效率：
38.η＝(s
1-s2)/s1×
100％
39.式中，s1为清洁试验前牙齿模型板涂层总面积，s2为清洁试验后牙齿模型板剩余涂层总面积，单位均为rgb像素。
40.考虑到对牙齿缝隙的清洁和电动牙刷刷毛摆动方式的不同，本实用新型设计了2种模拟牙刷运行的控制方式。图4中牙齿模型板1上成排的梯形小凸台12平行于待测试中的电动牙刷5设置，适合模拟水平方向移动刷头和刷毛沿刷头左右摆动方式的情况，图7示出了牙齿模型板1的另外一种摆置方式，即牙齿模型板1上成排的梯形小凸台12垂直于电动牙刷5设置，适合模拟水平方向移动刷头和刷毛沿刷头上下摆动方式的情况。总之，刷毛的运动方向应平行于相邻梯形小凸台12之间的间隙。
41.本实用新型不局限于上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型述基本技术思想前提下，本实用新型还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本实用新型的保护范围之中。