一种床垫贴合度定量化测试设备、方法以及评价方法与流程

本发明涉及床垫贴合度测试技术领域，尤其涉及一种床垫贴合度定量化测试设备、方法以及评价方法。

背景技术：

目前市场上的床垫种类繁多，性能各异，但每种床垫都在标榜可以完美的贴合人体，保证脊柱处于自然弯曲的状态，有利于脊柱健康。诚然，床垫完美贴合人体是脊柱各位置点得到有效支撑的前提，也反映了床垫优质的塑形性，而床垫优质的塑形性是睡姿状态下，人体各部位得到均匀支撑的保证。因此，从床垫支撑性能的角度评价床垫的贴合性，对于床垫的人性化设计与定制化生产有着重要的意义。那么，什么样的床垫贴合性好？如何定量化地评价床垫的贴合度？目前，为了展示独立袋装弹簧床垫具有较好的独立支撑性，市场上，商家经常将保龄球和酒杯同时置于独立袋装弹簧床芯之上，并通过观察酒杯的稳定性来反映独立袋装弹簧床芯的独立支撑性和无干扰性。但这种方法只能定性地反映独立袋装弹簧床芯各点的独立支撑性及各点之间的无干扰性，而不能反映整体床垫的独立支撑性和整体床垫各点之间的无干扰性，更不能定量化地反映人-床之间的贴合程度。这主要是因为，整体床垫各位置点的独立支撑性、各点之间的无干扰性和与人-床之间的贴合性(床垫的塑形性)不仅与床芯的支撑性能有关，还与床垫的铺垫层材料和结构、面料复合层以及床垫的加工工艺有着密切的关系。另外，还有一种通过顾客体验，来反映床垫独立支撑性和人-床之间人体贴合性的评价方法，但这种方法受人体主观印象和个人把握程度的影响较大，不能客观反映床垫对人体的支撑性能。

据此，目前急需一种能够为床垫的人性化设计和定制化生产提供科学依据的床垫贴合度定量化测试设备、方法以及评价方法。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够为床垫的人性化设计和定制化生产提供科学依据的床垫贴合度定量化测试设备、方法以及评价方法。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种床垫贴合度定量化测试设备，包括测试平台、移动支架、力学性能测试装置、若干组光栅位移传感器、主机，所述移动支架安装于测试平台上并可以前后移动，所述移动支架上设置有竖直朝下的若干组光栅位移传感器以及力学性能测试装置用于同步测量不同载荷作用下床垫的各个位置及周围的变形量和变形波，所述若干组光栅位移传感器以及力学性能测试装置通过各自的线路与主机相连。

作为本发明的优选方式之一，所述测试平台包括四周支架以及中间带孔的刚性台面，所述四周支架包括上层支架与下层支架，其中上层支架顶部内设有中间带孔的刚性台面，所述中间带孔的刚性台面下端固定匹配下层支架，所述下层支架的每侧中间部分留有气体通道，气体通道下缘距地面至少50mm，刚性台面上孔的直径6mm，间距20mm，以便及时将测试过程中产生的气体排出床垫，刚性台面幅面2500mm×2500mm，下缘距地面至少150mm。

作为本发明的优选方式之一，所述移动支架包括支架横梁以及设置在两侧的立柱，支架横梁中间具有空槽，空槽内壁设有可供力学性能测试装置、若干组光栅位移传感器直线移动的运动轨道。

作为本发明的优选方式之一，所述上层支架两侧设有直线轨道，所述移动支架的两侧立柱在直线轨道中可前后移动，从而确定前后测试点的位置。

作为本发明的优选方式之一，还包括伺服电机，所述伺服电机驱动控制移动支架的两侧立柱在直线轨道中以及力学性能测试装置、若干组光栅位移传感器在空槽的运动轨道中同步移动。

作为本发明的优选方式之一，还包括线路通道、显示器以及采集卡，所述线路通道用于将伺服电机、力学性能测试装置、若干组光栅位移传感器的线路收集在一起；所述采集卡同步采集若干组光栅位移传感器以及力学性能测试装置的各自线路的信号，即不同载荷作用下床垫的各个位置及周围的变形量和变形波，所述显示器与主机相连。

作为本发明的优选方式之一，所述光栅位移传感器具体为三组，所述三组光栅位移传感器和力学性能测试装置一字排开，相邻中心位置的距离为80mm；所述光栅位移传感器的底部压机的压头为圆柱形、直径为100mm，光栅位移传感器的量程为5kn。

作为本发明的优选方式之一，所述光栅位移传感器的端部配有中间带凹槽的圆形垫片，以减小光栅位移传感器压头弹性对测试数据的影响。

本发明还公开了一种床垫贴合度定量化测试方法，该方法包括以下步骤：

(1)首先，测试之前将床垫在室温(23±2)℃，相对湿度(50±5)％的环境中静置24小时(适应环境)；

(2)然后，将整体床垫放置于测试平台之上，将压头调节至与床垫接近接触，在3个光栅位移传感器的下端加带凹槽的垫片；

(3)测试时，首先对床垫进行预压处理，载荷100n，加载速度20mm/min，重复加载卸载3次；

(4)然后再加载至40n，记录此时压头位移(a0)和周围三个位置点的初始位移(b0，c0，d0)；再分别加载至90n、140n、190n，分别记录压头位移a1、a2和a3，及三个位置点的位移(b1，c1，d1)、(b2，c2，d2)、(b3，c3，d3)；

(5)分别获得床垫在90n、140n、190n受压状态下，受压中心点a1、a2和a3的变形量，以三种受压状态下距离中心点80mm、160mm和240mm三个点的变形量(b1，c1，d1)、(b2，c2，d2)、(b3，c3，d3)，重复试验3次，取平均值。

本发明还公开了一种床垫贴合度定量化测试的评价方法，该评价方法包括以下步骤：

(1)首先利用数据(a0，a1，a2，a3)和(b0，c0，d0)、(b1，c1，d1)、(b2，c2，d2)、(b3，c3，d3)，通过幂指数拟合，求90n、140n、190n载荷作用状态下，床垫上压陷形状纵剖面的曲线，并通过该曲线计算床垫在三种受力状态下的变形波及半径r1、r2、r3，单位为mm；并利用如下公式计算三种受力状态下床垫变形波及半径与受力点变形量的比值k1、k2、k3：

(2)对三种受力状态下床垫变形波及半径与受力点变形量的比值k1、k2、k3进行标准化处理，得到床垫在90n、140n、190n载荷作用状态下，床垫测试点的贴合度t1、t2、t3，计算公式如下：

其中0≤t1≤100％，0≤t2≤100％，0≤t3≤100％，t值越高床垫的贴合度越好，塑形性越好，各点的独立支撑性能越好，而各点之间的相互干扰性越小；当60％≤t1≤100％床垫的贴合度达到优。

本发明相比现有技术的优点在于：(1)本发明从床垫物理支撑特性的角度定义了床垫的贴合度，更有利于通过床垫物理特性的调节来优化床垫的贴合性，实现床垫的人性化设计和定制化生产。(2)本发明在反映床垫贴合性和塑形性的同时，还可以反映床垫各位置点的独立支撑性，克服了现有展示性床垫独立支撑性能评价只能应用于独立袋装弹簧床芯的局限性，不仅可以应用于任何整体床垫，还可以实现床垫、贴合性、独立支撑性能的定量化测试与评价。测试研究表明纯记忆床垫的贴合度最高，床垫的贴合度高达95％以上；记忆棉与弹簧的组合床垫也较高，高达75％以上；乳胶床垫，及乳胶与弹簧的组合床垫的贴合度低于含记忆棉的床垫，贴合度在65-75％；棕垫和竹纤维床垫的贴合度最低仅有20-35％。(3)本发明还可以用于整体床垫上各点之间相互干扰性测试与评价，克服了现有床垫各点之间无干扰测试只能用于展示，而不能进行定量化评价的局限性，从床垫支撑物理特点的角度描述了整体床垫的“无干扰的程度”，因此，从这一角度，该发明也可以为床垫的人性化设计和定制化生产提供科学理论依据。(4)本发明还提供了一种定量化测试床垫贴合性(塑形性)、床垫各点独立支撑性、床垫各点之间相互干扰程度的测试仪器设备和工作过程。

附图说明

图1是本实施例中床垫贴合度定量化测试设备的示意图；

图2是本实施例中将床垫置于测试平台上后，床垫贴合度测试前的状态示意图；

图3是本实施例中床垫贴合度测试状态的示意图；

图4是本实施例中不同载荷测试位置点和波及周围3个变形位移采集点的示意图；

图5是本实施例中载荷作用前，床垫、测试压头、光栅位移传感器之间的位置关系纵剖图；

图6是本实施例中载荷作用下，床垫、测试压头、光栅位移传感器之间的位置关系纵剖图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

床垫的贴合性即床垫与人体充分接触的程度和能力，与床垫上各点的独立支撑性和各点之间的相互干扰性有着密切的关系，可以用床垫上各点受力的变形波及半径来反映(即床面上变形产生的类圆形变形范围的半径)。床垫的贴合程度越高，床垫变形波及半径越小，床垫与人体充分接触的能力就越强，床垫上各点的独立支撑性能也越好，各点之间的相互干扰性也越小，即床垫上每一点都可以独立支撑人体，使床垫与人体充分接触。另外，由于床垫的变形波及半径与床垫受力点的变形有着密切的关系，受力越大，床垫变形波及半径也越大。而受力点的变形又可以反映床垫的结构、材料特性。因此，本发明利用床垫的变形波及半径与受力点变形量的比值为参量，评价床垫的贴合性，并对该比值进行标准化处理，使床垫贴合度的范围为0-100％。

实施例1

基于以上理论基础，参见图1-6：本实施例的一种床垫贴合度定量化测试设备，包括测试平台1、移动支架2、力学性能测试装置3、若干组光栅位移传感器4、主机5，所述移动支架2安装于测试平台1上并可以前后移动，所述移动支架2上设置有竖直朝下的若干组光栅位移传感器4以及力学性能测试装置3用于同步测量不同载荷作用下床垫的各个位置及周围的变形量和变形波，所述若干组光栅位移传感器4以及力学性能测试装置3通过各自的线路与主机5相连，本实施例提供了一种定量化测试床垫贴合性(塑形性)、床垫各点独立支撑性、床垫各点之间相互干扰程度的测试仪器设备和工作过程。

实施例2

本实施例的一种床垫贴合度定量化测试设备，与实施例1基本相同，主要不同之处在于，所述测试平台1包括四周支架11以及中间带孔的刚性台面12，所述四周支架11包括上层支架与下层支架，其中上层支架顶部内设有中间带孔的刚性台面12，所述中间带孔的刚性台面12下端固定匹配下层支架，所述下层支架的每侧中间部分留有气体通道14，气体通道14下缘距地面至少50mm，刚性台面12上孔的直径6mm，间距20mm，以便及时将测试过程中产生的气体排出床垫，刚性台面12幅面2500mm×2500mm，下缘距地面至少150mm，所述移动支架2包括支架横梁21以及设置在两侧的立柱22，支架横梁21中间具有空槽211，空槽211内壁设有可供力学性能测试装置3、若干组光栅位移传感器4直线移动的运动轨道，所述上层支架两侧设有直线轨道13，所述移动支架2的两侧立柱22在直线轨道13中可前后移动，从而确定前后测试点的位置，还包括伺服电机8，所述伺服电机8驱动控制移动支架2的两侧立柱22在直线轨道13中以及力学性能测试装置3、若干组光栅位移传感器4在空槽211的运动轨道中同步移动，还包括线路通道212以及采集卡6，所述线路通道212用于将伺服电机8、力学性能测试装置3、若干组光栅位移传感器4的线路收集在一起；所述采集卡6同步采集若干组光栅位移传感器4以及力学性能测试装置3的各自线路的信号，即不同载荷作用下床垫的各个位置及周围的变形量和变形波。

进一步的，所述光栅位移传感器4具体为三组，所述三组光栅位移传感器4和力学性能测试装置3一字排开，相邻中心位置的距离为80mm；所述光栅位移传感器4的底部压机31的压头为圆柱形、直径为100mm，光栅位移传感器4的量程为5kn。

优选的，所述光栅位移传感器4的端部配有中间带凹槽的圆形垫片41，以减小光栅位移传感器4压头弹性对测试数据的影响。

实施例3

为了模拟不同体重和胖瘦的人体在床垫上各点的作用力，分别选择90n、140n、190n作为床垫上测试点的受力载荷。

本发明还公开了一种床垫贴合度定量化测试方法，该方法包括以下步骤：

(1)首先，测试之前将床垫在室温(23±2)℃，相对湿度(50±5)％的环境中静置24小时(适应环境)；

(2)然后，将整体床垫放置于测试平台之上，将压头调节至与床垫接近接触，在3个光栅位移传感器的下端加带凹槽的垫片；

(3)测试时，首先对床垫进行预压处理，载荷100n，加载速度20mm/min，重复加载卸载3次；

(4)然后再加载至40n，记录此时压头位移(a0)和周围三个位置点的初始位移(b0，c0，d0)；再分别加载至90n、140n、190n，分别记录压头位移a1、a2和a3，及三个位置点的位移(b1，c1，d1)、(b2，c2，d2)、(b3，c3，d3)；

(5)分别获得床垫在90n、140n、190n受压状态下，受压中心点a1、a2和a3的变形量，以三种受压状态下距离中心点80mm、160mm和240mm三个点的变形量(b1，c1，d1)、(b2，c2，d2)、(b3，c3，d3)，重复试验3次，取平均值。

本实施例通过床垫物理支撑特性的角度定义了床垫的贴合度，更有利于通过床垫物理特性的调节来优化床垫的贴合性，实现床垫的人性化设计和定制化生产。

实施例4

本发明还公开了一种床垫贴合度定量化测试的评价方法，该评价方法包括以下步骤：

(1)首先利用数据(a0，a1，a2，a3)和(b0，c0，d0)、(b1，c1，d1)、(b2，c2，d2)、(b3，c3，d3)，通过幂指数拟合，求90n、140n、190n载荷作用状态下，床垫上压陷形状纵剖面的曲线，并通过该曲线计算床垫在三种受力状态下的变形波及半径r1、r2、r3，单位为mm；并利用如下公式计算三种受力状态下床垫变形波及半径与受力点变形量的比值k1、k2、k3：

(2)对三种受力状态下床垫变形波及半径与受力点变形量的比值k1、k2、k3进行标准化处理，得到床垫在90n、140n、190n载荷作用状态下，床垫测试点的贴合度t1、t2、t3，计算公式如下：

其中0≤t1≤100％，0≤t2≤100％，0≤t3≤100％，t值越高床垫的贴合度越好，塑形性越好，各点的独立支撑性能越好，而各点之间的相互干扰性越小；当60％≤t1≤100％床垫的贴合度达到优。

本实施例可以用于整体床垫上各点之间相互干扰性测试与评价，克服了现有床垫各点之间无干扰测试只能用于展示，而不能进行定量化评价的局限性，从床垫支撑物理特点的角度描述了整体床垫的“无干扰的程度”，因此，从这一角度，该发明也可以为床垫的人性化设计和定制化生产提供科学理论依据。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。