CN101724996A - 缝制设备上下停针位控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种缝制设备上下停针位控制装置。本发明目的是提供一种结构简单、性能可靠、成本低、精度高的上下停针位控制装置。解决该问题的技术方案是：缝制设备上下停针位控制装置，其特征在于该控制装置包括数字信号处理器、光耦驱动电路、智能功率模块、伺服控制器部件和操作面板，所述伺服控制器部件由伺服电机和装在伺服电机转子轴输出端上的光电编码器和零位信号传感器组成。本发明可用于电脑化的缝制设备。
Description
技术领域
本发明涉及缝制设备领域，尤其是一种缝制设备上下停针位控制装置。适用于电脑化的缝制设备。
背景技术
当前市场上，电脑化的缝制设备已经越来越多，这类设备一般由伺服电机，伺服控制器，上下停针定位装置，操作面板等组成。以实现高速启停，精确上下停针，简单编程等功能。
目前，几乎所有的缝制设备伺服控制系统都带有的操作面板，可以实现简单的编程与系统运行参数修改的功能。而要实现上下停针这个功能，则需电脑控制系统根据安装在缝制设备主轴上的上下停针定位装置来感知主轴的位置，再配合电机上的编码器，来得到机针的实际位置。
缝制设备主轴上的传感设备最常用的有两种：第一种是光电式，通过在缝制设备主轴附近的固定位置安装反射式红外光电传感器，并在主轴手轮上的内侧与反射式红外光电传感器所在的同心圆上装置反射镜片，根据镜片的有效反射与无效反射来确定绝对位置。第二种是电磁式，通过在主轴附近的固定位置装置霍尔传感器，配合装置主轴手轮上的定位磁钢，根据磁钢的有效与无效感应来得到绝对位置。这两种方式都有相对的局限性，首先是调整繁琐，每次调整都必须用工具把定位磁钢或反射镜片在圆弧上前后移动，多次试验后才能找到正确的停针位置；其次是调整范围有限，为了保证机械强度，手轮上的圆弧形螺丝槽口一般最多只能开到30度，即每个停针位的调整范围只有30度。如：上海鲍麦克斯电子科技的缝纫机车针定位装置(200420020224.0)，宁波韵升股份有限公司的工业缝纫机的车针定位装置(CN200620141598.7)等，均采用了给每个停针位置在机头或者电机上安装一个固定的检测装置(光电式或电磁式)来分别检测位置，实现上下停针位，其调整方式只能是机械式的调整。
缝制设备伺服控制系统的编码器在电机控制系统中有二个作用：一是检测电机定子与转子的相对位置，二是检测电机转子的旋转速度。而在电机上一般使用由一组光中断器和一金属编码盘构成的光电编码器来取得速度与位置信号，在电机转子轴上固连一个沿周边均布有多个径向窄缝的编码盘，将一对光电编码对管分别设置在该编码盘的上下两侧并对准窄缝，由电机控制器从该光电编码对管得到正交的A、B两路脉冲信号，再通过数字信号处理器(DSP)或微程序控制器(MCU)的正交编码接口(QEI)进行数据处理，从而得到电机的转速、转子和定子的相对位置，将这个相对位置与安装于缝制设备主轴上的上下停针信号传感器相互配合，从而实现精确的上下停针功能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种缝制设备上下停针位控制装置，该装置将原先设在缝制设备主轴上的传感设备与缝制设备伺服电机上现成的资源——电机测速用光电编码器全部集成在电机转子轴上，以图使产品的结构更加简单、性能更加可靠、生产成本更低，该装置还应停针精度高、操作方便、应用广泛。
本发明所采用的技术方案是：缝制设备上下停针位控制装置，其特征在于该控制装置包括数字信号处理器、光耦驱动电路、智能功率模块、伺服控制器部件和操作面板，所述伺服控制器部件由伺服电机和装在伺服电机转子轴输出端上的光电编码器和零位信号传感器组成，其中：
数字信号处理器，用于与操作面板实现通讯，从操作面板上读取各个设置的位移角度数值并存于数字信号处理器的片内RAM中；然后，数字信号处理器通过输出口PWM1～PWM6输出交变脉冲信号至光耦驱动电路；
光耦驱动电路，用于隔离并驱动智能功率模块；
智能功率模块，用于产生交变电流并加于伺服电机的绕组上；
伺服控制器部件，通过其中的零位信号传感器产生零位信号，并经IsynUP/DN接口传至数字信号处理器；同时，伺服控制器部件中的光电编码器产生角度位移信号，输出反馈给数字信号处理器。
所述光电编码器包括装在伺服电机转子轴输出端上的编码盘和编码盘外侧的线路板，线路板面向编码盘一侧装有一组光电对管，编码盘的边缘穿过各光电对管。
所述零位信号传感器包括装在所述线路板背面的一个霍尔传感器，并且在线路板外侧的伺服电机转子轴输出端上同轴安装定位片，该定位片上对应于霍尔传感器的半径上设有一个磁钢。
所述光电对管为四个。
所述编码盘开有180个径向窄缝。
所述伺服控制器部件的外面罩有防尘罩。
本发明的有益效果是：本装置基于缝制设备上下停针位置必定在电机旋转一圈(360度)范围内的原理，利用缝制设备伺服电机上现成的资源——电机测速用光电编码器取得角度位移信号，配合从伺服电机转子轴(主轴)对位置——零位信号，通过数字信号处理器计算并通过智能功率模块控制伺服电机精确定位来实现缝制设备的上下停针位，不仅去除了原来缝制设备与控制器之间复杂的连接线，使产品简单化，而且极大提高了产品的可靠性，同时也降低了缝制设备上下停针装置的硬件成本，并使停针精度更高，针位调整可以直接在操作面板上进行，且调整范围为0～360°，使缝制设备伺服控制系统的应用面更加广泛。
附图说明
图1是本发明的系统电路框图。
图2是本发明的机械结构图。
图3是本发明主视方向的分立图。
图4是图3中电机的右视图。
图5是图3中防尘罩的右视图。
图6本发明中编码盘的主视图。
图7是图6的左视图。
图8是本发明中线路板的主视图。
图9是图8的左视图。
图10是本发明中安装板的主视图。
图11是图10的左视图。
具体实施方式
图1是本实施例的系统电路框图，控制装置包括数字信号处理器1、光耦驱动电路2、智能功率模块3、伺服控制器部件4和操作面板5，所述伺服控制器部件4由伺服电机4-1和装在伺服电机转子轴4-1-1输出端上的光电编码器4-2和零位信号传感器4-3组成，它们的电信号流向及功能是：
数字信号处理器1(型号为：TMS320F2801)，用于与操作面板5实现通讯(通过RXD和TXD接口，采用RX-485标准协议)，从操作面板上读取各个设置的位移角度数值并存于数字信号处理器的片内RAM中待用；然后，数字信号处理器1通过输出口PWM1～PWM6输出交变脉冲信号至光耦驱动电路2；
光耦驱动电路2主要由6个高速光耦6N137组成，用于隔离并驱动智能功率模块3；
智能功率模块3(型号为：IRAMX16UP60A)，用于产生交变电流并加于伺服电机4-1的绕组，使之旋转。
在伺服控制器部件4中，其中的零位信号传感器4-3用于产生零位信号，它安装在伺服电机转子轴4-1-1的输出端上，其输出信号经Isyn UP/DN接口传至数字信号处理器1；同时，伺服控制器部件4中的光电编码器4-2产生角度位移信号，通过DI1、DI2、DI3、QEP1和QEP2口输出反馈给数字信号处理器1。
如图2、图3、图4、图6、图7、图8、图9所示，所述光电编码器4-2包括装在伺服电机转子轴4-1-1输出端上的编码盘4-2-1，该编码盘的边缘沿径向开有180条窄缝，编码盘用一轴套4-2-4和螺钉a固定在伺服电机的转子轴上，编码盘的外侧通过伺服电机上的安装柱4-4开有U形槽的线路板4-2-2，线路板面向编码盘一侧装有四个光电对管4-2-3，装配完成后编码盘带有窄缝边缘将穿过各光电对管的光路。
如图10、图11所示，所述零位信号传感器4-3包括装在所述线路板4-2-2背面的一个霍尔传感器4-3-1，并且在线路板外侧的伺服电机转子轴输出端上用螺钉b同轴安装定位片4-3-2，在该定位片上与霍尔传感器4-3-1相同半径处安装一个磁钢4-3-3。
为防止工作时灰尘进入到机器内部，在伺服控制器部件4的外面罩一防尘罩4-5，如图5所示。
本发明的工作原理是：系统初始化，数字信号处理器1通过RXD与TXD口与操作面板5通讯(通过RX 485标准协议)，从操作面板5上读取各个设置的位移角度数值并存于数字信号处理器的片内RAM中待用；初始化完成，数字信号处理器1的PWM1～PWM6口输出交变脉冲信号，经过光耦驱动电路2高速光耦隔离后驱动智能功率模块3，智能功率模块3产生交变电流加于伺服电机4-1的绕组，使之旋转；伺服电机旋转带动装置于转子轴4-1-1上的磁感应铝合金定位片4-3-2，当磁感应铝合金定位片上的磁钢4-3-3越过装置于线路板4-2-2上的霍尔传感器4-3-1时，产生零位信号，并通过Isyn UP/DN接口传至数字信号处理器1。
伺服电机4-1旋转的时带动编码盘4-2-1旋转，编码盘上180个径向窄缝与光电对管4-2-3的共同作用下产生角度位移信号，并通过DI1、DI2、DI3、QEP1和QEP2口传至数字信号处理器1；数字信号处理器中的运算器根据从DI1～DI3、QEP1和QEP2口获得的实际角度位移信号与存于数字信号处理器片内RAM中的设定的角度位移数值作运算，当差值为零时即为设置的相应停针位置，并通过PWM1～PWM6口，经过高速光耦隔离后驱动智能功率模块3，从而驱动伺服电机4-1，使之准确停针。
Claims (6)
1.一种缝制设备上下停针位控制装置，其特征在于：该控制装置包括数字信号处理器(1)、光耦驱动电路(2)、智能功率模块(3)、伺服控制器部件(4)和操作面板(5)，所述伺服控制器部件(4)由伺服电机(4-1)和装在伺服电机转子轴(4-1-1)输出端上的光电编码器(4-2)和零位信号传感器(4-3)组成，其中：
数字信号处理器(1)，用于与操作面板(5)实现通讯，从操作面板上读取各个设置的位移角度数值并存于数字信号处理器的片内RAM中；然后，数字信号处理器通过输出口PWM1～PWM6输出交变脉冲信号至光耦驱动电路(2)；
光耦驱动电路(2)，用于隔离并驱动智能功率模块(3)；
智能功率模块(3)，用于产生交变电流并加于伺服电机(4-1)的绕组上；
伺服控制器部件(4)，通过其中的零位信号传感器(4-3)产生零位信号，并经Isyn UP/DN接口传至数字信号处理器(1)；同时，伺服控制器部件中的光电编码器(4-2)产生角度位移信号，输出反馈给数字信号处理器(1)。
2.根据权利要求1所述的缝制设备上下停针位控制装置，其特征在于：所述光电编码器(4-2)包括装在伺服电机转子轴(4-1-1)输出端上的编码盘(4-2-1)和编码盘外侧的线路板(4-2-2)，线路板面向编码盘一侧装有一组光电对管(4-2-3)，编码盘的边缘穿过各光电对管。
3.根据权利要求2所述的缝制设备上下停针位控制装置，其特征在于：所述零位信号传感器(4-3)包括装在所述线路板(4-2-2)背面的一个霍尔传感器(4-3-1)，并且在线路板外侧的伺服电机转子轴输出端上同轴安装定位片(4-3-2)，该定位片上对应于霍尔传感器(4-3-1)的半径上设有一个磁钢(4-3-3)。
4.根据权利要求2所述的缝制设备上下停针位控制装置，其特征在于：所述光电对管(4-2-3)为四个。
5.根据权利要求2所述的缝制设备上下停针位控制装置，其特征在于：所述编码盘(4-2-1)开有180个径向窄缝。
6.根据权利要求1或2或3所述的缝制设备上下停针位控制装置，其特征在于：所述伺服控制器部件(4)的外面罩有防尘罩(4-5)。
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2009
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