CN102321955B - 一种直驱工业缝纫机高速运动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的直驱工业缝纫机高速运动控制方法，在不送布条件下，以手动方式确定针杆上下运动缝纫过程与主轴上下运动和编码器的角度关系，具体是通过动态调整缝纫机X轴和Y轴的送布时间，提高了缝纫速度和缝制效果。本发明为解决了现有控制方法在缝制厚料会使花型缩小，以及在缝制效率底下的技术问题，并在保证缝纫质量的前提下进一步提高了缝纫效率。

Description

一种直驱工业缝纫机高速运动控制方法

技术领域

本发明涉及一种缝纫机的控制方法，具体涉及一种直驱工业缝纫机高速运动控制方法。

背景技术

电子打结机、电子花样机等特种缝纫机是目前服装、箱包、鞋帽等生产过程中必不可少的加工设备。目前，特种缝纫机采用的控制方法是在主轴伺服电机转动的同时，检测主轴电机的编码器信号，然后，根据主轴电机的角度控制X轴和Y轴的运动送料。由于送料角度固定不变，致使特种缝纫机的主轴在高速运动时，缝制厚料会使花型缩小或为了保证花型缝制质量而缝制速度无法提高等问题，影响生产效率。

发明内容

为解决现有控制方法在缝制厚料会使花型缩小，以及在缝制效率底下的技术问题，本发明提供一种直驱工业缝纫机高速运动控制方法。。

本发明的技术方案如下：

一种直驱工业缝纫机高速运动控制方法，该控制方法包括以下步骤：

1)将缝纫机各轴转至初始零位；

2)手动转动主轴，使针杆针尖A运动到与布接触的临界位置C₀；

3)继续通过手动转动主轴，使针杆继续向下，针尖A达到E位置完成穿缝后向上运动；

4)再次通过手动转动主轴，使针杆继续向上运动针尖A从送布起始位置B₀向上回到初始零位位置；并使主轴编码器的转盘基准线从终止线4.1回到垂直位置与零位线重合，所经过角度为α_B0；

5)用实测方法测量控制系统延迟时间t_延，对步骤4得到的静态送布起始角度α_B0进行修正；

6)通过控制系统确保第一针不送布；

7)针杆继续向下运动，针尖A穿过布层到达E位置，完成第二针缝纫后，向上运动到发送布起动信号B1位置，控制系统给送布电机X和Y发出送布指令；

8)针杆继续向上运动，针尖A由B₁位置运动到B₀位置，送布电机X和Y才完成起动，此时编码器基准线运动到4.1位置，并开始送布；

9)重复步骤7和步骤8的程序为一个循环，最后一循环只在走完第7步骤后，就完成了缝纫步数。

作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤1)中针杆针尖A处在零初始位置，相对应的缝纫机主轴编码器的转盘基准线处于垂直位置，并且转盘基准线与垂直零位线重合；所述针尖A与针板之间的距离为15mm。

作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤2)中C₀为送布终止位置，相对应的主轴编码器的转盘基准线，从垂直零位线转出，转过送布终止角为α_C0，所述α_C0为锐角。

作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤3)中针尖A到达送布起始位置B₀，也是送布停止位置C₀处，在连续工作状态送布起始位置B₀为送布开始点；相对应的主轴编码器的转盘基准线从4.2位置，逆时针转过α_gz角到达4.1位置。α_gz为钝角

作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤4)中主轴编码器的转盘基准线从终止线4.1回到垂直位置与零位线重合，经过角度为α_B0，基准线4随主轴转动一个循环圈；所述α_B0＝360°-α_C0-α_gz。

作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤5)中对静态送布起始角α_B0修正为动态起始角α_B1；所述动态起始角α_B1＝α_B0+ωt_延；所述延时时间t延由双通道示波器测得的系统进行控制。

作为上述技术方案的进一步改进，

所述步骤6)还包括以下步骤：

a)在E位置完成第一针缝纫后，针尖A向上到达B₁位置发出送布起动信号，

b)在到达送布起始位置B₀时才开始送布，

c)当针尖A向上回到初始零位时反向，并向下到达C₁位置发出停止送布信号，此时编码器转盘基准线到达4.2’位置，使得转盘基准线零位与控制系统修正后的发送停止信号的位置线4.2’并形成的夹角为α_C1；α_C1为锐角；

d)当针尖运动到送布停止点C₀时送布停止，相应地转盘基准线运动到4.2位置，然后针尖A向下继续第二针缝纫。

作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤7)中，相对应地当控制系统检测到转盘基准线由C1位置运动到B1对应的送布起始位置线4.1’，所形成的夹角为αgz；该αgz为钝角。

作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤8)还包括以下步骤：当针尖A继续运动到初始零位时，反向向下运动到C₁位置，对应的编码器转盘基准线运动到4.2’位置，此时控制系统向送布电机X和Y发送停止信号，针尖继续向下运动到C₀位置，送布电机X和Y刚好停止；所述发送停止信号位置4.2’与发送布起始信号位置线4.1’所形成的夹角为α_起止；所述α_起止＝α_B1+α_C1＝α_B0+α_C0。

作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤9)中，在完成步骤8后，针尖A由送布起始位置B₀运动到初始零位时，控制系统控制电机停止运动；转盘基准线，只转过α_B1停止运动，控制系统同时停止主轴X、Y电机运动后，让缝纫机保持零位初始状态。

实施本发明具有以下有益效果：

本发明通过动态调整缝纫机X轴和Y轴的送布时间，提高缝纫速度和缝制效果，该控制方法具体是采用动态修订送布起始角度的算法，无论主轴运动速度如何变化，均能最大范围保证送布电机运动所需时间，解决了高速缝纫或缝制厚料时花型缩小的问题，并在保证缝纫质量的前提下进一步提高了缝纫效率。

附图说明

图1是本发明中直驱工业缝纫机针杆相对于布料的运动过程示意图；

图2是本发明中主轴电机运动过程中主轴编码器的角度变化示意图；

图3是本发明中t延测量方法1示意图；

图4是本发明中t延测量方法2示意图。

附图标记说明：

图1中，

1-针杆；5-布；A-针尖；

B₁控制系统对送布电机X和Y发出送布起动信号时针尖的位置；

B₀送布电机X和Y开始送布时针尖的位置；

C₁控制系统对送布电机X和Y发出送布停止信号时针尖的位置；

C₀是送布电机X和Y停止送布时针尖的位置。

图2中，

2-垂直零位置；3-主轴编码器；4-转盘基准线；

4.1’(B₁)控制系统对送布电机X和Y发出送布起动信号时编码器基准线4的位置；

4.1(B₀)送布电机X和Y开始送布时编码器基准线4的位置；

4.2’(C₁)控制系统对送布电机X和Y发出送布停止信号时编码器基准线4的位置；

4.2(C₀)是送布电机X和Y停止送布时编码器基准线4的位置；

α_B0送布送布电机开始送布位置到零位线的主轴编码器转角；

α_B1送布电机发送布起动信号位置到零位线主轴编码器的转角；

α_C0零位线到送布停止位置主轴编码器的转角；

α_C1零位线到发送布停止信号位置主轴编码器的转角；

α_起止＝α_B1+α_C1＝α_B0+α_C0；

α_gz送布终止位置到送布起始位置主轴编码器的转角。

图3中，

t₁-缝纫机主轴转动时刻的时间；

t₂-编码器基准线从零位转动一周360°回到零位的时间；

t₃-编码器基准线从再次转动360°第二次回到零位的时间；

t_C0-编码器基准线4反时针第一次转到α_C0(4.2位置)的时间；

t_B0-编码器基准线4反时针第一次转到α_B0(4.1位置)的时间；

t_C01-编码器基准线4反时针第二次转到α_C01(4.2位置)的时间；

t_B01-编码器基准线4反时针第二次转到α_B01(4.1位置)的时间。

图4中，

t₁-缝纫机主轴转动时刻的时间；

t₂-编码器基准线从零位转动一周360°回到零位的时间；

t₃-编码器基准线从再次转动360°第二次回到零位的时间；

t_C0-编码器基准线4反时针第一次转到α_C0(4.2位置)的时间；

t_B0-编码器基准线4反时针第一次转到α_B0(4.1位置)的时间；

t_C01-编码器基准线4反时针第二次转到α_C0(4.2位置)的时间；

t_B01-编码器基准线4反时针第二次转到α_B0(4.1位置)的时间；

t_送-在t_B0时间系统向送布电机发出送布起动信号的时间；t_送＝t_B0；

t_送1-接到起动信号以后送布电机编码器实际起动时刻所测到的时间；

t_停-在t_C1时间系统向送布电机发出送布停止信号的时间；t_停＝t_C01；

t_停1-接到停止信号以后，送布电机编码器实际停止时刻所测得的时间；

t_BC-发起动信号到发停止信号的时间，即编码器转动α_起止角度的时间；

t_BC1-送布电机实际送布的时间。

具体实施方式：

参见图1-图4所示，本发明提供的直驱工业缝纫机高速运动控制方法，通过动态调整缝纫机X轴和Y轴的送布时间，提高缝纫速度和缝制效果，主要是在不送布条件下，以手动方式确定针杆上下运动缝纫过程与主轴上下运动和编码器的角度关系，该控制方法按通过以下步骤实现，

步骤1、将缝纫机各轴转至初始零位；针杆1针尖A处在初始零位位置，针尖A与针板之间的距离为15mm。此时缝纫机主轴编码器3的转盘基准线4处于垂直位置，转盘基准线4与垂直零位线重合。

步骤2、手动转动主轴，使针杆1针尖A运动到快与布接触的临界位置C₀，C₀是送布终止位置；主轴编码器3的转盘基准线4，从垂直零位线转出，转过送布终止角α_C0，即到达4.2位置。α_C0为锐角。

步骤3、手动继续转动主轴，使针杆1继续向下，针尖A达到E位置完成穿缝后，向上运动，在针尖A到达送布起始位置B₀，也是送布停止位置C₀处，在连续工作状态送布起始位置B₀是送布开始点。主轴编码器3的转盘基准线4从4.2位置，逆时针转过α_gz角到达4.1位置，α_gz为钝角。即送布起始位置B₀，这一过程布是不动的。

步骤4、手动继续转动主轴，使针杆1继续向上运动针尖A从送布起始位置B₀向上回到初始零位位置；

主轴编码器3的转盘基准线4从终止线4.1回到垂直位置与零位线重合，经过角度为α_B0；

基准线4随主轴转动了一(循环)圈，α_B0也可以用下式求得：

α_B0＝360°-α_C0-α_gz

步骤5、用实测方法测量控制系统延迟时间t_延，对步骤4得到的静态送布起始角度α_B0进行修正，根据下式得到动态送布起始角度α_B1(见图2)，

α_B1＝α_B0+ωt_延

式中，α_B0为静态送布起始角度，t_延为系统控制延时时间，ω为主轴编码器的角速度；

对静态送布起始角α_B0修正为动态起始角α_B1，α_B1角的起点(即发起动信号点)由B₀位置修正到B₁位置(对应的编码器基准位置由4.1位置提前到4.1’位置)。同理，动态送布终止角α_C1＝α_C0-ωt_延(见图2)。α_C1角的终点(即发终止信号点)由C₀位置修正到C₁位置(对应的编码器基准位置由4.2位置提前到4.2’位置)。

t_延＝信号采集传输时间+CPU算法运算时间+控制信号传输时间+驱动电机电流建立时间+电机克服惯量响应时间+机械传动延迟时间；

B₁是控制系统对送布电机X和Y发出送布起动信号时针尖的位置，此时对应的编码器转盘位置为4.1’；B₀是送布电机X和Y开始送布时针尖的位置，此时对应的编码器转盘位置为4.1；C₁是控制系统对送布电机X和Y发出停止信号时针尖的位置，此时对应的编码器转盘位置为4.2’；C₀是送布电机X和Y停止送布时针尖的位置，此时对应的编码器转盘位置为4.2；

其中t_延有以下两种测量方法：测量方法一，若主轴和送布系统一致采用此方法可行。

控制系统、操作系统回到零位，编码器3转盘基准线4转到垂直零位线位置，针杆针尖A回到距针板15mm。

控制系统时标在发出缝纫信号此时时间t＝0，参见图3。

缝纫机主轴转动时刻时标时间为t₁，编码器3基准线4从零位开始反时针转动到4.2位置(转过α_C0)时间t_C0转到4.1位置(转过α_C0+α_gz)时间t_B0，再继续转动回到零位置时间t₂(即编码器转过一周360°回到零位，在这周时间内完成一次缝纫。)若按一个循环计算，延迟时间近似认为：

t_延迟＝t₁＝t₂-(t₂-t₁)

编码器基准线4第二次反时针转到4.2位置(转过α_C0)时间t_C01转到4.1位置(转过α_C0+α_gz)时间t_B01，再继续转动第二次回到零位置时间t₃。按两个循环计算，延迟时间比较准确值：t_延迟＝t₃-2(t₃-t₂)。

测量方法二，用双通道示波器同时测检主轴编码器3的角度信号和X向送布电机编码器角度信号和时间信号，在主轴编码器上，根据手动测得(参见图4)α_起止＝α_B0+α_C0，角度和自动运行时对应的转动的送布时间：

t_送布＝(t_C01-t₂)+(t₂-t_B0)＝(t_C01-t_B0)＝t_BC

在同一时标下，同时测出在t_B0时刻发出送布信号t_送到实际X向送布电机编码器开始送布信号t_送1和在下一针送布终止位置C₀处测得应送布停止的时间信号t_co1，同时发出X向送布电机停止信号t_停和X向送布电机编码器实际停止信号t_停1，取(t_送1-t_送)和(t_停1-t_停)的最大值或平均值为延迟时间t_延。

布的厚度不同，即B₀(B₁)位置不同，送布起始角α_B0(α_B1)不同，和送布的终止位置C₀(C₁)不同，送布终止角α_C0(α_C1)不同而已。

步骤6、控制系统保证了第一针不送布，在E位置完成第一针缝纫后，针尖A向上到达B₁位置发出送布起动信号，在到达送布起始位置B₀时才开始送布，当针尖A向上回到初始零位，反向，向下到达C₁位置发出停止送布信号，编码器转盘基准线4到达4.2’位置，使得转盘基准线零位与控制系统修正后的发送停止信号的位置线4.2’所形成的夹角为α_C1，α_C1为锐角；

当针尖运动到送布停止点C₀(即针尖A与缝布块接触的临界位置)，送布停止。此时转盘基准线4运动到4.2位置。针尖A向下继续第二针缝纫；

步骤7、针杆1继续向下运动，针尖A穿过布层到达E位置，完成第二针缝纫后，向上运动到发送布起动信号(对应4.1’)B1位置，控制系统给送布电机X和Y发出送布指令。此时控制系统检测到转盘基准线4由C1位置(对应4.2’)运动到B1对应的送布起始位置线4.1’所形成的夹角为αgz，αgz为钝角；

步骤8、针杆1继续运动向上，针尖A由B₁位置运动到B₀位置，送布电机X和Y才完成起动，此时编码器基准线运动到4.1位置，开始送布。针尖A继续运动到初始零位时，反向向下运动到C₁位置，对应的编码器转盘基准线4运动到4.2’位置，此时控制系统向送布电机X和Y发送停止信号，针尖继续向下运动到C₀位置，送布电机X和Y刚好停止。发送停止信号位置4.2’与发送布起始信号位置线4.1’所形成的夹角为α_起止＝α_B1+α_C1＝α_B0+α_C0。

步骤9、重复步骤7和步骤8的程序为一个循环，最后一循环只在走完第7步骤后，就完成了缝纫步数；在最后一个第8步骤，针尖A由送布起始位置B₀运动到初始零位时，控制系统控制电机停止运动；转盘基准线4，只转过α_B1停止运动，控制系统同时停止主轴X、Y电机运动后，让缝纫机保持零位初始状态。

本发明通过动态调整缝纫机X轴和Y轴的送布时间，提高缝纫速度和缝制效果，该控制方法具体是采用动态修订送布起始角度的算法，无论主轴运动速度如何变化，均能最大范围保证送布电机运动所需时间，解决了高速缝纫或缝制厚料时花型缩小的问题，并在保证缝纫质量的前提下进一步提高了缝纫效率。

以上实施方式仅是对发明进行说明，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明思想范围之外的各种改进也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种直驱工业缝纫机高速运动控制方法，其特征在于，该控制方法包括以下步骤： 

1)将缝纫机各轴转至初始零位； 

2)手动转动主轴，使针杆针尖A运动到与布接触的临界位置C₀； 

3)继续通过手动转动主轴，使针杆继续向下，针尖A达到E位置完成穿缝后向上运动； 

4)再次通过手动转动主轴，使针杆继续向上运动针尖A从送布起始位置B₀向上回到初始零位位置；并使主轴编码器的转盘基准线从终止线4.1回到垂直位置与零位线重合，所经过角度为α_B0； 

5)用实测方法测量控制系统延迟时间t_延，对步骤4)得到的静态送布起始角度α_B0进行修正； 

所述步骤5)中对静态送布起始角α_B0修正为动态起始角α_B1；所述动态起始角α_B1＝α_B0+ωt_延，ω为主轴编码器的角速度； 

所述延迟时间t_延由双通道示波器测得的系统进行控制； 

6)通过控制系统确保第一针不送布； 

7)针杆继续向下运动，针尖A穿过布层到达E位置，完成第二针缝纫后，向上运动到发送布起动信号B₁位置，控制系统给送布电机X和Y发出送布指令； 

8)针杆继续向上运动，针尖A由B₁位置运动到B₀位置，送布电机X和Y才完成起动，此时编码器基准线运动到4.1位置，并开始送布； 

9)重复步骤7)和步骤8)的程序为一个循环，最后一循环只在走完第7) 

步骤后，就完成了缝纫步数。 

2.根据权利要求1所述的直驱工业缝纫机高速运动控制方法，其特征在于：所述步骤1)中针杆针尖A处在零初始位置，相对应的缝纫机主轴编码器的转盘基准线处于垂直位置，并且转盘基准线与垂直零位线重合；所述针尖A与针板之间的距离为15mm。 

3.根据权利要求2所述的直驱工业缝纫机高速运动控制方法，其特征在于：所述步骤2)中C₀为送布终止位置，相对应的主轴编码器的转盘基准线，从垂直零位线转出，转过送布终止角为α_C0，所述α_C0为锐角。 

4.根据权利要求3所述的直驱工业缝纫机高速运动控制方法，其特征在于：所述步骤3)中针尖A到达送布起始位置B₀，也是送布停止位置C₀处，在连续工作状态送布起始位置B₀为送布开始点；相对应的主轴编码器的转盘基准线从4.2位置，逆时针转过α_gz角到达4.1位置，其中α_gz为钝角。 

5.根据权利要求4所述的直驱工业缝纫机高速运动控制方法，其特征在于：所述步骤4)中主轴编码器的转盘基准线从终止线4.1回到垂直位置与零位线重合，经过角度为α_B0，基准线4随主轴转动一个循环圈；所述α_B0＝360°-α_C0-α_gz。 

6.根据权利要求5所述的直驱工业缝纫机高速运动控制方法，其特征在于： 

所述步骤6)还包括以下步骤： 

a)在E位置完成第一针缝纫后，针尖A向上到达B₁位置发出送布起动信号， 

b)在到达送布起始位置B₀时才开始送布， 

c)当针尖A向上回到初始零位时反向，并向下到达C₁位置发出停止送布信号，此时编码器转盘基准线到达4.2’位置，使得转盘基准线零位与控制系 统修正后的发送停止信号的位置线4.2’形成的夹角为α_C1；α_C1为锐角； 

d)当针尖运动到送布停止点C₀时送布停止，相应地转盘基准线运动到4.2位置，然后针尖A向下继续第二针缝纫。 

7.根据权利要求6所述的直驱工业缝纫机高速运动控制方法，其特征在于： 

所述步骤7)中，相对应地当控制系统检测到转盘基准线由C₁位置运动到B₁对应的发送送布起始位置线4.1’，所形成的夹角为α_gz；该α_gz为钝角。 

8.根据权利要求7所述的直驱工业缝纫机高速运动控制方法，其特征在于：所述步骤8)还包括以下步骤： 

当针尖A继续运动到初始零位时，反向向下运动到C₁位置，对应的编码器转盘基准线运动到4.2’位置，此时控制系统向送布电机X和Y发送停止信号，针尖继续向下运动到C₀位置，送布电机X和Y刚好停止；所述发送停止信号位置线4.2’与发送送布起始信号位置线4.1，所形成的夹角为α_起止；所述α_起止＝α_B1+α_C1＝α_B0+α_C0。 

9.根据权利要求8所述的直驱工业缝纫机高速运动控制方法，其特征在于： 

所述步骤9)中，在完成最后一个步骤8后，针尖A由送布起始位置B₀运动到初始零位时，控制系统控制电机停止运动；转盘基准线，只转过α_B1停止运动，控制系统同时停止主轴X、Y电机运动后，让缝纫机保持零位初始状态。