CN108823840B - 一种用于叠缝料的工业平缝机刺布变缝速过梗方法及装置 - Google Patents
一种用于叠缝料的工业平缝机刺布变缝速过梗方法及装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于叠缝料的工业平缝机刺布变缝速过梗方法及装置。通过缝针压力传感器与布料厚度传感器检测缝针的过程刺布力、布料厚度并实时传输给识别模块，通过刺布模块和电机转速传感器检测曲柄两端铰链约束力、角速度、功率和电机实际转速并实时传输给运算模块；识别模块根据传感器检测获得的数据通过过梗判断方法判断是否发生了过梗现象，若发生过梗现象时，运算模块采用动态调整方法调整无刷直流电机的转速直至过梗现象结束。本发明对缝纫速度进行了实时优化调整，实现了缝纫速度、缝料厚度和电机转速的自适应匹配，突破了高速缝纫过程叠缝料截面过梗区域的变速增稳技术。
Description
技术领域
本发明涉及缝纫机技术领域的一种缝纫机叠缝料刺布变缝速过梗方法和装置，尤其是设计了一种用于叠缝料的工业平缝机刺布变缝速过梗方法及装置，实现了高速缝制过程叠缝料截面过梗区域的变速增稳技术的突破。
背景技术
现有缝纫机再缝纫过程中时刻保持着一定的转速进行缝纫，在过梗时不能对转速调整，使得过梗缝纫速度恒定，并不能满足叠缝料时对刺布性能的要求，机针载荷突变局部失稳。还可能会产生缝纫机性能下降，寿命降低。因此，需要对电机转速进行实时控制以防止由过梗不问而造成的问题。传统方法只通过检测布料的厚度改变电机转速，但对于不了不同的布料的物理性质，不能仅仅通过检测布料的厚度来改变电机转速，机针载荷突变失稳也是使缝纫效率降低的原因之一，因此需要一种能实时检测缝纫状态，对机针载荷进行观测的方法来来实现柔性过梗。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种用于叠缝料的工业平缝机刺布变缝速过梗方法及装置，通过检测穿刺力与布料厚度来检测缝纫是否发生了过梗现象，并通过传感器检测曲柄连杆机构曲柄受力情况对曲柄力矩进行赋值，从而使电机调节转速以获得相应的转矩，实现柔性过梗，实现了缝纫速度、缝纫厚度和电机转速的自适应匹配，实现了高速缝制过程叠缝料截面过梗区域中的变速增稳。
为了实现上述目的，本发明采用技术方案是：
一、一种用于叠缝料的工业平缝机刺布变缝速过梗方法，包括以下步骤：
1)针对需要进行缝纫工作的缝料，设定初始的电机转速n后工业平缝机中的无刷直流电机开始转动，缝纫工作开始进行；
2)通过缝针压力传感器与布料厚度传感器检测缝针的过程刺布力f、布料厚度l并实时传输给变缝速过梗缝纫装置的识别模块，通过刺布模块和电机转速传感器检测曲柄两端铰链约束力、角速度、功率和电机实际转速n并实时传输给变缝速过梗缝纫装置的运算模块；
3)识别模块根据传感器检测获得的数据通过过梗判断方法判断是否发生了过梗现象，若发生过梗现象时，运算模块采用动态调整方法动态调整无刷直流电机的转速直至过梗现象结束。
过程中刺布模块正常工作，直至缝纫工作结束。
所述的缝针压力传感器安装在工业平缝机的缝针末端，用于检测缝针的过程刺布力f；所述的布料厚度传感器安装在工业平缝机的工作台上，检测布料厚度l。
所述的刺布模块包括曲柄连杆机构、角速度传感器和曲柄铰链力传感器，工业平缝机中在无刷直流电机输出轴和缝针之间通过曲柄连杆机构连接，所述的角速度传感器安装在曲柄连杆机构中曲柄的一端，用于检测曲柄相对于连杆的角速度；所述的曲柄铰链力传感器安装在曲柄连杆机构中曲柄的两端，用于检测曲柄两端铰链约束力。
所述的电机转速传感器安装在工业平缝机的在无刷直流电机转轴上，用于检测电机实际转速n。
所述步骤3)中过梗判断方法具体是：当过程刺布力f发生变化且布料厚度l变大时，则判断发生了过梗现象，当布料厚度l再度发生变化且变小时，过梗现象结束。
所述步骤3)中动态调整方法具体是：根据曲柄连杆机构的曲柄两端铰链约束力及角速度的变化计算曲柄力矩MAB和电机应有转速n’，进行动态调整以实现对刺布模块工作速度的调整；
当过程刺布力f减小，布料厚度l增大时，利用曲柄两端铰链的约束力、角速度及功率计算曲柄力矩，利用曲柄力矩进而计算电机应有转速n’，将电机应有转速n’和通过电机转速传感器检测获得的电机实际转速n进行比较，判断电机实际转速n是否比电机应有转速n’大：若电机实际转速n比电机应有转速n’大，则用电机应有转速n’作为电机控制转速控制调整无刷直流电机使得电机以电机应有转速n’旋转工作，来保证刺布模块正常工作，防止机针载荷突变力失稳；若电机实际转速n不比电机应有转速n’大，则不对无刷直流电机进行调整；
当过程刺布力f增大时，布料厚度l减小时，利用曲柄两端铰链的约束力、角速度及功率计算曲柄力矩，利用曲柄力矩进而计算电机应有转速n’，将电机应有转速n’和通过电机转速传感器检测获得的电机实际转速n进行比较，判断电机实际转速n是否比电机应有转速n’小：若电机实际转速n比电机应有转速n’小，则用电机应有转速n’作为电机控制转速控制调整无刷直流电机使得电机以电机应有转速n’旋转工作，来保证刺布模块正常工作，防止机针载荷突变力失稳；若电机实际转速n不比电机应有转速n’小，则不对无刷直流电机进行调整；
在过梗现象结束时，控制无刷直流电机提速到调整前的电机实际转速n，能够减小曲柄力矩加快缝纫进程。
计算曲柄力矩MAB和电机应有转速n’进行动态调整以实现对刺布模块工作速度的调整，具体计算公式为：
其中，FA、FB分别是曲柄AB在两端铰链A、B处收到的约束反力，a1是刺布机构曲柄质心加速度，m1是曲柄质量，Md是驱动力矩，根据不同的缝纫要求进行不同的变化，
是曲柄AB在铰链A、B处的位移方向矢量，
是通过角度传感器测量的曲柄AB角加速度，JAB是曲柄转动惯量，i为电机与曲柄连杆之间的传动比，PAB是由功率计测出的曲柄功率，n’为电机应有转速，MAB表示为曲柄力矩。
二、一种用于叠缝料的工业平缝机刺布变缝速过梗装置：
包括运算模块、识别模块、电机模块和刺布模块；
所述的电机模块，包括无刷直流电机，接收运算模块发送过来的电机控制转速改变无刷直流电机的转速；
所述的刺布模块，包括曲柄连杆机构、角速度传感器和曲柄铰链力传感器，工业平缝机中在无刷直流电机输出轴和缝针之间通过曲柄连杆机构连接，角速度传感器检测曲柄相对于连杆的角速度后发送到运算模块，曲柄铰链力传感器检测曲柄两端铰链约束力后发送到运算模块；
所述的识别模块，包括缝针压力传感器和布料厚度传感器，通过缝针压力传感器检测缝针的过程刺布力f，布料厚度传感器检测布料厚度l，通过过梗判断方法识别是否发生过梗现象和过梗现象是否结束；
所述的运算模块，通过刺布模块传递的曲柄两端铰链约束力和角速度计算过梗时所需的曲柄力矩，并利用曲柄力矩进而计算电机应有转速n’，将电机应有转速n’与通过电机转速传感器检测的电机实际转速n对比，计算出过梗时所需的电机控制转速传送给电机模块进行控制。
所述的角速度传感器安装在曲柄连杆机构中曲柄的一端，所述的曲柄铰链力传感器安装在曲柄连杆机构中曲柄的两端。
所述的缝针压力传感器安装在工业平缝机的缝针末端，所述的布料厚度传感器安装在工业平缝机的工作台上。
所述的电机转速传感器安装在工业平缝机的在无刷直流电机转轴上。
本发明以工业平缝机叠缝料刺布过梗问题为核心，针对缝纫机在过梗时缝料截面局部载荷突变导致机针载荷突变力失稳进行电机转速的动态控制。
本发明针对缝纫机在过梗时缝料截面局部突变导致机针载荷突变力失稳的问题，通过传感器获取过程刺布力、刺布机构曲柄约束力和角速度、布料厚度与电机转速的数值，通过各数值变化判断是否产生过梗现象并动态改变电机转速以使缝纫速度与缝料厚度相匹配，直到缝纫工作完成。具体体现在通过传感器实时获取过程刺布力与布料厚度的数值变化判断是否发生过梗现象，当发生过梗现象时，通过刺布模块传感器曲柄约束力及角速度计算保证刺布力稳定的电机转速以实现电机的动态控制。
本发明具有的有益效果是：
1.采用本发明可实现工业平缝机的柔性过梗，通过计算过梗所需的电机转速，寻找电机转速与机针刺布力的匹配关系，保持机针刺布力稳定，防止机针载荷突变失稳造成的断针、停机等问题。
2.采用本发明可实现工业平缝机过梗时的自动动态控制，通内部运算和识别模块，识别过梗现象发生后自动调整电机转速，直至过梗现象结束，实现过梗时的变速增稳。
3.采用本发明提出的叠缝料刺布变缝速过梗装置，可以通过设定不同的初始刺布力，计算不同的过梗电机转速，实现不同的材料叠缝料刺布变缝速过梗。
附图说明
图1为本发明方法流程图。
图2本发明装置结构图。
图3为本发明电动机转速变化图。
图4为本发明缝纫过程机针压力变化图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细阐述。
本发明具体实施中，变缝速过梗缝纫装置包括运算模块、识别模块、电机模块和刺布模块。
电机模块，包括无刷直流电机，接收运算模块发送过来的电机控制转速改变无刷直流电机的转速；
刺布模块，包括曲柄连杆机构、角速度传感器和曲柄铰链力传感器，角速度传感器安装在曲柄连杆机构中曲柄的一端，曲柄铰链力传感器安装在曲柄连杆机构中曲柄的两端。工业平缝机中在无刷直流电机输出轴和缝针之间通过曲柄连杆机构连接，角速度传感器检测曲柄相对于连杆的角速度后发送到运算模块，曲柄铰链力传感器检测曲柄两端铰链约束力后发送到运算模块；
识别模块，包括缝针压力传感器和布料厚度传感器，缝针压力传感器安装在工业平缝机的缝针末端，布料厚度传感器安装在工业平缝机的工作台上。通过缝针压力传感器检测缝针的过程刺布力f，布料厚度传感器检测布料厚度l，通过过梗判断方法识别是否发生过梗现象和过梗现象是否结束；
运算模块，通过刺布模块传递的曲柄两端铰链约束力和角速度计算过梗时所需的曲柄力矩，具体计算为：
其中FA、FB分别是在曲柄AB的铰链A、B处收到的约束反力。a1是刺布机构曲柄质心加速度，m1是曲柄质量，Md是驱动力矩，根据不同的缝纫要求进行不同的变化。
是曲柄AB在铰链A、B处的位移方向矢量有约束力。
是通过角速度传感器测量的曲柄AB角速度微分后得到，JAB是曲柄转动惯量。
再利用曲柄力矩进而计算电机应有转速n’，具体计算为：
其中i为电机与曲柄连杆之间的传动比，PAB是曲柄功率由功率计测出。
最后将电机应有转速n’与通过电机转速传感器检测的电机实际转速n对比，电机转速传感器安装在工业平缝机的在无刷直流电机转轴上，计算出过梗时所需的电机控制转速传送给电机模块进行控制。
本发明的实施例如下：
1.被告知的缝纫工作的缝料，设定初始的电机转速n为1480r/min；缝纫机的无刷直流电机开始转动，到5s时电机完全启动，缝纫工作开始进行；
2.通过缝针压力传感器与布料厚度传感器检测缝针的过程刺布力f(140N)、布料厚度l(20mm)并实时传输给变缝速过梗缝纫装置的识别模块，通过电机转速传感器检测获得的电机实际转速n＝1480r/min并实时传输给运算模块，刺布模块中实际取曲柄长度为20mm，曲柄质量为200g，连杆长度为30mm，驱动力矩为100N·m，曲柄转动惯量取200kg·m2。
3.识别模块根据过梗判断方法判断是否发生了过梗现象；
当过程刺布力f发生变化在0.01s内变化1N以上且布料厚度l变大至40mm时，则判断发生了过梗现象。
然后，根据曲柄连杆机构的曲柄两端铰链约束力及角速度的变化计算曲柄力矩和电机应有转速n’，采用以下方式进行动态调整以实现对刺布机构工作速度的调整：
当过程刺布力f减小，利用曲柄两端铰链的约束力和角速度计算曲柄力矩，利用曲柄力矩进而计算电机应有转速n’＝1000r/min，将电机应有转速n’和通过电机转速传感器检测获得的电机实际转速n＝1480r/min进行比较，判断电机实际转速n是否比电机应有转速n’大：若电机实际转速n比电机应有转速n’大，则用电机应有转速n’作为电机控制转速控制调整无刷直流电机使得电机以电机应有转速n’旋转工作，来保证刺布模块正常工作，防止机针载荷突变力失稳，使得电机转速最低将降至1000r/min，保证刺布力稳定在100N以上以防止机针载荷突变力失稳。
当过程刺布力f增大，布料厚度l再度发生变化由40mm变为20mm时，曲柄两端铰链约束力和角速度都将减小，使曲柄力矩减小，过梗现象结束，控制无刷直流电机提速到调整前的电机实际转速n＝1480r/min，电机模块转速n将提速逐步恢复至1480r/min减小刺布机构曲柄力矩，加快缝纫进程。
4.刺布模块正常工作，使缝纫工作持续进行直至结束。具体的电动机转速运行情况如图3所示，同步机针压力如图4所示。通过实时变化可以看到过程刺布力f没有发生剧烈变化，机针载荷稳定；电机转速n进行了动态调整。
Claims (10)
1.一种用于叠缝料的工业平缝机刺布变缝速过梗方法，其特征在于包括以下步骤：
1)针对需要进行缝纫工作的缝料，设定初始的电机转速n后工业平缝机中的无刷直流电机开始转动，缝纫工作开始进行；
2)通过缝针压力传感器与布料厚度传感器检测缝针的过程刺布力f、布料厚度l并实时传输给识别模块，通过刺布模块和电机转速传感器检测曲柄两端铰链约束力、角速度、功率和电机实际转速n’并实时传输给运算模块；
3)识别模块根据传感器检测获得的数据通过过梗判断方法判断是否发生了过梗现象，若发生过梗现象时，运算模块采用动态调整方法调整无刷直流电机的转速直至过梗现象结束。
2.根据权利要求1所述的一种用于叠缝料的工业平缝机刺布变缝速过梗方法，其特征在于：所述的缝针压力传感器安装在工业平缝机的缝针末端，用于检测缝针的过程刺布力f；所述的布料厚度传感器安装在工业平缝机的工作台上，检测布料厚度l。
3.根据权利要求1所述的一种用于叠缝料的工业平缝机刺布变缝速过梗方法，其特征在于：所述的刺布模块包括角速度传感器和曲柄铰链力传感器，工业平缝机中在无刷直流电机输出轴和缝针之间通过曲柄连杆机构连接，所述的角速度传感器安装在曲柄连杆机构中曲柄的一端，用于检测曲柄相对于连杆的角速度；所述的曲柄铰链力传感器安装在曲柄连杆机构中曲柄的两端，用于检测曲柄两端铰链约束力。
4.根据权利要求1所述的一种用于叠缝料的工业平缝机刺布变缝速过梗方法，其特征在于：所述的电机转速传感器安装在工业平缝机的在无刷直流电机转轴上，用于检测电机实际转速n。
5.根据权利要求1所述的一种用于叠缝料的工业平缝机刺布变缝速过梗方法，其特征在于：所述步骤3)中过梗判断方法具体是：当过程刺布力f发生变化且布料厚度l变大时，则判断发生了过梗现象，当布料厚度l再度发生变化且变小时，过梗现象结束。
6.根据权利要求1所述的一种用于叠缝料的工业平缝机刺布变缝速过梗方法，其特征在于：所述步骤3)中动态调整方法具体是：根据曲柄连杆机构的曲柄两端铰链约束力及角速度的变化计算曲柄力矩MAB和电机应有转速n’，进行动态调整以实现对刺布模块工作速度的调整；
当过程刺布力f减小，布料厚度l增大时，利用曲柄两端铰链的约束力、角速度及功率计算曲柄力矩，利用曲柄力矩进而计算电机应有转速n’，将电机应有转速n’和通过电机转速传感器检测获得的电机实际转速n进行比较，判断电机实际转速n是否比电机应有转速n’大：若电机实际转速n比电机应有转速n’大，则用电机应有转速n’控制调整无刷直流电机使得电机以电机应有转速n’旋转工作；若电机实际转速n不比电机应有转速n’大，则不对无刷直流电机进行调整；
当过程刺布力f增大时，布料厚度l减小时，利用曲柄两端铰链的约束力、角速度及功率计算曲柄力矩，利用曲柄力矩进而计算电机应有转速n’，将电机应有转速n’和通过电机转速传感器检测获得的电机实际转速n进行比较，判断电机实际转速n是否比电机应有转速n’小：若电机实际转速n比电机应有转速n’小，则用电机应有转速n’控制调整无刷直流电机使得电机以电机应有转速n’旋转工作；若电机实际转速n不比电机应有转速n’小，则不对无刷直流电机进行调整；
在过梗现象结束时，控制无刷直流电机提速到调整前的电机实际转速n。
7.一种用于叠缝料的工业平缝机刺布变缝速过梗装置，其特征在于：包括运算模块、识别模块、电机模块和刺布模块；
所述的电机模块，包括无刷直流电机，接收运算模块发送过来的电机控制转速改变无刷直流电机的转速；
所述的刺布模块，包括角速度传感器和曲柄铰链力传感器，工业平缝机中在无刷直流电机输出轴和缝针之间通过曲柄连杆机构连接，角速度传感器检测曲柄相对于连杆的角速度后发送到运算模块，曲柄铰链力传感器检测曲柄两端铰链约束力后发送到运算模块；
所述的识别模块，包括缝针压力传感器和布料厚度传感器，通过缝针压力传感器检测缝针的过程刺布力f，布料厚度传感器检测布料厚度l，通过过梗判断方法识别是否发生过梗现象和过梗现象是否结束；
所述的运算模块，通过刺布模块传递的曲柄两端铰链约束力和角速度计算过梗时电机应有转速n’，将电机应有转速n’与通过电机转速传感器检测的电机实际转速n对比，计算出过梗时所需的电机控制转速传送给电机模块进行控制。
8.根据权利要求7所述的一种用于叠缝料的工业平缝机刺布变缝速过梗装置，其特征在于：所述的角速度传感器安装在曲柄连杆机构中曲柄的一端，所述的曲柄铰链力传感器安装在曲柄连杆机构中曲柄的两端。
9.根据权利要求7所述的一种用于叠缝料的工业平缝机刺布变缝速过梗装置，其特征在于：所述的缝针压力传感器安装在工业平缝机的缝针末端，所述的布料厚度传感器安装在工业平缝机的工作台上。
10.根据权利要求7所述的一种用于叠缝料的工业平缝机刺布变缝速过梗装置，其特征在于：所述的电机转速传感器安装在工业平缝机的在无刷直流电机转轴上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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