CN110112967B - 一种工缝步进电机上电自动找原点的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种工缝步进电机上电自动找原点的装置及方法，装置包括步进电机、控制模块、检测传感器和被检测件，步进电机的输出轴在转动范围内往复摆动，转动范围具有感应范围和非感应范围，被检测件与步进电机的输出轴同轴线转动，检测传感器和步进电机都与控制模块相连；当步进电机的输出轴位于感应范围内时，检测传感器能够感应到被检测件、并输出第一信号；步进电机的输出轴位于非感应范围内时，检测传感器感应不到被检测件、并输出第二信号；第一信号和第二信号为两个不同的信号。本申请在步进电机上电后能够有效找到步进电机的机械原点，且适用于步进电机转动范围小且转动范围有限的场合，满足使步进电机根据绝对角度转动的要求。

Description

一种工缝步进电机上电自动找原点的装置及方法

技术领域

本发明涉及缝纫机领域，特别是涉及一种工缝步进电机上电自动找原点的装置及方法。

背景技术

缝纫机自动压脚交替量自动控制装置，通常采用步进电机作为驱动源，步进电机的输出轴在一个角度范围内往复摆动，实现压脚交替量的改变；当步进电机的输出轴在机械原点处时，缝纫机中的压脚交替量为最小。步进电机可通过控制脉冲总数和频率分别来实现精准的位置和速度控制，保证压脚交替量的精准度。然而，在实际中会存在当步进电机掉电、手碰使步进电机角度发生变化等情况时，步进电机就不知道当前的绝对角度；因此，需要在步进电机每次上电之后，步进电机能够自动找到机械原点。进一步地，由于步进电机用于缝纫机自动控制压脚交替量装置时，步进电机输出轴的转动范围小且转动范围有限，故步进电机不能360°找机械原点；同时，步进电机在找机械原点时，若停车前速度过快，可能会造成停车过冲、原点定位不准的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种工缝步进电机上电自动找原点的装置，适用于步进电机转动范围小且转动范围有限的场合。

为实现上述目的，本发明提供一种工缝步进电机上电自动找原点的装置，包括步进电机和控制模块，所述步进电机的输出轴在转动范围内往复摆动，所述转动范围具有感应范围、以及除感应范围外的非感应范围，还包括检测传感器和被检测件，所述被检测件与步进电机的输出轴同轴线转动，所述检测传感器和步进电机都与控制模块相连；当所述步进电机的输出轴位于感应范围内时，所述检测传感器能够感应到被检测件、并输出第一信号；所述步进电机的输出轴位于非感应范围内时，所述检测传感器感应不到被检测件、并输出第二信号；所述第一信号和第二信号为两个不同的信号。

进一步地，所述工缝步进电机上电自动找原点的装置还包括曲柄，所述曲柄的一端固定于步进电机的输出轴，所述被检测件固定于曲柄的另一端。

进一步地，所述检测传感器为霍尔传感器，所述霍尔传感器集成在一霍尔板上，所述霍尔板与控制模块相连；所述被检测件为磁钢。

进一步地，所述第一信号为低电平信号，所述第二信号为高电平信号。

进一步地，所述磁钢垂直于霍尔板，所述磁钢上用于触发霍尔传感器的磁极面向霍尔板。

进一步地，所述工缝步进电机上电自动找原点的装置还包括电机安装座，所述电机安装座固定于缝纫机机壳，所述步进电机和检测传感器都固定在电机安装座上。

本发明还提供一种工缝步进电机上电自动找原点的方法，使用如上所述的工缝步进电机上电自动找原点的装置，所述转动范围在检测传感器的输出信号由第二信号变化为第一信号处具有绝对原点，所述步进电机的正转方向为步进电机的输出轴从最大角度转到绝对原点的方向，所述工缝步进电机上电自动找原点的方法依次包括以下步骤：

S1、步进电机上电；

S2、控制模块判断是否首次读取检测传感器的信号：

若是，则当检测传感器输出第一信号时，控制模块置步进电机反转标志，则正转标志为0；当检测传感器输出第二信号时，控制模块置步进电机正转标志，则正转标志为1；

若否，则执行下述步骤S3；

S3、控制模块判断正转标志是否为1：

若是，则控制模块控制步进电机正转、直至检测传感器输出第一信号，之后，控制模块控制步进电机正转第一预设角度后再控制步进电机停止转动；

若否，则控制模块控制步进电机反转第二预设角度后控制步进电机停止转动，控制模块设置正转标志为1，之后，返回上述步骤S2；

S4、结束。

进一步地，所述步骤S3中，当控制模块控制步进电机正转、直至检测传感器输出第一信号时，控制模块判断缝纫机的当前速度是否大于预设速度，若是，则控制模块控制缝纫机的当前速度降速至预设速度后、再控制步进电机正转第一预设角度；若否，则控制模块直接控制步进电机正转第一预设角度。

进一步地，所述预设速度为30rpm。

如上所述，本发明涉及的工缝步进电机上电自动找原点的装置及方法，具有以下有益效果：

本申请在步进电机上电后能够有效找到步进电机的机械原点，且适用于步进电机转动范围小且转动范围有限的场合，满足使步进电机根据绝对角度转动的要求；特别地，本申请实现成本低，具体操作方式简单，且通过程序控制实现高精度地找到步进电机的机械原点。

附图说明

图1为本申请中工缝步进电机上电自动找原点的装置的结构示意图。

图2为图1中曲柄与被检测件之间的连接示意图。

图3为本申请中被检测件相对于检测传感器的位置、与检测传感器输出信号的对应关系图。

图4为本申请中霍尔板与磁钢之间的安装关系图。

图5为本申请中工缝步进电机上电自动找原点的方法的流程图。

元件标号说明

1 步进电机

2 检测传感器

3 被检测件

4 曲柄

5 霍尔板

6 电机安装座

7 锁紧螺钉

8 转动范围

81 感应范围

82 非感应范围

83 绝对原点

84 机械原点

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书附图所绘的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本申请涉及一种缝纫机，该缝纫机具有自动控制压脚交替量装置，自动控制压脚交替量装置的驱动源为步进电机1，自动控制压脚交替量装置作业时，步进电机1的输出轴在转动范围8内往复摆动(即正反转)；当步进电机1的输出轴在机械原点84处时，缝纫机中的压脚交替量为最小；因此，如图3所示，步进电机1输出轴往复摆动的转动范围8具有机械原点84、绝对原点83、感应范围81、以及除感应范围81外的非感应范围82，绝对原点83为感应范围81和非感应范围82的相接处，感应范围81也为绝对原点83与机械原点84之间的位置、包括绝对原点83和机械原点84。

如图1至图3所示，本申请涉及的工缝步进电机上电自动找原点的装置包括缝纫机中自动控制压脚交替量装置的步进电机1、控制模块、检测传感器2和被检测件3，被检测件3与步进电机1的输出轴同轴线转动，即被检测件3随步进电机1的输出轴一起绕步进电机1的输出轴的中心轴线转动，检测传感器2和步进电机1都与控制模块相连，控制模块能够接收检测传感器2的输出信号，控制模块也能向步进电机1发送指令、控制步进电机1的转动。特别地，如图3所示，当步进电机1的输出轴位于其转动范围8内的感应范围81内时，检测传感器2能够感应到被检测件3、并输出第一信号；步进电机1的输出轴位于其转动范围8内的非感应范围82内时，检测传感器2感应不到被检测件3、并输出第二信号；第一信号和第二信号为两个不同的信号。另外，将步进电机1的正转方向定义为步进电机1的输出轴从最大角度转到绝对原点83的方向，也即图3中从右往左的方向；故图3中从左往右的方向为步进电机1的反转方向。沿步进电机1的正转方向，绝对原点83也为检测传感器2的输出信号从第二信号变化为第一信号的位置。

基于上述工缝步进电机上电自动找原点的装置，本申请还提供一种工缝步进电机上电自动找原点的方法，如图5所示，该方法依次包括以下步骤：

S1、步进电机1上电。

S2、控制模块判断是否首次读取检测传感器2的信号：

S21、若是，则当检测传感器2输出第一信号时，控制模块置步进电机1反转标志，则正转标志为0，且说明步进电机1上电后的当前位置位于感应范围81内；当检测传感器2输出第二信号时，控制模块置步进电机1正转标志，则正转标志为1，且说明步进电机1上电后的当前位置位于非感应范围82内；

S22、若否，则执行下述步骤S3。

S3、控制模块判断正转标志是否为1：

S31、若是，说明步进电机1的输出轴和被检测件3在图3中非感应范围82内的某一位置，则控制模块控制步进电机1正转、直至检测传感器2输出第一信号，此时步进电机1的输出轴和被检测件3一起从图3中非感应范围82内的某一位置向左移动至感应范围81右端的绝对原点83处、先找到绝对原点83，之后，控制模块控制步进电机1正转第一预设角度后再控制步进电机1停止转动，则输出轴和被检测件3一起从图3中感应范围81右端的绝对原点83向左移动至机械原点84，步进电机1找到并停留在机械原点84；

S32、若否，说明步进电机1的输出轴和被检测件3在图3中感应范围81内的某一位置，则控制模块控制步进电机1反转第二预设角度后控制步进电机1停止转动，此时步进电机1的输出轴和被检测件3一起从图3中感应范围81内的某一位置向右移动至非感应范围82内的某一位置，之后，控制模块设置正转标志为1，之后，返回上述步骤S2；返回上述步骤S2后，控制模块判断并不是首次读取检测传感器2的信号，则执行步骤S22，也即执行本步骤S3，此时，由于正转标志为1，则执行步骤S31，即可使步进电机1找到并停留在机械原点84。

S4、结束。

因此，本申请在步进电机1上电后能够有效先找到步进电机1的绝对原点83、之后找到步进电机1的机械原点84，且适用于步进电机1转动范围8小且转动范围8有限的场合，满足使步进电机1根据绝对角度转动的要求；特别地，本申请实现成本低，具体操作方式简单，开发效率高，且通过程序控制实现高精度地找到步进电机1绝对原点83和机械原点84。

进一步地，控制模块为缝纫机的电控模块，故控制模块同时与缝纫机的主电机相连，能够获取缝纫机的当前速度的信息、并能够向主电机发送指令控制缝纫机的当前速度。上述步骤S31中，第一预设角度预先存储在控制模块中，第一预设角度由步进电机1原点位置、以及检测传感器2和被检测件3的安装位置共同确定，在工缝步进电机上电自动找原点的装置出厂后，第一预设角度的就可以确定；本实施例中，第一预设角度为1.8°。上述步骤S32中，第二预设角度预先存储在控制模块中，第二预设角度由第一信号的范围所占的角度、以及检测传感器2和被检测件3的安装位置共同确定，在工缝步进电机上电自动找原点的装置出厂后，第二预设角度的就可以确定；本实施例中，第二预设角度为5°。

进一步地，上述步骤S31中，当控制模块控制步进电机1正转、直至检测传感器2输出第一信号时，控制模块判断缝纫机的当前速度是否大于预设速度，若是，则控制模块控制缝纫机的当前速度降速至预设速度后、再控制步进电机1正转第一预设角度；若否，则控制模块直接控制步进电机1正转第一预设角度，实现降速找机械原点84，避免步进电机1在找机械原点84时因速度过快而造成停车过冲、绝对原点83定位不准的问题，使得步进电机1在正转第一预设角度后能够准确地停在机械原点84，定位精准，使得本申请同时适用于步进电机1转速大、转动范围8小且转动范围8有限的场合。本实施例中，预设速度为30rpm，预设速度预先存储在控制模块中。

进一步地，被检测件3与步进电机1的输出轴相对固定，两者之间的安装结构优选为：如图1和图2所述，工缝步进电机上电自动找原点的装置还包括曲柄4，曲柄4的一端通过锁紧螺钉7固定在步进电机1的输出轴上，被检测件3固定于曲柄4的另一端；步进电机1的输出轴绕自身中心轴线转动时，带动曲臂和被检测件3一起绕步进电机1的输出轴的中心轴线转动。另外，检测传感器2的类型有多种，比如可以选用霍尔传感器或增量式光电编码器；本实施例中，检测传感器2为霍尔传感器，霍尔传感器集成在一霍尔板5上，霍尔板5与控制模块相连；相应地，被检测件3为磁钢。基于此，当霍尔传感器感应到磁钢时，霍尔传感器输出的第一信号为低电平信号；当霍尔传感器感应不到磁钢时，霍尔传感器输出的第二信号为高电平信号。

进一步地，步进电机1和霍尔板5的安装结构优选为：如图1所示，工缝步进电机上电自动找原点的装置还包括电机安装座6，电机安装座6通过螺钉固定安装于缝纫机机壳，步进电机1和检测传感器2都通过螺钉固定安装在电机安装座6上。另外，为了确保在步进电机1带动磁钢在步进电机1的转动范围8内转动时，霍尔传感器能够输出低电平和高电平，应使磁钢产生的磁场尽可能的小，方式有下述两种：1、减小磁钢的尺寸；2、如图4所示，将磁钢垂直于霍尔板5放置，且磁钢上用于触发霍尔传感器的磁极面向霍尔板5；以此来适用于步进电机1可转动范围8小的场合。

综上所述，如图5所示，使用具有上述结构的工缝步进电机上电自动找原点的装置进行的工缝步进电机上电自动找原点的方法依次包括以下步骤：

A1、步进电机1上电，开始。

A2、缝纫机电控的硬件初始化。

A3、缝纫机电控的软件初始化。

A4、While(1)，即条件为真、无限循环。

A5、控制模块判断查询霍尔传感器的信号周期是否到了1ms，若是，则执行下述步骤A6；若否，则返回上述步骤A4；本步骤中，1ms为控制模块查询霍尔传感器输出信号的周期，控制模块每隔1ms查询一次。

A6、控制模块判断找原点标志是否为1，若是，则执行下述步骤A7；若否，则执行上述步骤A12。

A7、控制模块判断是否首次读取霍尔传感器的信号，若是，则执行下述步骤A8；若否，则执行下述步骤A9。

A8、控制模块判断霍尔传感器的输出信号为低电平还是高电平：当控制模块判断霍尔传感器输出低电平时，则控制模块置步进电机1反转标志，则正转标志为0，且说明步进电机1上电后的当前位置位于感应范围81内；当控制模块判断霍尔传感器输出高电平时，则控制模块置步进电机1正转标志，则正转标志为1，且说明步进电机1上电后的当前位置位于非感应范围82内；之后返回上述步骤A4。

A9、控制模块判断正转标志是否为1，若是，则执行下述步骤A10；若否，则执行下述步骤A11。

A10、控制模块控制步进电机1正转、直至霍尔传感器输出低电平，此时步进电机1的输出轴和被检测件3一起从图3中非感应范围82内的某一位置向左移动至感应范围81右端的绝对原点83；控制模块判断缝纫机的当前速度是否大于30rpm，若否，则控制模块控制步进电机1正转1.8°后再使步进电机1停止转动；若是，则控制模块控制缝纫机的当前速度降速至30rpm，之后控制模块控制步进电机1正转1.8°后再使步进电机1停止转动，控制模块再将找原点标志清零，之后再执行下述步骤A12。在这过程中，在缝纫机低转速运转的前提下，步进电机1的输出轴从图3中感应范围81右端的绝对原点83向左移动对应于反转1.8°的距离后停止，则步进电机1找到并停留在机械原点84。

A11、控制模块控制步进电机1反转5°后控制步进电机1停止转动，此时步进电机1的输出轴从图3中感应范围81内的某一位置向右移动对应于反转5°的距离后停在非感应范围82内的某一位置，之后，控制模块设置正转标志为1，并返回上述步骤A4；之后依次执行步骤A5、步骤A6、步骤A7、步骤A9和步骤A10，最终使步进电机1找到并停留在机械原点84。

A12、找原点标志为0，结束。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种工缝步进电机上电自动找原点的方法，使用工缝步进电机上电自动找原点的装置，所述工缝步进电机上电自动找原点的装置包括步进电机(1)和控制模块，所述步进电机(1)的输出轴在转动范围(8)内往复摆动，所述转动范围(8)具有感应范围(81)、以及除感应范围(81)外的非感应范围(82)，其特征在于：所述工缝步进电机上电自动找原点的装置还包括检测传感器(2)和被检测件(3)，所述被检测件(3)与步进电机(1)的输出轴同轴线转动，所述检测传感器(2)和步进电机(1)都与控制模块相连；当所述步进电机(1)的输出轴位于感应范围(81)内时，所述检测传感器(2)能够感应到被检测件(3)、并输出第一信号；所述步进电机(1)的输出轴位于非感应范围(82)内时，所述检测传感器(2)感应不到被检测件(3)、并输出第二信号；所述第一信号和第二信号为两个不同的信号；所述转动范围(8)在检测传感器(2)的输出信号由第二信号变化为第一信号处具有绝对原点(83)，所述步进电机(1)的正转方向为步进电机(1)的输出轴从最大角度转到绝对原点(83)的方向，所述工缝步进电机上电自动找原点的方法依次包括以下步骤：

S1、步进电机(1)上电；

S2、控制模块判断是否首次读取检测传感器(2)的信号：

若是，则当检测传感器(2)输出第一信号时，控制模块置步进电机(1)反转标志；当检测传感器(2)输出第二信号时，控制模块置步进电机(1)正转标志；

若否，则执行下述步骤S3；

S3、控制模块判断正转标志是否为1：

若是，则控制模块控制步进电机(1)正转、直至检测传感器(2)输出第一信号，之后，控制模块控制步进电机(1)正转第一预设角度后再控制步进电机(1)停止转动；

若否，则控制模块控制步进电机(1)反转第二预设角度后控制步进电机(1)停止转动，控制模块设置正转标志为1，之后，返回上述步骤S2；

S4、结束。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括曲柄(4)，所述曲柄(4)的一端固定于步进电机(1)的输出轴，所述被检测件(3)固定于曲柄(4)的另一端。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述检测传感器(2)为霍尔传感器，所述霍尔传感器集成在一霍尔板(5)上，所述霍尔板(5)与控制模块相连；所述被检测件(3)为磁钢。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述第一信号为低电平信号，所述第二信号为高电平信号。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述磁钢垂直于霍尔板(5)，所述磁钢上用于触发霍尔传感器的磁极面向霍尔板(5)。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括电机安装座(6)，所述电机安装座(6)固定于缝纫机机壳，所述步进电机(1)和检测传感器(2)都固定在电机安装座(6)上。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤S3中，当控制模块控制步进电机(1)正转、直至检测传感器(2)输出第一信号时，控制模块判断缝纫机的当前速度是否大于预设速度，若是，则控制模块控制缝纫机的当前速度降速至预设速度后、再控制步进电机(1)正转第一预设角度；若否，则控制模块直接控制步进电机(1)正转第一预设角度。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述预设速度为30rpm。

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