CN1855691A

CN1855691A - 步进电机的驱动控制装置及缝纫机

Info

Publication number: CN1855691A
Application number: CN 200610074856
Authority: CN
Inventors: 青木信; 吉田信次; 竹村彻
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2005-04-21
Filing date: 2006-04-20
Publication date: 2006-11-01
Anticipated expiration: 2026-04-20
Also published as: JP2006304511A; JP4802545B2; CN100459409C

Abstract

本发明的步进电机的驱动控制装置，根据编码器输出的编码信号来反馈控制所述步进电机，其特征在于，设置有：指令数计数器，通过对赋予所述步进电机的驱动脉冲数进行计数来获得指令数计数值；信号计数器，通过对所述编码信号的脉冲数进行计数来获得信号计数值；滞后消除控制部，在结束由所述步进电机的驱动来进行的被驱动系统的规定动作时，当发生了所述指令数计数值与所述信号计数值×C(C是规定的正的常数)不一致的滞后状态的场合，通过由所述步进电机在特定的动作形态下驱动所述被驱动系统，消除所述被驱动系统的滞后状态。

Description

步进电机的驱动控制装置及缝纫机

(1)技术领域

本发明涉及在使用步进电机驱动控制被驱动系统时能消除被驱动系统发生的滞后状态的步进电机的驱动控制装置及缝纫机。

(2)背景技术

以往，在驱动各种被驱动系统时，大多是采用能进行开环式驱动控制的步进电机(脉冲电机)。例如，在电子缝纫机中，摆动针杆的针摆机构、通过送布牙及布保持体进行加工布送布的送布驱动机构等中使用的是小型且控制简单的步进电机。

通过移动送布牙及布保持框来进行送布动作时，若步进电机的负载大，负载就会影响到控制装置赋予步进电机的驱动脉冲(指令脉冲)数和与步进电机的旋转量对应的编码信号的脉冲数之差。这样就不能正确地使送布牙及布保持框移动，存在发生花样变形的问题。为此，出现一种如下的步进电机的控制技术：通过将步进电机的输出始终设定成最大转矩而确保按照指令的移动量，从而防止发生花样变形。

例如，日本公开特许公报2004-321771号(现有技术文献1)中记载的缝纫机，分别设定步进电机在加速时、减速初期等各驱动区间中的最佳偏差。具有第1计数器和第2计数器，分别对赋予步进电机的驱动脉冲数即第1脉冲数和与步进电机的旋转量对应的编码信号的脉冲数即第2脉冲数进行计数，在驱动控制中的任意时刻对第1脉冲数和第2脉冲数的实际偏差进行运算。根据已设定的偏差与实际的偏差来调节下一个驱动脉冲的输出时间。通过采用使用了编码信号的反馈控制，可使步进电机在驱动刺绣框时发生最大转矩。

日本公开特许公报平成6年第126049(现有技术文献2)中记载的电子循环缝纫机，设置有X轴及Y轴的原点传感器以及原点检索控制装置等。电子循环缝纫机的工作台在相互正交的X轴方向和Y轴方向上可移动。原点检索控制装置被控制成在从X轴及Y轴的原点传感器输入传感信号的时刻结束工作台的原点复位。

在现有技术文献1中记载的步进电机控制程序中，使用步进电机来驱动刺绣框。如现有技术文献2所示，电源接通时和缝制开始时刺绣框必须原点复位。在进行刺绣框原点复位前将第1、第2计数器的计数值清除，原点复位动作后再次将第1、第2计数器的计数值清除。

在执行刺绣框的原点复位动作时，在安装有用于发生编码信号的编码磁盘的步进电机的驱动轴上，施加伴随驱动的负载(转矩)。随着驱动刺绣框驱动系统所需的转矩接近步进电机的驱动转矩，在原点复位动作结束时，步进电机的驱动轴的旋转位置相对于与来自控制装置的驱动脉冲对应的正规停止位置成为偏离状态(所谓的滞后状态)。

在滞后状态下，大多是第2计数器的计数值比第1计数器的计数值小，两者不一致。在这种滞后状态下，若再次清除该第1、第2计数器的计数值，则在随后执行的缝制处理中，即使如上所述调节驱动脉冲的输出时间，步进电机也不可能发生最大转矩。存在不能可靠地防止花样变形的问题。

(3)发明内容

本发明的目的在于提供一种在由步进电机驱动控制被驱动系统时、能消除被驱动系统发生的滞后状态并能以最大转矩驱动被驱动系统的步进电机的驱动控制装置及缝纫机。

采用上述构成，在结束被驱动系统的规定动作之时，当被驱动系统发生了滞后状态的场合，滞后消除控制部由步进电机在特定的动作形态下驱动被驱动系统。通过该驱动使指令数计数值与信号计数值×C一致，消除滞后状态。结果是在随后的驱动处理中，能使步进电机发生最大转矩来驱动被驱动系统。

当发生了所述滞后状态的场合，最好是使所述被驱动系统中的驱动对象朝与所述规定动作的动作方向相反的方向移动。并且，最好是在朝所述相反方向移动后再朝与所述规定动作的动作方向相同的方向移动。通过反复进行朝所述相反方向的移动和与其连续的朝所述相同方向的移动，一直到所述指令数计数值与所述信号计数值×C(C是规定的正的常数)一致为止，能更加可靠地消除滞后状态。

本发明可适用于具有根据编码器输出的编码信号来反馈控制步进电机的驱动控制装置的缝纫机。

采用这种构成，在上述缝纫机所具有的被驱动系统(例如加工布送布机构)的规定动作结束时能消除被驱动系统发生的滞后状态，在随后的缝制处理中能提高被驱动系统的移动量的精度(例如加工布的送布量的精度)。

(4)附图说明

图1为本发明一实施例的花式打结缝纫机的立体图。

图2为表示送布装置的构成的立体图。

图3为表示花式打结缝纫机的控制系统的方框图。

图4为原点复位控制的流程图。

图5为滞后消除控制的流程图。

(5)具体实施方式

为了更详细地说明本发明，参照附图进行说明。图1～图5表示将本发明适用于花式打结缝纫机的一实施例。

如图1所示，花式打结缝纫机1具有：机座部2、从机座部2的后端部立设的柱部3、以及从该柱部3的上端部与机座部2相向地向前方延伸的机臂部4。

在柱部3和机臂部4内，设置有缝纫机电机5和通过主轴将该缝纫机电机5的驱动力传递给针杆6的驱动力传递机构(未图示)。在机臂部4的前端部即机头部7的内部设置有使针杆6上下运动的针杆上下运动机构(未图示)。通过驱动缝纫机电机5，则缝针通过针杆6进行上下运动。这些技术是公知的技术，故省略详细的说明。

在机座部2内设置有：布保持机构8；使该布保持机构8在X方向(花式打结缝纫机1的左右方向)和Y方向(花式打结缝纫机1的前后方向)上移动的送布装置9(参照图2)；与缝针的上下运动同步地形成花样线迹的旋梭(未图示)；通过主轴将缝纫机电机5的旋转驱动力传递给旋梭的下轴10(参照图2)；以及缝制结束时将面线和底线同时切断的切线机构(未图示)。

布保持机构8是由俯看呈矩形框架状的布保持框11和该布保持框11下侧的布支承板12来夹持加工布的机构。在构成布保持机构8的压脚柄13的前端部形成有俯看呈矩形框架状的导向部13a。在导向部13a上支承着立设于布保持框11后端部的可上下运动的支承部11a。支承部11a连接着压柄杆15的前端部，该压柄杆15被安装成在压脚柄13的左右侧部能以枢支轴14为中心转动。压柄杆15的后端部通过连接杆16连接着压脚板手17的后端部。压柄杆15和压脚板手17通过连接杆16一起转动。

在压脚柄13的上侧设置有可上下运动的水平板状的压脚动作板18，该压脚动作板18通过压脚驱动机构(未图示)可相对于机臂部4上下运动。压脚板手17跟随该压脚动作板18的下降而向下方(从右侧面看是逆时针方向)转动。并且，压柄杆15与该压脚板手17一起向下方转动。压柄杆15向下方转动时，布保持框11通过支承部11a向下方移动。将加工布保持在布保持框11与该布保持框11下侧的布支承板12之间。

布保持机构8安装在送布装置9的X方向移动体29(参照图2)上。由此，加工布在被布保持框11与布支承板12夹持的状态下通过送布装置9在X方向和Y方向上移动。即，送布装置9通过使由上述的布保持框11和布支承板12构成的布保持体19(驱动对象)沿X方向和Y方向移动来进行加工布的送布动作。

如图2所示，在机座部2内，该送布装置9具有朝Y方向配设的下轴10、Y方向移动机构20(Y轴驱动系统)和X方向移动机构21(X轴驱动系统)。

首先说明Y方向移动机构20。

在机座部2内部的大致前半部分，沿前后方向(Y方向)平行地设置左右1对的Y方向导轨构件22。各Y方向导轨构件22的前后两端部分别与机座部2固接。在该1对的Y方向导轨构件22上以悬吊状态支承着Y方向移动体23，该Y方向移动体23在前后方向上具有规定的宽度，且以左右方向(X方向)为长度方向。

在机座部2内部的前端侧设置有能以左右方向的枢支轴为中心进行旋转的从动皮带轮24。在机座部2内部的后端侧，可旋转地设置有左右方向的驱动皮带轮(未图示)。在该驱动皮带轮的旋转轴上固接着从动齿轮(未图示)。固接在Y方向驱动电机25的驱动轴上的驱动齿轮与该从动齿轮啮合。在从动皮带轮24和驱动皮带轮上沿Y方向挂设有宽度较大的橡胶制的Y方向同步皮带26。在Y方向同步皮带26的一部分上，使用固定件(未图示)固定着Y方向移动体23的大致中央部。

在Y方向驱动电机25的驱动下，Y方向移动机构20通过从动皮带轮24、驱动皮带轮、从动齿轮和驱动齿轮使Y方向同步皮带26沿Y方向旋转。Y方向移动体23跟随这一旋转由Y方向导轨构件22引导而在Y方向上移动。

下面说明X方向移动机构21。

在Y方向移动体23的上表面，沿左右方向平行地固接着前后1对的X方向导轨构件27。在X方向导轨构件27上具有1对的导向构件28，形成夹持该X方向导轨构件27的形状。X方向移动体29通过该导向构件28可在X方向上移动。

在机座部2内部的右端侧设置有能以前后方向的枢支轴为中心进行旋转的从动皮带轮30。在机座部2内部的左端侧，可旋转地设置有前后方向延伸的花健轴31。花健轴31的后端部固接着从动齿轮32。固接在X方向驱动电机33的驱动轴上的驱动齿轮34与该从动齿轮32啮合。在该花健轴31的外周部嵌入有外筒构件35。该外筒构件35由可无限直线运动的滚珠花键构成。基本上可以忽视Y方向移动体23与花健轴31的接触阻力。在从动皮带轮30和外筒构件35上沿X方向挂设有宽度较大的橡胶制的X方向同步皮带36。在X方向同步皮带36的一部分上，使用固定件(未图示)固定着X方向移动体29的大致中央部。

在X方向驱动电机33的驱动下，X方向移动机构21通过从动皮带轮30、花健轴31、外筒构件35、从动齿轮32和驱动齿轮34使X方向同步皮带36沿X方向旋转。X方向移动体29跟随这一旋转由X方向导轨构件27引导而在X方向上移动。

由步进电机构成的X方向驱动电机33用于驱动X方向移动机构21。由步进电机构成的Y方向驱动电机25用于驱动Y方向移动机构20。X方向移动机构21与Y方向移动机构20的Y方向移动体23连接。安装在X方向移动体29上的布保持体19可在X方向、Y方向上移动。上述的X方向驱动电机33和Y方向驱动电机25的分辨率例如是800脉冲。

下面说明花式打结缝纫机1的控制系统。

如图3所示，控制装置40(步进电机的驱动控制装置)具有输入输出接口41、微型计算机、驱动电路42～44等。微型计算机包括CPU45、ROM46、RAM47等。

与输入输出接口41连接的部件有：启动·停止开关48、原点复位开关53、缝纫机电机5的驱动电路42、驱动X方向驱动机构的X方向驱动电机33的驱动电路43、驱动Y方向驱动机构的Y方向驱动电机25的驱动电路44、设置在X方向移动机构21上的原点复位用的X方向原点传感器49、设置在Y方向移动机构20上的原点复位用的Y方向原点传感器50等。X方向原点传感器49和Y方向原点传感器50各自由邻近传感器构成。

在X方向驱动电机33的驱动轴上安装着X编码器51。该X编码器51用于检测X方向驱动电机33的实际旋转量。X编码器51包括：可与X方向驱动电机33的驱动轴一起旋转地被固定的磁盘、以及具有发光部和受光部的检测器(均未图示)。在磁盘上沿周向以适当的间隔形成有切槽。

X编码器51的受光部检测由发光部发光而通过了磁盘切槽后的光。受光部一旦检测到光，X编码器51就将有关X方向移动的编码信号向输入输出接口41输出。利用该输出来检测X方向驱动电机33的驱动轴的旋转量(旋转角度)。在Y方向驱动电机25的驱动轴上安装着与X编码器51相同构成的Y编码器52。该Y编码器52将有关Y方向移动的编码信号向输入输出接口41输出。

X方向驱动电机33每转1圈，X编码器51就输出800个编码信号。Y编码器52也同样，Y方向驱动电机25每转1圈，就输出800个编码信号。

在ROM46内预先存储有可执行各种驱动机构的驱动控制、各种花样的缝制控制、本实施例中特有的原点复位控制(后述)等的各种控制程序。RAM47配设有存储供缝制用的缝制数据的缝制数据存储器(未图示)。并且，RAM47配设有：对赋予X方向驱动电机33及Y方向驱动电机25的驱动脉冲数进行计数的指令数计数器47a、以及对X编码器51及Y编码器52输出的编码信号的脉冲数进行计数的信号计数器47b。又，根据需要配设用于存储由CPU45运算处理的运算结果的各种存储器、指示器、计数器等。

下面参照图4和图5的流程图说明花式打结缝纫机1的控制装置40所执行的原点复位控制及滞后消除控制。说明时，只说明X方向的原点复位控制，对于Y方向的原点复位控制，因与X方向的原点复位控制相同，故省略说明。图中的符号Si(i＝11、12、13…)表示各步骤号。

作业者接通花式打结缝纫机1的电源，一旦按下原点复位开关53，控制装置40就开始原点复位控制。首先，控制装置40将指令数计数器47a的指令数计数值CC和信号计数器47b的信号计数值SC清除(步骤S11)。接着移行到步骤S12，执行原点复位动作(规定的动作)。

在该步骤S12的原点复位动作中，控制装置40在每次从CPU45向X方向驱动电机33的驱动电路43输出驱动脉冲(驱动指令)时，就依次增量指令数计数器47a的指令数计数值CC。又，在每次X编码器51将编码信号向输入输出接口41输出时，就依次增量信号计数器47b的信号计数值SC。在切换了X方向原点传感器49的检测信号电平后，控制装置40结束原点复位动作。

其次，当原点复位动作结束时，控制装置40判断指令数计数值CC与信号计数值SC是否一致(步骤S13)。不一致时，控制装置40判断为“否”，移行到步骤S14，执行滞后消除动作(参照图5)。在该滞后消除动作中，控制装置40首先向X方向驱动电机33赋予4个驱动脉冲(步骤S21)，使布保持体19朝与上述原点复位动作(参照步骤S12)的最终移动方向相反的方向移动。

接着，控制装置40向X方向驱动电机33再赋予4个驱动脉冲(步骤S22)，使布保持体19朝与上述原点复位动作(参照步骤S12)的最终移动方向相同的方向(与步骤S21的方向相反的方向)移动。然后结束该滞后消除动作，返回原点复位控制的步骤S13(参照图4)。控制装置40反复地执行上述步骤S14的滞后消除动作，一直到步骤S13中判断为指令数计数值CC与信号计数值SC一致为止。上述的步骤S21、步骤S22中的布保持体19的移动动作相当于特定的动作形态。

步骤S13中，当指令数计数值CC与信号计数值SC一致时，控制装置40判断为“是”，移行到步骤S15。分别将指令数计数值CC和信号计数值SC清除，结束该原点复位控制。

上述步骤S12中，执行原点复位动作后，在安装有X编码器51的X方向驱动电机33的驱动轴上施加有由X方向同步皮带36的驱动所发生的负载。随着驱动X方向移动机构21所需的转矩接近X方向驱动电机33的驱动转矩，X方向同步皮带36产生伸长。利用该伸长的影响，在结束原点复位动作时，X方向驱动电机33的驱动轴的旋转位置相对于与来自控制装置40的驱动脉冲对应的正规停止位置形成为偏离状态(所谓的滞后状态)。

在这种滞后状态下，大多是信号计数值SC小于指令数计数值CC，两者不一致。然而，即使是这种滞后状态，通过使布保持体19朝与原点复位动作的最终移动方向相反的方向移动，也可避免X方向驱动电机33的驱动轴受到来自X方向移动机构21的负载影响(包含X方向同步皮带36伸长的影响)。由此，X方向驱动电机33的驱动轴的旋转位置和与来自控制装置40的驱动脉冲对应的正规停止位置一致，可消除滞后状态。

当X方向移动机构21发生的滞后状态消除时，再次将指令数计数值CC和信号计数值SC清除。在随后的缝制处理中，根据赋予X方向驱动电机33的驱动脉冲数与X编码器51输出的编码信号的脉冲数之差(偏差：相当于相位)来调节驱动脉冲的输出时间。这样，可按照驱动脉冲的指令、即可在保持最佳相位的同时驱动X方向驱动电机33。结果是X方向驱动电机33发生最大转矩，可驱动被驱动系统，可进一步提高布保持体19的移动量的精度。从而可防止花样变形。

送布装置9具有沿水平面内相互正交的X方向和Y方向驱动布保持体19的X方向移动机构21及Y方向移动机构20，对于X方向移动机构21和Y方向移动机构20构成为同时进行滞后状态的消除。因此，可同时进行驱动布保持体19的X方向移动机构21发生的滞后状态的消除和Y方向移动机构20发生的滞后状态的消除。这样就可在短时间内迅速地消除多个被驱动系统所发生的滞后状态。

消除滞后状态的动作(参照步骤S21、S22)是在送布装置9的原点复位动作结束时刻执行的。由此，对于电源接通时执行的原点复位动作，能可靠地将送布装置9发生的滞后状态消除。

原点复位动作是在切换设置于送布装置9的X方向原点传感器49和Y方向原点传感器50的检测信号电平时结束的。由此，可根据这些X方向原点传感器49及Y方向原点传感器50的配置位置来设定原点位置。

本发明不限定于上述实施例，例如可作下述的变形或扩展。

在滞后消除动作的步骤S21、S22中，赋予X方向驱动电机33的驱动脉冲数不限定为“4个脉冲”。也可是4个以下或4个以上。也可由作业者输入设定该驱动脉冲数。

在滞后消除动作中也可省略步骤S22。该场合，在原点复位动作后所执行的缝制处理之前，必须以步骤S21中所赋予的朝相反方向的驱动脉冲数来使布保持体19反向(与步骤S12的方向相同的方向)移动。

X方向驱动电机33及Y方向驱动电机25的分辨率(800脉冲)与X编码器51及Y编码器52的分辨率即编码信号的脉冲数(每转1圈是800个)相同。由此，本实施例中，在原点复位控制的步骤S13中，判断指令数计数值CC与信号计数值SC是否一致。当编码信号的分辨率(脉冲数)高于步进电机的分辨率时，也可采用判断指令数计数值CC与信号计数值SC×C(C是规定的正的常数)是否一致的结构。

图5所示的本实施例所特有的滞后消除动作，也可不在原点复位动作结束时执行，而是在布保持体19刚移动到缝制开始位置之后立即执行、或在布保持体19刚移动到缝制结束位置之后立即执行。

本发明对将布保持体19适用于X方向驱动的X方向驱动电机33及Y方向驱动的Y方向驱动电机25的驱动控制装置的例子作了说明。但不限定于此，只要是具有根据编码信号来反馈控制步进电机的驱动控制装置的结构本发明均可适用，例如也可适用于摆动针杆的针摆机构、由送布牙及布保持体进行加工布的送布的送布驱动机构等。

其它方面，业内人士可在不脱离本发明宗旨的范围内，对上述实施例进行各种变更来加以实施，本发明也包含这些变更形态。

Claims

1、一种步进电机的驱动控制装置，根据编码器输出的编码信号来反馈控制所述步进电机，其特征在于，设置有：

指令数计数器，通过对赋予所述步进电机的驱动脉冲数进行计数来获得指令数计数值；

信号计数器，通过对所述编码信号的脉冲数进行计数来获得信号计数值；

滞后消除控制部，在结束由所述步进电机的驱动来进行的被驱动系统的规定动作时，当发生了所述指令数计数值与所述信号计数值×C(C是规定的正的常数)不一致的滞后状态的场合，通过由所述步进电机在特定的动作形态下驱动所述被驱动系统，消除所述被驱动系统的滞后状态。

2、如权利要求1所述的步进电机的驱动控制装置，其特征在于，所述滞后消除控制部，通过向所述步进电机赋予规定数量的驱动脉冲，使所述被驱动系统中的驱动对象朝与所述规定动作的动作方向相反的方向移动，消除所述被驱动系统的滞后状态。

3、如权利要求2所述的步进电机的驱动控制装置，其特征在于，所述滞后消除控制部，在为了朝所述相反方向移动而向所述步进电机赋予了驱动脉冲后，再向所述步进电机赋予与所述规定数量相同的驱动脉冲，使所述被驱动系统中的驱动对象朝与所述规定动作的动作方向相同的方向移动。

4、如权利要求3所述的步进电机的驱动控制装置，其特征在于，所述滞后消除控制部，反复进行为了朝所述相反方向移动和与其连续的朝所述相同方向移动的所述步进电机的驱动，一直到所述指令数计数值与所述信号计数值×C(C是规定的正的常数)一致为止。

5、如权利要求1所述的步进电机的驱动控制装置，其特征在于，

所述被驱动系统，具有使驱动对象在水平面内相互正交的X方向和Y方向上移动的X轴驱动系统和Y轴驱动系统，

所述滞后消除控制部，通过同时驱动所述X轴驱动系统和所述Y轴驱动系统来消除所述滞后状态。

6、如权利要求2所述的步进电机的驱动控制装置，其特征在于，

7、如权利要求3所述的步进电机的驱动控制装置，其特征在于，

8、如权利要求4所述的步进电机的驱动控制装置，其特征在于，

9、如权利要求1至8中任一项所述的步进电机的驱动控制装置，其特征在于，

所述滞后消除控制部，消除所述被驱动系统中的原点复位动作结束时发生的所述滞后状态。

10、一种缝纫机，具有步进电机、编码器、以及根据该编码器输出的编码信号来反馈控制所述步进电机的驱动控制装置，其特征在于，所述驱动控制装置设置有：

11、如权利要求10所述的缝纫机，其特征在于，所述滞后消除控制部，通过向所述步进电机赋予规定数量的驱动脉冲，使所述被驱动系统中的驱动对象朝与所述规定动作的动作方向相反的方向移动，消除所述被驱动系统的滞后状态。

12、如权利要求11所述的缝纫机，其特征在于，所述滞后消除控制部，在为了朝所述相反方向移动而向所述步进电机赋予了驱动脉冲后，再向所述步进电机赋予与所述规定数量相同的驱动脉冲，使所述被驱动系统中的驱动对象朝与所述规定动作的动作方向相同的方向移动。

13、如权利要求12所述的缝纫机，其特征在于，所述滞后消除控制部，反复进行为了朝所述相反方向移动和与其连续的朝所述相同方向移动的所述步进电机的驱动，一直到所述指令数计数值与所述信号计数值×C(C是规定的正的常数)一致为止。

14、如权利要求10所述的缝纫机，其特征在于，

15、如权利要求11所述缝纫机，其特征在于，

16、如权利要求12所述的缝纫机，其特征在于，

17、如权利要求13所述的缝纫机，其特征在于，

18、如权利要求10至17中任一项所述的缝纫机，其特征在于，