DE2909664A1

DE2909664A1 - Einrichtung zur drehstellungskorrektur eines schrittmotors an einer naehmaschine

Info

Publication number: DE2909664A1
Application number: DE19792909664
Authority: DE
Inventors: Toshihide Kakinuma; Toshiaki Kume; Hachiro Makabe; Hideaki Takenoya; Kazuo Watanabe
Original assignee: Janome Sewing Machine Co Ltd
Current assignee: Janome Corp
Priority date: 1978-03-11
Filing date: 1979-03-12
Publication date: 1979-09-27
Also published as: DE2909664C2; AU525971B2; US4271773A; AU4495779A; JPS54120816A; JPS5845280B2

Description

Einrichtung zur Drehstellungskorrektur eines Schrittmotors an einer Nähmaschine

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Korrektur oder Abstimmung der Drehstellung eines Schrittmotors einer Nähmaschine, der dazu verwendet wird, die Bewegung der das Stichmuster bildenden Maschineneinzelteile der Nähmaschine abhängig von Steuersignalen einer Steuerschaltung zu steuern.

Ein Schrittmotor in einer zum Mustersticken geeigneten Nähmaschine erhält Antriebsimpulse von einer Steuerschaltung .und wird periodisch innerhalb eines vorbestimmten Antriebsbereichs angetrieben, um die Nadelstange, die Transporteur-Vorrichtung und sonstige, das Stichmuster hervorrufende Elemente zu betätigen. Es besteht jedoch die Möglichkeit zu Fehlbetrieb des Schrittmotors im Anfangsaugenblick, da die Anhaltstellung des Schrittmotors nicht korrekt vorgegeben ist, wenn die Energiezufuhr eingeschaltet wird. Außerdem muß, wenn der Schrittmotor während des Arbeitsablaufes durch irgendein Ereignis aus seiner normalen Einstellung herauskommt, er in den Normalbetrieb zurückgeführt werden, damit anschließend keine Fehloperationen ablaufen.

Um die vorstehend genannten Fehlbetriebsverhalten des Schrittmotors zu vermeiden, wurden Verfahren entwickelt, mit denen die Stillstandslage des Motors festgestellt wird oder mit denen der Motor im Augenblick der ersten Energiezufuhr in eine vorgegebene Phasenlage eingestellt wird. Bei der ersten Methode reicht es aus, ein Potentiometer zu verwenden, dessen geringe Dauerhaftigkeit und dessen Kosten jedoch nachteilig sind. Bei der zweiten Methode wird der Impulsmotor in eine Richtung gedreht, bis er durch einen Anschlag zum Anhalten gebracht Wird. Hierbei' treten Stöße, Geräusche und in Verbindung damit auch Abnutzungserscheinungen auf, und außerdem ist es nicht möglich, eine unkorrekte Schrittbewegung des Motors während

des Betriebs zu korrigieren.

Mit der Erfindung sollen die den bekannten Systemen anhaftenden Mängel vermieden werden, wobei die Einrichtung einfach im Aufbau, exakt im Betrieb und schnell ansprechend sein soll.

Anhand der Zeichnung werden nun einige Ausführungsbeispiele zur Erläuterung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine nach den Prinzipien der Erfindung aufgebaute Nähmaschine in perspektivischer Darstellung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild der den Schrittmotor steuernden Schaltung;

Fig. 3 eine die Beziehungen zwischen den Stichkoordinaten und der Schrittphasenspeisung des Schrittmotors zeigende Tafel;

Fig. 4 ein Flußdiagramm bei der Steuerung des Betriebsablaufs des Schrittmotors;

Fig. 5 ein Flußdiagramm in abgewandelter Form; und

Fig. 6 ein wiederum anderes Flußdiagramm, mit dem verhindert wird, daß der Schrittmotor falsche Bewegungsschritte ausführt.

Die Nähmaschine gemäß Fig. Y läßt nur die zur Erläuterung der Erfindung erforderlichen Elemente erkennen, während weitere Elemente entweder nur schematisch angedeutet oder weggelassen sind.

Das mit 1 bezeichnete Maschinengehäuse enthält eine Nadelstange 2 mit der Nadel 4, welche, geführt durch einen Nadelstangenträger 3, eine vertikale Auf- und Abbewegung ausführen können. Der Nadelstangenträger 3 ist um ein Gelenk 13 schwenkbar. In einem unteren Maschinenbett 14 ist eine Stichplatte 5 angeordnet, die ein Loch 6 aufweist, in das die Nadel 4 eintauchen kann, über eine Stellstange 7 ist der Nadelstangenträger 3 mit einem Schrittmotor 8 verbunden, so daß von letzterem die Steuerbewegungen auf den Nadel-

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stangenträger übertragen werden. Der Schrittmotor 8 ist mit einer Kurbel 9 auf seiner Welle ausgestattet. Die Stellstange 7 ist mit ihrem einen Ende an der Kurbel 9 an einem mittenversetzten Punkt 10 angelenkt, so daß die Drehbewegung der Schrittmotorwelle eine Auslenkung der Nadel 4 quer zur Stofftransportrichtung bewirkt. Mit den Bezugszeichen 11 und 12 ist eine Photoabtasteinheit bezeichnet. Ein U-förmiges Element 11 am Maschinengehäuse weist, einander gegenüberstehend, eine Leuchtdiode und einen Phototransistor auf, die in der Zeichnung im einzelnen nicht dargestellt sind. Mit der Welle des Schrittmotors 8 ist eine Sektorplatte 12 verbunden, die sich also gemeinsam mit dem Schrittmotor 8 dreht. Befindet sich die Sektorplatte 12 mit dem U-förmigen Element ausgerichtet, so unterbricht sie den Lichtstrahl von der Leuchtdiode zum Phototransistor. Der Schrittmotor 8 macht eine Drehbewegung, wenn er von einer Steuerschaltung, die sich innerhalb des Maschinengehäuses befindet, und die in der Fig. 2 im einzelnen dargestellt ist, einen Impuls erhält. In der Fig. 1 ist ein weiterer Schrittmotor 15 gezeigt, der Bewegung und Richtung des Transporteurs steuert. Da diese beiden Schrittmotore in derselben Weise betrieben werden, wird nur der eine Schrittmotor beschrieben, der für die seitliche Auslenkbewegung der Nadel verantwortlich ist.

Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild, mit dem der Schrittmotor gesteuert wird. Der umrahmte Bereich DC stellt die Schrittmotorantriebsschaltung einschließlich der Motorwicklungen A und B dar, die im Motor eine WinkelverSetzung von 90 ° zueinander haben. Die dargestellten Schaltkontakte S₁ bis S_ß werden so betätigt, daß sie schließen oder öffnen und dabei die Ströme I,f I_ zu den Wicklungen A und B fließen lassen oder nicht, wobei auch ein Stromrichtungswechsel eingeschlossen ist. In der Beschreibung wird der Einfachheit halber von A-Phasenspeisung gesprochen, wenn der Strom I in der mit Pfeil gekennzeichneten Richtung fließt, während bei Stromfluß I, in entgegengesetzter Richtung von A-Phasenspeisung gesprochen wird.

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Gleiches gilt für die B-Phase in Bezug auf die angedeutete Pfeilrichtung I„. E ist eine Gleichspannungsquelle, über die die Wicklungen gespeist werden, und R₁ und R₂ sind Widerstände, die den Strom in den Wicklungsteilen begrenzen. Während die Schalter S₁ bis S. geschlossen sind, werden die Schalter S₁. bis S„ in schneller Folge geschlossen und geöffnet./· wodurch der Strom zu den Wicklungen A und B durch Zerhacken gesteuert wird. Die Dioden D. bis D. stellen Schaltungszweige für die Wicklungen A und B dar, über die die gespeicherte elektromagnetische Energie während der Öffnungsperiode der Schalter S₁. bis Sq abfließen kann, wodurch der Strom in den Wicklungen stabilisiert wird. I/O ist ein Eingangs- und Ausgangs-Abschnitt eines Mikrocomputers, der an seinen Ausgangsklemmen g₁ bis g. binäre 4-Bit-Signale für den Antrieb des Schrittmotors erzeugt.

Diese Ausgangsklemmen g.. bis g. sind mit den Kontaktelementen C₁ bis C. der Schalter S₁ bis S₄ und außerdem mit jeweils einer Eingangsklemme von UND-Gliedern AND₁ bis AND. verbunden. Wenn die UND-Glieder ein Signal mit logischem Wert 1 erhalten (H-Signal), dann sind die zugehörigen Schalter S₁ bis S₄ geschlossen, und zur selben Zeit werden die anderen Klemmen der UND-Glieder wirksam gemacht. Im Schaltungsblock RG wird ein Dreieckswellensignal von konstanter Höhe und einer bestimmten Zerhackerfrequenz erzeugt. Die Blöcke OP₁ und OP „ sind impulssignalerzeugende Vorrichtungen, die jeweils auf die Wicklungen A und B des Motors abgestimmt sind. Diese impulssignalerzeugenden Vorrichtungen nehmen die Dreieckswelle als Bezugsspannung vom Dreieckssignalgenerator RG auf und vergleichen die Spannungen von den Stromprüfungswiderständen R₁, R„ mit der Bezugsspannung, wodurch die Impulsbreite für den Zustand der logischen 1 einer jeden Dreieckswelle bestimmt wird, der dem anderen Eingang der UND-Glieder AND₁ bis AND₄ zugeführt wird. Damit wird eine Schrittimpulssteuerung für den Strom zu den Wicklungen A und B bewirkt. Ein in der Schaltung wirksamer Mikrocomputer setzt sich aus den Bauteilen ROM, RAM, CPU und I/O zusammen. ROM ist ein Festwertspeicher, in dem Signale für die Steuerung der Schalter S₁ bis S_ß und Programmsteuersignale gespeichert sind. CPU ist eine Zentralprozessor-Einheit, die den Programmablauf

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steuert. RAM ist ein Lese- und Schreib-Speicher, der vorübergehend die Prograitunvorgänge und die Ergebnisse speichert. DT ist die Photounterbrechereinheit, die in der Fig. 1 angedeutet ist und aus den Elementen 11 und 12 besteht.

Figur 3 zeigt die Beziehung zwischen den Stichimasterkoordinaten der Nähmaschine und den Speisungsphasen des Schrittschaltmotors. Die Musterkoordinaten 1 bis 30 ergeben sich durch gleichmäßige Unterteilung der maximalen seitlichen Auslenkbewegung der Nadel durch 31 Stellungspunkte. Mit L, M und R sind die Stichkoordinaten 0, 15 und 30 bezeichnet. Die Stichkoordinate 0 ist der links liegende Endpunkt der seitlichen Auslenkbewegung der Nadel; mit der Stichkoordinate 15 ist der mittlere Punkt der Nadelschwenkbewegung bezeichnet; und die Stichkoordinate 30 bezeichnet den rechts liegenden Endpunkt der Nadelauslenkbewegung. Jeder Schritt zwischen den Stichkoordinaten 0 bis 30 entspricht einer Schrittbewegung des Schrittmotors. Die Buchstaben x, y, z, u, ν und w bezeichnen zusätzlich zu den zwischen ihnen liegenden Stichkoordinaten 0 bis 30 Punkte, die mit gleichem Abstand außerhalb des quer ausgedehnten Nadeldurchtrittsloches 6 gelegen sind. Von diesen bezeichnen die Koordinaten ζ und u Punkte, auf die die Nadel noch über den eigentlichen Stichbereich von 0 bis 30 hinaus schwenken kann, wenngleich diese Stiche nicht tatsächlich ausgeführt werden. Die Phasenspeisungen, nämlich die Phasenspeisungen A bis B des Schrittmotors sind sämtlich durch mehrere gerade Linien angedeutet. Eine Stichkoordinate 0 bis innerhalb eines einzigen Phasenspeisungsbereichs läßt sich also durch eine solche Einzelphasenspeisung erhalten. Diejenigen Koordinaten 0 bis 30, die im Bereich der Speisung mehrerer Phasen liegen, können durch mehrfache Phasenansteuerung erhalten werden. Mit anderen Worten, wenn die Α-Phase und die B-Phase gleichzeitig gespeist werden, können damit folgende Nadelpositionen eingenommen werden: Koordinaten z, 7, 15, 23 und u. Die einzeln jeweils angesteuerte Koordinate ist durch die Gesamtzahl der unterteilten Koordinaten und die Gesamtzahl der Phasen, über die der Schrittmotor gespeist wird, bestimmt.

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Gemäß der Erfindung werden die Nadelstellungs-Koordinaten, die mit den geraden Linien in Fig. 3 gekennzeichnet sind, einzeln oder in ihrer Gesamtheit durch einen Impulsmotor-Phasendetektor gesteuert, der durch die bereits in Verbindung mit der Fig. 1 erwähnte Photounterbrecher-Einheit 11, 12 dargestellt wird. Die Bestimmung der Phasenlage des Impulsmotors-durch den Phasendetektor beim Beispiel 1 wird durch den Sektorwinkel der Lichtunterbrecherplatte 12 und die Winkelstellung, mit der diese auf der Welle des Schrittmotors befestigt ist, vorgenommen. Der Phasendetektor des Beispiels 1 besitzt einen unbestimmten Bereich, der in Fig. 3 schräg schraffiert ist, einenAUS-Bereich, in welchem die Sektorplatte 12 den Lichtstrahl zum Phototransistor unterbricht, und einen EIN-Bereich, in dem die Sektorplatte 12 den Lichtstrahl zum Phototransistor durchläßt. Um den Schrittmotor in eine Ausgangsstellung einzustellen, wenn die Steuerschaltung der Fig. 2 eingeschaltet wird, wird die den Lichtstrahl unterbrechende Sektorplatte 12 derart auf der Welle des Schrittmotors befestigt, daß der Detektor in den Einschalt-Zustand kommt,, wenn die Nadel die Köordinatenposition ζ in Fig. 3 einnimmt. Von den in der Fig. 3 mit Kreismarkierungen gekennzeichneten, nachfolgend mit"Prüfphase" bezeichneten Speisungen der A- und der B-Phase befindet sich nur die Koordinate ζ in der EIN-Zone des Detektors, während sich die anderen Koordinaten, in denen die A- und B-Phase gespeist sind, im AUS-Bereich des Detektors befinden, so daß die Koordinate ζ als Ausgangs- oder Rückstellposition für den Schrittmotor festgelegt werden kann. Im Zeitpunkt des anfänglichen Antriebs des Schrittmotors, nämlich, wenn die Speisungsquelle E der Steuerschaltung zugeschaltet wird, sind die Schalter S₁, S_ß, S- und S₇ geschlossen, und der Steuerbetrieb des Mikrocomputers einschließlich seines Zentralprozessors CPU bringt die Prüfphasenspeisung hervor. Wenn der Phasendetektor beim Beispiel 1 den AUS-Bereich anzeigt, dann betreibt die Steuerschaltung den Schrittmotor 8 in der Richtung von rechts nach links in Fig. 3, bis der Detektor die EIN-Phase angibt.

Figur 4 zeigt ein Flußdiagramm, nach welchem die Nadel .4 in die Ausgangsstellung mit Hilfe des Phasendetektors des Beispiels 1

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zurückgestellt wird. Wenn die Speisungsquelle E der Steuerschaltung zugeschaltet wird, erhält SETI ein Steuerstartsignal, und es wird die Prüfphasenspeisung hervorgerufen, woraufhin der Schrittmotor 8 auf eine der Koordinaten z, 7, 15, 23 oder u eingestellt wird, die in der Fig. 3 mit Kreismarkierungen angedeutet sind. Es wird dann das Signal des Phasejndetektors überprüft, ob es EIN- oder AUS-Zustand anzeigt. Wird AUS festgestellt, dann werden acht Impulse erzeugt, um die Nadel 4 in der Fig. nach links zu verlagern. Herrscht dann immer noch AüS-Signal, dann werden weitere acht Impulse abgegeben, bis schließlich das EIN-Signal erhalten wird. Letzteres zeigt an, daß die Nadel 4 sich in der Stellungskoordinate ζ befindet. Daraufhin wird ein einziger Impuls erzeugt , der die Nadel um einen Schritt nach rechts verschiebt, so daß sich die Nadel in der Koordinatenstellung O befindet, die als Nadelausgangsstellung zu bezeichnen ist. Hiermit ist das Programm zum Einstellen der Nadel in die Ausgangsstellung beendet.

Der Phasendetektor des in der Fig. 3 ebenfalls dargestellten Beispiels 2 weist einen EIN-AUS-Ubergangsbereich nahe der mittleren Koordinate des Nadelschwenkbereichs auf. Die Erläuterung für diese Ausführungsform wird anhand der Figuren 3 und 5 vorgenommen, wobei letztere das Flußdiagramm für. dieses Ausführungsbeispiel zeigt. Wenn der Einheit SET2 ein Startsignal zugeführt wird, wird der Schrittmotor 8 auf eine der mit den Kreismarkierungen gekennzeichneten Koordinaten positioniert. Ist das vom Detektor dabei ermittelte Signal AUS, so werden acht Impulse erzeugt, und mit ihnen der Schrittmotor verdreht, wodurch die Nadel 4 in die Koordinatenstellung 15 verschwenkt wird. Wenn das Signal des Detektors EIN wird, bedeutet dies, daß die Nadel in die Koordinatenstellung 15 gelangt ist. Wenn das Signal des Detektors beim Beispiel 2 den Zustand EIN hat, wenn die Nadel anfänglich positioniert worden ist, dann wird der Impulsmotor um acht Schritte nach rechts (oder weitere acht Schritte) verdreht, bis die Nadel die Koordinatenstellung 23 einnimmt. Die Koordinatenstellungen O, 15 oder 23 sind für diesen Fall die Anfangsruhestellungen der Nadel 4. Die Zentralprozessoreinheit CPU liest

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deshalb diese Ruhestellung ab, um im Anschluß daran die Antriebsimpulse für den Schrittmotor zu erzeugen, mit denen der gewünschte Stickvorgang dann abläuft. Im allgemeinen werden die Muster, die mit der Nähmaschine gestickt werden, von Stichfolgen gebildet, die den Mittelbereich M des Nadeldurchgangsloches 6 häufiger kreuzen. Bei Verwendung des Phasendetektors entsprechend dem Beispiel 2 wird deshalb der Umkehrvorgang des Schrittmotors 8 darauf überprüft, ob der Motor sich im normalen Betriebsablauf befindet oder nicht, jedesmal wenn er den Mittelbereich der Stichkoordinaten überfährt. Dadurch wird verhindert, daß der Schrittmotor aus einer vorbestimmten Einstellung herauslauft, jedesmal, wenn er den Mittelbereich der Stichkoordinaten während eines tatsächlichen Stickvorganges überläuft.

Ein weiteres Flußdiagramm zeigt die Fig. 6, das den Vorgang wiedergibt, in welchem Stellung und Betrieb des Schrittmotors mit Hilfe des Phasendetektors des Beispiels 2 wieder in Normalbetriebsstellung zurückgeführt werden, wenn die Stellung einen Fehler hat. Wenn das Programm bei START in Gang gesetzt wird, wird zwischen den neuen Koordinatensteuerdaten NEW und den vorhandenen Koordinatensteuerdaten OLD eine Abweichung ermittelt. Ist diese Abweichung von O verschieden, wird festgestellt, ob der Motor in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung in der Richtung L oder R um Einzelschrittimpulse weitergedreht wird, bis die Abweichung O wird, was als eine bestehende Positionskoordinate OLD registriert wird. Wenn die bestehende Positionskoordinate bestimmt ist, dann werden diese Daten OLD untersucht, ob sie kleiner als die Koordinate 15 in Fig. 3 sind oder nicht. Sind sie kleiner, dann wird der Detektor des Beispiels 2 abgeprüft, ob er EIN- oder AUS-Zustand zeigt. Hat er EIN-Zustand, bedeutet dies, daß der Schrittmotor normal betrieben ist, und eine Reihe von Programmen wird begonnen. Hat er AUS-Zustand, so heißt das, daß der Schrittmotor aus dem Normalbetrieb herausgelaufen ist. In diesem Fall wird der Schrittmotor mit Hilfe der in der Fig. 5 dargestellten Programmschritte in die Ausgangsposition gebracht, so daß er dann auf die erforderliche

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Koordinate eingestellt ist. Wenn die bestehende Koordinate OLD größer als die Koordinate 15 ist, insbesondere größer als die Koordinate 20, dann wird der Detektor des Beispiels 2 abgeprüft, ob er EIN oder AUS ist. Ist er AUS, dann wird der Schrittmotor normal betätigt, und eine Reihe von Programmen wird eingeleitet. Ist er EIN, so bedeutet dies-, daß der Schrittmotor aus der Normaleinstellung herausläuft. Für diesen Fall wird der Schrittmotor mittels der in Fig. 5 gezeigten Programme in die Ausgangsstellung versetzt und somit in die benötigte Koordinate wieder einjustiert. Wenn die vorhandenen Daten OLD größer als die Koordinate 15 aber kleiner als die Koordinate 20 sind, dann entsprechen sie dem Bereich, der in der Fig. 3 schräg schraffiert angedeutet ist und der ein unbestimmter Bereich ist. Eine Kette von Programmschritten wird dann eingeleitet, ohne daß überprüft wird, ob der Schrittmotor sich in Normalbetrieb befindet oder nicht.

Für Fälle, bei denen mit Zwillingsnadeln gearbeitet wird, muß die maximale seitliche Auslenkbewegung der Nadel auf etwa die Hälfte reduziert werden. Dies läßt sich dadurch erzielen, daß der EIN-Bereich des Detektors auf einen Bereich festgelegt wird, in welchem die maximale Auslenkamplitude der Nadel begrenzt ist.

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Claims

290966A 10535/H 12.März 1979 Priority date: March 11,1978 Japanese Ser.No. 27951 Janome Sewing Machine Co.,Ltd., Tokyo,Japan Einrichtung zur Drehstellungskorrektur eines Schrittmotors an einer Nähmaschine PATENTANSPRÜCHE

1. Einrichtung zur Drehstellungskorrektur eines Schrittmotors an einer Nähmaschine mit einem Schrittmotor, der entsprechend einem ausgewählten Stichmuster die Nadel auf die vorbestimmten Stichkoordinaten einstellt und der zwei Wicklungen aufweist, die den Motor bei Speisung in jeweils entgegengesetzte Richtung antreiben, wobei der Schrittmotor in Abhängigkeit von einer Einzelspeisung oder bestimmten Kombinationen der magnetischen Kräfte der Wicklungen auf eine der Schrittdrehstellungen einstellbar ist, gekennzeichnet durch einen die bestimmte Drehstellung des Schrittmotors innerhalb EIN- und AUS-Bereichen ermittelnden Phasendetektor (11,12), der entsprechende Detektorsignale abgibt, und eine Steuerschaltung (DC), die die einzelne oder die vorbestimmten Kombinationen der magnetischen Kräfte der Wicklungen hervorruft, so daß der Schrittmotor (8) in die entsprechenden Drehstellungen einläuft, die durch den Phasendetektor (11,12) im EIN- und AUS-Bereich festgestellt werden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasendetektor innerhalb der Stichkoordinaten einen mittleren Punkt hat, in welchem der EIN- und der AUS-Bereich überwechseln, und daß die Steuerschaltung (DC) einen Fehlbetrieb des Schrittmotors dadurch feststellt, daß ermittelt wird, ob die die Stichkoordinaten angebenden Daten den Schrittmotor in den EIN-Bereich oder den AUS-Bereich des Phasendetektors hineinsteuern.

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