一种全闭环面线张力控制的工业缝纫机及其缝纫控制方法
技术领域
本发明涉及一种工业用纺织品缝纫机械，尤其涉及一种全闭环面线张力控制的工业缝纫机及其缝纫控制方法。
背景技术
随着人们生活水平的不断提高，对所购买商品的品质、外观，以及缝线复杂度、美观度的要求也越来越高，这就要求缝制工人具有较高的技术水平，而缝制复杂的线条或图案人工是很难完成，且生产效率非常低，难以保证产品品质一致性。用可编程电脑控制的工业缝纫机来进行缝制加工就非常容易，只需将缝制图案编程输入电脑，通过电脑控制器自动完成该图案的缝制，可大大降低人力成本，生产效率也大幅度提高，使缝制加工的一致性得到充分保证。目前，在国内外已有许多关于工业缝纫机电脑控制系统的文献报道，并有部分产品上市。
公开号为CN1548601中国专利文献，公开了一种名称为《工业缝纫机的电脑控制器》发明专利申请技术，该申请的工业缝纫机的电脑控制器包括操作单元、踏板、调速器、控制单元、应用单元板、电源板和伺服电机，该发明专利申请的主要特点是在控制单元中采用了DSP芯片，解决了用软件方法控制伺服电机和各种缝制程序，同时采用霍尔元件和光电编码器的组合对缝纫机的机针定位控制，还可以和计算机网络连接，进行远程控制和监测。该发明专利申请的不足之处是工业缝纫机电脑控制器存在软硬件平台的通用性差、缺乏灵活性和扩展性，主轴转速低、没有面线线张力控制难以满足用户对复杂缝纫线迹美观的实际需求，人机界面不友好、操作不方便等问题。
发明内容
本发明为解决现有技术中的上述问题，提出一种全闭环面线张力控制的工业缝纫机及其缝纫控制方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的第一个方面是提供一种全闭环面线张力控制的工业缝纫机，包括一工业缝纫机本体，所述工业缝纫机本体设置有一机头，所述机头通过一针杆连接一机针，所述机头下端设置有由面线张力夹线器、步进电机、面线张力传感器及压脚和剪线机构组成的执行单元，其中：还包括
输入单元，用以获取操作者输入的图案或者文字的数据信息，并输出，
控制单元，连接所述输入单元，用以接收所述数据信息，并计算形成缝制数据，并形成控制信号输出；以及
驱动单元，分别连接所述控制单元和执行单元，接收所述控制信号，对对所述控制信号做放大处理，输出至与之相匹配的执行单元执行。
优选地，在所述全闭环面线张力控制的工业缝纫机上，所述驱动单元包括：
主轴电机，连接所述执行单元的针杆，用于驱动所述针杆带动机针做上下运动；
第一电机，连接所述执行单元的第一移动机构，用于驱动所述第一移动机构沿水平方向运动；
所述第二电机，连接所述执行单元的第二移动机构，用于驱动所述第二移动机构沿垂直方向运动；
所述第三电机，连接所述执行单元的压脚和剪线机构，用于驱动压脚沿竖直方向运动和剪线操作；以及
所述第四电机，连接所述执行单元的面线张力夹线器，用于驱动所述面线张力夹线器实施夹线操作。
优选地，在所述全闭环面线张力控制的工业缝纫机上，所述控制单元包括计算单元和运动控制卡，其中；
所述计算单元连接所述输入单元，用以接收所述数据信息，并对所述数据信息做分析处理，转化成与之相匹配的所述缝纫数据输出；
所述运动控制卡分别连接所述计算单元及所述主轴电机、第一电机、第二电机、第三电机和第四电机，用以接收所述缝纫数据，并分别形成运动控制信号输出至所述主轴电机、所述第一电机、第二电机、第三电机和第四电机。
优选地，在所述全闭环面线张力控制的工业缝纫机上，还包括一检测单元，所述检测单元连接于所述执行单元与所述控制单元之间，所述检测单元用于检测所述执行单元的执行状态，并形成一检测信号反馈至所述控制单元。
进一步优选地，在所述全闭环面线张力控制的工业缝纫机上，所述检测单元为16路带光电隔离开关量输入信号采集模块。
进一步优选地，所述16路带光电隔离开关量输入信号采集模块至少包括5个采集单元和一个接收单元。
优选地，在所述全闭环面线张力控制的工业缝纫机上，所述检测单元，分别
检测所述主轴电机于旋转运动状态下转角速度信号，并形成一转角检测信号输出至所述控制单元；
检测所述第一电机于旋转运动状态下转角速度信号，并形成一第一电机转角检测信号输出至所述控制单元；
检测所述第二电机于旋转运动状态下转角速度信号，并形成一第二电机转角检测信号输出至所述控制单元；
检测所述第三电机于旋转运动状态下转角速度信号，并形成一第三电机转角检测信号输出至所述控制单元；以及
检测所述第四电机于旋转运动状态下面线张力传感器信号，并形成面线张力传感器信号输出至所述控制单元。
优选地，在所述全闭环面线张力控制的工业缝纫机上，还包括一触摸显示装置，所述触摸显示装置固定设置于所述工业缝纫机本体的机座上，用以获取操作者的动作指令，并显示所述工业缝纫机的运行状态。
优选地，在所述全闭环面线张力控制的工业缝纫机上，还包括供电单元，所述供电单元连接所述控制单元、触摸显示装置、执行单元，用以分别为所述控制单元、触摸显示装置、执行单元提供电力。
优选地，在所述全闭环面线张力控制的工业缝纫机上，所述控制单元为可编程ARM芯片。
优选地，在所述全闭环面线张力控制的工业缝纫机上，所述控制单元还包括存储单元，连接所述计算单元，用以存储所述缝制数据。
进一步优选地，在所述全闭环面线张力控制的工业缝纫机上，所述存储单元为256MB的Flash存储器。.
优选地，在所述全闭环面线张力控制的工业缝纫机上，所述主轴电机为750W交流伺服电机。
优选地，在所述全闭环面线张力控制的工业缝纫机上，所述第一电机、第二电机为86mm闭环步进电机。
优选地，在所述全闭环面线张力控制的工业缝纫机上，所述第三电机为60mm闭环步进电机。
优选地，在所述全闭环面线张力控制的工业缝纫机上，所述第四电机为32mm开环步进电机。
优选地，在所述全闭环面线张力控制的工业缝纫机上，还包括一报警装置，所述报警装置连接所述控制单元，用于提供警示信息。
本发明第二个方面是提供一种全闭环面线张力控制的工业缝纫机的缝纫控制方法，包括如下步骤：
步骤1、控制所述输入单元接收所述操作者输入的图案和/或文字信息；
步骤2、控制所述计算单元对所述图案和/或文字信息进行计算，形成缝制数据，
步骤3、控制所述控制单元接收捕捉操作者的手势动作，获取操作指令；
步骤4、控制所述控制单元接收所述操作指令，并根据所述操作指令控制所述执行单元执行与之相匹配的动作。
优选地，步骤3中，所述操作指令包括：
自行运行指令，所述工业缝纫机于所述自行运行指令控制下，自行实施缝制加工操作；和/或
手动操作指令，所述工业缝纫机于所述手动操作指令控制下，供操作者实施调试和/或检修操作；和/或运行设置指令，所述工业缝纫机于所述运行设置指令控制下，供操作者实施参数设置和/或修改操作；和/或
运行测试指令，所述工业缝纫机于所述运行设置指令控制下，供操作者实施测试操作。
本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
(1)本发明的工业缝纫机，其电脑控制系统采用模块单元化的结构，各单元内部相对独立，自成体系，集成化程度高，结构简单，可以适用于现有的工业缝纫机，灵活配置相应部件构成系统；
(2)可自行设计图案或者文字信息，并将设计好的缝制图案通过输入单元输入，也可对输入的数据信息及设置参数进行修改，可驱动工业缝纫机实现自动缝制各种线条或图案；
(3)采用本发明自动缝制方法，在自动缝纫过程中对面线张力实施全过程闭环控制，保证缝制线迹一致及美观，主轴转速高，提高工业缝纫机缝制效率高，且采用触摸屏显示装置，操作方便。
附图说明
图1为本发明一种全闭环面线张力控制的工业缝纫机的缝纫控制原理图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。
如图1所示，本实施例提了一种工业缝纫机，包括一工业缝纫机本体和电脑控制系统，所述工业缝纫机本体设置有一机头，所述机头通过一针杆连接一机针，所述机头下端设置有由面线张力夹线器、步进电机、面线张力传感器及压脚和剪线机构组成的执行单元，所述电脑控制系统包括：
输入单元，用以获取操作者输入的图案或者文字的数据信息，并输出；
控制单元，连接所述输入单元，用以接收所述数据信息，计算形成缝制数据，并形成控制信号输出，控制单元可控制面线线张力、压布脚的高度、针距，同时可根据输入单元输入的操作指令，对输入的图案和/或文字信息做平移、比例缩放、旋转、镜像等操作显示，所述控制单元主要由可编程ARM芯片形成；
以及驱动单元，分别连接所述控制单元和执行单元，接收所述控制信号，于所述控制信号的控制下分别驱动与之相匹配的执行单元动作；该驱动单元包括所述主轴电机、第一电机、第二电机、第三电机和第四电机，所述主轴电机连接所述执行单元的一针杆，用于驱动所述针杆带动机针做上下运动；所述第一电机连接所述执行单元的第一移动机构，用于驱动所述第一移动机构沿水平方向运动；所述第二电机连接所述执行单元的第二移动机构，用于驱动所述第二移动机构沿垂直于所述水平方向的方向运动；所述第三电机连接所述执行单元的压脚和剪线机构，用于驱动压脚沿竖直方向运动和剪线操作；所述第四电机，连接所述执行单元的的面线张力夹线器，用于驱动所述面线张力夹线器于预定的控制信号控制下做夹线操作。
本实施全闭环面线张力控制的工业缝纫机的工作原理为：输入单元可以为触摸屏显示装置，输入单元显示操作者输入的图案或者文字的数据信息，并输出所述数据信息至控制单元，控制单元内部包括有计算单元、运控控制单元，计算单元连接所述输入单元，接收所述输入单元输出的所述数据信息、传感器信息，并对所述数据信息进行分类、计算形成匹配所述运动控制单元的缝制数据输出，运动控制单元于所述缝制数据信号的控制所述驱动单元驱动针杆、第一移动机构、第二移动机构、线张力装置、压脚装置、剪线装置执行与之相对应的动作，针杆、第一移动机构、第二移动机构、线张力装置、压脚装置、剪线装置在驱动单元的作用下，自动完成与所示图案和/或文字信息相匹配的缝制操作。
该工业缝纫机发电脑控制系统采用模块单元化的结构，各单元内部相对独立，自成体系，集成化程度高，结构简单，可以适用于现有的工业缝纫机，灵活配置相应部件构成系统；同时采用上述技术方案，可自行设计图案或者文字信息，并将设计好的缝制图案通过输入单元输入，也可对输入的数据信息及设置参数进行修改，可驱动工业缝纫机实现自动缝制各种线条或图案。采用自动缝制方法，在缝制过程中不易出现错误，且缝制线迹美观，主轴转速高，提高工业缝纫机缝制效率高，且采用触摸屏显示装置，操作方便。
作为一个优选实施例，所述控制单元用于实现屏幕显示、按键输入、文件管理、运动方式的控制、以及采集信息的处理，控制单元包括计算单元和运动控制卡；所述计算单元连接所述输入单元，用以计算所述数据信息，并对所述数据信息做分析处理，转化成与之相匹配的所述缝纫数据输出。
在本实施例中，所述运动控制卡连接所述计算单元、传感器及所述主轴电机、第一电机、第二电机、第三电机和第四电机，用以接收所述缝纫数据，并分别形成运动控制信号输出至所述主轴电机、第一电机、第二电机、第三电机和第四电机。运动控制卡主要由FPGA现场可编程门阵列形成，FPGA现场可编程门阵列的芯片型号Actel A3p400，工业缝纫机所需的所有控制信号、输入信号、输出信号均由Actel A3p400芯片进行处理。
作为一个优选实施例，该工业缝纫机还包括一检测单元，所述检测单元用于连接于所述执行单元与所述控制单元之间，所述检测单元用于检测所述执行单元的执行状态，并形成一检测信号反馈至所述控制单元。所述检测单元为16路带光电隔离开关量输入信号采集模块。16路带光电隔离开关量输入信号采集模块包括至少5个采集装置和一个接收装置，所述接收装置接收所述采集装置采集的数据并传输至控制单元。采用至少5个采集装置采集数据，采集数据全面。
在本实施例中，所述检测单元，检测所述主轴电机于旋转运动状态下转角速度信号，并形成一转角检测信号输出至所述控制单元；主轴电机采用交流伺服电机，主轴电机的旋转轴与工业缝纫机主轴直接相连。主轴电机的旋转运动带动工业缝纫机机针上下运动，主轴电机旋转1圈，工业缝纫机机针上下运动1次。主轴电机上安装有一个采集装置，在主轴电机旋转运动时，采集装置采集主轴电机转角检测信号传输至接收装置。通过一个采集装置和接收装置，接收装置将采集的主轴电机转角检测信号传输至控制单元，可以实现对主轴电机闭环控制，使得主轴电机的旋转速度按照预定的旋转速度动作。同时工业缝纫机机针的停针位置，控制单元可通过主轴电机反馈的转角检测信号来控制工业缝纫机机针的上停针位置和下停针位置，而不用安装工业缝纫机机针上定位传感器。优选地，所述主轴电机主要由750W交流伺服电机形成。
作为一个优选实施例，所述检测单元，检测所述第一电机于旋转运动状态下转角速度信号，并形成一第一电机转角检测信号输出至所述控制单元；第一电机可采用闭环步进电机，第一电机的旋转轴与工业缝纫机第一摆动机构直接相连，第一电机的旋转运动带动工业缝纫机第一移动机构左右运动。
作为一个优选实施例，在第一摆动机构左右运动范围的中间点位置安装一第二采集装置，以第二采集装置采集的第一个第一电机旋转角速度信号作为第一移动机构的机械原点位置信号，第二采集装置采集的第一电机旋转角速度号，并通过接收装置传输至控制单元，通过第二采集装置与接收装置形成闭环回路控制第一电机，使得第一电机的旋转速度按照预定的旋转速度动作。提高缝制的准确度，同时保证缝制的效率。优选地，第一电机主要由86mm闭环步进电机形成。
作为一个优选实施例，所述检测单元，检测所述第二电机于旋转运动状态下转角速度信号，并形成第二电机转角检测信号输出至所述控制单元；第二电机可采用闭环步进电机，第二电机的旋转轴与工业缝纫机第二移动机构直接相连，第二电机的旋转运动带动工业缝纫机沿垂直于水平方向的方向前后运动。优选地，第二电机主要由86mm闭环步进电机形成。
作为一个优选实施例，在第二移动机构运动范围的中间点位置安装一个第三采集装置，第三采集装置通过接受装置将采集第二电机转角检测信号并传输至控制单元，从而形成闭环回路控制。以第三采集装置采集的第一个第二电机旋转角速度信号作为第二摆动机构的机械原点位置信号。
作为一个优选实施例，所述检测单元，检测所述第三电机于旋转运动状态下转角速度信号，并形成第三电机转角检测信号输出至所述控制单元；第三电机可采用闭环步进电机，第三电机的旋转轴与工业缝纫机压脚机构直接和剪线相连，第三电机的旋转运动带动工业缝纫机压布脚机构升降运动和剪线操作。优选地，第三电机主要由60mm闭环步进电机形成
作为一个优选实施例，在压脚机构的起点位置安装第四采集装置，第四采集装置通过接受装置将采集第三电机检测信号并传输至控制单元，从而形成闭环回路控制。
作为一个优选实施例，所述线张力传感器检测单元，检测所述第四电机于旋转运动状态下线张力传感器信号，并形成一第四电机转角检测线张力传感器信号输出至所述控制单元。第四电机采用步进电机，第四电机的旋转轴与工业缝纫机夹线装置的控制端直接相连，第四电机的旋转运动带动工业缝纫机剪夹装置实施夹线操作。
作为一个优选实施例，在夹线装置前后运动起点位置安装第五采集装置，第五采集装置通过接受装置将采集第四电机检测信号并传输至控制单元，从而形成全闭环回路控制。优选地，第四电机主要由32mm开环步进电机形成。
作为另一个优选实施例，该工业缝纫机还包括一触摸显示装置，所述固定设置于所述工业缝纫机本体的机座上，用以获取操作者的动作指令，并显示所述工业缝纫机的运行状态。触摸显示装置是人机交互的平台，主要由带触摸屏功能的彩色液晶显示器构成。彩色液晶显示器通过标准的TTL控制线与控制单元的计算单元相连，通过控制单元控制彩色液晶显示器的图形、字符显示。触摸显示装置的捕捉的手势动作指令通过模拟接口送给控制单元，控制单元对所述控制指令进行接收并作出相应的处理。
作为另一个优选实施例，该工业缝纫机还包括一报警装置，所述报警装置连接所述控制单元，用于提供警示信息。
作为另一个优选实施例，该工业缝纫机还包括供电单元，连接所述控制单元、触摸显示装置、执行单元，用以分别为所述控制单元、触摸显示装置、执行单元提供电力。供电单元可提供5V直流电、12V直流电、24V直流电、90V直流电。
作为另一个优选实施例，该工业缝纫机所述控制单元还包括存储单元，连接所述计算单元，用以存储所述缝制数据。所述存储单元主要由256MB的Flash存储器形成。
本发明实施例还提供了一种工业缝纫机用缝制方法，其中：包括上述的工业缝纫机，还包括如下步骤：
步骤1、控制所述输入单元接收所述操作者输入的图案和/或文字信息；
步骤2、控制所述计算单元对所述图案和/或文字信息进行计算，形成缝制数据，
步骤3、控制所述控制单元接收捕捉操作者的手势动作，获取操作指令；
步骤4、控制所述控制单元接收所述操作指令，并根据所述操作指令控制所述执行单元执行与之相匹配的动作。
在本实施例中，步骤3中，所述操作指令包括：自行运行指令，所述工业缝纫机于所述自行运行指令控制下，自行实施缝制加工操作；和/或手动操作指令，所述工业缝纫机于所述手动操作指令控制下，供操作者实施调试和/或检修操作；和/或运行设置指令，所述工业缝纫机于所述运行设置指令控制下，供操作者实施参数设置和/或修改操作；和/或运行测试指令，所述工业缝纫机于所述运行设置指令控制下，供操作者实施测试操作。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
