基于霍爾傳感器的面線張力檢測(cè)控制方法

竇琴，葛俊佐，祝本明

（中國兵器工業(yè)第五八研究所 四川 綿陽　621000）

基于霍爾傳感器的面線張力檢測(cè)控制方法

竇琴，葛俊佐，祝本明

（中國兵器工業(yè)第五八研究所 四川 綿陽621000）

為了提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量，結(jié)合圓扣眼鎖眼機(jī)本身特性，提出了一種圓扣眼鎖眼機(jī)面線張力檢測(cè)方法。該方法采用霍爾傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)面線張力大小，并輸出模擬信號(hào)，然后經(jīng)過信號(hào)放大器、模擬信號(hào)-數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換后，將信號(hào)轉(zhuǎn)換為抗干擾能力更強(qiáng)的數(shù)字信號(hào)，最后傳輸給張力信號(hào)處理器DSP。DSP根據(jù)比較結(jié)果，進(jìn)行張力調(diào)節(jié)控制，最終實(shí)現(xiàn)面線張力趨于穩(wěn)定值，從而實(shí)現(xiàn)張力實(shí)時(shí)控制。實(shí)踐應(yīng)用表明，本方法提高了生產(chǎn)效率加工質(zhì)量。

霍爾傳感器；圓扣眼鎖眼機(jī)；面線張力；DSP

圓扣眼鎖眼機(jī)又名鳳眼機(jī)，是一種專用于縫鎖各種中厚料的針織、棉布、呢絨等服裝紐孔的工業(yè)縫紉機(jī)，是夾克和西服等服裝加工中的關(guān)鍵設(shè)備之一，被譽(yù)為縫紉機(jī)之王[1]。它以復(fù)雜的組合運(yùn)動(dòng)匹配以復(fù)雜的機(jī)械組合二著稱，其制造技術(shù)工藝相對(duì)復(fù)雜，工藝要求精密二細(xì)致。圓扣眼鎖眼機(jī)依靠機(jī)械控制各種動(dòng)作，其內(nèi)部機(jī)構(gòu)交錯(cuò)重疊，操作比較復(fù)雜[2]。

所謂“圓頭”是指縫鎖的扣眼線跡的前端呈圓形。圓頭鎖眼機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用以齒輪與連桿相結(jié)合的傳動(dòng)模式，帶動(dòng)針桿與彎針相配合的彎針和分線鉤針的勾線動(dòng)作，雙線包縫形成復(fù)合鏈?zhǔn)骄€跡。一些產(chǎn)品還在可以線跡上加入芯線形成美觀、大方、有立體感的鏈?zhǔn)骄€跡的圓頭鈕扣眼，有效的提高了服裝產(chǎn)品的檔次。

圓扣眼鎖眼機(jī)面線張力的檢測(cè)與控制，直接關(guān)系到服裝的美觀、質(zhì)量問題。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在面線張力不均勻，造成針跡效果不理想，有時(shí)斷線的問題，文中提供一種圓扣眼鎖眼機(jī)面線張力檢測(cè)控制方法。該方法有效解決縫紉過程中面線張力不均勻，容易引起針跡效果不理想，有時(shí)斷線，縫紉過程經(jīng)常停頓不連貫，加工布料浪費(fèi)的問題，提高了工作效率[3]。

1　工作原理

圓頭鎖眼機(jī)是用于加工扣眼的絞縫縫紉機(jī)，圓扣眼鎖眼機(jī)如圖1所示。

圖1　圓扣眼鎖眼機(jī)Fig.1　EyeletButtonhole sewing machine

鎖眼機(jī)運(yùn)行時(shí)，使用兩根鏈?zhǔn)姐^針，左針落下時(shí)，左勾針帶線；右針落下后，通過彎針座將左鉤針和右鉤針的線絞合在一起，因此當(dāng)送料機(jī)構(gòu)運(yùn)行到某一縫紉位置時(shí)，要進(jìn)行左右兩針縫紉。圖2是鎖眼機(jī)進(jìn)行左右針縫紉的示意圖，鎖眼機(jī)的左右針縫紉是通過與機(jī)針同一垂直位置的彎針座的擺動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。圓頭鎖眼機(jī)的機(jī)針左右擺動(dòng)的角度與彎針座擺動(dòng)角度一致，方向相反。當(dāng)機(jī)針擺動(dòng)到左側(cè)，彎針座擺動(dòng)到右側(cè)時(shí)，機(jī)針下落，進(jìn)行左針縫紉；當(dāng)機(jī)針擺動(dòng)到右側(cè)，彎針座擺動(dòng)到左側(cè)時(shí)，機(jī)針下落，進(jìn)行右針縫紉[4]。

圖2　圓口眼鎖眼機(jī)縫紉時(shí)機(jī)針下落示意圖Fig.2　Sewing needle working schematic diagram of eyelet buttonhole sewing machine

在工作過程中，面線張力是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過程。主軸電機(jī)帶動(dòng)機(jī)針上下運(yùn)動(dòng)，機(jī)針離開工作平臺(tái)時(shí)，面線張力變小，機(jī)針扎下時(shí)，面線張力變大。

面線張力大小的控制，主要是控制機(jī)針扎下時(shí)，面線張力大小的調(diào)節(jié)。縫紉速度快時(shí)，如果面線張力過大，容易造成斷線；如果張力臺(tái)小，縫制出的線跡不美觀。因此，需要兼顧生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量，綜合考慮布料厚度、縫紉速度、布料摩擦力等因素來決定面線張力大小。如果布料越厚，面線張力應(yīng)該越大；電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度越快，面線張力應(yīng)該相應(yīng)增小；布料越軟，面線張力越??；面線與機(jī)械間的摩擦力越大，面線張力越小。

2　系統(tǒng)組成

面線張力檢測(cè)控制由面線檢測(cè)及張力線性變換模塊、信號(hào)放大模塊、模數(shù)變換模塊、張力信號(hào)處理模塊、張力比較模塊、張力調(diào)整模塊。面線張力檢測(cè)控制原理框圖如圖3所示。

圖3　面線張力檢測(cè)原理框圖Fig.3　Schematic diagram of threadtension detection

面線檢測(cè)及張力線性變換用于檢測(cè)面線張力，由霍爾傳感器檢測(cè)面線張力值，并將其轉(zhuǎn)換為模擬電壓輸出；張力線性變換采用非線性—線性組合電路，將霍爾傳感器輸出模擬電壓轉(zhuǎn)換為與面線張力大小對(duì)應(yīng)線性變換模擬電壓的大小，并濾除干擾信號(hào)。

面線檢測(cè)及張力線性變換采用霍爾傳感器檢測(cè)面線張力實(shí)際值，面線張力越大，霍爾傳感器檢測(cè)桿變形越大，從而霍爾傳感器輸出電流越大；面線張力越小，霍爾傳感器檢測(cè)桿變形越小，從而霍爾傳感器輸出電流越小。由于霍爾傳感器檢測(cè)桿變形與霍爾傳感器輸出電流是非線性變化，因此需要通過非線性-線性變換電路將檢測(cè)到的面線張力大小轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)線性變換電流的大小，然后濾波，濾除干擾信號(hào)。

濾波后，將信號(hào)放大到可以處理的信號(hào)，然后進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。模數(shù)轉(zhuǎn)換將連續(xù)的模擬量通過取樣轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字量，將可處理的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，信號(hào)數(shù)字化是對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行數(shù)字近似。模數(shù)轉(zhuǎn)換包括采樣、量化和編碼三個(gè)過程。采樣是信號(hào)在時(shí)間上的離散化，按照一定的時(shí)間間隔在模擬信號(hào)上逐點(diǎn)采取瞬時(shí)值；量化是將連續(xù)幅度的抽樣信號(hào)轉(zhuǎn)換成離散時(shí)間、離散幅度的數(shù)字信號(hào)；編碼是將量化后的信號(hào)編碼成二進(jìn)制代碼輸出。

編碼后二進(jìn)制代碼傳輸給中央處理器。中央處理器接收到信號(hào)后，通過張力比較電路將信號(hào)與預(yù)設(shè)定的最小值和最大值進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果反饋給中央處理器。中央處理器根據(jù)反饋信號(hào)，計(jì)算出相應(yīng)張力調(diào)整大小，并發(fā)出張力調(diào)整指令給張力調(diào)整電路。張力調(diào)整電路接收到指令后，對(duì)面線張力進(jìn)行調(diào)整，然后張力檢測(cè)重新對(duì)調(diào)整后張力進(jìn)行檢測(cè)。

3　面線張力檢測(cè)控制算法

面線張力檢測(cè)控制算法流程圖如圖4所示。

圖4　控制算法流程圖Fig.4　The flow chart of control algorithm

如圖4所示，根據(jù)工作環(huán)境，設(shè)置面線張力的最大值B和最小值A(chǔ)，B值和A值是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過程，根據(jù)工作對(duì)象、工作環(huán)境、工作狀態(tài)的不同而變化，B值和A值可通過人機(jī)界面調(diào)整參數(shù)值。

1）假設(shè)當(dāng)前檢測(cè)到的面線張力為X[i]，若果X[i]

則張力函數(shù)關(guān)系式可表示為：X[i+1]=K*X[i]+δ[i]，式中δ [i]是由于面線張力非線性函數(shù)，張力變化引起的變化。

當(dāng)即時(shí)張力X[i]調(diào)整滿足：A≤X[i]≤B時(shí)，此時(shí)需要微調(diào)，使防止張力再次變化，落入張力要求范圍外。調(diào)整方法為：時(shí)，若若則時(shí)，若則若，則

此時(shí)，張力函數(shù)關(guān)系式仍為：X[i+1]=K*X[i]+δ[i]。

2）假設(shè)當(dāng)前檢測(cè)到的面線張力為X[i]，A≤X[i]≤B時(shí)，此時(shí)不需要調(diào)整，一般只進(jìn)行微調(diào)，使防止張力再次變化，落入張力要求范圍外。調(diào)整方法為：時(shí)，若則若則時(shí)，若則若則

此時(shí)，張力函數(shù)關(guān)系式仍為：X[i+1]=K*X[i]+δ[i]。

4　算法仿真

設(shè)定張力最大值B=10，最小值A(chǔ)=-10，使用MATLAB分別對(duì)A

圖6為本方法在服裝生產(chǎn)企業(yè)加工效果圖。

5　結(jié)　論

圖5仿真結(jié)果表明，該方法簡單方便實(shí)現(xiàn)，能夠很好的控制張力變化，并使張力控制在最佳工作狀態(tài)。從圖6加工效果可以看出，縫紉的扣眼線跡圖形非常均勻?qū)ΨQ，該方法加工圓扣眼服裝美觀、線跡清晰、間距均勻。該方法同時(shí)解決了縫紉過程中有時(shí)斷線，縫紉過程經(jīng)常停頓不連貫，加工布料浪費(fèi)的問題，提高了工作效率和質(zhì)量。

圖5　MATLAB張力仿真結(jié)果Fig.5　MATLAB simulation

圖6　圓扣眼縫制效果圖Fig.6　Sewing pattern

[1]王正武，祝本明，劉必標(biāo).圓頭鎖眼機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2014，37（13）:122-125

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A thread tension detection method based on Hall senor

DOU Qin，GE Jun-zuo，ZHU Ben-ming
（No.58 Research Institute of China Ordnance Industry，Mianyang 621000，China）

In order to improve the production efficiency and processing quality，combining with the EyeletButtonhole Sewing Machine itself characteristics，a threadtension detection method of EyeletButtonhole Sewing Machineis introduced in the paper.Themethod adopts Hall-senor real-time detection threadtensionvalue，then compare and control tension adjustment by DSP，finally realizes the thread tension tends to stable value.Practice application shows that the method improvesthe production efficiency and processing quality.

Hall senor；eyelet buttonhole sewing machine；threadtension；DSP

TN06

A

1674－6236（2016）01-0106-03

2015-03-27稿件編號(hào)：201503386

國家科技型中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金支持項(xiàng)目（11C26215105683）

竇 琴（1981—），女，四川綿陽人，工程師。研究方向：數(shù)控技術(shù)。