在线更新花型的电子凸轮横式簇绒地毯加工系统和方法

专利名称：在线更新花型的电子凸轮横式簇绒地毯加工系统和方法
技术领域：
本发明属纺织机械技术领域，特别是涉及一种在线更新花型的电子凸轮横式簇绒地毯 加工系统和方法。
背景技术：
目前，簇绒地毯生产时为了丰富地毯花型，经常会通过控制其簇绒针针脚在沿着毯面 前进方向按一些几何折线或者波浪形规律运动以形成方块、菱形、斜条、格子等花型图案， 这种工艺叫做横动提花(横动错花)。其实现方法，主要有两类机械式横动和电子凸轮 式横动，在机械式中又可以分为横动针床和横动底布两种；机械式横动的实现主要依靠用 机械凸轮驱动一个横动推杆带动针床往复横移；电子凸轮式的主要依靠控制器按规定的运 动规律控制伺服电机的正反转，然后再把旋转运动通过螺母副转换成与丝杠连接的针排往 复直线运动。
目前国内地毯簇绒机械中大部分还是采用机械式横动提花方案，由于采用了高副的机 械凸轮，它有易磨损维护困难的缺点，并且针对同一台簇绒地毯机当有生产加工多种横动 花型的地毯时，就需要配备针对每种花型的机械凸轮，并且每次切换花型必须要停车更换 机械凸轮，耗时长，而高精度的机械凸轮的加工费用相对高，如果生产新的横动花型图案 必须要重新设计加工凸轮，准备周期较长。而电子凸轮相对机械凸轮具备的优点包括同 一簇绒机不用配套多个凸轮，工艺配置时间短，只需要在控制器中设置对应不同花型的运 动控制规律后对伺服电机进行相应控制即可。在已有的用于地毯簇绒机横动花型生产的电 子凸轮专利方案中还有一定的不足之处
在参考专利1 (US5600221，美国专利申请号436011， control appratus for servo system, 1997年2月4日)中，提出的方法为存储主轴转一圈的角度和对应的横动轴的执 行位置信息，对于实现花型复杂度上不够。其没有提出如何实现多针横动复杂花型时需要 主轴转动多圈时的具体解决方案。
参考专利2 (GB 2144778 (A)，英国专利8417586， tufting machine, 1984年7月 10曰)中，提出的方案为在主轴上轴向安装2个位置开关，用来测出进入可横移区间的信 号，发送给控制器，控制器根据存储的花型信息，依次执行是否要正向或者方向驱动电机 而带动针架横动。这个方法没有在线更新花型和存储多条花型曲线的功能。 发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种用于地毯簇绒机的可在线更新花型的电子凸轮 横动式的横动提花控制系统和方法，此方法的实现所需的软、硬件部分包括上位机软件 交互系统中完成对横动花型输入和凸轮控制曲线生成及下载和电子凸轮横动控制执行硬 件部分。在簇绒机横动提花系统中，利用工控机，伺服控制器和伺服电机，(增量型)光 电编码器，接近开关，外部控制板卡和总线通信转换器组成的硬件平台下，工艺操作人员 可对横动花型进行设计，而凸轮横动控制曲线可自动转换，最后可在线下载控制曲线，并 且在伺服控制器中最多可存储8条横动花型曲线，可以在上位机一次下载多条曲线后，只 需要根据生产工艺要求通过控制卡在线快速切换不同的横动花型曲线，适应不同的地毯的 加工要求。上位机软件交互系统包括对横动的电机参数和机械执行机构的运动参数设置和 工艺人员进行横动花型设计和控制曲线的信息转换生成运动曲线的校验，以及花型曲线的 下载。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种在线更新花型的电子凸轮横式 簇绒地毯加工系统，包括工控机，伺服控制器，伺服电机，光电编码器，外部控制板卡和 总线通信转换器，所述的工控机通过usbcan转换器设置控制卡的参数来控制伺服控制器 的I/0控制端口，或通过pcbus适配器，经can总线网络对伺服控制器进行电机参数和伺
服控制参数设置，并将曲线参数输入到伺服控制器中；主轴电机的速度信号经由增量型光 电编码器测得传入伺服控制器中作为外部参考x轴的相位和速度信号的输入；伺服控制器
通过控制横动伺服电机跟随主轴电机运动，最终带动横动机械机构。其中伺服电机的速度 和角度信息通过旋转变压器采集，而伺服横动机械机构回到其初始位置时需要位置开关来 获得一个跳变的电压信号输入给伺服控制器。
所述的主轴电机转动会带动横动轴电机根据花型规律控制电机正转反转完成横动提花。
一种在线更新花型的电子凸轮横式簇绒地毯加工方法，包括下列歩骤
(1) 启动横动花型设计装置；
(2) 设置横动工艺参数，运动曲线规律；
(3) 将运动曲线转换生成数据，进行横动电机配置；然后伺服控制器进行配置及监 控；将曲线数据传输到伺服控制器；
(4) 控制卡启动伺服控制器，伺服控制器按给定的控制曲线规律控制横动电机制造 出横动花型的地毯。
所述的步骤(2)的工艺参数的设置包括对横动针距，单次横移的最大针数，横动总的针数，横动机械机构部分的滚珠丝杠的螺距的设置。
所述的步骤(3)的伺服控制器的监控包括完成工位机和控制卡之间的通信连接， 并设置相应的伺服控制器10端口模式；工位机和控制卡通过usbcan转换卡进行转换，最 终通过canh和canl与给控制卡的can通信模块的存储器进行通信；工位机的控制卡通信 设置界面的参数设置包括通信波特率，端口和对应的10 口输出的高低电平信号控制；伺 服控制器监测和控制选择工作曲线，并启动相应的运动曲线控制，其选择配置相应的10 端口控制信号，组合选择相应的运动曲线或者是一组运动曲线。
所述的步骤(3)的伺服控制器的配置包括模式控制方式，电机运行参数，主轴编 码器的参数；伺服控制器工作在cam模式下面接受到外界的输入的x轴速度和相位信号进 行对y轴进行驱动控制；电机的运行参数包括电机的型号和最大转速转矩的性能参数。
所述的步骤(1)横动花型设计装置从生成的花型曲线数据库里调用相应的横动位移 曲线信息，然后将需要的曲线数据更新到伺服控制器内；并通过pcbus适配器经canopen 端口进入伺服控制器内部ram中。 有益效果
本发明改变了传统的机械式凸轮横动提花的更换凸轮时间长，凸轮易磨损和加工难度 大的问题。工艺人员可以直接设计横动花型规律，然后自动生成伺服控制器需要的横动控 制信息，完成运动曲线下载后即可驱动电机执行机构进行横动花型地毯的加工。


图1是总体控制流程图。
图2是整个电子凸轮横动提花系统的框架图。
图3是横动提花的花型设计和下载软件系统构架图。
图4是电子凸轮控制器内部控制系统框架图。
图5是外部控制板卡构成的框图。
图6是横动凸轮花型输入的界面示意图。
图7是横动花型的凸轮控制位移曲线的示例。
图8是电子凸轮控制器接收并储存的凸轮控制曲线数据格式。
图9是实施例花型的位移曲线示例。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术 人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限
定的范围。
如图1所示，首先启动横动花型设计软件S1，然后设置横动工艺参数S2，然后设计运 动曲线规律S3，接下来运动曲线转换生成数据S4，接下来进行横动电机配置S5，然后伺服 控制器配置及监控S6，然后下载曲线到伺服控制器S7,然后通知控制卡启动伺服控制器S8， 然后伺服控制器按给定的控制曲线规律控制横动电机S9，最后制造出横动花型的地毯S10。
操作人员在工控机l上，可以调用横动提花花型设计下载软件12，进行对相应的操作 和配置，先通过usbcan转换器2可以设置控制卡4的参数来控制伺服控制器5的I/O控 制端口满足要求后，即可调用伺服控制器的配置软件通过pcbus适配器3，经can总线网 络对伺服控制器5进行电机参数和伺服控制参数设置，并下载运动曲线到伺服控制器5中。 主轴电机6的速度信号经由增量型光电编码器7测得传入伺服控制器5中作为外部参考x 轴的相位和速度信号的输入。
最终簇绒机开机启动，上位机1上，启动横动开关，则通过控制卡4配置伺服控制器 5进入指定的模式，接下来伺服控制器通过控制横动伺服电机8跟随主轴电机6运动，最 终带动横动机械机构9，按既定的控制位移曲线规律的横向移动。
执行的详细流程如下
1. 在未启动地毯簇绒机主轴电机前，工艺人员根据曲线设计说明书要求结合自己的设 计花型在横动提花花型设计下载软件12的横动工艺和横动花型的设计输入13界面下，进 行工艺参数的输入和横动花型的设计输入。其中工艺参数的输入包括对横动针距，单次横 移的最大针数，横动总的针数，横动机械机构9部分的滚珠丝杠的螺距的设置。
其中设计的花型的输入，是通过在花型设计软件界面上的，在如图6所示的黑色网格 上用鼠标左键按下而输入每一针，给定的横移针脚规律鼠标操作输入并自动给每一针从1 到n标定出。输入每一针时都会由软件自动进行相应的验证，包括验证一次横动的距离是 否超过了最大行程限制。单次移动的针距数不能超过最大单次横移针数。总的针数是否已 达到给定的针数。
2. 如果输入的横动花型和相应的参数无误如图7所示，软件会自动生成运动的位移曲 线如图9所示，并把位移曲线的点的坐标值存储到的相应的输出文件内。
输入每一步都要记录一下当前的针数，并且每一针是横移针还是静止针，有一个数组来存储是否要正向或者反向移动或者静止。输出的位移文件为txt格式的内部包含x和y 的对应数据。图8中是一个簇绒横动曲线数据组的格式，其中x轴数据33的单位为度，x 轴上的数值在发生横移的区间内一般上采用等间隔增加角度，对应的y轴数据34为相应 的增大或者反向减小。X轴的每次的角度到最后一定是360的整数n倍，因为不管发生横 动与否，横动只能在主轴转一圈360度中出现一次。并且在一个花型循环最后y值一般上 要回到初始的位置如O位。每一次发生横动部分对应的y的增加值应该是针距的倍数a， 这里针距为3的话，当0-到144度时达到了 3而后面到达360度的216度范围内是y值没 有增加的。
3. 启动伺服控制器监测软件界面完成上位机和控制卡之间的通信连接，并设置相应的 伺服控制器10端口模式。上位机和控制卡通过usbcan转换卡进行转换，最终通过canh 和canl与给控制卡的can通信模块的存储器进行通信。上位机的控制卡通信设置界面的 参数设置包括通信波特率，端口和对应的10 口输出的高低电平信号控制。
4. 启动伺服控制器配置软件，配置伺服控制器为所需的模式控制方式和其他电机运行 参数，其中包括输入的主轴编码器的参数等。伺服控制器工作在cam模式下面接受到外界 的输入的x轴速度和相位信号进行对y轴进行驱动控制。电机的运行参数包括电机的型号 和最大转速转矩等性能参数是否合适。
5. 启动下载配置，并从生成的花型曲线数据库里调用相应的横动位移曲线信息，然后 将需要的曲线数据下载更新到伺服控制器内。选择下载的曲线的在伺服控制器中的存储方 式，如果是导入花型设计软件生成的txt文件的话，选择绝对存储方式。下载通过pcbus 适配器经canopen端口进入伺服控制器内部ram中。
6. 进入伺服控制器监测和控制界面选择工作曲线，并启动相应的运动曲线控制。选择 配置相应的IO端口控制信号，可组合选择相应的运动曲线或者是一组运动曲线。
7. 主轴电机可以启动，主轴电机转动会带动横动轴电机根据花型规律控制电机正转反 转完成横动提花。
其中为了保证横动的提花花型图案最大，可以考虑横移开始位置为最小行程位，最大 横移的位置为最大的行程位置。
这样的话需要对主轴电机的控制有个要求，其每次停机位置为针排的最高位处。
而在最后主轴静止下来有两种模式可以供横动轴电机的控制选择一种是继续保持静止 位，或者回到零点，此零点位置为方便下一次更新花型时的固定针排位置。
这时系统里面要安装一个光电接近开关在横动机械机构横动运动部分，作为零点信号标志o
启动归零运动的命令来自于控制板接收到上位机的伺服控制电机监测控制模块发出的 命令。
图2为工控机部分包含的程序界面，有横动工艺和花型的设计输入1花型转换和数据 处理2横动伺服控制器的参数设置3花型下载和配置4选择对横动的具体参数进行设 置5。
图3是伺服控制器内的信息处理框架图1总线下载曲线数据到指定的存储空间2 。 控制曲线data27从伺服控制器5的can叩en网络接口18接收，存储到曲线数据存储 器21中，外部数字I/0信号输入19，输入控制信号经过选择执行23设定某条花型曲线或 者某组曲线数据。外部的编码器信号20来自于主轴电机上的增量型光电编码器，在运动 曲线处理和控制22模块的作用下，参照曲线数据和外部电机输入的x轴的相位和速度信 息确定y轴执行电机的控制24，最终经过pwm输出25模块输出对三相UVW的控制电压到 横动伺服电机。
图4是控制卡的结构框图其内部包括几个部分有can通信模块28，电源模块29，还 有I/O输入模块30和输出模块32。
图6显示的是横动花型输入和工艺参数输入的界面。 图7是花型输入一个例子示意图。 图9相应的曲线位移图x y的对应关系图。
权利要求
1.一种在线更新花型的电子凸轮横式簇绒地毯加工系统，包括工控机，伺服控制器，伺服电机，光电编码器，外部控制板卡和总线通信转换器，其特征在于所述的工控机(1)通过usbcan转换器(2)设置控制卡(4)的参数来控制伺服控制器(5)的I/O控制端口，或通过pcbus适配器(3)，经can总线网络对伺服控制器(5)进行电机参数和伺服控制参数设置，并将曲线参数输入到伺服控制器(5)中；主轴电机(6)的速度信号经由增量型光电编码器(7)测得传入伺服控制器(5)中作为外部参考x轴的相位和速度信号的输入；伺服控制器(5)通过控制横动伺服电机(8)跟随主轴电机(6)运动，最终带动横动机械机构(9)，其中伺服电机的速度和角度信息通过旋转变压器(10)采集，而伺服横动机械机构回到其初始位置时需要位置开关(11)来获得一个跳变的电压信号输入给伺服控制器(5)。
2. 根据权利要求1所述的一种在线更新花型的电子凸轮横式簇绒地毯加工方法，其特征 在于所述的主轴电机(6)转动会带动横动轴电机根据花型规律控制电机正转反转完 成横动提花。
3. 根据权利要求1所述的一种在线更新花型的电子凸轮横式簇绒地毯加工方法，其特征 在于，包括下列步骤(1) 启动横动花型设计装置；(2) 设置横动工艺参数，运动曲线规律；(3) 将运动曲线转换生成数据，进行横动电机配置；然后伺服控制器进行配置及监 控；将曲线数据传输到伺服控制器；(4) 控制卡启动伺服控制器，伺服控制器按给定的控制曲线规律控制横动电机制造 出横动花型的地毯。
4. 根据权利要求3所述的一种在线更新花型的电子凸轮横式簇绒地毯加工方法，其特征 在于所述的步骤(2)的工艺参数的设置包括对横动针距，单次横移的最大针数，横 动总的针数，横动机械机构部分的滚珠丝杠的螺距的设置。
5. 根据权利要求3所述的一种在线更新花型的电子凸轮横式簇绒地毯加工方法，其特征 在于所述的步骤(3)的伺服控制器的监控包括完成工位机和控制卡之间的通信连 接，并设置相应的伺服控制器10端口模式；工位机和控制卡通过usbcan转换卡进行 转换，最终通过canh和canl与给控制卡的can通信模块的存储器进行通信；工位机 的控制卡通信设置界面的参数设置包括通信波特率，端口和对应的10 口输出的高低电 平信号控制；伺服控制器监测和控制选择工作曲线，并启动相应的运动曲线控制，其选择配置相应的IO端口控制信号，组合选择相应的运动曲线或者是一组运动曲线。
6. 根据权利要求3所述的一种在线更新花型的电子凸轮横式簇绒地毯加工方法，其特征 在于所述的步骤(3)的伺服控制器的配置包括模式控制方式，电机运行参数，主 轴编码器的参数；伺服控制器工作在cam模式下面接受到外界的输入的x轴速度和相 位信号进行对y轴进行驱动控制；电机的运行参数包括电机的型号和最大转速转矩的 性能参数。
7. 根据权利要求3所述的一种在线更新花型的电子凸轮横式簇绒地毯加工方法，其特征 在于所述的步骤(1)横动花型设计装置从生成的花型曲线数据库里调用相应的横动 位移曲线信息，然后将需要的曲线数据更新到伺服控制器内；并通过pcbus适配器经 can叩en端口进入伺服控制器内部ram中。
全文摘要
本发明涉及一种在线更新花型的电子凸轮横式簇绒地毯加工系统和方法，利用工控机，伺服控制器和伺服电机，光电编码器，外部控制板卡和总线通信转换器组成的硬件平台下，对横动花型进行设计，凸轮横动控制曲线可自动转换，最后可在线下载控制曲线，并且在伺服控制器中最多可存储8条横动花型曲线，在工控机一次下载多条曲线后，只需要根据生产工艺要求通过控制卡在线快速切换不同的横动花型曲线，适应不同的地毯的加工要求。本发明改变了传统的机械式凸轮横动提花的更换凸轮时间长，凸轮易磨损和加工难度大的问题。工艺人员可以直接设计横动花型规律，自动生成伺服控制器需要的横动控制信息。
文档编号D05C15/30GK101619525SQ200910054670
公开日2010年1月6日 申请日期2009年7月10日 优先权日2009年7月10日
发明者孙以泽, 孙志军, 婥 孟, 洋 徐, 靳智磊 申请人:东华大学