一种裁床及其纠刀控制系统与方法与流程

本发明涉及裁床技术领域，特别涉及一种裁床及其纠刀控制系统与方法。

背景技术：

众所周知，裁床是一种用来裁剪软性面料的裁剪设备，被广泛地应用于服装制造行业中，其根据cad软件设计出来的图形轨迹，来裁剪出所需要的裁片。

对于大批量的服装生产，就需要使用裁床来裁剪多层面料。裁床中所使用的裁刀是一把长度较长且厚度较薄的裁刀。在多层面料的裁割中，裁刀下端伸进面料内部的裁剪，所受阻力较大，特别是裁割拐角和弧线的时候，裁刀下端容易因阻力而发生偏刀现象，导致裁剪时出现上下片裁片间的尺寸误差，最终影响裁剪质量，增加生产成本，降低企业生产效率。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种裁床及其纠刀控制系统与方法，用以实现在裁割过程中对裁刀的位置误差进行实时补偿。

为实现上述目的，本发明提供一种用于裁床的纠刀控制方法，包括：

获取在裁割过程中裁刀的位置误差所对应的电压信号值；

根据所述电压信号值以及在裁刀未发生位置误差时所对应的电压初值得到刀偏样本值；

根据所述刀偏样本值以及所选择的比例系数、并通过pid算法计算得到所述裁刀的纠偏角度值。

相对于上述背景技术，本发明提供的纠刀控制方法，可以利用位置传感器等部件实时获取裁刀的位置误差，位置传感器等部件可以按照一定的采样周期实时采集裁刀的位置信息；无论是裁刀未出现位置偏移还是发生位置偏移，均能够以电压信号的方式进行获取；也即，当裁刀未出现位置偏移时，对应一个电压初值；在裁刀运行过程中，倘若裁刀出现位置偏移，偏移后同样会对应电压信号值，本发明利用电压信号值以及在裁刀未发生位置误差时所对应的电压初值得到刀偏样本值，并根据刀偏样本值和所选择的比例系数进行pid算法的计算，得到裁刀的纠偏角度值。其中，针对pid算法，其相应的变量可以根据实际经验选取，如此设置，即可实时监测裁刀的位置，确保实时纠偏，保证其裁割的可靠性。

优选地，所述获取在裁割过程中裁刀的位置误差所对应的电压信号值的步骤具体为：

根据采样周期获取多个在裁割过程中裁刀的位置误差所对应的电压信号值。

优选地，所述根据所述电压信号值以及在裁刀未发生位置误差时所对应的电压初值得到刀偏样本值的步骤具体为：

计算在同一采样周期内的多个所述电压信号值的平均电压值；

所述平均电压值减去所述电压初值得到所述刀偏样本值。

优选地，所述根据所述刀偏样本值以及所选择的比例系数、并通过pid算法计算得到所述裁刀的纠偏角度值的步骤具体为：

pid算法公式具体为：uk＝kp×(ek+td×(ek-ek-1)/t)；其中：

kp为比例系数、ek为调节器在k时刻的偏差、ek-1为调节器在k-1时刻的偏差、td为微分时间、t为采样周期；

比例调节器p＝比例系数kp×刀偏样本值；

微分调节器d＝微分系数×(当前电压信号值-预设误差范围内的电压信号值)/(预设误差范围×采样周期)；

所述纠偏角度值＝比例调节器p+微分调节器d。

优选地，所述根据所述刀偏样本值以及所选择的比例系数、并通过pid算法计算得到所述裁刀的纠偏角度值的步骤还包括：

当裁刀所裁割的面料为针织材质时，所述比例系数kp的取值范围在20～40；

当裁刀所裁割的面料为牛仔材质时，所述比例系数kp的取值范围在40～100。

优选地，所述根据所述电压信号值以及在裁刀未发生位置误差时所对应的电压初值得到刀偏样本值的步骤与所述根据所述刀偏样本值以及所选择的比例系数、并通过pid算法计算得到所述裁刀的纠偏角度值的步骤之间还包括：

判断所述刀偏样本值是否大于预设的机械误差所对应的死区参数值；

若小于，所述刀偏样本值为零，且所述纠偏角度值为零；

若大于，所述刀偏样本值减去所述死区参数值得到更新后的刀偏样本值，并将更新后的刀偏样本值带入所述pid算法进行计算。

本发明还提供一种用于裁床的纠刀控制系统，包括：

传感器探头：用于获取在裁割过程中裁刀的位置误差所对应的电压信号值；

刀偏计算模块：用于根据所述电压信号值以及在裁刀未发生位置误差时所对应的电压初值得到刀偏样本值；

纠偏角度值计算模块：用于根据所述刀偏样本值以及所选择的比例系数、并通过pid算法计算得到所述裁刀的纠偏角度值。

优选地，所述纠偏角度值计算模块包括：

pid算法单元：

pid算法公式具体为：uk＝kp×(ek+td×(ek-ek-1)/t)；其中：

kp为比例系数、ek为调节器在k时刻的偏差、ek-1为调节器在k-1时刻的偏差、td为微分时间、t为采样周期；

比例调节器p＝比例系数kp×刀偏样本值；

微分调节器d＝微分系数×(当前电压信号值-预设误差范围内的电压信号值)/(预设误差范围×采样周期)；

纠偏角度值输出单元：所述纠偏角度值＝比例调节器p+微分调节器d。

优选地，所述刀偏计算模块与所述纠偏角度值计算模块之间还包括：

判断模块：用于判断所述刀偏样本值是否大于预设的机械误差所对应的死区参数值；

刀偏零值输出单元：用于当所述刀偏样本值小于等于预设的机械误差所对应的死区参数值时，输出所述刀偏样本值为零，且所述纠偏角度值为零；

刀偏更新模块：用于当所述刀偏样本值大于预设的机械误差所对应的死区参数值时，所述刀偏样本值减去所述死区参数值得到更新后的刀偏样本值，并触发所述纠偏角度值计算模块将更新后的刀偏样本值带入所述pid算法进行计算。

本发明又提供一种裁刀，包括上述任一项所述的纠刀控制系统。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的用于裁床的纠刀控制方法的流程图；

图2为本发明实施例所提供的裁床的裁刀部位的结构示意图；

图3为本发明实施例所提供的用于裁床的纠刀控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1、图2和图3，图1为本发明实施例所提供的用于裁床的纠刀控制方法的流程图；图2为本发明实施例所提供的裁床的裁刀部位的结构示意图；图3为本发明实施例所提供的用于裁床的纠刀控制系统的结构示意图。

本发明提供的一种用于裁床的纠刀控制方法，如说明书附图1所示，包括：

s1、获取在裁割过程中裁刀的位置误差所对应的电压信号值；

s2、根据所述电压信号值以及在裁刀未发生位置误差时所对应的电压初值得到刀偏样本值；

s3、根据所述刀偏样本值以及所选择的比例系数、并通过pid算法计算得到所述裁刀的纠偏角度值。

本发明提供的纠刀控制方法，步骤s1中，可以利用传感器探头10采集裁刀的位置误差，从而输出位置误差所对应的电压信号值；如说明书附图2所示；裁刀30与刀轨座40固定设置，且传感器挡块20设于导轨座40，可以认为裁刀30与传感器挡块20的运行同步；当裁刀30的运行轨迹发生偏移时，则传感器挡块20同步偏移；而传感器探头10可以认为是严格按照预设轨迹行走，一旦裁刀30发生偏移，也即传感器挡块20发生偏移，此时传感器探头10即可获知传感器挡块20的偏移量，并由电压信号值所显示。

具体来说，裁刀30固定在裁刀c轴旋转机构上，传感器挡块20固定在刀轨座40。传感器探头10与工控机相连接，当裁刀30在裁割中受到阻力而发生偏刀的时候，传感器探头10与传感器挡块20的距离就会发生变化，而产生电压，反馈给工控机。

步骤s2中，根据所述电压信号值以及在裁刀未发生位置误差时所对应的电压初值得到刀偏样本值，也即当裁刀30未发生位置误差时，由于传感器探头10的采集连续，无论裁刀30处于何种状态(是否发生位置偏移)，均能够由传感器探头10获知。同样地，传感器探头10可以获取到裁刀30未发生位置误差时所对应的电压初值。

步骤s3中，根据所述刀偏样本值以及所选择的比例系数、并通过pid算法计算得到所述裁刀的纠偏角度值。

具体来说，本发明优选采用pid算法的变换公式，也即仅仅考虑pd项，pid算法公式具体为：uk＝kp×(ek+td×(ek-ek-1)/t)；其中：

kp为比例系数、ek为调节器在k时刻的偏差、ek-1为调节器在k-1时刻的偏差、td为微分时间、t为采样周期；

比例调节器p＝比例系数kp×刀偏样本值；

微分调节器d＝微分系数×(当前电压信号值-预设误差范围内的电压信号值)/(预设误差范围×采样周期)；

所述纠偏角度值＝比例调节器p+微分调节器d。

纠偏角度值也即作用于上述c轴上，从而实现裁刀30的角度改变，实现位置补偿。

针对微分调节器d＝微分系数×(当前电压信号值-预设误差范围内的电压信号值)/(预设误差范围×采样周期)，预设误差范围的设置是为了屏蔽波动带来的影响，确保计算结果可靠。

针对比例系数kp的取值方式，本发明针对不同面料给出不同设置方法：

当裁刀所裁割的面料为针织材质时，所述比例系数kp的取值范围在20～40；

当裁刀所裁割的面料为牛仔材质时，所述比例系数kp的取值范围在40～100。

也即，比例系数kp用户根据经验可直接设定，一般设定的范围为(10到100左右)。硬度较软的面料，刀片所受阻力较小，该参数需要设定小一点，如针织一般20到40左右；面料硬度较大，刀片所受阻力较大，需要调大该参数，如牛仔面料等，一般设定值为40到100左右。

在步骤s1中，可以根据采样周期获取多个在裁割过程中裁刀的位置误差所对应的电压信号值。采样周期可以根据传感器探头10的不同型号而定。实际工作时，根据采样周期，连续从传感器探头10实时收集n个样本，储存起来，定义成一个样本数组。每个样本是根据裁刀30与传感器探头10之间的位移产生的电压值，电压范围为正负2.5v。

在步骤s2中，可以首先计算在同一采样周期内的多个所述电压信号值的平均电压值；然后所述平均电压值减去所述电压初值得到所述刀偏样本值。

其中，可以实时更新样本数组，根据采样周期，剔除第一个样本，再重新加入第n+1个样本进入数组。针对样本进行实时计算，将当时的样本数组里的n个样本相加除以n求平均值，再减去复位时候的电压初值，即可得到当前实际系统需要处理的刀偏样本值。

而后进行步骤s3，计算得到纠偏角度值。

同时为了避免由于裁刀本身的机械误差导致纠偏角度值的计算误差偏大，本发明在上述步骤s3与步骤s4之间增加判断所述刀偏样本值是否大于预设的机械误差所对应的死区参数值的步骤。

具体来说，根据裁刀本身的机械误差得到死区参数值，也就是刀左右偏一点，刀偏样本值很小的时候，系统不做反应，主要是屏蔽因为机械误差而造成传感器探头电压反馈值。也即在该死区参数值范围内，则说明此时刀偏样本值为零，且所述纠偏角度值为零；倘若刀偏样本值大于死区参数值，则说明确实需要对裁刀30进行角度补偿；也即当刀偏样本值大于死区参数值时，刀偏样本值减去所述死区参数值得到更新后的刀偏样本值，并将更新后的刀偏样本值带入所述pid算法进行计算。

本发明还提供一种用于裁床的纠刀控制系统，如说明书附图3所示，包括：

传感器探头101：用于获取在裁割过程中裁刀的位置误差所对应的电压信号值；

刀偏计算模块102：用于根据所述电压信号值以及在裁刀未发生位置误差时所对应的电压初值得到刀偏样本值；

纠偏角度值计算模块103：用于根据所述刀偏样本值以及所选择的比例系数、并通过pid算法计算得到所述裁刀的纠偏角度值。

其中，所述纠偏角度值计算模块包括：

pid算法单元：

pid算法公式具体为：uk＝kp×(ek+td×(ek-ek-1)/t)；其中：

kp为比例系数、ek为调节器在k时刻的偏差、ek-1为调节器在k-1时刻的偏差、td为微分时间、t为采样周期；

比例调节器p＝比例系数kp×刀偏样本值；

微分调节器d＝微分系数×(当前电压信号值-预设误差范围内的电压信号值)/(预设误差范围×采样周期)；

纠偏角度值输出单元：所述纠偏角度值＝比例调节器p+微分调节器d。

其中，所述刀偏计算模块与所述纠偏角度值计算模块之间还包括：

判断模块：用于判断所述刀偏样本值是否大于预设的机械误差所对应的死区参数值；

刀偏零值输出单元：用于当所述刀偏样本值小于等于预设的机械误差所对应的死区参数值时，输出所述刀偏样本值为零，且所述纠偏角度值为零；

刀偏更新模块：用于当所述刀偏样本值大于预设的机械误差所对应的死区参数值时，所述刀偏样本值减去所述死区参数值得到更新后的刀偏样本值，并触发所述纠偏角度值计算模块将更新后的刀偏样本值带入所述pid算法进行计算。

本发明所提供的一种具有纠刀控制系统的裁刀，包括上述具体实施例所描述的纠刀控制系统；裁刀的其他部分可以参照现有技术，本文不再展开。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明所提供的裁床及其纠刀控制系统与方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。