一种底线检测系统的制作方法

本发明属于缝纫机智能检测技术领域，涉及一种底线检测系统，特别是一种用于缝纫设备的底线检测系统。

背景技术：

近年来，随着机械制造、电子信息行业的发展，缝纫机控制器的性能是越来越好，缝制速度也是越来越快。然而，在高速度、高频率的使用中底线问题日益暴露，操作人员经常不知晓底线何时使用完，从而底线使用完后继续工作带来的脱线大大影响了工作效率，同时空针还影响了产品质量，甚至需要返工。

为了解决这个问题，目前公开了一种名称为“一种缝纫机底线检测装置及其检测方法”，公开号为CN105734848A的中国专利，该技术方案公开了：包括梭芯、推板、垫块、光电传感器、夹板和主轴控制器，所述的光电传感器设置于垫块和夹板之间，所述的垫块设置于推板上，梭芯设置于光电传感器的一侧缝纫机梭壳上，梭芯的一侧面相交替设置有若干个强光区和弱光区，另一侧面上设置有磁钢，所述的光电传感器的发射端与接收端正对梭壳上的梭芯，并连接至主轴控制器。本技术方案能够及时检测到底线什么用完，从而提醒操作人员及时更换新的梭芯，从而避免无底线操作，影响工作效率及产品质量。但该技术方案仍存在着一些问题：一是当前主流的光电传感器一般采用光遮断式或者漫反射式的判别方法，受制于光耦或者红外感应器件，其灵敏度不够高，无法在高速运转时做到足够快速的识别，而且旋梭所在的位置油污、毛屑较多，容易污染光电传感器，导致识别精准度降低；二是光电传感器需要外加较为复杂的电路板，由于电路板需要安规距离、振动方面的要求，其光电传感器安装固定较为麻烦。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种能够精准监测底线的剩余量从而在底线使用完时及时更换新梭芯的底线检测系统。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种底线检测系统，包括缝纫设备的电动机和梭芯，梭芯包括一绕线轴，绕线轴上设有一沿轴向贯穿的轴孔，绕线轴两端分别径向向外扩张形成第一突缘和第二突缘，其特征在于，还包括一个控制器、一个与该控制器连接的人机交换界面以及一个与该控制器电连接的磁感应传感器，上述电动机与所述控制器电连接，所述梭芯上具有齿轮结构，所述齿轮结构的齿具有多个，所述的齿随着梭芯转动而转动且转动时靠近或远离上述的磁感应传感器但不接触，所述磁感应传感器用于检测所述齿靠近或远离时磁感应强度的变化并转化成电压频率信号传输给控制器，所述控制器用于根据上述的电压频率信号控制上述电动机的工作，以及用于根据上述的电压频率信号和上述电动机的运行速度计算出底线的绕线半径R进而计算出底线剩余量信息并将底线剩余量信息传输给上述的人机交换界面。

在上述的一种底线检测系统中，所述的第一突缘外周边缘具有多个均匀间隔设置的齿，相邻两个齿之间具有齿槽，所述齿的齿顶外端面到轴孔中心线的距离与第二突缘外周面到轴孔中心线的距离相等，所述的第一突缘及其上的齿和齿槽结构形成了上述的齿轮结构。

在上述的一种底线检测系统中，所述的齿为齿顶窄、齿根宽的尖型齿或者是齿顶和齿根宽度相同的方型齿。

在上述的一种底线检测系统中，所述的齿轮结构包括一个小齿轮，所述小齿轮固连在第一突缘外侧面上，所述小齿轮的齿的齿顶外端面到轴孔中心线的距离小于或等于第二突缘外周面到轴孔中心线的距离。

在上述的一种底线检测系统中，所述的磁感应传感器为背磁齿轮传感器，包括一小型永磁铁和传感器控制电路，所述传感器控制电路用于检测小型永磁铁周围的磁感应强度变化并转化成电压信号传输给上述的控制器。

在上述的一种底线检测系统中，所述的小型永磁铁位于上述绕线轴的径向方向上，且当齿轮结构上的齿与小型永磁铁最靠近时，其小型永磁铁的S极与齿轮结构上的齿的齿顶外端面刚好正对设置且两者之间的距离为1mm～3mm。

在上述的一种底线检测系统中，所述的小型永磁铁和传感器控制电路封装在一起或者所述传感器控制电路单独封装与小型永磁铁分开。

在上述的一种底线检测系统中，所述的传感器控制电路包括磁性霍尔芯片SC9021、供电电压VDD、二极管D1、电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2和稳压二极管Z1，磁性霍尔芯片SC9021的1脚分别接电阻R1一端、稳压二极管Z1的阴极和电容C1的一端，电容C1另一端分别接稳压二极管Z1的阳极和电容C2的一端，磁性霍尔芯片SC9021的2脚接地，磁性霍尔芯片SC9021的3脚分别接电容C2的另一端、电阻R2的一端和霍尔传感器控制电路的输出端Vout，所述二极管D1的阳极接供电电压VDD，其阴极分别接电阻R1的另一端和电阻R2的另一端，所述的磁性霍尔芯片SC9021与上述小型永磁铁的N极正对设置。

所谓背磁齿轮传感器就是在霍尔传感器的磁性霍尔芯片上粘贴一块小型永磁铁(背磁)，通过感应金属物体移动时带动背磁永磁铁的磁力线产生的磁场变化而进行高低电平切换。

在上述的一种底线检测系统中，所述的控制器为DSP主控单元或单片机。

在上述的一种底线检测系统中，所述的人机交换界面包括操作面板和显示面板，分别用于参数设置和信息输出显示。

与现有技术相比，本底线检测系统具有如下几个优点：

1、采用背磁齿轮传感器和齿轮结构的结合方式，其背磁齿轮传感器目前最大支持1024线，也就是能支持齿轮结构的齿数为1024个，检测精度比光电传感器高出一个数量级，能够非常精确的检测到底线的剩余量，并通过人机交换界面的显示面板显示出来，从而操作人员可以通过观察显示面板即可清楚判断底线是否快用完，在用完之前更换底线，从而不会出现空针、脱线的情况；

2、背磁齿轮传感器可以将小型永磁铁和传感器控制电路封装在一起，这样体积小，占空间较小便于安装，且提高了抗震、安规方面的防护等级；

3、背磁齿轮传感器只和磁路有关系，不受油污、毛屑等的影响，抗外界干扰能力好，从而可靠性好，检测准确度高；

4、当底线用完时，背磁齿轮传感器能检测到电压频率信号的变化并自动控制电动机停止工作，从而避免空针无效工作影响产品质量，还能保护设备避免无效损耗。

附图说明

图1是本发明的原理框图。

图2是带有齿轮结构的梭芯结构图。

图3是传感器控制电路与小型永磁铁封装在一起的结构原理图。

图4是磁感应传感器与带有齿轮结构的梭芯的相对安装位置图。

图5是梭芯转动工作时磁感应传感器检测到的磁感应强度变化图及转化的方波电压图。

图6是底线越来越少时的方波电压变化图及底线用尽时的方波电压变化图。

图中，1、梭芯；11、绕线轴；12、轴孔；13、第一突缘；131、齿；132、齿槽；133、齿顶；134、齿根；14、第二突缘；2、磁感应传感器；3、DSP主控单元；4、人机交换界面；5、电动机。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例一

如图1所示，本底线检测系统，包括磁感应传感器2、DSP主控单元3、人机交换界面4、缝纫设备的电动机5以及带有齿轮结构的梭芯1。磁感应传感器2、人机交换界面4和缝纫设备的电动机5均与DSP主控单元3电连接，电动机5为通用型永磁同步电机，采用光编作为位置传感器。本实施例以DSP主控单元3作为控制器，其DSP主控单元3还可以由可编程逻辑控制器或单片机来替代，只要具备数据分析处理能力的控制器设备均可。当然，具备完整的功能，其DSP主控单元3还外接有外围电路，比如输入输出电路、储存单元等，这些外围电路为现有技术，不再详细叙述。人机交换界面4包括操作面板和显示面板，分别用于参数设置和信息输出显示。

如图2所示，梭芯1包括一绕线轴11，绕线轴11上设有一沿轴向贯穿的轴孔12，绕线轴11两端分别径向向外扩张形成第一突缘13和第二突缘14。第一突缘13外周边缘具有12个均匀间隔设置的齿131，相邻两个齿131之间具有齿槽132，齿131的齿顶133外端面到轴孔12中心线的距离与第二突缘14外周面到轴孔12中心线的距离相等，第一突缘13及其上的齿131和齿槽132结构形成了齿轮结构，该齿轮结构也就是将原来梭芯1的第一突缘13加工成齿轮形状而成，加工方便，且无需增加额外零件。由于背磁齿轮传感器可以最大支持1024线，因此这个齿数可以最高加工到1024个，当然齿数越多，检测到的磁感应强度变化频率及方波频率越高，检测计算的底线剩余量精度更高，一个齿131和一个齿槽132即可产生一个变化周期，数量越多，转动一圈产生的变化周期越多，也就是频率越高。也就是说这个齿数可以设计成1～1024个都可以，数量越多，精度越高。本实施例是将齿131设计成齿顶133窄、齿根134宽的尖型齿，当然除了上述的尖型齿外，还可以设计成其他任意形状的齿，只要保证齿与齿之间具有齿槽132即可，比如齿顶133和齿根134宽度相同呈栅格式的方型齿。

如图3所示，磁感应传感器2为背磁齿轮传感器，包括一小型永磁铁和传感器控制电路，其背磁齿轮传感器目前最大支持1024线，也就是能支持齿轮结构的齿数为1024个，检测精度比光电传感器高出一个数量级，能够非常精确的检测到底线的剩余量。传感器控制电路包括磁性霍尔芯片SC9021、供电电压VDD、二极管D1、电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2和稳压二极管Z1，其中，供电电压VDD为12V，二极管D1为IN4148，电阻R1为330Ω，电阻R2为10KΩ，电容C1为100nF,电容C2为1nF，稳压二极管Z1为24V稳压管。磁性霍尔芯片SC9021的1脚分别接电阻R1一端、稳压二极管Z1的阴极和电容C1的一端，电容C1另一端分别接稳压二极管Z1的阳极和电容C2的一端，磁性霍尔芯片SC9021的2脚接地，磁性霍尔芯片SC9021的3脚分别接电容C2的另一端、电阻R2的一端和霍尔传感器控制电路的输出端Vout，所述二极管D1的阳极接供电电压VDD，其阴极分别接电阻R1的另一端和电阻R2的另一端，磁性霍尔芯片SC9021与小型永磁铁的N极正对设置。

本实施例的小型永磁铁和传感器控制电路为封装在一起，这样体积小，占空间较小便于安装，且提高了抗震、安规方面的防护等级。当然，也可以将传感器控制电路和小型永磁铁分开安装，而将传感器控制电路单独封装。

如图4所示，小型永磁铁位于梭芯1绕线轴11的径向方向上，且当齿轮结构上的齿131与小型永磁铁最靠近时，其小型永磁铁的S极与齿轮结构上的齿131的齿顶133外端面刚好正对设置且两者之间的距离为1mm～3mm。作为优选，距离为2mm。两者相互之间的距离越靠近，其检测的准确性越高，当然距离越近对于安装来说难度越大，1mm～3mm的距离将是安装难度不高且效果比较好的距离。

缝纫设备工作，梭芯1转动，第一突缘13上的齿131和齿槽132依次靠近然后远离小型永磁铁，其周边的磁感应强度不停的产生变化周期，如图5所示。背磁齿轮传感器检测磁感应强度变化信息并转化成方波电压信号并传输给DSP主控单元3，如图5所示。DSP主控单元3从缝纫设备的电动机5上获取当前运行速度并结合从背磁齿轮传感器接收来的方波电压信号频率计算出底线当前的绕线半径R，然后获得底线当前的剩余量，并将底线当前的剩余量通过人机交换界面4的显示面板显示出来供操作人员察看。当操作人员从显示面板上看到底线剩余量所剩无几时，就可以手动停机更换绕满底线的梭芯1，从而避免底线用完后继续工作的脱线、空针操作。其第一突缘13上的齿131个数越多(目前最多可以支持1024个)，其磁感应强度变化周期越短，背磁齿轮传感器输出的方波电压信号频率越高，那么计算得出的底线当前绕线半径R值越准确，这样显示面板显示出来的底线当前剩余量这个值越准确，从而提高其底线检测精确性。

当显示面板上显示的底线剩余量所剩无几而操作人员没有及时注意到时，在底线用完时，DSP主控单元3自动控制电动机5停止工作。原理如下：

如图6所示，工作过程中，由于缝制速度不变，也就是说底线的线速度不变，而随着底线的不断使用，其绕线半径R值是越来越小的，那么梭芯1的角速度就会越来越大，也就是梭芯1在底线的带动下转动速度越来越快，那么磁感应强度的变化周期越来越短，也就是说方波电压信号频率是随着工作越来越高的。但当底线用完时，梭芯1失去了底线的带动牵引力，其转动会突然慢下来，即转速突然慢下来而且越来越慢，磁感应强度的变化周期突然变长，也就是说方波电压信号频率突然变小了，DSP主控单元3检测到这一方波电压信号频率突变的信号后，及时输出停止控制指令控制电动机5停止工作，从而避免空针无效工作影响产品质量，还能保护设备避免无效损耗。

实施例二

本实施例与实施例一的不同之处在于：其齿轮结构包括一个小齿轮(图中未示出)，小齿轮固连在第一突缘外侧面上，小齿轮的齿的齿顶外端面到轴孔中心线的距离小于或等于第二突缘外周面到轴孔中心线的距离。由于该小齿轮结构及其与第一突缘的连接关系为常规技术，在此不再详细叙述。其他结构和原理均与实施例一相同，在此不再赘述。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。