基于霍爾傳感器的面線張力檢測控制方法

竇琴，葛俊佐，祝本明

（中國兵器工業第五八研究所 四川 綿陽　621000）

基于霍爾傳感器的面線張力檢測控制方法

竇琴，葛俊佐，祝本明

（中國兵器工業第五八研究所 四川 綿陽621000）

為了提高生產效率和加工質量，結合圓扣眼鎖眼機本身特性，提出了一種圓扣眼鎖眼機面線張力檢測方法。該方法采用霍爾傳感器實時檢測面線張力大小，并輸出模擬信號，然后經過信號放大器、模擬信號-數字信號轉換后，將信號轉換為抗干擾能力更強的數字信號，最后傳輸給張力信號處理器DSP。DSP根據比較結果，進行張力調節控制，最終實現面線張力趨于穩定值，從而實現張力實時控制。實踐應用表明，本方法提高了生產效率加工質量。

霍爾傳感器；圓扣眼鎖眼機；面線張力；DSP

圓扣眼鎖眼機又名鳳眼機，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縫紉機，是夾克和西服等服裝加工中的關鍵設備之一，被譽為縫紉機之王[1]。它以復雜的組合運動匹配以復雜的機械組合二著稱，其制造技術工藝相對復雜，工藝要求精密二細致。圓扣眼鎖眼機依靠機械控制各種動作，其內部機構交錯重疊，操作比較復雜[2]。

所謂“圓頭”是指縫鎖的扣眼線跡的前端呈圓形。圓頭鎖眼機內部結構采用以齒輪與連桿相結合的傳動模式，帶動針桿與彎針相配合的彎針和分線鉤針的勾線動作，雙線包縫形成復合鏈式線跡。一些產品還在可以線跡上加入芯線形成美觀、大方、有立體感的鏈式線跡的圓頭鈕扣眼，有效的提高了服裝產品的檔次。

圓扣眼鎖眼機面線張力的檢測與控制，直接關系到服裝的美觀、質量問題。針對現有技術中存在面線張力不均勻，造成針跡效果不理想，有時斷線的問題，文中提供一種圓扣眼鎖眼機面線張力檢測控制方法。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，有時斷線，縫紉過程經常停頓不連貫，加工布料浪費的問題，提高了工作效率[3]。

1　工作原理

圓頭鎖眼機是用于加工扣眼的絞縫縫紉機，圓扣眼鎖眼機如圖1所示。

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

鎖眼機運行時，使用兩根鏈式鉤針，左針落下時，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，因此當送料機構運行到某一縫紉位置時，要進行左右兩針縫紉。圖2是鎖眼機進行左右針縫紉的示意圖，鎖眼機的左右針縫紉是通過與機針同一垂直位置的彎針座的擺動來實現的。圓頭鎖眼機的機針左右擺動的角度與彎針座擺動角度一致，方向相反。當機針擺動到左側，彎針座擺動到右側時，機針下落，進行左針縫紉；當機針擺動到右側，彎針座擺動到左側時，機針下落，進行右針縫紉[4]。

圖2　圓口眼鎖眼機縫紉時機針下落示意圖Fig.2　Sewing needle working schematic diagram of eyelet buttonhole sewing machine

在工作過程中，面線張力是一個動態變化的過程。主軸電機帶動機針上下運動，機針離開工作平臺時，面線張力變小，機針扎下時，面線張力變大。

面線張力大小的控制，主要是控制機針扎下時，面線張力大小的調節。縫紉速度快時，如果面線張力過大，容易造成斷線；如果張力臺小，縫制出的線跡不美觀。因此，需要兼顧生產效率和加工質量，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，面線張力應該越大；電機運轉速度越快，面線張力應該相應增小；布料越軟，面線張力越小；面線與機械間的摩擦力越大，面線張力越小。

2　系統組成

面線張力檢測控制由面線檢測及張力線性變換模塊、信號放大模塊、模數變換模塊、張力信號處理模塊、張力比較模塊、張力調整模塊。面線張力檢測控制原理框圖如圖3所示。

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

面線檢測及張力線性變換用于檢測面線張力，由霍爾傳感器檢測面線張力值，并將其轉換為模擬電壓輸出；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換為與面線張力大小對應線性變換模擬電壓的大小，并濾除干擾信號。

面線檢測及張力線性變換采用霍爾傳感器檢測面線張力實際值，面線張力越大，霍爾傳感器檢測桿變形越大，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到的面線張力大小轉換為對應線性變換電流的大小，然后濾波，濾除干擾信號。

濾波后，將信號放大到可以處理的信號，然后進行模數轉換。模數轉換將連續的模擬量通過取樣轉換成離散的數字量，將可處理的模擬信號轉換為數字信號，信號數字化是對原始信號進行數字近似。模數轉換包括采樣、量化和編碼三個過程。采樣是信號在時間上的離散化，按照一定的時間間隔在模擬信號上逐點采取瞬時值；量化是將連續幅度的抽樣信號轉換成離散時間、離散幅度的數字信號；編碼是將量化后的信號編碼成二進制代碼輸出。

編碼后二進制代碼傳輸給中央處理器。中央處理器接收到信號后，通過張力比較電路將信號與預設定的最小值和最大值進行比較，并將比較結果反饋給中央處理器。中央處理器根據反饋信號，計算出相應張力調整大小，并發出張力調整指令給張力調整電路。張力調整電路接收到指令后，對面線張力進行調整，然后張力檢測重新對調整后張力進行檢測。

3　面線張力檢測控制算法

面線張力檢測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，根據工作環境，設置面線張力的最大值B和最小值A，B值和A值是一個動態變化的過程，根據工作對象、工作環境、工作狀態的不同而變化，B值和A值可通過人機界面調整參數值。

1）假設當前檢測到的面線張力為X[i]，若果X[i]

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

當即時張力X[i]調整滿足：A≤X[i]≤B時，此時需要微調，使防止張力再次變化，落入張力要求范圍外。調整方法為：時，若若則時，若則若，則

此時，張力函數關系式仍為：X[i+1]=K*X[i]+δ[i]。

2）假設當前檢測到的面線張力為X[i]，A≤X[i]≤B時，此時不需要調整，一般只進行微調，使防止張力再次變化，落入張力要求范圍外。調整方法為：時，若則若則時，若則若則

此時，張力函數關系式仍為：X[i+1]=K*X[i]+δ[i]。

4　算法仿真

設定張力最大值B=10，最小值A=-10，使用MATLAB分別對A

圖6為本方法在服裝生產企業加工效果圖。

5　結　論

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

圖5　MATLAB張力仿真結果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.圓頭鎖眼機控制系統設計與實現[J].現代電子技術，2014，37（13）:122-125

[2]韋洪蘭.圓頭鎖眼機控制器的研究[D].長沙：中南大學，2010.

[3]袁敏娟，劉華建，肖昕.圓頭鎖眼縫紉機扣眼針步算法[J].四川兵工學報，2011，32（6）:89-91.

[4]曹志奎，鄒紅柳.圓頭鎖眼機發雜組合結構CAD[J].傳動技術，2006（1）:13-18.

[5]羅華飛.Matlab GUI設計學習手記[M].北京：北京航天航空大學出版社，2011.

[6]劉煥進，王輝，力捧.Matlab N個實用技巧[M].北京：北京航天航空大學出版社，2011.

[7]張鵬.MATLAB仿真技術在電力電子技術實驗教學中的應用[J].電子設計工程，2015（19）:146-148.

[8]蘇麗.Matlab定點仿真在FPGA驗證平臺中的應用[J].電子科技，2013（5）:71-73.

[9]姜麗穎.利用Matlab分析沈陽市住宅房產價格的影響因素[J].高師理科學刊，2015（9）:8-12.

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：201503386

國家科技型中小企業技術創新基金支持項目（11C26215105683）

竇 琴（1981—），女，四川綿陽人，工程師。研究方向：數控技術。