基于霍尔传感器的面线张力检测控制方法

窦琴，葛俊佐，祝本明

（中国兵器工业第五八研究所 四川 绵阳　621000）

基于霍尔传感器的面线张力检测控制方法

窦琴，葛俊佐，祝本明

（中国兵器工业第五八研究所 四川 绵阳621000）

为了提高生产效率和加工质量，结合圆扣眼锁眼机本身特性，提出了一种圆扣眼锁眼机面线张力检测方法。该方法采用霍尔传感器实时检测面线张力大小，并输出模拟信号，然后经过信号放大器、模拟信号-数字信号转换后，将信号转换为抗干扰能力更强的数字信号，最后传输给张力信号处理器DSP。DSP根据比较结果，进行张力调节控制，最终实现面线张力趋于稳定值，从而实现张力实时控制。实践应用表明，本方法提高了生产效率加工质量。

霍尔传感器；圆扣眼锁眼机；面线张力；DSP

圆扣眼锁眼机又名凤眼机，是一种专用于缝锁各种中厚料的针织、棉布、呢绒等服装纽孔的工业缝纫机，是夹克和西服等服装加工中的关键设备之一，被誉为缝纫机之王[1]。它以复杂的组合运动匹配以复杂的机械组合二著称，其制造技术工艺相对复杂，工艺要求精密二细致。圆扣眼锁眼机依靠机械控制各种动作，其内部机构交错重叠，操作比较复杂[2]。

所谓“圆头”是指缝锁的扣眼线迹的前端呈圆形。圆头锁眼机内部结构采用以齿轮与连杆相结合的传动模式，带动针杆与弯针相配合的弯针和分线钩针的勾线动作，双线包缝形成复合链式线迹。一些产品还在可以线迹上加入芯线形成美观、大方、有立体感的链式线迹的圆头钮扣眼，有效的提高了服装产品的档次。

圆扣眼锁眼机面线张力的检测与控制，直接关系到服装的美观、质量问题。针对现有技术中存在面线张力不均匀，造成针迹效果不理想，有时断线的问题，文中提供一种圆扣眼锁眼机面线张力检测控制方法。该方法有效解决缝纫过程中面线张力不均匀，容易引起针迹效果不理想，有时断线，缝纫过程经常停顿不连贯，加工布料浪费的问题，提高了工作效率[3]。

1　工作原理

圆头锁眼机是用于加工扣眼的绞缝缝纫机，圆扣眼锁眼机如图1所示。

图1　圆扣眼锁眼机Fig.1　EyeletButtonhole sewing machine

锁眼机运行时，使用两根链式钩针，左针落下时，左勾针带线；右针落下后，通过弯针座将左钩针和右钩针的线绞合在一起，因此当送料机构运行到某一缝纫位置时，要进行左右两针缝纫。图2是锁眼机进行左右针缝纫的示意图，锁眼机的左右针缝纫是通过与机针同一垂直位置的弯针座的摆动来实现的。圆头锁眼机的机针左右摆动的角度与弯针座摆动角度一致，方向相反。当机针摆动到左侧，弯针座摆动到右侧时，机针下落，进行左针缝纫；当机针摆动到右侧，弯针座摆动到左侧时，机针下落，进行右针缝纫[4]。

图2　圆口眼锁眼机缝纫时机针下落示意图Fig.2　Sewing needle working schematic diagram of eyelet buttonhole sewing machine

在工作过程中，面线张力是一个动态变化的过程。主轴电机带动机针上下运动，机针离开工作平台时，面线张力变小，机针扎下时，面线张力变大。

面线张力大小的控制，主要是控制机针扎下时，面线张力大小的调节。缝纫速度快时，如果面线张力过大，容易造成断线；如果张力台小，缝制出的线迹不美观。因此，需要兼顾生产效率和加工质量，综合考虑布料厚度、缝纫速度、布料摩擦力等因素来决定面线张力大小。如果布料越厚，面线张力应该越大；电机运转速度越快，面线张力应该相应增小；布料越软，面线张力越小；面线与机械间的摩擦力越大，面线张力越小。

2　系统组成

面线张力检测控制由面线检测及张力线性变换模块、信号放大模块、模数变换模块、张力信号处理模块、张力比较模块、张力调整模块。面线张力检测控制原理框图如图3所示。

图3　面线张力检测原理框图Fig.3　Schematic diagram of threadtension detection

面线检测及张力线性变换用于检测面线张力，由霍尔传感器检测面线张力值，并将其转换为模拟电压输出；张力线性变换采用非线性—线性组合电路，将霍尔传感器输出模拟电压转换为与面线张力大小对应线性变换模拟电压的大小，并滤除干扰信号。

面线检测及张力线性变换采用霍尔传感器检测面线张力实际值，面线张力越大，霍尔传感器检测杆变形越大，从而霍尔传感器输出电流越大；面线张力越小，霍尔传感器检测杆变形越小，从而霍尔传感器输出电流越小。由于霍尔传感器检测杆变形与霍尔传感器输出电流是非线性变化，因此需要通过非线性-线性变换电路将检测到的面线张力大小转换为对应线性变换电流的大小，然后滤波，滤除干扰信号。

滤波后，将信号放大到可以处理的信号，然后进行模数转换。模数转换将连续的模拟量通过取样转换成离散的数字量，将可处理的模拟信号转换为数字信号，信号数字化是对原始信号进行数字近似。模数转换包括采样、量化和编码三个过程。采样是信号在时间上的离散化，按照一定的时间间隔在模拟信号上逐点采取瞬时值；量化是将连续幅度的抽样信号转换成离散时间、离散幅度的数字信号；编码是将量化后的信号编码成二进制代码输出。

编码后二进制代码传输给中央处理器。中央处理器接收到信号后，通过张力比较电路将信号与预设定的最小值和最大值进行比较，并将比较结果反馈给中央处理器。中央处理器根据反馈信号，计算出相应张力调整大小，并发出张力调整指令给张力调整电路。张力调整电路接收到指令后，对面线张力进行调整，然后张力检测重新对调整后张力进行检测。

3　面线张力检测控制算法

面线张力检测控制算法流程图如图4所示。

图4　控制算法流程图Fig.4　The flow chart of control algorithm

如图4所示，根据工作环境，设置面线张力的最大值B和最小值A，B值和A值是一个动态变化的过程，根据工作对象、工作环境、工作状态的不同而变化，B值和A值可通过人机界面调整参数值。

1）假设当前检测到的面线张力为X[i]，若果X[i]

则张力函数关系式可表示为：X[i+1]=K*X[i]+δ[i]，式中δ [i]是由于面线张力非线性函数，张力变化引起的变化。

当即时张力X[i]调整满足：A≤X[i]≤B时，此时需要微调，使防止张力再次变化，落入张力要求范围外。调整方法为：时，若若则时，若则若，则

此时，张力函数关系式仍为：X[i+1]=K*X[i]+δ[i]。

2）假设当前检测到的面线张力为X[i]，A≤X[i]≤B时，此时不需要调整，一般只进行微调，使防止张力再次变化，落入张力要求范围外。调整方法为：时，若则若则时，若则若则

此时，张力函数关系式仍为：X[i+1]=K*X[i]+δ[i]。

4　算法仿真

设定张力最大值B=10，最小值A=-10，使用MATLAB分别对A

图6为本方法在服装生产企业加工效果图。

5　结　论

图5仿真结果表明，该方法简单方便实现，能够很好的控制张力变化，并使张力控制在最佳工作状态。从图6加工效果可以看出，缝纫的扣眼线迹图形非常均匀对称，该方法加工圆扣眼服装美观、线迹清晰、间距均匀。该方法同时解决了缝纫过程中有时断线，缝纫过程经常停顿不连贯，加工布料浪费的问题，提高了工作效率和质量。

图5　MATLAB张力仿真结果Fig.5　MATLAB simulation

图6　圆扣眼缝制效果图Fig.6　Sewing pattern

[1]王正武，祝本明，刘必标.圆头锁眼机控制系统设计与实现[J].现代电子技术，2014，37（13）:122-125

[2]韦洪兰.圆头锁眼机控制器的研究[D].长沙：中南大学，2010.

[3]袁敏娟，刘华建，肖昕.圆头锁眼缝纫机扣眼针步算法[J].四川兵工学报，2011，32（6）:89-91.

[4]曹志奎，邹红柳.圆头锁眼机发杂组合结构CAD[J].传动技术，2006（1）:13-18.

[5]罗华飞.Matlab GUI设计学习手记[M].北京：北京航天航空大学出版社，2011.

[6]刘焕进，王辉，力捧.Matlab N个实用技巧[M].北京：北京航天航空大学出版社，2011.

[7]张鹏.MATLAB仿真技术在电力电子技术实验教学中的应用[J].电子设计工程，2015（19）:146-148.

[8]苏丽.Matlab定点仿真在FPGA验证平台中的应用[J].电子科技，2013（5）:71-73.

[9]姜丽颖.利用Matlab分析沈阳市住宅房产价格的影响因素[J].高师理科学刊，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稿件编号：201503386

国家科技型中小企业技术创新基金支持项目（11C26215105683）

窦 琴（1981—），女，四川绵阳人，工程师。研究方向：数控技术。