專利名稱：縫紉機中的控制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種縫紉機中的控制裝置，該縫紉機具有針棒，其 由縫紉機電動機驅動；以及布料移動機構，其由與縫紉機電動機不同
的電動機驅動。
背景技術：
目前已知一種縫紉機，其對應于由縫紉機電動機驅動的針棒的上 下移動定時而驅動脈沖電動機，使保持布料的布料移動機構相對于針 棒，相對地水平移動。前述縫紉機電動機及脈沖電動機按照記錄于存:
儲器中的縫制數據被控制，形成規(guī)定的縫制圖案。
此時，作為用于使針棒的上下移動定時與由布料移動機構使布料
移動的定時同步的處理，已知下述方法測定前述脈沖電動機旋轉規(guī) 定的旋轉量所需的時間，通過與預定的所需時間進行比較而檢測布料 移動機構的移動延遲，對應于該延遲使縫紉機電動機減速或停止。
另外，己知下述方法通過對脈沖電動機的每規(guī)定時間的平均旋 轉量與預定的旋轉量進行比較，檢測出布料移動機構的移動延遲，對 應于該延遲使縫紉機電動機的旋轉速度減速或停止(例如專利文獻
上述的方法均設置有用于控制脈沖電動機的驅動的表數據。具體 地說，在測定脈沖電動機旋轉規(guī)定的旋轉量所需的時間，并與預定的 所需時間進行比較的情況下，使用使脈沖電動機的規(guī)定旋轉量與預定 的所需時間對應的表數據，檢測脈沖電動機的驅動的延遲。另外，在 對脈沖電動機的每規(guī)定時間的平均旋轉量與預定的旋轉量進行比較 的情況下，使用使規(guī)定時間與脈沖電動機的預定旋轉量對應的表數 據，檢測脈沖電動機的驅動的延遲。
專利文獻l:特開2005 —87251號公報

發(fā)明內容
但是，在由現(xiàn)有方法進行的針棒和布料移動機構的同步處理中， 在使縫紉機電動機的旋轉速度減速或停止時，脈沖電動機的動作己經 產生延遲。也就是說，由于脈沖電動機的動作比預定的延遲，因此， 縫紉機電動機的旋轉速度的減速及停止的處理， 一定是在布料移動機 構的動作定時相對于針棒的上下移動定時延遲后進行的。
因此，由于在脈沖電動機的動作剛延遲時，布移動機構的動作定 時相對于針棒的上下移動定時延遲，因而會在從預定的落針位置(縫 針刺入位置)偏移的落針位置上進行縫制，從而產生不能獲得漂亮的 縫制圖案，使縫制產品質量下降的問題。
本發(fā)明的目的在于提供一種縫紉機，其使布料移動機構的動作不 產生延遲。
技術方案1所述的發(fā)明提供一種縫紉機的控制裝置，該縫紉機具 有縫紉機電動機，其使針棒上下移動；以及布料移動電動機，其驅
動布料移動機構，該縫紉機機利用由縫紉機電動機的驅動而進行的前 述針棒的上下移動、以及由布料移動電動機的驅動而進行的前述布料 移動機構的水平移動，進行縫制圖案的縫制，該控制裝置的特征在于，
具有角度檢測單元，其檢測前述布料移動電動機的旋轉角度；第一 電動機控制單元，其根據布料移動量的指令值和前述檢測單元檢測出 的前述布料移動電動機的旋轉角度，計算前述布料移動電動機的輸出 扭矩，進行該布料移動電動機的反饋控制；第二電動機控制單元，其 根據縫紉機電動機速度的指令值，控制前述縫紉機電動機；以及速度 調整單元，其根據前述第一電動機控制單元計算出的前述布料移動電 動機的扭矩值，對前述縫紉機電動機速度的指令值進行加減運算。
技術方案2所述的發(fā)明，其特征在于，在技術方案l所述的縫紉 機的控制裝置中，前述速度調整單元具有負載計算單元，其計算在 前述布料移動電動機上產生的扭矩值；以及指令速度校正值計算單 元，其根據由前述負載計算單元計算出的扭矩值，計算用于對前述縫 紉機電動機速度的指令值進行加減運算的校正值(C)，并向前述第二電動機控制單元供給。
技術方案3所述的發(fā)明，其特征在于，在技術方案1所述的縫紉 機的控制裝置中，前述第一電動機控制單元，根據前述布料移動量的 指令值和由前述角度檢測單元檢測出的前述布料移動電動機的旋轉 角度之間的偏差，進行PI控制(比例積分控制)或PID控制(比例 積分微分控制)，計算扭矩值。
技術方案4所述的發(fā)明，其特征在于，在技術方案1或2所述的 縫紉機的控制裝置中，前述布料移動機構具有2個前述布料移動電 動機，其進行向兩個方向的驅動；2個前述角度檢測單元，其分別設 置于2個前述布料移動電動機上；以及2個前述第一電動機控制單元， 其分別設置于2個前述布料移動電動機上，前述速度調整單元，利用 2個前述第一電動機控制單元的各扭矩值、或根據該扭矩值而計算出 的2個縫紉機電動機速度的指令值中較小的扭矩值或指令值，控制前 述縫紉機電動機。
技術方案5所述的發(fā)明，其特征在于，在技術方案1或2所述的 縫紉機的控制裝置中，具有速度檢測單元，其檢測前述縫紉機電動機 的旋轉速度，前述第二電動機控制單元，根據前述縫紉機電動機速度 的指令值和由前述速度檢測單元檢測出的旋轉速度，進行前述縫紉機 電動機的反饋控制。
發(fā)明的效果
根據技術方案l、 2所述的發(fā)明，速度調整單元根據布料移動電 動機的扭矩值對縫紉機電動機速度的指令值進行加減運算。也就是 說，在布料移動電動機的扭矩值較大的情況下，即在布料移動電動機 的負載較大的情況下，使縫紉機電動機的旋轉速度減小。
由此，可以在布料移動電動機的負載變得過大而使布料移動機構 的動作產生延遲之前，使縫紉機電動機的旋轉速度減小，從而使每次 落針的布料移動機構的動作時間具有余量。并且，由于計算出的扭矩 值是以后在布料移動電動機的控制中所采用的值，因此，與根據已經 在布料移動電動機上產生的延遲而控制縫紉機電動機的情況不同，可
6以提供可進行更準確的縫制的縫紉機。也就是說，由縫紉機進行的縫 制質量提高，縫紉機的可靠性大幅提高。
另外，在布料移動電動機的扭矩值較小的情況下、即布料移動電 動機的負載較小的情況下，通過對縫紉機電動機速度的指令值進行加 法運算，使縫紉機電動機的旋轉速度增加。由此，在布料移動電動機 的負載減小，布料移動機構的動作幾乎不可能延遲的情況下，使縫紉 機電動機的旋轉速度增加，從而可以提高縫制速度。因此，不會使縫 制速度下降，而可以更快速地進行縫制。
根據技術方案3所述的發(fā)明，第一電動機控制單元(布料移動電 動機控制單元)，根據布料移動量的指令值與檢測單元所檢測出的布 料移動電動機的旋轉角度的偏差，進行PI (比例-積分)控制或PID (比例-積分-微分)控制，計算扭矩值。由此，在計算布料移動電動 機的動作所需的扭矩值時，可以消除在比例動作(P控制)中未充分 消除的殘留偏差的發(fā)生。也就是說，可以更準確地計算布料移動電動
機的扭矩值，通過根據該扭矩值使縫紉機電動機的旋轉速度加減，進 一步降低布料移動機構的動作相對于落針的定時延遲的可能性。因
此，可以提供進行更準確的縫制動作的縫紉機，縫紉機的可靠性進一 步提高。
進而，在PID控制的情況下，即使在施加于布料移動電動機的 負載產生急劇變化的情況下，也可以快速地進行扭矩值的控制，該扭 矩值的控制用于進行與該變化相對應的布料移動電動機的動作。也就 是說，可以更準確地計算布料移動電動機的扭矩值，通過根據該扭矩 值使縫紉機電動機的旋轉速度加減，進一步降低布料移動機構的動作 相對于落針的定時延遲的可能性。因此，可以提供進行更準確的縫制 動作的縫紉機，縫紉機的可靠性進一步提高。
根據技術方案4所述的發(fā)明，速度調整單元(縫紉機電動機速度 調整單元)，利用下述2個指令值中較小的指令值控制縫紉機電動機， 這2個指令值是分別進行與2個第一電動機速度控制單元(布料移動 電動機控制單元)的扭矩值相對應的縫紉機電動機速度的指令值的加 減運算而計算出的。由此，控制縫紉機電動機，以成為與2個布料移動電動機中負載較大的布料移動電動機對應的縫紉機電動機的旋轉 速度。因此，即使是具有使用2個布料移動電動機的布料移動機構的 縫紉機，相對于這兩者來說，布料移動電動機的動作落后于落針定時 的可能性進一步降低。因此，可以提供進行更準確的縫制動作的縫紉 機，由縫紉機進行的縫制質量提高，縫紉機的可靠性進一步提高。
根據技術方案5所述的發(fā)明，由于第二電動機控制單元(縫紉機 電動機控制單元)根據縫紉機電動機速度的指令值和速度檢測單元所 檢測出的旋轉速度，進行縫紉機電動機的反饋控制，因此可以更可靠 地以由縫紉機電動機速度的指令值確定的旋轉速度驅動縫紉機電動 機。因此，包含根據布料移動電動機的負載對縫紉機電動機速度的指 令值進行加減運算的情況在內，利用縫紉機電動機相對于縫紉機電動 機速度的指令值的追隨性大幅提高，可以進行更準確的縫制，并且，' 可以提供一種不會使縫制速度下降而可以更快速地進行縫制的縫紉 機。


圖1是表示作為本發(fā)明的一個實施方式的縫紉機的結構的框圖。 圖2是表示縫制數據的表構造的說明圖。
圖3是表示主控制器、縫紉機電動機速度控制器的結構與X軸 電動機、Y軸電動機、縫紉機電動機41及其周邊設備的結構的關系 的框圖。
圖4是表示X軸電動機反饋控制單元及Y軸電動機反饋控制單 元的結構的框圖。
圖5是表示縫紉機電動機反饋控制單元的結構的框圖。
具體實施例方式
(本發(fā)明的一個實施方式的整體結構) 下面，參照附圖對本發(fā)明的實施方式詳細進行說明。 本發(fā)明的縫紉機1是下述的縫紉機，其通過布料移動機構(未圖 示)相對于針棒(未圖示)的上下移動使布料移動而進行縫制，該針棒設置于縫紉機1的臂部(未圖示)上，保持縫針而進行上下移動， 該縫紉機分別設置作為針棒驅動源的縫紉機電動機41、和作為使布料 移動機構移動的"布料移動電動機"的脈沖電動機(X軸電動機21、 Y軸電動機23)。
本實施方式中的縫紉機是電子循環(huán)縫紉機，其具有布料移動機 構，該布料移動機構使保持布料的布料保持框等布料保持部件沿針板 上方，向X-Y方向水平移動。
在圖l的框圖中，縫紉機l具有X軸電動機21，其將布料移 動機構向與針板大致平行的水平面上的一個方向(以后稱為X軸方 向)驅動；作為"角度檢測單元"的X軸編碼器22，其檢測X軸電 動機的旋轉角度A2及電動機相位9 2; Y軸電動機23，其將布料移 動機構向與X軸方向正交且與針板平行的水平面的一個方向(以后稱 為Y軸方向)驅動；作為"角度檢測單元"的Y軸編碼器24，其檢 測Y軸電動機的旋轉角度A3及電動機相位6 3;縫紉機電動機41， 其使縫紉機1的主軸(未圖示)旋轉；主軸編碼器42，其通過檢測主 軸的旋轉角度，而檢測縫紉機電動機41的旋轉角度；主控制器10， 其進行縫紉機1的各種處理及縫紉機1的各部分的動作控制；縫紉機 電動機速度控制器30，其進行縫紉機電動機41的驅動速度控制；作
為開關的操作踏板51，其由操作者操作，切換縫紉機1的動作；以及
作為界面的操作面板52，其進行縫紉機1的各種信息的輸入、輸出。 此外，X軸電動機21、 Y軸電動機23是脈沖電動機，縫紉機電 動機41是AC伺服電動機。
另外，雖未圖示，但縫紉機l還具有上下移動機構，其設置為 將針棒和主軸連結，將主軸的旋轉運動變換為上下移動運動，向針棒 傳遞；布料壓腳，其設置于布料移動機構上，保持布料；縫線拉緊裝 置，其拉緊縫線而使縫線的張力保持恒定，直至縫制開始后形成數針 線跡；縫線切斷裝置，其將從線跡延伸出的縫線切斷；以及去線器， 其在由縫線切斷裝置進行的縫線切斷操作后去除縫線。
主控制器10具有CPUll，其進行縫紉機1的各種處理及縫紉 機1的各部分的動作控制；RAM 12，其存儲在由CPU 11進行處理中
9暫時產生的數據及參數；ROM 13，其存儲保持由CPU 11進行處理的 各種程序及數據；以及EEPROM 14，其可更新地存儲保持縫制數據 60和縫紉機的縫制操作中使用的各種程序及數據。
在EEPROM 14中存儲包含縫制操作中的落針位置、總針數、縫 制速度及與縫制相關的各種參數在內的縫制數據60 (參照圖2)?？p 制數據60，與多種縫制圖案相對應而存儲多個，由操作者經由操作面 板52進行選擇。然后，如果通過由操作者操作操作踏板51而指示縫 制操作，則主控制器10的CPU 11根據由該選擇的縫制數據60的縫 制速度確定的縫紉機電動機41的旋轉速度，經由縫紉機電動機速度 控制器30驅動縫紉機電動機41。如果利用縫紉機電動機41的驅動使 主軸旋轉，則由上下移動機構變換為上下移動運動而向針棒傳遞，使 針棒上下移動。另外，主控制器10的CPU 11根據該選擇的縫制數據 60的落針位置及總針數，驅動X軸電動機21及Y軸電動機23，使 布料移動機構移動匸進行針棒的上下移動及布料移動機構的移動，如 公知所示進行縫制。
此外，在將布料保持在布料移動機構上時，通過操作者操作操作 踏板51使布料壓腳上下移動，從而使布料保持在布料壓腳上。另外， 由于在縫制剛開始后，縫線容易從布料中拔出，在線跡形成時縫線有 時從之前的線跡中拔出而使線跡松開，因此利用縫線拉緊裝置拉緊縫 制開始的線跡側的縫線而防止該情況的發(fā)生。另外，在縫制操作結束 時等，在切斷從布料中拉出的縫線時，縫線切斷裝置動作而切斷縫線。 此時，會產生切斷的縫線的線頭，但通過去線器動作可以從布料上去 除縫線的線頭。布料壓腳、縫線拉緊裝置、縫線切斷裝置及去線器分 別由各自的未圖示的電動機或致動器驅動，該各自的未圖示的電動機 或驅動器由主控制器IO控制驅動。 (縫制數據)
下面，在圖2中對縫制數據60進行詳細說明。
縫制數據60是至少具有X移動量、Y移動量及主軸轉速的表數 據，該X移動量表示由X軸電動機21使布料移動機構向X軸方向移 動的量，該Y移動量表示由Y軸電動機23使布料移動機構向Y軸方向移動的量，該主轉轉速表示縫紉機1的主軸的轉速。
X移動量及Y移動量是相對于緊接著它們之前的X移動量及Y移動量的相對移動量參數。也就是說，X移動量Xa及Y移動量Ya是布料移動機構從規(guī)定的原點向X軸方向及Y軸方向移動的量。另外，X移動量Xb及Y移動量Yb，是相對于進行了 X移動量Xa及Y移動量Ya的移動后的位置，布料移動機構在X軸方向及Y軸方向的移動量。
主軸轉速是用于將縫紉機電動機41控制為與X移動量及Y移動量相對應的主軸旋轉速度的參數。也就是說，縫紉機電動機41由縫紉機電動機速度控制器30控制，以使得在布料移動機構進行X移動量Xa、 Y移動量Ya的動作時的主軸的旋轉速度成為主軸轉速Za。此外，由縫紉機電動機速度控制器30進行的縫紉機電動機41的速度控制的詳細內容如后所述'。.
主軸轉速根據對應的X移動量及Y移動量而確定。例如在必須使布料移動機構進行較大移動的情況下，X移動量、Y移動量或這二者的值變得較大。此時，設定為通過使主軸轉速減小使針棒的上下移動速度減小。這樣，縫紉機l被控制為，可以確保線跡與線跡之間產生的從縫針剛被拔出至下次落針位置期間進行的布料移動機構的移動時間。另一方面，在X移動量及Y移動量較小，即布料移動機構的移動量較小的情況下，設定為使主軸轉速增大。這樣，針棒的上下移動速度增大，縫制速度提高。也就是說，縫紉機l在布料移動機構的移動量較大的情況下，控制為使縫制速度下降，從而可以充分地保持每次落針的布料移動機構的移動時間，在布料移動機構的移動量較小的情況下，控制為使縫制速度提高而提高縫制作業(yè)效率。這樣，每次落針的縫制速度與布料移動機構的動作被同步控制，進行縫紉機1的縫制。
(主控制器)
下面，在圖3中，對主控制器IO詳細地進行說明。主控制器10具有指令速度計算單元71，其根據縫制數據60計算縫紉機電動機41的指令速度VI;指令位置圖案計算單元72，其計算驅動X軸電動機21及Y軸電動機23的指令位置圖案P2、 P3;X軸電動機反饋控制單元73，其對X軸電動機的驅動進行反饋控制；Y軸電動機反饋控制單元74，其對Y軸電動機的驅動進行反饋控制；負載計算單元75，其計算作用于X軸電動機21及Y軸電動機23上的負載L2、 L3;以及指令速度校正值計算單元76，其根據由負載計算單元75計算出的負載L2、 L3，計算用于對指令速度VI進行校正的校正值C，并向指令速度計算單元71輸出。
指令速度計算單元71根據縫制數據60的主軸轉速，計算用于驅動縫紉機電動機41的指令速度VI，并向縫紉機電動機速度控制器30輸出。此時，在由指令速度校正值計算單元76得到的校正值C被輸入的情況下，在利用校正值C進行加減運算后，計算指令速度V1。
指令位置圖案計算單元72，根據縫制數據60的X移動量及Y移動量計算指令位置圖案P2、 P3，并向X軸電動機反饋控制單元73、Y軸電動機反饋控制單元74輸出。此外，指令位置圖案P2、 P3輸出的定時為下述定時，即，主軸編碼器42檢測出的主軸的旋轉角度Al可以使布料移動機構動作的旋轉角度。即，在針棒的上下移動位置處于從之前的拔針至下次落針為止的動作的主軸旋轉角度時，輸出指令位置圖案P2、 P3。其所用是，如果主軸旋轉速度快，則X軸電動機21、 Y軸電動機23也快速旋轉，如果主軸旋轉速度慢，則X軸電動機21、 Y軸電動機23也慢速旋轉。
X軸電動機反饋控制單元73在X軸電動機21的驅動控制中，根據X軸編碼器22檢測出的X軸電動機21的旋轉角度進行反饋控制。Y軸電動機反饋控制單元74在Y軸電動機23的驅動控制中，根據Y軸編碼器24檢測出的Y軸電動機23的旋轉角度進行反饋控制。
在圖4中，X軸電動機反饋控制單元73 (Y軸電動機反饋控制單元74)具有位置運算單元73a (74a)，其計算X軸電動機21 (Y軸電動機23)的指令速度V2 (V3);速度控制單元73c (74c),其計算X軸電動機21 (Y軸電動機23)的所需扭矩T2 (T3);速度檢測單元73d (74d)，其根據X軸編碼器22 (Y軸編碼器24)檢測出的X軸電動機21 (Y軸電動機23)的旋轉角度A2(A3)計算檢測
12速度S2 (S3);以及扭矩管理單元73e (74e)，其根據速度控制單元73c (74c)計算出的所需扭矩T2 (T3)和X軸編碼器22 (Y軸編碼器24)檢測出的電動機相位e 2 ( e 3)，計算X軸電動機21 (Y軸電動機23)的輸出扭矩Te2 (Te3)。
位置運算單元73a (74a)根據指令位置圖案P2 (P3)和X軸編碼器22 (Y軸編碼器24)檢測出的X軸電動機21 (Y軸電動機23)的旋轉角度A2 (A3)之間的偏差，計算指令速度V2 (V3)，該指令速度V2 (V3)用于使X軸電動機21 (Y軸電動機23)以成為指令位置圖案P2 (P3)所示的旋轉角度的旋轉速度驅動X軸電動機21(Y軸電動機23)。
速度檢測單元73d (74d)，根據前一個檢測出的X軸電動機21(Y軸電動機23)的旋轉角度A2(A3)、與最新的旋轉角度A2 (A3)之間的偏差，計算X軸電動機21 (Y軸電動機23)的實際驅動速度即檢測速度S2 (S3)，并向速度控制單元73c (74c)輸出。
速度控制單元73c (74c)，根據從位置運算單元73a (74a)輸出的指令速度V2 (V3)、與檢測速度S2 (S3)之間的偏差，計算X軸電動機21 (Y軸電動機23)的所需扭矩T2 (T3)，并向扭矩管理單元73e (74e)及負載計算單元75輸出。對于詳細的計算如后所述。
扭矩管理單元73e (74e)進行控制，從而為了產生從速度控制單元73c (74c)輸出的所需扭矩T2 (T3),根據X軸編碼器22 (Y軸編碼器24)檢測的電動機相位6 2(93)進行輸出相位校正，在此基礎上調整輸出電流，使輸出扭矩Te2 (Te3)從驅動電路25 (26)輸出。這是通常已知的脈沖電動機的驅動方式。
驅動電路25 (26)是設置于主控制器10和X軸電動機21 (Y軸電動機23)之間的由FET等構成的電動機驅動器。驅動電路25(26)根據輸出扭矩Te2 (Te3)驅動X軸電動機21 (Y軸電動機23)。
負載計算單元75對從速度控制單元73c、 74c輸出的所需扭矩T2、 T3進行規(guī)定的時間積分，分別作為X軸電動機21的負載L2、 Y軸電動機23的負載L3而計算出，并向指令速度校正值計算單元76輸出。指令速度校正值計算單元76根據負載L2、 L3，利用后述的計算方法計算用于校正縫紉機電動機41的指令速度VI的校正值C，并向指令速度計算單元71輸出。
此外，上述的指令速度計算單元71、指令位置圖案計算單元72、X軸電動機反饋控制單元73、 Y軸電動機反饋控制單元74、負載計算單元75、以及指令速度校正值計算單元76，是通過CPU 11執(zhí)行存儲于圖1所示的主控制器10的ROM 13中的、用于控制縫紉機1的各部分的軟件而起作用的。
(縫紉機電動機速度控制器)
下面，對縫紉機電動機速度控制器30詳細地進行說明。如圖3所示，縫紉機電動機速度控制器30具有縫紉機電動機反饋控制單元80，其根據縫紉機電動機速度的指令值，進行用于控制縫紉機電動機41的反饋控制。
在圖5中，縫紉機電動機反饋控制單元80具有速度控制單元81，其計算縫紉機電動機41的輸出扭矩T1;速度檢測單元82，.其根據主軸編碼器42檢測出的主軸的旋轉角度Al，計算縫紉機電動機41的檢測速度S1。
速度檢測單元82，根據主軸編碼器42檢測出的主軸的旋轉角度Al，檢測縫紉機電動機41的旋轉角度，根據剛剛之前檢測的與最新檢測的縫紉機電動機41的旋轉角度的偏差，計算縫紉機電動機41的旋轉速度即檢測速度S1，并向速度控制單元81輸出。也就是說，可以根據檢測出的主軸的旋轉角度.A1檢測縫紉機電動機41的旋轉速度的主軸編碼器42，作為"速度檢測單元"而起作用。
速度控制單元81，根據從指令速度計算單元71輸出的指令速度VI與檢測速度Sl的偏差，計算縫紉機電動機41的輸出扭矩Tl，并向驅動電路43輸出。對于詳細的計算如后所述。
此外，上述縫紉機電動機反饋控制單元80，是通過CPU31執(zhí)行存儲于圖1所示的縫紉機電動機速度控制器30的ROM 33中的、用于縫紉機電動機41的控制的軟件而起作用的。
驅動電路43，是設置于縫紉機電動機速度控制器30和縫紉機電動機41之間的由FET等構成的電動機驅動器。驅動電路43根據輸出扭矩T1控制U、 V、 W相和電流，驅動縫紉機電動機41。這是通常已知的AC電動機的驅動方式。
(基于縫制數據的縫紉機電動機、X軸電動機及Y軸電動機的驅動控制)
下面，對基于縫制數據60的縫紉機電動機、X軸電動機及Y軸電動機的驅動控制詳細地進行說明。
首先，對基于縫制數據60的縫紉機電動機41、 X軸電動機21及Y軸電動機23的動作控制詳細地進行說明。主控制器10的指令速度計算單元71，將基于縫制數據60的主軸轉速的縫紉機電動機41的指令速度V1，輸出至縫紉機電動機速度控制器30中?？p紉機電動機速度控制器30根據指令速度VI驅動縫紉機電動機41。如果縫紉機電動機41進行動作，則由主軸編碼器42檢測主軸的旋轉角度Al。此時，縫紉機電動機速度控制器30的縫紉機電動機反饋控制單元80，根據主軸編碼器42的檢測結果對縫紉機電動機41進行反饋控制。
如圖5所示，縫紉機電動機反饋控制單元80的速度檢測單元82，根據由主軸編碼器42檢測出的主軸的旋轉速度Al，計算縫紉機電動機41的檢測速度Sl。速度控制單元81根據指令速度VI與檢測速度Sl之間的偏差，計算縫紉機電動機41的輸出扭矩Tl。此時，輸出扭矩Tl作為與指令速度VI和檢測速度Sl之間的偏差成正比的值而計算出(比例動作)。另外，在根據作為該比例動作的結果而輸出的輸出扭矩Tl進行了縫紉機電動機41的驅動后，在指令速度V1和由主軸編碼器42檢測出的檢測速度Sl之間還存在同種偏差(殘留偏差)的情況下，對于向縫紉機電動機41輸出的扭矩T1，進行與殘留偏差的持續(xù)時間相對應的校正(積分動作)。此外，所謂"同種偏差"，是在由于檢測速度Sl相對于指令速度VI較小而進行使輸出扭矩Tl提高的比例動作后，檢測速度Sl相對于指令速度VI仍然較小的情況下的偏差，或者在由于檢測速度Sl相對于指令速度VI較大而進行使輸出扭矩T1下降的比例動作后，檢測速度Sl相對于指令速度VI仍然較大的情況下的偏差。
15也就是說，縫紉機電動機速度控制器30，根據指令速度V1和檢測速度S1，由比例動作和積分動作進行PI控制，計算向縫紉機電動機41輸出的扭矩Tl。向縫紉機電動機41輸出的扭矩Tl經由驅動電路43變換為U、 V、 W相的控制信號和驅動電流值，驅動縫紉機電動機41。這樣，縫紉機電動機41被控制為，以基于縫制數據60的主軸轉速的旋轉速度使主軸旋轉。因此，縫紉機電動機速度控制器30作為"第二電動機控制單元"而起作用。
另外，主控制器10的指令位置圖案計算單元72，根據主軸編碼器42檢測出的主軸的旋轉角度Al，將指令位置圖案P2、 P3輸出至X軸電動機反饋控制單元73、 Y軸電動機反饋控制單元74中。
X軸電動機反饋控制單元73 (Y軸電動機反饋控制單元74)進行控制，以根據指令位置圖案P2 (P3)使X軸電動機21 (Y軸電動機23)驅動。此時，由X軸編碼器22 (Y軸編碼器24)檢測X軸電動機21 (Y軸電動機23)的旋轉角度A2(A3)。此時，X軸電動機反饋控制單元73 (Y軸電動機反饋控制單元74)，根據旋轉角度A2(A3)對X軸電動機21 (Y軸電動機23)進行反饋控制。
如圖4所示，X軸電動機反饋控制單元73 (Y軸電動機反饋控制單元74)，首先，由位置運算單元73a (74a)根據指令位置圖案P2 (P3)與旋轉角度A2 (A3)之間的偏差計算指令速度V2 (V3)。
然后，速度檢測單元73d (74d)根據旋轉角度A2 (A3)計算檢測速度S2 (S3)。然后，速度控制單元73c (74c)根據指令速度V2(V3)與檢測速度S2 (S3)之間的偏差求出所需扭矩T2 (T3)。此時，所需扭矩T2 (T3)作為與指令速度V2 (V3)和檢測速度S2 (S3)之間的偏差成正比的值而計算(比例動作)。另外，在根據作為該比例動作的結果而計算出的所需扭矩T2 (T3)進行了 X軸電動機21 (Y軸電動機23)的驅動后，在指令速度V2 (V3)與檢測速度S2 (S3)之間還存在同種偏差(殘留偏差)的情況下，對于所需扭矩T2 (T3)進行與殘留偏差的持續(xù)時間相對應的校正(積分動作)。此外，所謂"同種偏差"，是在由于檢測速度S2 (S3)相對于指令速度V2 (V3)較小而進行使所需扭矩T2(T3)提高的比例動作后，檢測速度S2(S3)相對于指令速度V2 (V3)仍然較小的情況下的偏差，或者在由于檢 測速度S2 (S3)相對于指令速度V2 (V3)較大而進行使所需扭矩 T2 (T3)下降的比例動作后，檢測速度S2 (S3)相對于指令速度V2 (V3)仍然較大的情況下的偏差。
也就是說，主控制器10根據指令速度V2 ( V3)和檢測速度S2 (S3)，由比例動作和積分動作進行PI控制，計算X軸電動機21(Y 軸電動機23)的所需扭矩T2 (T3)。
然后，扭矩管理單元73e (74e)進行控制，以使得為了產生所 需扭矩T2(T3)，根據X軸編碼器22 (Y軸編碼器24)檢測出的電 動機相位S2 (6 3)進行輸出相位校正，在此基礎上調整輸出電流， 將輸出扭矩Te2 (Te3)從驅動電路25 (26)輸出。驅動電路25 (26) 根據輸出扭矩Te2 (Te3)驅動X軸電動機21 (Y軸電動機23)。這 樣，X軸電動機21、 Y軸電動機23被控制為，成為基于縫制數據60 的X移動量、Y移動量的布料移動機構的移動量。因此，主控制器 10作為"第一電動機控制單元"而起作用。
此外，上述縫紉機電動機41、 X軸電動機21及Y軸電動機23 的反饋處理以極短的時間.(例如300~500[u sec])進行一次處理，在 由縫紉機1進行的縫制操作中連續(xù)地反復進行。
下面，對根據X軸電動機21、 Y軸電動機23的所需扭矩T2、 T3，計算出在X軸電動機21、 Y軸電動機23上產生的負載，對于縫 紉機電動機41的指令速度VI進行加減運算的方法進行詳細說明。
主控制器10的負載計算單元75，將上述的所需扭矩T2 (T3) 以規(guī)定的時間進行積分，作為在規(guī)定的時間產生的X軸電動機21 (Y 軸電動機23)的負載L2 (L3)而計算出，并向指令速度校正值計算 單元76輸出。
指令速度校正值計算單元76，從規(guī)定的閾值D中減去負載L2 (L3),然后將得到的值乘以規(guī)定的增益，將由此計算出的值作為縫 紉機電動機41的指令速度校正值C2 (C3)。即，在負載L2 (L3) 相對于閾值較大的情況下，計算使縫紉機電動機41的指令速度VI 減小的負值的指令速度校正值C2 (C3)。另一方面，在負載L2 (L3)
17相對于閾值較小的情況下，計算出使縫紉機電動機41的指令速度VI 增大的正值的指令速度校正值C2 (C3)。此外，在閾值D與負載L2 (L3)相同的情況下，指令速度校正值C2 (C3)為零。
進而，指令速度校正值計算單元76對指令速度校正值C2和指 令速度校正值C3進行比較，將較小的一個作為指令速度VI的校正 值C，向指令速度計算單元71輸出。輸入了校正值C的指令速度計 算單元71，在根據縫制數據60的主軸轉速計算指令速度VI時，加 上或減去校正值C。
也就是說，縫紉機電動機41被控制為，成為與使布料移動機構 移動的X軸電動機21、 Y軸電動機23中的負載較大一個的指令速度 校正值相對應的縫紉機電動機41的旋轉速度、即縫制速度。
因此，主控制器10作為速度調整單元而起作用，具體地講，負 載計算單元75和指令速度校正值計算單元76構成"速度調整單元"。
此外，如果在X軸電動機21 (Y軸電動機23)上產生的負載L2 (L3)變得過大，則X軸電動機21 (Y軸電動機23)的實際動作有 時追不上指令位置圖案P2 (P3)，由X軸電動機21及Y軸電動機 23的驅動進行的布料移動機構的移動會延遲。指令速度校正值計算單 元76中的閾值D及規(guī)定的增益被設定為下述程度的值，gp，在上述 的處理中對所需扭矩T2、 T3進行積分的規(guī)定時間中，將負載L2、 L3 抑制到X軸電動機21、 Y軸電動機23不失調的程度。此時的閾值D 及規(guī)定的增益，由于因X軸電動機21及Y軸電動機23所使用的脈 沖電動機、以及驅動該脈沖電動機的驅動器電路不同而變化，因此設 定對于該脈沖電動機及驅動器電路最適合的閾值D及規(guī)定的增益。
另外，因該脈沖電動機及驅動器電路不同，布料移動機構的動作 響應也變化。因此，縫制數據60與縫紉機1中采用的縫紉機電動機 41、 X軸電動機21、 Y軸電動機23及各自的驅動器電路配合而設定 X移動量、Y移動量及主軸轉速。
(由上述實施方式產生的縫紉機的作用效果)
根據上述實施方式，在X軸電動機21、 Y軸電動機23的所需扭 矢巨T2、 T3較大的情況下，即X軸電動機21、 Y軸電動機23的負載較大的情況下，主控制器IO通過使指令速度VI減小，而使縫紉機電 動機41的旋轉速度減小。
由此，在X軸電動機21、 Y軸電動機23的負載變得過大而使布 料移動機構的動作產生延遲之前，使縫紉機電動機41的旋轉速度減 小，從而使每次落針的布料移動機構的動作時間具有余量，同時可以 使X軸電動機21和Y軸電動機23的動作速度減小，而使電動機動 作具有余量。
并且，由于計算出的所需扭矩T2、 T3，在以后計算X軸電動機 21、Y軸電動機23的控制中采用的輸出扭矩Te2、Te3的值時被使用， 因此與根據已經產生于布料移動電動機上的延遲而控制縫紉機電動 機的情況不同，可以提供可進行更準確的縫制的縫紉機1。也就是說， 由縫紉機進行的縫制質量提高，縫紉機的可靠性大幅提高。
另外，在X軸電動機21、 Y軸電動機23的所需扭T2、 T3較小 的情況下、即X軸電動機21、 Y軸電動機23的負載較小的情況下， 主控制器10通過使縫紉機電動機41的指令速度VI增大，而使縫紉 機電動機41的旋轉速度增加。
由此，在X軸電動機21、 Y軸電動機23的負載減小而布料移動 機構的動作延遲的可能性幾乎不存在的情況下，可以使縫紉機電動機 41的旋轉速度增加，從而使縫制速度提高。
并且，用于計算指令速度校正值C2、C3的閾值D及規(guī)定的增益， 為了不會使布料移動機構的移動產生延遲，根據X軸電動機21、 Y 軸電動機23及各自的驅動器電路的性能而預先設定，縫制數據60的 X移動量、Y移動量及主軸轉速，也根據X軸電動機21、 Y軸電動 機23及各自的驅動器電路的性能而設定。
由此，不需要現(xiàn)有技術中的將脈沖電動機的規(guī)定旋轉量與預定的 所需時間相對應的表數據、以及將規(guī)定的時間與預定的脈沖電動機的 旋轉量相對應的表數據。并且，不需要存儲該表數據的存儲裝置的容 量、以及在縫制處理時控制裝置用于調出該表數據的RAM 12的容量， 從而可以以更低的成本提供縫紉機1。此外，如果主控制器的RAM 12 及ROM 13的存儲區(qū)域有余，則也可以通過設置可調出與負載L2、
19L3的值對應的指令速度校正值C2、 C3的表數據，取代上述運算。 并且，主控制器10根據指令位置圖案P2、 P3與X軸編碼器22、
Y軸編碼器24檢測出的X軸電動機21、 Y軸電動機23的旋轉角度
之間的偏差進行PI控制，計算所需的扭矩T2、 T3。
由此，在所需扭矩T2、 T3的計算中，可以消除在比例動作(P
控制)中未充分消除的殘留偏差的產生。也就是說，可以更準確地計
算所需扭矩T2、 T3，通過根據所需扭矩T2、 T3而使縫紉機電動機
41的旋轉速度加減速，布料移動機構的動作相對于落針的定時延遲的
可能性進一步降低。因此，可以提供可進行更準確的縫制動作的縫紉
機l，縫紉機的可靠性進一步提高。
并且，縫紉機電動機速度控制器30，根據指令速度VI與主軸編
碼器42檢測出的主軸的旋轉角度的偏差進行PI控制，計算輸出扭矩Tl。
由此，在輸出扭矩'T1的計算中，由于可以消除在比例動作(P 控制)中未充分消除殘留偏差的產生，，因此可以更準確地計算輸出扭 矩Tl，根據該輸出扭矩Tl的縫紉機電動機41的旋轉速度進一步適 當地被控制。
并且，主控制器10利用根據所需扭矩T2、 T3計算出的指令速 度校正值C2、 C3中，使指令速度VI進一步減小的一個，與指令速 度Vl相加/減，控制縫紉機電動機41的旋轉速度。
由此，成為與X軸電動機21、 Y軸電動機23中負載較大的一個 相對應的縫紉機電動機41的旋轉速度，由X軸電動機21、 Y軸電動 機23進行的布料移動機構的動作落后于落針的定時的可能性進一步 降低。因此，可以提供可進行更準確的縫制的縫紉機1，由縫紉機進 行的縫制質量提高，縫紉機的可靠性進一步提高。
并且，由于縫紉機電動機速度控制器30，根據縫紉機電動機41 的指令速度V1和利用主軸編碼器42的主軸的旋轉角度檢測而計算出 的檢測速度Sl，計算輸出扭矩Tl而進行縫紉機電動機41的反饋控 制，因此可以更可靠地控制縫紉機電動機41的驅動，以使得主軸的 旋轉成為基于縫制數據60的主軸轉速的旋轉速度。由于包含與X軸電動機21、 Y軸電動機23的所需扭矩T2、 T3相對應而縫紉機電動 機41的旋轉速度被加減運算的情況在內，縫紉機電動機的追隨性大 幅提高，因此可以提供可進行更準確的縫制，并且不必使縫制速度降 低，而可以更快速地進行縫制的縫紉機。 (其他)
此外，上述實施方式的縫紉機1是電子循環(huán)縫紉機，但本發(fā)明可 適用于與縫紉機電動機的旋轉同步地使布料進給電動機驅動而形成 線跡的所有縫紉機。例如，在用于電子鋸齒縫紉機的情況下，通過利 用進給齒動作調整電動機驅動進行布料進給的進給齒的動作量，將由 進給齒動作調整電動機的負載計算出的校正值反饋給縫紉機電動機， 從而可以進行與上述的實施方式相同的縫制速度控制。
另外，在上述的實施方式中，負載計算單元75根據X軸電動機 21的所需扭矩T2和Y軸電動機23的所需扭矩T3計算負載L2、L3， 但也可以分別對X軸電動機21及Y軸電動機23設置各自的負載計 算單元而計算負載L2、 L3。
另外，指令速度校正值計算單元76根據負載L2、 L3計算指令 速度校正值C2、 C3，并將校正值C輸出至指令速度計算單元71，但 也可以分別對X軸電動機21及Y軸電動機23設置各自的指令速度 校正值計算單元。在該情況下，指令速度計算單元將從各自的指令速 度校正值計算單元輸出的指令速度校正值C2、 C3中的較小的一個作 為校正值C而采用。
另外，在上述的實施方式中，指令速度校正值計算單元76根據 負載L2、 L3計算指令速度校正值C2、 C3，并將較小的指令速度校正 值作為校正值C輸出，但也可以對負載L2、 L3進行比較，計算由較 大的負載確定的指令速度校正值，將該指令速度校正值作為校正值而 采用。
另外，也可以與以上述的規(guī)定時間對所需扭矩T2 (T3)進行積 分而計算X軸電動機21 (Y軸電動機23)負載不同，以與規(guī)定的時 間不同的較短的時間對所需扭矩T2 (T3)進行積分而進行負載的計 算，分別計算指令速度校正值，對指令速度校正值C2、 C3進行比較，根據最小的值計算校正值C。
另外，也可以不進行積分運算，而根據每次產生的所需扭矩T2、 T3計算指令速度校正值，并與指令速度校正值C2、 C3進行比較，根 據最小的值計算校正值C。在該情況下，設定為利用使指令速度VI 減少最多的指令速度校正值進行與指令速度VI的加減運算。在該結 構的情況下，在較大的負載瞬間地作用于X軸電動機21 (Y軸電動 機23)上的情況下，可以使縫紉機電動機41的旋轉速度進一步大幅 度地減少，即使在較大的負載瞬間地作用于X軸電動機21 (Y軸電 動機23)上的情況下，布料移動機構的移動產生延遲的可能性也進一 步降低。
另外，指令位置圖案計算單元，根據主軸的旋轉角度Al控制X 軸電動機21和Y軸電動機23的旋轉角度，但也可以由主軸的旋轉角 度A1僅確定動作定時，指令旋轉速度利用旋轉量設定為固定值。在 該情況下，相對于來自指令位置圖案計算單元的指令，X軸、Y軸電 動機延遲動作，但是，相對于由主軸的旋轉產生的針棒動作，并不延 遲地進行動作，不會對縫制帶來惡劣影響。
另外，在縫紉機電動機41的驅動控制及X軸電動機21、 Y軸電 動機23的驅動控制中進行PI (比例積分)控制，但也可以將PI控制 變換為PID (比例積分微分)控制。在PID控制的情況下，在上述PI 控制的處理的基礎上，進行與指令值和檢測值的偏差的微分成正比的 輸入(微分動作)。在PID控制的情況下，在PI控制的效果的基礎 上，即使在施加于X軸電動機21、 Y軸電動機23的負載產生急劇變 化的情況下，也可以快速地進行與該變化相對應的所需扭矩T2、 T3 的校正。也就是說，可以計算出更適合的所需扭矩T2、 T3，通過與 所需扭矩T2、 T3相對應而使縫紉機電動機41的旋轉速度加減速，布 料移動機構的動作相對于落針的定時延遲的可能性進一步降低。因 此，可以提供進行更準確的縫制動作的縫紉機1，縫紉機的可靠性進 一步提高。
另外，縫紉機電動機41是AC伺服電動機，X軸電動機21及Y 軸電動機23是脈沖電動機，但它們只要是可以進行PI控制或PID控制的電動機即可。
另外，上述的縫紉機電動機41、 X軸電動機21及Y軸電動機 23的1次反饋處理時間(例如300 500[y sec])僅是一個例子，當然 也可以是不同的時間。
2權利要求
1.一種縫紉機中的控制裝置，該縫紉機具有縫紉機電動機，其使針棒上下移動；以及布料移動電動機，其驅動布料移動機構，該縫紉機機利用由縫紉機電動機的驅動而進行的前述針棒的上下移動、以及由布料移動電動機的驅動而進行的前述布料移動機構的水平移動，進行縫制圖案的縫制，該控制裝置的特征在于，具有角度檢測單元，其檢測前述布料移動電動機的旋轉角度；第一電動機控制單元，其根據布料移動量的指令值和前述檢測單元檢測出的前述布料移動電動機的旋轉角度，計算前述布料移動電動機的輸出扭矩，進行該布料移動電動機的反饋控制；第二電動機控制單元，其根據縫紉機電動機速度的指令值，控制前述縫紉機電動機；以及速度調整單元，其根據前述第一電動機控制單元計算出的前述布料移動電動機的扭矩值，對前述縫紉機電動機速度的指令值進行加減運算。
2. 根據權利要求1所述的縫紉機中的控制裝置，其特征在于， 前述速度調整單元具有負載計算單元，其計算在前述布料移動電動機上產生的扭矩值；以及指令速度校正值計算單元，其根據由前述負載計算單元計算出的 扭矩值，計算用于對前述縫紉機電動機速度的指令值進行加減運算的 校正值，并向前述第二電動機控制單元供給。
3. 根據權利要求1或2所述的縫紉機中的控制裝置，其特征在于，前述第一電動機控制單元，根據前述布料移動量的指令值和由前 述角度檢測單元檢測出的前述布料移動電動機的旋轉角度之間的偏差，進行PI控制即比例積分控制或PID控制即比例積分微分控制， 計算扭矩值。
4. 根據權利要求1或2所述的縫紉機中的控制裝置，其特征在于，前述布料移動機構具有2個前述布料移動電動機，其進行向兩個方向的驅動； 2個前述角度檢測單元，其分別設置于2個前述布料移動電動機 上；以及2個前述第一電動機控制單元，其分別設置于2個前述布料移動 電動機上，前述速度調整單元，利用2個前述第一電動機控制單元的各扭矩 值、或根據該扭矩值而計算出的2個縫紉機電動機速度的指令值中較 小的扭矩值或指令值，控制前述縫紉機電動機。
5. 根據權利要求1或2所述的縫紉機中的控制裝置，其特征在于，具有速度檢測單元，其檢測前述縫紉機電動機的旋轉速度， 前述第二電動機控制單元，根據前述縫紉機電動機速度的指令值和由前述速度檢測單元檢測出的旋轉速度，進行前述縫紉機電動機的反饋控制。
全文摘要
本發(fā)明提供一種縫紉機，其使布料移動機構的動作不產生延遲?？p紉機(1)具有針棒；上下移動機構；縫紉機電動機(41)；布料移動機構；X軸電動機(21)及Y軸電動機(23)，其驅動布料移動機構；X軸編碼器(22)，其檢測X軸電動機的旋轉角度；Y軸編碼器(24)，其檢測Y軸電動機的旋轉角度；主控制器(10)，其進行X軸電動機(21)及Y軸電動機(23)的反饋控制；以及縫紉機電動機速度控制器(30)，其進行縫紉機電動機(41)的控制，主控制器(10)根據X軸電動機(21)的所需扭矩(T2)及Y軸電動機(23)的所需扭矩(T3)，對縫紉機電動機(41)的指令速度(V1)進行加減運算。
文檔編號D05B21/00GK101492863SQ20091000557
公開日2009年7月29日 申請日期2009年1月20日 優(yōu)先權日2008年1月21日
發(fā)明者植田昌彥 申請人:Juki株式會社