一种实现花样均匀离散化的电子花样机控制方法

摘要

本发明提供了一种实现花样均匀离散化的电子花样机控制方法，以解决现有技术花样离散化不均匀导致电子花样机运行不平稳、花样失真等问题。本发明对组成花样的若干直线段、圆弧、圆和自由曲线分别进行均匀离散化，所得的花样点相对坐标指示了机针在缝纫机画框上的相对运行矢量；将整合后得到的花样数据文件存入电子花样机的电控系统；电控系统读出用户选中的花样数据文件，反向解析出花样数据来控制X轴步进电机和Y轴步进电机配合主轴伺服电机运行。

说明书

技术领域

本发明涉及一种实现花样均匀离散化的电子花样机控制方法。

背景技术

电子花样机是一个三轴协同工作的工业缝纫机，这三个轴分别是控制机针上下往 复运动的主轴Z和控制布框在水平平面内前后左右运动的XY轴。缝纫过程中主轴按照 设定的速度匀速在竖直方向做往复运动：机针从最高点运动到机针将要扎进布料的进 布点到机针最低点，再到机针刚离开布料的出布点，最后到达最高点。机针从出布点 到最高点再到进布点的这个过程是布框按照花样数据给定位移运动的时间段，其他时 间XY轴停止运动。

任意复杂的花样都是由一针一针数据构成的有序的点的组合，这个组合的元素又 是由一系列最基本的几何图形离散化后来表示。基本几何图形包括直线段、圆弧、圆 和自由曲线，两点可确定一条线段，三点可以确定一个圆弧或者圆，若干个点又能确 定一条通过这些点的光滑自由曲线。这些基本几何图形都是平面内连续的曲线，不能 直接用来缝纫，只有经过离散化后才能使用。

传统的花样离散方法采用计算机图形学里生成直线的数值微分算法，不可避免的 会出现最后一针的针距小于设定针距。在高速缝纫的过程中遇到这样的数据会导致花 样机产生较大的振动，不仅会使缝制效果不美观甚至会出现失真的情况，而且还会影 响花样机使用寿命。

发明内容

要解决的技术问题

本发明提供了一种实现花样均匀离散化的电子花样机控制方法，以解决现有技术 花样离散化不均匀导致电子花样机运行不平稳、花样失真等问题。

技术方案

所述一种实现花样均匀离散化的电子花样机控制方法，其特征在于：包括以下步 骤：

步骤1：建立花样数据文件：所述花样数据文件包括头文件、关键点数据和花样 数据；

所述花样数据通过以下步骤产生：

步骤1.1：根据缝纫工艺将花样分割为依次相连的若干段基本几何图形，所述基本 几何图形包括直线段、圆弧、圆和自由曲线，其中决定直线段、圆弧、圆和自由曲线 的若干个点的数据为关键点数据；

步骤1.2：按照以下方法对每段基本几何图形分别进行均匀离散化：

A：直线段的均匀离散化：

步骤A.1：设给定直线段的两个点为O(0,0)和P(x,y)，用户设定的针距为d；得出 线段OP的长度

步骤A.2：确定线段OP离散化后得到的小线段数目N及修正后的针距Δl₁：

取若N₁*(d+1)＜l₁，则N＝N₁+1，否则N＝N₁；Δl_1＝l₁/N；

步骤A.3：确定向量OP的单位向量在电子花样机X轴、Y轴方向的分量x_e、y_e：

$\left(\begin{array}{c}{x}_e=x/l_1\\ y_e=y/l_1\end{array}\right)$

步骤A.4：生成均匀离散化后的花样数据绝对位置并取整：

步骤A.5：生成花样数据点相对坐标：

B：圆弧或圆的均匀离散化：

步骤B.1：设给定圆弧或圆的三个点为P₀(0,0)、P₁(x₁,y₁)和P₂(x₂,y₂)，且该三个点 不在同一条直线上，用户设定的针距为d；

步骤B.2：计算圆弧所在圆的圆心O(x₀,y₀)和半径R；

步骤B.3：计算圆弧所对圆心角α、旋转方向β以及向量的倾角γ；其中，若 花样是圆，则α＝2π；圆弧顺时针旋转β＝-1，逆时针旋转β＝1；

步骤B.4：计算以针距d为弦长所对应的圆心角θ₁；

步骤B.5：确定圆弧或圆离散化后的小线段数目M及修正后的圆心角Δθ：

取若M₁*θ₁＜α，则M＝M₁+1，否则M＝M₁；Δθ＝α/M；

步骤B.6：得到均匀离散化后的花样数据：

步骤B.7：判断生成的均匀离散化后的花样数据是否超出设定边界，若超出设定 边界，则表示离散结果无法实现，否则，得到花样点相对坐标：

C：自由曲线的均匀离散化：

步骤C.1：设给定自由曲线的m+1个点为P₁(x₁,y₁)、P₂(x₂,y₂)…P_m+1(x_m+1,y_m+1)，自由 曲线由m段三次B样条曲线组成；；

步骤C.2：根据公式：

$\left(\begin{array}{c}\left(\begin{array}{ccccccc}6& 0& & ···& & & 0\\ 1& 4& 1& ···& & & 0\\ ·& & & & & & ·\\ ·& & & ···& & & ·\\ ·& & & & & & ·\\ 0& & & ···& 1& 4& 1\\ 0& & & ···& & 0& 6\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{G}_1\\ G_2\\ ·\\ ·\\ ·\\ G_m\\ G_{m+1}\end{array}\right)=6\left(\begin{array}{c}{P}_1\\ P_2\\ ·\\ ·\\ ·\\ P_m\\ P_{m+1}\end{array}\right)\\ G_2-2G_1+G_0=0\\ G_m-2G_{m+1}+G_{m+2}=0\end{array}\right)$

得到三次B样条曲线的m+3个控制点G₀、G₁…G_m+2；

步骤C.3：根据公式：

$\left(\begin{array}{c}{C}_i\left(u\right)=A_{i3}{u}^3+A_{i2}{u}^2+A_{i1}u+A_{i0}=\left(\begin{array}{c}{x}_i\left(u\right)\\ y_i\left(u\right)\end{array}\right)\\ A_{i3}=(-G_{i-1}+3G_i-3G_{i+1}+G_{i+2})/6\\ A_{i2}=(3G_{i-1}-6G_i+3G_{i+1})/6\\ A_{i1}=(-3G_{i-1}+3G_{i+1})/6\\ A_{i0}=(G_{i-1}+4G_i+G_{i+1})/6\\ 0\le u\le 1,i=\mathrm{1,2}···m\end{array}\right)$

得到三次B样条曲线轨迹计算公式的系数A_i3、A_i2、A_i1、A_i0；

步骤C.4：得到自由曲线长度$l_2=\underset{1}{\overset{m}{\Sigma }}{\int }_0^1\sqrt{{\left(\frac{d{x}_i\left(u\right)}{\mathrm{du}}\right)}^2+{\left(\frac{d{y}_i\left(u\right)}{\mathrm{du}}\right)}^2}\mathrm{du}$

步骤C.5：计算自由曲线离散化后的小线段数目K及修正后的针距Δl₂：

取若K₁*(d+1)＜l₂，则K＝K₁+1，否则K＝K₁，Δl₂＝l₂/K；

步骤C.6：得到均匀离散化后的花样数据x_i、y_i,判断生成的均匀离散化后的花样 数据是否超出设定边界，若超出设定边界，则表示离散结果无法实现，否则，得到花 样点相对坐标：

步骤1.3：将各分段均匀离散化后的得到的花样点相对坐标按次序组合生成花样数 据文件；

步骤2：将步骤1所得的花样数据文件存入电子花样机的电控系统；

步骤3：电子花样机的电控系统按照花样数据文件控制X轴步进电机和Y轴步进 电机配合主轴伺服电机运行缝纫出设计好的花样。

有益效果

1生成的花样数据针距平滑，无特别大或特别小的针距使得花样机运行平稳，大 大减少了噪音和振动，缝纫效果好。

2花样处理简单：读出花样文件时不是像传统花样文件那样进行复杂的位运算才 能得到XY轴方向的增量，而是直接读出花样数据即可，花样点相对坐标，指示了画 框相对机针的运动矢量。

附图说明

图1为圆弧均匀离散化算法示意图；

图2为自由曲线匀离散化算法示意图；

图3为花样编制缝纫流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例描述本发明：

本实施例中的一种实现花样均匀离散化的电子花样机控制方法，包括以下步骤：

步骤1：建立花样数据文件：所述花样数据文件包括头文件、关键点数据和花样 数据；

所述花样数据通过以下步骤产生：

步骤1.1：根据缝纫工艺将花样分割为依次相连的若干段基本几何图形，所述基本 几何图形包括直线段、圆弧、圆和自由曲线，其中决定直线段、圆弧、圆和自由曲线 的若干个点的数据为关键点数据；

步骤1.2：按照以下方法对每段基本几何图形分别进行均匀离散化：

A：直线段的均匀离散化：

步骤A.1：设给定直线段的两个点为O(0,0)和P(x,y)，用户设定的针距为d；得出 线段OP的长度

步骤A.2：确定线段OP离散化后得到的小线段数目N及修正后的针距Δl₁：

取若N₁*(d+1)＜l₁，则N＝N₁+1，否则N＝N₁；Δl₁＝l₁/N；

步骤A.3：确定向量的单位向量在电子花样机X轴、Y轴方向的分量x_e、y_e：

$\left(\begin{array}{c}{x}_e=x/l_1\\ y_e=y/l_1\end{array}\right)$

步骤A.4：生成均匀离散化后的花样数据绝对位置并取整：

步骤A.5：生成花样数据点相对坐标：

B：圆弧或圆的均匀离散化：参照附图1：

步骤B.1：设给定圆弧或圆的三个点为P₀(0,0)、P₁(x₁,y₁)和P₂(x₂,y₂)，且该三个点 不在同一条直线上，用户设定的针距为d；

步骤B.2：计算圆弧所在圆的圆心O(x₀,y₀)和半径R；

步骤B.3：计算圆弧所对圆心角α、旋转方向β以及向量的倾角γ；其中，若 花样是圆，则α＝2π；圆弧顺时针旋转β＝-1，逆时针旋转β＝1；

步骤B.4：计算以针距d为弦长所对应的圆心角θ₁；

步骤B.5：确定圆弧或圆离散化后的小线段数目M及修正后的圆心角Δθ：

取若M₁*θ₁＜α，则M＝M₁+1，否则M＝M₁；Δθ＝α/M；

步骤B.6：得到均匀离散化后的花样数据：

步骤B.7：判断生成的均匀离散化后的花样数据是否超出设定边界，若超出设定 边界，则表示离散结果无法实现，否则，得到花样点相对坐标：

C：自由曲线的均匀离散化：参照附图2：

步骤C.1：设给定自由曲线的m+1个点为P₁(x₁,y₁)、P₂(x₂,y₂)…P_m+1(x_m+1,y_m+1)，自由 曲线由m段三次B样条曲线组成；；

步骤C.2：根据公式：

$\left(\begin{array}{c}\left(\begin{array}{ccccccc}6& 0& & ···& & & 0\\ 1& 4& 1& ···& & & 0\\ ·& & & & & & ·\\ ·& & & ···& & & ·\\ ·& & & & & & ·\\ 0& & & ···& 1& 4& 1\\ 0& & & ···& & 0& 6\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{G}_1\\ G_2\\ ·\\ ·\\ ·\\ G_m\\ G_{m+1}\end{array}\right)=6\left(\begin{array}{c}{P}_1\\ P_2\\ ·\\ ·\\ ·\\ P_m\\ P_{m+1}\end{array}\right)\\ G_2-2G_1+G_0=0\\ G_m-2G_{m+1}+G_{m+2}=0\end{array}\right)$

得到三次B样条曲线的m+3个控制点G₀、G₂…G_m+2；

步骤C.3：根据公式：

$\left(\begin{array}{c}{C}_i\left(u\right)=A_{i3}{u}^3+A_{i2}{u}^2+A_{i1}u+A_{i0}=\left(\begin{array}{c}{x}_i\left(u\right)\\ y_i\left(u\right)\end{array}\right)\\ A_{i3}=(-G_{i-1}+3G_i-3G_{i+1}+G_{i+2})/6\\ A_{i2}=(3G_{i-1}-6G_i+3G_{i+1})/6\\ A_{i1}=(-3G_{i-1}+3G_{i+1})/6\\ A_{i0}=(G_{i-1}+4G_i+G_{i+1})/6\\ 0\le u\le 1,i=\mathrm{1,2}···m\end{array}\right)$

得到三次B样条曲线轨迹计算公式的系数A_i3、A_i2、A_i1、A_i0；

步骤C.4：得到自由曲线长度$l_2=\underset{1}{\overset{m}{\Sigma }}{\int }_0^1\sqrt{{\left(\frac{d{x}_i\left(u\right)}{\mathrm{du}}\right)}^2+{\left(\frac{d{y}_i\left(u\right)}{\mathrm{du}}\right)}^2}\mathrm{du}$

步骤C.5：计算自由曲线离散化后的小线段数目K及修正后的针距Δl₂：

取若k₁*(d+1)＜l₂，则K＝K₁+1，否则K＝K₁，Δl₂＝l₂/K；

步骤C.6：得到均匀离散化后的花样数据x_i、y_i，判断生成的均匀离散化后的花样 数据是否超出设定边界，若超出设定边界，则表示离散结果无法实现，否则，得到花 样点相对坐标：

步骤1.3：将各分段均匀离散化后的得到的花样点相对坐标按次序组合生成花样数 据文件；

步骤2：将步骤1所得的花样数据文件存入电子花样机的电控系统；

步骤3：电子花样机的电控系统按照花样数据文件控制X轴步进电机和Y轴步进 电机配合主轴伺服电机运行缝纫出设计好的花样。

在离散化的过程中为了保证缝纫后线迹美观，并且在缝纫过程中花样机不会出现 较大振动，需要满足一些基本的条件：两点之间的距离等于（约等于）用户设定的针 距值，最后一针的针距不能太小或太大。本发明的均匀离散化满足了这些条件。

花样机缝纫设备的运行过程：主轴伺服电机带动机针作竖直运动，X轴步进电机 和Y轴步进电机带动布料在缝纫机台面水平方向上一针一针地运动，步进电机的运动 时间是从机针离开布料到再次扎进布料结束，如此配合机针完成花样的缝制。