DE2909664C2 - Einrichtung zum Einstellen einer definierten Ausgangsstellung eines zum Antrieb des Stoffschiebers oder der Nadelauslenkbewegung - Google Patents

Description

a) daß der Detektor (DT) ein Binärsignal eines ersten Binärwertes erzeugt, wenn sich der Schrittmotor (8,15) in der Ausgangsstellung (Z) befindet, während er bei allen anderen der gegebenen Speisesignalkombination (A, B) entsprechenden Stellungen ein Signal des zweiten Binärwertes erzeugt,

b) daß die Steueranordnung (CPU) zum Einstellen des Schrittmotors (8, 15) die gegebene Speisesignalkombination (A, B) erzeugt,

c) und daß die Steueranordnung (CPU) nach dem Erzeugen der gegebenen Signalkombination (A, B) aufgrund des Detektorsignals des zweiten Binärwertes den Schrittmotor (8, 15) dreht, bis bei der gegebenen Speisosignalkombination das Detektorsignal den ersten Binärwert hat.

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2. Einrichtung zum Einstellen einer definierten Ausgangsstellung eines zum Antrieb des Stoffschiebers oder der Nadelauslenkbewegung in einer elektronisch gesteuerten Haushalts-Nähmaschine dienenden Schrittmotors, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet,

a) daß der Detektor (DT) ein Binärsignal eines ersten Binärwertes erzeugt, wenn sich der Schrittmotor (8, 15) in der Ausgangsstellung « (Koord. 15) befindet, während er bei anderen der gegebenen Speisesignalkombination (A, B) entsprechenden Stellungen ein Signal des zweiten Binärwertes erzeugt,

b) daß die Steueranordnung (CPU) zum Einstellen des Schrittmotors (8, 15) die gegebene Speisesignalkombination (A, B)erzeugt,

c) und daß die Steueranordnung (CPU) nach dem Er/'.eugen der gegebenen Speisesignalkombination (A, "B) den Schrittmotor (8,15) in einer vom Binärwert des Detektorsignals abhängigen Richtung dreht, bis bei der gegebenen Speisesignalkombination das Detektorsignal seinen Binärwert geändert hat.

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3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrittmotor (8) in die einer mittleren Nadelposition entsprechende Ausgangsstellung gestellt wird, und daß zur Fehlerüberprüfung während des Nähbetriebes beim Überwechseln t>5 der Nadel über ihre mittlere Position der Binärwert des Detektorsignals kontrolliert wird.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2.

Es wurde bereits vorgeschlagen {DE-OS 28 31 997), die Wicklungen des zum Antrieb des Stoffschiebers oder der Nadelauslenkbewegung dienenden Impulsoder Schrittmotors in die eine Diagonale je einer Schalterbrücke zu schalten, deren andere Diagonale an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen ist Zum Steuern der Brückenschalter dient ein binäres Schaltwerk, das wahlweise jeweils zwei in der Brücke gegenüberliegende Schalter in den Leitzustand steuert, so daß die Stromrichtung in der betreffenden Wicklung umkehrbar ist Die Motorschritte ergeben sich dadurch, daß die eine und/oder andere Wicklung in der richtigen Richtung und Reihenfolge erregt werden. Diese Schaltungsanordnung kann auch bei der hier beschriebenen Einrichtung verwendet werden. Bei der vorgeschlagenen Steuerschaltung wurde aber noch nicht das Problem gelöst, wie beim Einschalten der Nähmaschine eine Ausgangsposition des Schrittmotors definiert werden kann, ohne die die elektronische Steuerung des Nähvorgangs nicht möglich ist.

Zum Einstellen eines Schrittmotors einer Nähmaschine in seine Ausgangsstellung ist es neben anderen Methoden wie z. B. der Verwendung eines Potentiometers oder eines mechanischen Anschlags bereits bekannt, auf der Schrittmotorwelle eine Sektorscheibe anzuordnen, deren Kante das binäre Ausgangssignal eines Photodetektors umschaltet, wenn der Schrittmotor die Mitte seines Bewegungsbereiches überquert (DE-OS 25 33 595). Der Wechsel des Detektorsignals dient als Steuerbefehl zum Anhalten des Motors. Diese bekannte Konstruktion erfordert aber eine genaue mechanische Justierung der Sektorscheibe, und außerdem ist eine gesonderte Steuerschaltung zur Richtungsumkehr des Motor erforderlich der ungewollt über die richtige Nullstellung hinauslaufen kann. Die bekannte Steuereinrichtung kann auch nicht so einfach auf ungewollte, etwa durch Fehlsteuerung oder durch äußere Stöße hervorgerufene Verstellbewegungen des Schrittmotors während des Nähbetriebes reagieren, wie es u. U. wünschenswert wäre.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, mit der der Schrittmotor genau und einfacher als bisher, insbesondere ohne die Notwendigkeit einer sehr genauen mechanischen Justierung in eine definierte Ausgangsstellung gebracht werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt bei einer Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 oder 2.

Die Funktionen der verwendeten binären Steueranordnung können durch einen handelsüblichen Mikroprozessor (CPU) realisiert werden, für dessen Einsatz in einer Nähmaschine an sich kein Schutz begehrt wird.

An zwei Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Nähmaschine mit den für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Einzelheiten;

Fig. 2 ein Blockschaltbild der den Schrittmotor steuernden Einrichtung; und

Fig. 3 eine Darstellung zur Erläuterung der Beziehungen zwischen den Motorschritten (Stichkoordinaten) und den Erregungsphasen der Motorwicklungen.

Die Nähmaschine gemäß Fig. 1 enthält in ihrem Gehäuse 1 eine Nadelstange 2 mit der Nadel 4, die unter Führung durch einen Nadelstangenträger 3 eine

vertikale Auf- und Abbewegung ausführen können. Der Nadelstangenträger 3 ist um ein Gelenk 13 schwenkbar. Im unteren Maschinenbett 14 ist eine Stichplatte 5 angeordnet, in deren Loch 6 die Nadel 4 eintauchen kann. Ober eine Stellstange 7 ist der Nadelstangenträger 3 mit einem Schrittmotor 8 verbunden, so daß von letzterem die Steuerbewegungen auf den Nadelstangenträger übertragen werden. Auf der Welle des Schrittmotors 8 sitzt eine Kurbel 9, an der die Stel'.stange 7 mit ihrem einen Ende an einem mittenversetzien Punkt 10 angelenkt ist, so daß die Drehbewegung der Schrittmotorwelle eine Auslenkung der Nadel 4 q_Uer zur Stofftransportrichtung bewirkt Ferner ist auf der Welle des Schrittmotors 8 eine Sektorplatte 12 befestigt, die sich mit dem Schrittmotor 8 dreht und darstellungsgemäß mit einem U-förmigen Element 11 am Maschinengehäuse zusammenwirkt, das einander gegenüberstehend eine Leuchtdiode und einen Phototransistor aufweist (nicht dargestellt). Ist die Sektorplatte 12 mit dem U-förmigen Element 11 ausgerichtet, so unterbricht sie den Lichtstrahl von der Leuchtdiode zum Phototransistor. Der Schrittmotor 8 macht eine Drehbewegung, wenn er von einer binären Steueranordnung, die sich innerhalb des Maschinengehäuses befindet und in Fig.2 dargestellt ist. Steuerimpulse erhält. In F i g. 1 ist ein weiterer Schrittmotor 15 erkennbar, der Bewegung und Richtung des Transporteurs steuert. Da beide Schrittmotoren 8,15 in derselben Weise betrieben werden, wird nur der eine Schrittmotor 8 für die seitliche Auslenkbewegung der Nadel beschrieben.

F i g. 2 zeigt ein Blockschaltbild der Steueranordnung für den Schrittmotor. Die Einheit DC enthält den Antriebsteil des Schrittmotors einschließlich der eingangs schon erwähnten Schalterbrücke mit den Schaltern Si bis Sj und den Wicklungen A und B, die im Motor eine Winkelversetzung von 90° zueinander haben. Eine Erregung der Wicklungen A. B durch die in Pfeilrichtung fließenden Ströme U, Ib wird als A-Phase bzw. ß-Phase bezeichnet, eine Erregung jn der entgegengesetzten Richtung als Α-Phase bzw. ß-Phase.

Von der Gleichspannungsquelle f werden die Wicklungen gespeist. Die Widerstände /?, und R₂ sollen den Strom in den Wicklungen begrenzen und dienen außerdem zur Strommessung. Während die Schalter Si bis S₄ in Abhängigkeit von der jeweils gewünschten Stromrichtung geschlossen bleiben, werden die Schalter S₅ bis S₈ in schneller Folge geschlossen und geöffnet, wodurch der Strom zu den Wicklungen A und B durch Zerhacken gesteuert wird. Über die Dioden D\ bis Da kann die gespeichert elektromagnetische Energie während der Öffnungsperioden der Schalter S5 bis Sb abfließen, wodurch der Strom in den Wicklungen stabilisiert wird. Die Steuersignale für die Steuerelemente C\ bis G der Schalter kommen als 4-Bit-Signale von den Ausgängen g\ bis gi, der Schnittstelle I/O der Zentraleinheit CPU eines Mikroprozessors, die außerdem mit jeweils einer Eingangsklemme von UND-Gliedern AND] bis AND* verbunden sind. Wenn die UND-Glieder ein Signal mit dem Binärwert 1 erhalten, sind die zugehörigen Schalter Si bis S) geschlossen, und zur selben Zeit werden die anderen Klemmen der UND-Glieder wirksam gemacht. Ein Bezugssignalgenerator RG erzeugt ein Dreiecksignal mit einer bestimmten Zerhackerfrequenz, das von Impulserzeugern OPi und OP₂. die den Wicklungen A und B zugeordnet sind, mit den an den Widerständen R\, R2 gemessenen Spannungen verglichen wird, wodurch die Impulsbreite der Signale vom Binärwert 1 am anderen Eingang der UND-Glieder ANDi bis ANDa bestimmt wird. Damit wird die Schrittimpulssteuerung des Stroms der Wicklungen A und B bewirkt. Der Mikroprozessor > enthält ferner einen Festwertspeicher ROM, in dem binäre Steuersignale für die Steuerung der Schalter Si bis Sa sowie Programmsteuersignale gespeichert sind, während der Schreib- und Lese-Speicher RAM vorübergehend Daten des von der Zentraleinheit CPU

i" gesteuerten Programmablaufs speichert

Die Zentraleinheit CPU wird ihrerseits von dem Detektor DT gesteuert, der aus dem U-förmigen Element 11 und der Sektorplatte 12 (F i g. 1) besteht Fig.3 zeigt die Beziehung zwischen den den Stichkoordinaten entsprechenden Motorschritten und den Speisesignalen, d. h. Erregungsphasen der Motorwicklungen. Die Stichkoordinaten 0 bis 30 ergeben sich durch gleichmäßige Unterteilung der maximalen seitlichen Auslenkbewegung der Nadel über 31 mögliche

-'» Positionen. Die durch den Buchstaben L gekennzeichnete Stichkoordinate 0 ist der linke Endpunkt der seitlichen Auslenkbewegung, während die durch den Buchstaben R hervorgehobene Koordinate 30 der rechte Endpunkt und die Koordinate 15 bei M der

2-5 mittlere Punkt sind. Jeder Schritt zwischen den Stichkoordinaten 0 bis 30 entspricht einer Schrittbewegung des Motors, x, y, z, u, ν und w bezeichnen zusätzliche Stichkoordinaten, die in gleichmäßigen Abständen außerhalb des Loches 6 für die Nadel

}<> (F i g. 1) gelegen sind. Bis zu den Stichkoordinaten ζ und u kann die Nadel über den eigentlichen Stichbereich von 0 bis 30 hinausschwenken, wenngleich diese Stiche nicht tatsächlich ausgeführt werden. Die vier Erregungsphasen des Schrittmotors (A-Ph&se usw.) sind durch die

3-"> gestaffelten Striche angedeutet Darstellungsgemäß können einige Stichkoordinaten durch Erregung einer einzigen Phase erreicht werden, während die übrigen Koordinaten die Erregung mehrerer Phasen erfordern. Insbesondere jconnen bei gleichzeitiger Erregung der

ίο /4-Phase und ß-PWase die Nadelpositionen gemäß den Stichkoordinaten z, 7,15,23 und u eingestellt werden. Je nach der Anzahl der verwendeten Phasen ist aber auch eine andere Unterteilung des Steuerbereichs möglich.

Gemäß Fig.3 werden die Stichkoordinaten z, 7, 15,

4^r> 23, u, die durch die senkrechten Striche hervorgehoben sind, im Zusammenwirken mit dem erwähnten Detektor DT angesteuert, und zwar gemäß zwei verschiedenen Ausführungsbeispielen.

Beim Beispiel 1 wird die Phasenlage des Impulsmo-

5iJ tors durch den Sektorwinkel der Sektorplatte 12 (Fig. 1) und durch die Winkelstellung bestimmt, in der sie auf der Welle des Schrittmotors befestigt ist. Bei diesem Beispiel hat der Phasendetektcr einen unbestimmten Bereich, der in F i g. 3 schräg schraffiert ist,

« einen AUS-Bereich, in welchem die Sektorplatte 12 den Lichtstrahl zum Phototransistor unterbricht, sowie einen EIN-Bereich, in dem der Phototransistor erregt wird. Die Sektorplatte 12 ist derart auf der Welle des Schrittmotors befestigt, daß der Detektor DT sich im

w> EIN-Zustand befindet und folglich ein Binärsignal eines entsprechenden Binärwerts erzeugt, wenn die Nadel die Stichkoordinate ζ einnimmt. Von den durch die senkrechten Striche hervorgehobenen »Prüfstellungen«, die sich jeweils bei der gleichzeitigen Erregung der Λ-Phase und der ß"-Phase ergeben können, ergibt sich nur bei der Stichkoordinate ζ der EIN-Zustand, während bei den übrigen Speisesignalkombinationen der Prüfstellungen der Detektor sich im AUS-Bereich

befindet. Die Stichkoordinate ζ kann also als Rückstelloder Ausgangsstellung für den Schrittmotor gewählt werden.

Wenn die Gleichspannungsquelle E und der Mikroprozessor eingeschaltet werden, werden die Schalter Si, Se, St, und S7 geschlossen und folglich dje »Prüfphasen« eingeschaltet, d. h. die /4-Phase und die ß-Phase. Hierbei kann der Schrittmotor 8 auf eine der Stichkoordinaten z, 7, 15, 23 oder u eingestellt werden. Nun wird das Signal des Detektors DT hinsichtlich seines Binärwertes geprüft. Wird der AUS-Zustand festgestellt, wird die Nadel mit Hilfe von acht Steuerimpulsen um acht Schritte in F i g. 3 nach links bewegt. Herrscht dann immer noch der AUS-Zustand, werden weitere acht Schritte ausgeführt usw., bis schließlich das dem EIN-Zustand entsprechende Signal festgestellt wird. Letzteres zeigt an, daß sich die Nadel bei der Stichkoordinate befindet. Nun kann die Nadel noch um einen Schritt nach rechts zur Koordinate 0 bewegt werden und der normale Nähbetrieb beginnen.

Gemäß dem ebenfalls in F i g. 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel hat der Detektor DT einen unbestimmten ElN-AUS-Übergangsbereich in der Nähe der mittleren Stichkoordinate 15. Der Detektor ist so ausgebildet, daß sein Signal rechts bzw. links von diesem Übergangsbereich durchgehend den einen bzw. den anderen Binärwert hat. Auch bei diesem Beispiel wird beim Einschalten des Systems der Schrittmotor 8 auf eine der durch die senkrechten Linien hervorgehobenen Prüfstellungen positioniert und dann der Binärwert des Detektorsignals geprüft. Befindet sich der Detektor in dem in F i g. 3 rechten AUS-Bereich, so wird der Motor um acht Schritte und, falls erforderlich, weitere acht Schritte nach links bis zur Koordinate 15 bewegt, was dadurch betätigt wird, daß der dem EIN-Zustand entsprechende Binärwert festgestellt wird. Wird dagegen nach dem anfänglichen Erzeugen der Speisesignalkombination, d. h. der Erregung der A-Phase und der 5-Phase zunächst das dem EIN-Zustand entsprechende Binärsignal festgestellt, dann wird der Impulsmotor in der schon erläuterten Weise um 8 oder weitere Schritte bis zum Erreichen der Koordinate 23 gedreht, bei der der Detektor den AUS-Zustand angenommen und seinen Binärwert entsprechend gewechselt hat. Bei dem Beispiel 2 können also die Stichkoordinaten 15 oder 23 jeweils als Ausgangsstellung verwendet werden. Da der Mikroprozessor diese Stellungen aufgrund der vorherigen Bedingungen unterscheiden kann, kann er anschließend mit dem normalen Nähbetrieb beginnen.

Da innerhalb der meisten genähten Muster die mittlere Koordinate 15 mehrmals gekreuzt wird, kann der entsprechend dem Beispiel 2 verwendete Phasendetektor die zusätzliche Funktion einer Fehlerüberprüfung während des Nähbetriebes übernehmen, jedesmal, wenn der Schrittmotor den Bereich bei M überquert, wird festgestellt, ob sich der Binärwert des Detektors DTin der richtigen Weise ändert, um zu verhindern, daß er seine zuvor eingestellte definierte Stellung verliert, oder um ihn im Falle eines Fehlers selbsttätig wieder in die Normalstellung zurückzuführen. Zu diesem Zweck prüft der Mikroprozessor immer dann, wenn er aufgrund der auszuführenden Stichsteuerbefehle ein Überqueren der Koordinate 15 in F i g. 3 von links nach rechts oder von rechts nach links feststellt, ob der Binärwert unmittelbar anschließend an die entsprechende Bewegung dem AUS- bzw. EIN-Zustand entspricht. Wenn dies nicht der Fall ist, wird der Schrittmotor in der bereits beschriebenen Weise in die Ausgangsstellung, also zur Koordinate 15 bzw. 23 gebracht, womit der Fehler behoben und der Schrittmotor wieder einjustiert ist.

In Fällen, bei denen mit Zwillingsnadeln gearbeitet

j=) wird, muß die maximale seitliche Auslenkbewegung der Nadel auf etwa die Hälfte reduziert werden. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß der EIN-Bereich des Detektors DTentsprechend begrenzt wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Einstellen einer definierten Ausgangsstellung eines zum Antrieb des Stoffschiebers oder der Nadelauslenkbewegung in einer elektronisch gesteuerten Haushalt-Nähmaschine dienenden Schrittmotors, dessen Wicklungen unter Schaltsteuerung einer binären Steueranordnung für eine Folge definierter Drehschritte durch eine entsprechende Folge von Speisesignalen erregbar sind, von denen eine sich wiederholende gegebene Speisesignalkombination der Ausgangsstellung entspricht, und mit einem mit der Motorwelle gekuppelten Drehstellungsdetektor, dessen binäres Ausgangssignal innerhalb des Stellbereiches des Schrittmotors seinen Binärwert wechselt, dadurch gekennzeichnet, daß