一种实现花样均匀离散化的电子花样机控制方法.pdf

1、(10)申请公布号 CN 102995302 A (43)申请公布日 2013.03.27 C N 1 0 2 9 9 5 3 0 2 A *CN102995302A* (21)申请号 201210532329.3 (22)申请日 2012.12.11 D05B 19/08(2006.01) (71)申请人中国船舶重工集团公司第七五研 究所 地址 710075 陕西省西安市高新开发区高新 一路18号 (72)发明人石聿炜 梁敏 窦渭江 常铎 严由嵘 孙开锋 (74)专利代理机构西北工业大学专利中心 61204 代理人陈星 (54) 发明名称 一种实现花样均匀离散化的电子花样机控制 方法 (57

2、) 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。 (51)Int.Cl. 权利要求书3页 说明书6页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 3 页 说明书 6

3、页 附图 2 页 1/3页 2 1.一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1.1和步骤1.2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

4、 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l 1 ： 取若N 1 *(d+1)l 1 ，则NN 1 +1，否则NN 1 ；l 1 l 1 /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 ： 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P 0 (0,0)、P 1 (x 1 ,y 1 )和P 2 (x 2 ,y 2 )，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(x

5、0 ,y 0 )和半径R； 步骤B.3：计算圆弧所对圆心角、旋转方向以及向量的倾角；其中，若花样 是圆，则2；圆弧顺时针旋转-1，逆时针旋转1； 步骤B.4：计算以针距d为弦长所对应的圆心角 1 ； 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： 取若M 1 * 1 ，则MM 1 +1，否则MM 1 ；/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， 权 利 要 求 书CN 102995302 A 2/3页 3 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

6、.1：设给定自由曲线的m+1个点为P 1 (x 1 ,y 1 )、P 2 (x 2 ,y 2 )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： 得到三次B样条曲线的m+3个控制点G 0 、G 1 G m+2 ； 步骤C.3：根据公式： 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 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l 2 ： 取若K 1 *(d+1)l 2 ，则KK 1 +1，否则KK 1 ，l 2 l 2 /K； 步骤C.6：得到均匀离散化

7、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 权 利 要 求 书CN 102995302 A 3/3页 4 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。 权 利 要 求 书CN 102995302 A 1/6页 5 一种实现花样均匀离散化的电子花样机控制方法 技术领域 0

8、001 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 0002 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。 0003 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

9、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。 0004 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 0005 要解决的技术问题 0006 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

10、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。 0007 技术方案 0008 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： 0009 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； 0010 所述花样数据通过以下步骤产生： 0011 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； 0012 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： 0013 A：直线段的均匀

11、离散化： 0014 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 说 明 书CN 102995302 A 2/6页 6 0015 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l 1 ： 0016 取若N 1 *(d+1)l 1 ，则NN 1 +1，否则NN 1 ；l 1 l 1 /N； 0017 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 ： 0018 0019 步骤A.4：生成均匀离散化后的花样数据绝对位置并取整： 0020 0021 步骤A.5：生成花样数据点相对坐标： 0

12、022 0023 B：圆弧或圆的均匀离散化： 0024 步骤B.1：设给定圆弧或圆的三个点为P 0 (0,0)、P 1 (x 1 ,y 1 )和P 2 (x 2 ,y 2 )，且该三个 点不在同一条直线上，用户设定的针距为d； 0025 步骤B.2：计算圆弧所在圆的圆心O(x 0 ,y 0 )和半径R； 0026 步骤B.3：计算圆弧所对圆心角、旋转方向以及向量的倾角；其中，若 花样是圆，则2；圆弧顺时针旋转-1，逆时针旋转1； 0027 步骤B.4：计算以针距d为弦长所对应的圆心角 1 ； 0028 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： 0029 取若M 1 *

13、1 ，则MM 1 +1，否则MM 1 ；/M； 0030 步骤B.6：得到均匀离散化后的花样数据： 0031 0032 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： 0033 0034 C：自由曲线的均匀离散化： 0035 步骤C.1：设给定自由曲线的m+1个点为P 1 (x 1 ,y 1 )、P 2 (x 2 ,y 2 )P m+1 (x m+1 ,y m+1 )，自由 说 明 书CN 102995302 A 3/6页 7 曲线由m段三次B样条曲线组成； 0036 步骤C.2：根据公式： 0037 0038

14、 得到三次B样条曲线的m+3个控制点G 0 、G 1 G m+2 ； 0039 步骤C.3：根据公式： 0040 0041 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 ； 0042 步骤C.4：得到自由曲线长度 0043 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l 2 ： 0044 取若K 1 *(d+1)l 2 ，则KK 1 +1，否则KK 1 ，l 2 l 2 /K； 0045 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，

15、得到花样点相 对坐标： 0046 0047 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； 0048 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； 0049 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。 0050 有益效果 0051 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 说 明 书CN 102995302 A 4/6页 8 减少了噪音和振动，缝纫效果好。 0052 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

16、 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 0053 图1为圆弧均匀离散化算法示意图； 0054 图2为自由曲线匀离散化算法示意图； 0055 图3为花样编制缝纫流程图。 具体实施方式 0056 下面结合具体实施例描述本发明： 0057 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： 0058 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； 0059 所述花样数据通过以下步骤产生： 0060 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

17、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； 0061 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： 0062 A：直线段的均匀离散化： 0063 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 0064 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l 1 ： 0065 取若N 1 *(d+1)l 1 ，则NN 1 +1，否则NN 1 ；l 1 l 1 /N； 0066 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

18、 e ： 0067 0068 步骤A.4：生成均匀离散化后的花样数据绝对位置并取整： 0069 0070 步骤A.5：生成花样数据点相对坐标： 0071 说 明 书CN 102995302 A 5/6页 9 0072 B：圆弧或圆的均匀离散化：参照附图1： 0073 步骤B.1：设给定圆弧或圆的三个点为P 0 (0,0)、P 1 (x 1 ,y 1 )和P 2 (x 2 ,y 2 )，且该三个 点不在同一条直线上，用户设定的针距为d； 0074 步骤B.2：计算圆弧所在圆的圆心O(x 0 ,y 0 )和半径R； 0075 步骤B.3：计算圆弧所对圆心角、旋转方向以及向量的倾角；其中，若 花样是

19、圆，则2；圆弧顺时针旋转-1，逆时针旋转1； 0076 步骤B.4：计算以针距d为弦长所对应的圆心角 1 ； 0077 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： 0078 取若M 1 * 1 ，则MM 1 +1，否则MM 1 ；/M； 0079 步骤B.6：得到均匀离散化后的花样数据： 0080 0081 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： 0082 0083 C：自由曲线的均匀离散化：参照附图2： 0084 步骤C.1：设给定自由曲线的m+1个点为P 1 (x 1 ,y 1

20、 )、P 2 (x 2 ,y 2 )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； 0085 步骤C.2：根据公式： 0086 0087 得到三次B样条曲线的m+3个控制点G 0 、G 2 G m+2 ； 0088 步骤C.3：根据公式： 说 明 书CN 102995302 A 6/6页 10 0089 0090 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 ； 0091 步骤C.4：得到自由曲线长度 0092 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l 2 ： 0093 取若k 1 *(d+1)l 2

21、，则KK 1 +1，否则KK 1 ，l 2 l 2 /K； 0094 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： 0095 0096 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； 0097 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； 0098 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。 0099 在离散化的过程中为了保证缝纫后线迹

22、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。 0100 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。 说 明 书CN 102995302 A 10 1/2页 11 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102995302 A 11 2/2页 12 图3 说 明 书 附 图CN 102995302 A 12