基于嵌入式花樣縫紉機(jī)控制系統(tǒng)的拼布設(shè)計(jì)研究

羋蘇伯,賈 琦

(武漢紡織大學(xué) 服裝學(xué)院,湖北 武漢 430000)

嵌入式是“以應(yīng)用為中心,以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ),軟硬件可裁剪,適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”[1]。目前,關(guān)于嵌入式花樣縫紉機(jī)的研究方向主要集中于系統(tǒng)設(shè)計(jì)及花樣編程的優(yōu)化方面。羅一明等[2]對(duì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了改良設(shè)計(jì);唐一萌[3]、趙海燕[4]根據(jù)嵌入式花樣縫紉機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)軟件程序的優(yōu)化方案;郭鑫[5]針對(duì)嵌入式花樣縫紉機(jī)花型文件在編輯和轉(zhuǎn)化中的失真問題提供了解決方法。綜上所述,針對(duì)嵌入式花樣縫紉機(jī)的研究多集中于數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)及軟件設(shè)計(jì)領(lǐng)域,鮮有學(xué)者根據(jù)嵌入式花樣縫紉機(jī)控制系統(tǒng)的特性去探求其運(yùn)用于現(xiàn)代服裝工藝領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)及價(jià)值。

總結(jié)概括了嵌入式花樣縫紉機(jī)的結(jié)構(gòu)組成、發(fā)展現(xiàn)狀和工作原理?；谇度胧交涌p紉機(jī)的工作流程,設(shè)計(jì)出一種全新的拼布縫制方法,旨在將傳統(tǒng)藝術(shù)形式與現(xiàn)代化設(shè)備結(jié)合,為數(shù)字化設(shè)備在服飾設(shè)計(jì)中的應(yīng)用提供創(chuàng)新思路。

1 嵌入式花樣縫紉機(jī)控制系統(tǒng)的概述

對(duì)于服裝生產(chǎn)者而言,工業(yè)縫紉機(jī)中融入的嵌入式控制技術(shù)及自動(dòng)化控制技術(shù)是實(shí)現(xiàn)花樣縫制的主要方式?；涌p紉機(jī)的智能控制需要滿足花樣縫制工藝流程;具備通用性強(qiáng)、靈活性好的軟硬件平臺(tái);能夠穩(wěn)定、準(zhǔn)確、可靠地進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制;具有操作方便的特點(diǎn);控制系統(tǒng)的軟硬件平臺(tái)具有良好的通用性、靈活性和可擴(kuò)展性;其次,花樣縫紉機(jī)的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)具備高效率、高準(zhǔn)確性、高可靠性的特點(diǎn)[6];控制系統(tǒng)符合花樣縫紉機(jī)縫制工藝;最后,對(duì)于使用者而言,人機(jī)交互界面滿足操作過程簡單、方便、高自動(dòng)化縫制等要求。

1.1 花樣縫紉機(jī)的結(jié)構(gòu)組成

花樣縫紉機(jī)的主體部分如圖1所示,包括縫紉機(jī)頭部1、液晶控制盤2、送料板3、主軸電機(jī)4、控制箱5、電磁閥閥門6。其中花樣縫紉機(jī)控制器主要包括如下組成部分:嵌入式ARM 系統(tǒng)主控面板、智能運(yùn)動(dòng)控制卡、可觸摸式液晶顯示屏、發(fā)展主軸傳動(dòng)單元/馬達(dá)、供彈主軸傳動(dòng)單元/馬達(dá)、輸入/輸出信號(hào)模塊、系統(tǒng)電源模塊。

圖1 花樣縫紉機(jī)主體部分結(jié)構(gòu)圖

1.2 嵌入式花樣縫紉機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理

花樣縫紉機(jī)處于運(yùn)行階段時(shí),通過主軸電機(jī)帶動(dòng)縫紉機(jī)針按垂直方向進(jìn)行工作,主軸電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一次,針垂直工作一次,實(shí)現(xiàn)進(jìn)給架內(nèi)布料的縫制工作;X 軸和Y 軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)給架左右、前后移動(dòng),并定位;允許的進(jìn)給間隔由主軸電機(jī)編碼器的反饋信號(hào)決定,控制系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)控制單元將縫紉數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成控制指令,通過通信電路和I/O 接口控制花樣縫紉機(jī)的主軸、X 軸及Y 軸自動(dòng)控制。在允許送料區(qū)間的范圍內(nèi)X軸、Y 軸電機(jī)才能有效工作,以此來確?？p制與送料的同步實(shí)現(xiàn)。

1.3 嵌入式花樣縫紉機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

花樣縫紉機(jī)由于其功能特點(diǎn),需要實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)控制、精確定位、電機(jī)啟動(dòng)、顯示等功能[6],結(jié)合嵌入式處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)花樣縫紉機(jī)自動(dòng)控制是目前企業(yè)研究的重要方向?；涌p紉機(jī)由20世紀(jì)60年代開始由中低速向高速化轉(zhuǎn)變[6],在此之后的20年發(fā)展階段中,花樣縫紉機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量、技術(shù)水平不斷提升,品種也得到了充實(shí)和多樣化,這一時(shí)期的花樣縫紉機(jī)仍然以機(jī)械類產(chǎn)品為主;進(jìn)入80年代由于電子技術(shù)的迅猛發(fā)展,國際縫制機(jī)械產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)已經(jīng)從普通的機(jī)械結(jié)構(gòu)發(fā)展到采用光、電、聲、磁、激光、遙控傳感等多學(xué)科交叉,產(chǎn)品以自動(dòng)化機(jī)種為主,通過應(yīng)用電子技術(shù),使花樣縫紉機(jī)具備了自動(dòng)剪線、自動(dòng)返縫、自動(dòng)抬壓腳等功能,實(shí)現(xiàn)了花樣縫紉機(jī)的自動(dòng)化與電子化[4]?；涌p紉機(jī)從普通型向自動(dòng)化、電腦化方向發(fā)展,電腦控制縫紉機(jī)成為今后產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)。伺服系統(tǒng)的人性化設(shè)計(jì),如輕柔啟動(dòng)、精準(zhǔn)定位、自動(dòng)診斷和智能顯示,為花樣縫紉機(jī)的操作者和維修者提供了極大的便利,不僅可以提高生產(chǎn)效率,還可以減輕他們的勞動(dòng)強(qiáng)度,具有十分重要的意義。紡織、服裝行業(yè)重視效率和加工專業(yè)程度的提高,也使新型花樣縫紉機(jī)的開發(fā)存在巨大空間。[8]目前,基于永磁同步電機(jī)和DSP 全數(shù)字化控制的花樣縫紉機(jī)系統(tǒng)正在成為行業(yè)技術(shù)發(fā)展的潮流?；ㄊ娇p紉機(jī)從普通型向自動(dòng)化計(jì)算機(jī)化方向發(fā)展,計(jì)算機(jī)控制縫紉機(jī)將成為今后產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)。

2 嵌入式花樣縫紉機(jī)控制系統(tǒng)的工作流程

在實(shí)驗(yàn)操作過程中,花樣縫紉機(jī)工作流程可分為設(shè)備參數(shù)調(diào)試、花樣編程、編程測(cè)試及花樣縫制4個(gè)步驟,如圖2所示。其中花樣編程的測(cè)試結(jié)果對(duì)此次拼布的效果有著決定性影響,在花樣編程測(cè)試后需要進(jìn)行反復(fù)調(diào)試。

圖2 嵌入式花樣縫紉機(jī)工作流程圖

3 嵌入式花樣縫紉機(jī)控制系統(tǒng)在拼布配飾中的應(yīng)用實(shí)踐

3.1 準(zhǔn)備階段

3.1.1 材料選擇

拼布材料的選擇可分為面料選擇及縫線選擇2部分。對(duì)于面料的選取,主要選擇牛仔面料作為拼布配飾設(shè)計(jì)的主要面料,選用3種不同顏色的牛仔面料:克重為280 g/m2的淺藍(lán)色無彈薄牛仔面料,克重為550 g/m2的藏藍(lán)色無彈厚牛仔面料,克重為600 g/m2的純棉灰色無彈牛仔面料。將拼布所需不同顏色的牛仔面料背面置于最底層,在其上鋪雙面襯并熨燙在一起,處理后將玻璃纖維紙也熨燙在一起,如圖3所示,按照從上至下的順序熨燙在一起。根據(jù)此次拼布設(shè)計(jì)中的預(yù)想效果將不同顏色的牛仔面料裁剪并粘合在底布上。縫制前綜合考慮面料與縫線組合后的視覺效果及拼布面料的耐久度,選取0.3 mm 的棕色錦綸線作為拼布的縫線。

圖3 拼布面料處理方式

3.1.2 上線處理

上線處理分為面線處理和底線處理2部分。面線需根據(jù)縫線的材料屬性調(diào)整上線的張力?；剞D(zhuǎn)縫紉機(jī)手輪,將挑線桿調(diào)到最高點(diǎn),以此來確?？p紉過程開始時(shí)不會(huì)發(fā)生脫線狀況。實(shí)驗(yàn)中選擇的面線為0.3 mm的錦綸線,由于其為化纖材質(zhì),故在穿線時(shí)應(yīng)穿過冷卻器。根據(jù)縫制牛仔面料的特性,使用數(shù)字張力調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)夾線的張力值,用夾線螺母(副夾線器)進(jìn)行調(diào)節(jié),使上線剩余線頭在42 mm 左右的范圍內(nèi)。在底線的處理上仍選擇與面線相同的0.3 mm 的錦綸線,將縫紉模式調(diào)整為卷線模式,確認(rèn)針與壓腳處在安全位置后放下壓腳;選擇縫紉頁面中的Wind鍵進(jìn)入系統(tǒng)的卷線模式,完成卷線后返回主頁面;轉(zhuǎn)動(dòng)梭芯套上的調(diào)節(jié)螺釘調(diào)節(jié)底線張力,使手握住錦綸線時(shí)保證梭芯套不會(huì)因自重滑落,達(dá)到底線張力標(biāo)準(zhǔn)。

3.1.3 感度調(diào)整

為避免機(jī)器運(yùn)行時(shí)發(fā)生錦綸線斷線不能及時(shí)檢測(cè)的問題,不斷轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)試光感應(yīng)器中的旋鈕以此來檢測(cè)當(dāng)錦綸線斷線情況發(fā)生時(shí)的靈敏度。

3.2 縫紉階段

3.2.1 花樣編程

根據(jù)準(zhǔn)備階段選擇的拼布色彩及大小分布,選擇合適的線跡進(jìn)行編程,選擇編程頁面中的“開始創(chuàng)建數(shù)據(jù)”選項(xiàng),調(diào)整各編程文件的參數(shù)。此次拼布線跡選擇使用“V 曲折縫”,曲折縫直針距為2.0 mm,左寬度為1 mm,右寬度為1 mm,針數(shù)為2針;回針為“V 加固縫”,開始及結(jié)束時(shí)的針數(shù)均為3針。為了使上一個(gè)花樣縫線終點(diǎn)與當(dāng)前編程的花樣輪廓起點(diǎn)連接,將輪廓連接設(shè)定調(diào)整為“送布”。之后移動(dòng)JOG 鍵將光標(biāo)移至要設(shè)定的落針點(diǎn),對(duì)下一縫紉位置進(jìn)行確認(rèn)。

拼布縫線分為2種:一種為加固性花樣縫線,如圖4所示,主要用于各單元布料的接縫處,起到將各單元布片加固縫合的作用;另一種為裝飾性花樣縫線,如圖5所示。這類花樣按照拼布的位置進(jìn)行花樣的編程,此次編程結(jié)束后保存數(shù)據(jù),輸入結(jié)束碼,選擇通常模式111。

圖4 加固性花樣縫線

圖5 裝飾性花樣縫線

3.2.2 編程測(cè)試

保存加固性花樣縫線編程文件名為001,保存裝飾性花樣縫線編程文件為002;進(jìn)入主頁面選擇“縫紉”,打開加固性花樣縫線編程文件001,調(diào)整數(shù)字張力器的值為24,縫紉速度為500 sti/min,選擇TEST 鍵進(jìn)入測(cè)試模式;試送布開始移動(dòng)的狀態(tài)下,針數(shù)逐步遞減;進(jìn)入測(cè)試模式后,檢查加固性花樣縫的位置及裝飾性縫線的位置與實(shí)際拼布面料上的對(duì)位是否一致。如果發(fā)現(xiàn)有位置偏移過大的地方,結(jié)束模擬后重新進(jìn)入編程頁面進(jìn)行調(diào)整,以此來確保達(dá)到預(yù)期的效果。

3.2.3 編程修正

根據(jù)程序中TSET 測(cè)試的反饋情況,返回編程頁面選擇“修正程序編輯輪廓”中的“移動(dòng)輪廓”選項(xiàng);調(diào)整裝飾性花樣縫線中與應(yīng)縫合布料上位置不符的花樣位置,移動(dòng)JOG 鍵將光標(biāo)移至需要修改的輪廓,選擇自由移動(dòng)模式。如圖6所示,將圖案按照需要縫制的位置移動(dòng),編程調(diào)試后將此文件保存為002,之后再次進(jìn)行TSET 測(cè)試,直至達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)效果。

圖6 花樣編程修改

3.2.4 拼布縫制

將經(jīng)過測(cè)試且修正后的002編程文件錄入系統(tǒng),按照調(diào)試后的張力器值24、縫紉速度500 sti/min的參數(shù)進(jìn)行拼布縫紉,如圖7所示。

圖7 縫紉參數(shù)

3.3 裁片組合

將縫制好的各拼布裁片進(jìn)行整燙,按照各部分結(jié)構(gòu)圖,將手提包拼布的包身主體與其余各部分版片進(jìn)行組合。

3.4 成品展示

根據(jù)效果圖縫制的牛仔拼布手提包如圖8所示。在牛仔拼布的基礎(chǔ)上,加入麻材質(zhì)編織包袋與皮革裝飾扣設(shè)計(jì),以此增加拼布包的整體性與時(shí)尚感。

圖8 拼布手提包成品展示

4 嵌入式花樣縫紉機(jī)控制系統(tǒng)在拼布設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)分析

4.1 縫紉精度的優(yōu)化

縫紉線跡作為拼布的重要組成部分,它與拼布有著密切的聯(lián)系,并且影響著拼布藝術(shù)的形式美感,與拼布巧妙結(jié)合的縫紉線跡可以成為拼布圖案的一種裝飾,能夠?qū)ζ床紙D案起到點(diǎn)綴和修飾的作用。[9]通過嵌入式花樣縫紉機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行的拼布設(shè)計(jì),由于拼布縫制前根據(jù)實(shí)驗(yàn)所采用面料的特性進(jìn)行了相應(yīng)縫線張力參數(shù)的調(diào)節(jié)及測(cè)試,因而縫制的裝飾性花樣縫線及加固性花樣縫線針對(duì)面料不同拼接部位的薄厚皆可提前進(jìn)行處理與預(yù)設(shè),使縫線與面料的組合呈現(xiàn)最佳效果。并且由于縫紉機(jī)工作全程為嵌入式系統(tǒng)控制,沒有加入人為主觀因素干預(yù),這使得機(jī)縫拼布過程中機(jī)縫線跡針腳緊密、針距均勻、縫紉頻率穩(wěn)定、縫紉速率高的特點(diǎn)得到了進(jìn)一步的提升與優(yōu)化。[9]

4.2 設(shè)計(jì)方式的轉(zhuǎn)變

嵌入式花樣縫紉機(jī)的花型庫是根據(jù)設(shè)計(jì)者的需求進(jìn)行點(diǎn)、線、面及復(fù)雜圖案的繪制與構(gòu)建的,這為使用者提供了多元化的設(shè)計(jì)選擇。編程后的縫紉花樣可在拼布縫制前根據(jù)編程后的縫線位置進(jìn)行模擬測(cè)試,減少了縫制過程中的試錯(cuò)成本。嵌入式花樣縫紉機(jī)為數(shù)字化生產(chǎn),多采用系統(tǒng)控制,減少了對(duì)人為主觀因素的依賴,設(shè)計(jì)師只需要根據(jù)生產(chǎn)內(nèi)容設(shè)定好相應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)即可,這為設(shè)計(jì)師的操作提供了更多的選擇。

5 結(jié)束語

通過嵌入式花樣縫紉機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行的拼布設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論如下。

(1)嵌入式花樣縫紉機(jī)控制系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)拼布的縫制流程及設(shè)計(jì)模式,嵌入式花樣縫紉機(jī)控制系統(tǒng)操作便捷,使用者可根據(jù)需要進(jìn)行線跡及圖案的繪制、調(diào)整、模擬縫紉、花樣修改等,為使用者提供了更加便捷且豐富的設(shè)計(jì)選擇。同時(shí),嵌入式花樣縫紉機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)操作者的綜合設(shè)計(jì)及時(shí)間操作水平有了更高的要求。

(2)嵌入式技術(shù)融入到工業(yè)縫紉機(jī)自動(dòng)控制中,提升了縫紉機(jī)智能控制程度、穩(wěn)定性、可靠性,因此能夠更好地滿足量產(chǎn)化的拼布縫制需求,從而彌補(bǔ)工業(yè)縫紉機(jī)人工操作環(huán)節(jié)的誤差與損耗。