基于G代碼的絎縫機(jī)斷線斷電恢復(fù)的研究

楊九銅 梅宇亮 王昱晨 周任杰 朱志松

摘要：針對(duì)現(xiàn)有的絎縫機(jī)斷線斷電后恢復(fù)加工產(chǎn)生的位置偏移、重復(fù)走線等問(wèn)題，提出一種關(guān)于絎縫機(jī)斷線斷電后恢復(fù)加工的方法，提供自動(dòng)與手動(dòng)兩種恢復(fù)方式。絎縫機(jī)發(fā)生斷線斷電時(shí)，機(jī)頭自動(dòng)移動(dòng)到機(jī)械原點(diǎn)位置。自動(dòng)方式下，上位機(jī)根據(jù)下位機(jī)反饋的斷線斷電位置，判斷斷點(diǎn)位置所處絎縫類(lèi)型，根據(jù)絎縫類(lèi)型的不同改寫(xiě)G代碼，從斷點(diǎn)處插入改寫(xiě)的G代碼繼續(xù)加工;手動(dòng)方式由操作者選擇軌跡，截取從選定軌跡處絎縫花型文件，生成新G代碼恢復(fù)加工。

關(guān)鍵詞：絎縫機(jī);G代碼;花型;斷線斷電恢復(fù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TG659文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1009-265X（2020）01-0089-05Research on Processing Resuming After Thread Breakage or

Power Outage of Quilting Machine Based on G Code

YANG Jiutong， MEI Yuliang， WANG Yuchen， ZHOU Renjie， ZHU Zhisong

Abstract：In response to the problems of position deviation and repeated routing while resuming processing after thread breakage or power outage of the existing quilting machine， a method for resuming processing of quilting machine after thread breakage or power outage is proposed， which provides automatic mode and manual mode. In the case of thread breakage or power outage， the headpiece automatically moves to the original point of the mechanical coordinate. In automatic mode， the master computer judges the type of quilting trajectory where the breakpoint is located according to the feedback from the slave computer， G code will be rewritten according to the type of quilting trajectory， and the rewritten G code will be inserted into the breakpoint to continue processing. In manual mode， the system program will capture the file on quilting pattern from the manually selected trajectory and generate new G code to resume processing.

Key words：quilting machine; G code; pattern; processing resuming after thread breakage or power outage

絎縫機(jī)是用于縫制床墊、床罩上線性圖案的紡織機(jī)械，在絎縫過(guò)程中，計(jì)算機(jī)控制針架與布料之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，縫制出各種預(yù)先設(shè)計(jì)的圖案[1]。絎縫機(jī)在加工時(shí)會(huì)發(fā)生意外斷電或針?biāo)蟛煌綄?dǎo)致斷線的情況，在現(xiàn)有機(jī)器上操作者需要立刻暫停生產(chǎn)，通過(guò)手動(dòng)操作絎縫機(jī)頭回到斷線斷電位置，與真實(shí)斷點(diǎn)存在位置誤差，在恢復(fù)加工后會(huì)導(dǎo)致花型變形，影響圖案美觀。同時(shí)，由于G代碼中圓弧代碼的圓心增量值已發(fā)生變化，因此斷點(diǎn)若在圓弧上，則無(wú)法使用原G代碼繼續(xù)加工。因此亟需開(kāi)發(fā)一種新的方法來(lái)解決這種問(wèn)題。

本文提出了一種基于倍福系統(tǒng)[2]和G代碼的絎縫機(jī)斷線斷電后恢復(fù)加工的方法，提供自動(dòng)和手動(dòng)加工兩種方式：a）自動(dòng)方式下可從當(dāng)前斷線斷電處恢復(fù)，根據(jù)斷線斷電處絎縫軌跡不同和下位機(jī)保存的斷點(diǎn)坐標(biāo)，上位機(jī)插入改寫(xiě)的G代碼以恢復(fù)加工;b）手動(dòng)方式下，由操作者在上位機(jī)圖形界面上選定軌跡，生成從指定軌跡起始的新G代碼，并發(fā)送到下位機(jī)繼續(xù)加工。斷線情況下使用手動(dòng)方式，可加固斷線前已完成的部分絎縫。通過(guò)對(duì)G代碼的重新編輯和定位恢復(fù)斷線斷電后的繼續(xù)加工，提升工作效率。

1絎縫花型文件介紹

上位機(jī)根據(jù)設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)的床墊、床罩上縫制的圖案形成花型文件，文件中每一行代表一段花型軌跡，每段軌跡具有固定格式，如圖1所示。第一位代表線段類(lèi)型：0代表直線，1代表圓弧，2代表虛線;第二位、第三位代表起點(diǎn)的X、Y坐標(biāo)值，第四位、第五位代表終點(diǎn)的X、Y坐標(biāo)值;若線段類(lèi)型為圓弧，則第六位、第七位分別代表圓弧起點(diǎn)相對(duì)于圓心X、Y的坐標(biāo)增量，第八位代表圓弧旋向，0代表順時(shí)針，1代表逆時(shí)針;若線段類(lèi)型為直線，則第六、七、八位均為0;第九位代表絎縫機(jī)加工速度。圖1花型文件格式

使用Python語(yǔ)言編程，將線段類(lèi)型作為標(biāo)記位以區(qū)分直線、圓弧、虛線[3]，根據(jù)每段花型不同位代表的不同格式特征，通過(guò)識(shí)別不同標(biāo)記位生成G代碼文件。若線段類(lèi)型為直線，根據(jù)起點(diǎn)與終點(diǎn)X、Y坐標(biāo)值，繪制直線元素item，添加到圖形視圖框架Qgraphicsview中;若線段類(lèi)型為圓弧，根據(jù)起點(diǎn)與終點(diǎn)坐標(biāo)值、圓弧起點(diǎn)相對(duì)于圓心X、Y坐標(biāo)值以及旋向，使用QT中span方法繪制圓弧元素item并添加到視圖框架中?；ㄐ蛨D案如圖2所示。

2斷線斷電方案設(shè)計(jì)

2.1斷線斷電恢復(fù)原理

當(dāng)斷線斷電等意外發(fā)生時(shí)，絎縫機(jī)下位機(jī)保存現(xiàn)場(chǎng)，上位機(jī)控制系統(tǒng)自動(dòng)讀取保存的斷點(diǎn)處的位置坐標(biāo)、G代碼行號(hào)等數(shù)據(jù)，同時(shí)控制絎縫機(jī)頭回到機(jī)械坐標(biāo)原點(diǎn)，并提供手動(dòng)與自動(dòng)兩種恢復(fù)加工方式。操作者選擇自動(dòng)恢復(fù)加工方式時(shí)，上位機(jī)生成回?cái)帱c(diǎn)的G代碼指令，此時(shí)根據(jù)當(dāng)前加工軌跡不同操作有異，直線指令包含終點(diǎn)坐標(biāo)，圓弧指令僅包含終點(diǎn)與圓心相對(duì)于起點(diǎn)增量值坐標(biāo)，若為直線則調(diào)用原G代碼;若為圓弧，則需要計(jì)算圓弧相對(duì)于斷點(diǎn)位置的坐標(biāo)增量值，生成當(dāng)前圓弧的G代碼，同時(shí)合并原G代碼，恢復(fù)絎縫機(jī)加工。操作者選擇手動(dòng)方式恢復(fù)加工時(shí)，由于每一段軌跡均對(duì)應(yīng)花型文件中的一行代碼且在圖形視圖框架Qgraphicsview上順序生成圖形，可由當(dāng)前選定軌跡所處層次查找花型文件對(duì)應(yīng)行號(hào)，截取并保留選定軌跡之后的花型文件，重新生成G代碼，恢復(fù)絎縫機(jī)加工。絎縫機(jī)斷線斷電恢復(fù)加工方案如流程圖3所示。

2.2恢復(fù)加工

2.2.1位置反饋

絎縫機(jī)加工時(shí)，下位機(jī)將當(dāng)前機(jī)頭位置相對(duì)于機(jī)械坐標(biāo)原點(diǎn)的X，Y坐標(biāo)和當(dāng)前加工線段所在G圖3方案流程

代碼行號(hào)實(shí)時(shí)保存在倍福寄存器中。若發(fā)生斷線斷電，上位機(jī)讀取保存的斷點(diǎn)位置與行號(hào)并獲得位置反饋。讀取斷點(diǎn)處的行號(hào)方法如下。

line_number=plc.read_by_name（′.ADI_linenumber′，pyads.PLCTYPE_UINT）

上、下位機(jī)間采用ADS通訊[4]，導(dǎo)入ADS的Python封裝庫(kù)pyads[5]，調(diào)用plc.read_by_name（）函數(shù)，通過(guò)讀取寄存器變量名方式獲得寄存器內(nèi)容。其中，.ADI_linenumber代表行號(hào)寄存器的變量名;pyads.PLCTYPE_UINT代表行號(hào)寄存器中存放的整型數(shù)據(jù)。

2.2.2返回原點(diǎn)

發(fā)生斷電斷線狀況后，上電后發(fā)送G代碼“G00 X0 Y0”到下位機(jī)，機(jī)頭快速返回原點(diǎn)，系統(tǒng)根據(jù)中止加工的類(lèi)型[6]，若為斷線，則操作者在原點(diǎn)位置重新穿線。

2.2.3選擇恢復(fù)加工方式

當(dāng)絎縫機(jī)機(jī)頭回到原點(diǎn)后，上位機(jī)提示操作者根據(jù)實(shí)際需求選擇恢復(fù)加工方式。

a）若從斷點(diǎn)處繼續(xù)加工，則采用自動(dòng)方式加工，判斷是否改寫(xiě)G代碼，插入從斷點(diǎn)處繼續(xù)的G代碼;

b）若自行選擇繼續(xù)加工位置，則采用手動(dòng)方式加工，生成從操作者選擇加工位置繼續(xù)的G代碼。

2.2.4自動(dòng)恢復(fù)生產(chǎn)

操作者選擇自動(dòng)方式，絎縫機(jī)將從斷點(diǎn)處恢復(fù)加工。上位機(jī)讀取下位機(jī)保存的斷點(diǎn)坐標(biāo)x1，y1，發(fā)送G代碼指令“G00 Xx1 Yy1”到下位機(jī)，絎縫機(jī)頭移動(dòng)到G代碼指令中保存的斷點(diǎn)位置。

上位機(jī)讀取斷點(diǎn)位置G代碼所在行號(hào)line_number，若斷點(diǎn)所在軌跡為直線，直線G代碼中已存在直線終點(diǎn)坐標(biāo)，無(wú)相對(duì)坐標(biāo)的影響，因此無(wú)需改寫(xiě)G代碼。在G代碼起始位置插入跳轉(zhuǎn)語(yǔ)句，將line_number行及之后G代碼發(fā)送至下位機(jī)，下位機(jī)收到指令后繼續(xù)完成花型文件的加工;若斷點(diǎn)所在軌跡為圓弧，圓弧G代碼中的I，J表示圓心坐標(biāo)相對(duì)于圓弧起點(diǎn)增量值[7]，此時(shí)圓弧起點(diǎn)發(fā)生變化，相對(duì)于圓心增量值也發(fā)生變化，如圖4所示。若從斷點(diǎn)處繼續(xù)，此圓弧G代碼中圓心坐標(biāo)的增量值發(fā)生變化，因此需要將斷點(diǎn)處作為圓弧新起點(diǎn)，重新計(jì)算圓弧圓心相對(duì)于新起點(diǎn)的坐標(biāo)，改寫(xiě)圓弧G代碼[8]。改寫(xiě)圓弧G代碼如流程圖5所示。

上位機(jī)讀取斷點(diǎn)處G代碼行號(hào)，調(diào)用斷線斷電前的圓弧G代碼獲得圓弧起點(diǎn)坐標(biāo)lastX，lastY，圓心相對(duì)于起點(diǎn)坐標(biāo)增量值oldI，oldJ，計(jì)算出斷點(diǎn)處圓弧圓心相對(duì)于新起點(diǎn)的newI，newJ坐標(biāo)，生成新圓弧G代碼“G02 Xx2 Yy2 InewI JnewJ”，系統(tǒng)插入該代碼并發(fā)送至下位機(jī)，絎縫機(jī)恢復(fù)加工。生成新G代碼方法如下。

realseq=int（（line_number-10）/10）

newI=float（oldI+lastX-（xshutdown））

newJ=float（oldJ+lastY-（yshutdown））

newline=″.join（[gcode[realseq].split（″）[0][0：]，x3，y3，′I′+str（newI），′J′+str（newJ），gcode[realseq].split（″）[6][0：]）

gcode.insert（0，′N(xiāo)1′+′G00X′+str（xshutdown）+′Y′+str（yshutdown））

根據(jù)斷點(diǎn)處上一行行號(hào)realseq，split（）函數(shù)截取字符判斷斷線處軌跡類(lèi)型。其中，G02代表順時(shí)針圓弧，G03代表逆時(shí)針圓弧[9]，x3，y3為原圓弧終點(diǎn)坐標(biāo)值。獲取斷線斷電前G代碼圓心相對(duì)于圓弧起點(diǎn)增量oldI，oldJ，以及圓弧起點(diǎn)坐標(biāo)lastX，lastY，計(jì)算新的圓弧起點(diǎn)相對(duì)于圓心的增量newI，newJ。join（）函數(shù)連接字符串，生成新圓弧G代碼替換斷線斷電前G代碼中相應(yīng)位置，在G代碼列表gcode起始位置插入快速移動(dòng)到斷點(diǎn)處G代碼，其中，xshutdown，yshutdown為斷點(diǎn)坐標(biāo)。

2.2.5手動(dòng)恢復(fù)生產(chǎn)

操作者選擇花型中某一軌跡加工，如圖6所示，系統(tǒng)返回當(dāng)前軌跡在圖形容器中的層次序號(hào)，定位到花型文件中，作為起始花型軌跡，重新生成G代碼。

1—虛線框表示從此處往后加工

選擇圖形上的軌跡元素，觸發(fā)mousePressEvent事件獲得當(dāng)前元素，為確保選中單一軌跡，清空?qǐng)鼍皊cene中的原有選擇，同時(shí)設(shè)置當(dāng)前軌跡為選中狀態(tài)，方法如下。

def mousePressEvent（self， Event）：

self.scene.clearSelection（）

items=self.scene.items（）

self.setSelected（True）

操作者選定軌跡后，軌跡序號(hào)sn，當(dāng)前軌跡元素curitem傳遞給槽函數(shù)press_slot。獲取選定軌跡序號(hào)方法如下。

def press_slot（self， sn， curitem）：

item_selected=len_items-sn

gcode=gcode[item_selected：]

其中，len_items為當(dāng)前花型中所有元素個(gè)數(shù)，item_selected為選定軌跡在花型文件中的序號(hào)，由于每行花型代碼對(duì)應(yīng)一行G代碼，因此可作為當(dāng)前位置，截取G代碼。

上位機(jī)根據(jù)返回的當(dāng)前軌跡序號(hào)，調(diào)用split（）函數(shù)獲取選擇軌跡處G代碼X軸坐標(biāo)x4、Y軸坐標(biāo)y4，insert（）函數(shù)在G代碼列表gcode起始位置插入“G00 Xx4 Yy4”，將絎縫機(jī)頭定位到操作者所選軌跡起點(diǎn)處。更新G代碼方法如下。

x4=float（gcode[item_selected-1].split（''）[2][1：]）

y4=float（gcode[item_selected-1].split（''）[3][1：]）

gcode.insert（0，′N(xiāo)1′+′G00 X′+str（x4）+′Y′+str（y4））

該方式可實(shí)現(xiàn)指定加工功能，允許操作者自由選擇花型圖中任意位置作為加工起點(diǎn)。

3結(jié)語(yǔ)

本文介紹了絎縫機(jī)加工花型、絎縫機(jī)加工工況，以及基于G代碼的絎縫機(jī)對(duì)斷線斷電等意外突發(fā)狀況的兩種處理方式。自動(dòng)恢復(fù)方式操作簡(jiǎn)單，從斷點(diǎn)處自動(dòng)恢復(fù)加工，省去了現(xiàn)有設(shè)備中需要人工校準(zhǔn)等繁瑣的操作步驟，提高了絎縫的準(zhǔn)確性和工作效率;手動(dòng)恢復(fù)方式可指定任意線段或圓弧作為恢復(fù)絎縫加工的起點(diǎn)，靈活性和實(shí)用性較強(qiáng)。

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收稿日期：2019-01-29網(wǎng)絡(luò)出版日期：2019-06-13

基金項(xiàng)目：江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目（蘇財(cái)教〔2018〕192號(hào)）;江蘇省高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃（201810304070Y）

作者簡(jiǎn)介：楊九銅（1998-），男，江蘇海安人，2016級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)本科生。

通信作者：朱志松，Email：zhu.zhs@ntu.edu.cn