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]。花樣縫紉機(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。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。

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、編程測試及花樣縫制4個(gè)步驟,如圖2所示。其中花樣編程的測試結(jié)果對此次拼布的效果有著決定性影響,在花樣編程測試后需要進(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?？p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),以此來確保縫紉過程開始時(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)及測試,因而縫制的裝飾性花樣縫線及加固性花樣縫線針對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。