Revision as of 10:20, 6 May 2016

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Le projet

L'objectif est de fabriquer un module qui, ajouté a une machine a coudre classique, la transforme en brodeuse.

Nous nous interdisons de modifier la machine a coudre pour des raisons d'acceptation et de simplicité de mise en oeuvre.

Le design est réfléchi pour être accessible et reproductible par le plus grand nombre (çàd avec de l'outillage grand public principalement).

L'ensemble du projet sera décrit ici même, sur cette page wiki.

Technique

Le système envisagé est assez simple:

un capteur pour connaître la position de l'aiguille et n'avancer que quand elle est sortie du tissus
une table XY motorisée soutenant un cadre de broderie.
une électronique de commande faite autour d'une carte a microcontrôleur du commerce

Mécanique

la table XY

contraintes

les impératifs de précision sont assez faibles (1/10eme de mm suffisant).

Les contraintes mécaniques sur le cadre sont légères (traction du fil) mais le bras de levier indispensable à la fois pour une bonne intégration du bâtit et une surface de broderie importante, force a une mécanique rigide et a faible jeu.

Pour pouvoir gérer une cadence de points de 10 a 15 points/secondes (vitesse moyenne des machines a coudre) avec des points de l'ordre de 5mm de long la table doit gérer des accélérations/décélérations ce qui la force a être relativement rapide (10/15 cm/sec) mais surtout supporter des vibrations importantes.

Leu jeu de la mécanique a ici encore une importance critique puisqu'il limite les vibrations et permet une stabilisation plus rapide en fin de course.

solutions

Notre structure se compose d'un axe X parallèle a la machine et d'un axe Y perpendiculaire (et donc parallèle au sens de couture classique)

2 moteurs pas a pas en format nema 14 a 200 pas/tour assurent l’entraînement par le biais de courroies de 8mm

Le moteur de l'axe X entraîne un chariot le long de 2 stubs de 8mm avec des roulements a billes linéaires (les même que pour les imprimantes 3D)

Ce chariot soutiens lui même le moteur et l’ensemble de l'axe Y.

L'axe Y est formé d'une cornière alu (standard) et d'un autre stub de 8mm sur lequel glisse le support de cadre.

résultats

L'utilisation de stub et de roulements de faible qualité pose des problèmes de vibration et de jeu. Nous envisageons une alternative pour la prochaine version.

Les moteurs sont parfaitement adaptés à cette application, les vitesses de déplacement sont suffisantes et la puissance n'a jamais été un problème (trop puissants ils pourraient même casser l'aiguille...).

Excepté un problème de réglage de l’électronique ils ne chauffent pas trop même en utilisation intensive (démos sur salon) ce qui autorise un refroidissement passif.

Les courroies ont aussi donné toute satisfaction, la seule problématique étant de trouver des roulements a billes suffisamment large et de faible diamètre pour les guider.

le cadre

contraintes

Le choix a été d'avoir une surface brodable maximale. Celle ci est limitée dans un axe par la longueur du col de cygne de la machine a coudre mais n'a pas de limite a priori dans l'autre axe.

Le cadre doit être capable de maintenir le tissus et son support en tension malgré les efforts mécaniques du fil.

solutions

Nous avons choisi de faire un cadre en impression 3D afin de limiter les contraintes de design (le cadre doit passer sous le pied de la machine lorsqu'il est relevé).

Ce cadre est composé de deux demis cadre extérieurs maintenus ensemble par des vis de serrage et d'un cadre intérieur qui assure la rigidité de l’ensemble

résultats

Les résultats sont mitigés.

Le cadre est encore un peu trop souple. le tissus est bien maintenu aux coins mais un peu trop lâche le long du cadre.

Malgré cela les résultats sont intéressants. Difficile de dire ce qui est du a la souplesse du cadre ou a la vibration de la méca...

le pied

contraintes

Le pieds doit être capable d'encaisser des mouvements rapides et réguliers et un capteur de position d'aiguille doit y etre attaché.

Il doit presser le tissus lors du retrait de l'aiguille et le relâcher une fois le fil rétracté sous le tissus (aiguille en position haute).

solutions

Nous avons choisi d'utiliser un pied du commerce destiné au machines coudre pour faire de la broderie en manuel.

Ce pied étant compatible avec la majorité des machines du commerce (même anciennes) cela nous simplifiait grandement le travail tout en assurant une fiabilité et une efficacité importante.

Ce pied dispose déjà de la fonction pressage et l'ajout du capteur était facilité par la disponibilité d'une tige sortant a l’arrière et fixé sur la partie pressante du pied.

Il nous suffisait alors de placer notre capteur (une fourche optique) pour détecter la position basse du pied.

résultats

Cette option est la bonne.

Le seul problème rencontré jusqu’à aujourd'hui est du a une section des fils du capteurs probablement dus au manipulation du pied (remontée en fin de travail et vibrations pendant). Ce problème devrait être relativement trivial a résoudre.

Électronique

Commande

contraintes

La partie commande doit être facile a sourcer, économique et simple a implémenter.

elle doit être connectable facilement à un ordinateur pour la piloter ou la reprogrammer (on fait de l'open hardware quand meme)

Elle doit être suffisamment rapide et avoir assez de mémoire pour stocker les points de broderie.

solutions

Nous avons décidé de nous orienter vers une carte stm32-F030. C'est une carte 32 bits de chez STmicroelectronics a base de M0 qui tourne a 48 MHz et qui coûte moins de 10€

La connexion avec l'ordinateur se fait par l’intermédiaire d'un pont série Bluetooth (le sans fil c'est cool et ça coûte rien ;))

Le choix a été fait de streamer les points a partir de l'ordinateur pour limiter la quantité de mémoire nécessaire et assurer un lien permanent entre l'ordinateur et l’électronique de commande (retours d'infos en live, arret d'urgence,...).

Le contrôle de la pédale de la machine n'a pas encore été implémenté. L’électronique interne de la machine nous pose quelques problèmes pour sa simulation.

résultats

Cette carte donne toute satisfaction.

La programmation n'est pas a la porté d'un débutant mais elle est très économique et le rapport qualité prix joue en sa faveur.

Puissance

contraintes

Il nous faut piloter 2 moteurs pas a pas avec de nombreux pics de consommation (accélérations/décélérations régulières).

Ces moteurs consomment en moyenne 300mA avec des pics a 1A, il nous faut donc des drivers adaptés.

solutions

Notre choix s'est tourné vers une carte home-made à base de drivers toshiba.

Ces drivers sont complètement surdimensionnés pour notre application mais c’était l'occasion de les tester et leur coût est de toute façon plus faible que les autres solutions regardées (7/8€ piece).

résultats

Ces drivers, après réglages ont l'air complètement adaptés.

Nous n'avons eu pour le moment aucun problème de surchauffe malgré le fait que nous ne leur avons pas mis de radiateurs (il est vrais que nous travaillons aujourd'hui en majorité a vitesse réduite (6/7 points/sec)).

Firmware

contraintes

Il nous faut gérer:

une communication série
2 drivers moteur
un capteur d'aiguille
un contrôle de pédale

solutions

résultats

Historique

Premier prototype

Fin 2014: premier prototype avec une vieille Singer, premiers motifs.

Problèmes:

hyperstatisme et couple insuffisant, châssis en bois inadapté.
vitesse réduite, 2 ou 3 points par secondes
pilotage de la vitesse à l'autotransformateur, avec une forte chauffe (pause toutes les 5 minutes sinon odeur de brûlé)
commander à l'arduino, obligation de reprogrammer pour changer de motif.
pédale non commandée (on/off géré manuellement)

Points positifs:

précision suffisante (mais surdimensionnée). Moteurs à 200 pas/tour, vis à bille en pas de 4mm => 20µm de résolution.
procédé rudimentaire mais fonctionnel et automatique pour broder à partir de fichiers svg.
il est possible de construire un socle non destructif pour la machine d'origine.
la machine de proto est vraiment un vieux tromblon, il est probable que nombres de problèmes ci-dessus disparaissent avec une machine plus récente.

Deuxieme prototype

La machine utilisée est une Singer Curvy. Ce prototype est né en avril/mai 2015.

Cibles de ce prototype:

Rigidité de la structure.
Mécanique propre avec des pièces standard (cornière alu, courroies, poulies,...) ou réaliseés à l'imprimante 3D. Le tout dans un soucis de reproductibilité dans un environnement moins riche en machines outils que l'Electrolab.
Entraînement à base de courroies pour rééquilibrer la vitesse/précision. Vérifier que le couple moteur est toujours suffisant.
Mécanique plus compacte et encloisonable dans un caisson.
Etudier l'adaptation sur une machine récente.
Sélection du cadre, solution maison ou cadre de broderie manuelle (le cadre de broderie machine n'a pas été évoqué à l'époque).

Résultats:

Notre carte de pilotage moteur fonctionne, sans surchauffe, et permet d'améliorer notre vitesse et couple. Une allure de 10 ou 12 points par seconde est envisageable. Les sources et fichiers de fabrication de cette carte se trouvent ici (TODO insert link).
Electronique fonctionnelle mais un peu brouillon: à moitié sur breadbord, fixation approximative, dépendance à une alimenation de laboratoire. Un peu de nettoyage est nécessaire.
Quelques pièces réalisées à l'imprimante 3D sont trop fragiles, design à revoir.
Toujours pas de logiciel adéquat. Effet de bord sur la tension de fil non gérée dans les longs déplacements et pertes de points.
Impossible sur ce modèle de rétracter les griffes, le cache-griffe fournit ne tient que moyennement, mais pas d'impact sur la broderie, le tissu n’étant pas pressé pendant les déplacements.
Présentation à la MakerFaire Paris 2015, qualité broderie grandement améliorée et des retours encourageant du public.
Plusieurs retours nous conseillent d'utiliser des supports de broderie, à tester. ( http://fr.madeira.de/fournitures/films-a-broder, http://www.rascol.com/broderie/avalon-madeira )

Deuxieme prototype, seconde édition pendant le CCC

http://blog.electrolab.fr/2015/08/20/electrolabccc2015/

Nous avons principalement travaillé sur le logiciel d'édition, le pied presseur et les supports de broderie. Le logiciel téléchargeable en bas de page est une version mi-CCC, il est aujourd'hui obsolète et nous travaillons pour sortir une version stable et récente. Si vous souhaitez tester notre logiciel n’hésitez pas à nous contacter sur openembroidery@gmail.com.

Nouveau pied-de-biche: spécial broderie, avec ressort pour plaquer le tissu et faciliter la remontée du fil. Modèle permettant d'y adapter notre capteur de position: une fourche optique pour détecter la position haute. Parmi les avantages: faible coût, pièce standard et facilement dénichable, modification facile. Ce pied améliore la broderie et nous supprime toutes pertes de points rencontrées sur les prototypes précédants.

Un troisième prototype de contrôle de la pédale (et donc de la vitesse de point) a été fait sur place, toujours sans succès, ce modèle nous donne du fil à retordre, il est possible qu'une autre machine, plus bas en gamme ou d'un autre fabricant, soit plus simple a piloter.

L'utilisation de supports de broderie est en fait un point très important dans le rendu final, beaucoup moins de déformations et une meilleure tension de tissu. Nous nous sommes rôdés sur la machine et les bonnes pratiques en broderie grâce aux visiteurs du CCC, en faisant de nombreux tests de broderie dont un essai d'appliqué plutôt réussi et plusieurs dizaines de démos de la machine dont une filmée (visible sur le lien au dessus).

On rapelle que toute aide de personnes habituées à ces machines est la bienvenue, notamment pour distinguer les limites liés a notre mécanique et ceux liés a la broderie elle même (vitesse, etat de surface, tension du tissu).

Fichiers

Le code de la version CCC du logiciel OpenEmbroider (version tres basique, utilisable uniquement pour les tests, pas d'interface utilisateur, compilation hazardeuse): OpenEmbroider
Le firmware N'est pas encore accessible car certains drivers ne sont pas libres et demandent une réécriture.
Fichiers CAO, il n'y a pas le pied capteur (Le nouveau modèle est de toute facon complètement différent). Tous les fichiers Stl pour l'impression 3D (environ 10h d'impression en tout).
Nos slides pour notre lightning talks au CCC2015 (en anglais).

A faire:

pilotage électronique pour remplacer la pédale
amélioration du logiciel embarqué (sans dépendances avec arduino)
Continuer le logiciel dédié à la broderie.

références & inspirations

Mots clefs de recherche: diy embroidery machine

http://edutechwiki.unige.ch/en/Computerized_embroidery (still active page, lot of information)
http://www.cnczone.com/forums/general-other-machine-discussion/170492-cnc.html
https://wiki.techinc.nl/index.php/Embroidery_machine
http://scanlime.org/2010/01/diy-sewing-machine-retrofit/

projets fonctionnels

brodeuse mécanique

http://www.cnczone.com/forums/cnc-wood-router-project-log/57404-software-19.html

software:

dev possible: https://www.biicode.com/lasote/nanosvg

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 = Technique =
-Le système est assez simple:
+Le système envisagé est assez simple:
 * un capteur pour connaître la position de l'aiguille et n'avancer que quand elle est sortie du tissus
-* deux axes de liberté avec des impératifs de précision assez faibles (le 10eme de mm est déjà très bien). En réalité les contraintes sur le cadre sont importantes, et la précision se voit abaisser selon le type d'accroche et le bras de levier selon la distance. Ces deux paramètres jouent sur la taille totale brodable. Pour l'instant le choix a été d'avoir une surface brodable maximale, une attention particulière sera portée à la précision et au réglages de la tension du fil.
+* une table XY motorisée soutenant un cadre de broderie.
-* une électronique de commande: deux solutions viables: celle des imprimantes 3D est facilement trouvable, fonctionne bien sans se poser trop de questions, mais est plus onéreuse. Une électronique moins chère est disponible chez les revendeurs chinois mais nécessite un peu plus de connaissances. Il est probable que l'Electrolab vende la base mécanique et électronique en kit, ce qui rendrait la 2e solution abordable.
+* une électronique de commande faite autour d'une carte a microcontrôleur du commerce
+= Mécanique =
+== la table XY ==
+=== contraintes ===
+les impératifs de précision sont assez faibles (1/10eme de mm suffisant).
+Les contraintes mécaniques sur le cadre sont légères (traction du fil) mais le bras de levier indispensable à la fois pour une bonne intégration du bâtit et une surface de broderie importante, force a une mécanique rigide et a faible jeu.
+Pour pouvoir gérer une cadence de points de 10 a 15 points/secondes (vitesse moyenne des machines a coudre) avec des points de l'ordre de 5mm de long la table doit gérer des accélérations/décélérations ce qui la force a être relativement rapide (10/15 cm/sec) mais surtout supporter des vibrations importantes.
+Leu jeu de la mécanique a ici encore une importance critique puisqu'il limite les vibrations et permet une stabilisation plus rapide en fin de course.
+=== solutions ===
+Notre structure se compose d'un axe X parallèle a la machine et d'un axe Y perpendiculaire (et donc parallèle au sens de couture classique)
+moteurs pas a pas en format nema 14 a 200 pas/tour assurent l’entraînement par le biais de courroies de 8mm
+Le moteur de l'axe X entraîne un chariot le long de 2 stubs de 8mm avec des roulements a billes linéaires (les même que pour les imprimantes 3D)
+Ce chariot soutiens lui même le moteur et l’ensemble de l'axe Y.
+L'axe Y est formé d'une cornière alu (standard) et d'un autre stub de 8mm sur lequel glisse le support de cadre.
+=== résultats ===
+L'utilisation de stub et de roulements de faible qualité pose des problèmes de vibration et de jeu. Nous envisageons une alternative pour la prochaine version.
+Les moteurs sont parfaitement adaptés à cette application, les vitesses de déplacement sont suffisantes et la puissance n'a jamais été un problème (trop puissants ils pourraient même casser l'aiguille...).
+Excepté un problème de réglage de l’électronique ils ne chauffent pas trop même en utilisation intensive (démos sur salon) ce qui autorise un refroidissement passif.
+Les courroies ont aussi donné toute satisfaction, la seule problématique étant de trouver des roulements a billes suffisamment large et de faible diamètre pour les guider.
+== le cadre ==
+=== contraintes ===
+Le choix a été d'avoir une surface brodable maximale. Celle ci est limitée dans un axe par la longueur du col de cygne de la machine a coudre mais n'a pas de limite a priori dans l'autre axe.
+Le cadre doit être capable de maintenir le tissus et son support en tension malgré les efforts mécaniques du fil.
+=== solutions ===
+Nous avons choisi de faire un cadre en impression 3D afin de limiter les contraintes de design (le cadre doit passer sous le pied de la machine lorsqu'il est relevé).
+Ce cadre est composé de deux demis cadre extérieurs maintenus ensemble par des vis de serrage et d'un cadre intérieur qui assure la rigidité de l’ensemble
+=== résultats ===
+Les résultats sont mitigés.
+Le cadre est encore un peu trop souple. le tissus est bien maintenu aux coins mais un peu trop lâche le long du cadre.
+Malgré cela les résultats sont intéressants. Difficile de dire ce qui est du a la souplesse du cadre ou a la vibration de la méca...
+== le pied ==
+=== contraintes ===
+Le pieds doit être capable d'encaisser des mouvements rapides et réguliers et un capteur de position d'aiguille doit y etre attaché.
+Il doit presser le tissus lors du retrait de l'aiguille et le relâcher une fois le fil rétracté sous le tissus (aiguille en position haute).
+=== solutions ===
+Nous avons choisi d'utiliser un pied du commerce destiné au machines coudre pour faire de la broderie en manuel.
+Ce pied étant compatible avec la majorité des machines du commerce (même anciennes) cela nous simplifiait grandement le travail tout en assurant une fiabilité et une efficacité importante.
+Ce pied dispose déjà de la fonction pressage et l'ajout du capteur était facilité par la disponibilité d'une tige sortant a l’arrière et fixé sur la partie pressante du pied.
+Il nous suffisait alors de placer notre capteur (une fourche optique) pour détecter la position basse du pied.
+=== résultats ===
+Cette option est la bonne.
+Le seul problème rencontré jusqu’à aujourd'hui est du a une section des fils du capteurs probablement dus au manipulation du pied (remontée en fin de travail et vibrations pendant). Ce problème devrait être relativement trivial a résoudre.
+= Électronique =
+== Commande ==
+=== contraintes ===
+La partie commande doit être facile a sourcer, économique et simple a implémenter.
+elle doit être connectable facilement à un ordinateur pour la piloter ou la reprogrammer (on fait de l'open hardware quand meme)
+Elle doit être suffisamment rapide et avoir assez de mémoire pour stocker les points de broderie.
+=== solutions ===
+Nous avons décidé de nous orienter vers une carte [http://www2.st.com/content/st_com/en/products/microcontrollers/stm32-32-bit-arm-cortex-mcus/stm32f0-series/stm32f0x0-value-line.html?icmp=ln1826_pron_pr_jan2015&sc=stm32f0-pr2 stm32-F030]. C'est une carte 32 bits de chez STmicroelectronics a base de M0 qui tourne a 48 MHz et qui coûte moins de 10€
+La connexion avec l'ordinateur se fait par l’intermédiaire d'un pont série Bluetooth (le sans fil c'est cool et ça coûte rien ;))
+Le choix a été fait de streamer les points a partir de l'ordinateur pour limiter la quantité de mémoire nécessaire et assurer un lien permanent entre l'ordinateur et l’électronique de commande (retours d'infos en live, arret d'urgence,...).
+Le contrôle de la pédale de la machine n'a pas encore été implémenté. L’électronique interne de la machine nous pose quelques problèmes pour sa simulation.
+=== résultats ===
+Cette carte donne toute satisfaction.
+La programmation n'est pas a la porté d'un débutant mais elle est très économique et le rapport qualité prix joue en sa faveur.
+== Puissance ==
+=== contraintes ===
+Il nous faut piloter 2 moteurs pas a pas avec de nombreux pics de consommation (accélérations/décélérations régulières).
+Ces moteurs consomment en moyenne 300mA avec des pics a 1A, il nous faut donc des drivers adaptés.
+=== solutions ===
+Notre choix s'est tourné vers une carte home-made à base de drivers toshiba.
+Ces drivers sont complètement surdimensionnés pour notre application mais c’était l'occasion de les tester et leur coût est de toute façon plus faible que les autres solutions regardées (7/8€ piece).
+=== résultats ===
+Ces drivers, après réglages ont l'air complètement adaptés.
+Nous n'avons eu pour le moment aucun problème de surchauffe malgré le fait que nous ne leur avons pas mis de radiateurs (il est vrais que nous travaillons aujourd'hui en majorité a vitesse réduite (6/7 points/sec)).
+== Firmware ==
+=== contraintes ===
+Il nous faut gérer:
+*une communication série
+*2 drivers moteur
+*un capteur d'aiguille
+*un contrôle de pédale
+=== solutions ===
+=== résultats ===
 = Historique =

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Revision as of 10:20, 6 May 2016

Contents

Le projet

Technique

Mécanique

la table XY

contraintes

solutions

résultats

le cadre

contraintes

solutions

résultats

le pied

contraintes

solutions

résultats

Électronique

Commande

contraintes

solutions

résultats

Puissance

contraintes

solutions

résultats

Firmware

contraintes

solutions

résultats

Historique

Premier prototype

Deuxieme prototype

Deuxieme prototype, seconde édition pendant le CCC

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