WO2005056903A1 - Verfahren und vorrichtung zum steuern der nadelbewegung bei einer nähmaschine - Google Patents

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WO2005056903A1
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sewing
detection device
needle
movement
presser foot
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PCT/CH2004/000065
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French (fr)
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Michael König
Gérard DURVILLE
Wolfgang Zesch
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Fritz Gegauf AG
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Fritz Gegauf AG
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D05—SEWING; EMBROIDERING; TUFTING
    • D05B—SEWING
    • D05B19/00—Program-controlled sewing machines
    • D05B19/02—Sewing machines having electronic memory or microprocessor control unit
    • D05B19/12—Sewing machines having electronic memory or microprocessor control unit characterised by control of operation of machine
    • D05B19/14—Control of needle movement, e.g. varying amplitude or period of needle movement
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D05—SEWING; EMBROIDERING; TUFTING
    • D05B—SEWING
    • D05B29/00—Pressers; Presser feet
    • D05B29/06—Presser feet

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for controlling the needle movement in a sewing machine according to the features of patent claims 1 and 9 as well as a presser foot for carrying out the method and an adapter according to the features of patent claims 13 and 15.
  • the sewing material in sewing machines is usually advanced to the next stitch position after the execution of a sewing stitch by means of a transport device.
  • a transport device Commonly used for this purpose are conveyors arranged in the area of the throat plate, which perform a flat-oval movement and protrude through slots in the throat plate during the feed phases and thus shift the sewing material.
  • Various methods are known of how the material to be sewn can be monitored during such transport operations. For example, sensors can be provided which detect the edges of the sewing material and interrupt the sewing process in good time so that there is no sewing stitch outside the sewing material.
  • BESTATIGUNGSKOPIE Puncture points of the sewing needle on the material is used.
  • a comparison device determines deviations of the actual values from stored target values for the position of these puncture points and influences the substance or thrust in such a way that subsequent puncture points deviate as little as possible from the desired target positions.
  • the sewing material When quilting, the sewing material is usually shifted manually, ie without the aid of a fabric transport device, lying on the sewing material support in different directions.
  • the needle bar movement for stitch formation is controlled by the operator manually or by means of a foot control.
  • the operator himself has to adapt the sewing speed to the respective fabric feed speed in such a way that the individual sewing stitches are carried out at a uniform distance from one another.
  • a method is already known, according to which a sensor arranged below the sewing material support detects relative movements between the sewing machine or an object that is immobile with respect to the sewing machine and the fabric layer lying directly on the sewing material support or stretched in a frame and controls the sewing needle drive in this way that the distance between individual sewing stitches is as constant as possible.
  • the material to be sewn comprises a plurality of layers of fabric lying on top of one another and / or applications applied to a layer of fabric.
  • the stack of material consisting of two or more layers of material can change the position of the individual layers relative to one another as a result of slippage.
  • the amount of slip depends on the nature of the individual layers of material, for example on the materials and their
  • Thick The number of individual layers also plays a role
  • the sewing material top relevant for the quality of the sewing or quilting process or its movements or relative movements can be detected parallel to the sewing material support.
  • the deviation of the distance between adjacent sewing stitches or the position of the individual sewing stitches from a selectable or adjustable Target distance or from selectable or adjustable target positions minimal.
  • the detection of the relative movement between the sewing material or any object that is not moving in relation to the sewing material and the sewing machine or any object that is not moving in relation to the sewing machine includes all possible configurations with moving sewing material and / or with a moving sewing machine.
  • the material can be clamped in a frame or freely movable.
  • an optical detection device in which an image section of the upper side of the material to be sewn is detected in the area of the sewing needle and is imaged on an image sensor via optics.
  • the detection area or the captured image section is large enough that individual structural features of the sewing material can be detected several times within the detection area even at high relative speeds or accelerations.
  • the optics of the detection device have a relatively large depth of field, so that a reliable detection of the position or location or the movement of the sewing material is possible regardless of its thickness and the number of layers of sewing material.
  • Detection device integrated in a presser foot.
  • the sewing material can be close to the puncture site are detected, whereby errors due to different movements of the sewing material at the puncture point and at the detection point can be kept to a minimum.
  • the presser foot jumps between two sewing stitches.
  • the detection optics also perform this bouncing movement, reliable detection of the sewing material is ensured, since the depth of field of the optics is at least as large as the stroke of the bouncing movement.
  • the upper side of the material to be illuminated is provided in the detection area, a light beam hitting the surface of the material at an optimized angle with respect to the surface of the material.
  • the light from the light source is guided via a prism to the top of the material to be sewn and from there via the same prism
  • Image sensor directed Thanks to the special design of the prism, the light source and the image sensor can be arranged very close to one another.
  • the space required by the detection device in the immediate vicinity of the material surface and the sole of the presser foot is very small, so that the presser foot is hardly or not perceived as an obstacle when sewing or quilting.
  • FIG. 1 shows a basic diagram of a sewing machine with the detection device according to the invention
  • FIG. 2 shows a partially cut-open presser foot with an integrated detection device
  • FIG. 3a shows a perspective view of the complete presser foot from FIG. 2
  • FIG. 3b shows the lower end of a presser bar with an adapter for connecting the presser foot from FIG. 3a
  • FIG. 4 shows the cut open presser foot from FIG. 2 in a side view
  • FIG. 5a shows a side view of a presser foot in the lowest lowering position of the hopping movement, with no sewing material resting on the stitch plate
  • FIG. 5b shows the presser foot from FIG. 5a in the maximally lowered position with a thick stack of sewing material resting on the stitch plate
  • FIG is shown partially cut away in side view
  • Figure 7 is a sectional view of the contact point between the presser bar and presser foot.
  • Figure 1 shows a schematic diagram of a sewing machine 1 with a device for controlling or regulating
  • the sewing machine 1 comprises a transport device 7, e.g. a conventional feed dog 7a with beam-like drivers (not shown), which perform an elongated oval circular movement for advancing the material or sewing material 3 and periodically protrude through slots in a needle plate 9.
  • the transport device 7 can be adjusted or adjusted or deactivated in such a way that when sewing or quilting with a free-hand feed, there is no automatic fabric feed.
  • the sewing machine 1 can also not include a transport device 7 for the automatic fabric feed.
  • the sewing machine 1 further comprises a stand 11 which carries an upper arm 13 with a sewing machine head or a head part 15.
  • the head part 15 is arranged above the needle plate 9.
  • On the underside of the head part 15 protrude a needle bar 17 for receiving a sewing needle 19 and a presser bar 21 for receiving a Presser foot 23 out of the head part 15.
  • a machine control 25 is provided for controlling the sewing machine 1.
  • a detection device 27, which is operatively connected to the machine control 25, is designed and arranged on the sewing machine 1 in such a way that it can detect relative movements of the sewing material 3 resting on the sewing material support or relative movements of the upper side of the sewing material which is facing the sewing needle 19 in relation to the sewing machine 1 ,
  • the term sewing machine 1 here also includes objects such as a sewing table or a holding device for the sewing machine 1 that are not moved relative to the sewing machine 1.
  • the operative connection between the detection device 27 and the machine control 25 is shown schematically by a broken line L0.
  • the active connection is used for one- or two-sided communication or signal transmission between the detection device 27 and the controller 25 and, if necessary, for the energy supply of the detection device 27.
  • the active connection can be, for example, electrical conductors and / or optical transmitters and receivers and / or a radio connection include, for example, based on Bluetooth technology.
  • optical elements such as lenses, mirrors, light guides and the like can be part of the operative connection between
  • the detection device 27 is above the needle plate 9 arranged in such a way that it can detect the top of the sewing material or its relative movements in the area of the insertion point of the sewing needle 19 into the sewing material 3.
  • the detection device 27 preferably comprises a camera or an image sensor 29 (FIG. 2). This
  • image sensor 29 In rapid succession (e.g. with a repetition frequency of approximately 1500 Hz), image sensor 29 detects a two-dimensional image of the section of the top of the sewing material located in the detection area of the sensor. Good results can be achieved with an image sensor 29 such as is used, for example, in optical computer mice.
  • image processing electronics integrated in the image sensor 29 or connected downstream thereof, e.g. based on
  • .Position change of structural features of the captured image section determine information about the direction and / or the amount and / or the speed and / or the acceleration of the displacement or the position change of the sewing material 3 or equivalent or similar values.
  • the detection area of the image sensor 29 can include the piercing point of the sewing needle 19 in the sewing material 3 or adjacent or spaced apart from it
  • Piercing point may be formed, for example in the area of the sole of the presser foot 23.
  • the detection area can for example, be elliptical or circular and cover an area of, for example, approximately 50 mm 2 or approximately 100 mm 2 .
  • the detection area is preferably close to the puncture point of the sewing needle 19.
  • the center of a circular detection area can be, for example, at a distance of approximately 5 mm or 10 mm or 15 mm from the puncture point of the sewing needle 19. It is thereby achieved that the deviation of the determined movement information from the actual values of the relative movement of the sewing material 3 at the insertion point of the sewing needle 19 is minimal. In particular, the influence of rotational movements about an axis of rotation running through the sewing needle 19 (not shown) is minimal.
  • the presser foot 23 prevents the sewing material 3 in the area of the puncture point from significantly
  • the material support can lift off.
  • the detection device 27 is designed in such a way that the detection of the sewing material 3 is largely independent of the thickness of the sewing material 3.
  • the imaging sensor 29 can be assigned imaging optics with optical elements such as lenses and diaphragms, which have a relatively high depth of field of, for example, 3 mm or 5mm or two thirds of the distance between the needle plate 9 and the underside of the head part 15 for the material to be imaged 3.
  • the detection device 27 can be completely or partially a) in the lower region of the head part 15 or b) between the head part 15 and the throat plate 9 or c) integrated in or held on a preferably replaceable presser foot 23.
  • a first device for controlling or influencing the needle movement is described in more detail below, in which the detection device 27 is wholly or partially integrated into the sewing foot 23 or held on the latter.
  • Figure 2 shows a first embodiment of such
  • Presser foot 23 which is partially cut open.
  • the presser foot 23 comprises a shaft 31 with a round receiving opening 33 arranged at the top for fastening the presser foot 23 to the lower end of a presser bar 21 (FIG. 3b).
  • Contact elements 37 are formed on the upper side of the shaft 31, for example in the form of contact springs within a contact module.
  • This electrical connection is part of an operative connection between the machine control 25 and the detection device 27.
  • an intermediate piece 43 is connected to the shaft 31 in a resilient or alternatively rigid manner. As shown in FIGS. 2 and 3a, one or.
  • a plurality of coil springs 45 can be provided, which presses the intermediate piece 43 against one or more stops 48 formed on the shaft 31 or on a part connected to it, such as a guide rod 46.
  • a counterforce occurs when the presser foot 23 is pressed onto the material 3
  • the intermediate piece 43 is displaced against the force of the coil springs 45. It is guided by the guide rod 46 or other guide elements.
  • a quilting or sewing sole, abbreviated sole 47 is interchangeable or alternatively fixed to the intermediate piece 43. In the example shown in FIG.
  • the detection device 27 comprises the CCD or CMOS image sensor 29, a sensor optics arranged in front of it or an optical imaging system with an aperture 49, a lens 51 and a partially mirrored prism 53. Furthermore, the detection device 27 comprises a light source 55, for example an LED, for illuminating the sewing material 3 in the detection area of the image sensor 29.
  • the LED, the image sensor 29 and evaluation electronics 57 connected downstream or integrated in the image sensor 29 are arranged on a common detection print 59, which is electrical. is connected to the contact module, for example by means of a flexprint 61 or a connecting cable.
  • FIG. 4 shows the cut-open presser foot 23 from FIG. 2 in a side view.
  • the sensor optics form a sufficiently large section of the material surface the image sensor 29, so that even relatively high speeds of the sewing material 3 in the range from, for example, 0.2 m / s to 0.6 m / s and relatively high accelerations of, for example, 5 m / s 2 can be detected.
  • the beam path of the light emitted by the LED is shown by a broken line L1.
  • the light passes through a converging lens 63, which can be part of the prism 53.
  • the light beam L 1 passes through the y-shaped prism 53 and strikes the exit surface 53 a of the prism 53 at a first angle ⁇ 1, which is flush or slightly offset upwards from the support surface of the sole 47.
  • the light beam L1 emerges from the prism at a second angle ⁇ 2 with respect to the exit surface 53a and impinges on the sewing material 3 at this second angle ⁇ 2, where it is partially reflected by the sewing material 3. Since the refractive index of the prism 53 is higher than that of the surrounding medium air, the second angle ⁇ 2 is smaller than the first angle ⁇ l.
  • the prism 53 and the light source 55 are preferably designed and arranged such that the angle of incidence ⁇ 2 of the light beam on the material 3 is between approximately 15 ° and approximately 45 ° and is, for example, 32 °.
  • the angle of incidence ⁇ 2 is optimized in such a way that on the one hand it is sufficiently small to ensure high-contrast illumination of the sewing material 3, and on the other hand sufficiently large that with increasing distance between the exit surface 53a and the sewing material 3, sufficient illumination of the detection area below the exit surface 53a is still ensured within certain limits.
  • the light path is schematically represented by an interrupted line L2 in the image of a section of the upper side of the sewing material 3 (detection area) lying below the exit surface 53a.
  • the light path runs from
  • the detection device 27 can be prefabricated inexpensively and simply without adjustment, for example by means of a Clips or a screw connection can be connected to the presser foot 23.
  • the detection area can be arranged close to the puncture point of the sewing needle 19, so that deviations of the actual relative material or sewing material movement directly at the puncture point from the detected relative material movement are minimal. In particular, the influence of disruptive rotational movements of the sewing material 3 about an axis of rotation (not shown) running through the puncture point is minimal.
  • Prism 53 is also the entrance area for imaging the detection area on the image sensor 29. It is relatively small and adjoins the sole 47 directly.
  • the presser foot 23 according to the invention thus represents almost no hindrance when sewing or quilting.
  • the detection device 27 can be brought very close to the sewing material 3. This means that the possibility that foreign objects get into the detection area and influence the measurement result is minimal.
  • the sensor optics or generally the detection device is designed in such a way that a high depth of field can be achieved in comparison to a conventional optical mouse. This is necessary because during quilting, the presser bar 21 with the presser foot 23 carries out bouncing movements with a stroke H1 of, for example, 2.2 mm or 2.5 mm in the rhythm of the stitch formation.
  • the distance is HO between the underside of the sole 47 and the top of the needle plate 9 with free needle plate 9 in the lowest position of the stroke movement about 0.5mm.
  • the full stroke H1 can thus be exhausted when the presser foot 23 bounces.
  • the stroke amplitude H3 of the presser foot 23 can decrease or change when the sole 47 of the presser foot 23 is in contact with the sewing material 3 when it is lowered.
  • H3 Hl + HO - H2.
  • the distance HO or the position of the presser bar 21 may be adjustable or adjustable.
  • the stroke H1 can also be constant or alternatively adjustable or adjustable.
  • the optics of the detection device 27 are designed such that their depth of field, ie the area within which reliable or sharp imaging on the image sensor 29 is possible despite the hopping movements of the detection device 27, is greater than the maximum possible stroke movement H1 of the presser bar 21.
  • the detection device 27 could also be on the presser bar 21 or on the presser foot 23 or on one any machine part arranged above the throat plate 9 can be resiliently fastened or designed in such a way that it is pressed onto the material 3 with slight pressure (not shown).
  • only a part of the detection device 27 could be integrated into the sewing foot 23 or connected to it, for example optical elements such as the prism 53 and / or lenses and / or mirrors and / or light guides, the light source 55 and / or the image sensor 29 (not shown).
  • FIG. 6 shows a further embodiment of a presser foot 23, in which the electrical connection between the detection device 27 integrated in the presser foot 23 and the machine control 25 arranged in the upper arm 13 via a cable 65 with a plug connection, for example a multipole jack plug 67 and a complementary jack socket ( no representation).
  • a plug connection for example a multipole jack plug 67 and a complementary jack socket ( no representation).
  • any connection types between the detection device 27 are of course alternative or parts thereof and the machine control 25 applicable.
  • electrical and / or optical connecting elements could be integrated directly into and / or formed on the presser bar 21.
  • the detection device 27 could be fed in the presser foot 23 by means of rechargeable batteries or batteries or alternatively by inductive energy transfer (not shown).
  • the signal or information transmission between the detection device 27 and the machine control 25 could also take place by means of an optical transmitter and receiver or by means of a radio transmission - for example in Bluetooth® technology.
  • FIG. 6 shows a sectional view of the contact point between the presser bar 21 and the presser foot 23 in a special embodiment of the invention, in which spring-loaded contact surfaces 39 in the form of balls 35 are formed on the presser bar 21. When the presser foot 23 is connected, these are in contact with the contact surfaces 37 formed on the presser foot 23.
  • the sewing foot 23 can comprise means for displaying the puncture positions of the sewing needle 19 on the upper side of the sewing material, for example in the form of an LED or laser diode with optical elements, which have a light spot or a limited light spot on it
  • Relative position changes or movements of the sewing material 3 are then detected by the detection device 27.
  • the detection device 27 evaluates the information supplied by the image sensor 29 at a high clock rate of, for example, 1500 images per second and, for example, determines the relative change in the position coordinates x and y for successive images and updates the position coordinates in accordance with the actual position of the sewing material 3.
  • the evaluation electronics 57 can be designed in such a way that rotary movements of the sewing material 3 about an axis of rotation (not shown) which runs through the piercing point of the sewing needle 19, or parts of such a rotating movement in the relative movement of the sewing material 3, are filtered out and for the calculation of the next piercing point are not taken into account.
  • further detection devices 27 can be provided with which the movement of the sewing material can be detected at different points.
  • the detection device 27 gives the machine control 25 the command to carry out a sewing stitch.
  • the stitch formation can alternatively be initiated shortly before the set stitch length is reached in order to compensate for the relative advance of the sewing material 3 in the time between the stitch triggering and the insertion of the needle 19 into the sewing material 3.
  • the coordinates x and y which reflect the position of the sewing material 3, are reset to the reference value.
  • the upper shaft which drives the needle 19 or the main motor for the execution of sewing stitches accelerated with full force and then braked again so that a sewing stitch is carried out with the sewing needle 19 in the sewing material 3 as short as possible and the sewing needle 19 is then parked again in its upper rest position for the next sewing stitch.
  • This operating mode is particularly suitable for low feed speeds of the sewing material 3.
  • the main motor can also rotate at a minimum idling speed of, for example, 500 or 800 revolutions per minute, as soon as it is activated, for example, by means of the foot control.
  • the needle bar 17 can be uncoupled from the main drive by means of a coupling device (not shown) and, for example, parked uncoupled from the main drive in an upper rest position. If the material feed is the specified one
  • the needle bar is temporarily coupled to the main drive for the execution of a sewing stitch and then uncoupled again.
  • This operating mode is suitable for slow to medium material feed speeds, for example when the material 3 begins to move, and prevents the frequent change between full drive power or full acceleration and full braking of the needle bar movement. Both of the aforementioned operating modes can prevent the sewing needle 19 from being deflected by the movement of the sewing material during stitch formation. This could result have that the sewing needle 19 hits the needle plate 9 and that damage to the sewing needle 19 and / or the sewing machine 1 occurs.
  • the process can be refined as follows:
  • the machine control 25 informs the detection device 27 of the respective position and speed of the sewing needle 19.
  • the electronic evaluation unit 57 calculates the optimal target speed or target deceleration for the sewing needle 19 and communicates this to the machine control 25. In this way, the machine controller 25 is not burdened with unnecessary computing effort.
  • a fast microcontroller that is optimally adapted to the task can be used to calculate the setpoints.
  • the processing of the measurement parameters of the image sensor 29 can also be carried out in part or in full by the machine control 25 if it has sufficient processing power.
  • the boundaries between the evaluation electronics 57 and the machine control 25 are therefore not fixed specified.
  • the machine control 25 can include the evaluation electronics 57.
  • One or more comparison values can be specified in a memory (not shown). If the speed of the needle drive or a corresponding measured variable exceeds or falls below such comparison values, this can cause a change between the different operating modes described above. Of course, a direction-dependent hysteresis is provided so that no undefined change between the individual operations can take place.
  • the described detection device or parts thereof can of course also be used for other purposes, for example for influencing the transport device 7 for the sewing material 3 or for detecting properties of the sewing material 3 before or after its processing. Some examples of such properties are the fabric structure, the position of the material edges or the quality of the seams.
  • a plug connection to the connection box for the foot control can be provided.
  • sewing machines 1 can be equipped or retrofitted with sewing feet 23 according to the invention without additional measures.
  • the evaluation electronics 57 of the detection devices 27 include such Presser feet 23 a control circuit that can simulate the effect of a foot control.
  • an adapter (not shown) is provided, which can be plugged directly into the socket for the foot control and a coupling for connecting the foot control and the connecting plug 67 to the presser foot 23.
  • the adapter includes the simulation electronics for influencing the sewing needle movement depending on the signals from the evaluation electronics 57 and the actuation of the foot control.
  • the foot control serves as a safety or main switch for the operation of sewing machine 1.
  • the needle drive can only be activated when the foot control is activated.
  • the machine control 25 reacts sluggishly or with a delay to the manipulated variable of the
  • the machine control 25 can now be adapted by changing the hardware, for example by adapting a low-pass filter, and / or by adapting the evaluation software in such a way that it can act on the needle drive without delay if the detection device 27 via the connection point for the foot control with the machine control 25 is in operative connection.
  • a delay-free influencing of the needle movement depending on the movement of the sewing material is possible regardless of whether the

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Abstract

Das Verfahren und die Vorrichtung zum Steuern der Nadelbewegung bei einer Nähmaschine (1) basieren auf einer Erfassungsvorrichtung (27), welche die Bewegungen der sichtbaren Oberseite des manuell verschiebbaren Nähguts (3) erfassen. Die Stichbildung der Nähmaschine (1) wird durch die erfassten Positionsänderungen des Nähgutes (3) in Verbindung mit einer vorgebbaren Stichlänge gesteuert. Die Erfassungsvorrichtung (27) kann ganz oder teilweise in einen Nähfuss (23) integriert sein.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Steuern der Nadelbewegung bei einer Nähmaschine
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern der Nadelbewegung bei einer Nähmaschine gemäss den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 9 sowie ein Nähfuss zur Durchführung des Verfahrens und ein Adapter gemäss den Merkmalen der Patentansprüche 13 und 15.
Üblicherweise wird das Nähgut bei Nähmaschinen nach der Ausführung eines Nähstichs mittels einer Transportvorrichtung zur nächstfolgenden Stichposition vorgeschoben. Verbreitet werden für diesen Zweck im Bereich der Stichplatte angeordnete Transporteure eingesetzt, welche eine flach-ovale Bewegung ausführen und dabei während der Vorschubphasen durch Schlitze in der Stichplatte hervorragen und so das Nähgut verschieben. Es sind verschiedene Methoden bekannt, wie das Nähgut bei solchen Transportvorgängen überwacht werden kann. So können beispielsweise Sensoren vorgesehen sein, welche die Kanten des Nähguts erkennen und den Nähvorgang rechtzeitig unterbrechen, damit kein Nähstich ausserhalb des Nähguts erfolgt.
Aus der DE19850742 ist eine Vorrichtung mit einer Kamera bekannt, die zum Feststellen der Lage zweier benachbarter
BESTATIGUNGSKOPIE Einstichstellen der Nähnadel auf dem Nähgut verwendet wird. Eine Vergleichseinrichtung stellt Abweichungen der Istwerte von gespeicherten Sollwerten für die Lage dieser Einstichstellen fest und beeinflusst den Stoff orschub derart, dass nachfolgende Einstichstellen möglichst wenig von den jeweils gewünschten Solllagen abweichen.
Beim Quilten wird das Nähgut in der Regel manuell, d.h. ohne Hilfe einer Stofftransportvorrichtung, auf der Nähgutauflage aufliegend in unterschiedliche Richtungen verschoben. Herkömmlich wird die Nadelstangenbewegung für die Stichbildung von der Bedienperson manuell oder mittels eines Fussanlassers gesteuert. Die Bedienperson muss die Nähgeschwindigkeit selbst derart an die jeweilige Stoffvorschubgeschwindigkeit anpassen, dass die einzelnen Nähstiche in gleichmässigem Abstand zueinander ausgeführt werden. Es ist aber auch schon ein Verfahren bekannt, wonach ein unterhalb der Nähgutauflage angeordneter Sensor Relativbewegungen zwischen der Nähmaschine bzw. einem in Bezug auf die Nähmaschine unbewegten Objekt und der direkt auf der Nähgutauflage aufliegenden bzw. in einem Rahmen aufgespannten Stoffschicht erfasst und den Nähnadelantrieb derart steuert, dass der Abstand zwischen einzelnen Nähstichen möglichst konstant ist. In der Regel umfasst das Nähgut mehrere aufeinander aufliegende Stoffschichten und/oder auf einer Stoffschicht aufgebrachte Applikationen. Beim Verschieben eines sochen Stoffstapels aus zwei oder mehr Nähgutschichten kann sich die Lage der einzelnen Schichten relativ zueinander infolge Schlupfs verändern. Die Höhe des Schlupfs hängt von der Beschaffenheit der einzelnen Nähgutschichten ab, also beispielsweise von den Materialien und von deren
Dicken. Ebenso spielt die Anzahl einzelner Schichten eine
Rolle.
Bei der Erfassung des Stoff- bzw. Nähgutvorschubs von unten her wird nur die Bewegung der untersten Nähgutschicht erfasst. Infolge des Schlupfs kann sich die oberste Schicht, welche nach dem Näh- bzw. Quiltvorgang die Ansichtseite ist, gegenüber der vom Sensor erfassten Schicht verschieben. In der obersten, sichtbaren Nähgutschicht können somit die einzelnen Stichpositionen von den gewünschten Sollpositionen abweichen. Die begrenzten Platzverhältnisse im Bereich der Stichplatte unterhalb der Nähgutauflage stehen einer optimalen Ausgestaltung der Sensorik für die Erfassung der Nähgutbewegung entgegen. Bei weit von der Einstichstelle der Nähnadel entfernter Erfassungsstelle können unzulässig hohe Fehler auftreten. Wenn die Erfassung der Nähgutbewegung möglichst nahe bei der Einstichstelle der Nähnadel erfolgen soll, kann dies die gleichzeitige Existenz eines Transporteurs in diesem Bereich verunmöglichen.
Im weiteren ist die Schärfentiefe herkömmlicher optischer Erfassungsvorrichtungen für die Erfassung von Nähgutbewegungen äusserst gering. Für eine einwandfreie Erfassung des Nähguts müssen somit Mittel vorgesehen sein, mit denen das Nähgut innerhalb des begrenzten Schärfentiefebereichs der Erfassungsvorrichtung gehalten werden kann.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern der Nadelbewegung bei einer Nähmaschine zu schaffen, bei denen die Relativbewegungen zwischen dem auf einer Nähgutauflage aufliegenden Nähgut und der Nähmaschine erfasst werden, und bei denen die Bewegung der Nähnadel in Abhängigkeit dieser Relativbewegungen steuerbar ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäss dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 9, durch einen Nähfuss gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 13 und durch einen Adapter gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 15.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren und der erfindungsgemässen Vorrichtung können die für die Qualität des Näh- bzw. Quiltvorgangs relevante Nähgutoberseite bzw. deren Bewegungen oder Relativbewegungen parallel zur Nähgutauflage erfasst werden. Als Folge ist die Abweichung des Abstandes benachbarter Nähstiche bzw. der Position der einzelnen Nähstiche von einem wähl- oder einstellbaren Sollabstand bzw. von wähl- oder einstellbaren Sollpositionen minimal. Die Erfassung der Relativbewegung zwischen dem Nähgut bzw. einem beliebigen in Bezug zum Nähgut nicht bewegten Objekt und der Nähmaschine oder einem beliebigen in Bezug zur Nähmaschine nicht bewegten Objekt schliesst alle möglichen Ausgestaltungen mit bewegbarem Nähgut und/oder mit bewegbarer Nähmaschine ein. Das Nähgut kann in einem Rahmen aufgespannt oder frei beweglich sein. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine optische Erfassungsvorrichtung vorgesehen, bei welcher ein Bildausschnitt der Nähgutoberseite im Bereich der Nähnadel erfasst und über eine Optik auf einen Bildsensor abgebildet wird. Der Erfassungsbereich bzw. der erfasste Bildausschnitt ist gross genug, dass einzelne Strukturmerkmale des Nähguts selbst bei hohen Relativgeschwindigkeiten oder -beschleunigungen mehrmals innerhalb des Erfassungsbereichs erfassbar sind. Die Optik der Erfassungsvorrichtung hat eine verhältnismässig grosse Schärfentiefe, sodass eine zuverlässige Erfassung der Position oder Lage bzw. der Bewegung des Nähguts unabhängig von dessen Dicke und von der Anzahl Nähgutschichten möglich ist. Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens ein Teil der
Erfassungsvorrichtung in einen Nähfuss integriert. Auf diese Weise kann das Nähgut nahe der Einstichstelle erfasst werden, wodurch Fehler infolge unterschiedlicher Bewegungen des Nähguts bei der Einstichstelle und bei der Erfassungsstelle minimal gehalten werden können. Beim Quilten führt der Nähfuss jeweils zwischen zwei Nähstichen eine Hüpfbewegung aus. Obwohl die Erfassungsoptik diese Hüpfbewegung ebenfalls ausführt, ist eine zuverlässige Erkennung des Nähguts sichergestellt, da die Schärfentiefe der Optik mindestens so gross ist, wie der Hub der Hüpfbewegung. Im weiteren ist eine Beleuchtung der Nähgutoberseite im Erfassungsbereich vorgesehen, wobei ein Lichtstrahl unter einem optimierten Winkel in Bezug zur Nähgutoberfläche auf diese auftrifft. Dabei wird einerseits sichergestellt, dass die Nähgutoberfläche kontrastreich auf den Bildsensor abgebildet wird und andererseits, dass eine ausreichende Ausleuchtung des Erfassungsbereichs bei Hebe- und Senkbewegungen des Nähfusses gewährleistet ist. Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Licht der Lichtquelle über ein Prisma auf die Nähgutoberseite geführt und von dort über das gleiche Prisma zum
Bildsensor geleitet. Dank der speziellen Ausgestaltung des Prismas können die Lichtquelle und der Bildsensor sehr nahe beieinander angeordnet werden. Ausserdem ist der Platzbedarf der Erfassungseinrichtung in unmittelbarer Nähe der Nähgutoberfläche und der Nähfusssohle sehr gering, sodass der Nähfuss beim Nähen bzw. Quilten kaum oder gar nicht als Hindernis wahrgenommen wird. Anhand einiger Figuren wird die Erfindung im folgenden näher beschrieben. Dabei zeigen
Figur 1 ein Prinzipschema einer Nähmaschine mit der erfindungsgemässen ErfassungsVorrichtung, Figur 2 einen teilweise aufgeschnittenen Nähfuss mit integrierter ErfassungsVorrichtung, Figur 3a eine perspektivische Ansicht des vollständigen Nähfusses aus Figur 2
Figur 3b das untere Ende einer Stoffdrückerstange mit einem Adapter zum Anschliessen des Nähfusses aus Figur 3a Figur 4 den aufgeschnittenen Nähfuss aus Figur 2 in seitlicher Ansicht,
Figur 5a eine Seitenansicht eines Nähfusses in der untersten Absenkposition der Hüpfbewegung, wobei kein Nähgut auf der Stichplatte aufliegt, Figur 5b den Nähfuss aus Figur 5a in maximal abgesenkter Position mit einem auf der Stichplatte aufliegenden dicken Nähgutstapel, Figur 6 eine weitere Ausgestaltung eines Nähfusses, welcher teilweise aufgeschnitten in Seitenansicht dargestellt ist, Figur 7 ein Schnittbild der Kontaktstelle zwischen Stoffdrückerstange und Nähfuss.
Figur 1 zeigt ein Prinzipschema einer Nähmaschine 1 mit einer Vorrichtung zum Steuern bzw. Regeln der
Nadelbewegung in Abhängigkeit von Bewegungen des auf einer Nähgutauflage bzw. auf dem Unterarm 5 verschiebbar aufliegenden Nähguts 3 bzw. zur Erfassung von Relativbewegungen zwischen dem Nähgut 3 und der Nähmaschine 1. Vorzugsweise umfasst die Nähmaschine 1 eine Transportvorrichtung 7, z.B. einen herkömmlichen Transporteur 7a mit balkenartigen Mitnehmern (keine Darstellung), welche zum Vorschieben des Stoffes bzw. Nähgutes 3 eine länglich-ovale Kreisbewegung ausführen und dabei periodisch durch Schlitze in einer Stichplatte 9 hervorragen. Die Transportvorrichtung 7 ist derart ein- oder verstellbar bzw. deaktivierbar, dass beim Nähen oder Quilten mit Freihandvorschub kein automatischer StoffVorschub erfolgt. Alternativ kann die Nähmaschine 1 auch keine Transportvorrichtung 7 für den automatischen Stoffvorschub umfassen.
Die Nähmaschine 1 umfasst im weiteren einen Ständer 11, welcher einen Oberarm 13 mit einem Nähmaschinenkopf bzw. einem Kopfteil 15 trägt. Das Kopfteil 15 ist oberhalb der Stichplatte 9 angeordnet. An der Unterseite des Kopfteils 15 ragen eine Nadelstange 17 zum Aufnehmen einer Nähnadel 19 und eine Stoffdrückerstange 21 zum Aufnehmen eines Nähfusses 23 aus dem Kopfteil 15 heraus. Für die Steuerung der Nähmaschine 1 ist eine Maschinensteuerung 25 vorgesehen. Eine mit der Maschinensteuerung 25 in Wirkverbindung stehende Erfassungsvorrichtung 27 ist derart ausgebildet und an der Nähmaschine 1 angeordnet, dass sie Relativbewegungen des auf der Nähgutauflage aufliegenden Nähguts 3 bzw. Relativbewegungen der Nähgutoberseite, welche der Nähnadel 19 zugewandt ist, in Bezug zur Nähmaschine 1 erfassen kann. Selbstverständlich umfasst der Begriff Nähmaschine 1 hier auch Objekte wie z.B. einen Nähtisch oder eine Haltevorrichtung für die Nähmaschine 1, die relativ zur Nähmaschine 1 nicht bewegt werden. In Figur 1 ist die Wirkverbindung zwischen der Erfassungsvorrichtung 27 und der Maschinensteuerung 25 schematisch durch eine unterbrochene Linie L0 dargestellt. Die Wirkverbindung dient der ein- oder zweiseitigen Kommunikation oder Signalübertragung zwischen der Erfassungsvorrichtung 27 und der Steuerung 25 sowie, soweit dies erforderlich ist, der Energieversorgung der Erfassungsvorrichtung 27. Die Wirkverbindung kann z.B. elektrische Leiter und/oder optische Sender und Empfänger und/oder eine Funkverbindung z.B. auf Basis der Bluetooth- Technologie umfassen. Im weiteren können optische Elemente wie Linsen, Spiegel, Lichtleiter und dergleichen Bestandteil der Wirkverbindung zwischen
Erfassungsvorrichtung 27 und Maschinensteuerung 25 sein. Die Erfassungsvorrichtung 27 ist oberhalb der Stichplatte 9 derart angeordnet, dass sie die Nähgutoberseite bzw. deren Relativbewegungen im Bereich der Einstichstelle der Nähnadel 19 in das Nähgut 3 erfassen kann. Vorzugsweise umfasst die Erfassungsvorrichtung 27 für diesen Zweck eine Kamera bzw. einen Bildsensor 29 (Figur 2). Dieser
Bildsensor 29 erfasst in schneller Folge (z.B. mit einer Wiederholfrequenz von etwa 1500Hz) ein zweidimensionales Abbild des sich im Erfassungsbereich des Sensors befindlichen Ausschnittes der Nähgutoberseite. Gute Resultate können mit einem Bildsensor 29 erreicht werden, wie er beispielsweise bei optischen Computermäusen eingesetzt wird. Beim Verschieben des auf der Nähgutauflage aufliegenden Nähgutes 3 kann eine in den Bildsensor 29 integrierte oder diesem nachgeschaltete Bildverarbeitungselektronik z.B. anhand der
.Positionsänderung von Strukturmerkmalen des erfassten Bildausschittes Informationen über die Richtung und/oder den Betrag und/oder die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung der Verschiebung bzw. der Positionsänderung des Nähguts 3 oder äquivalente oder ähnliche Werte ermitteln.
Der Erfassungsbereich des Bildsensors 29 kann je nach Ausgestaltung und Anordnung der Erfassungsvorrichtung 27 die Einstichstelle der Nähnadel 19 im Nähgut 3 einschliessen oder angrenzend oder beabstandet zur
Einstichstelle ausgebildet sein, beispielsweise im Bereich der Sohle des Nähfusses 23. Der Erfassungsbereich kann beispielsweise elliptisch oder kreisförmig ausgebildet sein und eine Fläche von z.B. etwa 50mm2 oder etwa 100mm2 erfassen. Vorzugsweise liegt der Erfassungsbereich nahe bei der Einstichstelle der Nähnadel 19. Das Zentrum eines kreisförmigen Erfassungsbereichs kann z.B. in einer Entfernung von etwa 5mm oder 10mm oder 15mm zur Einstichstelle der Nähndadel 19 liegen. Dadurch wird erreicht, dass die Abweichung der ermittelten Bewegungsinformationen von den tatsächlichen Werten der Relativbewegung des Nähgutes 3 bei der Einstichstelle der Nähnadel 19 minimal ist. Insbesondere ist der Einfluss von Rotationsbewegungen um eine durch die Nähnadel 19 verlaufende Drehachse (nicht dargestellt) minimal. Ausserdem verhindert der Nähfuss 23, dass sich das Nähgut 3 im Bereich der Einstichstelle wesentlich von der
Nähgutauflage abheben kann. Die Erfassungsvorrichtung 27 ist derart ausgebildet, dass die Erfassung des Nähgutes 3 weitgehend unabhängig ist von der Dicke des Nähgutes 3. Insbesondere kann dem Bildsensor 29 eine Abbildungsoptik mit optischen Elementen wie z.B. Linsen und Blenden zugeordnet sein, welche eine verhältnismässig hohe Schärfentiefe von z.B. 3mm oder 5mm oder zwei Dritteln des Abstandes zwischen der Stichplatte 9 und der Unterseite des Kopfteils 15 für das abzubildende Nähgut 3 bewirken. Die Erfassungsvorrichtung 27 kann vollständig oder teilweise a) im unteren Bereich des Kopfteils 15 oder b) zwischen dem Kopfteil 15 und der Stichplatte 9 oder c) integriert in bzw. gehalten an einem vorzugsweise auswechselbaren Nähfuss 23 angeordnet sein. Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nachfolgend eine erste Vorrichtung zum Steuern bzw. Beeinflussen der Nadelbewegung näher beschrieben, bei der die Erfassungseinrichtung 27 ganz oder teilweise in den Nähfuss 23 integriert bzw. an diesem gehalten ist. Figur 2 zeigt eine erste Ausgestaltung eines solchen
Nähfusses 23, wobei dieser teilweise aufgeschnitten ist. Der Nähfuss 23 umfasst einen Schaft 31 mit einer oben angeordneten runden Aufnahmeöffnung 33 für die Befestigung des Nähfusses 23 am unteren Ende einer Stoffdrückerstange 21 (Figur 3b) . An der Oberseite des Schafts 31 sind Kontaktelemente 37 z.B. in Gestalt von Kontaktfedern innerhalb eines Kontaktmoduls ausgebildet. Diese stehen, wenn der Nähfuss 23 an der Stoffdrückerstange 21 montiert ist, mit komplementären Kontaktflächen 39 eines im unteren Bereich an der Stoffdrückerstange 21 gehaltenen Kontaktprints 41 in Verbindung. Diese elektrische Verbindung ist Bestandteil einer Wirkverbindung zwischen der Maschinensteuerung 25 und der Erfassungseinrichtung 27. An der Unterseite des Schafts 31 ist ein Zwischenstück 43 federnd oder alternativ starr mit dem Schaft 31 verbunden. Wie in den Figuren 2 und 3a dargestellt, können zwischen dem Schaft 31 und dem Zwischenstück 43 eine oder mehrere Schraubenfedern 45 vorgesehen sein, welche das Zwischenstück 43 gegen einen bzw. mehrere am Schaft 31 oder an einem mit diesem verbundenen Teil wie z.B. einer Führungsstange 46 ausgebildete Anschläge 48 drückt. Beim Auftreten einer Gegenkraft, wenn der Nähfuss 23 auf das Nähgut 3 gedrückt wird, wird das Zwischenstück 43 entgegen der Kraft der Schraubenfedern 45 verschoben. Dabei wird es durch die Führungsstange 46 oder andere Führungselemente geführt. A unteren Ende des Zwischenstücks 43 ist eine Quilt- bzw. Nähsohle, kurz Sohle 47 genannt, austauschbar oder alternativ fest mit dem Zwischenstück 43 verbunden. Die Erfassungsvorrichtung 27 umfasst im in Figur 2 dargestellten Beispiel den CCD- oder CMOS-Bildsensor 29, eine vor diesem angeordnete Sensoroptik bzw. ein optisches Abblildungssystem mit einer Blende 49, einer Linse 51 und einem partiell verspiegelten Prisma 53. Des weiteren umfasst die Erfassungsvorrichtung 27 eine Lichtquelle 55, z.B. eine LED, zum Beleuchten des Nähguts 3 im Erfassungsbereich des Bildsensors 29. Die LED, der Bildsensor 29 und eine dem Bildsensor 29 nachgeschaltete oder in diesen integrierte Auswerteelektronik 57 sind auf einem gemeinsamen Erfassungsprint 59 angeordnet, welcher elektrisch. z.B. mittels eines Flexprints 61 oder eines Verbindung'skabels mit dem Kontaktmodul verbunden ist. In Figur 4 ist der aufgeschnittene Nähfuss 23 aus Figur 2 in einer Seitenansicht dargestellt. Die Sensoroptik bildet einen genügend grossen Ausschnitt der Nähgutoberfläche auf den Bildsensor 29 ab, sodass selbst relativ grosse Geschwindigkeiten des Nähguts 3 im Bereich von z.B. 0.2m/s bis 0.6m/s und relativ grosse Beschleunigungen von z.B. 5m/s2 erfassbar sind. Zum besseren Verständnis ist der Strahlengang des von der LED emittierten Lichts durch eine unterbrochene Linie Ll dargestellt. Ausgehend von der LED passiert das Licht eine Sammellinse 63, die Bestandteil des Prismas 53 sein kann. Der Lichtstrahl Ll durchquert das y-förmig ausgebildete Prisma 53 und trifft unter einem ersten Winkel αl auf die unten liegende Austrittsfläche 53a des Prismas 53 auf, welche bündig oder leicht nach oben versetzt zur unten liegenden Auflagefläche der Sohle 47 ausgebildet ist. Der Lichtstrahl Ll tritt unter einem zweiten Winkel α2 bezüglich der Austrittsfläche 53a aus dem Prisma aus und trifft unter diesem zweiten Winkel α2 auf das Nähgut 3 auf, wo es vom Nähgut 3 teilweise reflektiert wird. Da der Brechungsindex des Prismas 53 höher ist, als jener des umgebenden Mediums Luft, ist der zweite Winkel α2 kleiner als der erste Winkel αl . Das Prisma 53 und die Lichtquelle 55 sind vorzugsweise so ausgestaltet und angeordnet, dass der Auftreffwinkel α2 des Lichtstrahls auf das Nähgut 3 zwischen etwa 15° und etwa 45° liegt und beispielsweise 32° beträgt. Der Auftreffwinkel α2 ist derart optimiert, dass er einerseits genügend klein ist, um eine kontrastreiche Beleuchtung des Nähguts 3 sicherzustellen, und andererseits genügend gross, dass bei zunehmenden Abstand der Austrittsfläche 53a vom Nähgut 3 innerhalb gewisser Grenzen immer noch eine ausreichende Ausleuchtung des Erfassungsbereichs unterhalb der Austrittsfläche 53a sichergestellt ist.
In Figur 4 ist der Lichtweg bei der Abbildung eines unterhalb der Austrittsfläche 53a liegenden Ausschnittes der Oberseite des Nähgutes 3 (Erfassungsbereich) auf den Bildsensor 29 schematisch durch eine unterbrochene Linie L2 dargestellt. Der Lichtweg verläuft, ausgehend vom
Nähgut 3, unter einem dritten Winkel α3 von ungefähr 90° durch die Austrittsfläche 53a, welche in diesem Fall also eine Eintrittsfläche ist. An einer verspiegelten Reflexionsfläche 53b des Prismas 53, welche ungefähr parallel zum Lichtweg Ll innerhalb des Prismas 53 ausgerichtet ist, wird das Licht auf dem Lichtweg L2 zum Bildsensor 29 hin reflektiert. Dabei kreuzen sich die Lichtwege Ll und L2 des emittierten und des reflektierten Lichts. Vor dem Auftreffen auf den Bildsensor 29 durchläuft das reflektierte Licht L2 die Sensor-Optik. Bei der vorhergehend beschriebenen Ausgestaltung und Anordnung der Erfassungsvorrichtung 27 können die Lichtquelle 55, der Bildsensor 29 und die Auswerteelektronik 57 platzsparend nahe beieinander auf dem gemeinsamen Erfassungsprint 59 untergebracht werden. Die Erfassungsvorrichtung 27 kann kostengünstig vorgefertigt und ohne Abgleich einfach z.B. durch eine Clips- oder eine Schraubverbindung mit dem Nähfuss 23 verbunden werden. Der Erfassungsbereich kann nahe bei der Einstichstelle der Nähnadel 19 angeordnet werden, sodass Abweichungen der tatsächlichen relativen Stoff- oder Nähgutbewegung direkt bei der Einstichstelle von der erfassten relativen Stoffbewegung minimal sind. Insbesondere ist dabei der Einfluss von störenden Rotationsbewegungen des Nähgutes 3 um eine (nicht dargestellte) durch die Einstichstelle verlaufende Rotationsachse minimal. Die Austrittsfläche 53a des
Prismas 53 ist auch Eintrittsfläche für die Abbildung des Erfassungsbereichs auf den Bildsensor 29. Sie ist verhältnismässig klein und schliesst sich unmittelbar an die Sohle 47 an. Der erfindungsgemässe Nähfuss 23 stellt somit beim Nähen oder Quilten nahezu keine Behinderung dar. Die Erfassungsvorrichtung 27 kann sehr nahe an das Nähgut 3 herangeführt werden. Dadurch ist die Möglichkeit, dass Fremdobj ekte in den Erfassungsbereich gelangen und das Messresultat beeinflussen gering. Die Sensoroptik oder allgemein die Erfassungsvorrichtung ist derart ausgebildet, dass eine im Vergleich zu einer herkömmlichen optischen Maus hohe Schärfentiefe erreicht werden kann. Dies ist erforderlich, da beim Quilten die Stoffdrückerstange 21 mit dem Nähfuss 23 im Rhythmus der Stichbildung Hüpfbewegungen mit einem Hub Hl von beispielsweise 2.2mm oder 2.5mm ausführt. In der Regel beträgt der Abstand HO zwischen der Unterseite der Sohle 47 und der Oberseite der Stichplatte 9 bei freier Stichplatte 9 in der tiefsten Lage der Hubbewegung etwa 0.5mm. Bei der Hüpfbewegung des Nähfusses 23 kann somit der volle Hub Hl ausgeschöpft werden. Je nach Dicke H2 des Nähgutes 3 bzw. des Nähgutstapels kann sich die Hubamplitude H3 des Nähfusses 23 verringern bzw. verändern, wenn die Sohle 47 des Nähfusses 23 beim Absenken am Nähgut 3 ansteht. Die Stoffdrückerstange 21 führt zwar die volle Hubbewegung Hl aus, das federnd gelagerte Zwischenstück 43 des Nähfusses 23 hingegen wird entgegen der Kraft der Schraubenfedern 45 relativ zum Schaft 31 um den Betrag H4 = H2 - HO verschoben. Die Hüpfamplitude H3 der Nähsohle 47 auf dem Nähgut 3 beträgt H3 = Hl + HO - H2. Dieser Sachverhalt wird durch die Figuren 5a und 5b illustriert. Je nach Ausgestaltung der Nähmaschine 1 kann der Abstand HO bzw. die Lage der Stoffdrückerstange 21 ein- oder verstellbar sein. Ebenso kann der Hub Hl konstant oder alternativ ein- oder verstellbar sein. Die Optik der Erfassungsvorrichtung 27 ist so ausgebildet, dass ihre Schärfentiefe, also der Bereich, innerhalb dessen trotz Hüpfbewegungen der Erfassungsvorrichtung 27 eine zuverlässige bzw. scharfe Abbildung auf dem Bildsensor 29 möglich ist, grösser ist, als die maximal mögliche Hubbewegung Hl der Stoffdrückerstange 21.
Alternativ könnte die Erfassungsvorrichtung 27 auch an der Stoffdrückerstange 21 oder am Nähfuss 23 oder an einem beliebigen oberhalb der Stichplatte 9 angeordneten Maschinenteil in der Weise federnd befestigt bzw. ausgebildet sein dass sie auf das Nähgut 3 mit leichtem Druck aufgepresst wird (keine Darstellung). Dies hätte allerdings den Nachteil, dass die Verschiebung des Nähgutes 3 behindert werden könnte. Bei einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Erfindung könnte nur ein Teil der Erfassungsvorrichtung 27 in den Nähfuss 23 integriert oder mit diesem verbunden sein, beispielsweise optische Elemente wie das Prisma 53 und/oder Linsen und/oder Spiegel und/oder Lichtleiter, die Lichtquelle 55 und/oder der Bildsensor 29 (keine Darstellung) . Insbesondere könnten so Elemente wie die Lichtquelle 55 und/oder der Bildsensor 29, die eine elektrische Speisung benötigen, im Kopfteil 15 oder im Oberarm 13 der Nähmaschine 1 und optische Elemente der Erfassungsvorrichitung 27 im Zwischenraum zwischen dem Kopfteil 15 und der Stichplatte 9 angeordnet werden. Figur 6 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines Nähfusses 23, bei dem die elektrische Verbindung zwischen der in den Nähfuss 23 integrierten Erfassungsvorrichtung 27 und der im Oberarm 13 angeordneten Maschinensteuerung 25 über ein Kabel 65 mit einer Steckerverbindung, beispielsweise einen mehrpoligen Klinkzenstecker 67 und eine komplementäre Klinkenbuchse (keine Darstellung) erfolgt. Selbstverständlich sind alternativ beliebige Verbindungsarten zwischen der Erfassungsvorrichtung 27 bzw. Teilen davon und der Maschinensteuerung 25 anwendbar. So könnten beispielsweise elektrische und/oder optische Verbindungselemente direkt in die Stoffdrückerstange 21 integriert und/oder an dieser ausgebildet sein. Die Speisung der Erfassungsvorrichtung 27 im Nähfuss 23 könnte mittels Akkus oder Batterien oder alternativ durch induktive Energieübertragung erfolgen (keine Darstellung). Die Signal- bzw. Informationsübertragung zwischen der Erfassungsvorrichtung 27 und der Maschinensteuerung 25 könnte auch mittels optischer Sender und Empfänger oder mittels einer Funkübertragung - beispielsweise in Bluetooth® -Technologie erfolgen.
Figur 6 zeigt ein Schnittbild der Kontaktstelle zwischen der Stoffdrückerstange 21 und dem Nähfuss 23 bei einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung, bei welcher federbelastete Kontaktflächen 39 in Gestalt von Kugeln 35 an der Stoffdrückerstange 21 ausgebildet sind. Diese stehen bei angeschlossenem Nähfuss 23 in Kontakt mit den am Nähfuss 23 ausgebildeten Kontaktflächen 37. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der
Erfindung kann der Nähfuss 23 Mittel zum Anzeigen von Einstichpositionen der Nähnadel 19 an der Nähgutoberseite umfassen, beispielsweise in Gestalt einer LED oder Laserdiode mit optischen Elementen, welche einen Lichtpunkt bzw. einen begrenzten Lichtfleck auf die
Einstichstelle an der Nähgutoberseite projizieren. Dabei können wie z.B. elektronisch veränderbare Blenden oder bewegbare mechanische Elemente vorgesehen sein, welche Abweichungen des Leuchtpunktes auf dem Nähgut von der Sollposition infolge von Hüpfbewegung des Nähfusses 23 kompensieren . Nachfolgend wird das erfindungsgemässe Verfahren zum Steuern der Auf-Ab-Bewegung der Nähnadel 19 in Abhängigkeit der relativen Nähgutbewegung beschrieben. Über ein Benutzerinterface wird der Nähmaschinensteuerng 25 die gewünschte Stichlänge, also der Abstand zweier aufeinanderfolgender Nähstiche, vorgegeben. Nach der
Aktivierung der Vorrichtung zum Steuern der Nadelbewegung - dies kann beispielsweise mittels von der Maschinensteuerung 25 kontrollierter Bedienelemente der Nähmaschine 1 geschehen - setzt die Auswerteelektronik 57 die Koordinaten x und y, welche die Position des Nähgutes 3 widerspiegeln, auf einen Referenzwert, z.B. (x,y) = (0.0). Anschliessend werden relative Positionsänderungen bzw. Bewegungen des Nähgutes 3 von der Erfassungsvorrichtung 27 erfasst. Die Erfassungsvorrichtung 27 wertet dazu die vom Bildsensor 29 gelieferten Informationen mit einer hohen Taktrate von z.B. 1500 Bildern pro Sekunde aus und ermittelt beispielsweise für aufeinanderfolgende Bilder die relative Veränderung der Positionskoordinaten x und y und aktualisiert die Positionskoordinaten entsprechend der tatsächlichen Position des Nähgutes 3. Alternativ oder zusätzlich können auch andere Parameter wie z.B. der Drehpunkt und/oder der Drehwinkel und/oder der Drehradius bei einer Rotationsbewegung des Nähgutes 3 ermittelt werden. Insbesondere kann die Auswerteelektronik 57 derart ausgebildet sein, dass Drehbewegungen des Nähguts 3 um eine Drehachse (keine Darstellung) , welche durch die Einstichstelle der Nähnadel 19 verläuft, oder Anteile einer solchen Drehbewegung an der Relativbewegung des Nähguts 3 herausgefiltert und für die Berechnung der nächsten Einstichstelle nicht berücksichtigt werden. Selbstverständlich können weitere Erfassungsvorrichtungen 27 vorgesehen sein, mit denen die Nähgutbewegung an unterschiedlichen Stellen zu erfasst werden kann. Sobald der Abstand zwischen der tatsächlichen Position des Nähgutes 3 und dem Referenzwert (0,0) der eingestellten Stichlänge entspricht, gibt die Erfassungsvorrichtung 27 der Maschinensteuerung 25 den Befehl zur Ausführung eines Nähstichs. Selbstverständlich kann die Stichbildung alternativ schon kurz vor dem Erreichen der eingestellten Stichlänge initiiert werden, um den relativen Vorschub des Nähguts 3 in der Zeit zwischen der Stichauslösung und dem Einstich der Nadel 19 in das Nähgut 3 zu kompensieren. Gleichzeitig bzw. unmittelbar vor oder nach dem Befehl zur Stichauslösung werden die Koordinaten x und y, welche die Position des Nähguts 3 widerspiegeln, wieder auf den Referenzwert zurückgesetzt. Zur Ausführung einzelner Nähstiche wird die Oberwelle, welche die Nadel 19 antreibt, bzw. der Hauptmotor zum Ausführen von Nähstichen mit voller Kraft bescheunigt und anschliessend wieder abgebremst, sodass ein Nähstich mit einer möglichst kurzen Verweildauer der Nähnadel 19 im Nähgut 3 ausgeführt wird und die Nähnadel 19 anschliessend wieder bereit für den nächsten Nähstich in ihrer oberen Ruhelage parkiert ist. Diese Betriebsart eignet sich vor allem für kleine Vorschubgeschwindigkeiten des Nähgutes 3. Alternativ kann der Hauptmotor auch mit einer minimalen Leerlaufdrehzahl von beispielsweise 500 oder 800 Umdrehungen pro Minute drehen, sobald er z.B. mittels des Fussanlassers aktiviert wird. In diesem Fall ist die Nadelstange 17 mittels einer (nicht dargestellten) Kupplungseinrichtung vom Hauptantrieb entkuppelbar und z.B. in einer oberen Ruhelage vom Hauptantieb entkuppelt parkiert. Wenn der Nähgutvorschub der vorgegebenen
Stichlänge entspricht, wird die Nadelstange vorübergehend zur Ausführung eines Nähstichs mit dem Hauptantrieb gekuppelt und anschliessend wieder entkuppelt. Diese Betriebsart eignet sich für langsame bis mittlere Stoffvorschubgeschwindigkeiten, also beispielsweise bei Beginn der Bewegung des Nähgutes 3, und verhindert den häufigen Wechsel zwischen voller Antriebsleistung bzw. voller Beschleunigung und voller Abbremsung der Nadelstangenbewegung . Beide vorgenannten Betriebsarten können verhindern, dass die Nähnadel 19 bei der Stichbildung durch die Nähgutbewegung abgelenkt wird. Dies könnte zur Folge haben, dass die Nähnadel 19 auf die Stichplatte 9 auftrifft, und dass ein Schaden an der Nähnadel 19 und/oder der Nähmaschine 1 entsteht.
Für mittlere bis grosse Sto fvorschub-Geschwindigkeiten kann das Verfahren wie folgt verfeinert werden:
Die Maschinensteuerung 25 teilt der Erfassungsvorrichtung 27 die jeweilige Position und Geschwindigkeit der Nähnadel 19 mit. Abhängig von der Vorschubgeschwindigkeit des Nähgutes 3 berechnet die Auswerteelektronik 57 die optimale Soll-Geschwindigkeit bzw. Soll-Verzögerung für die Nähnadel 19 und teilt diese der Maschinensteuerung 25 mit. Auf diese Weise wird die Maschinensteuerung 25 nicht mit unnötigem Rechenaufwand belastet. Ausserdem kann für die Berechung der Sollwerte ein an die Aufgabenstellung optimal angepasster schneller Microcontroller eingesetzt werden. Bei schnellem NähgutVorschub wird die Nähnadel 19 zwischen den einzelnen Nähstichen nicht mehr vollständig abgebremst, sondern führt einen kontinuierlichen Bewegungsablauf aus. Dabei ist sichergestellt, dass die Verweildauer der Nähnadel 19 im Nähgut 3 ausreichend klein ist, damit eine zuverlässige Stichbildung ausgeführt werden kann. Selbstverständlich kann die Verarbeitung der Messgrössen des Bildsensors 29 auch teilweise oder vollständig von der Maschinensteuerung 25 übernommen werden, wenn diese eine ausreichende Verarbeitungsleistung hat. Die Grenzen zwischen der Auswerteelektronik 57 und der Maschinensteuerung 25 sind somit nicht fest vorgegeben. Insbesondere kann die Maschinensteuerung 25 die Auswerteelektronik 57 umfassen.
Es können eine oder mehrere Vergleichswerte in einem (nicht dargestellten) Speicher vorgegeben sein. Wenn die Drehzahl des Nadelantriebs oder eine entsprechende Messgrösse solche Vergleichswerte über- oder unterschreitet, kann dies einen Wechsel zwischen den oben beschriebenen verschiedenen Betriebsmodi bewirken. Selbstverständlich ist dabei eine richtungsabhängige Hysterese vorgesehen, damit kein Undefinierter Wechsel zwischen den einzelnen Betribs odi erfolgen kann. Die beschriebene Erfassungsvorrichtung bzw. Teile davon können selbstverständlich auch für andere Zwecke eingesetzt, werden, beispielsweise zum Beeinflussen der Transportvorrichtung 7 für das Nähgut 3 oder um Erfassen von Eigenschaften des Nähgutes 3 vor oder nach dessen Bearbeitung. Einige Beispiele solcher Eigenschaften sind die StoffStruktur, die Lage von Nähgutkanten oder die Qualität von Nähten. Anstelle oder zusätzlich zu einer direkten Verbindung der Erfassungsvorrichtung 27 mit der Maschinensteuerung 25 kann beispielsweise eine Steckerverbindung zur Anschlussdose für den Fussanlasser (nicht dargestellt) vorgesehen sein. Insbesondere können Nähmaschinen 1 ohne zusätzliche Massnahmen mit erfindungsgemässen Nähfüssen 23 aus- oder nachgerüstet werden. Die Auswerteelektronik 57 der Erfassungsvorrichtungen 27 umfasst bei solchen Nähfüssen 23 eine Ansteuerschaltung, welche die Wirkung eines Fussanlassers simulieren kann. Bei einer besonders vorteilhaften Variante ist ein Adapter (keine Darstellung) vorgesehen, der direkt in die Buchse für den Fussanlasser gesteckt werden kann und je eine Kupplung zum Anschliessen des Fussanlassers und des Verbindungssteckers 67 zum Nähfuss 23. Der Adapter umfasst die Simulationselektronik zum Beeinflussen der Nähnadelbewegung in Abhängigkeit der Signale der Auswerteelektronik 57 und der Betätigung des Fussanlassers. Der Fussanlasser dient als Sicherheitsoder Hauptschalter für den Betrieb der Nähmaschine 1. Nur bei betätigtem Fussanlasser lässt sich der Nadelantrieb aktivieren. Bei herkömmlichen Nähmaschinen 1 reagiert die Maschinensteuerung 25 aus Sicherheitsgründen träge bzw. mit einer Verzögerung auf die Stellgrösse des
Fussanlassers. Die Maschinensteuerung 25 kann nun durch Änderung der Hardware, beispielsweise durch Anpassung eines Tiefpassfilters, und/oder durch Anpassung der Auswertesoftware derart angepasst werden, dass die sie verzögerungsfrei auf den Nadelantrieb einwirken kann, wenn die Erfassungsvorrichtung 27 über die Anschlussstelle für den Fussanlasser mit der Maschinensteuerung 25 in Wirkverbindung steht. Eine verzögerungsfreie Beeinflussung der Nadelbewegung in Abhängigkeit der Bewegung des Nähgutes ist somit unabhängig davon möglich, ob die
Wirkverbindung zwischen der Erfassungsvorrichtung 27 und der Maschinensteuerung 25 über eine direkte elektrische Verbindung, über eine drahtlose optische oder eine Funkverbindung oder über den Fussanlasser-Anschluss erfolgt .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Steuern der Nadelbewegung bei einer Nähmaschine (1), wobei eine Erfassungsvorrichtung (27) zum Erfassen von Relativbewegungen des auf einer Nähgutauflage aufliegenden Nähguts (3) und der Nähmaschine (1) vorgesehen ist, und wobei die Nadelbewegung in Abhängigkeit von Signalen dieser Erfassungsvorrichtung (27) gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsvorrichtung (27) Bewegungen der der Nähnadel (19) zugewandten Nähgutoberseite erfasst.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsvorrichtung (27) Bewegungen der Nähgutoberseite im Bereich der Einstichstelle der Nähnadel (19) erfasst.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Erfassungsvorrichtung (27) erfassbare Teil der Nähgutoberseite mittels optischer Elemente (49,51,53,63) auf einen Bildsensor (29) abgebildet wird, und dass die Informationen des Bildsensors (29) zu Steuergrössen für die Nähnadelbewegung weiterverarbeitet werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Licht aus einer Lichtquelle (55) mittels optischer Elemente (53,63) derart auf die Nähgutoberseite geleitet wird, dass die Oberflächenstruktur der Nähgutoberseite von der Erfassungsvorrichtung (27) kontrastreich erfassbar ist .
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Nadelantrieb in Abhängigkeit der erfassten Nähgutbewegungen derart gesteuert wird, dass der Abstand zwischen benachbarten Nähstichen einem Vorgabewert entspricht.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsvorrichtung (27) mit einer Maschinensteuerung (25) kommuniziert und dabei der Maschinensteuerung (25) Sollgrössen für Steuerung der Nadelbewegung übermittelt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung der Nähnadel (19) zusätzlich mittels eines Fussanlassers oder eines an die Nähmaschine (1) anschliessbaren Stellgliedes beeinflussbar ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Nadelbewegung in Abhängigkeit der Signale der Erfassungsvorrichtung (27) verzögerungsfrei erfolgt.
9. Vorrichtung zum Steuern der Nadelbewegung bei einer Nähmaschine (1), wobei eine Erfassungsvorrichtung (27) zum Erfassen von Relativbewegungen des auf einer Nähgutauflage aufliegenden Nähguts (3) und der Nähmaschine (1) vorgesehen ist, und wobei die Nadelbewegung in Abhängigkeit von Signalen dieser Erfassungsvorrichtung (27) steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsvorrichtung (27) in der Weise ausgebildet ist, dass Bewegungen der der Nähnadel (19) zugewandten Nähgutoberseite erfassbar sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Erfassungsvorrichtung (27) in der Weise ausgebildet ist, dass Vertikalbewegungen zur Anpassung an die Topographie des Nähguts (3) ausführbar sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsvorrichtung (27) ganz oder teilweise in einen Nähfuss (23) integriert ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsvorrichtung (27) einen Bildsensor (29) und eine Abbildungsoptik umfasst, wobei ein im Erfassungsbereich der Erfassungsvorrichtung (27) liegender Ausschnitt der Nähgutoberseite durch die Abbildungsoptik auf den Bildsensor (29) abbildbar ist.
13. Nähfuss (23) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch optische Elemente zur ausschnittweisen Erfassung und/oder Abbildung der Nähgutoberseite.
14. Nähfuss (23) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Herstellen einer Wirkverbindung mit der Maschinensteuerung (25) oder mit einem an die Schnittstelle für einen Fussanlasser anschliessbaren Adapter vorgesehen sind.
15. Nähfuss (23) nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Anzeigen von Einstichpositionen der Nähnadel (19) an der Nähgutoberseite vorgesehen sind.
16. Adapter zum Anschliessen eines Nähfusses (23) nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Anschliessen an eine Fussanlasser-Schnittstelle bei der Nähmaschine (1) und Mittel zum Anschliessen des Fussanlassers vorgesehen sind.
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