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Die Erfindung betrifft eine automatisch gesteuerte Schneidmaschine zum Schneiden von
Textilien, schmiegsamem Blattmaterial od. dgl., mit einem eine scharfe Vorderkante aufweisen- den Schneidmesser und einem Auflagetisch mit einer Stützfläche für das auf ihr aufgebreitete, zu schneidende Material, wobei das Schneidmesser, um es tangential entlang einem Schneidweg durch das Blattmaterial während des Schneidens führen zu können, von einem Motor zur Aus- richtung um eine senkrecht zur Auflagefläche stehende Achse gesteuert verdrehbar ist, sowie mit einem dem Schneidmesser zugeordneten Fühler zum Messen von seitlich auf das Schneidmesser vom Blattmaterial her einwirkenden Belastungen und zur Erzeugung von seitlichen Belastungssignalen, wobei der Fühler mit dem gesteuerten, zum Ausrichten dienenden Motor verbunden ist,
um das Schneidmesser aus der Tangentialstellung zum Schneidweg heraus auf die Seite des Schneidweges hin entgegen den Belastungen in Abhängigkeit von den seitlichen Belastungssignalen zu verstellen.
Es ist wohl bekannt, automatisch gesteuerte Schneidmaschinen zum Schneiden von schlaffem Flachmaterial, das für Kleidungsstücke, Polsterwaren und andere Artikel gebraucht wird, zu benutzen. Solche Maschinen leiten gewöhnlich die Information, die die zuzuschneidenden Gegenstände oder Muster bestimmt, von einer Markierung ab. Die Markierung ist eine dicht angeordnete Reihe von in Lagebeziehung zueinander stehenden Musterstücken zum Schneiden aus einer Flachmaterialauflage. Die Umrisslinien der Musterstücke, die die Schneidbahnen, denen von dem Schneidmesser gefolgt werden soll, bestimmen, sind die Rohdaten, die von der automatisch gesteuerten Schneidmaschine beim Führen des Schneidmessers benutzt werden, und diese Daten werden von der Maschine durch geeignete "Hardware" in Maschinenbefehle übersetzt.
Zum Beispiel kann die Markierung, um die Umrisslinien auf Punktdaten zu reduzieren, digital dargestellt sein, und dann werden die Punktdaten über eine Datenverarbeitungsanlage oder einen Datenprozessor verarbeitet, um Maschinen-Befehle zu erzeugen, die das Schneidmesser und das Flachmaterial relativ zueinander führen. Die Markierungsdaten können für den nachfolgenden Gebrauch in einer Schneidmaschine vorverarbeitet und aufgezeichnet oder während des Schneidvorgangs verarbeitet werden.
Es können auch andere Informationssysteme zum Erfassen und anschliessenden Benutzen der Rohdaten verwendet werden. Beispielsweise können Linienfolgegeräte benutzt werden, um Markierungsdaten aus graphischem Material oder Schablonen umzusetzen, und anschliessend können die Daten durch eine andere "Hardware", die z. B. entweder eine analoge oder eine digitale Ausrüstung einschliesst, verarbeitet werden.
Bei den meisten automatisierten Schneidsystemen des Standes der Technik ist der Schneidvorgang im wesentlichen durch vorher festgesetzte Programme und die Markierungsdaten festgelegt. Somit wird das Lenken des Schneidmessers entlang einer gewünschten Schnittlinie in Übereinstimmung mit verhältnismässig standardisierten Routinen gesteuert, die sich im allgemeinen bei vielen Schneidbedingungen, aber nicht notwendigerweise bei allen Schneidbedingungen, noch bei nicht vorausgesehenen Bedingungen, als geeignet erwiesen haben. Zum Beispiel kann der Standard- -Schneidvorgang bei bestimmten Arten von schlaffem Flachmaterial, bei Auflagen von wesentlicher Tiefe und selbst innerhalb einer einzigen Auflage, die unterschiedliche Schneideigenschaften unter unterschiedlichen Bedingungen zutage treten lässt, nicht geeignet sein oder schlechte Ergebnisse zeitigen.
In der US-PS Nr. 3, 803, 960 ist ein System offenbart, das eine Verbesserung gegen- über den früheren Systemen darstellt, indem ein gewisser Flexibilitätsgrad in dem Schneidprogramm dadurch geschaffen wird, dass die die Markierung digitalisierende Person besondere Schneidmesserlenkungen, wie seitliche Winkelanstellung und verminderte Vorschubraten, unter begrenzten Umständen abrufen kann. Die Winkelanstellung bezieht sich auf die Drehung eines Schneidmessers weg von einer tangential zu einer Schneidbahn oder parallel zu dem Bahn-Geschwindigkeitsvektor des Messers liegenden Stellung. Dennoch ist ein flexibleres und besser ansprechendes Steuersystem erwünscht.
Demnach ist es wünschenswert, eine automatische Schneidmaschine zu besitzen, die auf verschiedene Schneidbedingungen beim Auftreten derselben bei einem Schneidvorgang anspricht.
Durch Einstellen oder Initiieren besonderer Steuerfunktionen im Verlauf des Schneidvorgangs in Erwiderung auf einen erfühlten Zustand werden die Gesamtleistung einer automatisch gesteuerten Schneidmaschine und die Qualität des sich ergebenden Produktes verbessert.
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Ein Steuersystem in geschlossener Schleife für eine automatisch gesteuerte Schneidmaschine ist in der US-PS Nr. 3, 848, 490 geoffenbart. Bei diesem Stand der Technik wird ein Drucksensor benutzt, um vorherige Schnitte in dem Flachmaterial in der unmittelbaren Nähe des Schneidmessers zu ermitteln, und in dem automatischen Messersteuerungsmechanismus wird eine Korrektureinstellung in Erwiderung auf Rückkoppelungssignale, die von dem Drucksensor erzeugt werden, vorgenommen.
Die Korrektureinstellung kann die Vorschubrate vermindern, während das Schneidmesser sich über den vorherigen Schnitt hinaus bewegt, oder dem Messer können Anstellungsbefehle erteilt werden, die das Messer geringfügig ausser Fluchtlinie mit der gewünschten Schneidbahn im gleichen Bereich drehen.
Gemäss einer nicht zum vorveröffentlichten Stande der Technik gehörenden Erfindung der
Patentinhaberin wurde eine automatische Schneidmaschine geschaffen, bei welcher während des
Schneidvorganges durch das Schneidmesser ein oder mehrere Schneidparameter, während sich das
Messer in Schneideingriff befindet, erfühlt werden und die Steuerung für das Messer derart mit einer Auswerteeinrichtung für diese Parameter rückgekoppelt ist, dass diese Parameter zur Ver- änderung des Schneidvorganges benützt werden. Eine derartige automatische Schneidmaschine ist, soweit es für das Verständnis des Erfindungsgegenstandes nötig ist, in der Beschreibung er- läutert.
Bei diesen Schneidmaschinen ist es infolge ihrer Feinfühligkeit der Steuerung ausserordent- lich wichtig, dass während des Schneidvorganges das Blattmaterial möglichst seine Lage auf dem
Schneidtisch nicht verändern kann, also z. B. Teile des Materials während des Arbeitens des Schneidmessers nicht unter dem Messerdruck ausweichen können, was etwa an Stellen, an welchen ein vorher geführter Schnitt nahe beim Schneidweg zu liegen kommt, leicht der Fall sein kann.
Dies würde gegebenenfalls Verfälschungen und Schnittabweichungen zur Folge haben.
Um diese Unzulänglichkeiten zu beseitigen, sieht die Erfindung an einer eingangs beschriebenen Schneidmaschine vor, dass ein in bekannter Weise am Schneidtisch angeordnetes Absaugsystem zum Niederhalten des Blattmaterials während des Schneidens und zur Verbesserung der Messgenauigkeit der seitlichen Belastungen, welche vom Fühler erfasst werden, vorgesehen ist.
Abzugssysteme für Schneidmaschinen sind an Schneidmaschinen anderer Art zum blossen Festhalten des Materials bereits z. B. aus der US-PS Nr. 3, 955, 458 bekannt. Vorliegendenfalls dient jedoch diese Ausgestaltung zur Verbesserung der Abfühlgenauigkeit bei der Steuerung des Schneidmessers an einer vorstehend beschriebenen, speziell gesteuerten Maschine.
Vorteile und Anwendungen der Erfindung sind nachstehend von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen für eine Maschine, bei welcher die Erfindung angewendet wird, näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer automatisch gesteuerten Schneidmaschine, bei der die Erfindung angewendet werden kann ; Fig. 2 ein schematisches Diagramm eines Steuersystems mit Rückkopplung für die Maschine bei einem Ausführungsbeispiel ; Fig. 3 eine fragmentarische Seitenansicht, in der jedoch einzelne Teile im Schnitt dargestellt sind, eines rund um das Schneidmesser angeordneten Pressfusses mit Sensoren zum Ermitteln von Schneidparametern ; Fig. 4 eine Draufsicht auf den Pressfuss und die Sensoren gemäss Fig. 3 ; Fig. 5 eine Querschnittansicht des Schneidmessers und der Flachmaterialauflage, die Wirkung der seitlichen Belastung auf das Messer darstellend ;
Fig. 6 eine fragmentarische Draufsicht auf das Schneidmesser beim Schneiden durch ein gewebtes Flachmaterial in einem Winkel zu den Fasern ; Fig. 7 eine fragmentarische Draufsicht auf die Flachmaterialauflage, das durch das Steuersystem mit Rückkopplung gemäss Fig. 2 verursachte automatische Lenken des Messers darstellend ; Fig. 8 ein Diagramm, das die Veränderung der Rate des Vorschubs veranschaulicht, die durch das Steuersystem mit Rückkopplung gemäss Fig. 2 entlang der Schneidbahn gemäss Fig. 7 verursacht wird ; Fig. 9 ein schematisches Diagramm, das ein Steuersystem mit Rückkopplung für die Maschine gemäss einem zweiten Ausführungsbeispiel veranschaulicht ; Fig. 10 ein schematisches Diagramm, das ein Steuersystem mit Rückkopplung bei einem dritten Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
Fig. l zeigt eine automatisch gesteuerte Schneidmaschine, die allgemein mit --10-- bezeichnet ist und zu der Art gehört, bei der die Erfindung verwendet werden kann. Die Schneidmaschine - schneidet in einer Markierung Musterstücke aus einer ein-oder mehrschichtigen Auflage aus Blattmaterial --L--, wie z. B. gewebte oder nichtgewebte Stoffe, Papier, Pappe, Leder,
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Kunststoff- oder andern Materialien.
Die dargestellte Maschine ist eine numerisch gesteuerte
Schneidmaschine mit einer Steuerung oder einer Datenverarbeitungsanlage --12-- zum Ausüben der
Funktion eines Datenprozessors, mit einem sich hin-und herbewegenden Schneidmesser --20- und einem Schneidtisch --22--, der ein durchlässiges Vakuumbett --24-- besitzt, das eine Auf- lagefläche bildet, auf der die Auflage ausgebreitet ist. Aus einem Programmband --16-- liest die
Datenverarbeitungsanlage --12-- die digital dargestellten Daten, die die Umrisslinien der zuzu- schneidenden Musterstücke bilden, und aus einem intern gespeicherten Schneidmaschinenprogramm erzeugt sie Maschinenbefehle, die auf den Schneidtisch durch ein Steuerkabel --14-- über- tragen werden.
Am Tisch erzeugte Signale werden, wie weiter unten ausführlicher beschrieben, ebenfalls über das Kabel von dem Tisch zurück auf die Datenverarbeitungsanlage --12-- über- tragen. Während ein Programmband als massgebliche Quelle für Schneiddaten dargestellt wurde, versteht es sich von selbst, dass andere Digital- oder Analogdaten-Eingebeeinrichtungen wie ein
Linienfolgegerät verwendet werden können.
Das durchlässige Vakuumbett --24-- kann aus einem geschäumten Material oder vorzugs- weise aus Borsten mit oberen freien Enden bestehen, die die Auflagefläche des Tisches bilden.
In die Borsten kann beim Durchqueren einer Schneidbahn --P-- in der Auflage durch das sich hin-und herbewegende Messer ohne Beschädigung entweder des Messers oder des Tisches ein- gedrungen werden. Das Bett wendet ein Vakuumsystem einschliesslich der Vakuumpumpe --25-- an, das ausführlicher in den US-PS Nr. 3, 495, 492 und Nr. 3, 765, 289 beschrieben und dargestellt ist.
Obwohl in Fig. 1 nicht gezeigt, kann ein luftundurchlässiger Überzug über dem mehrschich- tigen Blattmaterial --L-- positioniert sein, um das Volumen der Auflage zu vermindern. Daraufhin entzieht das Vakuumsystem dem Bett --24-- und dem Blattmaterial --L-- Luft, wie in Fig. 3 dar- gestellt, um die Auflage starrer zu machen und um das Auflager zumindest in dem Bereich, in dem das Schneidwerkzeug arbeitet, stellungsgebunden fest auf dem Tisch zusammenzupressen oder zu verdichten. Eine starrgemachte Auflage neigt dazu, auf das Schneidmesser gleichförmiger zu reagieren, und sie ist daher "normalisiert". Eine starrgemachte Auflage erhöht ebenfalls die
Arbeitsleistung der Erfindung, wie weiter unten ausführlicher beschrieben wird.
Das sich hin-und herbewegende Schneidmesser --20-- ist über der Auflagefläche des Tisches mittels des X-Schlittens --26-- und des Y-Schlittens --28-- hängend angeordnet. Der X-Schlitten - bewegt sich in der dargestellten X-Koordinatenrichtung auf einem Satz von Zahnstangen - 30 und 32-- vor und zurück. In die Zahnstangen wird durch (nicht dargestellte) Ritzel einge- griffen, die durch einen X-Antriebsmotor --34-- in Erwiderung auf Maschinenbefehlssignale aus der Datenverarbeitungsanlage --12-- gedreht werden. Der Y-Schlitten --28-- ist an dem X-Schlitten - für eine Bewegung relativ zu dem X-Schlitten in der Y-Koordinatenrichtung angebracht und wird durch den Y-Antriebsmotor und eine Führungsschraube --38- bewegt, die den Motor mit dem Schlitten verbindet.
Wie der Antriebsmotor --34--, so wird auch der Antriebsmotor --36-- durch Maschinenbefehlssignale aus der Datenverarbeitungsanlage (DVA)-12-erregt. Koordinierte Bewegungen der Schlitten --26 und 28-- werden durch die DVA in Erwiderung auf die digital dargestellten Daten erzeugt, die dem Programmband --16-- entnommen werden, um das sich hinund herbewegende Schneidmesser entlang einer Schneidbahn --P-- zu bewegen.
Das Schneidmesser --20-- hängt vorspringend von einer drehbaren Plattform --40-- herab, die an dem vorspringenden Ende des Y-Schlittens --28-- befestigt ist. Die Plattform und das Schneidmesser werden um eine a-Achse (Fig. 3), die sich längs des zum Flachmaterial rechtwinkelig angeordneten Messers erstreckt, mittels eines e-Antriebsmotors --44-- (dargestellt in Fig. 2), der ebenfalls aus der DVA 12 gesteuert wird, gedreht. Der Motor --44-- und die drehbare Plattform üben die Funktion einer Ausrichtung des Schneidmessers an jeder Stelle entlang der Schneidbahn P aus. Die drehbare Plattform --40- ist vertikal verstellbar und bewegt die scharfe vordere Schneide des Schneidmessers in und ausser Schneideingriff mit dem Blattmaterial auf dem Tisch.
Ein (nicht dargestellter) Höhenrichtmotor zum Bewegen der Plattform wird ebenfalls von der DVA 12 gesteuert. Das Schneidmesser wird ebenfalls durch einen Hubmotor --42--, der oberhalb der Plattform --40-- abgestützt wird, hin-und herbewegt. Zwecks genauerer Beschreibung eines Messerantriebs- und -tragmechanismus sei auf die US-PS Nr. 3, 955, 458 verwiesen.
Ein in Fig. 3 und 4 ausführlicher dargestellter Press fuss --50-- ist mittels zweier senkrechter
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Ständer --52 und 54-- von der drehbaren Plattform --40-- herabhängend angeordnet, die mit der Plattform so gleitbar verbunden sind, dass der Pressfuss während des Schneidens unter seinem eigenen Gewicht auf der oberen Auflageschicht ruht. Der Pressfuss umgibt das Schneidmesser - und besitzt einen mittigen Schlitz --56--, durch welchen sich das Messer hin-und her- bewegt. Das Schneidmesser und der Fuss drehen sich zusammen mit der Plattform --40-- um die e-Achse, und deshalb wird zu jeder Zeit die gleiche Lagebeziehung zwischen dem Messer und dem
Fuss aufrechterhalten.
Dementsprechend sind die scharfe vordere Schneide des Messers und die flache hintere Kante in einer zentralen Ebene des Fusses zwischen den Ständern--52 und 54-- aus- gerichtet, und die Ständer sind stets rückwärts von dem Messer beim Vorwärtsbewegen desselben entlang einer Schneidbahn P angeordnet.
Bei der Arbeitsweise der Maschine wird die einen Schneidparameter festlegende Messer- intelligenz oder-Information von dem Schneidmesser abgeleitet und zur DVA 12 zur Steuerung der Maschine --10-- durch Rückkopplung zurückgeführt, um ergänzende Maschinenbefehls- signale zu erzeugen, die die grundlegenden Maschinenbefehlssignale abgleichen oder zu ihnen hin- zugefügt werden und die Bewegungen des Schneidmessers verändern oder andere Maschinenfunktionen initiieren.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel eines Steuersystems mit Rückkopplung und die Art, in der ein erfühlter Schneidparameter zum Lenken des Messers benutzt wird. Schneiddaten auf dem Programm- band --16-- oder aus einer andern Quelle werden von dem Schneidmaschinenprogramm, das in der DVA 12 gespeichert ist, dazu benutzt, um grundlegende oder fundamentale Maschinenbe- fehle zu erzeugen, die den X-Antriebsmotor --34-- und den Y-Antriebsmotor --36-- betreiben und das Schneidmesser relativ zu der Blattmaterialauflage entlang einer vorbestimmten Schneidbahn bewegen. Übersetzungsbefehle, die das Schneidmesser relativ zu dem Blattmaterial vorwärtsbewegen, werden durch logische Verschiebungsschaltungen --60-- erzeugt, die in einem Linienfolgegerät od. dgl.
und in einer numerischen Steuereinrichtung gefunden werden können und die eine einstellbare
Vorschubratenschaltung einschliessen, und werden in Form von digitalen oder analogen Signalen auf den X-Antriebsmotor --34-- und den Y-Antriebsmotor --36-- über X- und Y-Antriebseinrichtungen bzw. über Verstärker --62 und 64-- übertragen. Hinzu kommt, dass die logischen Winkelschaltungen - bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung Schneiddaten empfangen und grundlegende digitale oder analoge Signale entwickeln, die durch eine e-Antriebseinrichtung oder einen Verstärker --72-- auf den e-Antriebsmotor-44-- übertragen werden.
Die grundlegenden Signale aus den logischen Winkelschaltungen drehen das Schneidmesser in eine Stellung, die allgemein ausgerichtet mit oder tangential zu der Schneidbahn in jeder Stelle entlang der Bahn ist. Auf diese Weise bestimmen die Antriebsmotoren --34, 36 und 44-- vollständig die Stellung des Schneidmessers in dem Blattmaterial und die Rate, mit der das Schneidmesser und das Material relativ zueinander während des Schneidvorganges vorgesehen werden.
Um den Schneidvorgang zu überwachen und um Veränderungen an oder Hinzufügungen zu den grundlegenden Maschinenbefehlen während des Schneidens vorzunehmen, ist ein Sensor --76-für die seitliche Belastung mit dem Schneidmesser --20-- verbunden und erzeugt Rückkopplungssignale, die entweder auf eine oder beide logische Verschiebungsschaltungen --60-- und die logischen Winkelschaltungen --70-- für die Steuerung mit Rückkopplung übertragen werden. Zum Beispiel kann die seitliche Belastung des Schneidmessers, die durch die Wechselwirkung zwischen Messer und Flachmaterial erzeugt wird, dazu benutzt werden, den e-Befehlssignalen Winkelverstellsignale hinzuzufügen, wodurch das Schneidmesser geringfügig aus einer mit der Bahn fluchtenden Stellung herausgedreht wird.
Das durch die logischen Schaltungen --70-- erzeugte Signal dreht das Schneidmesser und richtet das Messer so aus, dass die Schneide geringfügig auf die Seite der Schneidbahn, von der aus die Kräfte angelegt werden, zu gerichtet ist, um die Kräfte zu vermindern und vorzugsweise zu nullen, während sich das Messer entlang der Bahn vorwärtsbewegt.
Fig. 5 verdeutlicht das Problem, das korrigiert werden soll, wenn die seitlichen entlang beider Seiten des Schneidmessers verteilten Kräfte unausgeglichen sind. Es versteht sich von selbst, dass die seitlichen Nettokräfte F, die durch die Wechselwirkung zwischen Messer und Blattmaterial entlang dem herabhängenden Ende des Messers erzeugt werden, das Messer ablenken oder in die durch gestrichelte Linien angedeutete Stellung verbiegen. Ohne Korrekturtätigkeit und ohne
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Beachtung der Genauigkeit, mit der die Servomechanismen das obere Ende des Messers festlegen, wird das Messer in der oberen Schicht der Auflage einer Schneidbahn nachfolgen, die geringfügig unterschiedlich gegenüber der Schneidbahn in der unteren Schicht ist, und die Musterstücke aus den jeweiligen Schichten werden eine geringfügig unterschiedliche Form haben.
Natürlich sollten alle Musterstücke identisch sein und mit der programmierten Schneidbahn übereinstimmen.
Durch Drehen des Schneidmessers mittels Winkelverstellsignalen in Richtung auf die Seite der Schneidbahn, von der aus die Kräfte angelegt werden, werden die unausgeglichenen Kräfte zwischen Messer und Blattmaterial vorzugsweise auf Null vermindert, während sich das Messer vorwärtsbewegt. Wenn die Kräfte vermindert worden sind, wird das Verbiegen des Messers und das Verschieben des Materials ebenfalls vermindert, und das Messer folgt der Schneidbahn durch das Material, wie mit grösserer Genauigkeit programmiert wurde.
Zu diesem Zweck ermittelt der Sensor --76-- für die seitliche Belastung, der dem Messer zugeordnet ist, seitliche Belastungen, und Rückkoppelungssignale aus dem Sensor veranlassen die
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gieren. Innerhalb der logischen Winkelschaltungen der DVA 12 können die Rückkoppelungssignale auf verschiedene Weise dazu benutzt werden, diese Signale zu erzeugen, die grundlegenden o-Befehlssignale ergänzen.
Zum Beispiel können die Rückkoppelungssignale tatsächlich die Logik oder den Algorithmus verändern, der das e-Befehlssignal in der DVA errechnet, wie in Fig. 2 vorgeschlagen, oder die Rückkoppelungssignale können in einer getrennten Schaltungsanordnung der DVA dazu benutzt werden, ein getrenntes Signal zu erzeugen, das mit dem e-Befehlssignal algebraisch zusammengelegt wird, wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 9 gezeigt ist, das weiter unten beschrieben wird. In der Tat bewegt sich das Schneidmesser in Reaktion auf die Kräfte auf
Grund der aus dem Sensor --76- abgeleiteten Information oder Messerintelligenz ohne den un- günstigen Einfluss von solchen Messerkräften und der damit verbundenen Verbiegung durch das
Blattmaterial.
In der Praxis können seitliche oder unausgeglichene, auf das Messer wirkende Kräfte eine Anzahl von Ursachen haben. Fig. 6 stellt das Schneidmesser --20-- dar, wie es sich in Schneideingriff durch gewebtes Flachmaterial in einem Winkel zu den Fasern --T und F-- vorwärtsbewegt.
Die parallelen Fasern --T-- sind quer zu den parallelen Fasern --F-- verlaufend dargestellt, könnten aber verschiedene geometrische Beziehungen haben, und andere Fasern könnten ebenfalls in dem Gewebe eingeschlossen sein. Es ist ersichtlich, dass die Fasern --T--, die in einem spitzen Winkel zu dem Messer verlaufen, durch das Messer, bevor sie geschnitten werden, geringfügig auf eine Seite geschoben werden. Wenn die Fasern verschoben werden, üben sie auf das Messer eine Reaktionskraft aus, und die Summe der Kräfte kann in einer mehrschichtigen Materialauflage wesentlich sein und den in Fig. 5 gezeigten Biegeeffekt erzeugen. Ähnliche Effekte werden bei gewirkten Stoffen und andern Materialien beobachtet.
Faktoren, die die in Fig. 6 dargestellte Erscheinung beeinflussen, schliessen die Winkelbeziehung zwischen Schneidmesser und Fasern, den Schärfungswinkel, die Messerschärfe, die Grösse und die Form und die Stärke der Fasern ein.
Eine andere Ursache für unausgeglichene auf das Schneidmesser wirkende Kräfte hängt mit der Auflage zusammen. Schlaffes Blattmaterial neigt dazu, einen schwächeren Druck oder eine kleinere Unterstützung auf der Seite des Messers zu schaffen, die sich dicht an der Auflagekante oder einer Öffnung innerhalb der Auflage wie einem vorausgegangenen Schnitt befindet. Zum Beispiel ist in Fig. 7 ein Schneidmesser --20-- in aufeinanderfolgenden Stellungen entlang einer Schneidbahn-Pl-dargestellt, während sich das Messer in dichter Nachbarschaft zu einem vorher gemachten Schnitt auf der Schneidbahn --P2-- bewegt. In der Nähe des vorherigen Schnittes entlang der Schneidbahn --P2-- kann das Blattmaterial zwischen den Bahnen leichter nachgeben und die seitliche Unterstützung an der einen Seite des Messers in der Nähe der Bahn-P2- vermindern.
Durch die erfindungsgemässe Anordnung eines Vakuumsystems können die beschriebenen Ausweichmöglichkeiten gering gehalten werden, und somit kann die Steuerung für das Messer verbessert werden.
Mit dem Sensor für die seitliche Belastung, der in dem Steuersystem mit Rückkopplung, wie in Fig. 2 dargestellt, geschaltet ist, bewegt sich das Schneidmesser in Fig. 7 auf den Punkt der dichtesten Annäherung zu, wobei es geringfügig ausser Fluchtlinie mit der Schneidbahn-Pl-und
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von dem vorherigen Schnitt weggedreht wird, u. zw. auf Grund der schwächeren Unterstützung auf der linken Seite des Messers und der grösseren Belastung auf der rechten Seite. Der grösste Winkelanstellungsgrad wird an dem zu der Schneidbahn --P2-- dichtesten Punkt beobachtet, um der grössten Unausgeglichenheit der an diesem Punkt auf das Messer wirkenden seitlichen Kräfte entgegenzuwirken.
Danach verschwindet das Korrektursignal nach und nach, während das Messer entlang der Schneidbahn --PI-- fortschreitet und sich von der Schneidbahn --P2-- entfernt. Die dargestellten
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lieber von dicht nebeneinanderliegenden als von sich berührenden Musterstücken Gebrauch gemacht wird. Wenn sich die Bahnen in Fig. 7 berührt hätten, würde das Messer in den vorherigen Schnitt auf der Bahn --P2-- nahe dem Berührungspunkt hineinrutschen und würde an diesem Punkt keine seitliche Belastung erfahren. Mit einer nur von dem Sensor --76-- für die seitliche Belastung ab- geleiteten Anstellwinkelkorrektur würde keine Korrektur-Winkelanstellung mehr erfolgen, um das
Messer auf die Verfolgung der Bahn-Pl-zurückzubringen, solange, bis sich das Messer im
Schnitt entlang der Bahn --P2-- über den Berührungspunkt hinaus bewegt hat.
Bei einer Be- dingung der dichten Annäherung wird, wie dargestellt, eine Korrektur-Winkelanstellung an allen
Punkten innerhalb der Nähe der Bahn --P2-- auferlegt, und es herrscht ein genaueres Schneiden vor.
Aus Fig. 2 geht auch hervor, dass die Kraft-Rückkoppelungssignale aus dem Sensor --76-- ebenfalls an die logischen Verschiebungsschaltungen angelegt werden. Innerhalb der Schaltungen - befehlen die Rückkoppelungssignale eine Verminderung der Rate des Vorschubs entlang der Schneidbahn unter den gleichen Umständen, die die Anstellwinkelbefehle in den logischen
Winkelschaltungen erzeugen. Die verminderte Vorschubrate gestattet es, dass Korrekturen trotz einer Verzögerung in dem e-Kanal-Servosystem dort vorgenommen werden, wo sie entlang der Schneidbahn gebraucht werden, und vermindert des weiteren den Gesamtbelastungsfaktor in dem Schneidmesser an den kritischen Punkten entlang der Schneidbahn.
In Fig. 7 wird somit die Rate des Vorschubs des Schneidmessers --20-- entlang der Bahn-Pl-verringert, während das Messer sich zum Punkt engster Nachbarschaft zu dem vorherigen Schnitt auf der Schneidbahn --P2-- zubewegt, und vergrössert, nachdem der Punkt der grössten Annäherung passiert worden ist. Der Wechsel im Geschwindigkeitsprofil oder in der Vorschubrate des Schneidmessers ist, während sich das Messer an dem Punkt der grössten Annäherung vorbei bewegt, in dem Geschwindigkeits-Verschiebungs- - Diagramm in Fig. 8 dargestellt. Die kleinste Geschwindigkeit stimmt mit dem Punkt der Schneid- bahn --PI-- überein, der der Schneidbahn --P2-- am nächsten liegt.
Wie oben angegeben, können die Verschiebungs- und die B-Befehlssignale durch den Schneidparameter, der durch den Sensor --76-- ermittelt wurde, entweder einzeln oder kombiniert abgeändert werden. Darüber hinaus kann der erfühlte Schneidparameter dazu benutzt werden, andere gesteuerte Variable, wie die Messergeschwindigkeit oder die Hubrate, zu korrigieren oder abzuändern.
Das Erfühlen von Messerkräften kann durch einen Messer-Führungs-Mechanismus in dem Pressfuss --50-- in Fig.3 und 4 erreicht werden. An dem Pressfuss ist eine kreisrunde Einbauplatte - befestigt, die zwei Führungsrollen --82 und 84-- trägt, die an den gegenüberliegenden Seiten des Schneidmessers --20-- in rollendem Kontakt mit dem Messer angeordnet sind. Auf diese Weise behält die Platte --80-- eine feste Stellungsbeziehung seitlich vom Messer bei und folgt den seitlichen Bewegungen des Messers nach.
Ein erschütterungsfreier Aufsatz --86-- für die Platte --80-- ist am Pressfuss --50-- durch Bolzen --88 und 90-- befestigt und weist zwei elastische Arme --92 und 94-- auf, die auf diametral gegenüberliegenden Seiten der Platte --80-- befestigt sind. Die Federkonstante der Arme - 92 und 94-- ist relativ hoch gemacht, so dass die Rollen --82 und 84-- eine gewisse seitliche Starrheit zum Schneidmesser hin schaffen, aber gleichzeitig eine begrenzte seitliche Verschiebung des Messers unter Belastung erlauben.
Somit sind die Verschiebungen der Platte --80-- direkt proportional den an das Messer angelegten Belastungen und ein Stellungswandler --96-- in Form eines linearvariablen Differential-Transformators (LVDT) kann als der Sensor --76-- für die seitliche
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Belastung in Fig. 2 dienen.
Eine derartige Maschine arbeitet vorteilhaft in Verbindung mit dem durchlässigen Vakuum- bett der Schneidmaschine --10-- gemäss Fig. 1. Wenn die Auflage aus Blattmaterial --L-- durch das angelegte Vakuum zumindest in der Gegend des Messers starrgemacht worden ist, werden die zwischen Messer und Material wirkenden Kräfte schneller erzeugt und sind für einen gegebenen
Fühler grösser. Folglich haben die Kraft-Rückkoppelungssignale eine höhere Signalqualität oder - klarheit, und das Steuersystem mit Rückkopplung kann auf Grund des klareren Signals ein verbessertes Ansprechen hervorrufen. Weiterhin helfen die elastischen Borsten in dem Bett - -24--, die Kräfte auf das Messer über das Material zu entwickeln.
Die freien Enden der Borsten verhindern, dass das Material auf der Auflagefläche des Tisches rutscht und biegen sich elastisch mit dem Material um, wenn Kräfte zwischen dem Messer und den untersten Auflageschichten erzeugt werden. So hält die elastische Hemmung der Schichten durch die Borsten das Material fest und hilft bei der Entwicklung der Kräfte auf den unteren Messerteil besonders dann, wenn das
Material sehr schlaff und unfähig ist, in einer Ebene verlaufende Druckkräfte zu übertragen.
Ein anderes Ausführungsbeispiel des Steuersystems mit Rückkopplung ist in Fig. 9 dargestellt, wo gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen wie oben tragen. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Winkel des Schneidmessers zuerst aus den Schneiddaten des Programmbandes --16-- durch die Winkelschaltungen --70-- errechnet und dann sowohl durch ein zeitlich abgestimmtes Winkel- anstellprogramm --98-- als auch durch das dynamische Winkelanstellsignal, das aus dem Sensor - für die seitliche Belastung, der mit dem Schneidmesser verbunden ist, abgeleitet wird, abge- ändert oder ergänzt. Das Kraftsignal aus dem Sensor wird zu einer Korrektur-Schaltung --100-- zurückgeführt, die das von den logischen Annstellwinkelschaltungen --70-- unabhängige Signal erzeugt.
Dieses aus dem Sensor abgeleitete Anstellwinkelsignal wird mit einem grundlegenden 0-Befehlssignal und einem zeitlich abgestimmten Anstellwinkelsignal an einer Summierver- knüpfung --102-- zusammengelegt. Das zeitlich abgestimmte Signal kann aus einem gespeichertem
Programm gelesen werden, das vorher in der DVA 12 festgesetzt wird, wie z. B. eher aus einer
Funktion der Geometrie der Schneidbahn als aus einem variablen Parameter, wie den seitlichen
Kräften, die von dem Sensor --76-- ermittelt werden.
Die an der Summierverknüpfung --102-- zusammengelegten Signale bilden ein einzelnes Maschinenbefehlssignal, das auf die Antriebseinrichtung --72-- übertragen wird, um den s-Antriebsmotor --44-- zu betreiben und das Messer so auszurichten. Wenn ein zeitlich abgestimmtes Einstellen des Winkels in Verbindung mit dem aus Messerkräften abgeleiteten Einstellen verwendet wird, sollte es klar sein, dass das zeitlich abgestimmte Winkeleinstellprogramm, wenn es richtig ausgewählt worden ist, insbesondere die Primärkorrekturen zur Verminderung der Messerbelastung liefern sollte ; begrenztere und feinere Korrekturen werden durch die Rückkoppelungssignale aus dem Lastsensor bewirkt. Somit kann das Steuersystem mit Rückkopplung sowohl allein als auch in Verbindung mit andern Korrektursystemen benutzt werden, um die Schnittgenauigkeit zu erhöhen.
Das Anstellwinkelsignal aus der Korrekturschaltung --100-- wird des weiteren einer Ratenschaltung --104-- zugeführt. Das Ausmass der Winkelveränderung wird durch die Schaltung - abgeleitet und an Stelle des Rückkoppelungssignals auf die logischen Verschiebungsschaltungen --60-- übertragen, um die Vorschubrate des Schneidmessers entlang der Schneidbahn zu vermindern. Somit vermindern die Verschiebungsbefehlssignale aus den Schaltungen --60--, wann immer Anstellwinkelkorrekturen vorgenommen werden, die Vorschubrate des Schneidmessers, und die Verminderung ist proportional dem Ausmass der Veränderung der abgeleiteten Winkelanstellung.
Fig. 10 stellt noch ein anderes Ausführungsbeispiel des Steuersystems mit Rückkopplung dar, und abermals tragen gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen wie die oben erwähnten. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Parameter des Schneidvorgangs durch einen Längsbelastungssensor - überwacht, der an das Schneidmesser angelegte rückwärts gerichtete Kräfte ermittelt, während es sich entlang einer Schneidbahn vorwärtsbewegt. Die nach rückwärts gerichteten Kräfte weisen auf eine Anzahl von Schneidparametern hin wie die Schärfe des Schneidmessers, eine gebrochene Klinge, die Dichte oder Zähigkeit des Blattmaterials, die Tiefe der Blattmaterialauflage und eine Öffnung in der Auflage, wie eine solche an einem vorherigen Schnitt oder der Kante der Auflage.
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Der Längsbelastungssensor --110-- bei dem in Fig. 10 dargestellten Ausführungsbeispiel der
Steuerung wird dazu benutzt, um die Rate des Vorschubs bei den logischen Verschiebungsschal- tungen --60-- zu verändern und auch dazu, um den Betrieb einer Messerschärfer-Steuereinrichtung - über einen Höhendetektor --114-- zu initiieren. Die logischen Verschiebungsschaltungen - sprechen auf die Rückkoppelungssignale aus dem Sensor --110-- an, indem sie die Vorschub- rate des Schneidmessers entlang der Schneidbahn auf die gleiche Weise wie die Lastsignale beim Ausführungsbeispiel in Fig. 2 vermindern.
Die verminderte Rate des Vorschubs. veranlasst das sich hin-und herbewegende Schneidmesser, mehr Schneidhübe pro Längeneinheit der Schneid- bahn vorzunehmen, was die Schneidlast erleichtert und gleichzeitig die durch die Längsbelastung des Messers verursachte Beanspruchung vermindert. Ein solches Ansprechen der Steuermechanismen gleicht ebenfalls automatisch die Vorschubrate des Schneidmessers gemäss Schwierigkeit oder Zähig- keit des gerade geschnittenen Flachmaterials, der Höhe der Auflage und der Schärfe der Schneide des Schneidmessers ab. Falls erwünscht, kann die Verschiebungslogik darauf begrenzt werden, die
Geschwindigkeit des Schneidmessers nur oberhalb eines vorher ausgewählten Kraftniveaus zu vermindern.
Die logischen Verschiebungsschaltungen können ebenfalls dazu geeignet sein, die Geschwindig- keit des Schneidmessers unterhalb eines vorher ausgewählten Kraftniveaus zu vermindern. Zum
Beispiel ist es wünschenswert, die Geschwindigkeit zu vermindern, wenn das Schneidmesser sich der Kante der Blattmaterialauflage oder einem vorherigen Schnitt in der Mitte der Auflage nähert, wobei sich das Schneidmesser mit maximaler Geschwindigkeit bewegt. Darüber hinaus sollten der
X- und der Y-Schlitten vollständig anhalten, wenn die Klinge bricht und die nach rückwärts gerichtete Kraft völlig verschwindet. Somit können die logischen Verschiebungsschaltungen mehrere Höhendetektoren enthalten, um einen Bereich der nach rückwärts gerichteten Kräfte zu umspannen, in dem die Messertätigkeit erwartet wird.
Das Rückkoppelungssignal der nach rückwärts gerichteten Kraft, das an die logischen Verschiebungsschaltungen --60-- angelegt wird, wird des weiteren an den Höhendetektor --114-angelegt, um ein Klinge-Stumpf-Signal zu erzeugen, wann immer die Kräfte eine vorbestimmte Höhe überschreiten, die oberhalb derjenigen liegt, bei der eine Veränderung in der Vorschubrate des Schneidmessers verursacht wird. Das Klinge-Stumpf-Signal wird an die Schärfer-Steuereinrich- tung --112-- geliefert, um die Tätigkeit eines Messerschärfers zu initiieren.
Da Messerschärfen gewöhnlich nicht eher ausgeführt wird, als das Schneidmesser einen geeigneten Haltepunkt entlang der Schneidbahn erreicht hat, wie einen spitzen Winkel oder eine scharfe Ecke, die ein Aussereingriffbringen des Messers mit dem Blattmaterial erlaubt, kann das Klinge-Stumpf-Signal dazu benutzt werden, die Schärfersteuereinrichtung bei dem nächsten Aussereingriffbringen des Messers auf ihre Tätigkeit einzustellen.
Das Signal der nach rückwärts gerichteten Kraft kann des weiteren zum Regulieren der Messergeschwindigkeit oder der Hubrate benutzt werden als Alternative zur oder in Verbindung mit der Vorschubratensteuerung. Im allgemeinen weisen stärkere rückwärtige Kräfte auf ein schwierigeres Schneiden auf Grund von schwererem oder zäherem Blattmaterial und dickeren Auflagen hin. In solchen Situationen ist eine grössere Anzahl von Hüben pro Verschiebungseinheit erwünscht, und das Rückkoppelungssignal aus dem Lastsensor --110-- liefert ohne weiteres die notwendige Information, um die Geschwindigkeit des Hubmotors-42- (Fig. l) zu regulieren.
Wenn die Verminderung der nach rückwärts gerichteten Kräfte an der Kante einer Auflage eine Verminderung der Rate des Messervorschubs durch das Material erfordert, kann das Rückkoppelungssignal in einem solchen Fall ebenfalls die Hubrate vermindern, um die durch das Schneidmesser erzeugte Wärme zu begrenzen und dadurch ein Schmelzen oder Brennen des Blattmaterials zu verhindern. Selbstverständlich könnte ein Messer-Temperatursensor die gleiche Funktion ausüben.
Eine Fühleinrichtung zum Ermitteln von an das Schneidmesser angelegten, nach rückwärts
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teren Kante des Schneidmessers durch ein Joch --122-- getragen, das auf den Ständern-52 und 54-- des Pressfusses befestigt ist. Das Joch schliesst elastische Arme --124 und 126-- ein, die
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Federkonstanten aufweisen, die so ausgewählt sind, dass sie eine begrenzte nach rückwärts gerichtete Verschiebung des Führungsrades --120-- und des Schneidmessers --20-- erlauben, wenn nach rückwärts gerichtete Kräfte an das Messer angelegt werden.
Ein Stellungswandler --128-- in Form eines andern linearvariablen Differentialtransformators (LVDT) ermittelt die Verschiebung des Joches und des Messers und erzeugt ein Signal, das sowohl der Verschiebung als auch der nach rückwärts gerichteten Kraft proportional ist. Demnach haben das Joch und der Wandler den gleichen Wert wie der Lastsensor --110-- in Fig. 10 und liefern ein zur Verwendung durch die logische Verschiebungsschaltungsanordnung --60-- und den Höhendetektor --114-- geeignetes Rückkoppelungssignal.
Zusammenfassend ist zu sagen, dass bei all diesen vorbeschriebenen Steuerungseinrichtungen, die durch die Fühleinrichtung am Messer beeinflusst werden, infolge des Vorsehens der erfindungsgemässen Anordnung des Absaugsystems insbesondere an schwierigen Schneidstellen infolge einer genaueren Abfühlung die notwendigen Steuerbefehle präziser gegeben und die Grösse der notwendigen Korrekturen kleiner gehalten werden können, wobei auch die durchschnittliche Schneidgeschwindigkeit höher gehalten werden kann, als es ohne einem solchen Absaugsystem möglich wäre.