CN1098454A - 工件定位设备 - Google Patents

Abstract

两个工件部分(30、32)沿一条缝合路径(28)缝 在一起，每个具有与缝合路径(28)相应的缝合区域 (24、26)，后者构形是工件部分(30、32)在基本平的状 态下区域不互相搭接。这样工件部分被赋予某种三 维状态。每个工件部分(30、32)被夹持于两个辊 (10、12、24)之间，后者之一被驱动而另一个可自由 旋转。辊子也可作总体运动以逐步推进工件部分 (30、32)通过操作工位(4)。为了感测缝合区域是否 处于搭接关系，设置边沿传感装置(40、42、44)。

Description

本发明涉及一种工件定位设备，它可使两个工件部分在选定的区域处被定位在以所需的关系，例如是搭接关系，同时在这种关系状态下逐渐地前进通过一机器例如缝纫机的某一操作工位，由该机器对上述选定的区域逐步地加以加工。其中，往复运动的针位于缝纫机的操作工位上以便沿上述区域进行逐步的缝合操作。本设备包括工件支承装置以支承工件部分、工件夹持装置，与上述工件的支承装置协同动作以便工件部分夹持在所需要的搭接关系中，以及工件推进装置，用于将已夹持于上述关系中的工件沿需要的路径通过上述工位。

用缝制的方法把某些物品的工件部分组合缝在一起形成三维结构来制造某些三维制品例如鞋是很便利的，这种缝制方法导致形成三维结构，这种缝制方法（通常称作“外跷缝制”（sprung stitohing））被采用的原因是因把初始形状给与缝制品，通过绕一型芯伸展该制品以便于成最终的形状，对于鞋面来说也就是最后成形了。

虽然通常工件部分通过加工机（例如缝纫机）的操作工位喂入，在该部分是“平坦的”时候通常都是直线向前的，但这在“外跷缝制”时就会出现困难，这基本上是因为将被缝在一起的选定区域各自有一个缝合区域，相应于所需要的针迹（沿该针迹要缝制工件部分）该缝合区域被这样成形以致于缝制区域，在工位部分基本上是平的状态时候并未沿其全长度搭接另一部分的区域。

两个缝合区域当然在它们送向缝针时必须搭接在一起以确保工件部分沿所需的针迹被精确地缝制在一起。一个已知的确保缝合区域精确地对齐的方法是在送向缝针之前使工件部分变形并暂时地使工件部分密合在一起成为一种预组装件。当在变形的条件下密接时工件部分便可沿所需要的针迹缝合在一起而不需要对它们中的任一个再作位置调整。但因为变形与暂时密接基本上是一种手工操作，这种方法比较费时。

可选择地是工件部分可以被推进至机器的操作工位而操作者必须确保它们逐渐变形以致使上述区域在被喂入时处于搭接状态。在这种情况下操作的可靠性则仅依赖于操作者的技巧，工作费时，要求相当地且持久地且集中注意力。

故本发明的目的是解决上述的用送向加工机的操作工位加工两工件产品的已知方法中所存在的问题。本发明的目的是这样解决的：在上面第一段中所述的机器中，为了使被处理的工件部分能在当其基本平置时具有沿其全长不搭接的选定区域，工件夹持机构应包括两个部件，可以分别与工件部分的每一个相接合。通过每个部件使所接合的工件部分横过上述针迹运动，同时该部分仍然维持上述的夹持状态，这样就将上述区域在上述操作工作处逐渐引入所需要的关系中，并且还提供了实现这种运动的驱动装置。

可以理解，在使用按本发明的设备时，当工件部分逐渐前进通过操作工位时各部分的选定区域之间的相对关系是起变化的。这些部分也逐渐地被引导至在操作工位处达到需要的关系，结果，在工件部分被保持在那种关系中时，使得它们能够在上述工位将被加工。用这种方法，尽管当各部分以平坦式搭接时，选定区域沿其全长并不处在所需的关系中，但它们可以被逐渐地引入所需的关系中并在这一关系中被加工。

按照本发明在设备中最佳的方式是工件夹持装置的每个元件由可绕一轴线旋转的锥形辊子组成（该术语“锥形”在此处用于涉及辊子时应理解它也包括截头圆锥的情况）。此外，在这种情况下，上述二轴线在上述操作工位处彼此相交的。通过使用圆锥辊子时每个工件部分都被可靠地以线接触的方式被夹持在工件支承装置上且同时它能有效地绕位于操作工位的轴线转动，而且这样，实际上在沿选定区域的长度处的最终加工点处这种旋转将选定的区域引入所需的关系中，使它们能够可以在随后加工点被加工。

虽然在某些情况下对于具有低摩擦面的平的支承元件组成的工件支承装置可能是有益的或是所需要的。但已发现通常更方便的是使工件支承装置也包括两个锥形辊子，它们各与工件夹持装置的辊子相联，且每个辊子可各绕一轴线转动。还有在这种情况下，该两条轴线彼此相交并与上述工件夹持装置的辊子的轴线在上述操作工位处相交。这样，在支承与夹持表面（辊子）间的线接触得以维持，同时使工件部分的两侧的易接近性得以提高。

进一步地，工件支承装置的辊子能自由转动则最佳，这样，由于工件受到两套辊子的驱动而变形的危险性就被避免了，同时也避免了对两套辊子进行同步驱动的要求。

为了确定当工件部分被逐渐推进时，选定的区域是否处于它们的关系中，本发明的设备最好进一步包括用来检测工件部分的边沿的传感装置。该装置可控制驱动装置的动作。在传感装置的控制下工件部分的选定区域被逐渐引入所需的关系中。传感装置可以是任意的适当形式，例如是机械式的，最好的形式是光学式的，它包括有在上述操作工位“上游”处置于两工件部分之间并从其间向外突出的平板元件，该元件具有与工件部分不同反射特性的表面。还有两个光源/接受器，它们各与每个工件部分相联系并与平板元件的突出部分协同动作以感测工件部分边沿的位置。

在本发明的一个特定的实例中，本设备被构成和设置成使两工件部分的选定区域的位置定位以便可在其上进行缝合操作，此时，在机器的操作工位上设置有往复运动的针。这种情况下，驱动装置最好与缝纫机的缝针的往复运动有时间关系来致动驱动装置，由此在针处于与此相穿透接合时实现工件部分的横向运动，同时也与针的往复运动有时间关系来致动推进机构，由此使得工件部分在针提起时再向前推移。

可以理解，在缝针位于最末一个针迹点处时它具有一中心，工件部分绕该中心转动以带动选定区域进入所要求的搭接关系中以用于下一个针迹点，然后，工件部分被夹紧于上述的关系中，针被抽出，工件部分2向前进并且在所述下一个针迹点处形成下一个针迹。

最佳的方案是使工件部分由推进装置步进推动，每步推进一个针迹长度。为此更合宜地是使工件支承装置与工件夹持装置被安装成可以彼此分合，由此使工件部分置于其间而如前所述地被夹持及被松开，它们也被分别安置在一个滑板之上以沿上述针迹方向上被推进作前进与返回运动。在作这种推进运动时工件部分按如上所述被夹持，这样，使它们被推进而在返回时工件部分被松开但缝针与其穿透接合。

在上述的特定实例中锥形辊的轴线在针穿透工件部分时与针往复运动的轴线相交。

在应用本发明的设备（例如上述的特定实例中所述的）时，一旦工件部分已被夹在工件支承装置和工件夹持装置的辊子之间时就不再需要手工的介入。工件部分的选定区域将自动地由工件夹持辊所排列并步进地被推进到加工它们的操作工位上（例如缝合在一起），而形成最终成品。易于理解的是工件部分的选定区域的这种自动排列相对于先有技术的程序（例如预先组合操作或类似操作）对时间作出了明显的节约。

现参照附图在下面对本发明的一个工件定位设备作出详细的叙述。易于理解的是在下文中所选的设备仅作为一个不起限定作用的实例。

图1为本发明的工件定位设备的侧视示意图，其中示出与缝纫机的缝合部分有关的其操作位置;

图2为缝纫机的输入一侧的示意透视图，示出在设备的工件支承装置与工件夹持装置之间夹持的两个工件部分，此时，工件部分在缝合过程中被送向缝纫机的缝针;

图3为两个工件部分被缝合在一起并被夹持时的平面示意图;

图4为图3所示内容的侧视示意图;

图5为设备在操作过程中一系列步骤的侧视示意图;

图6为设备的传感装置的局部平面示意图，特别地是其反射感应板定位于两片待缝的工件部分之间;

图7为设备操作过程中工件部分与传感器间相互关系的示意图。

现在加以描述的本发明的工件定位设备被构成并设置成与缝纫机共同操作，后者具有支承通常的往复运动缝针4的缝纫头2（见图1）以及工件托板8，工件托板8被设置在缝针4的输出一侧（从图1看，当工件被缝合时是从右侧移向左侧）。在托板8的下方放置有线轴6，后者以通常的方式与针4协同动作。针4被安装成沿轴线A作往复运动，后者位于图1所在的平面内。

在图1中所示，与缝纫头相关的操作位置中工件定位设备具有一个支承上滑板18与下滑板20的框架（未示）。上滑板18座落在支承50之上，以便在一气动马达（未示出）的作用下相对于下滑板20作高位运动，其理由将在下面进行讨论。

与上滑板18紧密相连的是两个摇动的上支承臂14（在图1中仅示出一个）。臂14彼此分开到一平面的每侧，该平面与图1的平面相平行。每个臂14具有一个水平部分36与一个与垂直线相倾斜的并大致上向下延伸的部分38，在每个臂14的下端具有一个支承在销11上的截头圆锥滚子，它们（分别标号以10与22）构成设备的工件夹持装置的一部分。本设备也包括为每个辊子10（22）所设的驱动机构，它是一个步进马达52，通过此步进马达52使辊子绕其轴线11作旋转运动。

与下滑板20紧密相联的是两个下支承臂16（在图1中仅示出一个），它们彼此分开并位于平行于图1所在平面的平面两侧。每个臂16是基本向下延伸但是与垂直线倾斜。在每个臂16的上端支承在销13上的是截头圆锥辊子，分别标号为12与24，它们构成本设备的工件支承机构的一部分。支承辊子12、24安排成各与辊子10，22其中之一协同操作，且辊子12、24可以自由旋转。

在图1中所示的辊子10、12被描绘成处于一种操作状态，其中，工件部分30被夹持在它们之间，以便将其送向针4，后者正处于输出板8所在平面的上方。辊子22、24类似地用来夹持第二个工件部分32（在图1中未示出）。支承臂14，16的倾斜度是这样的，在它们的工作位置上，辊子的旋转轴线（即销11、13的轴线）彼此相交并与针4的往复运动轴线A相交。

辊子组10、12在图1中示出而辊子组22、24在该图中未示，它们分别设置在针迹28（图3）的两侧。该针迹与轴线A交成直角。为了将工件部分推向缝纫机的针4，设置了形式为同步步进马达54、56的推进机构，上述马达分别与上滑板18的支承50和下滑板20相联。更特别的是马达54、56各在其输出轴上带有小齿轮58、60，它们分别与齿条62与64相啮合，后者又分别固定到支承50与下滑板20上。借助于马达54、56的同步动作，臂14、16与其上所支承的辊子10、12、22、24可沿箭头F（图3）所指的工作喂入方向往复运动，在下面将参考图5作进一步解释。

图2概略地描述了两组辊子10、12与22、24如何啮合由针4缝合在一起的两个工件部分30、32的。两个工件部分30、32典型地说应当是鞋面部件，但将它们缝合起来时，它们就形成三维结构，但也可以是由缝线缝合的单一鞋部件的两个部分。

参照图3，两个工件部分30、32各具有一个选定（下文称“缝合”）区域24、26，它们必须分别与针迹28相一致，两工件部分30、32局部所示由针4键合在一起，（在图3中一个缝合区域以一系列点表示而另一个以一系列“X”表示）。工件部分30、32的形状应是当该部分呈基本平的状态时缝合区域24、26并不沿它们的全长搭接，这一点可以从图3中看出;其中缝合区域24、26在针4的输入一侧与辊子10、12、22、24相邻处是分叉的。缝合区域24，26离各自的工件部分30、32的边沿处的间隔是已知的。

当缝合区域24、26未搭接时，为了要使工件部件沿所希望的针迹28缝制在一起，它们必需首先被加以变形以迫使缝合区域24、26在针的前面进入搭接关系。为此辊子10、12、22、24协同动作，彼此相对并绕轴线（以S表示）转动工件部分30、32，该轴线与辊子轴线的交点是重合的。这样缝合区域24、26就被完全地引入所需的搭接关系中。

在所述的该设备中，该轴线与针4的往复运动轴线A重合，而针4在最后形成的针迹点处处于与工件部分相穿透接合中（正如图3中所示）。当两组辊子与相应的工件部件接合时，这样转动辊子其作用是绕轴线S转动所述工件部分。S点也是在工件部分接合处距辊子最近的一点。所以实际上使得部分30、32绕最后形成的针迹点旋转。旋转工件部分也同时导致由于其相对于工件喂入方向F作横向运动即左或右，如图3所示，使尚未缝合的缝合区域24、26推进到所要求的搭接状态，逐渐构成每个针脚。一旦工件的横向运动开始而缝合区域24、26被驱至它们所需的搭接关系时辊子的旋转即停止。然后工件部分30、32在针4转动期间被夹持定位而工件部分30、32的推进使下一个针迹点与针的往复运动轴线A重合。该过程然后重复直至两个工件部分30、32沿整个针迹28缝合在一起。

图4示出由缝合工件部分30、32所获得的效果，从最初的二维部件成形为三维的形式。如图4中可见的，工件部分30、32的变形使它们在缝合后在针的另一侧向上卷起。

图5示出一系列操作步骤，以ⅰ至ⅳ顺序标号，其中通过该步骤某一工件部分（30）被喂向针4，另一部分（32）具有同样的步骤。如在步骤ⅰ中所示，工件部分由辊子10、12所夹持。此时，针4贯穿透工件30（即该轴线A与S重合）。当此刻工件30被夹住时辊子10转动以使得部分30绕轴线S旋转而另一部分32亦作类似转动直到其缝合区域24处于所需的搭接关系即涉及下一个针迹点。支承辊12、24则随工件部分30、32一起作自由转动。

在步骤ⅱ中，针4从工件30、32中抽出然后辊子10、12、22、24在马达54的作用下推进一个针距，同时部分30、32仍被夹持在上述关系中。

在步骤ⅲ中，针再次穿透工件部分30、32构成下一个针迹，然后随着针的穿透，辊子10、12、22、24同时从工件部分30、32上松开，这一动作是借助于上滑板18相对于支承50抬起而实现的，并且在马达54、56的作用下这些辊子返回到初始位置。

在步骤ⅳ中，辊子10、12、22、24再次进入与工件部分30、32相接合状态，这一动作是通过相对于支承50降低上滑板18而实现的并且这样辊子再次进入工作位置。

过程将循环下去直至沿整个针迹28完成缝合工件部分30、32。

为控制工件部分30、32的运动以使缝合区域24、26定位成所需的搭接关系，本发明的设备还进一步包括有传感装置（图6，7）。传感装置通过感测每个工件部分30、32的边沿的位置控制转动辊子10、22的步进马达52的动作（如已描述过的，每个工件部分的缝合区域24、26与每个边沿的间距是已知的）。传感装置包括有一个反射感应板40，它位于两个工件部分30、32之间但从其间向外伸出。并位于针4的前方而更特别的是处在随后的一个针迹后的区域内。同时还有两个传感器42与44，它们各与板40的相应突出部分相联系。传感器42、44分别位于与反射感应板40相反的工件部分的一侧，从而，感知工件的边沿位置。每个传感器42、44含有一个发光元件与接收器。光线从传感器42、44发出并由反射板40反射至接收器，不过这只能在从传感器42、44至反射板40间的光路未被遮断的情况下才能实现。如果从传感器42，44到反射板的这一光路被遮断，就会产生一个讯号，与该讯号人相响应，使适当的马达工作暂停且相联的辊子10、22也停转。例如对于部分30来说辊子10的转动可以使该部分从左向右运动（见图6与7）。传感器40的定位方式使得发光元件与反射板40之间的光路在当部分30已向右移动一个足够距离后即当部分30已到达某一位置使其与作类似运动的另一部分32之间实现所需的搭接关系时被遮断。一旦从发光元件至反射板40的光线被遮断，在马达52的作用下部分30的横向运动就停止下来。也可以理解到有时工件部分可以是已经遮断了光线而在这种情况下有必要作反向的运动。这时，该部分可以运动至光线正好不被切断的位置。

虽然上述的本发明只具体涉及了一种缝纫机，但可以理解的是它也适用于其它情况即工件部分渐进地到达某一工作位置，可以是步进或连续前进，例如用粘合方式来使工件紧密接合的机器。

Claims (11)

1、工件定位设备，由此可将两个工件部分(30、32)的选定区域(24、26)定位成所需的关系中，并在所述关系中逐渐地向前推进通过机器的加工工位，由所述机器逐步加工所述选定区域，该设备包括：

工件支承装置(12、24)，用于支承工件部分(30、32)，

工件夹持装置(10、22)，与工件支承装置协同动作以把工件部分(30、32)夹持在所需的关系中，以及

推进装置(54、56)，用于将如前所述的夹持于上述关系中的工件部分(30、32)沿所需的针迹(28)推进通过上述操作工位(4)，其特征在于为了使待加工的工件部分(30，32)具有选定区域(24、26)，而该选定区域在工件部分呈基本平的状态下时沿其全长并不互相搭接，工件夹持装置(10，22)包括有两个元件(10，22)，它们各与每个工件部分(30、32)接合且借助于它们中的每一个使被接合的工件可横越上述针迹(28)，同时工件部分(30、32)象前述的那样仍被夹持以将区域(24、26)在上述工位处被逐渐引入所需的关系中，

且驱动装置(52)被提供来实现元件(10、22)的这种运动。

2、工件定位设备，由此可将工件部分（30，32）的选定区域（24、26）定位成互相搭接关系并在所述关系中被逐渐地向前推送通过缝纫机的操作工位（4），在该操作工位处设置机器的往复运动的针（4），用来沿上述区域（24、26）进行逐步的缝合操作，该设备包括：

工件支承装置（12、24），用于支承工件部分（30、32），

工件夹持装置（10、22），与工件支承装置协同动作以把工件部分（30、32）夹持于所需的搭接关系中，还有

推进装置（54、56），用于将如前所述的夹持于上述关系中的工件部分（30、32）沿所需的针迹（28）推进通过上述操作工位（4），其特征在于为了使待加工的工件部分（30、32）具有选定区域（24，26），而该选定区域在工件部分呈基本平的状态下时沿其全长并不互相搭接，工件夹持装置（10、22）包括有两个元件（10、22），它们各与每个工件部分（30、32）接合且借助于它们中每一个使被接合的工件可横越上述针迹（28），同时工件部分（30、32）象前述的那样仍被夹持以将区域（24、26）在上述工位处被逐渐引入所需的关系中，

驱动装置（52）被提供以实现元件（10、22）的这种运动。

3、按权利要求2的设备，其特征在于驱动装置（52）的动作在时间上与缝纫机的针（4）的往复运动相配合使工件部分（30、32）作横向运动，同时针（4）穿透工件部分，

推进装置（54、56）的动作在时间上也与针（4）的往复运动相配合以使在针（4）在抽出时工件部分（30、32）向前推进。

4、按权利要求3的设备，其特征在于工件支承装置（12、24）与工件夹持装置（10、22）设置成可以相互作往复运动以使置于它们之间的工件部分（30、32）如前所述地被夹持并被松开，且它们也各自被设置于滑板（18、20）之上以便沿上述针迹（28）方向作前进与返回运动，该种前进运动伴随着如前所述的工件部分（30、32）的被夹持状态，这样使工件部分被推进，而该种返回运动使工件部分（30、32）被松开而同时针（4）穿透工件部分。

5、按权利要求1的设备，其特征在于工件夹持装置（10、22）的每个元件（10、22）由可绕一轴（11）旋转的锥形辊子（10、22）构成，

且两轴线（11）彼此相交于上述操作工位（4）。

6、按权利要求2的设备，其特征在于工件夹持装置（10、22）的每个元件（10、22）由可绕一轴线（11）旋转的锥形辊子（10、22）构成，

且两轴线彼此相交并与针（4）往复运动所沿轴线（A）相交。

7、按权利要求5的设备，其特征在于工件支承装置（12、24）包括有两个锥形辊子（12、24），它们各与工件夹持装置（10、22）的辊子（10、22）中的每个相联系，每个辊子（12、24）可绕一轴线（13）转动，

而在上述操作工位彼此两轴线（13）相交并与工件夹持装置（10、12）的辊子（10、22）的轴线（11）相交。

8、按权利要求6的设备，其特征在于工件支承设备（12、24）包括两个锥形辊子（12、24），它们各与工件夹持装置（10、22）的每个辊子（10、22）相联系，每个辊子（12、24）可绕轴线（13）旋转，

并且，两轴线（13）彼此相交并与工件夹持装置（10、22）的辊子（10、22）的轴线相交，还与针（4）往复运动所沿的轴线（A）相交。

9、按权利要求4的设备，其特征在于工件支承装置（12、24）的辊子（12、24）是可以自由转动的。

10、按权利要求2的设备，其特征在于还具有用于探测工件部分（30、32）边沿的传感装置（40、42、44），上述装置（40、42、44）控制驱动装置（52）的操作，在传感装置（40、42、44）的控制之下工件部分（30、32）的选择区域（24、26）被逐渐引入所需的关系中。

11、按权利要求10的设备，其特征在于传感装置（40、42、44）包括一个平板元件（40），上述操作工位（4）上游处它插入工件部分（30、34）之间并从其间突出，元件（40）与工件部分（30、32）表面反光特性不同并有各与每个工件部分（30、32）相联系的两个光源/接受器（42、44），后者与平板元件（40）的突出部分协同动作以探测工件部分（30，32）的边沿。

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