DE2629677A1

DE2629677A1 - Numerisch gesteuerte naehmaschine mit kopiervorrichtung

Info

Publication number: DE2629677A1
Application number: DE19762629677
Authority: DE
Inventors: Akira Sugiyama; Shiro Yamada; Yoshikazu Yamamoto
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1975-07-01
Filing date: 1976-07-01
Publication date: 1977-01-27
Also published as: US4072114A; FR2316366A1; FR2316366B1; JPS5838199B2; JPS526259A

Description

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BROTHER KOGYO K. K.
Nagoya (Japan)

Numerisch gesteuerte Nähmaschine mit Kopiervorrichtung

Die Erfindung betrifft eine numerisch gesteuerte Nähmaschine zum Herstellen einer Naht in einem Werkstück entsprechend dem Profil einer Nähschablone.

Die in der numerisch gesteuerten Nähmaschine verwendete Kopiervorrichtung umfaßt eine Lichtquelle zum Aussenden von Licht zu der Nähschablone hin, und einen Lichtempfangskopf, der aus mehreren im Kreis angeordneten optischen Fasern besteht, die dazu dienen, das zu der Nähschablone hin abgestrahlte Licht an mehrere Photozellen abzugeben. Die Kopiervorrichtung umfaßt ferner eine Einrichtung zur Auswahl einer vorherbestimmten Vorschubrichtung in Abhängigkeit von elektrischen Signalen, welche die Photozellen erzeugen, so daß die Nähschablone und das Werkstück relativ zu der Lichtquelle und dem Lichtempfangskopf durch eine Steuereinrichtung in der gewählten Vorschubrichtung vorgeschoben werden können.

Es sind schon verschiedene optische Abtasteinrichtungen vorgeschlagen worden, die dazu dienen, das Profil einer gegebenen Schablone optisch abzutasten, damit ein entsprechend geformtes Werkstück hergestellt werden kann.

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In den meisten Fällen werden optische Abtasteinrichtungen verwendet, welche den nachstehend "beschriebenen Abtastvorgang durchführen.

Der Umfang der Schablone wird mit dem Licht abgetastet, das von einer Lichtquelle ausgesendet wird, die mit einer gegebenen Drehzahl rotiert. Das Abtastlicht wird von der Oberfläche der Schablone reflektiert oder tritt durch die Schablone und fällt dann auf den Lichtempfangskopf. Das von dem Lichtempfangskopf empfangene Licht wird von einem Photowandler in elektrische Signale umgewandelt, beispielsweise in Spannungssignale, deren Spannung der Stärke des empfangenen Lichts proportional ist. Die durch diese umwandlung erhaltene Spannung wird mit einer vorherbestimmten Bezugsspannung verglichen, und ein der Differenz zwischen den beiden Spannungen gegengleiches Signal wird an Servomotoren angelegt. Diese verschieben die Schablone und das zu bearbeitende Werkstück. Dabei wird das Schablonenprofil abgetastet, weil in der verwendeten optischen Abtastvorrichtung die Lichtstärke des von dem Lichtempfangskopf empfangenen Lichtes darstellende Analogsignale die Abtastbewegung steuern, die zum Abtasten des Schablonenprofils erforderlich ist. Aus diesem Grund ist die optische Abtasteinrichtung von den Umgebungsbedingungen abhängig und die genaue Abtastung des Profils der verwendeten Schablone nicht gewährleistet. Da in einer Abtasteinrichtung der bekannten Art zur Durchführung des Abtastvorganges Servomotoren erforderlich sind, ist die Vorrichtung im Aufbau kompliziert und muß sie eine aufwendige Servosteuerung und dieser zugeordnete Einrichtungen aufweisen.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer numerisch gesteuerten Nähmaschine, die mit einer Vorrichtung zum optischen Abtasten des Profils einer Nähschablone versehen und geeignet ist, ein Werkstück mit einer

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Naht zu versehen, deren form dem Profil der Nähschablone entspricht·

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer numerisch gesteuerten Nähmaschine mit einer Vorrichtung» in welcher Digitalsignale zur Steuerung der Abtastung des Profils einer Nähschablone verwendet werden·

Ferner besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Schaffung einer numerisch gesteuerten Nähmaschine mit einer Abtasteinrichtung, die durch eine gesteuerte Antriebseinrichtung betätigt wird.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, in der eine Nähschablone und ein zu nähendes Werkstück intermittierend bewegt werden und während jedes Bewegungsschritts ein Umfangsteil oder Profilteil der Nähschablone abgetanst et wird und in dem Werkstück eine Naht hergestellt wird, deren Form dem Profil der Nähschablone entspricht·

Erfindungsgemäß wird gemeinsam mit der Bewegung der Nähschablone und des Werkstückes eine Abtasteinrichtung bewegt, die eine Lichtquelle zum Aussenden von parallelen Lichtstrahlen zu der Nähschablone hin und einen Lichtempfangskopf zum Empfang von durch die Nähschablone getretenen Lichtstrahlen aufweist. Der Lichtempfangskopf besteht aus mehreren optischen Fasern, die in gleichen Abständen voneinander am Umfang eines Kreises mit vorherbestimmtem Radius angeordnet sind. Diese optischen Fasern sind so angeordnet, daß sie an ihrem einen Ende der Lichtquelle zugekehrt sind, so daß durch die Nähschablone getretene Lichtstrahlen dort in die optischen Fasern eintreten können, die an ihrem anderen

Ende mit je einer Photozelle verbunden sind. Aufgrund der von je einer dieser Photozellen erzeugten elektrischen Signale mißt die Abtasteinrichtung die Lage der Meßradien, die zwischen je zwei einander benachbarten optischen Fasern hindurchgehen, zwischen denen in einer vorherbestimmten Umfangsrichtung gesehen der übergang von dem hellen in den dunklen Bereich bzw, von dem dunklen in den hellen Bereich liegt, d. h., über denen sich der Umfang der Nähschablone befindet. Die Abtasteinrichtung besitzt einen ersten Zähler zum Zählen der Anzahl der optischen Fasern, die zwischen einem vorherbestimmten Bezugspunkt und den genannten Radien liegen. Je nach der Form der verwendeten Nähschablone liegen diese optischen Fasern in vier absoluten Quadranten und in vier relativen Quadranten. Zunächst werden mehrere Codesignale vorbereitet, welche die Richtungen der Meßradien bezeichnen, die von dem Mittelpunkt des Kreises ausgehen, auf dessen Umfang die optischen Fasern liegen. In Abhängigkeit von den Ausgangs Signalen des ersten Zählers und den Signalen, welche den absoluten Quadranten darstellen, in dem der Meßradius liegt, wird ein Codesignal gewählt. In Abhängigkeit von den dem gewählten Codesignal entsprechenden Zahlen erzeugt ein Impulsgeber die x- und y-Impulse, die zum Bewegen der Nähschablone und des Werkstückes längs der x-Achse und der sie rechtwinklig kreuzenden y-Achse erforderlich sind und die dann an eine Antriebseinrichtung zum Bewegen der Nähschablone und des Werkstückes angelegt werden.

Wenn eine Differenz zwischen der von dem ersten Zähler in dem vorhergehenden Meßvorgang bestimmten Anzahl Vn-1 der optischen Fasern und der in dem späteren Meßvorgang bestimmten Anzahl Vn der optischen Fasern, d. h. die Differenz iVn-1 - Vni, innerhalb eines gegebenen Bereiches

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liegt, wird eine Recheneinrichtung angesteuert, welche die Impulszahlen, die den Differenzen zwischen den von einem Impulsgeber bis zum Ende des vorhergehenden Meßvorganges erzeugten x- und y-Impulszahlen und den x- und y-Impulszahlen, die den später gewählten Codesignalen entsprechen, proportional und kleiner sind als die Impulszahldifferenzen, und die den Codesignalen entsprechenden x- und y-Impulszahlen addiert, so daß die Anzahl der von dem Impulsgeber erzeugten x- und y-Impulse korrigiert wird. Wenn dagegen die Impulszahldifferenz j Vn-1 - Vn\ einen gegebenen Grenzwert übersteigt, wird in Abhängigkeit von dem Wert der Impuls zahldiff er enz / Vn-1 - VnI aus mehreren vorherbestimmten Divisoren einer ausgewählt, worauf eine Divis ions einrichtung die Anzahlen der in dem vorhergehenden Meßvorgang von dem Impulsgeber erzeugten x- und y-Impulse durch den gewählten Divisor dividiert. Auf diese Weise kann man die Anzahlen der von dem Impulsgeber zu erzeugenden x- und y-Impulse bestimmen. Gleichzeitig mit dem vorstehend beschriebenen Vorgang wird in Abhängigkeit von der Impuls Zahldifferenz [ Vn-1 - Vn \ und dem relativen Quadranten, in dem der Meßradius liegt, der Bezugspunkt auf dem Umfang des Kreises aus einer Ausgangslage in einer gegebenen Umfangsrichtung an eine Stelle verlegt, die einen gegebenen Winkel abstand von der Ausgangslage hat.

Ein zweiter Zähler dient zum Zählen der Meßvorgänge, mit denen eine Meßeinrichtung bestimmt, welche Stelle des Umfanges der Nähschablone gerade abgetastet wird. Wenn eine vorherbestimmte Anzahl dieser Meßvorgänge durchgeführt worden sind, erzeugt der zweite Zähler ein Ausgangssignal, auf das eine Schalteinrichtung anspricht, die eine Umschaltung der Meßeinrichtung zwischen zwei Meßzuständen bewirkt. In dem

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einen dieser Meßzustände bestimmt die Meßeinrichtung die Lage des Meßradius, der dem Übergang von dem hellen in den dunklen Bereich "benachbart ist, und in dem anderen Meßzustand die Lage des Meßradius, der dem Übergang von dem dunklen in den hellen Bereich benachbart ist· Auf diese Weise wird die Bewegungsrichtung der Nähschablone gesteuert.

Eine bevorzugte Ausfuhrungsform der Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt

Fig. 1 eine numerisch gesteuerte Nähmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 2 ein Blockschema eines Abtaststeuerschaltkreises dieser Ausführungsform·

Die Figuren 3 bis 5 zeigen in Draufsichten eine Nähschablone und einen Lichtempfangskopf, die im Rahmen der Erfindung verwendet werden.

Fig· 6 zeigt einen Umsetzer und einen Synchronsignalgeber, die in der Ausführungsform verwendet werden.

Fig. 7 und δ zeigen einen Meßkreis und einen Bezugspunkt-Verlegungskreis, die in der Ausführungsform verwendet werden.

Fig. 9 zeigt ein Blockschema eines im Rahmen der Erfindung verwendeten Rechenkreises,

Fig. 10 ein Blockschema eines in dieser Ausführungsform verwendeten Divisionskreises,

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Pig. 11 einen in der Ausführungsform verwendeten Vergleichskreis,

Fig. 12 einen in der Ausführungsform verwendeten Abtastrichtungs-Steuerkreis und

Pig. 13 die Wellenform von in der Ausführungsform verwendeten Signalen·

Wenn sich die Nähmaschine 1 in der Nähstellung befindet , wird ein Werkstück 3, das sich zunächst in einer vorherbestimmten Ausgangsstellung auf einem Anlegetisch 2 befindet, längs einer Bahn bewegt, in der sich eine hin— und hergehende Nadel 1a der Nähmaschine 1 befindet. Mit dem Anlegetisch 2 ist eine Tragplatte 4 aus durchsichtigem Werkstoff formschlüssig. Auf der Tragplatte 4 ist eine formgepreßte Nähschablone 5 aus lichtundurchlässigem Werkstoff montiert· Oberhalb der Tragplatte 4 ist eine Lichtquelle 6 befestigt, die parallele Lichtstrahlen durch eine Linse 7 auf die Nähschablone 5 wirft, die auf der Tragplatte 4 angeordnet ist. Unter der Tragplatte 4 ist ein Lichtempfangskopf 8 befestigt, der aas sechzig optischen Pasern besteht, die in gleichen Winkelabständen voneinander auf dem Umfang eines Kreises angeordnet sind, dessen Radius einer vorherbestimmten Stichteilung P entspricht. Gemäß Pig· 5 sind die sechzig optischen Pasern 9 auf vier absolute Quadranten Q1, Q2, Q3 und Q4 aufgeteilt und auf vier relative Quadranten QA, QB, QC und QD, die gegenüber den absoluten Quadranten in der in Fig. 5 dargestellten Umfangsrichtung Z um einen Winkel versetzt sind, der acht Paserteilungen entspricht, d· h., um einen Winkel Rs » 48 °· Die durch die Tragplatte 4 getretenen Lichtstrahlen treten am einen Ende 9a dieser optischen Pasern in diese ein. Mit den optischen Pasern 9 sind am anderen Ende 9b derselben sechzig Photo zellen 10 verbunden, welche das von den optischen Pasern 9 abgegebene Licht in optische Signale umwandeln.

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Nachstehend wird der Abtaststeuerkreis 11 beschrieben. Ein in Fig. 6 gezeigter Umsetzer 12 besitzt einen Schalterbetätigungskreis 121 und einen 60 Bit-Analogschaltkreis 122. Die Ausgangssignale der Photozellen 10 werden parallel in den umsetzer 12 eingegeben und von diesem einzeln nacheinander abgegeben. Ein Schmitt-Trigger 14 dient zum Gleichrichten der Ausgangssignale des Umsetzers 12. Über einen Meßkreis 13 werden die Ausgangssignale des Schmitt-Triggers 14 in einem 60 Bit-Schieberegister 131 gespeichert und wird in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen des Schieberegisters 131 der Winkelabstand bestimmt, der in der Umfangsrichtung Z zwischen dem vorherbestimmten Bezugspunkt S auf dem Umfang des von den sechzig optischen Fasern gebildeten Kreises und des diesem Bezugspunkt Nächstliegenden Meßradius vorhanden ist, der zwischen zwei einander benachbarten optischen Fasern hindurchgeht und dem Übergang von dem hellen in den dunklen Bereich oder von dem dunklen in den hellen Bereich, in der Umfangsrichtung Z gesehen, benachbart ist. Der Meßkreis I3 umfaßt einen Zähler 132 zum Zählen der Anzahl der optischen Fasern 9, die in der Umfangsrichtung Z des Kreises zwischen dem Bezugspunkt S und dem genannten Meßradius liegen. Der Zähler 132 kann von Null bis vierzehn zählen und erzeugt entsprechende Codeeignale. Die von dem ließkreis 13 bestimmten Winkel der zwischen einander benachbarten optischen Fasern hindurchgehenden Meßradien werden durch die Ausgangssignale des Zählers 132 und die Signale P1, P2, P3 und P4 dargestellt, welche den vier absoluten Quadranten zugeordnet sind.

Ein Synchronsignalgeber 15 besitzt einen Hadelstellungsgeber 151, der Synchronsignale CHSL erzeugt, welche die Stellung der Nadel 1a der Nähmaschine darstellen,

e; ο 9 B 8 u 10 B ? Ί

und einen Taktimpulsgeber 152, der auf Grund der von dem Geber 151 erzeugten Synchronsignale sechzig Taktimpulse CLP-60 erzeugt. Nachdem der Taktimpulsgeber 152 sechzig Taktimpulse erzeugt hat, erzeugt der Taktimpulsgeber Lesesignale RDSL. Auf Grund der Abgabe jedes Taktimpulses CLP-60 an den Schalterbetätigungskreis 121 erzeugt dieser ein einziges Steuersignal, das bewirkt, daß einer der Schalter des 60 Bit-Analogschaltkreises geschlossen wird, so daß ein einziges elektrisches Signal an den Schmitt-Trigger 14 abgegeben wird. Diese Vorgangsfolge wird wiederholt, bis sechzig elektrische Signale in regelmäßiger Ordnung an den Schmitt-Trigger 14 abgegeben worden sind. Die von einem Oszillator 17 erzeugten Impulssignale von 1 MHz werden durch einen Frequenzteiler 16 in Impulssignale von 100 kHz geteilt und danach an den Meßkreis 13 abgegeben. In Abhängigkeit von den Richtungen der Meßradien, die zwischen einander benachbarten optischen Fasern auf dem von den sechzig optischen Fasern gebildeten Kreis mit dem Mittelpunkt B hindurchgehen, sowie einer Stichteilung P und den vier absoluten Quadranten Q1, Q2, Q3 und Q4 werden die Anzahl und Vorzeichen der zu sechzehn Arten gehörenden x- und y-Impulse bestimmt, die erforderlich sind, um den Anlegetisch 2 und die Tragplatte 4 längs der x- und der y-Achse zu bewegen, die einander rechtwinklig kreuzen. Ein Decodierer 18 erzeugt die Codesignale für die x- und y-Impulszahlen und die Vorzeichen-Codesignale, welche Sätze von x- und y-Impulsen darstellen, deren Anzahl dem von dem Meßkreis 13 gemessenen Winkel entspricht, sowie die Vorzeichen-Codesignale, welche die Vorzeichen dieser x- und y-Impulse darstellen. Wenn die Vergleichsschaltung 22 feststellt, daß die Differenz zwischen der Anzahl (Pn-1) der von dem Zähler 132 in dem vorhergehenden Meßvorgang gezählten optischen Fasern 9 und der in dem späteren Meßvorgang gezählten Anzahl (Pn) der optischen Fasern 9 in

BÜ 9 B 8 U0 B 71

einem gegebenen Bereich, liegt, wird der Rechenkreis 19 angesteuert· Wenn die Vergleichsschaltung 22 dagegen feststellt, daß die Differenz ( Pn-1 - Pn / einen Grenzwert übersteigt, wird die Divisionsschaltung 20 angesteuert. Diese besitzt eine Anzahl von Divisionsgliedern zur Division der Impulszahlen durch einen Divisor, der in Abhängigkeit von dem Wert der Differenz / Pn-1 - Pn / aus mehreren vorherbestimmten Divisoren ausgewählt worden ist. Wenn die Vergleichsschaltung 22 feststellt, daß die Differenz j Pn-1 - Pn / einen gegebenen Wert überschreitet, wird der Bezugspunkt-Verlegungskreis 21 ebenso angesteuert wie der Divisionskreis. In diesem Fall verschiebt der Bezugspunkt-Verlegungskreis 21 auf Grund der Signale PA, PB, PC und PD, welche die vier relativen Quadranten darstellen, wie am besten aus Fig. 5 ersichtlich ist, den Bezugspunkt 3 an einen der Hilfsbezugspunkte 31, S2 und S3. Auf Grund der in den Frequenzmodulator 23 eingegebenen Eingangsimpulse wählt dieser unter zahlreichen vorherbestimmten Frequenzen eine aus und erzeugt er Impulssignale mit der gewählten Frequenz und in einer Anzahl, die der Anzahl der Eingangsimpulse entspricht. Auf Grund der über eine Torschaltung 25 in eine Impulsmotor-Treiberschaltung 24 eingegebenen x- und y-Impulse und der Signale, welche die Bewegungsrichtung des Anlegetisches 2 und der Tragplatte 4 darstellen, gibt die Impulsmotor-Treiberschaltung 24 x- und y-Treibimpulse an die Impulssnotoren PMX bzw. PMY ab, die jetzt den Anlegetisch 2 und die Tragplatte 4 längs der x- und der y-Achse bewegen. Ein Abtastriohtungs-Steuerkreis 26 besitzt einen Dualzähler 261, der auf die Startsignale STSL anspricht, die erzeugt werden, wenn nach dem Erzeugen der Lesesignale HDSL durch den Synchronsignalgeber 15 ein vorherbestimmter Zeitraum verstrichen ist, und der die Startsignale ST3L zählt. Das Ausgangssignal des Dualzählers

wird in einem ersten Komparator 264 und einem zweiten Komparator 265 mit den Signalen verglichen, welche die mit einem ersten und einem zweiten Digitalschalter 262 bzw. 263 eingestellten Stichzahlen darstellen· Ein Ablaufschaltkreis 27 gibt Auftastsignale an die Torschaltung 25 ab, so daß diese geöffnet wird. Unabhängig von der Punktion der Abtaststeuerschaltung 11 gibt ein Übertragungssteuerkreis 28 an die Torschaltung 25 Signale ab, welche die Anzahl der x- und y-Impulse darstellen, die zum Zurückstellen des Anlegetisches 2 und der Tragplatte 4 in die Ausgangsstellung für die Aufgabe des nächsten Werkstückes erforderlich sind, sowie die Bewegungsrichtung dieser Teile,

Zur Erläuterung der Arbeitsweise sei zunächst auf die Figuren 3 und 5 bezuggenommen, in denen die Nähschablone 5 und der Lichtempfangskopf δ in Draufsicht, Ton der Oberseite der Tragplatte 4 in Pig. 1 gesehen, dargestellt sind. In der dargestellten Ausführungsform liegt der Bezugspunkt S auf dem Radius, der zwischen der optischen Paser F1 und der optischen Paser P60 hindurchgeht, der erste Hilfsbezugspunkt S1 auf dem Radius, der zwischen der optischen Paser P15 und der optischen Faser P16 hindurchgeht, der zweite Hilfsbezugspunkt S2 auf dem Radius, der zwischen den optischen Pasern P30 und P31 hindurchgeht, und der dritte Hilfsbezugspunkt S3 auf dem Radius, der zwischen den Fasern P45 und P46 hindurchgeht. Die Anzahl der Hinterheftstiche wird mit dem in Pig. 12 gezeigten, ersten Digitalschalter 262 von Hand eingestellt. Die Gesamtzahl der in dem Yterkstück 3 herzustellenden Stiche wird mit dem zweiten Digitalschalter von Hand eingestellt.

G U B H R U I Π Η 7 1

26 2 3 6

Fig. 4 zeigt in einer Draufsicht die Nähschablone 5 und den Lichtempfangskopf 8 in einer bestimmten Relativstellung zueinander.

In Fig. 4 ist der Anlegetisch 2 in einer Nähstellung gezeigt, in die er bewegt worden ist, indem der Transportsteuerkreis 28 derart betätigt wurde, daß der vorherbestimmte Umfangspunkt 01 der Nähschablone 5 über dem Mittelpunkt 3 des Lichtempfangskopfes S liegt» In der vorliegenden Ausführungsform erzeugt zu Beginn eines Abtastvorganges der Abtastrichtungs-Sieuerkreis 26 Süoksugssignale, welche bewirken, daß der AnlegetiscJs. f= zurückgezogen wird. Biese Rückzugssignale sind SroSsigiiale r-awo Eins-Signale. Wenn die Rückzugssignale in den MsSfersia 13 eingegeben werden, bestimmt dieser die Lage des awr-sä ^@a Punkt d zwischen zwei benachbarten optischen Fsse^s. gebenden Radius, der dem Übergang von dem dunklen in äen liellsn Bereich, in der UmfangsrichtuEig gesellen, fesnashbact ist* Während des Seitraums, in dem der Abiastrichtungs=4St3^Taer«- kreis 26 die Hückzugssignale erzeugt, wird der Asilege=» tisch 2 in der Stichteilung P entsprechenden Schrittes von dem Umfangspunkt GI zu dem üiafangspunkt 02 der schablone 5 hinbewegt. Wenn der Auflagetiseh 2 in Stellung bewegt worden ist, in v/elcher der Umfaiagspimiit Ö2 der Nähschablone 5 mit dem Mittelpunkt B des Lickteapfaiigskopfes 8 fluchtet, d. h., wenn in dem Werkstück 3 sirei Stiche hergestellt worden sind, erzeugt der Abtastriclituags-Steuerkreis 26 Yorsciiubsignale, welche bewirken, daS der Anlegetisch vorwärtsbewegt wird. Diese Vorschubsignsie sind Kleinsignal© bzw. Null-Signale. Aufgrund schubsignale wird der Meßkreis 13 aus des v Meßaustand in einen anderen KeSsustaaS g in dem er den Winkel des Heßradius Τΰ®ΕϋΜ¥ώ_ΰ <äs-?

den Punkt e zwischen den einander benachbarten optischen Pasern geht, zwischen denen in der Umfangsrichtung Z gesehen der Übergang von dem hellen in den dunklen Bereich liegt. Während des Zeitraums, in dem der Abtastrichtungs-Steuerkreis 26 Vorschubsignale erzeugt, wird der Anlegetisch von dem Umfangspunkt C 2 der Nähschablone zu deren Umfangspunkt 03 hin schrittweise vorgeschoben. Je nachdem, ob der Abtastrichtungssteuerkreis Vorschub- oder Rückzugssignale erzeugt, d. h·, ob der Anlegetisch vorgeschoben oder zurückgezogen wird, erfolgt die Umschaltung des Meßkreises 13 in den einen oder anderen Meßzustand. Dadurch kann der Faden am Anfang einer Naht durch Hinterheften zuverlässig verankert werden.

Nachstehend wird die Wirkungsweise anhand der Fig. 3 erläutert, in der angenommen ist, daß die Winkeldifferenz zwischen dem in dem vorhergehenden Meßvorgang gemessenen Winkel des durch den Funkt a zwischen den beiden optischen Fasern gehenden Radius in dem späteren Meßvorgang und dem gemessenen Winkel Rb des durch den Punkt b zwischen den beiden optischen Fasern gehenden Radius innerhalb eines gegebenen Bereichs liegt.

In der Fig. 3 erkennt man, daß nach, dem Vorbeigang des Umfanges der den Lichtempfangskopf 8 gegenüber der Lichtquelle abschirmenden Nähschablone 5 an dem Punkt b die Abgabe von Licht durch die sechzig optischen Fasern an die see&sLg Photozellen 10 davon abhängig ist, welche optischen Fasern die Nähschablone abdeckt und welche nicht· Jene Photozelien_? die Ideht empfangen, erzeugen elektrische Großsignai®, Sie von ämn sechzig Pilot ο zellen 10 erzeugten elektrische Signale werden parallel in den Umsetzer 12 eingegeben wi& "/on diesem einzeln nacheinander ausgegeben. Die auf diese Weise umgesetzten Signale werden über

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den Schmitt-Trigger 14 in das 60 Bit-Schieberegister 131 des Meßkreises 13 eingegeben. Die Ausgangssignale des Schieberegisters 131 und die von demAbtastrichtungs-Steuerkreis 26 kommenden Vorschubsignale werden in 60 Antivalenzgliedern 133 des Meßkreises 13 logisch verarbeitet. Wenn der Synchronsignalgeber 15 Lesesignale EDSL an den Meßkreis 13 abgibt, werden Taktimpulse CTCLP an vier 15 Bit-Schieberegister 134A, 134B, 134C und 134B des Meßkreises 13 abgegeben. Nach dem Durchgang von sechzig Signalen durch diese Antivalenzglieder 133 und andere Verknüpfungsglieder werden auf Grund dieser Signale und der Ausgangssignale der vier Schieberegister 134A bis 134D die Signale P1 bis P4 erzeugt, welche die absoluten Quadranten darstellen, sowie die Signale PA bis PD, welche die relativen Quadranten darstellen. Wenn eines dieser Signale PA bis PD ein Eleinsignal (Hull-Signal) ist, wird die Erzeugung der Taktimpulse OTCItP unterbrochen« Der von dem Meßkreis 13 gemessene Winkel wird durch die Ausgangssignale ies die Taktimpulse CJTCP zählenden Zählere 132 und durch die die &tfluten Quadranten darstellenden Signale P1 bis P4 dargestellt. Von den Signalen P1 bis P4 ist nur das Signal P1, das den absoluten Quadranten Q1 darstellt, der den Punkt b enthält, ein Kleinsignal (Null-Signal). Wenn die Ausgangssignal© des Zählers 132 und die Signale P1 bis P4 in den Decodierer 18 eingegeben werden, erzeugt dieser Codesignale 2 wslch® s- und y-Impulszahlen und deren Vorzeichen darstellen. Der Vergleichskreis 22 umfaßt ebenso wie der Zähler 132 einen Bualsähler 221 zum Zählen der !Faktinipulee OTOIsT₆ Die genannte Winkeldifferenz F wird durch die Piff ©res,= ! Va-I ■» \^Tn I zwischen der Ansahl ¥n-1 der in dem vorhergehenden Meßvorgang von dem Zähler 221 ge- k'ötmy^Lee und as? ijizahl Vn der in dem späteren -"2,-ik den Mhl&r gezählten. Taktimpulse dargestellt«

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danach vergleicht ein Winkelkomparator die Werte V und AV. 3er Wert V wird erhalten, indem die Winkeldifferenz N von 30 subtrahiert wird, d· h. von der Anzahl der optischen fasern, die in einem Winkelbereich von 180 ° liegen· Dies kann durch die Gleichung V= .' 30 - / Vn-1 - Vn /| dargestellt werden. Der manuell an dem zur Winkelvorwahl dienenden Digitalschalter 222 eingestellte Wert AV entspricht

Winkel HaV (siehe Fig. 4) im Bereich einer Ecke des s 3· Wenn die Winkeldifferenz N innerhalb eines jsgebenen Bereiches liegt, erzeugt der Winkelkomparator :il& Signal© 2C0R1 und PÖ0R2« Während des Zeitraums, in dem ^rii@ Signale KOH und P0OE2 erzeugt werden, werden je nach :i@r gewählten Stellung eines Wählschalters 224 Auftastsian eines von drei UND-Gliedern 191_S 192b und 193b des

E einen von dem Meßkrgis 13 gsaaessenen Winkel dann können die Impuls zahlen Zf und YT der x- und j-Impulse, die erforderlich sind, um den Anlegetisch 2 in i$r 2>» und y-Riehtmig zu bewegen, die zu der x- und y-Aeh-3S parallel sind, durch folgende Gleichungen bestimmt wer-

30? β (P/^I) cos ( TT-S) (1)

If β (P/äl) sin (TT-R) (2)

>abei ist M die Strecke, über welche der Anlegetisch 2 auf nand jedes einem Impulsmotor PMX oder PMY zugeführten Saraulses "bewegt werden soll. Die Vorzeichen der x- und —Impulszahlen werden auf Grund der Annahme bestimmte i-a.3 der in Fig. 1 gezeigte Pfeil sine positive Rich-

/0821

Wenn nun für den Winkel Rb die gemäß der vorstehenden Gleichungen bestimmten x- und y-Impulszahlen mit BX bzw. BY, die unter Berücksichtigung des Winkels Ra von dem Rechenkreis 19 korrigierten x- und y-Impulszahlen mit AX bzw. BY und die Differenzen zwischen diesen x- bzw. y-Impuls zahlen mit m und η bezeichnet werden, kann man die Differenzen durch folgende Gleichungen ausdrucken:

m = (BX - AX)
η = (BY - AY)

Der Rechenkreis 19 berechnet die x- und y-Impulszahlen CX und GY aus den vorstehend angegebenen Differenzen m und η zwischen den :c- bzw· y-Impuls zahlen und den x- bzw. y-Impulszahlen AX und AY wie folgt:

CX = (AX + k . m) (3)

GY = (AY + k . n) C4)

Dabei ist k eine Eonstante mit einem vorherbestimmten Wert, wobei (0 - k *·''. 1) ist.

Wenn der Wahlschalter 224 an einem Kontakt GTO geschlossen ist, führt der Rechenkreis 19 keine Rechenoperation durch. Wenn der Wahlschalter 224 dagegen an dem Kontakt CT1 oder CT2 geschlossen ist, führt eins der Rechenglieder 192a und 193a des Rechenkreises 19 einen Rechenvorgang aus, durch den k auf 1/2 oder 1/4 herabgesetzt wird·

Für die x- bzw. y-Impulszahlen XT und YT und für die Werte CX und CY werden ganze Zahlen bestimmt, die den gemäß den Gleichungen (1), (2), (3) und berechneten Werten angenähert sind.

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Wenn die Winkeldifferenz N innerhalb eines gegebenen Bereiches liegt, bewirkt der Vergleichskreis 22, daß der Divisionskreis 20 unwirksam bleibt, so daß die von dem Rechenkreis 19 berechneten x- und y-Impulszahlen und die Vorzeichen dieser Impulszahlen darstellende Codesignale direkt an denirequenzmodulator 23 bzw. die Torschaltung 25 angelegt werden. Auf Grund der x- und y-Impulse, die von der Torschaltung 25 an den Impulsmotor-Treiberkreis 24 angelegt werden, und der Signale, welche die Bewegungsrichtung des Anlagetisches 2 darstellen, erzeugt der Impulsmotor-Treiberkreis 24 x- und y-Treibsignale, mit denen die Impulsmotoren IMX und PMY gespeist werden, die bewirken, daß der Anlegetisch 2 und die Tragplatte 4 längs der x- und der y-Achse bewegt werden.

Auch beim Hinterheften führt der Rechenkreis 19 den vorstehend beschriebenen Rechenvorgang durch, wenn die Winkeldifferenz N innerhalb eines gegebenen Bereiches liegt.

An Hand der Fig. 5 wird jetzt beschrieben, was geschieht, wenn die Winkeldifferenz N zwischen dem in dem vorhergehenden Meßvorgang von dem Meßkreis 13 gemessenen Winkel des durch den Punkt a zwischen zwei optischen Fasern gehenden Radius und dem in dem späteren Meßvorgang von dem Meßkreis 13 gemessenen Winkel Rb des durch den Punkt b zwischen zwei optischen Fasern gehenden Radius einen gegebenen Grenzwert übersteigt.

Dabei sei zunächst angenommen, daß der Meßkreis 13 den Winkel eines Radius mißt, der zwischen zwei optischen Fasern hindurchgeht ₉ zwischen denen der Übergang von dem hellen in den dunklen Bereich liegt.

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Wenn der Vergleichskreis 22 festgestellt hat, daS die Winkeldifferenz N einen gegebenen Grenzwert übersteigt, erzeugt er eines der Divisionssignale PDV1, PDV2, E>73 und PDV4 (Fig. 11), worauf der Divisionskreis 20 angesteuert wird. Dagegen bleibt der Rechenkreis 19 unwirksam, so daß die x- und y-Codesignale sowie die Vorzeichen-Ocdesignale von dem Decodierer 18 direkt an den Divisions-Kreis 20 abgegeben werden.

Nachstellend wird die Wirkungsweise des Divisionskreises beschrieben.

In Fig. 4 und 5 ist angenommen, daß Ra der von dem Meßkreis 13 gemessene Winkel des Radius ist, der durch den Punkt a geht, wenn sich der ümfangspunkt 03 der Nähschablone 5 über dem Mittelpunkt B des Lichtempfangskopfes 8 befindet _f und daß Rb der von dem Meßkreis 13 gemessene Winkel des Radius ist, der durch den Punkt b geht, wenn sich der Umfarigspunkt 04 der Nähschablone 5 über dem Mittelpunkt B des Liohtempfangskopfes 8 befindet.

Wenn CX und CY Impulszahlen darstellen, die von dem Rechenkreis 19 unter Berücksichtigung des von dem Meßkreis 13 gemessenen Winkels Ra korrigiert worden sind, erhält man die dem von dem Meßkreis 13 gemessenen Winkel Rb entsprechenden und von dem Divisionskreis 20 unter Berücksichtigung des von dem Meßkreis 13 gemessenen Winkels Ra dividierten Impulszahlen DX und DY gemäß folgenden Gleichunger» -S

= a . ex

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Dabei ist G ein Divisor, der auf Grund des vorstehend erläuterten, absoluten Wertes V= I 30 — f Vn-1 - Vn j| aus mehreren vorherbestimmten Werten ausgewählt wird, die in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel 1, 3/4» 1/2 bzw· 1/4 betragen.

Je nach dem Wert der vorgenannten Winkeldifferenz N, d. h. dem absoluten Wert V, steuert der Vergleichs» kreis 22 eins der Divisionsglieder 201, 202, 203 und 204 des Bivisionskreises 20 und gleichzeitig den Bezugspunkt-Verlegungskreis 21 an. Aus der Fig. 5 geht hervor, daß beim Messen des Winkels Rb eines in dem relativen Quadranten QB liegenden Radius das den relativen Quadranten QB darstellende Signal ein Kleinsignal (Null-Signal,) ist, so daß der Sezugspunkt-Verlegungskreis 21 Großsignale (Eins-Signale) nur an das 15 Bit-Schieberegister 134B des Meßkreises 13 abgibt. Infolgedessen wird der Bezugspunkt S zu dem ersten Hilfsbezugspunkt $1 verschoben, so daß der Meßkreis 13 jetzt den Winkel des dem ersten Hilfsbezugspunkt S1 nächstliegenden Radius messen kann, der zwischen zwei optischen Fasern hindurchgeht, zwischen denen der Übergang von dem hellen in den dunklen Bereich liegt.

Die Division der Impulszahlen und die Bezugspunktverlegung erfolgen5 wenn der Umfangspunkt 04 der Nähschablone 5 genau über dem Mittelpunkt B des Lichtempfangskopfes δ liegt. Die die von dem Divisionskreis 20 dividierten Anzahlen der x- und y-Impulse darstellenden x- und y-Codesignale werden über den Prequenzmodulator 23 und die Torschaltung 25 an den Impulsmotor-Treiberkreis 24 abgegeben, der x- und y-Treibimpulse an die Impulsmotoren HDC bzw. PMY abgibt, so daß diese den Anlegetisch 2 und die Tragplatte 4 bewegen. Das Ausmaß der Bewegung des Anlagetisches 2 entspricht

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im wesentlichen dem Betrag, der durch die Division der Stichteilung P durch den Divisor G erhalten wird, V7enn der Anlagetisch 2 in einem diesem Betrag entsprechenden Ausmaß verschoben wird, liegt der Umfangspunkt C5 der Fähschablone 5 genau über dem Mittelpunkt B des Lichtempfangskopfes 3. Danach wird der Abtastvorgang wieder in der vorstehend erläuterten Weise durchgeführt, wobei der erste Hilfsbezugspunkt S1 als Bezugspunkt gilt.

Die vorstehend beschriebene Arbeitsweise wird durchgeführt, wenn der Abtastrichtungs-Steuertoms 26 Vorschubsignale erzeugt. Wenn dieser Kreis Rüeksngssignale erzeugt, arbeiten die Teile der Vorrichtung ebenfalls in der vorstehend beschriebenen V/eise, mit der Ausnahme, daß der Meßkreis 13 jetzt in der entgegengesetzten Meßrichtung arbeitet.

Wenn in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine der optischen Pasern 9 durch die Nähschablone nur teilweise gegenüber der Lichtquelle abgeschirmt wird, tritt infolge der Empfindlichkeit der Photozellen 10 in der Winkelmessung durch den Meßkreis 13 ein Fehler auf, der dem Winkelabstand zwischen zwei einander benachbarten optischen Fasern entspricht. In diesem Fall wird der Rechenkreis 19 angesteuert, so daß er diesen Fehler korrigiert. Wenn das Werkzeug 3 eine Naht von einer gewünschten Form erhalten hat und danach der Anlegetisch 2 in seine Ausgangsstellung für das Anlegen des nächsten Werkstückes zurückgekehrt ist, werden die Rücksetzsignale RESSL erzeugt und an den Zähler 261 und ein Flipflop zum Rücksetzen derselben angelegt. Die anderen Zähler und Schieberegister dieser Ausführungsform werden auf Grund der Lesesignale RDSL zurückgesetzt.

6 Q 9 8 ß 4 / Q 8 2

G-emäß der Erf induing wird das der gewünschten NaMform entsprechende Profil einer aus liehtundurchlässigem Werkstoff bestehenden Nähschablone optisch abgetastet, wobei die Abtastbewegung längs des Profils der Nähschablone durch Digitalsignale gesteuert wird und gleichzeitig Signale erzeugt werden, welche mit der Stellung einer Nadel der Nähmaschine in Beziehung stehen, so daß das Werkstück mit einer Naht versehen wird, welche die gewünschte Form hat, und dadurch ein Werkstück leichter und mit höherer Produktivität automatisch genäht werden kann.

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Claims

262967 Patentansprüche:

1. Numerisch gesteuerte Nähmaschine zur Steuerung

der Bewegung einer Werkstückhalterung, die mit einem x- und einem y-Impulsmotor verbunden ist und dazu dient, ein Werkstück lüngs einer σ:- und einer zu ihr rechtwinkligen y-Achse zu bev;egen, wobei das Profil einer mit der Werkstückhalterung in Wirkungsverbindung stehenden Schablone abgetastet und mit Hilfe einer Näheinrichtung auf Grund dieser Abtastung in dem Werkstück eine Naht hergestellt wird, deren Form des genannten Profil entspricht, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle, durch mehrere Lichtübertragungselemente, von denen jedes ein erstes Ende und ein der Lichtquelle zugekehrtes, zweites Ende besitzt, durch mehrere Photowandler, die mit je einem der Lichtubertragungselemente an dessen er-Ftem Ende verbunden sind, wobei die zweiten Enden der Lichtubertrigar.gsaisiasnte sa Umfang eines Kreises angeordnet sind, dessen Radius der L&ncre eines in dem Werkstück zu nähenden Stiches entspricht, die Lichtquelle Lichtstrahlen vertikal durch ■:.:..■!-. Bs^-guKgsebene der Schablone hindurch zu den zweiter; Enüfeii dsl" Li.jlvhubertrE.gungseleraente hin aussendet, die Photowanölei je eii. elektrisches Signal abgeben, das in Abhängigkeit von der NichtÜbertragung von Lichtstrahlen durch das zugeordnete Lichtübertragungselement angibt, ob dessen zweites Ende ci:rch dis Schablone gegen die Lichtquelle abgeschirmt ist oder nicht, tine: ar; dem umfang des Kreises ein Bezugspunkt festgelegt ±:§*z_f ferner durch eine durch die elektrischen Si;* gnale angesteuerte Meßeinrichtung, die in einem ersten Zustand dis Lacs ein^f KsPpunrrtes reißt,, der dem Übergang von dem abge* schirnreer. zu cer.: sichtabgeschirmten Bereich _g in sinsr vorherb-sstimmtsn rmfangsrisl-tung des Kreises gesehen ₀ benachbart ist„ und dis ir. einen« sijsiten Zustand die Lage eines Punktes mißt, der de:", "ber^ar^.j ύοζι asm niehtabgeschirsaten zu dem abgeschirmten Bereiclij in isr gs^^räiiSR üjnfangsrichtung gesehen, benachbart ist_?

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durch eine Wähleinrichtung zum Bestimmen jenes der Meßpunkte, der in der genannten Umfangsrichtung dem Bezugspunkt am nächsten liegt, durch eine Impulszahlfoestimmungseinrichtung zum Bestimmen von x- und y- Impulszahlen auf Grund des genannten Radius und des Winkels zwischen dem durch den Bezugspunkt gehenden Radius und dem durch den gewählten Meßpunkt gehenden Radius, und durch einen Signalgeber zum Erzeugen von x- und y-Impulssignalen in den genannten y-Impulszahlen entsprechenden Anzahlen, und zur Abgabe der x- und y-Impulssignale an den x- bzw, y-lmpulsmotor.

2, Numerisch gesteuerte Nähmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Zähleinrichtung zum Zählen der Anzahl der in dem Werkstück genähten Stiche und zum Erzeugen eines Signals, wenn die gezählte Stichanzahl mit einer vorherbestimmten Zahl übereinstimmt, und durch eine Zustandswechseleinrichtung, die auf Grund des von der Zähleinrichtung erzeugten Signals die Meßeinrichtung aus dem ersten in den zweiten oder aus dem zweiten in den ersten Zustand überführt, so daß die Werkstückhalterung vor- und rückwärtsbewegt werden kann.

3, Numerisch gesteuerte Nähmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Finrichtung zum Ansteuern der Wähleinrichtung in Abhängigkeit von der Stellung der Nadel der Näheinrichtung.

4, Numerisch gesteuerte Nähmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Differenzeinrichtung zum Bestimmen der Winkeldifferenz zwischen dem Winkelabstand des durch den Bezugspunkt gehenden Radius und von dem durch den für einen vorhergehenden

4/082?

MeßVorgang ausgewählten MeßpunJct gehenden Radius und dem zweiten Y/inkelabstand des durch den Bezugspunkt gehenden Radius von dem durch den für einen späteren Meßvorgang ausgewählten Meßpunkt gehenden Radius, durch eine Recheneinrichtung zum Berechnen der Impulszahldifferenzen zwischen, den von der Impulszahlbestimmungseirj.-richtung während des vorhergehenden und des späteren Meßvorganges bestimmten x- bzw. y-Impulszahlen und zum Addierer der von der Iiapulszaiilbestimmungsainriohtung während des vorhergelienden. Meßvorganges bestimmten x- bzw. y»Impulszahlen und von x- und y—Impulszahlen, die diesen Impulszahldifferenzen proportional, aber kleiner sind als diese, und durch eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Signalgebers derart, daß die x- und y-Impulszahlen, die durch die von dem Signalgeber in dem späteren Meßvorgang erzeugten z« und y—Isipulssignale dargestellt werden, den durch die -id&i— ticn erhaltenen x- bzw. y-Impulszahlen gleich sind, wobei die Recheneinrichtung und die Steuereinrichtimg an-» gesteuert werden, wenn die gemessene Winkeldifferens in·» nerhalb eines vorherbestimmten Bereichs liegt.

5. Numerisch gesteuerte Nähmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Differenzeinrichtung zum Bestimmen der Winkeldifferenz zwischen dem Winkelabstand des durch den Bezugspunkt gehenden Radius und von dem durch den für einen vorhergehenden Meßvorgang ausgewählten Meßpunkt gehenden Radius und dem zweiten Winkelabstand des durch den Bezugspunkt gehenden Radius von dem durch den für einen späteren Meßvorgang ausgewählten Meßpunkt gehenden Radius, durch eine erste Wähleinrichtung zum Auswählen eines von mehreren vorherbestimmten Divisoren in Abhängigkeit von der bestimmten Winkeldifferenz, durch eine Divisionseinrichtung zur Division der vorher von der Impulszahlbestiramungs einrichtung bestimmten x- und y-Impuls zahlen durch

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den ausgewählten Divisor, durch eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Signalgebers derart, daß die x- und y-Impulszahlen, die durch die von dem Signalgeber danach erzeugten x- und y-Impulssignale dargestellt werden, den durch die Division erhaltenen Impulszahlen gleich sind, wobei der Bezugspunkt an einen von mehreren vorbestimmten Hilfsbezugspunkten am Umfang des Kreises verlegt werden kann, durch eine zweite Wähleinrichtung, die dazu dient, unter Berücksichtigung der gemessenen Winkeldifferenz und des zweiten Winke labst andes unter den Hilfsbezugspunkten jenen auszuwählen, der in der der vorherbestimmten Umfangsrichtung entgegengesetzten Richtung dem von der Wähleinrichtung für den darauffolgenden Meßvorgang ausgewählten Meßpunkt am nächsten liegt, und durch eine Einrichtung zum Verlegen des Bezugspunktes an den ausgewählten Hilfsbezugspunkt, wobei die erste Wähleinrichtung, die Divisionseinrichtung, die Steuereinrichtung, die zweite Wähleinrichtung und die Bezugspunktverlegungseinrichtung angesteuert werden, wenn die gemessene Winkeldifferenz einen vorherbestimmten Grenzwert übersteigt.

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