DE3626761C1 - Naeheinheit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Näheinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus der deutschen Patentschrift 34 07 338 ist eine Vorschubvorrichtung mit einem Lenkergetriebe bekannt, an dem ein Nähguthalter aufgenommen und in zwei Koordinatenrichtungen geführt ist. Das Lenkergetriebe wird von stationären Schrittmotoren angetrieben, die zeitlich überlappt eine entsprechende Anzahl von Antriebsschritten ausführen, um den Nähguthalter in der gewünschten Weise zu bewegen. Die Steuerung der Schrittmotoren kann durch einen Mikrocomputer erfolgen, der die erforderliche Anzahl von Antriebsimpulsen aus Positionsdaten berechnet, die aus einem Speicher entnommen sind.

Bei ordnungsgemäßer Funktion der Steuerung und der Schrittmotoren arbeitet die Vorschubvorrichtung zufriedenstellend. Es besteht jedoch bei Störungen im Steuer- oder Antriebsbereich die Gefahr, daß der Nähguthalter eine andere als die vorbestimmte Bewegung ausführt, beispielsweise wenn Daten durch Abrufen aus dem Speicher oder durch Übertragen an die Schrittmotoren verloren gehen. Dadurch kann die Nadel außerhalb von an dem Nähguthalter vorgesehenen Ausnehmungen auftreffen und beschädigt oder zerstört werden.

In der DE-OS 32 35 576 ist eine in zwei Koordinatenrichtungen bewegbare Nähmaschine mit einem optoelektronischen Sensor zum Identifizieren eines Nähguthalters beschrieben. An den Sensor grenzt eine stationäre Auflageplatte, die eine Durchlaßöffnung für die Lichtstrahlen aufweist. Der als Reflexlichtschranke arbeitende Sensor gibt, wenn er mit der Durchlaßöffnung fluchtet, ein Signal an einen die Nahtbildung steuernden Rechner ab.

Die vorgenannte Sensoreinrichtung bietet Schutz gegen das Anbringen von einem dem ausgewählten Programm nicht entsprechenden Nähguthalter. Die bereits bei der Näheinheit der DE-PS 34 07 338 angesprochenen Nachteile bei Störungen im Steuer- oder Antriebsbereich sind jedoch durch diese Anordnung nicht vermeidbar.

Aus der Fachzeitschrift "Elektronik" (Heft 24, 1981, Seiten 78 bis 84) sind in Kapitel 4 Sicherheitseinrichtungen für Roboter zum Verringern von Ausfallzeiten, zur Sicherheit des Bedienungspersonals und zum Schutz des Roboters angegeben. Dazu ist eine Steuerung vorgesehen, durch welche die Speicherbausteine für das Systemprogramm auf Vollständigkeit geprüft werden. Die Maschinendaten und das Anwenderprogramm werden außerdem auch hinsichtlich der Funktionsfähigkeit kontrolliert. Zudem werden Meßwertgeber und Zuleitungen auf Störungen überprüft und die Bewegungen der Roboter überwacht, um die Einhaltung geometrischer Toleranzen zu kontrollieren. Treten Fehler auf, wird durch ein Notprogramm die gesamte Anlage stillgesetzt.

Wegen der bei Industrierobotern andersartigen Problemstellung sind die vorgeschlagenen Sicherheitseinrichtungen jedoch nur bedingt für den Einsatz an Näheinheiten geeignet.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Beschädigung oder Zerstörung von Bauteilen des stichbildenden Bereiches an einer eine Vorschubvorrichtung aufweisenden Näheinheit zu verhindern, wenn deren Nähguthalter eine von einer vorbestimmten Bewegungsbahn abweichende Bewegung ausführt.

Diese Aufgabe wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Zwischen der Bewegungsbahn des Nähguthalters und der dieser entsprechenden, an einem der bewegbaren Teile der Vorschubvorrichtung angebrachten Markierung besteht ein getriebetechnisch festgelegtes Bewegungsverhältnis, so daß die Bewegungsbahn des Nähguthalters an jeder belie­ bigen, konstruktiv geeigneten und vorteilhafterweise gut zugänglichen Stelle dieser Teile durch Abtasten der Markierung überwachbar ist.

Die verwendete Überwachungseinrichtung kann optoelektronisch, elektromagnetisch, pneumatisch oder mechanisch arbeiten und weist einen Sender und einen Empfänger bzw. in mechanischer Ausführung einen Taster und einen Endschalter auf. Die Markierung als zu überwachende Einrichtung ist beispielsweise als eine auf eine Platte aufgezeichnete Linie oder als ein in der Platte vorgesehener Abtastschlitz ausgeführt und so ausgebildet, daß sie einem in den Nähguthalter eingearbeiteten Nähschlitz unter Beachtung der getriebetechnischen Bewegungsverhältnisse der Vorschubvorrichtung entspricht.

Die Überwachungseinrichtung und die Markierung führen eine Relativbewegung zueinander aus, wobei eine der beiden Einrichtungen beispielsweise an einem der bewegbaren Teile der Vorschubvorrichtung aufgenommen und die andere Einrichtung stationär in deren Bewegungsbereich angeordnet ist. Durch diese Maßnahme wird ein Abweichen von der vorbestimmten Bewegungsbahn sofort durch die Überwachungseinrichtung wahrgenommen.

Das von der Überwachungseinrichtung ausgelöste Schaltsignal kann abhängig von der Ausbildung der die Antriebseinrichtung ansteuernden Steuerschaltung beispielsweise eine Korrektur des Fehlers bewirken, so daß der Nähguthalter mit der vorbestimmten Bewegungsbahn weiterbewegt wird. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Antriebseinrichtung durch die Steuerschaltung so lange abzuschalten, bis der Fehler behoben ist.

Nach Anspruch 2 ist die Überwachungseinrichtung als optoelektronisch arbeitende Sensoreinrichtung ausgebildet, da der Empfänger einer solchen Anordnung außerordentlich schnell und feinfühlig reagiert. Außerdem kann der Abtastkopf an einem günstigen, gut zugänglichen Ort in einigem Abstand von der Markierung angeordnet sein, ohne daß dadurch seine Meßgenauigkeit wesentlich beeinflußt wird.

Die Anordnung nach Anspruch 3 bewirkt, daß nach einer Änderung der Nahtform die eine andere Markierung aufweisende Platte nach möglichst kurzer Umrüstzeit gegen die bisher verwendete austauschbar ist.

Die Ansprüche 4 und 5 sind auf vorteilhafte Weiterbildungen der Näheinheit gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gerichtet.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht auf die Näheinheit;

Fig. 2 eine Vorderansicht der Näheinheit;

Fig. 3 und 4 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 1;

Fig. 5 einen vereinfachten Schaltplan der Steuerung der Überwachungseinrichtung.

Eine Näheinheit (1) mit einer Nähmaschine (2) ist auf einer Tischplatte (3) angeordnet. Die Nähmaschine (2) besteht aus einer Grundplatte (4), einem Ständer (5) und einem Arm (6), der in einen Kopf (7) übergeht. Im Kopf (7) ist eine in bekannter Weise angetriebene Nadelstange (8) gelagert, die eine Nadel (9) trägt. Zur Aufnahme von einem Werkstück dient ein Nähguthalter (10) mit einer das Werkstück reibschlüssig erfassenden Platte (11), in die zum Durchtritt der Nadel (9) ein der Form der herzustellenden Naht entsprechender Nähschlitz (12) eingearbeitet ist. Die Platte (11) liegt auf einer mit der Tischplatte (3) verbundenen Tragplatte (13) auf, deren Oberseite mit der Oberseite der Grundplatte (4) fluchtet. Der Nähguthalter (10) ist über Knebelschrauben (14) mit einem Lenkergetriebe (15) lösbar verbunden, das von wenigstens einer Antriebseinrichtung, beispielsweise von Schrittmotoren (16, 17) angetrieben wird. Das Lenkergetriebe (15) ist ebenso wie der Nähguthalter (10) Teil einer Vorschubvorrichtung (18).

An dem Lenkergetriebe (15) ist ein Träger (19) befestigt, der zur Aufnahme einer abzutastenden Reflexionsplatte (20) und einer Deckplatte (21) (Fig. 3 und 4) dient. Die Oberfläche (22) der in den Fig. 3, 4 oberen Seite der Reflexionsplatte (20) ist poliert, so daß auftreffende, gepfeilt dargestellte Lichtstrahlen einer optoelektronischen Sensoreinrichtung (23) daran reflektiert werden. Die Reflexionsplatte (20) weist einen Abtastschlitz (24) als Markierung auf, dessen Größe und Gestalt dem Nähschlitz (12) des Nähguthalters (10) in Abhängigkeit von den getriebetechnischen Bewegungsverhältnissen des Lenkergetriebes (15) entspricht. Die Reflexionsplatte (20) ist an ihrer Unterseite von der Deckplatte (21) abgedeckt, deren der Reflexionsplatte (20) zugewendete Oberfläche lichtabsorbierend ausgebildet ist.

Im Bewegungsbereich des Trägers (19) ist ein ortsfester, mit der Tischplatte (3) verbundener Ständer (25) befestigt, an dem die als optoelektronischer Abtastkopf ausgebildete Sensoreinrichtung (23) aufgenommen ist. Diese weist eine Leuchtdiode (26) zur Emission von Lichtstrahlen und einen Fotodetektor (27) zum Empfang von an der Reflexionsplatte (20) reflektierten Lichtstrahlen auf. Die Sensoreinrichtung (23) dient in der Näheinheit (1) als Überwachungseinrichtung (28).

Im Gegensatz zu der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Anordnung kann der Träger (19) auch an dem Ständer (25) und die Sensoreinrichtung (23) an dem Lenkergetriebe (15) befestigt sein. Trotz dieser kinematischen Umkehr bleibt die Funktionsweise der Überwachungseinrichtung (28) unverändert erhalten.

In Fig. 5 sind die erforderlichen elektronischen Bauteile zum Überwachen der Bewegungen des Nähguthalters (10) in einem vereinfachten Schaubild dargestellt. Von dem Pluspol einer geregelten Spannungsquelle fließt Strom über die Leuchtdiode (26) und einen Widerstand (29) an Masse. Ebenso fließt Strom von dem Pluspol der Spannungsquelle über den als Fototransistor ausgebildeten Fotodetektor (27) und einen Widerstand (30) an Masse.

Am Emitter des Fotodetektors (27) ist ein Kondensator (31) angeschlossen, der über einen Verstärker (32) mit dem Setzeingang S eines Flip-Flop-Speichers (33) verbunden ist. Der Ausgang (Q) des Flip-Flop-Speichers (33) ist mit Abschaltvorrichtungen (34, 35) der Schrittmotoren (16, 17) verbunden.

Mit den in Fig. 5 dargestellten, mit der Sensoreinrichtung (23) verbundenen Bauteilen wird eine Steuerschaltung (37) gebildet.

Das Lenkergetriebe (15) der Vorschubvorrichtung (18) weist einen Schwenkarm (38) auf, an dem ein Lenker (39) schwenkbar angreift. Das entgegengesetzte Ende des Lenkers (39) ist mit einem Schlitten (40) gelenkig verbunden. Dieser ist auf einer an der Tischplatte (3) befestigten Gleitstange (41) verschiebbar gelagert und durch eine parallel dazu verlaufende Führungsschiene (42) gegen Schwenkbewegungen um die Gleitstange (41) gesichert.

Der Schrittmotor (16) ist an der Unterseite der Tischplatte (3) angeordnet. Auf seiner durch die Tischplatte (3) geführten Welle ist ein gezahntes Riemenrad (43) befestigt, das einen Zahnriemen (44) trägt, der an seinem entgegengesetzten Ende um ein auf der Tischplatte (3) drehbar gelagertes Umlenkrad (45) läuft und fest mit dem Schlitten (40) verbunden ist.

Der Schwenkarm (38) des Lenkergetriebes (15) ist auf einem Schlitten (46) schwenkbar gelagert, der in identischer Weise wie der Schlitten (40) auf einer Gleitstange (47) verschiebbar angeordnet, durch eine Führungsschiene (48) gegen Verdrehbewegungen gesichert und mit einem Zahnriemen (49) verbunden ist, der über ein Riemenrad (50) und über ein Umlenkrad (51) läuft. Das Riemenrad (50) ist auf der Welle des Schrittmotors (17) befestigt, der ebenfalls unterhalb der Tischplatte (3) angeordnet ist.

Die Teile der Vorschubvorrichtung (18), wie beispielsweise die Schlitten (40, 46), das Lenkergetriebe (15) und der Nähguthalter (10), deren Lage während des Ausführens einer Naht an einem Werkstück relativ zur Nähmaschine (2) veränderbar ist, bilden die bewegbaren Teile (52) der Vorschubvorrichtung (18).

Die Näheinheit arbeitet wie folgt:

Die Schrittmotoren (16, 17) führen gesteuerte Antriebsschritte aus. Die Steuerung der Schrittmotoren (16, 17) kann durch einen bekannten, nicht dargestellten Mikrocomputer erfolgen, der die jeweils erforderliche Anzahl von Antriebsimpulsen für jeden der beiden Schrittmotoren (16, 17) aus Positionsdaten berechnet, die durch ein in einem nicht dargestellten Speicher enthaltenen Programm vorgegeben sind. Die Antriebsschritte der Schrittmotoren (16, 17) werden über die Zahnriemen (44, 49) auf die Schlitten (40, 46) und damit auf das Lenkergetriebe (15) übertragen.

Nach Einschalten der Näheinheit (1) wird der Nähguthalter (10) in der beschriebenen Weise aus der in Fig. 1 gezeigten Ruhestellung in die Nähposition bewegt. Dort ist der Nähschlitz (12) von dem ein Werkstück haltenden Nähguthalter (10) unmittelbar unterhalb der Nadel (9) angeordnet. Während des anschließenden Nähvorganges wird der Nähguthalter (10) bei ordnungsgemäßer Funktion der Steuerung in einer durch das Programm festgelegten Weise angetrieben, so daß die Nadel (9) nur im Bereich des Nähschlitzes (12) einsticht.

Gleichzeitig wird der Abtastschlitz (24) des Trägers (19) ständig durch die Sensoreinrichtung (23) abgetastet. Sobald der Nähguthalter (10) in eine andere Position bewegt wird, wird zwangsläufig auch der mit dem Lenkergetriebe (15) verbundene Träger (19) in eine andere, der Lage des Nähguthalters (10) zugeordnete Stellung im Überwachungsbereich der Sensoreinrichtung (23) geschwenkt. Solange der Nähguthalter (10) eine dem Nähschlitz (12) entsprechende Bewegung ausführt, gelangen die von der Leuchtdiode (26) emittierten Lichtstrahlen durch den Abtastschlitz (24) zu der Deckplatte (21), deren lichtabsorbierende Oberfläche eine Reflexion der Lichtstrahlen verhindert. Dadurch empfängt der Fotodetektor (27) keine reflektierten Lichtstrahlen (Fig. 3). Sobald jedoch der Nähguthalter (10) eine von dem vorbestimmten Bewegungsverlauf abweichende Bewegung ausführt, treffen die emittierten Lichtstrahlen außerhalb des Abtastschlitzes (24) auf die reflektierend ausgebildete Oberfläche (22) der Reflexionsplatte (20) und gelangen durch Reflexion an dieser in den Fotodetektor (27) (Fig. 4).

Sobald der Fotodetektor (27) Lichtstrahlen empfängt, wird er leitend und es fließt Strom über den Widerstand (30) an Masse. Die sich dabei aufbauende Spannung wird über den Kondensator (31) und den Verstärker (32) dem Setzeingang S des Flip-Flop-Speichers (33) zugeführt. Der Kondensator (31) dient dabei vorteilhafterweise zum Ausfiltern von durch Tageslicht verursachten Gleichströmen und von durch Nählicht verursachten Wechselströmen niedriger Frequenz.

Beim ersten Impuls des Fotodetektors (27) betätigt der Flip-Flop-Speicher (33) über seinen Ausgang Q gleichzeitig die Abschaltvorrichtungen (34, 35). Dadurch werden die Schrittmotoren (16, 17) sofort abgeschaltet und deren Wiederanlauf bis zur Korrektur des Fehlers verhindert. Auf diese Weise wird vermieden, daß die Nadel (9) seitlich des Nähschlitzes (12) auf den Nähguthalter (10) trifft und dabei bricht.

Nach Beseitigung des Fehlers wird in geeigneter Weise, z. B. durch Betätigen eines nicht dargestellten Entriegelungsschalters durch die Näherin ein elektrisches Signal auf den Rücksetzeingang R des Flip-Flop-Speichers (33) gegeben, so daß dieser die Schrittmotoren (16, 17) wieder freigibt.

Die in dem Ausführungsbeispiel beschriebene, an der Reflexionsplatte (20) des Trägers (19) vorgesehene Markierung kann beispielsweise auch durch eine auf die Reflexionsplatte (20) gezeichnete Linie anstelle des eingearbeiteten Abtastschlitzes (24) ausgebildet werden. Diese ist dann ebenfalls durch die Sensoreinrichtung (23) zu überwachen. Dazu wird die an dem Ständer (25) aufgenommene Sensoreinrichtung (23) abgenommen und durch einen Markierstift ersetzt. Während des folgenden, einmaligen Durchlaufes wird der Nähguthalter (10) in der gewünschten Weise unter der Nadel (9) bewegt. Gleichzeitig zeichnet der Markierstift eine dem Nähschlitz (12) entsprechende Linie auf die Oberfläche (22) der Reflexionsplatte (20). Nach Fertigstellen der Markierung ist der Markierstift wieder durch die Sensoreinrichtung (23) zu ersetzen. Daraufhin kann die auf die Reflexionsplatte (20) gezeichnete Linie durch die Sensoreinrichtung (23) überwacht werden.

Anstelle der in dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Antriebseinrichtung mit programmgesteuerten Schrittmotoren (16, 17) kann der Antrieb auch in anderer Weise erfolgen, beispielsweise durch in bekannter Weise ausgebildete und angetriebene Steuerscheiben, deren Steuernuten den Bewegungsverlauf des Nähguthalters (10) vorbestimmen.

Claims (5)

1. Näheinheit mit einer Nähmaschine und einer Vorschubvorrichtung mit einem Nähguthalter, der zur Ausführung einer vorbestimmbaren Bewegungsbahn von wenigstens einer Antriebseinrichtung angetrieben ist, gekennzeichnet durch eine in Abhängigkeit von der Bewegung des Nähguthalters (10) wirksame Überwachungseinrichtung (28), wobei die Relativbewegung zwischen dem Nähguthalter (10) und der Überwachungseinrichtung (28) zum Abtasten einer der vorbestimmten Bewegungsbahn entsprechenden Markierung (24) dient und die Überwachungseinrichtung (28) an einer Steuerschaltung (37) angeschlossen ist, die bei einer Abweichung des Nähguthalters (10) von der vorbestimmten Bewegungsbahn die Ausgabe von Schaltsignalen zum Betätigen der Antriebseinrichtungen (16, 17) bewirkt.

2. Näheinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung (28) als optoelektronische Sensoreinrichtung (23) ausgebildet ist, die einen Abtastkopf mit einer Leuchtdiode (26) und einem Fotodetektor (27) aufweist.

3. Näheinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierung (24) auswechselbarer Teil eines Trägers (19) ist.

4. Näheinheit nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierung (24) an einer abnehmbar an dem Träger (19) gehaltenen Reflexionsplatte (20) ausgebildet ist.

5. Näheinheit nach Anspruch 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierung (24) als Abtastschlitz in der Reflexionsplatte (20) ausgebildet ist, dessen von der Sensoreinrichtung (23) abgewendete Seite an die lichtabsorbierend ausgeführte Oberfläche einer Deckplatte (21) angrenzt.