DE69310519T2

DE69310519T2 - Automatische behandlungen über materialien

Info

Publication number: DE69310519T2
Application number: DE69310519T
Authority: DE
Inventors: Michael Jackson; Timothy King; Michael Preston; Liguo Loughborough Univers Tao
Original assignee: Loughborough University
Current assignee: Loughborough University
Priority date: 1992-08-05
Filing date: 1993-08-05
Publication date: 1997-12-04
Anticipated expiration: 2013-08-06
Also published as: EP0653972B1; DE69310519D1; US5886319A; JPH09503253A; ATE152654T1; AU4722093A; EP0653972A1; WO1994003301A3; GB9216643D0; WO1994003301A2

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf automatische Operationen an Materialien und unter anderem auf die Ausführung von Hochgeschwindigkeitsoperationen insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, auf Schneidoperationen an Materialien, insbesondere Spitzengewebe.
Spitzengewebe wird hergestellt in Breiten von zum Beispiel 5 m, von denen schmalere Breiten gewöhnlich mehr oder weniger tief ausgeschnittenen Dessins abgeschnitten werden. Es existieren mechanische Anordnungen, welche in der Lage sind, relativ seicht ausgeschnittene Kanten bei angemessenen Geschwindigkeiten zu schneiden, aber sie erfordern zeitaufwendige Einrichtarbeiten und eine ständige Aufmerksamkeit der Bedienungsperson. Für die komplizierteren Dessins und tiefere Ausschnitte ist es möglich, nur mit der Hand zu schneiden, was die Kosten des fertigen Produkts beträchtlich erhöht.
Es ist selbstverständlich bekannt, daß Lasermaterialien schneiden, und es ist natürlich, die Verwendung von Lasern für das Schneiden von Spitzengewebe zu betrachten. Es bestehen jedoch einige erhebliche Probleme, die sich bei der Spurverfolgung eines Laserpunktes entlang der genau geforderten Schnittlinie ergeben, nicht zuletzt aufgrund der Tatsache, daß Spitzengewebe ein flexibles und leicht verdrehbares Gewebe ist, welches durchaus Fehler haben kann, was das Problem der Kenntnis, wo zu schneiden ist, erhöht. Darüber hinaus führt der Vorgang des Schneidens - da die geschnittenen Fäden unter Spannung sind - notwendigerweise zu deren eigenen Verdrehungen.
Es wurden verschiedene Vorschläge gemacht für die Verwendung einer Maschinenbildvorrichtung, um einen Operationseffektor wie einen Laserpunkt oder einen heißen Draht entlang eines Pfades wie eines Spitzengewebe-Schneidpfades zu führen. I. Kimoto et al, "Automation of Sealant Painting and Lace Cutting Using Pattern Tracking Techniques", The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 1 (4) 101-107, 1986, offenbart die Verwendung eines Fotosensor-Feldes zur Erfassung des Flanschmusters eines Kurbelgehäuses, während es sich auf einem bewegten Förderer befindet, und eines Mikrocomputers, um angemessene voraufgezeichnete Befehle zu liefern nach der Verarbeitung von Eingangssignalen von dem Feld und Förderergeschwindigkeitssensoren, um flüssige Dichtungsmasse auf den Flansch aufzubringen mit hinter den Sensorvorrichtungen angeordneten Düsen. Für das Schneiden des Spitzengewebes ist eine CCD-Kamera mit einer Laserschneidvorrichtung auf einem X-Y-Querbewegungsmechanismus über dem laufenden Spitzengewebe befestigt, welche vergrößert ist zum Eliminieren von Punktzweideutigkeiten und zum Erzeugen eines klaren Musters. Die gekrümmten Konturen des Dessins auf dem Spitzengewebe können somit klar unterschieden und durch den Querbewegungsmechanismus "verfolgt" werden. Die Mustererkennungsgeschwindigkeit für das Schneiden des Spitzengewebes hängt von dem Spitzengewebemuster ab, aber für einfache Muster werden Schneidgeschwindigkeiten, die so hoch wie 100 mm/s sind, versprochen.
US-A-4 907 169 offenbart auch ein anpassendes Spurfolgebild- und Führungssystem mit einem Bildsystem und einem Roboterenden-Effektor, der auf einer sich bewegenden Plattform befestigt ist, welche gesteuert wird, um einem Pfad zu folgen, der sich dem tatsächlichen Pfad des verfolgten Merkmals annähert, wobei der Endeffektor weiterhin in Echtzeit gesteuert wird, um dem Pfad zu folgen, selbst wenn die Plattform hiervon abweichen könnte.
DE-OS-40 26 250 offenbart das Schneiden von Spitzengewebe durch einen CNC-gesteuerten Schneidkopf, der mit einer Kamera einen Spitzengewebe-Förderweg überquert, wobei er einer Linie darauf wie der Kante zwischen dem Spitzengewebe und einem verbindenden Gewebe zwischen zwei Spitzengewebeabschnitten folgt.
Ein Nachteil all dieser Systeme besteht darin, daß die Mustererkennungs-Algorithmen im Betrieb relativ langsam sind; kompliziertere Muster können nur relativ langsam geschnitten werden im Vergleich zu einfachen Mustern, welche im Fall von Spitzengewebe bei jeder Gelegenheit der Verwendung einer herkömmlichen Ausrüstung ziemlich schnell geschnitten werden können. Darüber hinaus kann es sein, daß einige Spitzengewebemuster nicht ein klar definiertes Spurfolgemerkmal haben, und dasselbe ergibt sich in einem größeren Ausmaß bei anderen Materialien, bei denen tatsächlich ein Merkmal gegabelt sein kann oder so erscheinen kann, wodurch ein Dilemma für das Steuersystem geschaffen wird.
Die vorliegende Erfindung liefert neue Verfahren zur Behandlung mit Aspekten des Problems des Schneidens von Spitzengewebe, die eine allgemeine Anwendung auf das Schneiden, Markieren oder Bewirken von anderen Operationen auf anderen Textilgeweben oder tatsächlich allgemein auf Materialien darstellen.
Die Erfindung umfaßt in einem Aspekt ein Verfahren zum Führen eines Operationseffektors zum Bewirken einer Operation entlang eines Pfades auf einem gemusterten Material unter Verwendung einer Maschinenbildvorrichtung, in welchem die Maschinenbildvorrichtung verwendet wird zur Herstellung einer Karte einer Wiederholung des Musters, ein Pfad auf der Karte bestimmt wird, das Material und der Operationseffektor relativ entlang der Richtung der Musterwiederholung bewegt werden, die Maschinenbildvorrichtung das Material während der relativen Bewegung abtastet und ein Abtastbild mit der Karte verglichen wird, um die relativen Positionen des Materials und des Operationseffektors zu bestimmen, und der Operationseffektor geführt wird zum Bewirken der Operation an einer Position auf dem Material entsprechend dem auf der Karte bestimmten Pfad.
Mit dem hier verwendeten "gemusterten Material" ist jedes Material (ob ein Gewebematerial oder ein anderes) gemeint, das ein sich wiederholendes Muster hat, welches eine natürliche Spur, der gefolgt werden kann, enthält oder nicht, welches aber zumindest ein durch eine Maschinenbildvorrichtung erfaßbares, regelmäßig auftretendes Merkmal hat.
Die Karte kann als ein Bild auf einem Schirm dargestellt werden und eine Zeigervorrichtung (wie eine Maus) wird verwendet, um den Pfad auf dem Schirmbild zu definieren.
Die Maschinenbildvorrichtung kann eine Linienabtastkamera aufweisen, welche zum Aufbau der Karte und auch zur Erzeugung des Abtastbildes verwendet wird.
Die Karte und Abtastbilder können Pixelbilder sein, und ein Kreuzkorrelationsalgorithmus kann zur Herstellung der Korrelation zwischen einer Linie von Pixeln auf der Karte und einer Linie von Pixeln auf dem Bild verwendet werden. Der Kreuzkorrelationsalgorithmus kann zu der Mitte der Karte hin gewichtet sein. Der Kreuzkorrelationsalgorithmus kann eine seitliche Versetzung und/oder Verdrehung (beide seitlich und in der Richtung der relativen Bewegung) des Materials mit Bezug auf seine Kartenposition/Konfiguration kompensieren.
Karte und Abtastbild können am Beginn einer Operation automatisch verglichen werden, um einen Startpunkt zu bestimmen.
Das offenbarte Verfahren ist sehr geeignet zum Schneiden von Spitzengewebe, jedoch nicht nur zum Schneiden entlang einer einfach ausgeschnittenen Kante, sondern auch zum Schneiden entlang einer Linie, welche die Querrichtung mehr als einmal kreuzt, zum Beispiel zum Ausschneiden von Tafeln entlang einer geschlossenen Kurve oder zum Schneiden von rekursiv ausgeschnittenen Kanten.
Der Operationseffektor (ob zum Schneiden von Spitzengewebe oder zum Bewirken anderer Operationen wie Markieren) kann einen Laser aufweisen, von welchem der Strahl mittels eines bewegbaren Spiegels gerichtet sein kann, um dem Pfad zu folgen. Der Spiegel kann ein Spiegel mit geringer Trägheit für eine rasche Bewegung sein.
Anordnungen, bei welchen ein Laser körperlich quer über ein gefördertes Gewebe bewegt wird oder ein Spiegel das Gewebe überquert, der einen zum Gewebe parallelen Strahl nach unten auf die Gewebeoberfläche reflektiert, sind hinsichtlich ihrer Operationsgeschwindigkeit beschränkt. Eine schnellere Punktbewegung kann mit einem winkelmäßig bewegbaren Spiegel erzielt werden, aber es treten Probleme auf, die mit solchen Anordnungen verbunden sind. Die höchsten Ablenkungsgeschwindigkeiten entsprechend hohen Durchgangsgeschwindigkeiten können am besten erzielt werden, wenn der winkelmäßig abgelenkte Spiegel eine geringe Trägheit hat; aber für eine Hochgeschwindigkeitsoperation erfordert die verringerte Verweilzeit des Strahls auf jedem Punkt des Materials die Verwendung eines Laserpunktes mit hoher Leistungsdichte.
Bei der Durchführung der Erfindung kann ein Hochleistungs-Laserlichtpunkt über eine Oberfläche abgelenkt werden, um eine Operation zu bewirken wie das Schneiden durch ein Material, welche die Ablenkung eines Strahls mit großem Querschnitt und geringer Leistungsdichte mittels eines rasch bewegbaren Spiegels geringer Trägheit und das Fokussieren des durch den Spiegel abgelenkten Strahls auf einen Punkt hoher Leistung auf dem Material umfaßt. Ein derartiges Verfahren ist besonders geeignet zur allgemeinen Durchführung von Operationen, wie vorstehend offenbart ist.
Der Spiegel, der den Strahl winkelmäßig ablenkt, kann ein Galvanometerspiegel sein. Ein Strahl mit hoher Leistungsdichte, der auf einen Galvanometerspiegel mit geringer Trägheit auftrifft, würde den Spiegel rasch beschädigen.
Wenn der verwendete Laser einen Strahl mit geringem Querschnitt und hoher Leistungsdichte erzeugt, kann dieser zuerst in den Strahl mit großem Querschnitt und geringer Leistungsdichte erweitert werden. Der Strahl kann jedoch konvergent gemacht werden, bevor er auf den Spiegel auftrifft.
Der Spiegel kann den Punkt über einen Bereich des Materials ablenken durch ein nichtlineares Fokussiersystem, um die Differenzen in der Pfadlänge des Strahls von dem Spiegel zwischen der Mitte und den Kanten des Bereichs zu kompensieren.
Der Spiegel kann den Punkt über einen Bereich des Materials durch ein nichtlineares Fokussiersystem ablenken, um die Unterschiede in der Pfadlänge des Strahls von dem Spiegel zwischen der Mitte und den Kanten des Bereichs zu kompensieren.
Der Spiegel kann jedoch den Punkt über einen Bereich der Oberfläche ablenken, wobei die Geometrie der Anordnung mit Bezug hierauf so ist, daß ein angemessen fokussierter Punkt über den Bereich erhalten wird ungeachtet der Unterschiede in der Pfadlänge des Strahls von dem Spiegel zwischen der Mitte und den Kanten des Bereichs.
Der Strahl kann durch zwei Spiegel abgelenkt werden, die auf orthogonalen Achsen schwenkbar sind, um eine Bewegung des Punktes über einen zweidimensionalen Bereich der Oberfläche zu erhalten, wodurch die Entfernung von Tafeln oder rekursiven Kantenmustern ermöglicht wird, die ohne Umkehrung der Richtung der relativen Bewegung zwischen dem Schneidkopf und dem Material zu schneiden sind - dies vermeidet Probleme der Umkehrung der Richtung der Bewegung des spannungsempfindlichen Materials wie Spitzengewebe.
Die Erfindung umfaßt auch eine Vorrichtung zum Führen eines Operationseffektors, um eine Operation entlang eines Pfades auf einem gemusterten Material unter Verwendung einer Maschinenbildvorrichtung zu bewirken, welche aufweist: ein Maschinenbildsystem, das geeignet ist zur Herstellung und Anzeige einer Karte einer Wiederholung des Musters, Mittel zum Bestimmen eines Pfades auf der Karte, Mittel zum relativen Bewegen des Operationseffektors und des Materials in der Richtung der Musterwiederholung, wobei das Maschinenbildsystem betätigbar ist, um das Material während der relativen Bewegung abzutasten, Vergleichsmittel, die das Abtastbild mit der Karte vergleichen, um die relativen Positionen des Materials und des Operationseffektors zu bestimmen, und Führungsmittel für den Operationseffektor, um die Operation an einer Position auf dem Material entsprechend dem auf der Karte bestimmten Pfad zu bewirken.
Die Vorrichtung kann einen Apparat zum schnellen Ablenken eines Hochleistungs-Laserlichtpunktes über eine Oberfläche aufweisen, um eine Operation wie das Schneiden durch ein Material zu bewirken, welcher einen schnell bewegbaren Spiegel mit geringer Trägheit und eine Fokussieranordnung zum Fokussieren eines durch einen Spiegel abgelenkten Strahls mit großem Querschnitt und niedriger Leistungsdichte zu einem Punkt mit hoher Leistung auf dem Material umfaßt.
Ausführungsbeispiele der Vorrichtung und Verfahren gemäß der Erfindung werden nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
Fig. 1 ist eine Ansicht eines Abschnitts von Spitzengewebe;
Fig. 2 ist eine schematische Illustration einer Vorrichtung zum Führen eines Laserstrahls zum Schneiden von Spitzengewebe;
Fig. 3 ist eine schematische Illustration einer Spiegelanordnung zum Ablenken eines Laserstrahls;
Fig. 4 ist eine schematische Draufsicht auf eine Spitzengewebe-Schneidmaschine;
Fig. 5 ist eine schematische Seitenansicht der Maschine nach Fig. 4;
Fig. 6 ist eine Nebeneinanderdarstellung eines Maschinenbild-Spitzengewebebildes und einer Karte, die die Wirkung der Verzerrung illustriert und eine Schneidlinie auf der Karte zeigt; und
Fig. 7 ist eine schematische Ansicht einer Spiegelanordnung, die einen Laserstrahl über einen zweidimensionalen Bereich auf einem Material ablenkt.
Die Zeichnungen illustrieren ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schneiden von Spitzengewebe der in Fig. 1 gezeigten Art, in welchem ein Abfall-Netzgewebe 11 Abschnitte 12, 13 trennt. Das Problem besteht darin, das Abfall-Netzgewebe 11 um die ausgeschnittenen Kanten 14, 15 der Abschnitte 12, 13 wegzuschneiden. Für Kanten, welche nicht tief ausgeschnitten sind, sind mechanische Schneidanordnungen vorhanden, welche, wenn sie geeignet ausgebildet sind, ziemlich gut arbeiten können, aber tiefer ausgeschnittene Kanten können nur mit der Hand geschnitten werden, was mühsam und teuer ist.
Fig. 1 zeigt eine ausgeschnittene Kante 14, welche bereits geschnitten wurde. Das Merkmal, das als "Perlen" bekannt ist, ist klar an dieser geschnittenen Kante ersichtlich. Es ist ein Anzeichen für die Genauigkeit, mit der das Schneiden durchgeführt werden muß, festzustellen, daß die Perlen 16 alle getrennt sind, und nur wenig oder nichts in der Weise von hängenden Fäden.
Die Idee der Verwendung eines Lasers zum Schneiden der Fäden ist unmittelbar attraktiv, aber problematisch. Um gewünschte Operationsgeschwindigkeiten zu erzielen, muß der Strahl mit einer hohen Geschwindigkeit und über eine wesentliche seitliche Ausdehnung abgelenkt werden - typischerweise ist die "Spurweite" bis zum 75 mm. Eine körperliche Bewegung eines Lasers mit der erforderlichen Geschwindigkeit ist unmöglich, selbst für eine bescheidene Schneidgeschwindigkeit von beispielsweise 1 m/s, wobei beachtet werden muß, daß eine typische Wiederholungslänge ("R" - siehe Fig. 1) beispielsweise 2 cm ist, was ein Schwingen des Lasers bei einer Grundfrequenz von 50 Hz bedingt.
Die zum Schneiden von Textilfäden bei dieser Geschwindigkeit geforderte Leistungsdichte ist wesentlich. Wenn der Durchmesser des Laserpunktes beispielsweise 0,2 mm ist, geht ein 0,1 mm dicker Faden durch den Punkt in 0,003 s hindurch, und in dieser Zeit muß er ausreichend Energie absorbieren, um zu schmelzen. Wenn, um das Spurnachführungsproblem zu lösen, ein Spiegel verwendet wird, welcher leicht genug ist, um die geforderten Bewegungen mit der geforderten Geschwindigkeit auszuführen, würde ein derartig leistungsfähiger Laserstrahl durch diesen hindurchbrennen.
Die Lösung dieses Problems ist in Fig. 3 illustriert, welche ein Verfahren zum Richten eines Laserpunktes 21 auf eine Oberfläche 22 zeigt, das eine Erweiterung eines Laserstrahls 23 durch ein Linsensystem 24, um seine Leistungsdichte beträchtlich herabzusetzen, eine Ablenkung des Strahls 23 durch einen Spiegel 25, während er erweitert ist, und ein Fokussieren des Strahls 23 auf den Punkt 21 auf der Oberfläche 22 umfaßt.
Dies ist natürlich ein Weg der Ablenkung eines Laser punktes, der nicht umherbewegt werden muß, und es müssen könnte, wo der Raum begrenzt ist, aber er kommt zu sich selbst, wenn der Spiegel 25 aktiv ist und den Punkt 21 in unterschiedliche Positionen auf der Oberfläche 22 ablenkt, und wenn der Spiegel 25 ein Spiegel mit geringer Trägheit für eine Hochgeschwindigkeitsablenkung ist.
Fig. 3 illustriert eine Anordnung, bei welcher der Spiegel 25 den Punkt 21 winkelmäßig ablenkt. Der Strahl geht vor dem Spiegel 25 durch einen Kondensor 26 hindurch, um ihn zu fokussieren. Wenn der Spiegel 25 wie illustriert um seine Achse rotiert, bewegt sich der fokussierte Punkt 21 tatsächlich durch einen Bogen 27. Wenn die Oberfläche 22 flach ist, ist es möglich, ein nichtlineares Fokussiersystem 28 zwischen dem Spiegel 25 und der Oberfläche einzuführen, aber in dem Fall des Schneidens von Spitzengewebe ist es gleichermaßen möglich, das Spitzengewebe in einem seichten bogenförmigen Kanal zu führen, so daß der Punkt 21 immer im Brennpunkt ist ohne das Erfordernis eines nichtlinearen Fokussiersystems, oder, vielleicht realistischer, dieses innerhalb des Ausmaßes der Bewegung des Punktes anzuordnen, so daß es immer über den betreffenden Bereich angemessen fokussiert ist, selbst wenn nicht immer scharf, ungeachtet dessen, daß der Strahlenpfad von dem Spiegel an den Kanten des Bereiches eine unterschiedliche Länge gegenüber der in der Mitte hat.
Der Strahl 23 kann auf eine typische Weite von 7,5 mm erweitert und auf einen Punkt von 0,1 mm Durchmesser oder weniger herunter fokussiert werden. Ein 50 Watt- Laser kann eine Strahlintensität in der Brennebene von typischerweise 500 bis 10 000 W/mm² erzeugen, was ermöglicht, das Spitzengewebe mit Geschwindigkeiten bis zum 5 m/s geschnitten wird.
Der Spiegel 25 nach Fig. 3 kann ein Galvanometerspiegel sein, zum Beispiel ein Analoggalvanometer mit geschlossener Schleife, das von einem Gleichspannungssignal von ± 10 V gesteuert wird. Solch ein Instrument kann eine Eigenfrequenz von 1000 Hz haben, wobei kein Spiegel an dem Rotor befestigt ist. Bei Verwendung eines goldplattierten Alumniumspiegels von 3 mm Dicke mal 20 mm mal 15 mm kann die Eigenfrequenz auf 400 Hz reduziert werden, was noch das Schneiden von ziemlich komplizierten Mustern bei Schneidgeschwindigkeiten bis zu 5 m/s ermöglicht.
Die Fign.4 und 5 illustrieren ein Verfahren zum Bewirken einer Operation entlang eines Pfades 41 auf einer Materialoberfläche 42, der sich in Längsrichtung der Oberfläche 42 erstreckt. In diesem Fall ist die Operation ein Schneidvorgang und die Oberfläche ist von einem Gewebe eines Spitzengewebes, welches in einer Schleife auf einem Transportsystem 43 befördert wird. Bei Spitzengewebe-Schneidmaschinen ist es herkömmlich, eine Schleife zu schneiden, die durch Befestigen der Enden einer Länge von etwa 100 m in Breiten bis zu 5 m gebildet wird. "Streifen" mit Breiten, die sich von einigen wenigen Zentimetern aufwärts erstrecken, werden der Reihe nach abgeschnitten von einer Kante ausgehend nach innen.
Das Schneiden wird durch eine Laserschneidvorrichtung 44 bewirkt, wie mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben ist. Der Schneidpfad folgt einem Pfad angrenzend an eine ausgeschnittene Kante, wie in Fig. 1 gezeigt ist, welche sich über ein begrenztes breitenmäßiges Ausmaß der gesamten Oberfläche des Spitzengewebes erstreckt. Die Schneidanordnung 44 ist an einer Betätigungsstation 45 zusammen mit einer Maschinenbildanordnung 46 angeordnet, welche den Spiegel der Schneidanordnung 44 betätigt, um dem Schneidpfad zu folgen.
Die Anordnung muß nicht eine Schneidanordnung aufweisen, die auf Spitzengewebe einwirkt - jedes andere Gewebe kann auf diese Weise geschnitten werden, wenn dies gewünscht wird, oder ein Laser(oder ein anderer)-Strahl kann gesteuert werden, um einen Schneidvorgang, der nicht ein Schneidvorgang ist, zu bewirken, zum Beispiel einen Markiervorgang. Eine mögliche Anordnung könnte Formen für Unterwäsche schneiden, z.B. Büstenhalter oder verzierte Kanten für Blusen. Zusätzlich können Löcher (nach der Mode der englischen Stickerei) in Gewebe oder Kleidungseinsätze geschnitten werden unter Verwendung der Anordnung in einer geeigneten Form, und die Technik kann verwendet werden zum Beispiel zum Herstellen von Knopflöchern, welche, wenn die Laserwärme die Kanten auch "versiegeln" würde, das Erfordernis des Nähens vermeiden könnte.
Die Maschinenbildvorrichtung 46 umfaßt eine Linienabtastkamera 47, die über die Breite des Schneidpfades und vor dem das Schneiden bewirkenden Laserpunkt abbildet, und einen Computer 48, der eine Steuerspannung zu dem Galvanometer der Schneidanordnung 44 ausgibt, um den Spiegel zu steuern. Die Beleuchtung erfolgt durch eine Lampe 49 unterhalb des Spitzengewebes.
Das Spitzengewebe wird selbstverständlich in einer unbegrenzten Verschiedenheit von Mustern hergestellt.
Die erste Aufgabe des Computers 48 besteht darin, das Muster des Spitzengewebes, welches geschnitten werden soll, zu kartieren.
Wenn das Spitzengewebe unterhalb der Kamera 47 bewegt wird, wird ein Bereichsbild Zeile für Zeile mit einer längenmäßigen Ausdehnung, die ausreichend ist, eine vollständige Musterwiederholung zu enthalten, aufgebaut. Das Bereichsbild wird in ein binäres Bild verarbeitet, d.h. eines, in welchem die individuellen Pixel entweder schwarz oder weiß sind.
Fig. 6 zeigt eine derartige Karte in der linken Tafel. Die Karte wird selbstverständlich nicht notwendigerweise als ein Bereichsbild dargestellt, sondern ist ein virtuelles Bild, das bezüglich der binären Daten im Speicher im Computer 48 gespeichert wird. Jedoch kann auf einem Bereichsbild, wie in Fig. 6 ersichtlich, eine Schneidlinie 61 gezogen werden, und diese wird ebenfalls als Daten in dem Computer 48 gespeichert. Die Schneidlinie 61 kann "manuell" auf einer Videoanzeige durch irgendeine einer Verschiedenheit von bekannten Techniken gezogen werden, zum Beispiel mittels einer Maus oder mit einem Graphik- Tableau, oder sie kann automatisch durch Software in dem Computer gezogen werden, die die zu schneidende Kante identifiziert.
Die Aufgabe des Computers besteht dann darin, aus dem Echtzeit-Videobild von der Linienabtastkamera zu identifizieren, wo längenmäßig von der Karte sich der Laserpunkt befindet, und diesen seitlich zu der seitlichen Position der Schneidlinie in dieser längenmäßigen Position zu bewegen.
Ein Problem, welches nicht notwendigerweise eigentümlich für Spitzengewebe ist, aber welches besonders bezeichnend für Spitzengewebe ist, besteht darin, daß es kein stabiles Gewebe ist und leicht sowohl in Längen- als auch Breitenrichtung verzerrt werden kann.
Somit entspricht das Echtzeitbild von der Linienabtastkamera während des Schneidens im allgemeinen nicht genau der Karte, und dies ist in Fig. 6 illustriert, wo das Spitzengewebe sowohl längenmäßig als auch breitenmäßig im Vergleich zu der Karte gestreckt ist. Ein autoregressiver Algorithmus kann verwendet werden, um eine Linie auf dem Echtzeitbild einer Linie auf der Karte anzupassen, wobei der Algorithmus gewichtet wird zugunsten von Daten bezüglich des mittleren Teils der Linie.
Der Grundalgorithmus für eine Linienanpassung wird durch die folgende Gleichung beschrieben:
Linie (i,j) = { Karte(i,k-j) XOR Bild (i,k). r(k)}
worin n die Anpassungslänge der Linien ist, Karte (i,k-j) und Bild (i,k) sich auf die Pixel in der Karte und im Bild beziehen. Da die Daten binär sind (d.h. es werden keine grauen Pegel verwendet, sind die Pixelwerte nur 0 oder 1). Wenn 0 < j < m ist, sind m Linien Anpassungsergebnisse entlang der Linie i vorhanden. r(k) ist ein Wert von einer Gewichtungsnachschlagtabelle - wenn alle r(k) gleich 1 wären, würde dies eine normale Kreuzkorrelation sein, aber die Nachschlagtabelle ordnet größere Werte für r(k) für die mittleren Pixel zu.
Dies setzt voraus, daß eine angepaßte Position bereits zwischen der Karte und dem Bild gefunden wurde und daß diese Linie als Liniennummer (i-1) sowohl für die Karte als auch das Bild bezeichnet wurde.
Ein Ausgang (i,j) wird berechnet aus der Gleichung
Ausgang (i,j) = Linie (i,j) + β . Ausgang (9-1,j)
worin 0 < β < 1 ist und β einen vorgewählten "Ausblend"-Koeffizienten darstellt.
Der Ausgang (i) kann verstanden werden als das "Anpassungs"-Ergebnis von mehreren Linien, welche in dem Bereich von der i-ten Position zurück zu der (i-n)- ten Position sind. Die Ergebnisse verlieren an Bedeutung oder werden "ausgeblendet" wegen der wiederholten Multiplikation mit dem Koeffizienten β.
Das Anpassungsergebnis wird berechnet für die Position i entlang der Längsrichtung, und mehrere seitliche Suchpunkte werden gesucht und verglichen, wobei die beste Anpassung ausgewählt wird, um die Schneidposition zu berechnen.
Dies kann einer bemerkenswerten Menge von seitlicher Verzerrung des Spitzengewebes Rechnung tragen und bewältigt eine vernünftige Menge von Störungen.
Dieser Algorithmus erspart durch Wiederverwendung von Ergebnissen vorhergehender Schritte Berechnungszeit gegenüber der Wiederberechnung jeder Kreuzkorrelation vom Kratzen.
Die Karte und das Bild entsprechen im allgemeinen nicht längenmäßig und eine Strategie der Längsanpassung wird verwendet, welche drei Bildlinien mit einer Kartenlinie vergleicht, wobei die beste Anpassung ausgewählt wird.
Um sowohl die längenmäßige als auch die breitenmäßige Verzerrung zu bewältigen, wird angenommen (vernünftigerweise in dem Fall von bekannten Spitzengewebemustern), daß eine längenmäßige Verzerrung nicht bewirkt, daß eine Kartenlinie drei aufeinanderfolgenden Bildlinien angepaßt wird (oder umgekehrt). Ein "Warte"-Befehl wird ausgeführt, wenn die i-te Bildlinie der (i-1)-ten Kartenlinie angepaßt ist; ein "Schritt" wird ausgeführt, wenn die i-te Karten- und Bildlinie angepaßt sind; und ein "Sprung" wird ausgeführt, wenn die i-te Bildlinie der (i+1)-ten Kartenlinie angepaßt ist.
Wenn aber ein "Warten" zweimal in Folge erforderlich ist, wird ein "Schritt" erzwungen ohne jede Anpassungsbedingung. Wenn zwei aufeinanderfolgende "Sprünge" gegeben sind, wird als nächstes ein "Warten" ausgeführt.
Ein derartiger Algorithmus kann 15 % seitliche und 15 % Längsverzerrung bewältigen, was mehr ist als benötigt wird, um erlaubte Veränderungen des Spitzengewebes zu behandeln.
Bei der obigen Beschreibung wurde angenommen, daß eine ursprüngliche Anpassung gefunden wurde. Dies kann selbstverständlich "manuell" durchgeführt werden durch Vergleich der Karte mit dem Echtzeitbild am Beginn eines Schneidvorganges, wobei eine Technik mit gespaltenem Schirm verwendet wird. Jedoch können Merkmale findende Algorithmen verwendet werden, um Karte und Bild durch Kreuzkorrelation zu vergleichen, aber es ist erforderlich, daß herkömmliche Merkmale findende Algorithmen für Spitzengewebe modifiziert werden, um der Verzerrung Rechnung zu tragen.
Rekursive Formen, bei welchen die Spitzengewebekante (oder eine andere zu schneidende Kante) komplizierter ist als eine einfache wellige Linie, können gehandhabt werden, indem dem Spiegelsystem eine Bewegung um eine andere Achse gegeben wird. Fig. 7 illustriert einen zweiten Spiegel 85, der um eine Achse geschwenkt wird, die orthogonal zu der des ersten Spiegels 25 ist, und wieder von einem Galvanometer entsprechend Signalen von einem Steuersystem auf der Grundlage einer Karte angetrieben wird, wie vorstehende beschrieben ist.
Fig. 2 illustriert umfassender die Ausrüstung, die ausgebildet ist, um die vorbeschriebenen Operationen durchzuführen.
Der Galvanometerspiegel 25 wird getrieben von einer Spannung von einem 12 Bit-Digital/Analog-Wandler 121, welcher Treibersignale über eine Datenbank 122 von einem Überwachungsprozessor 123 empfängt, welcher eine Karte und/oder ein Abtastbild (unter Verwendung einer Technik mit gespaltenem Schirm, wie zur Anzeige sowohl der Karte und des Abtastbildes zusammen erforderlich ist) zu einem Videoanzeigeschirm 124 ausgibt. Das System wird von einer Operator-Schnittstelle 126 gesteuert, welche eine Zeigervorrichtung wie eine Maus 127 umfaßt.
Die Linienabtastkamera 128 wird durch einen Pixeltakt 129 zeitgesteuert und gibt eine Pixelzählung zu einem Zähler 131 aus. Ein optischer Codierer, der durch schlupffreien Kontakt mit dem geförderten Spitzengewebe angetrieben wird, gibt zu einem Bewegungszähler 132 aus, wobei beide Zähler verbunden sind, um eine Synchronisationslogik 133 abzutasten für die Gewährleistung, daß das Muster im Gleichklang mit der Gewebegeschwindigkeit abgetastet wird. Ein "Startlinienabtast"-Signal wird von der Logik 133 über eine Leitung 134 zu der Linienabtastkamera zurückgeführt.
Das Videoausgangssignal von der Kamera 128 wird in einem Prozessor 135 einer Schwellenwertbildung unterzogen und pixelweise in ein 24 Bit-Schieberegister 136 geführt für eine parallele Übertragung zu einem Prozessor 137, welcher Synchronisationssignale von der Logik 133 empfängt und Schwellenwert-Steuersignale zu dem Prozessor 135 über einen 12 Bit-Digital/Analog-Wandler 138 liefert.
Der Prozessor 137 steuert die Kamera (Zuführen eines Startsignals zu der Logik 133) und führt Datenerfassungsvorgänge durch zum Beipiel zum Aufbau einer anfänglichen Karte aus individuellen Linienabtastbildern.
Ein Subsystem 139 nimmt Informationen aus einem Speicher 141 wie erforderlich, wobei die Daten von dem Prozessor 137 eingegeben wurden, um die Spurverfolgungssignale für den Galvanometerspiegel 25 durch einen Steuerbus 142 zu bewirken.
Durch Bestimmen der Schneidlinie auf der Karte vermeidet das System die Abhängigkeit von irgendeinem gesonderten Linienmerkmal in dem Muster des Materials und vermeidet weiterhin Zwangssituationen, wenn beide von zwei Spurverfolgungslinien möglich wären an einer Gabel in einem Linienmerkmal. Wenn das Muster "verloren" ist, wird es schnell wiedergewonnen durch direktes zugehen zu dem Pfad, ohne daß mehrere mögliche Startpositionen untersucht werden müssen.

Claims

1. Verfahren zum Führen eines Operationseffektors (25,44) zum Bewirken einer Operation entlang eines Pfades auf einem gemusterten Material (11,12,13) unter Verwendung einer Maschinenbildvorrichtung (47), bei welchem die Maschinenbildvorrichtung verwendet wird zur Bildung einer Karte von einer Wiederholung des Musters, ein Weg (61) auf der Karte bestimmt wird, das Material (11,12,13) und der Operationseffektor (25,44) relativ entlang der Richtung der Musterwiederholung bewegt werden, die Maschinenbildvorrichtung (47) das Material (11,12,13) abtastet während der Relativbewegung und ein Abtastbild mit der Karte verglichen wird zum Bestimmen der relativen Positionen des Materials (11,12,13) und des Operationseffektors (25,44), und der Operationseffektor (25,44) geführt wird zum Bewirken der Operation an einer Position auf dem Material (11,12,13) entsprechend dem auf der Karte bestimmten Weg (61).

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Karte als ein Bild auf einem Schirm (124) dargestellt wird und eine Zeigevorrichtung (127) zur Bestimmung des Weges (61) auf dem Schirmbild verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei welchem die Maschinenbildvorrichtung eine Zeilenabtastkamera (47) aufweist, die zur Bildung der Karte verwendet wird und auch zur Erzeugung des Abtastbildes verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem die Karte und das Abtastbild Pixelbilder sind und ein Kreuzkorrelations-Algorithmus verwendet wird zur Errichtung einer Korrelation zwischen einer Zeile von Pixeln auf der Karte und eine Zeile von Pixeln auf dem Bild.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem der Kreuzkorrelations-Algorithmus zur Mitte der Karte hin gewichtet ist.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, bei welchem der Kreuzkorrelations-Algorithmus eine seitliche Versetzung und/oder Verwerfung des Materials mit Bezug zu seiner kastenmäßigen Position/Konfiguration kompensiert.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem die Karte und das Abtastbild am Beginn einer Operation automatisch verglichen werden zum Bestimmen eines Startpunktes.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem das Material (11,12,13) Spitzengewebe ist und die Operation eine Schneidoperation ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem der Schneidvorgang das Schneiden entlang einer gezahnten Kante (14,15) enthält.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, bei welchem die Schneidoperation Schnitte entlang einer Linie enthält, die eine Linie quer zu der Richtung der relativen Bewegung von Material und Operationseffektor (25,44) mehr als einmal kreuzt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei welchem die Linie eine geschlossene Kurve aufweist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei welchem der Operationseffektor (25,44) einen Laser aufweist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei welchem ein Laserstrahl (23) gerichtet wird, um dem Weg (61) mittels eines bewegbaren Spiegels (25) zu folgen.

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei welchem der Spiegel (25) ein Spiegel mit geringem Trägheitsmoment für rasche Bewegungen ist.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, welches eine rasche Ablenkung eines Hochleistungs-Laserlichtpunktes (21) über eine Oberfläche (22) aufweist, um eine Operation wie ein Schneiden durch ein Material (11,12,13) zu bewirken, die das Ablenken eines Niedrigleistungsdichte-Strahls (23) mit großem Querschnitt mittels eines rasch bewegbaren Spiegels (25) mit geringem Trägheitsmoment und das Fokussieren des vom Spiegel abgelenkten Strahls zu einem Hochleistungspunkt (21) auf dem Material (11,12,13) aufweist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, bei welchem der Spiegel (25) den Strahl (23) winkelförmig ablenkt.

17. Verfahren nach Anspruch 16, bei welchem der Spiegel (25) einen Galvanometer-Spiegel aufweist.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei welchem ein Hochleistungsdichte-Strahl mit kleinem Querschnitt zuerst in den Niedrigleistungsdichte-Strahl (23) mit großem Querschnitt aufgeweitet wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, bei welchem der Strahl (23) konvergent gemacht wird, bevor er auf den Spiegel (25) auftrifft.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, bei welchem der Spiegel (25) den Punkt (21) über einen Bereich des Materials (11,12,13) durch ein nichtlineares Fokussiersystem (28) ablenkt, um Differenzen in der Strahlweglänge von dem Spiegel (25) bis zwischen die Mitte und die Kanten des Bereichs zu kompensieren.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, in welchem der Spiegel (25) den Punkt (21) über einen Bereich der Oberfläche (22) ablenkt, wobei die Geometrie der Anordnung mit Bezug auf den Bereich derart ist, daß ein adäquat fokussierter Punkt (21) über den Bereich erhalten wird ungeachtet der Differenzen in der Strahlweglänge von dem Spiegel (25) bis zwischen die Mitte und die Kanten des Bereichs.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, bei welchem der Strahl (23) durch zwei Spiegel (25,85) abgelenkt wird, die auf orthogonalen Achsen schwenkbar sind, um eine Bewegung des Punktes (21) über einen zweidimensionalen Bereich der Oberfläche (22) zu erhalten.

23. Apparat zum Führen eines Operationseffektors (25), um eine Operation entlang eines Pfades auf einem gemusterten Material zu bewirken unter Verwendung einer Maschinenbildvorrichtung, aufweisend ein Maschinenbildsystem (47), das geeignet ist zur Bildung und zur Darstellung einer Karte von einer Wiederholung des Musters, Mittel zum Bestimmen eines Weges (61) auf der Karte, Mittel zum relativen Bewegen des Operationseffektors (25) und des Materials (11,12,13) in der Richtung der Musterwiederholung, wobei das Maschinenbildsystem (47) betätigbar ist zum Abtasten des Materials (11,12,13) während der relativen Bewegung, Vergleichsmittel zum Vergleich des Abtastbildes mit der Karte für die Bestimmung der relativen Positionen des Materials (11,12,13) und des Operationseffektors (25), und Führungsmittel (48) für den Operationseffektor (25) zum Bewirken der Operation an einer Position auf dem Material (11,12,13) entsprechend dem auf der Karte bestimmten Weg (61).

24. Apparat nach Anspruch 23, aufweisend Mittel zum raschen Ablenken eines Hochleistungslaser-Lichtpunktes (21) über eine Oberfläche (22) zum Bewirken einer Operation wie Schneiden durch ein Material (11,12,13), aufweisend einen rasch bewegbaren Spiegel (25) mit niedrigem Trägheitsmoment und eine Fokussieranordnung (26,28) zum Fokussieren eines vom Spiegel abgelenkten Niedrigleistungsdichte-Strahls (23) mit großem Querschnitt in einen Hochleistungspunkt (21) auf dem Material (11,12,13).