EP0420867A1 - Verfahren und nähmaschine zum mustergerechten zusammennähen von stofflagen - Google Patents

Verfahren und nähmaschine zum mustergerechten zusammennähen von stofflagen

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Publication number
EP0420867A1
EP0420867A1 EP89906357A EP89906357A EP0420867A1 EP 0420867 A1 EP0420867 A1 EP 0420867A1 EP 89906357 A EP89906357 A EP 89906357A EP 89906357 A EP89906357 A EP 89906357A EP 0420867 A1 EP0420867 A1 EP 0420867A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fabric
edge
sewing machine
layers
image
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP89906357A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Heribert Geisselmann
Manfred Frank
Fritz Jehle
Erich Willenbacher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GM Pfaff AG
Original Assignee
GM Pfaff AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GM Pfaff AG filed Critical GM Pfaff AG
Publication of EP0420867A1 publication Critical patent/EP0420867A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D05—SEWING; EMBROIDERING; TUFTING
    • D05B—SEWING
    • D05B35/00—Work-feeding or -handling elements not otherwise provided for
    • D05B35/10—Edge guides
    • D05B35/102—Edge guide control systems with edge sensors
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D05—SEWING; EMBROIDERING; TUFTING
    • D05D—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES D05B AND D05C, RELATING TO SEWING, EMBROIDERING AND TUFTING
    • D05D2207/00—Use of special elements
    • D05D2207/05—Magnetic devices
    • D05D2207/06—Permanent magnets
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D05—SEWING; EMBROIDERING; TUFTING
    • D05D—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES D05B AND D05C, RELATING TO SEWING, EMBROIDERING AND TUFTING
    • D05D2209/00—Use of special materials
    • D05D2209/02—Use of special materials transparent

Definitions

  • the invention relates to a method and a sewing machine according to the preamble of claims 1 and 5, respectively.
  • Pattern alignment device known for a sewing machine the operation of which corresponds to the preamble of method claim 1.
  • the known device allows two to be the same
  • pattern lines of one layer of fabric running across the seam line should be aligned with the corresponding pattern lines of the other layer of fabric, and pattern lines of one layer of fabric running parallel to the seam line should have the same lateral distance to the seam line as the corresponding pattern lines of the other layer of fabric to have.
  • one of the fabric layers must first be aligned to a predetermined edge distance from the stitch formation point.
  • an edge sensor is provided which measures the distance between the
  • Fabric layer edge determined. If the actual distance value deviates from the nominal distance value, the alignment means of the corresponding edge guiding device is acted on in such a way that the nominal-actual value deviation is eliminated. The other layer of material is now aligned according to the pattern based on the data obtained in the cross-correlation analysis via a possible transverse offset with the help of the other alignment means of the edge guiding device.
  • the known pattern alignment device is primarily used for forming the center back seam on jackets, since the perfect appearance of this seam is a very important quality criterion when assessing the overall quality of these garments. It is very important that the pattern lines of the left and right parts run absolutely flush with each other and that the lengthways pattern lines are at exactly the same distance from the seam line. Because of the larger width of the jacket in the shoulder area, however, it follows that pattern lines otherwise aligned parallel to the seam line in this area are under one acute angle to the seam line.
  • the invention is therefore based on the object of providing a method and a sewing machine for stitching layers of fabric according to the pattern, which enables the simple processing of such patterns in which longitudinal pattern lines or structural elements have a comparatively large mutual distance to have.
  • the object is achieved by the features specified in the characterizing part of claims 1 and 5.
  • the Claims 2 and 3 simplify the arithmetic operation to be carried out after each shift of the mask image by standardizing an arithmetic parameter that is always to be recalculated and restrict the time-consuming exact arithmetic method required for the exact determination of the degree of coverage of the two layers of material to the image area of interest in each case, whereby the overall arithmetic time for the cross-correlation analysis is considerably reduced becomes.
  • the reduction in the total computing time for the cross-correlation analysis not only serves to quickly determine whether longitudinal pattern lines are recognizable and can be used for the cross-adjustment of the layers of fabric to be sewn together, but also serves to increase the sewing speed while still accurately determining and correcting a possible pattern offset .
  • edge scanning sensor is a component of the area sensor of the corresponding matrix camera. In this way, it is not necessary to use a separate sensor for edge scanning.
  • Figure 1 is a side view of the sewing machine with two matrix cameras.
  • Fig. 2 is a block diagram of the
  • Fig. 4 shows the location of an entire
  • Image field consisting of an area for structure comparison and an area for edge measurement, with respect to the assigned fabric layer.
  • the sewing machine shown only partially in Fig. 1 has a base plate (1) and a head (2).
  • the head (2) is the usual presser foot (3)
  • the sewing machine has an upper fabric pusher (9) and a lower fabric pusher (10) for advancing two layers of fabric (7, 8) to be joined together.
  • the lower fabric pusher (10) is received by a carrier (11), the fork-shaped end of which engages around an eccentric (12) which is arranged on a shaft (13) mounted in the base plate (1) and the fabric pusher (10) per stitch-forming process issued a lifting movement.
  • the other end of the carrier (11) is connected to a crank (14) which is fastened on a shaft (15) which is also mounted in the base plate (1).
  • the shaft (15) is driven by an adjustable drive mechanism, not shown, which, like that shown in DE-PS 33 46 163 in FIG. 3
  • the presser bar (4) is provided at its lower end with a crossbar (16) which carries a pin (17).
  • a handlebar (18) is mounted on the pin (17) and is articulated to the upper fabric slide (9) by means of a joint pin (19).
  • This is constantly pressed downwards by a spring-loaded ball (20) and receives its lifting movement from a lever (21) pivotably mounted on the crossbar (16), the free end of which engages under a roller (22) carried by two lateral bearing webs of the upper fabric slide (9) .
  • the other end of the lever (21) is over an intermediate link (23) is connected to an angle lever (24).
  • the angle lever (24) is connected to an eccentric drive, not shown, which corresponds to the eccentric drive shown in DE-PS 33 46 163 in FIG Fabric slide (9) is used.
  • the rocker arm (27) is connected to a drive mechanism, not shown, which, like the drive mechanism shown in DE-PS 33 46 163 in FIG. 3, is constructed for the rocker arm designated there (58) and functions in the same way.
  • a schematically illustrated actuating device (28) is provided which, like the actuating device (80), is constructed from DE-PS 33 46 163 and accordingly contains, among other things, a stepper motor, not shown here.
  • Edge guide device (30) is provided which corresponds to the guide device disclosed in DE-GM 85 16 184 and designated there with (6).
  • the edge guide device (30) accordingly has an upper one Guide wheel (31) and a lower guide wheel (32).
  • Both guide wheels (31, 32) carry a plurality of freely rotatable rollers 33 arranged transversely to the wheel plane on the circumferential side of their wheel bodies.
  • the upper guide wheel (31) is connected to a stepper motor (35) via a toothed belt drive (34).
  • the lower guide wheel (32) is connected to a stepping motor (37) via a toothed belt drive (36).
  • a CCD matrix camera (39) and a lighting device (40) are arranged on a carrier (38) attached to the front of the head (2).
  • an optical fiber bundle (43) Arranged below a glass plate (42) in front of the stitch formation point in the stitch plate (41) is an optical fiber bundle (43) which is surrounded by an optical fiber bundle (44) insulated from it.
  • the inner light guide bundle (43) is connected to a CCD matrix camera (45) and the outer light guide bundle (44) to an annular lighting device (46-).
  • the matrix camera (39) is connected to an image memory (47) (FIG. 2) for the recording of digital image data.
  • the image memory (47) is divided into two sections of different sizes, the larger of which is connected to a correlation module (48) and the smaller is connected to an edge evaluation module (49).
  • the matrix camera (45) has an image memory (50) for recording digital image data connected.
  • the image memory (50) is divided into two sections of different addresses, the larger of which is connected to the correlation module (48) and the smaller to the edge evaluation module (49).
  • the correlation module (48) and the edge evaluation module (49) are connected to an offset correction module (51).
  • a control module (52) is connected to the offset correction module (51)
  • Stepper motor control circuit (53) and corresponding lines (54, 55, 56) are connected to the stepper motor (not shown) of the actuating device (28) and the two stepper motors (35, 37) of the edge guide device (30).
  • Modules (48, 49, 51) and (52) and the control circuit (53) form a signal processing device (57).
  • the image field (F) on the respective fabric layer (7) or (8) that can be detected by the matrix cameras (39, 45) is approximately 45 ⁇ 15 mm, this area being a pixel format of 0.44 ⁇ 0.44 mm
  • Matrix field of 104 columns ⁇ 32 rows gives a total of 3328 pixels. 4
  • the two image fields (F) are divided into two functionally different areas, with the pattern offset of the two layers of fabric (7th in a section (A) consisting of 85 columns (Sp) and 32 rows (Z) (FIG. 3) , 8) across and parallel to
  • each assigned to a pixel of the image fields (F) charge carriers are released in a known manner by the incident photons, the number of which corresponds to the image brightness at the respective pixels.
  • the charge carriers are converted into 1-byte digital image data in a circuit part of each camera in a likewise known manner, the brightness of each pixel being represented by a numerical value between 0 and 255.
  • the image of the lower matrix camera (45) designated as mask image (M) is shifted row by row and column over the image of the upper matrix camera (39) designated as search image (S). So that the mask image (M) does not protrude beyond the edge of the search image (S), the mask image (M) is chosen to be smaller than the search image (S) corresponding to the section (A) in proportion to the displacement area.
  • the range of displacement depends on the maximum allowable pattern offset before performing pattern alignment. With a permissible pattern offset of - 1.5 mm, the shift range is 10 pixels lengthways and crossways. Since there are 11 different cover states in a shift by 10 pixels in each shift direction (starting position + 10 shifts) and also for increasing the accuracy between the
  • Function values are interpolated and the field is expanded by a function value at each limit, a field of 13 ⁇ 13 function values is finally obtained.
  • the mask image (M) is thus chosen in comparison to the search image (S) in the row and column direction by 12 pixels each.
  • the similarity of two functions representing the pattern or surface structure of the two layers of material (7, 8) can be calculated in an exact manner by the two-dimensional standardized cross-correlation function KKF.
  • the KKF coefficient (p) is calculated as follows
  • Sij gray value of a pixel from image 1 (search image)
  • the KKF coefficient is a measure of the similarity of the compared functions and has a value that is in the range (-1, ..., +1). The following applies:
  • the KKF coefficient is calculated for every possible offset within the offset range. This gives you one two-dimensional function with the two orthogonal displacement values as variables. This function shows a maximum in the area of greatest agreement between the two images. The height of the maximum is a measure of the degree of similarity.
  • Pattern comparison is carried out. Instead, the mean value of the entire search image (S) is determined only once and the result is used for each shifting step.
  • terms (4) and (5) are only calculated for those shifts in which the KKF reaches maximum values, since the quality of these maxima is only of interest if the patterns are assigned.
  • the KKF sum is formed after each shift of the mask image (M) by only calculating the term in the numerator of the equation for determining the KKF coefficient.
  • the KKF sums are then sorted by size, which determines their non-normalized maximum values. Since the KKF sums give high values for light fabrics or sample sections and low values for dark fabrics or sample sections, the maximum values of the KKF sums do not yet provide any information about the actual similarity of the functions or the actual location of a sample offset.
  • the degree of similarity of the two material samples is known and the decision can be made as to whether the measured value is used to control the offset.
  • this measure can reduce the computing time to about a third.
  • the simplified two-dimensional KKF analysis can also be used for high-speed sewing machines with a speed of 6000 min, if one picture is taken by the matrix cameras (39, 45) in every third transport break of the fabric layers (7, 8).
  • a parabolic approximation method is used for the exact determination of the geometric position of the greatest similarity with the help of the KKF sums adjacent to the maximum value of the KKF sums, whereby the exact position of the greatest similarity results from the base point of the arithmetically formed parabolas.
  • the geometrical position of the greatest similarity of the KKF also forms a measure of the possible mutual offset of the pattern or surface structure course of the two layers of material (7, 8) that exists transversely and in the feed direction (V). This measure is transferred from the correlation module (48) to the offset correction module (51).
  • the gray value difference between the layers of fabric (7, 8) and the intermediate plate (29) is determined from the sections (B) of the image fields (F), the total values of the image columns (Sp) running parallel to the feed direction (V) being evaluated. Since the If the geometrical position of the image columns (Sp) is clearly defined, the current position of the edge (K) of each fabric layer (7, 8) can be easily recognized from the number of uncovered image columns (Sp). The distance dimension of the edges (K) to the needle (6) determined in this way is also input into the offset correction module (51) by the edge evaluation module (49).
  • the pattern offset data and the edge spacing data are then processed in the offset correction module (51) in such a way that correction data for maintaining a predetermined edge spacing of the lower layer of fabric (8) and for eliminating a possible pattern offset between the two fabric layers (7, 8) are formed.
  • the correction data are then processed in the control module (52) and the stepper motor control circuit (53) into control data for the stepper motors (35, 37) and the stepper motor (not shown) of the actuating device (28). While the
  • Edge alignment of the lower fabric layer (8) by the stepper motor (37) and the guide wheel (32), the pattern-oriented alignment of the upper fabric layer (7) relative to the lower fabric layer (8) in the feed direction (V) is carried out by the adjusting device (28) and the upper fabric pusher (9) and transversely to the feed direction (V) through the stepper motor (35) and the guide wheel (31).
  • the edge spacing of the upper layer of fabric (7) is irrelevant for the alignment of the upper layer of fabric (7), since this is due both to the correction data obtained in the KKF analysis transversely as well as parallel to the feed direction (V) in the direction relative to the lower fabric layer (8). It can happen that the upper layer of fabric (7) with a pattern match with the lower layer of fabric (8) another
  • Edge distance than the lower fabric layer (8) adjusted to a predetermined edge distance.
  • the edge spacing of the upper layer of fabric (7) formed during the last pattern adjustment serves as a setpoint for an edge distance control of the upper ones until the next detection of structures or pattern lines running in the feed direction (V) Fabric layer.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Sewing Machines And Sewing (AREA)

Description

Beschreibung
Verfahren und Nähmaschine zum mustergerechten Zusammennähen von Stofflagen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Nähmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 5.
Durch die DE-OS 37 38 893 ist eine
Musterausrichteinrichtung für eine Nähmaschine bekannt, deren Funktionsweise dem Oberbegriff des Verfahrensanspruches 1 entspricht. Durch die bekannte Einrichtung lassen sich zwei die gleiche
Oberflächenstruktur bzw. das gleiche Muster aufweisende Stofflage mustergerecht zusammennähen. Handelt es sich hierbei beispielsweise um ein Karomuster, so sollen quer zur Nahtlinie verlaufende Musterlinien der einen Stofflagen mit den entsprechenden Musterlinien der anderen Stofflage fluchten und parallel zur Nahtlinie verlaufende Musterlinien der einen Stofflage sollen den gleichen seitlichen Abstand zur Nahtlinie wie die entsprechenden Musterlinien der anderen Stofflage haben.
Als Voraussetzung für eine Ausrichtung von parallel zur Nahtlinie verlaufende Musterlinien muß zunächst eine der Stofflagen auf einen vorbestimmten Kantenabstand zur Stichbildestelle ausgerichtet werden. Zu diesem Zweck ist ein Kantensensor vorgesehen, der den Abstand der
Stofflagenkante ermittelt. Falls der Abstandsistwert vom Abstandssollwert abweicht, wird das Ausrichtmittel der entsprechenden Kantenführungsvorrichtung dahingehend beaufschlagt, daß die Soll-Istwert-Abweichung eliminiert wird. Die andere Stofflage wird nun aufgrund der bei der Kreuzkorrelationsanalyse gewonnenen Daten über einen gegebenenfalls vorhandenen Querversatz mit Hilfe des anderen Ausrichtmittels der Kantenführungsvorrichtung mustergerecht ausgerichtet.
Die bekannte Musterausrichteinrichtung wird vornehmlich für das Bilden der Rückenmittelnaht an Sakkos eingesetzt, da das einwandfreie Aussehen dieser Naht ein sehr wichtiges Gütekriterium bei der Beurteilung der Gesamtqualität dieser Kleidungsstücke ist. Hierbei kommt es ganz wesentlich darauf an, daß bei Karomustern die querverlaufenden Musterlinien des linken und des rechten Teils absolut miteinander fluchten und die längsverlaufenden Musterlinien einen genau gleichen Abstand zur Nahtlinie aufweisen. Wegen der größeren Breite des Sakkos im Schulterbereich ergibt es sich jedoch, daß ansonst parallel zur Nahtlinie ausgerichtete Musterlinien in diesem Bereich unter einem spitzen Winkel zur Nahtlinie verlaufen. Bei bestimmten Mustern, bei denen die längsverlaufenden Musterlinien einen die Breite des Flächensensors überschreitenden gegenseitigen Abstand aufweisen, kann es nun im Schulterbereich vorkommen, daß die schrägverlaufenden Längslinien aus dem Meßfeld des Flächensensors seitlich herauswandern, so daß für eine bestimmte Zeit keine Längslinien detektiert werden können und somit kein den Querabstand der Längslinien abbildendes Signal gewonnen werden kann. Nun wäre es zwar möglich, zur Vermeidung dieser Situation entsprechend groß dimensionierte Flächensensoren zu verwenden, jedoch sind derartige Flächensensoren außergewöhnlich teuer.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Nähmaschine zum mustergerechten Zusammennähen von Stofflagen zu schaffen, das bzw. die es ermöglicht, auf einfache Weise auch solche Muster verarbeiten zu können, bei denen längsverlaufende Musterlinien bzw. Strukturelemente einen vergleichsweise großen gegenseitigen Abstand haben. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichenteil des Anspruches 1 und 5 angegebene Merkmale gelöst.
Zur raschen Feststellung ob längsverlaufende Musterlinien bzw. Strukturelemente durch die Flächensensoren erkennbar sind, wird gemäß den Ansprüchen 2 und 3 die nach jeder Verschiebung des Maskenbildes durchzuführende Rechenoperation durch Vereinheitlichung einer stets neu zu berechnenden Rechengröße vereinfacht und das zur genauen Ermittlung des Überdeckungsgrades der beiden Stofflagen erforderliche zeitaufwendige exakte Rechenverfahren auf den jeweils interessierenden Bildbereich beschränkt, wodurch die Gesamtrechenzeit für die Kreuzkorrelationsanalyse erheblich reduziert wird.
Durch das im Anspruch 4 angegebene Parabelnäherungsverfahren läßt sich auch bei verhältnismäßig großen Bildpunkten der gegebenenfalls vorhandene gegenseitige Versatz der beiden Stofflagen sehr genau bestimmen.
Die Reduzierung der Gesamtrechenzeit für die Kreuzkorrelationsanalyse dient nicht nur zur raschen Feststellung, ob längsverlaufende Musterlinien erkennbar sind und für die Querabpassung der miteinander zu vernähenden Stofflagen verwendet werden können, sondern dient darüber hinaus auch zur Erhöhung der Nähgeschwindigkeit bei trotzdem exakter Ermittlung und Ausregelung eines eventuellen Musterversatzes.
Aus den die Ausgestaltung der Nähmaschine betreffenden Ansprüchen ist insbesondere die Maßnahme nach Anspruch 6 hervorzuheben, wonach der Kantenabtastsensor ein Bestandteil des Flächensensors der entsprechenden Matrixkamera ist. Auf diese Weise erübrigt es sich, daß für die Kantenabtastung ein separater Sensor verwendet wird.
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht der Nähmaschine mit zwei Matrixkameras;
Fig. 2 ein Blockschaltbild der
Signalverarbeitungseinrichtung;
Fig. 3 eine Darstellung des Bildformates des Such- und des Maskenbildes;
Fig. 4 eine Darstellung der Lage eines gesamten
Bildfeldes, bestehend aus einem Bereich zum Strukturvergleich und einem Bereich zur Kantenvermessung, bezüglich der zugeordneten Stoffläge.
Die in Fig. 1 nur teilweise dargestellte Nähmaschine weist eine Grundplatte (1) und einen Kopf (2) auf. Im Kopf (2) ist die einen üblichen Drückerfuß (3) tragende Stoffdrückerstange (4) und die Nadelstange (5) aufgenommen, deren fadenführende Nadel (6) mit einem nicht dargestellten Greifer zusammenarbeitet. Zum Vorschieben von zwei miteinander zu verbindenden Stofflagen (7 ,8) weist die Nähmaschine einen oberen StoffSchieber (9) und einen unteren Stoffschieber (10) auf.
Der untere Stoffschieber (10) ist von einem Träger (11) aufgenommen, dessen gabelförmig ausgebildetes Ende einen Exzenter (12) umgreift, der auf einer in der Grundplatte (1) gelagerten Welle (13) angeordnet ist und dem Stoffschieber (10) pro Stichbildevorgang eine Hubbewegung erteilt. Das andere Ende des Trägers (11) ist mit einer Kurbel (14) verbunden, die auf einer ebenfalls in der Grundplatte (1) gelagerten Welle (15) befestigt ist.
Der Antrieb der Welle (15) erfolgt durch einen nicht dargestellten verstellbaren Antriebsmechanismus, der wie der in der DE-PS 33 46 163 in Fig. 3 dargestellte
Antriebsmechanismus für die dort ebenfalls mit (15) bezeichnete Welle aufgebaut ist und in gleicher Weise funktioniert.
Die Stoffdrückerstange (4) ist an ihrem unteren Ende mit einem Quersteg (16) versehen, der einen Zapfen (17) trägt. Auf dem Zapfen (17) ist ein Lenker (18) gelagert, der mittels eines Gelenkzapfens (19) mit dem oberen StoffSchieber (9) gelenkig verbunden ist. Dieser wird durch eine federbelastete Kugel (20) ständig nach abwärts gedrückt und erhält seine Hubbewegung von einem am Quersteg (16) schwenkbar gelagerten Hebel (21) dessen freies Ende eine von zwei seitlichen Lagerstegen des oberen Stoffschiebers (9) getragene Rolle (22) untergreift. Das andere Ende des Hebels (21) ist über ein Zwischenglied (23) mit einem Winkelhebel (24) verbunden.
Der Winkelhebel (24) ist mit einem nicht dargestellten Exzenterantrieb verbunden, der dem in der DE-PS 33 46 163 in Fig. 3 dargestellten Exzenterantrieb zum Antrieb des dort mit (48) bezeichneten Winkelhebels entspricht und zum im Takt der Stichbildung erfolgenden Anheben des oberen Stoffschiebers (9) dient.
Zum Antrieb des oberen Stoffschiebers (9) greift an dem Zapfen (19) ein Zwischenlenker (25) an, der durch einen Gelenkzapfen (26) mit einem Schwinghebel (27) verbunden ist. Der Schwinghebel (27) ist mit einem nicht dargestellten Antriebsmechanismus verbunden, der wie der in der DE-PS 33 46 163 in Fig. 3 dargestellte Antriebsmechanismus für den dort mit (58) bezeichneten Schwinghebel aufgebaut ist und in gleicher Weise funktioniert.
Um di.e Vorschubgröße des oberen Stoffschiebers (9) relativ zur Vorschubgröße des unteren Stoffschiebers (10) verändern zu können, ist eine schematisch dargestellte Stelleinrichtung (28) vorgesehen, die wie die Stelleinrichtung (80) aus der DE-PS 33 46 163 aufgebaut ist und demgemäß unter anderem einen hier nicht dargestellten Schrittmotor enthält.
Vor dem Drückerfuß (3) ist zur kantenmäßigen Führung der beiden durch ein Zwischenblech (29) voneinander getrennten Stofflagen (7, 8) eine
Kantenführungsvorrichtung (30) vorgesehen, die der in dem DE-GM 85 16 184 geoffenbarten und dort mit (6) bezeichneten Führungsvorrichtung entspricht. Die Kantenführungsvorrichtung (30) weist demgemäß ein oberes Führungsrad (31) und ein unteres Führungsrad (32) auf. Beide Führungsräder (31, 32) tragen an der Umfangsseite ihrer Radkörper eine Vielzahl von quer zur Radebene angeordneten frei drehbaren Rollen 33. Das obere Führungsrad (31) ist über einen Zahnriementrieb (34) mit einem Schrittmotor (35) verbunden. Das untere Führungsrad (32) steht über einen Zahnriementrieb (36) mit einem Schrittmotor (37) in Antriebsverbindung.
An einem an der Vorderseite des Kopfes (2 )befestigten Träger (38) ist eine CCD-Matrixkamera (39) und eine Beleuchtungseinrichtung (40) angeordnet.
Unterhalb einer vor der Stichbildestelle in der Stichplatte (41) eingelassenen Glasplatte (42) ist mit Abstand zu dieser ein Lichtleiterbündel (43) angeordnet, das von einem gegenüber ihm isolierten Lichtleiterbündel (44) umgeben ist. Das innnere Lichtleiterbündel (43) ist mit einer CCD-Matrixkamera (45) und das äußere Lichtleiterbündel (44) mit einer ringförmigen Beleuchtungseinrichtung (46-) verbunden. Unterhalb der Glasplatte (42) ist eine nicht dargestellte Optik angeordnet, die eine gezielte Beleuchtung der Meßfläche ermöglicht und diese wiederum auf der Stirnseite des inneren Lichtleiterbündels (43) abbildet.
Die Matrixkamera (39) ist mit einem Bildspeicher (47) (Fig. 2) für die Aufnahme digitaler Bilddaten verbunden. Der Bildspeicher (47) ist adressenmäßig in zwei unterschiedlich große Abschnitte unterteilt, von denen der größere mit einem Korrelationsmodul (48) und der kleinere mit einem Kantenauswertemodul (49) verbunden ist. Die Matrixkamera (45) ist mit einem Bildspeicher (50) für die Aufnahme digitaler Bilddaten verbunden. Der Bildspeicher (50) ist wie der Bildspeicher (47) adressenmäßig in zwei unterschiedlich große Abschnitte unterteilt, von denen der größere mit dem Korrelationsmodul (48) und der kleinere mit dem Kantenauswertemodul (49) verbunden ist.
Das Korrelationsmodul (48) und das Kantenauswertemodul (49) sind mit einem Versatzkorrekturmodul (51) verbunden. An das Versatzkorrekturmodul (51) schließt sich ein Regelmodul (52) an, das über eine
Schrittmotorsteuerschaltung (53) und entsprechende Leitungen (54, 55, 56) mit dem nicht dargestellten Schrittmotor der Stelleinrichtung (28) und den beiden Schrittmotoren (35, 37) der Kantenführungsvorrichtung (30) verbunden ist. Die Bildspeicher (47, 50), die
Module (48, 49, 51) und (52) sowie die Steuerschaltung (53) bilden eine Signalverarbeitungseinrichtung (57).
Funktionsweise
Das von den Matrixkameras (39, 45) erfaßtbare Bildfeld (F) auf der jeweiligen Stofflage (7) bzw. (8) beträgt ca. 45 × 15 mm, wobei diese Fläche bei einem Bildpunktformat von 0,44 × 0,44 mm ein Matrixfeld von 104 Spalten × 32 Zeilen ergibt, das insgesamt 3328 Bildpunkte umfaßt. Die beiden Bildfelder (F) sind gemäß Fig. 4 in zwei funktioneil unterschiedliche Bereiche unterteilt, wobei in einem aus 85 Spalten (Sp) und 32 Zeilen (Z) (Fig. 3) bestehenden Abschnitt (A) der Musterversatz der beiden Stofflagen (7, 8) quer und parallel zur
Vorschubrichtung (V) und in einem aus 19 Spalten und ebenfalls 32 Zeilen bestehenden Abschnitt (B) die Lage der der herzustellenden Naht (N) benachbarten Kante (K) der jeweiligen Stofflage (7) bzw. (8) bezüglich der Nadel (6) ermittelt wird. In den einzelnen, jeweils einem Bildpunkt der Bildfelder (F) zugeordneten Zellen der nicht dargestellten CCD-Sensoren werden in bekannter Weise durch die einfallenden Photonen Ladungsträger freigesetzt, deren Anzahl der Bildhelligkeit an den jeweiligen Bildpunkten entspricht. Die Ladungsträger werden in einem Schaltungsteil einer jeden Kamera in gleichfalls bekannter Weise in 1 Byte große digitale Bilddaten umgewandelt, wobei die Helligkeit eines jeden Bildpunktes durch einen Zahlenwert zwischen 0 und 255 dargestellt wird.
Für die Musterversatzerkennung der beiden Stofflagen (7, 8) wird das als Maskenbild (M) bezeichnete Bild der unteren Matrixkamera (45) zeilen- und spaltenweise über das als Suchbild (S) bezeichnete Bild der oberen Matrixkamera (39) verschoben. Damit das Maskenbild (M) nicht über den Rand des Suchbildes (S) hinausragt, wird das Maskenbild (M) proportional zum Verschiebungsbereich kleiner als das dem Abschnitt (A) entsprechende Suchbild (S) gewählt.
Der Verschiebungsbereich hängt vom maximal zulässigen Musterversatz vor Durchführung der Musterausrichtung ab. Bei einem zulässigen Musterversatz von - 1,5 mm beträgt der Verschiebungsbereich 10 Bildpunkte längs und quer. Da sich bei einer Verschiebung um 10 Bildpunkte in jeder Verschieberichtung 11 verschiedene Deckungszustände ergeben (Ausgangslage + 10 Verschiebungen) und da ferner für die Erhöhung der Genauigkeit zwischen den
Funktionswerten interpoliert wird und hierfür das Feld an jeder Grenze um einen Funktionswert erweitert wird, erhält man schließlich ein Feld von 13 × 13 Funktionswerten. Das Maskenbild (M) wird somit gegenüber dem Suchbild (S) in Zeilen- und Spaltenrichtung um jeweils 12 Bildpunkte kleiner gewählt.
Die Ähnlichkeit zweier den Muster- oder Oberflächenstrukturverlauf der beiden Stofflagen (7, 8) wiedergebender Funktionen kann auf exakte Weise durch die zweidimensionale normierte Kreuzkorrelationsfunktion KKF berechnet werden.
Der KKF-Koeffizient (p) berechnet sich wie folgt
p = Kreuzkorrelationskoeffizient, Wertebereich (-1 , ... , +1)
Sij = Grauwert eines Bildpunktes von Bild 1 (Suchbild) Mij = Grauwert eines Bildpunktes von Bild 2 (Maskenbild) = Mittelwert aus Suchbild-Ausschnitt = Mittelwert des Maskenbildes ij = Zeilen, Spalten-Laufvariable in Bildkoordinaten
Der KKF-Koeffizient ist ein Maß für die Ähnlichkeit der verglichenen Funktionen und hat einen Wert, der im Bereich (-1 , ... , +1) liegt. Dabei gilt:
p = +1: größtmögliche Ähnlichkeit p = 0: keine Ähnlichkeit P = -1: größtmögliche "inverse" Ähnlichkeit
Bei einer standardmäßigen Vorgehensweise wird der KKF-Koeffizient für jeden möglichen Versatz innerhalb des Versatzbereiches berechnet. Dadurch erhält man eine zweidimensionale Funktion mit den beiden orthogonalen Verschiebewerten als Variable. Im Bereich größter Übereinstimmung der beiden Bilder zeigt diese Funktion ein Maximum. Die Höhe des Maximums ist ein Maß für den Grad der Ähnlichkeit.
Bei Verwendung der normierten KKF sind nach jeder Verschiebung für die exakte Berechnung folgende Terme zu berechnen:
Zur Auswertung eines ganzen Bildpaares sind 13 × 13 = 169 KKF-Koeffizienten zu bestimmen. Da bei der Berechnung eines jeden KKF-Koeffizienten zeilen- und spaltenweise der Grauwert (Sij) der Bildpunkte des Suchbildes (S) mit dem Grauwert (Mij) der Bildpunkte des Maskenbildes (M) multipliziert wird und ferner die vorgenannten Terme zu berechnen sind, ergeben sich für die KKF-Analyse eines ganzen Bildpaares über 700 000 Rechenoperationen. Bei Einsatz eines Rechenwerkes, das mit 20 MHz getaktet wird, resultiert daraus eine Rechenzeit von ca. 37 ms. Da zu der reinen Rechenzeit noch etwa 5 ms für die eigentliche Aufnahme und die Datenübertragung von der Kamera zum Auswertesystem und ca. 10 ms für die Berechnung der Stellgrößen hinzukommen, ergibt sich eine Gesamtzeit von über 50 ms. Eine solche vergleichsweise lange Zeit läßt sich nur bei langsam laufenden Nähmaschinen vertreten.
Für den Einsatz bei Nähmaschinen mit einer Drehzahl von 6000 min -1 muß die Rechenzeit ganz erheblich verkürzt werden. Zu diesem Zweck wird unter Inkaufnahme einer geringfügig reduzierten Genauigkeit der Term (1) nicht von jedem Suchbildausschnitt berechnet, in dem der
Mustervergleich durchgeführt wird. Stattdessen wird nur einmal der Mittelwert vom gesamten Suchbild (S) ermittelt und das Ergebnis bei jedem Verschiebeschritt eingesetzt.
Zur weiteren Verkürzung der Rechenzeit werden die Terme (4) und (5) nur für diejenigen Verschiebungen berechnet, bei der die KKF Maximalwerte erreicht, da die Qualität dieser Maxima nur bei dieser Zuordnung der Muster von Interesse ist. Zur Bestimmung der unnormierten Maximalwerte wird nach jeder Verschiebung des Maskenbildes (M) die KKF-Summe gebildet, indem nur der Term im Zähler der Gleichung für die Ermittlung des KKF-Koeffizienten berechnet wird. Die KKF-Summen werden sodann größenmäßig sortiert, wodurch deren unnormierte Maximalwerte ermittelt werden. Da bei hellen Stoffen bzw. Musterabschnitten die KKF-Summen hohe Werte und bei dunklen Stoffen bzw. Musterabschnitten niedrige Werte ergeben, bilden die Maximalwerte der KKF-Summen noch keine Aussage über die tatsächliche Ähnlichkeit der Funktionen bzw. über die tatsächliche Lage eines Musterversatzes. Nach Berechnung des normierten KKF-Koeffizienten für das Funktionswertmaximum ist der Grad der Ähnlichkeit der beiden Stoffmuster bekannt und es kann die Entscheidung getroffen werden, ob der Meßwert zur Versatzregelung herangezogen wird. Da die zeitaufwendige Berechnung aber nur für ein ausgeprägtes Maximum oder wenige herausragende Maxima angewendet wird, kann durch diese Maßnahme die Rechenzeit auf ca. ein Drittel reduziert werden. Auf diese Weise läßt sich die vereinfachte zweidimensionale KKF-Analyse auch bei Schnellaufenden Nähmaschinen mit einer Drehzahl von 6000 min anwenden, wenn in jeder dritten Transportpause der Stofflagen (7, 8) durch die Matrixkameras (39, 45) je eine Aufnahme gemacht wird.
Zur genauen Bestimmung der geometrischen Lage der größten Ähnlichkeit wird mit Hilfe der dem Maximalwert der KKF-Summen benachbarten KKF-Summen sowohl zeilenals auch spaltenweise ein Parabelnäherungsverfahren angewendet, wobei sich die genaue Lage der größten Ähnlichkeit aus dem Fußpunkt der hierbei rechnerisch gebildeten Parabeln ergibt.
Die geometrische Lage der größten Ähnlichkeit der KKF bildet zugleich ein Maß für den ggf. vorhandenen quer und in Vorschubrichtung (V) bestehenden gegenseitigen Versatz des Muster- oder Oberflächenstrukturverlaufes der beiden Stofflagen (7, 8). Dieses Maß wird vom Korrelationsmodul (48) in das Versatzkorrekturmodul (51) übertragen.
Von den Abschnitten (B) der Bildfelder (F) wird der Grauwertunterschied zwischen den Stofflagen (7, 8) und dem Zwischenblech (29) ermittelt, wobei die Summenwerte der parallel zur Vorschubrichtung (V) verlaufenden Bildspalten (Sp) ausgewertet werden. Da die geometrische Lage der Bildspalten (Sp) eindeutig definiert ist, kann aus der Anzahl der nicht abgedeckten Bildspalten (Sp) ohne weiteres die momentane Lage der Kante (K) einer jeden Stofflage (7, 8) erkannt werden. Das auf diese Weise ermittelte Abstandsmaß der Kanten (K) zur Nadel (6) wird vom Kantenauswertemodul (49) ebenfalls in das Versatzkorrekturmodul (51) eingegeben.
Die Musterversatzdaten und die Kantenabstandsdaten werden sodann im Versatzkorrekturmodul (51) dahingehend verarbeitet, daß Korrekturdaten zur Einhaltung eines vorbestimmten Kantenabstandes der unteren Stofflage (8) und zur Beseitigung eines ggf. vorhandenen Musterversatzes zwischen den beiden Stofflagen (7, 8) gebildet werden. Die Korrekturdaten werden sodann im Regelmodul (52) und der Schrittmotorensteuerschaltung (53) zu Steuerdaten für die Schrittmotoren (35, 37) und den nicht dargestellten Schrittmotor der Stelleinrichtung (28) verarbeitet. Während die
Kantenausrichtung der unteren Stofflage (8) durch den Schrittmotor (37) und das Führungsrad (32) durchgeführt wird, erfolgt die mustergemäße Ausrichtung der oberen Stofflage (7) relativ zur unteren Stofflage (8) in Vorschubrichtung (V) durch die Stelleinrichtung (28) und den oberen Stoffschieber (9) und quer zur Vorschubrichtung (V) durch den Schrittmotor (35) und das Führungsrad (31).
Solange von den Matrixkameras (39, 45) in
Vorschubrichtung (V) verlaufende Strukturen oder Musterlinien erkannt werden, bleibt der Kantenabstand der oberen Stofflage (7) für die Ausrichtung der oberen Stofflage (7) ohne Belang, da diese ja aufgrund der bei der KKF-Analyse gewonnenen Korrekturdaten sowohl in quer als auch parallel zur Vorschubrichtung (V) verlaufender Richtung relativ zur unteren Stofflage (8) ausgerichtet wird. Dabei kann es vorkommen, daß die obere Stofflage (7) bei mustermäßiger Übereinstimmung mit der unteren Stofflage (8) einen anderen
Kantenabstand als die auf einen vorbestimmten Kantenabstand ausgeregelte untere Stofflage (8) hat.
Bei zeitweiligem Nichterkennen von in Vorschubrichtung (V) verlaufenden Strukturen oder Musterlinien dient der bei der zuletzt erfolgten Musterabpassung gebildete Kantenabstand der oberen Stofflage (7) als Sollwert für eine bis zur nächsten Erkennung von in Vorschubrichtung (V) verlaufenden Strukturen oder Musterlinien erfolgende Kantenabstandsregelung der oberen Stofflage.
Da aufgrund der nach der ersten KKF-Analyse durchgeführten Ausrichtbewegungen zur Verringerung eines bestehenden Musterversatzes die Größe des Versatzes zum Zeitpunkt der nächsten Aufnahme durch die Matrixkameras (39, 45) tatsächlich reduziert und nicht vergrößert sein wird, kann eine weitere Reduzierung der Rechenzeit durch Berücksichtigung des Vorwissens aus der vorhergehenden KKF-Analyse erzielt werden, indem die Rechenoperationen zur Ermittlung der KKF-Summen auf das dem zuvor errechneten Versatzwert unmittelbar benachbarte Gebiet beschränkt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum zweidimensionalen mustergerechten Zusammennähen zweier die gleiche Oberflächenstruktur aufweisender Stofflagen mittels eines Nähautomaten mit einer Nähmaschine mit einem oberen und einem unteren Vorschubmittel, deren Vorschubgrößen durch wenigstens eine Stelleinrichtung relativ zueinander veränderbar sind, mit einer den beiden Stofflagen zugeordneten, quer zur Vorschubrichtung arbeitenden Kantenführungsvorrichtung, deren Ausrichtbewegung durch erste und zweite Ausrichtmittel durchführbar ist, mit wenigstens einem Kantensensor zum Bestimmen des seitlichen Abstandes der der herzustellenden Naht benachbarten Kante einer der Stofflagen zur Stichbildestelle der Nähmaschine, wobei der ermittelte Abstandswert mit einem vorgebbaren Abstandssollwert verglichen und entsprechend der Abweichung das entsprechende Ausrichtmittel der Kantenführungsvorrichtung beaufschlagt wird, mit je einem Flächensensor für jede Stofflage und einer Signalverarbeitungseinrichtung, die von jeder Stofflage aus zeilen- und spaltenförmig angeordneten Bildpunkten von flächenhaften Abschnitten der Oberfläche digitale Bilddaten erzeugt, durch zweidimensionale Kreuzkorrelationsanalyse der digitalen Bilddaten des Suchbildes und des zeilen- und spaltenweise zu verschiebenden Maskenbildes den gegenseitigen Versatz beliebig verlaufender Strukturelemente der beiden Stofflagen bestimmt und in Abhängigkeit von der Größe des Längsversatzes die Stelleinrichtung sowie in Abhängigkeit von der Größe des
Querversatzes das andere Ausrichtmittel der Kantenführungsvorrichtung beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, daß der seitliche Abstand der der herzustellenden Naht benachbarten Kante einer jeden der beiden Stofflagen zur Stichbildestelle der Nähmaschine bestimmt wird und bei zeitweiligem Nichterkennen von längs verlaufenden Strukturelementen die quer zu Vorschubrichtung erfolgende mustermäßige Ausrichtung der seither nicht kantenbezogen ausgerichteten Stofflage unterbrochen und diese dann auch kantenbezogen ausgeregelt wird, wobei der vor dem Wechsel von der mustermäßigen zur kantenbezogenen Ausrichtung vorhandene Abstand dieser Stofflagenkante zur Stichbildestelle der Nähmaschine als AbstandsSollwert verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere für die rasche Feststellung, ob längs verlaufende Strukturelemente erkennbar sind, eine vereinfachte normierte Kreuzkorrelationsfunktion berechnet wird, indem nur einmal der Mittelwert S des gesamten Suchbildes ermittelt und das Ergebnis bei jedem rechnerischen Verschiebungsschritt eingesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor der ersten Verschiebung und nach jeder zeilen- bzw. spaltenmäßigen Verschiebung des Maskenbildes die einander entsprechenden digitalen Bilddaten der einzelnen Bildpunkte des Such- und des Maskenbildes multipliziert und die Produkte zu Kreuzkorrelationssummen addiert werden, aus denen der Maximalwert errechnet und nur aus diesem der die Qualität dieses Maximums bestimmende Kreuzkorrelationskoeffizient berechnet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3 , dadurch gekennzeichnet, daß bei einer relativ grob abgetasteten Kreuzkorrelationsfunktion die Genauigkeit bei der Bestimmung der geometrischen Lage des Maximums mittels Parabelnäherung erhöht wird.
5. Nähmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei der jeder Stoffläge eine von der
Nähmaschine gesteuerte, mit einem Bildspeicher verbundene Matrixkamera mit einem Flächensensor zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung des seitlichen Abstandes der der herzustellenden Naht (N) benachbarten Kante (K) beider Stofflagen (7, 8) zur Stichbildestelle (6) je ein Kantenabtastsensor vorgesehen ist.
6. Nähmaschine nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, daß die Kantenabtastsensoren
Bestandteil des Flächensensors der entsprechenden Matrixkamera (39; 45) sind.
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