EP1739222B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Minimierung von Einstichfehlern bei Stickvorrichtungen - Google Patents

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EP1739222B1
EP1739222B1 EP06405181A EP06405181A EP1739222B1 EP 1739222 B1 EP1739222 B1 EP 1739222B1 EP 06405181 A EP06405181 A EP 06405181A EP 06405181 A EP06405181 A EP 06405181A EP 1739222 B1 EP1739222 B1 EP 1739222B1
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EP
European Patent Office
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sensor
holding device
fabric holding
sewn
sewing
Prior art date
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Not-in-force
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EP06405181A
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English (en)
French (fr)
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EP1739222A1 (de
Inventor
Otmar Stillhard
Gérard DURVILLE
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BERNINA International AG
Original Assignee
BERNINA International AG
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Publication date
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D05—SEWING; EMBROIDERING; TUFTING
    • D05C—EMBROIDERING; TUFTING
    • D05C13/00—Auxiliary devices incorporated in embroidering machines, not otherwise provided for; Ancillary apparatus for use with embroidering machines
    • D05C13/02—Counting, measuring, indicating, warning, or safety devices
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D05—SEWING; EMBROIDERING; TUFTING
    • D05B—SEWING
    • D05B21/00—Sewing machines with devices for automatically controlling movement of work-carrier relative to stitch-forming mechanism in order to obtain particular configuration of seam, e.g. programme-controlled for sewing collars, for attaching pockets
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D05—SEWING; EMBROIDERING; TUFTING
    • D05C—EMBROIDERING; TUFTING
    • D05C9/00—Appliances for holding or feeding the base fabric in embroidering machines
    • D05C9/02—Appliances for holding or feeding the base fabric in embroidering machines in machines with vertical needles
    • D05C9/04—Work holders, e.g. frames

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for minimizing puncture defects in embroidery devices according to the features of patent claims 1 and 5.
  • the embroidery frame and thus also the sewing material can be excited to vibrate due to the inertia. This is especially true at high stitch frequencies or at rapid direction changes and the associated high accelerations. As a result, the actual puncture points of the needle in the sewing material may deviate from the predetermined desired positions. If very large forces or accelerations act on the hoop, stepper motors can not only cause following errors, but even skip individual steps and thus permanent (until the next referencing of the stepper motors) step errors.
  • Various effects such as differences in the types of sewing material, in the masses to be moved or in the friction conditions, mean that the vibration behavior can not be calculated unambiguously and thus can not be eliminated a priori.
  • the US-A-2002035953 discloses a sewing machine with an embroidery hoop that is movable by a driving device relative to the sewing needle in an XY plane. Vibrations of the hoop that may occur during embroidering are absorbed by a cushioning device. It will the embroidery frame pressed against the support table by means of spring force.
  • the US-A-6148749 discloses a device having a frame for holding the sewing material in a sewing machine or embroidery machine.
  • the frame is connected by means of a coupling device with a carriage for moving the workpiece in the sewing plane.
  • the coupling device comprises a device for damping vibrations of the frame vertically to the sewing plane. Such vibrations may occur during sewing or embroidering and may result in yarn breaks, inaccurate puncturing positions and noise.
  • the coupling device comprises an articulated connection of the frame with the carriage, wherein the frame is pivotable substantially in the vertical direction.
  • sensors are provided which detect directly or indirectly characteristic features of vibrations of the embroidery frame or of the material clamped therein.
  • the drive motor or motors for the hoop are controlled in such a way that the oscillation amplitudes-meaning the vibrations of the hoop that arise when the individual puncturing positions start due to the inertia and the accelerations occurring- are below specified minimum values.
  • the speed or movement progression between the individual puncture sites is preferably optimized or controlled or regulated in such a way that the occurring accelerations are minimal at the respective preset stitch frequencies.
  • the movement of the sewing needle can also be controlled or modified in such a way that the puncturing time takes place precisely when the setpoint position for the stitching into the sewing material lies directly under the sewing needle.
  • the setpoint positions can each be adapted so that the punctures into the sewing material lie respectively at reversal points of the detected oscillatory movements.
  • the vibration is detected by means of an optical sensor near the puncture site of the sewing needle
  • this optical sensor can in principle correspond to a laser mouse sensor that detects images of the Nähgutober Structure with high spatial and temporal resolution and with this information the respective position or speed or acceleration of the sewing material.
  • This method has the advantage that the sensor can also be used for monitoring the material to be sewn or the material being moved during stitch formation.
  • one or more force or torque sensors e.g. be provided in the region of the attachment points of the hoop on the carriage of the drive device.
  • the oscillations of the embroidery frame can be derived from the measurement signals of the sensors.
  • those signal components of the measurement signal which are due solely to the movement predetermined by the control and do not include any elasticity-related overshoot components, are filtered out of the measurement signals.
  • stepper motors may preferably also controllable servomotors for moving the hoop used, for example, these include encoders for detecting the current rotational position of the engine. The detection of drag errors can also be used to analyze the vibration behavior of the hoop.
  • FIG. 1 an embroidery device 1 with an embroidered module 5 coupled to a sewing machine 3 is shown.
  • the Embroidery module 5 is connected via a connecting cable 7 (FIG. FIG. 2 ) connected to the sewing machine 3.
  • a connecting cable 7 (FIG. FIG. 2 ) connected to the sewing machine 3.
  • the power supply of the embroidery module 5 and on the other hand an operative connection between the embroidery module 5 and a sewing machine control 9 is produced via the connecting cable 7.
  • the embroidery device 1 can also be designed, for example, as an embroidery machine with a larger sewing material support and with an integrated xy drive (no illustration).
  • the sewing material 11 is clamped in an embroidery frame or generally in a cloth holding device 13.
  • the drive device 18 comprises a first carriage or carriage 19, which is guided in a motor-driven manner in the first sewing direction x and displaceable, and a second carriage or carriage 21, which is displaceable or displaceable relative to the first carriage 19 in a motorized manner in the second sewing direction y is ( FIG. 2 ).
  • motors (not shown) are preferably used in the drive device 18 controllable servomotors. Alternatively, stepper motors can also be used in part.
  • the first motor for the movement of the first carriage 19 is stationary with the housing of the embroidery module 5 and the second motor for the movement of the second carriage 21 is rigidly connected to the movable first carriage 19.
  • the conversion of the rotational movements into linear movements can be achieved, for example, by means of a toothed belt 45 (FIG. FIG. 4 ) respectively.
  • 45 gears are arranged between the motors and the toothed belts for adjusting the speeds.
  • 21 guide rods 22 or other guides may be provided to guide the carriage 19.
  • the sewing machine control 9 controls u.a. the upward and downward movement of the sewing needle 23, which is held below the machine head 25 on a motor-driven needle bar 27, and the movements of the two slides 19, 21st
  • an optical sensor 29 is formed, which can dissolve or detect at least two dimensions of the space, and preferably comprises a microcamera.
  • the optical sensor 29 is designed and arranged so that it can detect the surface of the material to be sewn in the area of the puncture site of the needle 23 and / or parts of the material holding device 13.
  • An imaging optics (not shown), which is located upstream of the sensor 29 or is part of the sensor 29, forms the region of the sewing material 11 to be detected and / or the fabric holding device 13 on the photosensitive element Sensor surface off.
  • the sensor 29 comprises a light source for illuminating the detection area with light in the visible or invisible spectral range.
  • the optical sensor 29 has a high spatial resolution of, for example, 0.1 mm in two dimensions and a high time resolution or sampling rate of, for example, 3000 Hz.
  • An image processing unit 30, which may for example be completely or partially integrated in the optical sensor 29 or in the machine control 9, is designed so that it can reliably detect oscillations of the material 11 or the fabric holding device 13, even if the oscillation amplitudes are small and the vibration frequencies are high.
  • the optical sensor 29 or parts thereof, for example, in a sewing or embroidery foot 31 may be integrated, for example, includes an interchangeable sole 32, as shown in FIG. 3 is shown.
  • This sensor 29 is in FIG. 3 partially cut open so that essential elements are visible inside.
  • the structure and effect of the sensor 29 essentially correspond to those of sensors used in laser computer mice.
  • sensors have been developed, for example, by the companies Logitech and Agilent and are used in laser mice with the name "MX1000 Cordless Laser Mouse".
  • a light source 33 in the form of a laser diode emits pulsed laser light. This is irradiated by means of a prism 35 comprehensive imaging optics on the workpiece surface to be detected.
  • the material surface illuminated by the laser light is imaged onto an image sensor 39.
  • the depth of field of the imaging optics is high enough that the jumping movements of the presser foot bar (not shown) occurring during the embroidering, to which the presser foot 31 is attached, do not impair the secure detection of the work piece 11.
  • the sensor 29 captures over 6000 frames per second. From the movement or change of location of structural features in successive images, the image processing unit 30 calculates values which characterize the vibration behavior of the sewing material 11 and the material holding device 13, that is, for example, amplitude, frequency and direction of vibration components. In these calculations, an algorithm for an FFT (Fast Fourier Transformation) is advantageously used.
  • FFT Fast Fourier Transformation
  • the sewing or embroidery foot 31 can - as in FIG. 3 represented - are connected via a connecting cable 41 with a connector 42 to the machine control 9.
  • a connecting cable 41 with a connector 42 to the machine control 9.
  • wireless communication links radio, infrared light, etc.
  • optical fibers could also be used.
  • vibrations of the material 11 or the material holding device 13 can also be detected indirectly via forces and / or torques.
  • force sensors 43 FIG. FIG. 4
  • the measured forces are proportional to the respective acceleration. If they occur periodically alternately in the opposite direction, then the amplitude and frequency of these forces correspond to the amplitude and the Frequency of oscillation movements of the cloth holding device 13.
  • Pressure force or torque sensors 43 can also be mounted at other locations where corresponding forces are to be expected during vibrations of the material holding device 13, that is, for example, to the toothed belt 45 which transmits the movement of the motors to the carriages 19, 21 or to the planetary gears for the timing belt.
  • electrical quantities such as e.g. Current consumption or power of the motors monitored. From this, following errors and associated forces can be derived. In particular, it is thus possible indirectly to determine the forces acting and draw conclusions about their cause.
  • FIG. 4 shows a possible arrangement of force sensors 43 in the region of the junction between an embroidery frame 13 and the second carriage 21 of the xy drive and / or at the junction of the second carriage 21 with the associated toothed belt 45.
  • the embroidery frame 13 is in FIG. 4 shown separated from the carriage 21.
  • the fastening means 15 comprises two guide grooves 47 and a spring-loaded fixing device 48.
  • the fixing device 48 When placed on the holder 17, the fixing device 48 is compressed against the acting spring force.
  • the guide grooves 47 are released and can be pushed over two holders 17 formed on the corresponding holding pin 49 with locking lugs become.
  • the guide grooves 47 or spring-loaded latch (not shown) of the fixing device 48 reach it with the retaining pin in abutment. Subsequently, the pressure on the fixing device 48 is released again.
  • the fastening means 15 is fixed with the embroidery frame 13 on the holder 17 positively and / or non-positively.
  • the carriage 21 is moved in rapid succession from the puncturing position to the puncturing position.
  • acceleration sensors 44 on the material holding device 13 and / or on other elements of the embroidery device 1 mechanically coupled to the material holding device 13 for detecting oscillations.
  • acceleration sensors 44 on the fabric holding device 13 as far as possible from the second carriage 21st attached to the drive device 18. Due to the elasticity of the material holding device 13, the greatest vibration amplitudes are to be expected there, and the acceleration sensors 44 react most sensitively to these vibrations.
  • micromechanical acceleration sensors 44 are used. These can be made in very small sizes and are not hindering when embroidering. Thanks to the low mass, they have hardly any negative effects on the vibration behavior of the material holding device 13.
  • micromechanical acceleration sensors 44 Due to the low power consumption, it is possible to feed such micromechanical acceleration sensors 44 by means of small batteries, so that an electrical connection to the drive device 18 or to the machine control 9 is not absolutely necessary.
  • the processing of the measurement signals can be done directly on the integrated sensor chip and the transmission of signals to the controller 9 can be done for example via radio.
  • conductive connections for the power supply of the sensor 44 and for the signal transmission to the machine control 9 are possible.
  • the machine controller 9 evaluates the measurement signals generated by the sensor or sensors 29, 43, 44 and controls or regulates the movements of the xy drive and the sewing needle 23 in such a way that the puncturing positions the sewing needle 23 correspond to the stored default values. In this case, vibrations of the frame 13 and / or the sewing material 11 are detected and minimized and / or the puncturing movements of the sewing needle 23 optimized in time, so that the puncturing positions match even when swinging frame 13 as well as possible with the default values.
  • the fabric holding device 13 with the workpiece 11 clamped therein is due to the mass and
  • Elasticity of the fabric 11 a vibration system.
  • This is part of the complex overall vibration system, which comprises in sequence the following components: first motor, first gear, first toothed belt 45, first carriage 19, second motor, second gear, second toothed belt 45, second carriage 21, cloth holding device 13, sewing material 11.
  • FIG. 5 schematically shows a controller arrangement with an adaptive controller 51 for controlling a motor M of the drive device 18.
  • the controller 51 may be constructed, for example, cascade-like.
  • nominal quantities 53 such as engine speed or rotation angle of the engine and on the other hand, actual or measured variables 55 as the detected by a rotary encoder motor rotation angle, the position and acceleration of Sewing material 11 or supplied by force sensors 43 forces.
  • actual or measured variables 55 as the detected by a rotary encoder motor rotation angle, the position and acceleration of Sewing material 11 or supplied by force sensors 43 forces.
  • manipulated variables 57 such as stepper motor switching and
  • Phase and current values are output to a power section 59 for driving the motor M.
  • stepper motors can be operated at short notice with overload. It is therefore not necessary to dimension the motors with regard to extraordinary individual power peaks. As a rule, smaller and less expensive stepper motors can be used.
  • a learning process is provided in which relationships or dependencies between certain movement patterns of the xy drive and the vibration behavior more specific Configurations of fabric holding device 13 and fabric 11 are determined.
  • the vibration behavior may be different.
  • Such learning processes are preferably carried out when the sewing needle 23 is raised and inactive.
  • certain sequences of pendulum movements with one or more different amplitudes and with a series of predetermined pendulum frequencies can be performed.
  • the controller 9 detects an excessive vibration of the frame 13 or the material 11 due to the sensor signals, one or more parameters are varied at this drive frequency until the oscillation amplitude falls below a predetermined limit. This results in a series of suitable control parameters as a function of the drive frequency.
  • Such drive parameters are e.g. For stepper motors, the number of interpolation points to be used per time unit with the corresponding default values for the step numbers.
  • control parameters thus determined can be stored in a memory of the controller 9 or in another storage medium. With appropriate design of the memory different sets of control parameters for different types of fabric can be determined and stored.
  • optimized control parameters can be determined analogously.
  • learning processes can take place directly while embroidering. It is accepted that occur at individual points of the fabric 11 slightly higher deviations of the puncturing positions of the predetermined target positions.

Description

  • Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Minimierung von Einstichfehlern bei Stickvorrichtungen gemäss den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 5.
  • Bei Stickvorrichtungen wie z.B. bei Stickmaschinen oder Nähmaschinen mit einem ankoppelbaren Stickmodul wird das zu bestickende Nähgut jeweils in einen Rahmen eingespannt. Dieser ist unterhalb der Stichbildungsvorrichtung bzw. der Nähnadel angeordnet und kann mittels einer Antriebsvorrichtung in der Nähebene verschoben bzw. positioniert werden. Eine Steuerung kontrolliert sowohl die Bewegungen der Nähnadel als auch jene der Antriebsvorrichtung für den Stickrahmen. Für jeden einzelnen Stich wird der Stickrahmen mit dem eingespannten Nähgut in die erforderliche Position verfahren, damit die Einstichstelle der Nadel im Nähgut einer vorgegebenen Sollposition entspricht. Herkömmlich werden für diesen Zweck verbreitet x-y-Antriebe mit zwei unabhängig voneinander ansteuerbaren Schrittmotoren verwendet. Dabei können z.B. Zahnriemen vorgesehen sein, um eine Bewegungsübertragung von den Motoren auf zugeordnete, geführt verfahrbare Schlitten zu bewerkstelligen.
  • Bei solchen herkömmlichen Stickvorrichtungen kann der Stickrahmen und somit auch das Nähgut aufgrund der Massenträgheit zu Schwingungen angeregt werden. Dies gilt insbesondere bei hohen Stichfrequenzen bzw. bei schnellen Richtungswechseln und den damit verbundenen hohen Beschleunigungen. Als Folge davon können die tatsächlichen Einstichstellen der Nadel im Nähgut von den vorgegebenen Sollpositionen abweichen. Wirken sehr grosse Kräfte oder Beschleunigungen auf den Stickrahmen, so kann dies bei Schrittmotoren nicht nur zu Schleppfehlern, sondern sogar zum Überspringen einzelner Schritte und somit zu bleibenden (bis zur nächsten Referenzierung der Schrittmotoren) Schrittfehlern führen. Verschiedene Effekte wie Unterschiede bei den Nähgutarten, bei den zu bewegenden Massen oder bei den Reibungsverhältnissen haben zur Folge, dass das Schwingungsverhalten nicht eindeutig berechenbar ist und somit nicht a priori eliminiert werden kann.
  • Die US-A-2002035953 offenbart eine Nähmaschine mit einem Stickrahmen, der von einer Antriebsvorrichtung relativ zur Nähnadel in einer X-Y-Ebene bewegbar ist. Schwingungen des Stickrahmens, die während des Stickens auftreten können, werden von einer Dämpfvorrichtung absorbiert. Dabei wird der Stickrahmen mittels Federkraft gegen den Auflagetisch gedrückt.
  • Die US-A-6148749 offenbart eine Vorrichtung mit einem Rahmen zum Halten des Nähguts bei einer Nähmaschine oder Stickmaschine. Der Rahmen ist mittels einer Kupplungsvorrichtung mit einem Verfahrschlitten zum Bewegen des Nähguts in der Nähebene verbunden. Die Kupplungsvorrichtung umfasst eine Vorrichtung zum Dämpfen bzw. Absorbieren von Schwingungen des Rahmens vertikal zur Nähebene. Solche Schwingungen können während des Nähens oder Stickens auftreten und können Fadenbrüche, ungenaue Einstichpositionen und Lärm zur Folge haben. Die Kupplungsvorrichtung umfasst eine gelenkige Verbindung des Rahmens mit dem Verfahrschlitten, wobei der Rahmen im Wesentlichen in vertikaler Richtung verschwenkbar ist.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen bei Stickvorrichtungen Einstichfehler aufgrund von Schwingungen des Stickrahmens minimiert werden können.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Minimierung von Einstichfehlern bei Stickvorrichtungen gemäss dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 5.
  • Erfindungsgemäss sind Sensoren vorgesehen, welche direkt oder indirekt charakteristische Merkmale von Schwingungen des Stickrahmens bzw. des darin eingespannten Nähguts erfassen.
  • Zum Vermindern bzw. Minimieren von Einstichfehlern werden bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung der oder die Antriebsmotoren für den Stickrahmen so angesteuert, dass die Schwingungsamplituden - gemeint sind die Schwingungen des Stickrahmens, welche beim Anfahren der einzelnen Einstichpositionen aufgrund der Massenträgheit und der auftretenden Beschleunigungen entstehen - unter vorgebbaren Minimalwerten liegen. Dabei wird vorzugsweise der Geschwindigkeits- bzw. Bewegungsverlauf zwischen den einzelnen Einstichstellen so optimiert bzw. gesteuert oder geregelt, dass die auftretenden Beschleunigungen bei den jeweils vorgegebenen Stichfrequenzen minimal sind.
  • Alternativ zur Schwingungsminimierung des Rahmens kann auch die Bewegung der Nähnadel in der Weise kontrolliert bzw. modifiziert werden, dass der Einstichzeitpunkt jeweils genau dann erfolgt, wenn die Sollposition für den Einstich ins Nähgut direkt unter der Nähnadel liegt.
  • Bei einer Weiterbildung dieser alternativen Ausgestaltung können die Sollpositionen jeweils so angepasst werden, dass die Einstiche ins Nähgut jeweils an Umkehrpunkten der erfassten Schwingungsbewegungen liegen.
  • Vorzugsweise erfolgt die Erfassung der Schwingungen mittels eines optischen Sensors nahe der Einstichstelle der Nähnadel, wobei dieser optische Sensor prinzipiell einem Lasermouse-Sensor entsprechen kann, der mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung Bilder der Nähgutoberfläche erfasst und mit diesen Informationen die jeweilige Position oder Geschwindigkeit oder Beschleunigung des Nähguts berechnet. Diese Methode hat den Vorteil, dass der Sensor auch zur Überwachung des Nähguts bzw. der Nähgutbewegung während der Stichbildung verwendet werden kann.
  • Alternativ können z.B. auch ein oder mehrere Kraft- oder Drehmomentsensoren z.B. im Bereich der Befestigungsstellen des Stickrahmens am Schlitten der Antriebsvorrichtung vorgesehen sein. In diesem Fall können aus den Messsignalen der Sensoren die Schwingungen des Stickrahmens abgeleitet werden. Dabei werden jene Signalanteile des Messsignals, welche rein auf die von der Steuerung vorgegebene Bewegung zurückzuführen sind und keine elastizitätsbedingten Überschwinganteile umfassen, aus den Messsignalen herausgefiltert.
  • Anstelle von Schrittmotoren können vorzugsweise auch regelbare Servomotoren zum Bewegen des Stickrahmens verwendet werden, wobei diese z.B. Drehgeber zum Erkennen der aktuellen Drehposition des Motors umfassen. Die Erfassung von Schleppfehlern kann ebenfalls zur Analyse des Schwingungsverhaltens des Stickrahmens herangezogen werden.
  • Im Weiteren besteht auch die Möglichkeit, elektrische Messgrössen wie z.B. Strom- oder Leistungsaufnahme des oder der Motoren zu erfassen und daraus Informationen zu den Schwingungen des Stickrahmens zu gewinnen.
  • Anhand einiger Figuren wird die Erfindung im Folgenden näher beschrieben. Dabei zeigen
    • Figur 1
    Eine Seitenansicht einer Stickvorrichtung, umfassend eine Nähmaschine mit angedocktem Stickmodul
    Figur 2
    eine Aufsicht auf eine Nähmaschine mit angedocktem Stickmodul,
    Figur 3
    einen teilweise aufgeschnittenen Nähfuss mit integriertem optischem Sensor,
    Figur 4
    eine Detailansicht der Verbindungsstelle eines Stickrahmens mit dem Schlitten eines x-y-Antriebs,
    Figur 5
    Eine Regleranordnung mit adaptivem Regler.
  • In Figur 1 ist eine Stickvorrichtung 1 mit einem an eine Nähmaschine 3 angekoppelten Stickmodul 5 dargestellt. Das Stickmodul 5 ist über ein Verbindungskabel 7 (Figur 2) mit der Nähmaschine 3 verbunden. Über das Verbindungskabel 7 wird einerseits die Stromversorgung des Stickmoduls 5 und andererseits eine Wirkverbindung zwischen dem Stickmodul 5 und einer Nähmaschinensteuerung 9 hergestellt. Die Stickvorrichtung 1 kann z.B. auch als Stickmaschine mit einer grösseren Nähgutauflage und mit integriertem x-y-Antrieb ausgebildet sein (keine Abbildung). Zum Sticken wird das Nähgut 11 in einen Stickrahmen bzw. allgemein in eine Stoffhaltevorrichtung 13 eingespannt. Diese wird anschliessend z.B. mittels einer Klemme oder allgemein mittels eines Befestigungsmittels 15 möglichst starr an einem Halter 17 befestigt, wobei dieser Halter von einer Antriebsvorrichtung 18 bzw. von einem x-y-Antrieb in zwei Richtungen x und y der Nähebene hin- und herbewegt werden kann.
  • Die Antriebsvorrichtung 18 umfasst einen ersten Wagen oder Schlitten 19, der motorisch in der ersten Nährichtung x geführt verfahrbar bzw. verschiebbar ist, und einen zweiten Wagen oder Schlitten 21, der relativ zum ersten Schlitten 19 motorisch in der zweiten Nährichtung y geführt verschiebbar bzw. verfahrbar ist (Figur 2). Als Motoren (nicht dargestellt) werden in der Antriebsvorrichtung 18 vorzugsweise regelbare Servomotoren eingesetzt. Alternativ können zum Teil auch Schrittmotoren verwendet werden. In der Regel ist der erste Motor für die Bewegung des ersten Schlittens 19 ortsfest mit dem Gehäuse des Stickmoduls 5 verbunden und der zweite Motor für die Bewegung des zweiten Schlittens 21 starr mit dem beweglichen ersten Schlitten 19 verbunden. Die Umwandlung der Drehbewegungen in Linearbewegungen kann z.B. mittels Zahnriemen 45 (Figur 4) erfolgen. In der Regel sind zwischen den Motoren und den Zahnriemen 45 Getriebe zum Anpassen der Geschwindigkeiten angeordnet. Zur Führung der Schlitten 19, 21 können Führungsstangen 22 oder andere Führungen vorgesehen sein.
  • Am zweiten Schlitten 21 ist ein quer zu dessen Bewegungsrichtung y seitlich vorstehender Halter 17 ausgebildet. Die Nähmaschinensteuerung 9 kontrolliert u.a. die Aufwärts- und Abwärtsbewegung der Nähnadel 23, welche unterhalb des Maschinenkopfs 25 an einer motorisch antreibbaren Nadelstange 27 gehalten ist, und die Bewegungen der beiden Schlitten 19, 21.
  • Unten am Nähmaschinenkopf 25 ist ein optischer Sensor 29 ausgebildet, der mindestens zwei Dimensionen des Raums auflösen bzw. erfassen kann, und der vorzugsweise eine Mikrokamera umfasst. Der optische Sensor 29 ist so ausgebildet und angeordnet, dass er die Nähgutoberfläche im Bereich der Einstichstelle der Nadel 23 und/oder Teile der Stoffhaltevorrichtung 13 erfassen kann. Eine(nicht dargestellte) Abbildungsoptik, die dem Sensor 29 vorgelagert oder Bestandteil des Sensors 29 ist, bildet den zu erfassenden Bereich des Nähguts 11 und/oder der Stoffhaltevorrichtung 13 auf die lichtempfindliche Sensorfläche ab. Vorzugsweise umfasst der Sensor 29 eine Lichtquelle zur Beleuchtung des Erfassungsbereichs mit Licht im sichtbaren oder unsichtbaren Spektralbereich. Der optische Sensor 29 hat eine hohe Ortsauflösung von z.B. 0.1mm in zwei Dimensionen und eine hohe Zeitauflösung bzw. Abtastrate von z.B. 3000Hz. Eine Bildverarbeitungseinheit 30, welche z.B. ganz oder teilweise in den optischen Sensor 29 oder in die Maschinensteuerung 9 integriert sein kann, ist so ausgebildet, dass sie Oszillationen des Nähguts 11 bzw. der Stoffhaltevorrichtung 13 zuverlässig erfassen kann, selbst dann, wenn die Schwingungsamplituden klein und die Schwingungsfrequenzen hoch sind.
  • Alternativ können der optische Sensor 29 oder Teile davon z.B. auch in einen Näh- bzw. Stickfuss 31 integriert sein, der z.B. eine auswechselbare Sohle 32 umfasst, wie dies in Figur 3 dargestellt ist. Dieser Sensor 29 ist in Figur 3 teilweise aufgeschnitten dargestellt, sodass wesentliche Elemente im Inneren sichtbar sind. Aufbau und Wirkung des Sensors 29 entsprechen im Wesentlichen jenen von Sensoren, die bei Laser-Computermäusen Verwendung finden. Solche Sensoren sind z.B. von den Firmen Logitech und Agilent entwickelt worden und werden bei Lasermäusen mit der Bezeichnung "MX1000 Cordless Laser Mouse" eingesetzt. Eine Lichtquelle 33 in Gestalt einer Laserdiode emittiert gepulstes Laserlicht. Dieses wird mittels einer ein Prisma 35 umfassenden Abbildungsoptik auf die zu erfassende Nähgutoberfläche gestrahlt. Über die Abbildungsoptik mit dem Prisma 35 und einer oder mehrerer Linsen 37 wird die vom Laserlicht beleuchtete Nähgutoberfläche auf einen Bildsensor 39 abgebildet. Die Schärfentiefe der Abbildungsoptik ist hoch genug, dass die während des Stickens auftretenden Hüpfbewegungen der Nähfussstange (nicht dargestellt), an welcher der Nähfuss 31 befestigt ist, die sichere Erfassung des Nähguts 11 nicht beeinträchtigen. Der Sensor 29 erfasst über 6000 Einzelbilder pro Sekunde. Aus der Bewegung bzw. Ortsänderung von Strukturmerkmalen in aufeinander folgenden Bildern berechnet die Bildverarbeitungseinheit 30 Werte, welche das Schwingungsverhalten des Nähguts 11 bzw. der Stoffhaltevorrichtung 13 charakterisieren, also beispielsweise Amplitude, Frequenz und Richtung von Schwingungskomponenten. Bei diesen Berechnungen wird vorteilhaft ein Algorithmus für eine FFT (Fast Fourier Transformation) verwendet. Alternativ können aber auch andere Berechnungen ausgeführt werden, um Daten zu gewinnen, welche typisch für das Schwingungsverhalten sind. Bei diesen Berechnungen wird jeweils der Anteil der Messsignale, welcher rein auf die vorgegebene Sollbewegung zurückzuführen ist und keine Überschwinganteile umfasst, herausgefiltert. Grundsätzlich können auch Sensoren mit Leuchtdioden als Lichtquelle 33, wie sie bei herkömmlichen optischen Mäusen eingesetzt sind, zur Schwingungserfassung verwendet werden. Die Abtastrate von etwa 1000Hz bis 1500Hz und die Auflösung solcher Sensoren liegt aber am unteren Bereich dessen, was noch für eine zuverlässige Schwingungserfassung tolerierbar ist. Besser geeignet sind Abtastraten oberhalb von 1500Hz.
  • Der Näh- oder Stickfuss 31 kann - wie in Figur 3 dargestellt - über ein Anschlusskabel 41 mit einem Stecker 42 mit der Maschinensteuerung 9 verbunden werden. Alternativ oder zusätzlich könnten auch drahtlose Kommunikationsverbindungen (Funk, Infrarotlicht usw.) und/oder Lichtleiter verwendet werden.
  • Anstelle oder zusätzlich zur optischen Erfassung von Schwingungen des Nähguts 11 oder der Stoffhaltevorrichtung 13 können auch andere physikalische Messgrössen verwendet werden, um das Schwingungsverhalten zu charakterisieren. Da die Ursache solcher Schwingungen in der Beschleunigung träger Massen bzw. in Änderungen des zugehörigen Geschwindigkeitsvektors und in Elastizitäten der verwendeten Materialien liegt, können solche Schwingungen auch indirekt über Kräfte und/oder Drehmomente erfasst werden. So können beispielsweise im Verbindungsbereich des Halters 17 und der Stoffhaltevorrichtung 13 Kraftsensoren 43 (Figur 4) angeordnet sein, welche dynamische Druck- und/oder Zugkräfte vorzugsweise richtungsabhängig erfassen können, also beispielsweise Piezoelemente oder Dehnmessstreifen. Die gemessenen Kräfte sind proportional zur jeweiligen Beschleunigung. Treten sie periodisch abwechselnd mit gegenläufiger Richtung auf, so entsprechen Amplitude und Frequenz dieser Kräfte der Amplitude und der Frequenz der Oszillationsbewegungen der Stoffhaltevorrichtung 13.
  • Druck- Kraft- oder Drehmomentsensoren 43 können auch an anderen Stellen angebracht werden, wo bei Schwingungen der Stoffhaltevorrichtung 13 entsprechende Kräfte zu erwarten sind, also beispielsweise an den Zahnriemen 45, welche die Bewegung der Motoren auf die Schlitten 19,21 übertragen oder an den Umlaufrädern für die Zahnriemen.
  • In einer weiteren Ausgestaltung werden elektrische Grössen wie z.B. Stromaufnahme oder Leistung der Motoren überwacht. Daraus lassen sich Schleppfehler und zugehörige Kräfte ableiten. Insbesondere können so indirekt die wirkenden Kräfte bestimmt und Rückschlüsse über deren Ursache gezogen werden.
  • Figur 4 zeigt eine mögliche Anordnung von Kraftsensoren 43 im Bereich der Verbindungsstelle zwischen einem Stickrahmen 13 und dem zweiten Schlitten 21 des x-y-Antriebs und/oder bei der Verbindungsstelle des zweiten Schlittens 21 mit dem zugehörigen Zahnriemen 45. Der Stickrahmen 13 ist in Figur 4 getrennt vom Schlitten 21 dargestellt. Das Befestigungsmittel 15 umfasst zwei Führungsnuten 47 und eine federbelastete Fixiervorrichtung 48. Beim Aufsetzen auf den Halter 17 wird die Fixiervorrichtung 48 entgegen der wirkenden Federkraft zusammengedrückt. Dadurch werden die Führungsnuten 47 freigegeben und können über zwei am Halter 17 ausgebildete korrespondierende Haltezapfen 49 mit Rastnasen geschoben werden. Die Führungsnuten 47 oder federbelastete Riegel (nicht dargestellt) der Fixiervorrichtung 48 gelangen dabei mit den Haltezapfen in Anlage. Anschliessend wird der Druck auf die Fixiervorrichtung 48 wieder gelöst. Dadurch wird das Befestigungsmittel 15 mit dem Stickrahmen 13 am Halter 17 formschlüssig und/oder kraftschlüssig fixiert.
  • Während des Stickens wird der Schlitten 21 in schneller Abfolge von Einstichposition zu Einstichposition bewegt. Die in schneller Abfolge auftretenden Richtungswechsel und
  • Beschleunigungen des Stickrahmens bzw. der Stoffhaltevorrichtung 13 und des darin eingespannten Nähguts 11 können zu unerwünschten, der vorgegebenen Sollbewegung überlagerten Schwingungen des Stickrahmens 13 führen. Durch Auswertung der Messsignale von Druck-, Kraft- oder Drehmomentsensoren 43 können charakteristische Grössen berechnet werden, welche ev. mit einer gewissen Phasenverzögerung mit den mechanischen Schwingungen des Stickrahmens 13 korrespondieren.
  • Alternativ oder zusätzlich zu Kraftsensoren 43 könnten auch Beschleunigungssensoren 44 an der Stoffhaltevorrichtung 13 und/oder an anderen mit der Stoffhaltevorrichtung 13 mechanisch gekoppelten Elementen der Stickvorrichtung 1 zur Erfassung von Schwingungen verwendet werden. Vorzugsweise werden solche Beschleunigungssensoren 44 an der Stoffhaltevorrichtung 13 in möglichst grosser Entfernung vom zweiten Schlitten 21 der Antriebsvorrichtung 18 befestigt. Aufgrund der Elastizität der Stoffhaltevorrichtung 13 sind dort die grössten Schwingungsamplituden zu erwarten und die Beschleunigungssensoren 44 reagieren dort am empfindlichsten auf diese Schwingungen. Idealerweise werden mikromechanische Beschleunigungssensoren 44 verwendet. Diese können in sehr kleinen Baugrössen gefertigt werden und sind beim Sticken nicht hinderlich. Dank der geringen Masse wirken sie sich kaum negativ auf das Schwingungsverhalten der Stoffhaltevorrichtung 13 aus. Aufgrund der geringen Leistungsaufnahme ist es möglich, solche mikromechanischen Beschleunigungssensoren 44 mittels kleiner Batterien zu speisen, sodass eine elektrische Verbindung zur Antriebsvorrichtung 18 bzw. zur Maschinensteuerung 9 nicht zwingend erforderlich ist. Die Verarbeitung der Messsignale kann direkt auf dem integrierten Sensorchip erfolgen und die Übermittlung von Signalen an die Steuerung 9 kann beispielsweise über Funk erfolgen. Selbstverständlich sind auch leitende Verbindungen für die Stromversorgung des Sensors 44 und für die Signalübermittlung zur Maschinensteuerung 9 möglich.
  • Die Maschinensteuerung 9 wertet die von dem oder den Sensoren 29, 43, 44 generierten Messsignale aus und steuert oder regelt die Bewegungen des x-y-Antriebs und der Nähnadel 23 in der Weise, dass die Einstichpositionen der Nähnadel 23 den gespeicherten Vorgabewerten entsprechen. Dabei werden Schwingungen des Rahmens 13 und/oder des Nähguts 11 erfasst und minimiert und/oder die Einstichbewegungen der Nähnadel 23 zeitlich optimiert, sodass die Einstichpositionen selbst bei schwingendem Rahmen 13 möglichst gut mit den Vorgabewerten übereinstimmen. Die Stoffhaltevorrichtung 13 mit dem darin eingespannten Nähgut 11 ist aufgrund der Masse und
  • Elastizität des Nähguts 11 ein Schwingungssystem. Dieses ist Bestandteil des komplexen gesamten Schwingungssystems, welches der Reihe nach folgende Komponenten umfasst: Erster Motor, erstes Getriebe, erster Zahnriemen 45, erster Schlitten 19, zweiter Motor, zweites Getriebe, zweiter Zahnriemen 45, zweiter Schlitten 21, Stoffhaltevorrichtung 13, Nähgut 11. Somit ist die Erfassung der Schwingungen des Nähguts 11 in unmittelbarer Umgebung der Einstichstelle der Nähnadel 23 jene Methode, die am wenigsten mit zufälligen und systematischen Fehlern behaftet ist.
  • Figur 5 zeigt schematisch eine Regleranordnung mit einem adaptiven Regler 51 zur Ansteuerung eines Motors M der Antriebsvorrichtung 18. Der Regler 51 kann z.B. kaskadenartig aufgebaut sein. Eingangsseitig werden dem Regler 51 einerseits Sollgrössen 53 wie Motordrehzahl oder Drehwinkel des Motors und andererseits Ist- oder Messgrössen 55 wie der von einem Drehgeber erfasste Motordrehwinkel, die Position und Beschleunigung des Nähguts 11 oder die von Kraftsensoren 43 ermittelten Kräfte zugeführt. Ausgangsseitig werden vom adaptiven Regler 51 Stellgrössen 57 wie Schrittmotor-Umschaltung und
  • Phasen- und Stromwerte an einen Leistungsteil 59 zur Ansteuerung des Motors M ausgegeben.
  • Aufbaumöglichkeiten und Wirkungsweise von adaptiven Reglern sind beispielsweise aus ISBN-3-527-25347-5 "Winfried Opelt: Kleines Handbuch der Regelungstechnik, Kapitel 65, S. 729-735 (Selbsteinstell-Regelungen)" bekannt, oder aus der Vorlesung "Einführung in die adaptive Regelung, Teil I 'Parameteridentifikation'",2003, von Dr. E. Shafai, Institut für Mess- und Regeltechnik der Eidgenössischen Technischen Hochschule.
  • Die Regelung der Phasenströme und Umschaltpunkte bzw. der Kommutierung von Schrittmotoren mit einem derartigen adaptiven Regler hat zusätzlich den Vorteil, dass die Schrittmotoren kurzfristig mit Überlast betrieben werden können. Es ist also nicht erforderlich, die Motoren hinsichtlich ausserordentlicher einzelner Leistungsspitzen zu dimensionieren. In der Regel können kleinere und kostengünstigere Schrittmotoren verwendet werden.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Lernprozess vorgesehen, bei welchem Zusammenhänge bzw. Abhängigkeiten zwischen gewissen Bewegungsmustern des x-y-Antriebs und dem Schwingverhalten spezifischer Konfigurationen von Stoffhaltevorrichtung 13 und Nähgut 11 ermittelt werden.
  • Je nach eingespanntem Nähgut 11 kann das Schwingverhalten unterschiedlich sein. Solche Lernprozesse werden vorzugsweise bei hochgefahrener und inaktiver Nähnadel 23 ausgeführt. Es können beispielsweise für beide Antriebe unabhängig nacheinander gewisse Sequenzen von Pendelbewegungen mit einer oder mehreren unterschiedlichen Amplituden und mit einer Serie vorgegebener Pendelfrequenzen ausgeführt werden. Wenn die Steuerung 9 aufgrund der Sensorsignale eine übermässige Schwingung des Rahmens 13 bzw. des Nähguts 11 feststellt, werden ein oder mehrere Parameter bei dieser Ansteuerfrequenz variiert, bis die Schwingungsamplitude einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet. Es resultiert eine Serie geeigneter Ansteuerparameter in Abhängigkeit der Ansteuerfrequenz. Solche Ansteuerparameter sind z.B. bei Schrittmotoren die pro Zeiteinheit zu verwendende Anzahl Stützstellen mit den entsprechenden Vorgabewerten für die Schrittzahlen.
  • Die so ermittelten Ansteuerparameter können in einem Speicher der Steuerung 9 oder in einem anderen Speichermedium gespeichert werden. Bei entsprechender Ausbildung des Speichers können unterschiedliche Sätze von Ansteuerparametern für unterschiedliche Nähgutarten ermittelt und gespeichert werden.
  • Anschliessend wird der reale Stickvorgang mit aktivierter Nadelbewegung mit den optimierten Ansteuerparametern ausgeführt.
  • Bei Antrieben mit Servomotoren können sinngemäss optimierte Regelparameter ermittelt werden.
  • Lernprozesse können alternativ auch direkt während des Stickens erfolgen. Dabei wird in Kauf genommen, dass an einzelnen Stellen des Nähguts 11 etwas höhere Abweichungen der Einstichpositionen von den vorgegebenen Sollpositionen auftreten.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Minimierung von Einstichfehlern bei Stickvorrichtungen (1) mit einer Stoffhaltevorrichtung (13) zum Einspannen des Nähguts (11) und mit einer Antriebsvorrichtung (18) zum Positionieren der Stoffhaltevorrichtung (13) in Bezug auf eine Stichbildungsvorrichtung zwecks Ausführung von Nähstichen an vorgegebenen Sollpositionen, dadurch gekennzeichnet, dass Schwingungen des Nähguts (11) oder der Stoffhaltevorrichtung (13) erfasst werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (18) und/oder die Stichbildungsvorrichtung in Abhängigkeit erfasster Schwingungen des Nähguts (11) oder der Stoffhaltevorrichtung (13) derart angesteuert werden, dass schwingungsbedingte Abweichungen der tatsächlichen Einstichstellen von den zugehörigen Sollpositionen minimal sind.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Abhängigkeiten zwischen Bewegungsmustern der Antriebsvorrichtung (18) und dem Schwingverhalten des in die Stoffhaltevorrichtung (13) eingespannten Nähguts (11) ermittelt werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Speicher Daten gespeichert werden, aus denen Abhängigkeiten zwischen Bewegungsmustern der Antriebsvorrichtung (18) und dem Schwingverhalten des in die Stoffhaltevorrichtung (13) eingespannten Nähguts (11) ableitbar sind, oder aus denen eine optimierte Ansteuerung der Antriebsvorrichtung (18) in dem Sinne ableitbar ist, dass die Abweichungen der tatsächlichen Einstichstellen von den zugehörigen Sollwerten minimal sind.
  5. Vorrichtung zur Minimierung von Einstichfehlern bei Stickvorrichtungen (1) mit einer Stoffhaltevorrichtung (13) zum Einspannen des Nähguts (11) und mit einer Antriebsvorrichtung (18) zum Positionieren der Stoffhaltevorrichtung (13) in Bezug auf eine Stichbildungsvorrichtung zwecks Ausführung von Nähstichen an vorgegebenen Sollpositionen, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Sensoren (29, 43, 44) zur Erfassung von Schwingungen des Nähguts (11) und/oder der Stoffhaltevorrichtung (13) vorgesehen sind.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Sensoren (29, 43, 44) ein optischer Sensor (29) mit einer Lichtquelle (33) und einem Bildsensor (39) ist, wobei dieser Bildsensor (39) zur Auflösung von mindestens zwei Raumdimensionen ausgebildet ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Sensoren (29, 43, 44) ein Druck-, Kraft- oder Drehmomentsensor (43) oder ein Beschleunigungssensor (44) ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Sensor (29, 43, 44) ein Druck-, Kraft- oder Drehmomentsensor (43) ist, dadurch gekennzeichnet, dass dieser im Verbindungsbereich der Stoffhaltevorrichtung (13) und der Antriebsvorrichtung (18) angeordnet ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Sensor (29, 43, 44) ein Beschleunigungssensor (44) ist, dadurch gekennzeichnet, dass dieser an der Stoffhaltevorrichtung (13), insbesondere beabstandet zum Befestigungsmittel (15) angeordnet ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein adaptiver Regler (51) zur Ansteuerung des oder der Motoren (M) der Antriebsvorrichtung (18) vorgesehen ist.
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