JP2004201946A

JP2004201946A - ミシンの糸使用量検知装置

Info

Publication number: JP2004201946A
Application number: JP2002374847A
Authority: JP
Inventors: Tsunetada Kasai; 常工葛西
Original assignee: NIPPON DENPA KK
Current assignee: NIPPON DENPA KK
Priority date: 2002-12-25
Filing date: 2002-12-25
Publication date: 2004-07-22

Abstract

【課題】縫製糸の画像を撮像することにより、縫い調子を損なうことなく、糸の使用量、糸切れ等を高精度に検知できるようにする。
【解決手段】ミシンの基台１上に設けたヘッド部５を、ヘッド支持体４に固定されたヘッド本体６と、ヘッド本体６に対して左，右方向に移動可能となった針棒ケース７および糸調子台９とにより構成する。糸立て台１２の上糸ボビン１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，…から引出される刺繍糸Ｓを糸張り器１３、糸調子１４、糸ガイド１５，１６および天秤１９を介してミシン針２１に供給する。そして、ヘッド本体６の上面側にはブラケット等を介してＣＣＤカメラ３１を設け、その前方を糸経路に沿って移動する刺繍糸Ｓをカメラ３１で撮像することにより、刺繍糸Ｓの移動量を画像データから演算して求める。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば刺繍用ミシン等の縫製ミシンに設けられ、縫製作業の途中で縫製糸の使用量を検知したり、糸切れを検知したりするのに好適に用いられるミシンの糸使用量検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、刺繍データ等に従ってミシンの主軸等を駆動制御することにより、縫製糸（例えば、刺繍糸等の上糸）を用いて布等の縫製対象物に縫製（刺繍柄）を施すようにしたミシンは知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５４−４６６４６号公報
【０００４】
この種の従来技術によるミシンには、糸巻きからミシン針に至る上糸の糸経路の途中に、ミシン針に向けた糸の供給（移動）に応じて回転する糸車を設け、該糸車の回転をフォトトランジスタ等からなる光電センサで検知する構成とした糸使用量検知装置が設けられている。
【０００５】
そして、このような糸使用量検知装置は、縫製作業時に糸車の回転に伴ったパルス信号を光電センサから出力させ、このパルス信号の出力が急激に低下したときに、前記糸巻きからミシン針に供給すべき上糸が途中で糸切れし、糸車の回転が減速または停止したものとして糸切れの検出を行うものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術による糸使用量検知装置は、糸巻きからミシン針に供給される上糸の途中部位を糸車に巻回または接触させ、上糸の移動に伴って糸車を回転駆動するものであるため、上糸には糸車により余分な張力や摺動抵抗が付与されてしまい、縫製作業時における縫い調子を損なう原因になるという問題がある。
【０００７】
また、従来技術の検知装置のように、上糸の移動（流れ）に伴って糸車を回転させる場合には、上糸が糸車の外周面に対して滑ることがあるため、糸車の回転量と上糸の移動量とが必ずしも一致しないことがあり、この場合には糸車の回転量から上糸の糸消費量（使用量）を安定して計測することが難しくなるという問題がある。
【０００８】
また、このような上糸の滑り、または光電センサからのパルス抜け等により、上糸の糸切れ（下糸の消耗）等を誤検出すると、縫製作業が途中で余分に中断されてしまい、作業効率（生産性）を低下させることになる。このため、光電センサからのパルス抜けが複数の運針動作にわたって連続的に発生した場合を糸切れと判定する等の安全対策が取られている。
【０００９】
しかし、このような安全対策を施した場合には、実際に糸切れが発生したときにも連続的なパルス抜けを待って糸切れ判定が行われるので、糸切れの検出を早期に行うことができず、糸切れ時を短時間で高精度に検出することができないという問題がある。
【００１０】
一方、従来技術の糸使用量検知装置を、多数の刺繍糸を用いて刺繍柄を実現する多色刺繍ミシンに適用した場合には、ミシンのヘッド部等に刺繍糸の本数分だけ糸車と光電センサを設け、これらの各糸車に対してそれぞれの刺繍糸を個別に巻回または接触させる構成とする必要がある。
【００１１】
このため、従来技術の場合、糸車および光電センサの使用個数が増加し、全体の構造が複雑化するという問題がある。また、ミシンの制御装置側では、刺繍作業の途中で色替えを行う度毎に多数本の刺繍糸のうちいずれの刺繍糸を用いて刺繍が行われているかを逐次判別する必要が生じ、これによって信号処理回路等の構造も複雑化するという問題がある。
【００１２】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、縫製糸の画像を撮像することにより縫い調子を損なうことなく、糸使用量を高精度に検知することができるようにしたミシンの糸使用量検知装置を提供することにある。
【００１３】
また、本発明の他の目的は、糸使用量の変化を検知することにより、縫製糸の糸切れ（下糸の消耗）を早期に安定して検出できるようにしたミシンの糸使用量検知装置を提供することにある。
【００１４】
さらに、本発明の別の目的は、複数の刺繍糸等からなる縫製糸を用いる多色刺繍ミシンに対しても、単一の撮像手段を用いて糸使用量を検知することができ、全体の構造を簡素化することができるようにしたミシンの糸使用量検知装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明によるミシンの糸使用量検知装置は、主軸の回転に従ってミシン針と天秤をそれぞれ駆動するミシンのヘッド部と、該ヘッド部のミシン針に前記天秤を介して縫製糸を供給するため該縫製糸を収納した糸収納部と、該糸収納部から前記ミシン針に至る縫製糸の糸経路の途中で該縫製糸と対向する位置に設けられ、前記糸経路に沿って移動する前記縫製糸を画像として撮像する撮像手段と、該撮像手段から出力される画像データを予め決められた周期毎に読取り、各読取り周期毎の画像データを比較することにより前記ミシン針に供給された縫製糸の供給量を糸使用量として演算する演算手段とにより構成している。
【００１６】
このように、撮像手段で撮像した縫製糸の画像を一定の周期毎に画像データとして読取り、これらの各読取り周期毎の画像データを比較することにより、前回の読取り周期で読取った画像に対して今回の画像が、例えば数μｍ（ミクロン）角の画素数のうち何画素分に相当する移動量で移動しているかを演算して求めることができ、これにより刺繍時等の縫製作業の途中であっても、ミシン針に実際に供給された縫製糸の供給量（糸消費量）を糸使用量として連続的に計測し続けることができる。
【００１７】
また、撮像手段を用いることにより縫製糸を直接的な画像としてほぼ連続的に撮像しているため、縫製作業を行っている途中で、縫製糸の動きが急激に変化または低下した場合（より具体的には、縫いピッチに比較して１針当たりの糸使用量が明らかに少なくなった場合）には、上糸または下糸の糸切れ（消耗）が発生したものとして判別でき、縫製糸の糸切れ判定等を早期に安定して行うことができる。
【００１８】
また、請求項２の発明によると、ヘッド部は、多色刺繍を行うためミシン針と天秤とをそれぞれ複数個有し、該各ミシン針と天秤のうちいずれか１つのミシン針と天秤を選択的に駆動する構成とし、糸収納部は、前記ヘッド部の各ミシン針に対し縫製糸をそれぞれ天秤を介して供給するため複数の縫製糸を収納し、撮像手段は、これらの複数の縫製糸のうち前記ヘッド部で選択され前記ミシン針に供給される縫製糸を、予め決められた位置で撮像する単一の撮像素子により構成している。
【００１９】
これにより、ミシン針と天秤とをそれぞれ複数個有した多色刺繍ミシンにあっても、単一の撮像素子を用いて各縫製糸の使用量をほぼ連続的に検知することができる。そして、縫製糸（刺繍糸）の色替えが行われたときでも、色替え対象の縫製糸を選択して単一の撮像素子により撮像することができ、従来技術のように複数のセンサを用いる必要がなくなり、構造を簡素化することができる。
【００２０】
また、請求項３の発明によると、撮像手段で撮像した縫製糸の画像データは、該縫製糸の長さ方向で複数個に分割された複数の画素データからなり、演算手段は、各読取り周期の画像データをそれぞれの画素データ毎に２値化し、これらの２値化した各画像データを互いに比較するときに、前回の読取り周期で読取った画像に対して今回の画像が、前記複数の画素データのうち何画素分に相当する移動量で移動しているかを演算して前記縫製糸の使用量を求める構成としている。
【００２１】
このように、各読取り周期の画像データをそれぞれの画素データ毎に２値化することにより、縫製糸の画像を各画素毎に明るい部分と暗い部分とに明暗パターンとして弁別することができる。そして、これらの明暗パターンからなる２値化した各画像データを互いに比較することにより、前回の読取り周期で読取った画像に対して今回の画像が、前記明暗パターン（複数の画素データ）のうち何画素分に相当する移動量で移動しているかを演算でき、縫製糸の糸使用量を検知することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態によるミシンの糸使用量検知装置を、多色刺繍ミシンに適用した場合を例に挙げ、添付図面に従って詳細に説明する。
【００２３】
ここで、図１ないし図１３は本発明の第１の実施の形態を示している。図中、１は本実施の形態で採用した多色刺繍ミシンの基台で、この基台１上には左，右に離間して側枠２，３が立設され、これらの左，右の側枠２，３間には、ヘッド支持体４が掛け渡すように配設されている。
【００２４】
５はヘッド支持体４の前部側に設けられたミシンのヘッド部で、該ヘッド部５は、図２、図３に示す如くヘッド支持体４に固定されたヘッド本体６と、該ヘッド本体６の前面側に設けられ、ヘッド本体６に対して左，右（図１中の矢示Ａ，Ｂ方向）に移動可能となった針棒ケース７と、該針棒ケース７上に設けられ、色替え機構８により針棒ケース７と一体に左，右方向に移動される糸調子台９とにより構成されている。
【００２５】
そして、ヘッド本体６には、図１に示す主軸モータ１０により主軸１１を介して駆動される天秤駆動部と針棒駆動部（いずれも図示せず）が設けられ、これらの駆動部により後述の天秤１９と針棒２０とがそれぞれ上，下に駆動される。また、色替え機構８は、針棒ケース７と糸調子台９とを一体に左，右へと移動させることにより、後述の色替え作業を行うものである。
【００２６】
１２はヘッド支持体４の後側に配設された糸収納部としての糸立て台で、該糸立て台１２には、図２に示すように複数の上糸ボビン１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，…等が設けられ、これらの上糸ボビン１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，…には、例えば赤、青、黄、白、黒色等の複数色の縫製糸である上糸（以下、刺繍糸Ｓという）等が巻回されている。
【００２７】
そして、刺繍作業時には、これらの上糸ボビン１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，…から選択的に刺繍糸Ｓが天秤１９により引出され、刺繍布等の刺繍対象物（図示せず）に対する刺繍が行われるものである。
【００２８】
１３，１３，…はヘッド部５の糸調子台９に設けられた糸張り器で、これらの糸張り器１３は、図３、図４に示すように糸調子台９の上部側に互いに間隔をもって、例えば合計９個配設されている。１４，１４，…は各糸張り器１３の下側に位置して糸調子台９に設けられた、例えば９個の糸調子を示している。
【００２９】
そして、糸立て台１２の上糸ボビン１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ等から引出された刺繍糸Ｓは、それぞれ糸張り器１３を介して各糸調子１４へと導かれ、この糸調子１４により天秤１９側に向けて低摩擦給糸されるものである。この場合に、糸調子１４は、予め決められた張力（例えば、１０〜５０ｇ程度）を刺繍糸Ｓに与え、後述のミシン針２１等により刺繍糸Ｓがこの張力を越えて引っ張られるときに、天秤１９側に向けて刺繍糸Ｓが給糸されるのを許す構成となっている。
【００３０】
１５，１６は糸調子１４よりも下側となる位置で糸調子台９に上，下に離間して設けられた糸ガイドで、該糸ガイド１５，１６は、図３、図４に示す如く左，右方向に延びる板状金具からなり、糸調子台９の下端側で互いに上，下に離間して配設されている。
【００３１】
また、これらの糸ガイド１５と糸ガイド１６には、例えば９個の糸挿通孔１５Ａ，１５Ａ，…（図７、図８に図示）と糸挿通孔１６Ａ，１６Ａ，…（図５〜図８に図示）がそれぞれ左，右に間隔をもって穿設されている。そして、糸ガイド１５，１６の各糸挿通孔１５Ａ，１６Ａには、糸調子１４と天秤１９との間でそれぞれ刺繍糸Ｓが１本ずつ挿通され、これにより、後述の各ミシン針２１に向けた各刺繍糸Ｓの糸経路が形成されるものである。
【００３２】
１７，１７，…は糸ガイド１５，１６間に位置して糸調子台９に穿設された合計９個の透し穴で、該各透し穴１７は、図４に示すように各刺繍糸Ｓの糸経路の途中で該刺繍糸Ｓと対向する位置に配設されている。そして、後述のカメラ３１は、色替え機構８により選択された刺繍糸Ｓに対する撮像を、これらの各透し穴１７のうちいずれか１つの透し穴１７を介して行うものである。
【００３３】
１８は天秤１９よりも下側に位置して針棒ケース７の前面側に設けられた他の糸ガイドで、該糸ガイド１８は、針棒ケース７の幅方向（左，右方向）に延びる板状金具からなり、例えば合計９個の糸挿通部１８Ａ，１８Ａ，…（図７、図８に図示）が糸ガイド１５，１６の各糸挿通孔１５Ａ，１６Ａとほぼ同様に列設されている。
【００３４】
また、糸ガイド１８には、図７、図８に示すように各糸挿通部１８Ａに対応して糸掛け部１８Ｂが合計９個設けられている。そして、上側の糸ガイド１６から導かれる各刺繍糸Ｓは、糸ガイド１８の糸掛け部１８Ｂに挿通した後に、後述する天秤１９の糸挿通孔１９Ｂに向けて引き回し、この糸挿通孔１９Ｂから糸ガイド１８の糸挿通部１８Ａを通して図３、図４に示すミシン針２１側へと導かれるものである。
【００３５】
１９，１９，…はヘッド部５の針棒ケース７から前面側に突出して設けられた天秤で、これらの天秤１９は、図４に示す如く針棒ケース７内に左，右に間隔をもって並べるように配設され、その基端側には図３に示す如く天秤ギヤ１９Ａがそれぞれ設けられている。そして、天秤１９の天秤ギヤ１９Ａは、ヘッド本体６に設けた前記天秤駆動部の駆動ギヤ等に噛合し、主軸１１の回転に従って天秤１９は上，下に揺動されるものである。
【００３６】
この場合、例えば合計９本の天秤１９のうちいずれか１本の天秤１９が、前記色替え機構８で選択されると、選択された天秤１９のみが上，下に揺動される。そして、非選択となった残余の天秤１９は、例えば上死点位置に留まり、その後に色替え機構８で選択されるまでは、この上死点位置に保持されるものである。
【００３７】
また、天秤１９の先端（突出端）側には糸挿通孔１９Ｂが形成され、これらの糸挿通孔１９Ｂには刺繍糸Ｓがそれぞれ挿通されるものである。そして、この状態で天秤１９は、上死点から下死点へと下向きに駆動されるときに、ミシン針２１との間で刺繍糸Ｓに僅かなたるみを与え、刺繍糸Ｓをミシン針２１側に給糸させる。
【００３８】
また、天秤１９は上向きに駆動されるときに、ミシン針２１により刺繍布等に形成した縫い目（いずれも図示せず）と糸調子１４等との間で刺繍糸Ｓを引っ張り上げるようにして刺繍糸Ｓに張力を与え、前記縫い目の糸締めと刺繍糸Ｓの繰り出しとを行うものである。
【００３９】
２０，２０，…は天秤１９の下側に位置して針棒ケース７内に設けられた例えば９個の針棒で、該各針棒２０の下端側にはそれぞれミシン針２１が着脱可能に装着されている。そして、これらの針棒２０およびミシン針２１は、ヘッド本体６に設けられた針棒駆動部（図示せず）により主軸１１の回転に従って上，下に駆動されるものである。
【００４０】
また、これらの針棒２０、ミシン針２１についても、天秤１９と同様に色替え機構８により選択され、選択された針棒２０のみがミシン針２１と共に上，下に往復動されるものである。そして、非選択となった残余の針棒２０はミシン針２１と一緒に図３に示す如く上死点位置に留まり、色替え機構８で選択されるまでは上死点位置に保持されるものである。
【００４１】
この場合、合計９本の針棒２０（天秤１９）のうち、例えば１番目となる針棒２０（天秤１９）を色替え機構８で選択した場合が図５、図７に示す色替え状態に相当し、例えば９番目となる針棒２０（天秤１９）を色替え機構８で選択した場合が図６、図８に示す色替え状態に相当するものである。
【００４２】
２２は図１、図２に示すようにヘッド部５の下側に位置してミシンの基台１上に配設された刺繍枠等の移動枠で、該移動枠２２は刺繍布（図示せず）等を展張状態で保持するものである。そして、移動枠２２は、図１０に示す枠移動機構２３により駆動され、刺繍布と共に基台１上を前，後、左，右（Ｘ軸、Ｙ軸方向）へと水平方向に枠移動されるものである。
【００４３】
そして、このように移動枠２２が枠移動されるときには、これにほぼ連動してヘッド部５側のミシン針２１が上，下に運針されることにより、刺繍布等には刺繍データに対応した刺繍柄が実現されるものである。また、図１に示す如く移動枠２２の下側には、基台１との間に位置して下糸用の回転釜２４等が設けられ、この回転釜２４内には下糸ボビン（図示せず）等が配置されるものである。
【００４４】
２５は図１に示すようにヘッド支持体４上に設けられたミシンの制御装置で、該制御装置２５は、例えばオートマットと呼称されるミシン専用のコントロールユニットからなり、例えば刺繍作業に必要な情報等を表示する表示器２６と、キーボード、ジョグキーおよび複数のスイッチ等からなる入力操作部２７と、フレキシブルディスクまたはＩＣカード等を用いた外部記憶装置２８等とが設けられている。
【００４５】
ここで、制御装置２５は、図１０に例示するように入力側に入力操作部２７、後述のカメラ３１および外部記憶装置２８等が接続され、出力側には色替え機構８、主軸モータ１０、枠移動機構２３、表示器２６および外部記憶装置２８等が接続されている。
【００４６】
また、制御装置２５には、例えばＲＡＭ，ＲＯＭ等の半導体素子を用いた記憶部２５Ａが設けられ、この記憶部２５Ａ内には、後述のカメラ３１で撮像した画像を処理するための画像処理用プログラム（図１１に示す）等が格納されると共に、後述の画素データ等が図１２、図１３等に示す多数のメモリ番地（メモリ上のアドレス）毎にそれぞれ更新可能に格納されるものである。
【００４７】
３１は刺繍糸Ｓを画像として撮像する撮像手段を構成するカメラで、該カメラ３１は、例えばＣＣＤ（電荷転送デバイス）を用いたラインセンサ、デジタルカメラ等により構成され、図５〜図８に示すようにヘッド本体６の上面側にブラケット３２等を介して設けられている。そして、カメラ３１は、図３に示す如くボックス構造をなす糸調子台９の背面側に位置してヘッド本体６上に固定され、刺繍糸Ｓの糸経路の途中で透し穴１７を介して刺繍糸Ｓと対向する定位置に配設されている。
【００４８】
即ち、色替え機構８により刺繍糸Ｓの選択動作（色替え動作）を行うときに、糸調子台９はカメラ３１に対して図５〜図８中の矢示Ａ，Ｂ方向に移動する。そして、色替え動作の完了時には、複数の透し穴１７，１７，…のうちいずれか１つの透し穴１７がカメラ３１と前，後で正対する位置に停止され、この状態でカメラ３１は、前側の透し穴１７を通して刺繍糸Ｓの撮像を行うものである。
【００４９】
ここで、カメラ３１は、図９に示す如くカメラケース３３内に間隔をもって配設された光学レンズ３４と撮像素子３５等とにより構成され、該撮像素子３５としては、例えば２５６画素のＣＣＤラインセンサ等が用いられるものである。そして、撮像素子３５は、例えば１画素が１０〜１４μｍ（ミクロン）角となり、受光部のライン長は３．６ｍｍ程度である。
【００５０】
また、光学レンズ３４の焦点距離を２０ｍｍとした場合に、刺繍糸Ｓから２０ｍｍ離れた位置に光学レンズ３４を配置し、撮像素子３５は、光学レンズ３４から２０ｍｍ離れた位置に配置すればよい。これにより、刺繍糸Ｓと等倍の画像が撮像素子３５で撮像されるものである。
【００５１】
また、光学レンズ３４は凸レンズからなり、そのレンズ径は、撮像素子３５のライン長を３．６ｍｍとした場合に、例えば６〜７ｍｍ程度の外径寸法でよい。この場合、刺繍糸Ｓには例えば０．７ｍｍピッチの撚りが通常は形成され、この撚りに伴って刺繍糸Ｓの外観形状は、図９中に例示する如く撚りによる濃淡を反映した螺旋状の明暗模様（明暗パターン）を呈するものである。
【００５２】
３６はカメラ３１の前方に位置する刺繍糸Ｓに光を照射するランプで、該ランプ３６は、例えば発光ダイオード等を用いて構成され、カメラ３１の前方に位置する刺繍糸Ｓを斜め上方等から明るく照らすものである。そして、ランプ３６から刺繍糸Ｓに対して斜めに光を照射することにより、刺繍糸Ｓの撚りによる明暗パターンを際立たせることができ、例えば撚りによる山の部分は明るく、谷の部分は暗い像としてカメラ３１により撮像される。
【００５３】
なお、赤外線に感度のある撮像素子３５を用いた場合には、ランプ３６を赤外線発光ダイオードで構成するのがよい。これにより、ミシンのオペレータは、ランプ３６からの赤外光に邪魔される（赤外光を気にする）ことなく、ミシン周囲での作業を行うことができる。また、ランプ３６は、ミシンの設置場所等に応じて適宜に用いればよく、照明が無い場合でもカメラ３１による刺繍糸Ｓ等の撮像は可能である。
【００５４】
本実施の形態による多色刺繍ミシンの糸使用量検知装置は、上述の如き構成を有するもので、次に、その作動について説明する。
【００５５】
まず、主軸モータ１０により主軸１１を回転させ、ヘッド部５の天秤駆動部、針棒駆動部を往復動させると、色替え機構８により選択された針棒２０が針棒駆動部によってミシン針２１と共に上，下に駆動され、該ミシン針２１を刺繍布に対して運針させる。
【００５６】
また、色替え機構８により選択された天秤１９についても、天秤駆動部により上，下方向に揺動される。そして、色替え機構８で選択された所望色の刺繍糸Ｓは、天秤１９の上，下動に従って、図２に示す糸立て台１２上の上糸ボビン１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，…のいずれか１つから糸張り器１３、糸調子１４等を介してミシン針２１側に供給される。
【００５７】
ここで、色替え機構８による色替え動作時には、糸調子台９に穿設した複数の透し穴１７，１７，…のうちいずれか１つの透し穴１７が、カメラ３１と前，後で正対する位置に停止され、この状態でカメラ３１は、前側の透し穴１７を通して刺繍糸Ｓを前方視界内に収めつつ、撮像を行うものである。
【００５８】
そして、天秤１９によりミシン針２１側に給糸される刺繍糸Ｓは、カメラ３１の前方視界内を上，下方向に移動しつつ、ミシン針２１の運針動作に伴って移動枠２２側の前記刺繍布に縫付けられる。そして、ミシン針２１が刺繍布に縫い目を形成する毎に、刺繍糸Ｓが天秤１９を介してミシン針２１側へと給糸され、所望の刺繍柄が作成される。
【００５９】
この場合、ミシン針２１は、例えば１針の縫いピッチが最大で１２．７ｍｍであり、このときに主軸１１が１２００ｒｐｍで回転している場合を想定すると、１針分の運針動作に費やされる時間は５０ｍｓとなる。しかし、ミシンの特性から刺繍糸Ｓの繰出しは、主にその半サイクルに集中して実行されるので、１針分の時間は、その半分の２５ｍｓ程度となる。
【００６０】
また、マイクロコンピュータからなる制御装置２５は、例えばカメラ３１からの画像データを読取って後述の如くデータのシフト比較等を行うのに、少なくとも６０〜７０μｓｅｃ程度の処理時間を要するので、前記画像データの読取り、シフト比較に費やされる時間（周期）は、例えば１００μｓｅｃ程度となる。
【００６１】
これにより、制御装置２５は、前述した１針分の時間（２５ｍｓ）の間に、例えば１２．７ｍｍ程度の移動量で移動する刺繍糸Ｓを合計２５０回（サイクル）分の画像データとして読取りつつ、データのシフト比較処理等を繰返しを実行できるものである。
【００６２】
そして、１サイクル間の画像データ（前回の画像データから次なる読取り周期での画像データまで）にわたって刺繍糸Ｓが移動する糸移動量は、ほぼ５０μｍ（１２．７÷２５０≒０．０５）となり、この５０μｍの糸移動量は、１画素を仮に１０μｍとした場合にほぼ５画素分に相当する移動量となる。
【００６３】
また、１針分の糸移動量が、例えば２．５０ｍｍ程度となった場合でも、画像データ１サイクル分の糸移動量は、１０μｍ（２．５０÷２５０＝０．０１）となり、この１０μｍの糸移動量は、１画素を仮に１０μｍとした場合にほぼ１画素分に相当する移動量となる。
【００６４】
これにより、刺繍糸Ｓが０．７ｍｍ程度の撚りピッチを有している場合でも、この撚りピッチよりも十分に小さい間隔で刺繍糸Ｓの画像を読取ることができ、各読取り周期毎の画像データを比較処理することによって、糸移動量が何画素分に相当する移動量であるかを、糸使用量として演算により検知することが可能となる。
【００６５】
そこで、カメラ３１を用いて撮像した刺繍糸Ｓの画像データを、制御装置２５によりシフト比較する場合の画像処理動作について、図１１ないし図１３を参照して具体的に説明する。
【００６６】
まず、図１１に示す画像処理動作がスタートすると、ステップ１で予め決められた読取り周期に達したか否かを判定し、「ＹＥＳ」と判定した場合に次なるステップ２に移り、カメラ３１から刺繍糸Ｓの画像データを、例えば図１２（ａ）に示す如き一次メモリの数値データとして読取る。
【００６７】
カメラ３１の撮像素子３５から出力されるデータは、出力８ビットで、データ値が０〜２５５の値となるのが一般的であり、読取り数値０が最も暗く、２５５が最も明るいデータ値である。なお、以降の説明では、図３に示すカメラ３１で撮像される刺繍糸Ｓのデータ値が、１００を越えない明るさになる場合を例に挙げて説明する。
【００６８】
このため、図１２（ａ）に示す画像データ（数値データ）は、例えば最大値で８８となり、最小値で３４となる明暗（濃淡）データで表される。また、１回の読取り周期で出力される画像データは、例えば２５６画素分の数値データとなるが、図１２、図１３に示すデータは、説明の都合上で約１／１０の２６画素に相当するデータとして表している。
【００６９】
そして、１画素分が１４μｍとなる撮像素子３５を用いた場合、以下の説明では１画素分が１０倍の１４０μｍに相当するものとして述べる。また、最新の画像データ（数値データ）を構成する２６画素分のデータは、制御装置２５の記憶部２５Ａ内に形成された多数のメモリ番地（メモリ上のアドレス）のうち、例えば一次メモリとなるメモリ番地０〜２５にそれぞれ更新可能に格納される。
【００７０】
次に、図１１に示すステップ３の処理では、図１２（ａ）に示す数値データを図１２（ｂ）に示すように各画素毎に２値化する。即ち、図１２（ａ）に示す各画素データは、最大値が８８となり、最小値が３４となっているので、両者の中間値（例えば、最大値と最小値の平均値６１）を閾値（スレッシュホールド値）として中間値６１以上を「１」とし、中間値６１未満を「０」として２値化を行うものである。なお、中間値としては最大値と最小値の単純平均ではなく、一定の比率を乗算した値とすることもできるし、全データの平均値を採用することもできる。
【００７１】
そして、次なるステップ４では、前回の読取り周期において読取った二次メモリの数値データ（前回の画像データ）を読出す。この場合、前回の画像データは、前回の読取り周期において２値化処理が実行されているので、図１２（ｃ）に示すように各画素毎に２値化したデータとなり、例えば二次メモリとなるメモリ番地１００〜１２５にそれぞれ格納されているものである。
【００７２】
次に、図１１に示すステップ５の処理では、図１３（ａ）〜（ｃ）に示す如く前回の画像データと今回の画像データとを各画素毎にシフト比較を行う。即ち、図１３（ａ）に示すシフト比較では、メモリ番地１００〜１２４に格納された前回の画素データを１番地分だけ糸の進行（移動）方向にシフトし、メモリ番地１０１〜１２５にそれぞれ割り当てる。
【００７３】
また、１番地分のシフトにより空き番地となったメモリ番地１００には、画素データが存在しないものとして「−１」を書込み、シフト比較の対象から外すようにする。そして、シフト比較の結果を、図１３（ａ）に示す一致比較として表すようにする。
【００７４】
この場合、今回の画素データと前回の画素データは、例えばメモリ番地１，１０１で不一致となっているので、一致比較を「０」に設定し、例えばメモリ番地２，１０２のように両者が一致する場合には、一致比較を「１」に設定する。また、例えばメモリ番地１０，１１０のように画素データが不一致となる場合も、一致比較を「０」に設定し、例えばメモリ番地１１，１１１のように両者が一致する場合には、一致比較を「１」に設定する。
【００７５】
そして、図１３（ａ）に示す１番地分のシフト比較では、今回の画素データと前回の画素データが、例えば６４％程度の確率で一致していると認識されるものである。
【００７６】
また、図１３（ｂ）に示すシフト比較では、メモリ番地１００〜１２３に格納された前回の画素データを２番地分だけ糸の進行（移動）方向にシフトし、メモリ番地１０２〜１２５にそれぞれ割り当てる。そして、２番地分のシフトにより空き番地となったメモリ番地１００，１０１には、画素データが存在しないものとして「−１」をそれぞれ書込み、シフト比較の対象から外すようにする。
【００７７】
そして、この場合もシフト比較の結果を、図１３（ｂ）の一致比較として表すが、この場合には、今回の画素データと前回の画素データは、例えばメモリ番地２〜２５とメモリ番地１０２〜１２５とにわたって全て一致しているので、一致比較は「１」となって、ほぼ１００％の確率で一致していると認識されるものである。
【００７８】
一方、図１３（ｃ）に示すシフト比較では、メモリ番地１００〜１２４に格納された前回の画素データを３番地分だけ糸の進行（移動）方向にシフトし、メモリ番地１０３〜１２５にそれぞれ割り当てる。そして、３番地分のシフトにより空き番地となったメモリ番地１００，１０１，１０３には、画素データが存在しないものとして「−１」をそれぞれ書込み、シフト比較の対象から外すようにする。
【００７９】
そして、この場合もシフト比較の結果を、図１３（ｃ）の一致比較として表すが、この場合には両者の画素データが、例えばメモリ番地３〜５とメモリ番地１０３〜１０５とで一致し、一致比較はそれぞれ「１」に設定される。しかし、例えばメモリ番地６，７とメモリ番地１０６，１０７のように画素データが不一致となっているので、一致比較はそれぞれ「０」に設定されている。
【００８０】
このように、図１３（ｃ）に示す３番地分のシフト比較では、今回の画素データと前回の画素データが、例えば６５％程度の確率で一致していると認識されるものである。
【００８１】
そして、上記の図１２、図１３に示す今回の画素データと前回の画素データとは、図１３（ｂ）に示す２番地分のシフト比較において、ほぼ１００％の確率で一致しているので、前回の読取りデータから今回の読取りデータ（１サイクル間の画像データ）の間に、２画素分に相当する移動量で刺繍糸Ｓが移動（例えば、ミシン針２１側に向けて供給）されていると識別できる。
【００８２】
そこで、次なるステップ６では、１画素が１４０μｍに対応する場合に、刺繍糸Ｓの移動量を例えば２８０μｍ（１４０×２）として演算する。そして、ステップ７では、例えば刺繍作業を開始してから今回の読取り周期に至るまでの移動量を合計し、移動量の合計値（刺繍糸Ｓの糸使用量）を演算する。
【００８３】
また、ステップ７で刺繍糸Ｓの糸使用量を演算した後には、今回の読取りデータを前回のデータと入れ替えて、前述したメモリ番地１００〜１２５（二次メモリ）に更新可能に格納し、次なる読取り周期に備えてメモリ番地０〜２５（一次メモリ）をクリアにする。そして、その後はステップ８でリターンしつつ、再びステップ１以降の処理を、刺繍作業が完了するまで続行する。
【００８４】
かくして、本実施の形態によれば、ＣＣＤ等の撮像素子３５からなるカメラ３１を用いて撮像した刺繍糸Ｓの画像を、制御装置２５側に予め決められた読取り周期（例えば、１００μｓｅｃ）毎に画像データとして読取り、これらの各読取り周期毎の画像データを、前述したシフト比較等の手段で比較演算する構成としている。
【００８５】
これにより、前回の読取りデータから今回の読取りデータ（１サイクル間の画像データ）の間に刺繍糸Ｓが、何画素分に相当する移動量で移動しているかを演算して求めることができ、刺繍作業の途中であっても、ミシン針２１に実際に供給された刺繍糸Ｓの供給量（糸消費量）を、糸使用量として連続的に計測し続けることができる。
【００８６】
従って、本実施の形態によれば、刺繍等の縫製作業によりミシン針２１に向けて供給される刺繍糸Ｓを、ＣＣＤ等のカメラ３１を用いて撮像することにより、刺繍糸Ｓに全く接触することなく、糸の動き（移動）を細かく追跡するようにモニタすることができ、縫い調子を損なうことなく、糸使用量を高精度に検知することができる。
【００８７】
そして、色替え機構８等により刺繍糸Ｓの色替えが行われたときでも、単一のカメラ３１によって、色替え対象の刺繍糸Ｓを自動的に選択し、この刺繍糸Ｓの動きを撮像して読取ることができ、従来技術のように複数の光電センサ等を用いる必要がなくなり、制御装置２５の処理回路等を含めて全体の構造を簡略化することができる。
【００８８】
しかも、多数色の刺繍糸Ｓに対しても、例えば上糸ボビン１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，…から各刺繍糸Ｓがどの程度の使用量で消費されているかを、制御装置２５側で常に監視し続けることができ、各刺繍糸Ｓ毎の糸管理等を高精度に、かつ容易に行うことができる。
【００８９】
また、前述の如く一次メモリ（メモリ番地０〜２５）の画素データと二次メモリ（メモリ番地１００〜１２５）の画素データをシフト比較する場合には、複数番地分にわたってシフト比較をおこなっても、ノイズの影響等で今回の画素データと前回の画素データが１００％の確率で完全には一致しないことがある。
【００９０】
しかし、このような場合には、各読み取り周期毎の一致率の変化を順次記憶しておくようにすれば、例えば１００％の確率（一致率）に達しないときでも、１００％に近い最大の一致率となるシフト比較の場合を選定することにより、刺繍糸Ｓの移動量が何画素分に相当するかとして演算により求めることができ、ミシン針２１に実際に供給された刺繍糸Ｓの供給量を、糸使用量として細かく検知することができる。
【００９１】
また、図１１中に示す画像処理工程において、ステップ３による画像データの２値化処理は必ずしも必須ではないが、一次メモリ（メモリ番地０〜２５）の画素データと二次メモリ（メモリ番地１００〜１２５）の画素データをシフト比較する場合に、これらのデータをシフト比較に先だって予め２値化しておくことにより、ステップ５によるシフト比較をより効率的に短時間で行うが可能となる。
【００９２】
そして、このような２値化処理は、前述の如く画像データ（各画素データ）の中間値を閾値とし、それより明るい場合を「１」とし、暗い場合を「０」とすることにより、例えば刺繍糸Ｓの色が、赤、青、黄、白、黒色等のように異なる多数色の刺繍糸Ｓに対しても、糸の色違いによるデータ値の違い（バラツキ）等を良好に補正でき、前記シフト比較を安定して行うことが可能となる。
【００９３】
また、刺繍糸Ｓの移動量とメモリ番地のシフト量（何画素分に相当するか）との関係は、カメラ３１に内蔵した光学レンズ３４等の倍率、撮像素子３５のサイズ、撮像素子３５の画素の大きさ等で決められるものであり、前述したシフト比較におけるシフト量（何番地分シフトしたか）により刺繍糸Ｓの移動量を演算して求めることができる。
【００９４】
また、刺繍時等の縫製作業の途中では、刺繍糸Ｓの移動方向が必ずしも一方向ではなく、例えばミシン針２１に向けて供給する方向とは逆向きに戻ることもあるので、前述したシフト比較の処理は、糸の進行方向と戻る方向の両方向で行うのがよく、これによって刺繍糸Ｓの移動量（糸使用量）をより正確に計測して検知することができる。
【００９５】
そして、前述の如く計測した刺繍糸Ｓの移動量データ（糸使用量データ）を制御装置２５内等でデータ処理する場合には、例えば糸移動量が０．１ｍｍに達する毎に１パルスの計数信号（カウント信号）を出力する方法等を採用することにより、制御装置２５内でのデータ処理工程で特別に読取り信号、リセット信号等を出力する必要がなくなり、データ処理の簡略化を図ることができる。
【００９６】
また、ミシンの主軸モータ１０が回転するときに、これに同期した読取りパルスを与えて、一回転毎の移動量データとして制御装置２５または外部の制御装置（図示せず）から読出す方法を取ることもできる。そして、この読取りパルスに従って移動量データを出力した時点で、現在積算した移動量を零にリセットする等、種々の方法で信号処理を行うことができる。
【００９７】
また、カメラ３１からの画像をデータとして読取る周期は、制御装置２５の処理能力が許す範囲で短い周期とすれば、刺繍糸Ｓの移動（糸の消費状態）をより細かく検知することができる。また、刺繍糸Ｓの移動量は、移動枠２２の枠移動量、前記刺繍布の厚さ等によって予め判別することも可能であるから、枠移動量や布厚さ等に応じて前記読取り周期を可変に設定することもできる。
【００９８】
また、制御装置２５は、図１１に例示した画像処理等の手段を用いて刺繍糸Ｓの移動量（糸使用量）を、例えば１画素（１０〜１４μｍ程度）毎にモニタ（監視）することにより、刺繍糸Ｓの糸切れ、下糸の消耗等を短時間で高精度に検出することができる。
【００９９】
この場合、移動枠２２の枠移動量、刺繍布の厚さに対して１針毎の糸使用量（刺繍糸Ｓの移動量）が明らかに少なければ糸切れと判別することができ、例えば縫いピッチ（枠移動量や布厚さで決められる）の５〜７割程度を閾値とし、糸使用量がこの閾値を下回る値（移動量）となったときに、刺繍糸Ｓの糸切れ、または下糸の消耗と判断することができる。
【０１００】
従って、カメラ３１等を用いて糸使用量の変化を検知することにより、刺繍糸Ｓ等の糸切れ（下糸の消耗）を早期に安定して検出することができる。しかも、複数の刺繍糸Ｓ等を用いる多色刺繍ミシンに対しても、単一のカメラ３１（撮像素子３５）を用いて糸使用量を検知することができ、全体の構造を簡素化することができる。
【０１０１】
次に、図１４および図１５は本発明の第２の実施の形態を示し、本実施の形態では前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。しかし、本実施の形態の特徴は、撮像手段を構成するカメラ４１に後述の円筒レンズ４３（シリンドリカルレンズ）を用いたことにある。
【０１０２】
ここで、刺繍糸Ｓを画像として撮像するカメラ４１は、第１の実施の形態で述べたカメラ３１とほぼ同様に構成され、図３等に例示したブラケット３２を用いてヘッド本体６の上面側に取付けられるものである。しかし、この場合のカメラ４１は、カメラケース４２内に円筒レンズ４３を光学レンズ４４および撮像素子４５と共に設けている点で第１の実施の形態とは異なっている。
【０１０３】
そして、円筒レンズ４３は、刺繍糸Ｓと光学レンズ４４との間に位置してカメラケース４２の前端側に設けられ、図１５に示す如く刺繍糸Ｓの像（画像）を糸の太さ方向（左，右方向）に拡大するものである。また、光学レンズ４４、撮像素子４５は、第１の実施の形態で述べた光学レンズ３４、撮像素子３５と同様に構成されている。
【０１０４】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、前記第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができ、円筒レンズ４３を備えたカメラ４１を用いて、刺繍作業時等の縫い調子を損なうことなく、糸使用量を高精度に検知することができる。
【０１０５】
特に、本実施の形態では、円筒レンズ４３を用いて刺繍糸Ｓの像を糸の太さ方向に拡大する構成としているので、カメラ４１の前方視界内で刺繍糸Ｓが、ミシン針２１の運針動作等に伴って左，右方向に糸振れ（振動）する場合でも、カメラ４１の前方視界内に刺繍糸Ｓを収め続けることができ、刺繍糸Ｓが糸振れによってカメラ４２の視界から外れる等の不具合を解消することができる。
【０１０６】
なお、前記各実施の形態では、糸使用量検知装置を多色刺繍ミシンに適用する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば家庭用ミシン、工業用ミシン等、種々のミシンにも適用できる。また、撮像対象となる縫製糸についても、刺繍糸Ｓに限らず、これ以外の縫製用の上糸等、種々の糸にも適用できるものである。
【０１０７】
【発明の効果】
以上詳述した通り、請求項１に記載の発明によれば、糸収納部からミシン針に至る縫製糸の糸経路の途中で該縫製糸と対向する位置に撮像手段を設け、該撮像手段から出力される画像データを予め決められた周期毎に読取って糸使用量を演算する演算手段を備える構成としているので、各読取り周期毎の画像データを比較することにより、前回の読取り周期で読取った画像に対して今回の画像が、例えば画像データの何画素分に相当する移動量で移動しているかを演算して求めることができる。これにより刺繍時等の縫製作業の途中であっても、ミシン針に実際に供給された縫製糸の供給量（糸消費量）を糸使用量として連続的に計測し続けることができ、糸収納部に収納する縫製糸の糸管理等を高精度に、かつ容易に行うことができる。
【０１０８】
また、撮像手段を用いることにより縫製糸の動きをほぼ連続的に撮像しているため、縫製作業を行っている途中で、縫製糸の動きが急激に低下し、例えば縫いピッチに比較して１針当たりの糸使用量が明らかに少なくなった場合には、上糸または下糸の糸切れ（消耗）が発生したものとして判別でき、縫製糸の糸切れ判定等を早期に安定して行うことができる。従って、撮像手段を用いて縫製糸を撮像することにより縫い調子を損なうことなく、糸使用量を高精度に検知できると共に、糸使用量の急激な変化を検出することにより、縫製糸の糸切れまたは下糸の消耗等を早期に安定して検出できる。
【０１０９】
また、請求項２に記載の発明は、多色刺繍を行うため複数の縫製糸のうちヘッド部で選択されてミシン針に供給される縫製糸を、予め決められた位置に設けられた単一の撮像素子により撮像する構成としているので、ミシン針と天秤とをそれぞれ複数個有した多色刺繍ミシンにあっても、単一の撮像素子を用いて各縫製糸の使用量をほぼ連続的に検知することができ、従来技術のように複数の光電センサ等を用いる必要がなくなり、全体の構造を簡素化することができる。
【０１１０】
さらに、請求項３に記載の発明は、各読取り周期の画像データをそれぞれの画素データ毎に２値化することにより、縫製糸の画像を各画素毎に明るい部分と暗い部分とに明暗パターンとして弁別することができる。そして、これらの明暗パターンからなる２値化した各画像データを互いに比較することにより、前回の読取り周期で読取った画像に対して今回の画像が、前記明暗パターン（複数の画素データ）のうち何画素分に相当する移動量で移動しているかを演算でき、縫製糸の移動量を糸使用量として十数ミクロンの単位で細かく検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による糸使用量検知装置が設けられた多色刺繍ミシンを示す正面図である。
【図２】多色刺繍ミシンの一部を破断して示す図１の右側面図である。
【図３】ヘッド部を拡大して示す図２中の要部拡大図である。
【図４】ヘッド部を拡大して示す図１中の要部拡大図である。
【図５】ヘッド本体に設けたカメラ等を図３中の矢示Ｖ−Ｖ方向から拡大して示す断面図である。
【図６】針棒ケース等を色替えのために移動させた状態を示す図５とほぼ同様の断面図である。
【図７】図５と対応した色替え位置での針棒ケース等を示す斜視図である。
【図８】図６と対応した色替え位置での針棒ケース等を示す斜視図である。
【図９】刺繍糸を撮像するカメラ内の構造を示す断面図である。
【図１０】多色刺繍ミシンの制御装置等を示す制御ブロックである。
【図１１】図１０の制御装置による画像処理動作等を示す流れ図である。
【図１２】制御装置の記憶部内に格納された画像データを示すデータ構成図である。
【図１３】制御装置による画像データのシフト比較処理を示すデータ構成図である。
【図１４】第２の実施の形態による糸使用量検知装置のカメラを示す図９とほぼ同様の断面図である。
【図１５】図１４中のカメラを矢示XV−XV方向からみた断面図である。
【符号の説明】
１基台
２，３側枠
４ヘッド支持体
５ヘッド部
６ヘッド本体
７針棒ケース
８色替え機構
９糸調子台
１１主軸
１２糸立て台（糸収納部）
１４糸調子
１５，１６，１８糸ガイド
１７透し穴
１９天秤
２０針棒
２１ミシン針
２２移動枠
２３枠移動機構
２５制御装置
３１，４１カメラ（撮像手段）
３２ブラケット
３４，４４光学レンズ
３５，４５撮像素子
Ｓ刺繍糸（縫製糸）

Claims

主軸の回転に従ってミシン針と天秤をそれぞれ駆動するミシンのヘッド部と、
該ヘッド部のミシン針に前記天秤を介して縫製糸を供給するため該縫製糸を収納した糸収納部と、
該糸収納部から前記ミシン針に至る縫製糸の糸経路の途中で該縫製糸と対向する位置に設けられ、前記糸経路に沿って移動する前記縫製糸を画像として撮像する撮像手段と、
該撮像手段から出力される画像データを予め決められた周期毎に読取り、各読取り周期毎の画像データを比較することにより前記ミシン針に供給された縫製糸の供給量を糸使用量として演算する演算手段とにより構成してなるミシンの糸使用量検知装置。
前記ヘッド部は、多色刺繍を行うため前記ミシン針と天秤とをそれぞれ複数個有し、該各ミシン針と天秤のうちいずれか１つのミシン針と天秤を選択的に駆動する構成とし、
前記糸収納部は、前記ヘッド部の各ミシン針に対し前記縫製糸をそれぞれ天秤を介して供給するため複数の縫製糸を収納し、
前記撮像手段は、これらの複数の縫製糸のうち前記ヘッド部で選択され前記ミシン針に供給される縫製糸を、予め決められた位置で撮像する単一の撮像素子により構成してなる請求項１に記載のミシンの糸使用量検知装置。
前記撮像手段で撮像した縫製糸の画像データは、該縫製糸の長さ方向で複数個に分割された複数の画素データからなり、前記演算手段は、各読取り周期の画像データをそれぞれの画素データ毎に２値化し、これらの２値化した各画像データを互いに比較するときに、前回の読取り周期で読取った画像に対して今回の画像が、前記複数の画素データのうち何画素分に相当する移動量で移動しているかを演算して前記縫製糸の使用量を求める構成としてなる請求項１または２に記載のミシンの糸使用量検知装置。