JP2011194043A

JP2011194043A - ミシン

Info

Publication number: JP2011194043A
Application number: JP2010064437A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Higashikura; 仁東倉
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2010-03-19
Filing date: 2010-03-19
Publication date: 2011-10-06
Also published as: US8463420B2; EP2366824B1; US20110226170A1; EP2366824A1

Abstract

【課題】押圧されていない状態の縫製対象物の厚みを簡単な操作で検出する機能を備えたミシンを提供すること。
【解決手段】投影手段と、投影手段とは異なる位置に取り付けられた撮影手段とを備えたミシンにおいて、模様を投影するための投影画像が作成される（Ｓ４０）。Ｓ４０で作成された投影画像に基づき、模様が縫製対象物に投影される（Ｓ５０）。Ｓ５０で投影された模様を撮影した撮影画像が作成される（Ｓ６０）。Ｓ４０で作成された投影画像と、Ｓ６０で作成された撮影画像とに基づいて、縫製対象物の厚みが算出される（Ｓ８０）。
【選択図】図６

Description

本発明は、投影手段と、撮影手段とを備えたミシンに関する。

従来、縫製の対象となる加工布の厚みを検出する機能を備えた装置が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。特許文献１に記載のミシンは、加工布を押圧する部材に設けられた角度センサによって加工布の厚みを検出し、布厚に応じた位置に、マーキングライトによってポイントマークを照射する。特許文献２に記載の布段検出器は、発光部によって発射され、加工布によって反射された光の光束位置に基づき加工布の厚みを検出する。

特開２００８−１８８１４８号公報特開平５−２６９２８５号公報

角度センサを用いて加工布の厚みが検出される場合、押圧されていない状態の加工布の厚みを検出することができなかった。したがって、例えば、加工布が収縮性を有する素材、又は、中綿を有するキルティング生地である場合には、従来の装置では、押圧されていない状態の厚みを適切に検出できないという問題があった。また、加工布によって反射された光の光束位置に基づき布厚が検出される場合、布厚を検出可能な範囲が非常に狭いという問題があった。このため、所望の位置の布厚を検出するためには、ユーザは検出する対象となる部分を光が照射される狭い部位に配置するという煩雑な作業をしなければならなかった。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、押圧されていない状態の縫製対象物の厚みを簡単な操作で検出する機能を備えたミシンを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、第１態様のミシンは、模様を投影するための投影画像を作成する作成手段と、前記作成手段によって作成された前記投影画像に基づき、前記模様を縫製対象物に投影する投影手段と、前記投影手段とは異なる位置に取り付けられ、且つ、前記投影手段によって投影された前記模様を撮影した撮影画像を作成する撮影手段と、前記作成手段によって作成された前記投影画像と、前記撮影手段によって作成された前記撮影画像とに基づいて、前記縫製対象物の厚みを算出する算出手段とを備えている。

第１態様のミシンは、押圧されていない状態の縫製対象物の厚みを検出することができる。投影手段が模様を投影可能な範囲のうち、撮影手段が投影された模様を撮影可能な範囲に縫製対象物を配置するという簡単な作業によって、縫製対象物の所望の位置の厚みを検出することができる。

第１態様のミシンにおいて、前記算出手段は、前記投影画像に含まれる前記模様の特徴点の座標と、前記撮影画像に含まれる前記模様の特徴点の座標との比較結果に基づいて、前記縫製対象物の厚みを算出し、前記作成手段は、前記算出手段によって前記縫製対象物の厚みが算出された場合に、当該厚みに基づき、前記投影画像を作成してもよい。この場合のミシンは、縫製対象物の厚みに基づき投影画像を作成した場合には、縫製対象物の所定の位置に所定の大きさの模様を正確に投影することができる。

ミシンベッド２の左端に補助テーブル４９が装着された場合のミシン１の斜視図である。ミシンベッド２の左端に刺繍装置３０が装着された場合のミシン１の斜視図である。縫針７の近傍をミシン１の左側からみた図である。プロジェクタ５３の概略構成図である。ミシン１の電気的構成を示すブロック図である。厚み検出処理のフローチャートである。投影範囲Ｑに投影された、特徴点５０１を含む投影画像５００の説明図である。投影処理のフローチャートである。針落ち位置５２１を投影範囲Ｑに投影するための投影画像５２０の説明図である。特徴点５５２から５５６を備える模様５５１を投影範囲Ｑに投影するための投影画像５５０の説明図である。

以下、本発明の第１及び第２の実施形態のミシンについて、図面を参照して順に説明する。なお、これらの図面は、本発明が採用しうる技術的特徴を説明するために用いられるものであり、記載されている装置の構成、各種処理のフローチャート等は、それのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例である。

まず、図１から図５を参照して、第１及び第２の実施形態に共通するミシン１の物理的構成と、電気的構成とについて順に説明する。図１と、図２とにおいて、矢印Ｘの方向を右方向、その反対方向を左方向、矢印Ｙの方向を前方向、その反対方向を後方向と言う。図１と、図２とのように、ミシン１は、ミシンベッド２と、脚柱部３と、アーム部４とを備えている。ミシンベッド２は、左右方向に長く伸びている。脚柱部３は、ミシンベッド２の右端部から上方へ立設されている。アーム部４は、脚柱部３の上端から左方へ延びている。アーム部４の左先端部には、頭部５がある。脚柱部３の正面には、表面にタッチパネル１６を備えた液晶ディスプレイ（以下、「ＬＣＤ」と言う。）１０が設けられている。ＬＣＤ１０には、例えば、縫製模様又は縫製条件の入力キーが表示される。ＬＣＤ１０に表示された画像に対応したタッチパネル１６の箇所を、指又は専用のタッチペンを用いて押圧操作すること（以下、この操作を「パネル操作」と言う。）によって、ユーザは縫製模様及び縫製条件を含む条件を選択できる。

ミシンベッド２の内部には、送り歯前後動機構（図示せず）と、送り歯上下動機構（図示せず）と、パルスモータ７８（図５参照）と、釜（図示せず）とが収納されている。送り歯前後動機構と、送り歯上下動機構とはそれぞれ、送り歯（図示せず）を駆動させる。パルスモータ７８は、送り歯による縫製対象物（図示せず）の送り量を調整する。釜は下糸（図示せず）が巻回されたボビン（図示せず）を収納する。ミシンベッド２の左端には、図１の補助テーブル４９又は図２の刺繍装置３０が装着される。図２のように刺繍装置３０がミシンベッド２の左端に装着されると、刺繍装置３０は、ミシン１と電気的に接続された状態となる。刺繍装置３０の詳細については後述する。

脚柱部３とアーム部４との内部には、ミシンモータ７９（図５参照）と、主軸（図示せず）と、針棒６（図２参照）と、針棒上下動機構（図示せず）と、針振り機構（図示せず）とが収納されている。図２のように、針棒６の下端部には、縫針７が装着される。針棒上下動機構は、ミシンモータ７９を駆動源として針棒６を上下動させる。針振り機構は、パルスモータ７７（図５参照）を駆動源として針棒６を左右方向に揺動させる。図２のように、針棒６の後方には、上下方向に伸びる押え棒４５がある。押え棒４５の下端部には、押えホルダ４６が固定されている。押えホルダ４６には、縫製対象物（図示せず）を押さえる押え足４７が装着されている。

アーム部４には、開閉カバー２１が取り付けられている。開閉カバー２１は、アーム部４の長手方向に設けられ、アーム部４の上後端部に左右方向向きの軸回りに開閉可能に支持されている。開閉カバー２１を開けた状態の、アーム部４の上部中央近傍には、糸収容部２３が設けられている。糸収容部２３は、ミシン１に糸を供給する糸駒２０を収容するための凹部である。糸収容部２３の脚柱部３側の内壁面には、頭部５に向かって突出する糸立棒２２が設けられている。糸駒２０は、糸駒２０が備える挿入孔（図示せず）が糸立棒２２に挿入されて装着される。図示しないが、糸駒２０の糸は、上糸として、頭部５に設けられた複数の糸掛部を経由して、針棒６に装着された縫針７（図２参照）に供給される。ミシン１は、糸掛部として、例えば、糸調子器と、糸取バネと、天秤とを備える。糸調子器と、糸取バネとはそれぞれ、上糸の糸張力を調整する。天秤は、上下に往復駆動して上糸を引き上げる。

ミシン１の右側面には、プーリ（図示せず）が設けられている。プーリは、手動で主軸（図示せず）を回転させ、針棒６を上下動させる。頭部５と、アーム部４との正面には、正面カバー１９が設けられている。正面カバー１９には、スイッチ群４０が設けられている。スイッチ群４０に含まれるスイッチとして、例えば、縫製開始・停止スイッチ４１と、速度調整摘み４３とが設けられている。縫製開始・停止スイッチ４１は、縫製の開始と、停止とを指示するスイッチである。ミシン１の停止中に縫製開始・停止スイッチ４１が押圧されるとミシン１の運転が開始され、ミシン１の運転中に縫製開始・停止スイッチ４１が押圧されるとミシン１の運転が停止される。速度調整摘み４３は、主軸の回転速度を調整する。正面カバー１９の内部であって、縫針７からみて右斜め上方の位置には、イメージセンサ５０（図３参照）が設置されている。

図３を参照して、イメージセンサ５０について説明する。イメージセンサ５０は、周知のＣＭＯＳイメージセンサであり、ミシンベッド２と、ミシンベッド２上に設けられる針板８０とを撮影可能な位置に取り付けられる。本実施形態では、イメージセンサ５０は、ミシン１のフレーム（図示せず）に取り付けられた支持フレーム５１に取り付けられている。イメージセンサ５０は、縫針７の針落ち位置Ｎ近傍の所定の撮影範囲を撮影し、入射した光を電気信号に変換した画像データを出力する。針落ち位置Ｎとは、針棒６が針棒上下機構（図示外）により下方へ移動され、縫針７が縫製対象物を貫通する位置（点）のことをいう。以下、イメージセンサ５０が、入射した光を電気信号に変換した画像データを出力することを、「イメージセンサ５０が、画像を作成する」とも言う。

図１と、図２とのように、頭部１４の左前部には、画像を縫製対象物３４上に投影するプロジェクタ５３が取り付けられている。プロジェクタ５３の大部分は頭部１４の内部に収容されており、一対の調節ネジ５４が頭部１４の外部に突出している。調節ネジ５４は、投影される画像（「投影画像」と言う。）のサイズ及び焦点をそれぞれ調整するネジである。プロジェクタ５３は、ミシンベッド１１の針落ち位置Ｎを含む所定の投影範囲Ｑに、画像を投影する。本実施形態では、プロジェクタ５３は、ミシンベッド１１上に配置された縫製対象物、又は刺繍枠３２に保持された縫製対象物３４の表面に、縫製対象物の厚みを特定するための投影画像を投影する。詳しい説明は省略するが、プロジェクタ５３は、縫製対象物に対して斜め上方から投影画像を投影するので、投影画像には画像の歪みを補正する処理がされているものとする。

図４のように、プロジェクタ５３は、筐体５５と、光源５６と、液晶パネル５７と、結像レンズ５８とを備えている。本実施形態では、筐体５５は筒状に形成されている。筐体５５は、針落ち位置Ｎ近傍がその軸線上に位置するように、下方に向かって後方且つ右方へ傾斜する姿勢で、頭部１４内の機枠に固定されている。光源５６としては、例えば、メタルハライド系の放電ランプを採用することができる。液晶パネル５７は、光源５６からの光を変調し、投影画像を表すデータに基づき、投影される画像の画像光を形成する。結像レンズ５８は、筐体５５に設けられた投光用開口部５９を通して、液晶パネル５７によって形成された画像光を、焦点位置にある縫製対象物の針落ち位置Ｎを含む投影範囲Ｑ（図２参照）に結像させる。投影範囲Ｑは、左右方向の長さが８０ｍｍであり、前後方向の長さが６０ｍｍである矩形範囲である。本実施形態では、プロジェクタ５３の投影範囲Ｑと、前述したイメージセンサ５０の撮影範囲とは、一致するように設定されている。

次に、図２を参照して、刺繍装置３０について説明する。刺繍装置３０は、キャリッジ（図示せず）と、キャリッジカバー３３と、前後移動機構（図示せず）と、左右移動機構（図示せず）と、刺繍枠３２とを備える。キャリッジは、刺繍枠３２を着脱可能に保持する。キャリッジの右方には、刺繍枠３２が装着される凹溝部（図示せず）が設けられている。凹溝部は、キャリッジの長手方向に沿って伸長している。キャリッジカバー３３は、概略、前後方向に長い直方体状の形状を有し、キャリッジを収容する。キャリッジカバー３３の内部には、前後移動機構（図示せず）が設けられている。前後移動機構は、Ｙ軸モータ８２（図５参照）を駆動源として、刺繍枠３２が装着されたキャリッジを前後方向に移動させる。左右移動機構は、刺繍装置３０の本体内に設けられている。左右移動機構は、Ｘ軸モータ８１（図５参照）を駆動源として、刺繍枠３２が装着されたキャリッジと、前後移動機構と、キャリッジカバー３３とを左右方向に移動させる。刺繍枠３２は図１のサイズのものだけでなく、図示はしないが様々なサイズの刺繍枠が用意されている。

Ｙ軸モータ８２と、Ｘ軸モータ８１とに対する駆動指令は、刺繍座標系での座標で表される移動量に基づき、後述するＣＰＵ６１（図５参照）によって出力される。刺繍座標系は、刺繍枠３２の移動量をＸ軸モータ８１及びＹ軸モータ８２に指示するための座標系である。刺繍座標系は、左右移動機構の移動方向である左右方向がＸ軸方向であり、前後移動機構の移動方向であるの前後方向がＹ軸方向である。本実施形態の刺繍座標系では、刺繍枠３２の縫製領域の中心が、縫針７の鉛直下方にある場合をＸＹ平面の原点位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（０，０，Ｚ）としている。本実施形態の刺繍装置３０は、刺繍枠３２をＺ方向（ミシン１の上下方向）には移動させないので、加工布等の縫製対象物３４の厚みに応じてＺが決定される。刺繍枠３２の移動量は、ＸＹ平面の原点位置を基準位置として設定される。

次に、図５を参照して、ミシン１の主な電気的構成について説明する。図５のように、ミシン１は、ＣＰＵ６１と、ＲＯＭ６２と、ＲＡＭ６３と、ＥＥＰＲＯＭ６４と、外部アクセスＲＡＭ６５と、入出力インターフェイス（Ｉ／Ｏ）６６とを備え、これらはバス６７によって相互に接続されている。

ＣＰＵ６１は、ミシン１の主制御を司り、ＲＯＭ６２等に記憶されたプログラムに従って、各種処理を実行する。ＲＯＭ６２は、プログラム記憶エリアを含む複数の記憶エリアを備える。プログラム記憶エリアには、ＣＰＵ６１によって実行されるプログラムが記憶されている。ＲＡＭ６３は、任意に読み書き可能な記憶素子である。ＲＡＭ６３には、例えば、ＣＰＵ６１がプログラムを実行する際に必要なデータと、ＣＰＵ６１による演算結果とが記憶される。ＥＥＰＲＯＭ６４は、読み書き可能な記憶素子であり、プログラム記憶エリアに記憶されている各種プログラムが実行される際に使用される各種パラメータが記憶されている。ＥＥＰＲＯＭ６４の記憶エリアについては後述する。外部アクセスＲＡＭ６５には、カードスロット１７が接続されている。カードスロット１７は、メモリカード１８と接続可能である。カードスロット１７とメモリカード１８とを接続すれば、ミシン１は、メモリカード１８の情報の読み取りと、メモリカード１８に情報の書き込みとを行うことができる。

入出力インターフェイス６６には、縫製開始・停止スイッチ４１と、速度調整摘み４３と、タッチパネル１６と、イメージセンサ５０と、駆動回路７０から７６と、光源５６とが電気的に接続されている。駆動回路７０は、パルスモータ７７を駆動させる。パルスモータ７７は、針振り機構（図示せず）の駆動源である。駆動回路７１は、送り量調整用のパルスモータ７８を駆動させる。駆動回路７２は、ミシンモータ７９を駆動させる。ミシンモータ７９は、主軸（図示せず）の駆動源である。駆動回路７３は、Ｘ軸モータ８１を駆動させる。駆動回路７４は、Ｙ軸モータ８２を駆動させる。駆動回路７５はＬＣＤ１０を駆動させる。駆動回路７６は、プロジェクタ５３の液晶パネル５７を駆動させる。入出力インターフェイス６６には、図示しない他の構成要素が適宜接続される。

次に、ＥＥＰＲＯＭ６４の記憶エリアについて説明する。図示しないが、ＥＥＰＲＯＭ６４は、設定記憶エリアと、内部変数記憶エリアと、外部変数記憶エリアとを備えている。設定記憶エリアには、ミシン１が各種処理を実行する際に使用する設定値が記憶されている。設定値としては、例えば、刺繍枠の種類と、縫製領域との対応が記憶されている。

内部変数記憶エリアには、イメージセンサ５０と、プロジェクタ５３とのそれぞれの内部変数が記憶される。イメージセンサ５０の内部変数は、イメージセンサ５０の特性に基づいて生じる焦点距離と、主点座標のずれと、撮影した画像の歪みとをそれぞれ補正するためのパラメータである。内部変数記憶エリアには、内部変数として、Ｘ軸焦点距離と、Ｙ軸焦点距離と、Ｘ軸主点座標と、Ｙ軸主点座標と、第一歪み係数と、第二歪み係数とが記憶される。Ｘ軸焦点距離は、イメージセンサ５０のＸ軸方向の焦点距離のずれを示す。Ｙ軸焦点距離は、Ｙ軸方向の焦点距離のずれを示す。Ｘ軸主点座標は、イメージセンサ５０のＸ軸方向の主点のずれを示す。Ｙ軸主点座標は、Ｙ軸方向の主点のずれを示す。第一歪み係数と第二歪み係数とはそれぞれ、イメージセンサ５０のレンズの傾きによる歪みを示す。内部変数は、例えば、ミシン１が撮影した画像を正規化画像に変換する処理と、ミシン１が縫製対象物３４上の位置情報を算出する処理とで用いられる。正規化画像は、正規化カメラで撮影した画像である。正規化カメラとは、光学中心からスクリーン面までの距離が単位長であるようなカメラである。

イメージセンサ５０と、プロジェクタ５３とは、光学的なモデルは同様である。このため、プロジェクタ５３は、イメージセンサ５０と同様の外部変数と、内部変数とを有すると考えることができる。内部変数記憶エリアには、プロジェクタ５３についても、イメージセンサ５０と同様の内部変数が記憶されている。

外部変数記憶エリアには、イメージセンサ５０と、プロジェクタ５３とのそれぞれの外部変数が記憶される。イメージセンサ５０の外部変数は、ワールド座標系１００に対するイメージセンサ５０の設置状態（位置及び向き）を示すパラメータである。つまり、外部変数とは、カメラ座標系２００と、ワールド座標系１００とのずれを示すパラメータである。カメラ座標系２００は、イメージセンサ５０の三次元座標系である。図２ではカメラ座標系２００を模式的に示している。ワールド座標系１００は、空間全体を示す座標系である。ワールド座標系１００は、撮影対象物の重心等の影響を受けることのない座標系である。本実施形態では、ワールド座標系１００と、刺繍座標系とを一致させている。

外部変数記憶エリアには、イメージセンサ５０の外部変数として、Ｘ軸回転ベクトルと、Ｙ軸回転ベクトルと、Ｚ軸回転ベクトルと、Ｘ軸並進ベクトルと、Ｙ軸並進ベクトルと、Ｚ軸並進ベクトルとが記憶される。Ｘ軸回転ベクトルは、カメラ座標系２００のワールド座標系１００に対するＸ軸周りの回転を示し、Ｙ軸回転ベクトルは、Ｙ軸周りの回転を示し、Ｚ軸回転ベクトルは、Ｚ軸周りの回転を示す。Ｘ軸回転ベクトルと、Ｙ軸回転ベクトルと、Ｚ軸回転ベクトルとは、ワールド座標系１００の三次元座標をカメラ座標系２００の三次元座標へ変換する転換行列及び、カメラ座標系２００の三次元座標をワールド座標系１００の三次元座標へ変換する転換行列を決定する際に使用される。Ｘ軸並進ベクトルはワールド座標系１００に対するカメラ座標系２００のＸ軸方向のずれを示し、Ｙ軸並進ベクトルはＹ軸方向のずれを示し，Ｚ軸並進ベクトルはＺ軸方向のずれを示す。Ｘ軸並進ベクトルと、Ｙ軸並進ベクトルと、Ｚ軸並進ベクトルとは、ミシン１がワールド座標系１００の三次元座標をカメラ座標系２００の三次元座標へ変換する並進ベクトル及び、カメラ座標系２００の三次元座標をワールド座標系１００の三次元座標へ変換する並進ベクトルを決定する際に使用される。Ｘ軸回転ベクトルと、Ｙ軸回転ベクトルと、Ｚ軸回転ベクトルとに基づいて決定される、ワールド座標系１００の三次元座標をカメラ座標系２００の三次元座標に変換するための３×３の回転行列を、イメージセンサ５０の回転行列Ｒ_ｃとする。Ｘ軸並進ベクトルと、Ｙ軸並進ベクトルと、Ｚ軸並進ベクトルとに基づいて決定される、ワールド座標系１００の三次元座標をカメラ座標系２００の三次元座標に変換するための３×１の並進ベクトルを、イメージセンサ５０の並進ベクトルｔ_ｃとする。

プロジェクタ５３の外部変数は、ワールド座標系１００に対するプロジェクタ５３の設置状態（位置及び向き）を示すパラメータである。つまり、プロジェクタ５３の外部変数とは、プロジェクタ座標系３００と、ワールド座標系１００とのずれを示すパラメータである。プロジェクタ座標系３００は、プロジェクタ５３の三次元座標系である。図１ではプロジェクタ座標系３００を模式的に示している。外部変数記憶エリアには、プロジェクタ５３の外部変数として、イメージセンサ５０と同様の外部変数が記憶されている。プロジェクタ５３のＸ軸回転ベクトルと、Ｙ軸回転ベクトルと、Ｚ軸回転ベクトルとに基づいて決定される、ワールド座標系１００の三次元座標をプロジェクタ座標系３００の三次元座標に変換するための３×３の回転行列を、プロジェクタ５３の回転行列Ｒ_ｐとする。プロジェクタ５３のＸ軸並進ベクトルと、Ｙ軸並進ベクトルと、Ｚ軸並進ベクトルとに基づいて決定される、ワールド座標系１００の三次元座標をプロジェクタ座標系３００の三次元座標に変換するための３×１の並進ベクトルを、プロジェクタ５３の並進ベクトルｔ_ｐとする。

次に、図６と図７とを参照して、第１の実施形態のミシン１で実行される厚み検出処理について説明する。厚み検出処理では、プロジェクタ５３によって縫製対象物に投影された画像（以下、「投影画像」という。）を、イメージセンサ５０によって撮影することによって、縫製対処物の厚みが検出される。図６の厚み検出処理を実行するためのプログラムはＲＯＭ６２に記憶されている。投影処理は、ユーザがパネル操作によって指示を入力した場合に、ＲＯＭ６２に記憶されたプログラムに従って、ＣＰＵ６１が実行する。

図６のように、厚み検出処理では、まず、厚みに初期値が設定され、設定された厚みはＲＡＭ６３に記憶される（Ｓ１０）。厚みの初期値は、ミシンベッド２の左端に図１の補助テーブル４９が装着されているか又は図２の刺繍装置３０が装着されているかに応じて異なる。厚みの初期値は、縫製対象物の厚みが０であると仮定して設定された値である。刺繍装置３０が入出力インターフェイス６６に電気的に接続されている場合、ミシンベッド２の左端に刺繍装置３０が装着されていると判断され、刺繍装置３０に対応する初期値が厚みに設定される。刺繍装置３０が入出力インターフェイス６６に電気的に接続されていない場合、ミシンベッド２の左端に補助テーブル４９が装着されていると判断され、補助テーブル４９に応じた初期値が厚みに設定される。

投影画像が投影される前の状態で、縫製対象物が撮影され、撮影によって作成された画像が初期画像としてＲＡＭ６３に記憶される（Ｓ２０）。Ｓ２０で作成される初期画像は、投影画像を撮影した画像（以下、「撮影画像」という。）から特徴点を抽出する処理で利用される。次に、プロジェクタ５３が縫製対象物に特徴点を投影するための、特徴点の画像座標が算出され、算出された特徴点の画像座標はＲＡＭ６３に記憶される（Ｓ３０）。Ｓ３０で算出される画像座標は、投影画像の画像座標である。画像座標は、画像中の位置に応じて決定される座標である。本実施形態では、投影範囲Ｑの中央に投影される特徴点５０１を投影する場合の、特徴点５０１の座標が算出される。Ｓ３０では、縫製対象物の厚みがＳ１０で設定された値であると仮定して算出される。

特徴点のワールド座標系１００の三次元座標をＭｗ（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｚｗ）とした場合、Ｘｗ，Ｙｗは予め定められた値である。ＺｗはＳ１０で設定された初期値である。投影画像の画像座標ｍ′＝（ｕ′，ｖ′）^Ｔは下記の手順で算出される。（ｕ′，ｖ′）^Ｔは、（ｕ′，ｖ′）の転置行列である。まず、式（１）に基づき、特徴点のワールド座標系１００の三次元座標Ｍｗ（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｚｗ）がプロジェクタ座標系３００の点の三次元座標Ｍｐ（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｚｐ）に変換される。
Ｍｐ＝Ｒ_ｐＭｗ＋ｔ_ｐ・・・・・式（１）
式（１）において、Ｒ_ｐは、ＥＥＰＲＯＭ６４に記憶された、ワールド座標系１００の三次元座標をプロジェクタ座標系３００の三次元座標に変換する場合の回転行列である。ｔ_ｐは、ＥＥＰＲＯＭ６４に記憶された、ワールド座標系１００の三次元座標をプロジェクタ座標系３００の三次元座標に変換する場合の並進ベクトルである。

次に、式（２）と、式（３）とに基づき、特徴点のプロジェクタ座標系３００の三次元座標がプロジェクタ座標系３００の正規化画像上の座標（ｘ′，ｙ′）に変換される。
ｘ′＝Ｘｐ／Ｚｐ・・・・・式（２）
ｙ′＝Ｙｐ／Ｚｐ・・・・・式（３）
さらに、式（４）と、式（５）とに基づき、正規化プロジェクタに対してプロジェクタ５３の投影レンズの歪みを加味した座標（ｘ″，ｙ″）が算出される。正規化プロジェクタとは、光学中心からスクリーン面までの距離が単位長であるようなプロジェクタである。
ｘ″＝ｘ′×（１＋ｋ_１×ｒ^２＋ｋ_２×ｒ^４）・・・・・式（４）
ｙ″＝ｙ′×（１＋ｋ_１×ｒ^２＋ｋ_２×ｒ^４）・・・・・式（５）
式（４）と、式（５）とにおいて、ｋ_１は、プロジェクタ５３の第一歪み係数である。ｋ_２は、プロジェクタ５３の第二歪み係数である。ｒ^２＝ｘ′^２＋ｙ′^２である。

次に、式（６）と、式（７）とに基づき、座標（ｘ″，ｙ″）が、投影画像の画像座標（ｕ′，ｖ′）に変換される。
ｕ′＝ｆｘ×ｘ″＋ｃｘ・・・・・式（６）
ｖ′＝ｆｙ×ｙ″＋ｃｙ・・・・・式（７）
式（６）と、式（７）とにおいて、ｆｘと、ｃｘと、ｆｙと、ｃｙとはそれぞれ、プロジェクタ５３の内部変数である。具体的には、ｆｘは、Ｘ軸焦点距離である。ｃｘは、Ｘ軸主点座標である。ｆｙは、Ｙ軸焦点距離である。ｃｙは、Ｙ軸主点座標である。

次に、プロジェクタ５３に、Ｓ３０で算出された特徴点の画像座標に基づき投影画像が作成され、作成された投影画像はＲＡＭ６３に記憶される（Ｓ４０）。Ｓ４０では、Ｓ３０で算出された画像座標の位置に特徴点が配置された画像が作成される。次に、Ｓ４０で作成された投影画像の縫製対象物への投影が開始される（Ｓ５０）。Ｓ５０では、プロジェクタ５３の光源５６がＯＮにされ、Ｓ４０で作成された投影画像に基づいて液晶パネル５７が駆動され、縫製対象物上の投影範囲Ｑ（図２参照）に向けて、投影画像５００の投影が開始される。Ｓ５０では、例えば、図７のように投影範囲Ｑに特徴点５０１が投影される。

次に、イメージセンサ５０によって撮影範囲が撮影され、撮影によって取得された画像が撮影画像としてＲＡＭ６３に記憶される（Ｓ６０）。本実施形態では、イメージセンサ５０の撮影範囲と、プロジェクタ５３の投影範囲Ｑとが一致する。ただし、縫製対象物の厚みによっては、投影範囲Ｑと撮影範囲とが部分的に一致しない場合がある。撮影画像には、プロジェクタ５３によって投影された特徴点５０１を表す画像が含まれる。

次に、縫製対象物の厚みが算出され、算出された厚みはＲＡＭ６３に記憶される（Ｓ８０）。Ｓ８０では、Ｓ３０で算出された投影画像中の特徴点５０１の座標と、Ｓ６０で取得された撮像画像中の特徴点５０１の座標と、イメージセンサ５０のパラメータと、プロジェクタ５３のパラメータとに基づき縫製対象物の厚みが算出される。

Ｓ８０では、特徴点のワールド座標系１００の三次元座標が算出される。特徴点のワールド座標系１００の三次元座標は、２つの異なる位置に配置されたカメラによって撮影された対応点（特徴点）の三次元座標を、２つのカメラ間の視差を利用して算出する方法を応用した方法によって算出される。視差を利用した算出方法では、以下のようにカメラ座標系の三次元座標が算出される。縫製対象物の位置が変更されない条件のもと、異なる位置に配置された２つのカメラによって撮影された対応点の画像座標ｍ＝（ｕ，ｖ）^Ｔと、ｍ′＝（ｕ′，ｖ′）^Ｔとが既知であれば、方程式（８）と、方程式（９）とが得られる。
ｓｍ_ａｖ＝ＰＭｗ_ａｖ・・・・式（８）
ｓ′ｍ_ａｖ′＝Ｐ′Ｍｗ_ａｖ・・・・式（９）

式（８）と式（９）とにおいて、Ｐは、画像座標ｍ＝（ｕ，ｖ）^Ｔを得たカメラの射影行列であり、Ｐ′は、画像座標ｍ′＝（ｕ′，ｖ′）^Ｔを得たカメラの射影行列である。射影行列は、カメラの内部変数と、外部変数とを含む行列である。ｍ_ａｖは、ｍの拡張ベクトルである。ｍ_ａｖ′は、ｍ′の拡張ベクトルである。Ｍｗ_ａｖは、Ｍｗの拡張ベクトルである。Ｍｗは、ワールド座標系１００の三次元座標である。拡張ベクトルは、与えられたベクトルに対して要素１を加えたものである。例えば、ｍ＝（ｕ，ｖ）^Ｔの拡張ベクトルは、ｍ_ａｖ＝（ｕ，ｖ，１）^Ｔである。ｓと、ｓ′とは、スカラーを表す。

方程式（８）と方程式（９）とから、式（１０）が導かれる。
ＢＭｗ＝ｂ・・・・式（１０）
式（１０）において、Ｂは４行３列の行列であり、Ｂのｉ行ｊ列の要素Ｂｉｊは式（１１）で示される。ｂは式（１２）で示される。
（Ｂ_１１，Ｂ_２１，Ｂ_３１，Ｂ_４１，Ｂ_１２，Ｂ_２２，Ｂ_３２，Ｂ_４２，Ｂ_１３，Ｂ_２３，Ｂ_３３，Ｂ_４３）＝（ｕｐ_３１−ｐ_１１，ｖｐ_３１−ｐ_２１，ｕ′ｐ_３１′−ｐ_１１′，ｖ′ｐ_３１′−ｐ_２１′，ｕｐ_３２−ｐ_１２，ｖｐ_３２−ｐ_２２，ｕ′ｐ_３２′−ｐ_１２′，ｖ′ｐ_３２′−ｐ_２２′，ｕｐ_３３−ｐ_１３，ｖｐ_３３−ｐ_２３，ｕ′ｐ_３３′−ｐ_１３′，ｖ′ｐ_３３′−ｐ_２３′）・・・・式（１１）
ｂ＝［ｐ_１４−ｕｐ_３４，ｐ_２４−ｖｐ_３４，ｐ_１４′−ｕ′ｐ_３４′，ｐ_２４′−ｖ′ｐ_３４′］^Ｔ・・・・式（１２）
式（１１）と式（１２）とについて、ｐ_ｉｊは、Ｐのｉ行ｊ列の要素であり、ｐ_ｉｊ′は、Ｐ′のｉ行ｊ列の要素である。［ｐ_１４−ｕｐ_３４，ｐ_２４−ｖｐ_３４，ｐ_１４′−ｕ′ｐ_３４′，ｐ_２４′−ｖ′ｐ_３４′］^Ｔは、［ｐ_１４−ｕｐ_３４，ｐ_２４−ｖｐ_３４，ｐ_１４′−ｕ′ｐ_３４′，ｐ_２４′−ｖ′ｐ_３４′］の転置行列である。
よってＭｗは、式（１３）で表される。
Ｍｗ＝Ｂ^＋ｂ・・・・式（１３）
式（１３）において、Ｂ^＋は、行列Ｂの擬似逆行列を表す。

イメージセンサ５０と、プロジェクタ５３とは、光学的なモデルは同じであるため、２種類のカメラがある場合を当てはめることができる。特徴点を対応点とする。特徴点の撮影画像の画像座標をｍ＝（ｕ，ｖ）^Ｔとする。撮影画像中の特徴点は、撮影画像と、初期画像との差分をとることによって特定される。特徴点の投影画像の画像座標をｍ′＝（ｕ′，ｖ′）^Ｔとする。式（８）のＰに、イメージセンサ５０の射影行列を設定する。イメージセンサ５０の射影行列は、式（１４）で表される。同様に、式（９）のＰ′に、プロジェクタ５３の射影行列を設定する。プロジェクタ５３の射影行列は、式（１５）で表される。
Ｐ＝Ａ_ｃ［Ｒ_ｃ，ｔ_ｃ］・・・・式（１４）
Ｐ′＝Ａ_ｐ［Ｒ_ｐ，ｔ_ｐ］・・・・式（１５）

式（１４）において、Ａ_ｃは、イメージセンサ５０の内部変数である。Ｒ_ｃは、ワールド座標系１００の三次元座標をカメラ座標系２００の三次元座標に変換するための回転行列である。ｔ_ｃは、ワールド座標系１００の三次元座標をカメラ座標系２００の三次元座標に変換するための並進ベクトルである。式（１５）において、Ａ_ｐは、プロジェクタ５３の内部変数である。Ｒ_ｐは、ワールド座標系１００の三次元座標をプロジェクタ座標系３００の三次元座標に変換するための回転行列である。ｔ_ｐは、ワールド座標系１００の三次元座標をプロジェクタ座標系３００の三次元座標に変換するための並進ベクトルである。これらの変数は、ＥＥＰＲＲＯＭ６４に記憶されている。以上から得られたｍと、ｍ′と、Ｐと、Ｐ′とを用いた、式（１３）に基づきワールド座標系１００の三次元座標Ｍｗが算出される。特徴点のワールド座標系１００の三次元座標Ｍｗ（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｚｗ）のうち、Ｚｗは縫製対象物の厚みを表す。厚み検出処理は以上で終了する。

以上のように、ＣＰＵ６１は厚み検出処理を実行する。Ｓ４０を実行するＣＰＵ６１は、本発明の「作成手段」として機能する。プロジェクタ５３は、本発明の「投影手段」に相当する。イメージセンサ５０は、本発明の「撮影手段」に相当する。Ｓ８０において、Ｓ４０で作成された投影画像と、Ｓ６０で作成された撮影画像とに基づいて、縫製対象物の厚みを算出するＣＰＵ６１は、本発明の「算出手段」として機能する。

第１の実施形態のミシン１によれば、押圧されていない状態の縫製対象物の厚みを検出することができる。プロジェクタ５３の投影範囲Ｑのうち、イメージセンサ５０が投影された模様を撮影可能な範囲に縫製対象物を配置するという簡単な作業によって、縫製対象物の所望の位置の厚みを検出することができる。

次に、第２の実施形態のミシン１によって実行される投影処理について図８から図１０を参照して説明する。投影処理では、特徴点を含む模様を縫製対象物に投影するための投影画像が縫製対象物に投影される。投影画像の作成に用いられる縫製対象物の厚みには、上述の厚み検出処理と同様の初期値又は投影画像と撮影画像とに基づいて算出した値とのいずれかが設定される。図８の投影処理を実行するためのプログラムはＲＯＭ６２（図５参照）に記憶されている。投影処理は、ユーザがパネル操作によって指示を入力した場合に、ＲＯＭ６２に記憶されたプログラムに従って、ＣＰＵ６１（図５参照）が実行する。図８において、図６の厚み検出処理と同様の処理が実行される場合には、同じステップ番号が付与されている。図６の厚み検出処理と同様な処理が実行される処理については説明を簡略化する。

図８のように、投影処理ではまず、図６の厚み検出処理と同様のＳ１０と、Ｓ２０とが実行される。Ｓ３５では、投影する予定の模様に含まれる特徴点の座標が算出され、算出された特徴点の座標はＲＡＭ６３に記憶される。一巡目のＳ３５の処理は図６の厚み検出処理のＳ３０と同様である。二巡目以降のＳ３５では、後述のＳ８０で算出され、Ｓ１００で更新された厚みを用いて特徴点座標が算出される。次に、Ｓ３５で算出された座標に特徴点を投影するための投影画像が作成される（Ｓ４５）。Ｓ４５では、例えば、図９のように、針落ち位置５２１を示す投影画像５２０が作成される。また例えば、図１０のように、特徴点５５２から５５６を備える模様５５１を示す投影画像５５０が作成される。

次に、図６の厚み検出処理と同様のＳ５０からＳ８０が実行される。次に、Ｓ８０で算出された厚みと、Ｓ１０又はＳ１００で設定された厚みとが等しいか否かが判断される（Ｓ９０）。Ｓ８０で算出された厚みと、Ｓ１０又はＳ１００で設定された厚みとが異なる場合（Ｓ９０：ＮＯ）、厚みにＳ８０で算出された値が設定され、設定された厚みはＲＡＭ６３に記憶される（Ｓ１００）。次に、処理はＳ３５に戻る。Ｓ８０で算出された厚みと、Ｓ１０又はＳ１００で設定された厚みとが同じ場合（Ｓ９０：ＹＥＳ）、投影処理は終了する。

上記第２の実施形態のミシン１において、図８のＳ８０を実行するＣＰＵ６１は、本発明の「算出手段」として機能する。Ｓ４５を実行するＣＰＵ６１は、本発明の「作成手段」として機能する。

特徴点をワールド座標系１００の三次元座標が示す位置に正確に投影するためには、縫製対象物の高さが正確に設定されることが必要となる。このため従来のミシンは、高さ方向の値を所定の値であると仮定して特徴点の三次元座標を算出したり、縫製対象物の厚みを検出する用の機器を用いて特徴点の三次元座標を算出したりしている。従来のミシンでは、特徴点の高さ方向の座標が正確に設定されないと、ワールド座標系１００の三次元座標が示す位置に正確に特徴点を投影することができないという問題があった。第２の実施形態のミシン１は、投影画像と、撮影画像とに基づき算出した縫製対象物の高さに基づき、投影画像を作成する。このため、ミシン１は、縫製対象物の所定の位置に所定の大きさの模様を正確に投影することができる。針落ち位置を表す模様を含む投影画像が投影された場合、ユーザは投影された画像に基づき、針落ち位置の正確な位置を知ることができる。したがって、ユーザが意図しない位置に縫い目が形成されることを回避することができる。縫製予定の刺繍模様を含む投影画像が投影された場合、ユーザは投影された画像に基づき、刺繍模様が縫製される正確な位置を縫製前に知ることができる。したがって、ユーザが意図しない位置に刺繍模様が形成されることを回避することができる。

本発明の刺繍データ作成装置は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもよい。例えば、以下の（Ａ）から（Ｄ）の変形を適宜加えてもよい。

（Ａ）ミシン１の構成は適宜変更してよい。例えば、ミシン１は、多針ミシンであってもよいし、工業用ミシンであってもよい。また例えば、ミシン１は次の（Ａ−１）から（Ａ−３）ように変更されてもよい。

（Ａ−１）ミシン１が備える撮影手段は、ＣＣＤカメラであってもよいし、他の撮影素子であってもよい。撮影手段としてのイメージセンサ５０は、ミシンベッド２上を撮影可能であればよく、その取り付け位置は、適宜変更可能である。

（Ａ−２）ミシン１が備える投影手段は、ミシンベッド２上に画像を投影可能な機器であればよい。投影手段の取り付け位置と、投影手段による投影範囲とは、適宜変更可能である。本実施形態では、プロジェクタ５３の投影範囲Ｑと、イメージセンサ５０の撮影範囲とを一致させていたが、部分的に一致する範囲があればよい。この場合、プロジェクタ５３の投影範囲Ｑとイメージセンサ５０の撮影範囲とが重なる範囲に特徴点が投影されればよい。

（Ａ−３）ミシン１は、刺繍装置３０を装着可能であったが、刺繍装置３０を装着可能でなくてもよい。ミシン１に刺繍装置３０が装着された場合と、ミシン１に補助テーブル４９が装着された場合とで、異なる初期値が設定されていたが、これに限定されない。ミシン１に刺繍装置３０が装着された場合と、ミシン１に補助テーブル４９が装着された場合とで縫製対象物の表面の位置が同じである場合には、同じ値が設定されてよい。

（Ｂ）カメラ座標系とプロジェクタ座標系とワールド座標系とは、ミシン１が記憶するパラメータによって対応付けられていればよく、各座標系の設定方法は適宜変更可能である。例えば、ミシン１の上下方向の上側がＺ軸のプラスとなるように、ワールド座標系が設定されてもよい。

（Ｃ）厚み検出処理と、投影処理とでは、任意の模様が投影されてよい。例えば、ミシン１が縫製する予定の刺繍模様又は縫目が、縫製予定の位置に投影されてよい。ユーザは、縫製対象物上に投影された画像に従って、刺繍模様又は縫目が形成される位置を容易に知ることができる。また例えば、針落ち位置を表す十字形のマークのように、特定の位置を表す任意の模様であってもよい。

（Ｄ）厚み検出処理と、投影処理とで実行される処理は適宜変更されてよい。例えば、特徴点のワールド座標系の三次元座標の算出方法は、適宜変更されてよい。縫製対象物の厚みを未知数とした（投影画像から特定された特徴点のワールド座標系の三次元座標）＝（撮影画像から特定された特徴点のワールド座標系の三次元座標）に基づき、特徴点のワールド座標系の三次元座標が算出されてもよい。投影画像に含まれる特徴点が複数である場合、縫製対象物の厚みは、１つの特徴点について算出されてもよいし、複数の特徴点について算出されてもよい。縫製対象物の厚みが均一であると想定できる場合には、複数の特徴点について算出された複数の厚みに基づき、厚みの代表値が算出されてもよい。代表値としては、例えば、平均値と、最頻値とが挙げられる。縫製対象物の厚みが均一ではないと想定できる場合には、複数の特徴点について算出された複数の厚みのそれぞれに基づき、投影画像が作成されてもよい。

１ミシン
３４縫製対象物
５０イメージセンサ
５３プロジェクタ
６１ＣＰＵ
６２ＲＯＭ
６３ＲＡＭ
６４ＥＥＰＲＯＭ

Claims

模様を投影するための投影画像を作成する作成手段と、
前記作成手段によって作成された前記投影画像に基づき、前記模様を縫製対象物に投影する投影手段と、
前記投影手段とは異なる位置に取り付けられ、且つ、前記投影手段によって投影された前記模様を撮影した撮影画像を作成する撮影手段と、
前記作成手段によって作成された前記投影画像と、前記撮影手段によって作成された前記撮影画像とに基づいて、前記縫製対象物の厚みを算出する算出手段と
を備えたことを特徴とするミシン。
前記算出手段は、前記投影画像に含まれる前記模様の特徴点の座標と、前記撮影画像に含まれる前記模様の特徴点の座標との比較結果に基づいて、前記縫製対象物の厚みを算出し、
前記作成手段は、前記算出手段によって前記縫製対象物の厚みが算出された場合に、当該厚みに基づき、前記投影画像を作成することを特徴とする請求項１に記載のミシン。