JP2020122723A - 被加工物の外形認識装置、縫製装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、所望の形状と同形の型板を光センサにて直接検出し、上記型板から同形状の輪郭データを取得する。【解決手段】縫製装置１は、ミシン１０と、２つの光電センサ１１ａ、１１ｂを備えるティーチング位置４と、制御部３０と、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、θ軸方向に移動可能なシート材搬送部８とを備える。シート材型板7を、シート材搬送部８でティーチング位置４まで搬送し、シート材型板７の外周端点を光電センサ１１ａ、１１ｂで検知、制御部でシート材型紙７の輪郭データを算出する。その後、シート材型板７に変えてシート材６をシート材搬送部８にセットし、縫製位置５へ搬送し、取得した輪郭データに沿って縫製する。【選択図】図１

Description

本発明は、被加工物の外形を認識する装置、外形を認識した被加工物を縫製する装置及びその方法に関する。

従来から積層された生地の端縁部を精度良く重ね合わせながら縫製することが行われている。この縫製作業においては、積層された生地の端縁部の保持が容易ではなく熟練度の高い技術を要するため、作業初心者が行うことは困難なのが現状である。

特にパンプスイン等のインナーソックスにおいては、足底型の生地と足の甲を覆うための環状の生地を、曲線の多い足底型の生地を基準に縫い合わせるため、各生地を合わせながら縫製するには熟練度の高い技術を要する。

曲線部の縫製を容易にするものとしては、外形認識装置により形状認識を用いて縫製することが考えられる（例えば、特許文献１）。特許文献１は、図形を読み取る光学読取装置と、読取った情報に基づいて図形の形状等を認識する認識部と、認識した図形に基づいて模様縫製を行う縫製部からなる装置である。上記装置では、光学読取装置により読取った図形のデータをＮＣ装置が認識できる形状に変換してミシン針により模様を縫うものである。

また、布生地等に印刷された裁断パターンに従って上記布生地を裁断する装置において、画像撮影を用いて行う技術がある（例えば、特許文献２）。特許文献２は、作業台上に裁断部と、作業台に載置された布生地を撮影する画像撮影部と、上記画像撮影部で撮影された画像から裁断パターンの輪郭を抽出し裁断データを裁断部に出力する制御部とからなる装置である。上記装置ではあらかじめ布に印刷された裁断パターンを画像撮影部で撮影して抽出し、裁断部で裁断パターン通りに裁断するものである。

特開昭６０−８０４８２号公報 特開２０１６−６１０００号公報

特許文献１の技術では、光学式の読取装置で図形を読み取るために８０μｍ程の誤差内に収まるが、光学読取装置で読取った図形をさらにNCデータに変換する時点において円弧又は近似値を取るため、読取装置での読取精度を活かすことができないおそれがある。また、NC装置へのデータ変換が必要なため読取装置以外にもNC装置が必要となり、読取った図形を出力する手順も煩雑となってしまう。

そこで、特許文献2のようにシート材にあらかじめパターンを書いておき画像認識装置により上記パターンを人識、出力して縫製することも考えられる。もっとも、当該技術を用いるにはカメラの認識精度が重要であり、カメラの認識精度に応じてカメラの価格も上昇するため、コストがかかってしまう。画像認識装置により大きな形状を縫製しようと考えた場合は全体撮影よりも単位撮影が望ましいため、カメラの可動域の確保が必要になり装置も大型にならざるを得なくなる。

上記の問題点に鑑み本発明は、ＮＣ装置等を用いず所望の形状を直接読み取って当該形状データ取得すること、比較的安価で作業者が容易に扱えるような構成の装置を提供すること、を目的としている。

上記課題を解決するため請求項１の発明は、被加工物の輪郭を認識して、認識された輪郭データを取得する外形認識装置において、
前記被加工物を保持しながら回転及び水平動する被加工物保持部と、
２つの光センサからそれぞれ前記被加工物の端点を検出する検出手段と、
最初に検出した２つの初期端点の中間点を算出し、前記両初期端点を結んだ直線と前記被加工物の移動に伴って変化する２つの移動後端点を結んだ直線との角度を算出し、前記被加工物を前記被加工物保持部により前記角度を回転するとともにX軸Y軸方向に水平動させ、順次検出される前記被加工物の端点と前記中間点とを合致させた際の前記被加工物保持部の移動量を算出する制御部とを備え、
前記移動量に基づいて前記被加工物の輪郭データを取得する構成を採用する外形認識装置である。

請求項２の発明は、前記外形認識装置において、
前記被加工物がシート材であって、
さらに、前記シート材と同形で平板状のシート材型板と、
作業台上に載置された複数枚の前記シート材を重ね合わせて縫製する縫製部とを備え、
前記外形認識装置は前記縫製部に隣接され、
前記外形認識装置で取得した前記シート材型紙の輪郭データに基づいて前記縫製部で縫製する構成を採用する縫製装置である。

また、請求項３の発明は、被加工物の輪郭を認識して、認識された輪郭データを出力する外形を認識する方法において、
前記被加工物を保持しながら回転及び搬送し、
２つの光センサから前記被加工物の２つの端点を検出し、
最初に検出した２つの初期端点の中間点を算出し、前記両初期端点を結んだ直線と前記被加工物の移動に伴って移動する２つの移動後端点を結んだ直線との角度を算出し、前記被加工物を前記被加工物保持部により前記角度を回転するとともにX軸Y軸方向に水平動させて補正して順次検出される前記被加工物の端点と前記中間点とを合致させたときの前記被加工物保持部の移動量を算出して、
前記移動量に基づいて前記被加工物の前記輪郭データを取得する構成を採用する外形認識方法である。

請求項４の発明は、前記外形認識方法において、
前記被加工物がシート材であって、
さらに、前記シート材と同形で平板状のシート材型紙を用いて、
作業台上に載置された複数枚の前記シート材を重ね合わせて縫製し、
前記外形認識方法で取得した前記シート材型紙の輪郭データに基づいて前記縫製部で縫製する構成を採用する縫製方法である。

本発明では、検出手段により検出したシート材型板に基づいてシート材型板の輪郭データが得られる。曲線部を有する複雑な形状の物でも同形状の型板があれば輪郭データの取得ができるようになった。

熟練度を要する曲線部の縫製であるが、シート材型板から輪郭データを取得して縫製部で縫製すればよいため、作業者の技量によらず自動的に曲線部の縫製が可能となる。

また、形状の輪郭を取得するためには、光センサを備えた検出手段を設ければよく、装置構成を比較的簡素にでき、コスト面でも費用を抑えられる。

は、本発明の縫製装置１の平面図である。 は、本発明の縫製装置１の正面図である。 は、シート材６及びシート材型板７の平面図及び正面図である。 （ａ）乃至（ｃ）は、シート材搬送部８の動作を図示したものである。 （ａ）及び（ｂ）は、ティーチング位置におけるシート材型板と中心点との位置関係を図示したものである。 （ｃ）は、図５に続いてティーチング位置におけるシート材型板と中心点との位置関係を図示したものである。 は、ティーチング位置での縫製装置１の動作及び制御をブロック図で示したものである。

以下、本発明の一実施形態である縫製装置１について添付図面を用いて説明する。なお、本実施形態では、パンプスインの縫製に用いる縫製装置を例に説明する。また、添付図では説明の便宜のためシート材型板の厚さや装置の大きさなど誇張して描いている部分があることに留意されたい。

縫製装置１の構成について、図１乃至図３を用いて説明する。図１は、縫製装置１の平面図であり、図２は縫製装置１の正面図である。図３はシート材６及びシート材型板７の平面図及び正面図である。

縫製装置１は、図１に示すように、作業台２上に設置される。縫製装置１は、図１二点鎖線の囲みで示すようにシート材セット位置３、ティーチング位置４、縫製位置５に区分けされ、各位置間をシート材６又はシート材型板７を搬送できるようシート材搬送部８を備えている。

図３に示すように、シート材型板７はシート材６と同形で平板状のものを用いる。本実施形態において、シート材型板７は、鉄板を用いているが、後述する光センサの光を遮光できるものであれば、その素材については問わない。

縫製位置５は、縫製部としてミシン針９を備えたミシン１０が配置されている。ミシン１０はミシン針９を運針する機構等を備えた従来公知の構造のものであるから、その詳細については省略する。

ティーチング位置４には、外形認識装置の光センサとして、２つの光電センサ１１ａ、１１ｂが平行に設置されている。光電センサ１１ａ、１１ｂは、それぞれライン光１２ａ、１２ｂを作業台２に向かって照射し、ライン光１２ａ、１２ｂの反射により物体を検知するようになっている。本実施形態において光電センサ１１ａと１１ｂとの間隔は、照射されるライン光１２ａとライン光１２ｂとの間隔がおよそ１０ｍｍになるように配置されている。

なお、本実施形態では外形認識装置の光センサは光電センサを用いるが、光電センサに限られずシート材型板７の端点を検知できるものであれば特にこだわらない。

また、ライン光１２ａと１２ｂとの間隔は、実施者が欲する精度に従って任意に設定してよい。上記間隔が狭くなるほどに取得できる輪郭データの精度が上昇する。

縫製装置１は、図１及び図２に示すように、作業台２上でシート材６又はシート材型板７を搬送するためにシート材搬送部８を備えている。シート材搬送部８は、シート保持部１４、Ｘ軸可動部１５、Ｙ軸可動部１６を備える。

X軸可動部１５は、X軸ボールネジ１８と、ナット部１９と、モーターＭ１を備えている。モーターＭ１の正逆回転によりX軸ボールネジ１８が回動するようになっている。ナット部１９は上記X軸ボールネジ１８に螺合されており、X軸ボールネジ１８の回動により、ナット部１９がX軸方向に稼動するようになっている。

Y軸可動部１６は、Y軸ボールネジ１７と、ナット部２５と、モーターＭ２とを備えている。モーターＭ２を正逆回転させることによりY軸ボールネジ１７が回動するようになっている。ナット部２５は上記Y軸ボールネジ１７に螺合されており、Y軸ボールネジ１７の回動により、ナット部２５がY軸方向に稼動するようになっている。また、Y軸可動部１６は、ナット部１９上に載置され、ナット部１９がX軸方向に稼動することに伴って、X軸方向に稼動するようになっている。

シート材保持部１４は、図２に示すように、支持板２０と、保持具２１と、シリンダー２２、２３と、ボールスプライン軸２４とを備えている。シート材保持部１４は、上記ナット部２５上に載置され、ナット部２５がY軸方向に稼動するに伴って、Y軸方向へ稼動するようになっている。シート材保持部１４は、ナット部１９及びナット部２５の稼動に伴って、X軸・Ｙ軸方向へ稼動できるようになっている。

シート材保持部１４は、支持板２０を基礎として、支持板２０の左下側にシリンダー２２を有する。上記シリンダー２２により支持板２０は、上下動（図２二点鎖線）が可能となっており、結果としてシート材保持部１４全体が上下動できるようになっている。

支持板２０の右側にはシリンダー２３、ボールスプライン軸２４、保持具２１、モーターＭ３を有している。ボールスプライン軸２４は、モーターＭ３の正逆回転によりθ軸方向に回転可能であり、また、シリンダー２３により上下動が可能となっている。保持具２１は、ボールスプライン軸２４の下方先端に取り付けられ、上記ボールスプライン軸２４の稼動によりθ軸方向及び上下動可能（図２二点鎖線）となっている。保持具２１は、シート材６又はシート材型板７を取付けられるようになっており、その取付方法についてはマグネットで挟持するなど適宜の技術・方法を採用している。

保持具２１は、上記の通り、シリンダー２２及び２３により段階的に上下動可能になっている（図２二点鎖線参照）。シート材セット位置３、ティーチング位置４、縫製位置５の各位置間でシート材６又はシート材型板７を保持する適正な高さが異なるため（図４参照）、保持具２１の上下動により各位置においてシート材６又はシート材型板７が適正な高さになるようになっている。

なお、保持具２１は、シート材搬送部８によりＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、θ軸方向に稼動可能であるが、シート材６及びシート材型板７の搬送については上記構成に限らない。例えば、シート材保持具をシート材セット位置３、ティーチング位置４、縫製位置５の各位置へ手動で移動するようにしても良いし、上空からシート材保持部を吊り下げて各位置に移動できるよう構成しても良い。

また、縫製装置１には、制御部３０があり、後述するように、ティーチング位置で検出したものから、シート材型板７の輪郭データ等を算出するようになっている。

シート材セット位置３には、複数枚のシート材６を保持具２１に着脱するためのセット器具２６が備え付けられている。セット器具２６については複数枚のシート材６を針で固定しながら保持具２１にセットできるなどの適宜の技術・方法を利用しており、複数枚のシート材６が保持具２１に着脱可能な方法、装置であればよい。

以上が、装置の構成である。上記の各位置は、あくまでも一実施例であり、作業の効率を考えて左からティーチング位置、シート材セット位置、縫製位置のように変更してもよい。

次に本実施形態における動作について図１、図４乃至図７を用いて説明する。
図４は、シート材保持部１４がシート材セット位置３（図４（ａ））、ティーチング位置４（図４（ｂ））、縫製位置５（図４（ｃ））に配置された状態を示すものである。図５及び図６は、本実施形態におけるティーチング位置での光センサ下部のライン光１２ａ、１２ｂとシート材型板７との動作を示したものである。図７は、ティーチング位置での動作フローについてブロック図で示したものである。

まず、シート材保持部１４にシート材型板７をセットする。

そして、シート材搬送部８を稼動させ、図４（ｂ）に示すようにシート材型板７をティーチング位置４に搬送する。ティーチング位置４では光電センサ１１ａ、１１ｂとシート材型板７と制御部３０とからシート材型板７の輪郭データを取得する。

縫製装置１は、具体的にはティーチング位置４で以下の作業を行う。なお、図５及び図６でのライン光の太さやシート材型板７の曲線等は理解を得やすくするために誇張して描いている。

シート材型板７を、光電センサ１１ａ、１１ｂの下部に進入させるとシート材型板７のティーチングが始まる。図５（ａ）に示すように、御部３０は、ステップ３１（Ｓ３１）として、シート材型板７の進入後、シート材型板７によりライン光１２ａ、１２ｂの遮光部分が半分になるようにシート材搬送部８を稼動させてX軸、Y軸、θ軸を補正し、上記補正よるX軸、Y軸、θ軸方向の移動量と、シート材型板７がライン光１２ａ、１２ｂを遮光した位置（シート材型板端点２７ａ、２７ｂ）とを記憶する。また、制御部３０は、上記シート材型板端点２７ａと同２７ｂとの中点を算出して中間点１３として記憶する。

なお、本実施形態では、ライン光１２ａ、１２ｂの半分を遮光するようにしているが、シート材型板７が進入した状態のままでシート材型板端部２７ａ、２７ｂ及び中間点１３を記憶するようにしても良い。

そして、図５（ｂ）に示すように、ステップ３２（S３２）として、シート材搬送部８により図５（ａ）の状態からシート材型板７を縫製動作方向（図５及び図６では図の左側から右側へ、図１ではY軸方向下部から上部へ）に動かす。シート材型板７が動いたことにより、ライン光１２ａ、１２ｂを遮光する部分が変化し、ライン光上、シート材型板７の端点は２８ａ、２８ｂとなる。制御部３０は、ステップ３３（S３３）として、最初に記憶した上記シート材型板端点２７ａ、２７ｂを結んだ直線と、上記シート材型板端点２８ａ、２８ｂを結んだ直線との位置の差異（図５（ｂ）二点鎖線）からシート材型板端点２８ａ、２８ｂの傾きθを算出する。

図６（ｃ）に示すように、制御部３０は、ステップ３４（S３４）として、ボールスプライン軸２４を中心としてステップ３３（S３３）で上記傾きθの分だけθ軸方向に動かす。もっとも、θ軸方向にのみ動かすとシート材型板７が大きく位置がずれる（図６（ｃ）二点鎖線参照）。そのため、シート材型紙７の端点αを中間点１３に合致させるために傾きθから正弦及び余弦によりＸ軸方向、Ｙ軸方向の移動量を算出する。そして、上記移動量に基づいてシート材搬送部８を稼働させてシート材型板７の端点αを中間点１３に合致させる。なお、実際には、上記のθ軸方向の移動、Ｘ軸・Ｙ軸方向の移動量の計算、Ｘ軸・Ｙ軸方向の移動はほぼ同時に行われる。制御部３０は、このときのX軸、Y軸、θ軸の上記移動量を記憶する。

制御部３０は、ステップ３５（Ｓ３５）として、上記傾きθの合計が所定の角度に達したか否かの判断を行う。本実施形態において所定の角度は、３６０度に設定されている。所定の角度に達するとティーチングを終了する。所定の角度に達していない場合、ステップ３２（S３２）乃至ステップ３５（S３５）が繰り返される。なお、上記角度は、３６０度に限らず、実施者が欲する輪郭データによって自由に設定してよい。

制御部３０が、ステップ３５（S３５）において所定の角度に達したと判断した場合、ティーチングを終了する。制御部３０は、複数の記憶したX軸、Y軸、θ軸の移動量に基づいてシート材型板７の輪郭データを計算し、取得する。

ティーチング位置４にてシート材型板７のティーチングを終えたら、図４（ａ）に示すように、シート材保持部１４をシート材搬送部８によりシート材セット位置３に移動させる。シート材保持部１４において保持しているシート材型板７を取り外して、複数枚のシート材６をセット器具２６によりセットする。

複数枚のシート材６をシート材保持部１４にセットしたら、図４（ｃ）に示すように、シート材搬送部８により縫製位置５まで搬送する。縫製位置５では、ミシン１０のミシン針９により複数枚のシート材６を上記で制御部３０が取得した輪郭データに基づいてシート材搬送部８を駆動させ縫製していく。

なお、制御部３０で取得した輪郭データの出力は、相似形であれば輪郭を大きくしたり、小さくしたりすることが可能である。

以上、本発明の一実施形態であるパンプスインを縫製するための装置について説明した。本実施形態はあくまで一例であり、本発明はパンプスインに限らず縫製する複数枚のシート材との関係で構成を適宜変更し実施することができる。

また、外形認識装置で取得した輪郭データは、縫製装置に出力することに限られず、裁断装置などで出力するなどしても良い。

１ 縫製装置
２ 作業台
３ シート材セット位置
４ ティーチング位置
５ 縫製位置
６ シート材
７ シート材型板
８ シート材搬送部
９ ミシン針
１０ ミシン
１１ａ 光電センサ
１１ｂ 光電センサ
１２ａ ライン光
１２ｂ ライン光
１３ 中間点
１４ シート材保持部
１５ Ｘ軸可動部
１６ Ｙ軸可動部
１７ Ｙ軸ボールネジ
１８ Ｘ軸ボールネジ
１９ ナット部
２０ 支持板
２１ 保持具
２２ シリンダー
２３ シリンダー
２４ ボールスプライン軸
２５ ナット部
２６ セット器具
２７ａ シート材型板端点
２７ｂ シート材型板端点
２８a シート材型板端点
２８ｂ シート材型板端点
３０ 制御部
α 端点
Ｍ１ モーター
Ｍ２ モーター
Ｍ３ モーター

Claims (4)

1. 被加工物の輪郭を認識して、認識された輪郭データを取得する外形認識装置において、
   前記被加工物を保持しながら回転及び水平動する被加工物保持部と、
   ２つの光センサからそれぞれ前記被加工物の端点を検出する検出手段と、
   最初に検出した２つの初期端点の中間点を算出し、前記両初期端点を結んだ直線と前記被加工物の移動に伴って変化する２つの移動後端点を結んだ直線との角度を算出し、前記被加工物を前記被加工物保持部により前記角度を回転するとともにX軸Y軸方向に水平動させ、順次検出される前記被加工物の端点と前記中間点とを合致させた際の前記被加工物保持部の移動量を算出する制御部とを備え、
   前記移動量に基づいて前記被加工物の輪郭データを取得することを特徴とする外形認識装置。
2. 前記外形認識装置において、
   前記被加工物がシート材であって、
   さらに、前記シート材と同形で平板状のシート材型板と
   作業台上に載置された複数枚の前記シート材を重ね合わせて縫製する縫製部とを備え、
   前記外形認識装置は前記縫製部に隣接され、
   前記外形認識装置で取得した前記シート材型紙の輪郭データに基づいて前記縫製部で縫製することを特徴とする縫製装置。
3. 被加工物の輪郭を認識して、認識された輪郭データを出力する外形を認識する方法において、
   前記被加工物を保持しながら回転及び搬送し、
   ２つの光センサから前記被加工物の２つの端点を検出し、
   最初に検出した２つの初期端点の中間点を算出し、前記両初期端点を結んだ直線と前記被加工物の移動に伴って移動する２つの移動後端点を結んだ直線との角度を算出し、前記被加工物を前記被加工物保持部により前記角度を回転するとともにX軸Y軸方向に水平動させて順次検出される前記被加工物の端点と前記中間点とを合致させたときの前記被加工物保持部の移動量を算出して、
   前記移動量に基づいて前記被加工物の前記輪郭データを取得することを特徴とする外形認識方法。
4. 前記外形認識方法において、
   前記被加工物がシート材であって、
   さらに、前記シート材と同形で平板状のシート材型紙を用いて、
   作業台上に載置された複数枚の前記シート材を重ね合わせて縫製し、
   前記外形認識方法で取得した前記シート材型紙の輪郭データに基づいて前記縫製部で縫製することを特徴とする縫製方法。

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