JP2020195650A - 縫製システム - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、従来の縫製システム200では、図11に示すように、被縫製物Rである薄肉の樹脂成形品の表面に形成された溝や折れ目、凸条等で形成された縫製ラインの位置を検出するための光学センサ201をミシン202の後端下部に設け、予め、光学センサ201を被縫製物Rに沿って移動させながら縫製ラインLの位置検出を行い、検出された縫製ラインLの検出位置に沿って針落ちが行われるようにミシン202をロボットアーム203によって移動させる制御が行われていた(例えば、特許文献1参照)。
ミシンと、当該ミシンを保持すると共に保持した前記ミシンを被縫製物に対して移動させるロボットアームとを備え、
前記ミシンは、
ミシンベッド部に設けられ前記被縫製物が載置される針板と、
当該ミシンのミシンアーム部に格納され前記針板に対向して縫い針の針落ちを行う針上下動機構と、
針落ち位置の基準として前記被縫製物の表面に形成された縫製ラインを検出する検出部とを備え、
検出した前記縫製ラインに沿って針落ちが行われるように前記ロボットアームによって前記ミシンが移動される縫製システムにおいて、
前記針板に対して前記縫い針が針落ち可能な位置で対向する縫製可能状態と、前記縫製可能状態の前記縫い針と同じ方向で前記検出部が前記針板に対向する検出可能状態とを切り替える状態切り替え機構を備え、
前記検出可能状態において前記ロボットアームによって前記ミシンを移動させながら前記縫製ラインを検出することを特徴とする。
前記検出部は前記ミシンのミシンアーム部に設けられ、
前記状態切り替え機構は、前記針板に対して、前記ミシンアーム部の位置又は向きを変更にすることによって前記縫製可能状態と前記検出可能状態とを切り替えることを特徴とする。
前記状態切り替え機構は、前記ミシンアーム部を回動させることにより前記縫製可能状態と前記検出可能状態とを切り替えることを特徴とする。
前記状態切り替え機構は、前記ミシンアーム部を、上軸を中心として回動させることにより前記縫製可能状態と前記検出可能状態とを切り替えることを特徴とする。
前記状態切り替え機構は、前記縫製可能状態と前記検出可能状態とを切り替える駆動源を備えることを特徴とする。
前記ロボットアームによる前記ミシンの移動動作により、前記ミシンの前記縫製可能状態と前記検出可能状態とを切り替えることを特徴とする。
以下、本発明の実施の形態である縫製システム100について図面に基づいて説明する。図1は縫製システム100の全体構成を示す側面図である。
縫製システム100は、被縫製物Rの縫製を行うミシン10と、ミシン10を保持すると共に保持したミシン10を被縫製物Rに対して搬送して任意の縫製を行わせるロボットアーム110とを備えている。
また、本実施形態では、薄肉又はシート状の樹脂成形品の曲面又は平面からなる表面に予め、針落ち位置の基準となる縫製ラインLが形成された被縫製物R(図6参照)に対して、縫製ラインLに沿ってその両側に二本の縫い目を形成する縫製を行う場合を例示する。
ロボットアーム110は、土台となるベース111と、関節113で連結された複数のアーム112と、各関節ごとに設けられた駆動源としてのサーボモーターと、各サーボモーターにより回転又は回動されるアーム角度をそれぞれ検出するエンコーダーとを備える垂直多関節型のロボットアームであり、関節113で連結された複数のアーム112の先端部にはミシン10が保持されている。
そして、ロボットアーム110は、六つの関節113を具備しており、六軸によってその先端部のミシン10を任意の位置に位置決めし、任意の姿勢をとらせることができる。
従って、ロボットアーム110は、被縫製物Rの立体的な曲面上の任意の曲線に沿って縫製を行わせることも可能である。
図2は縫製可能状態のミシン10の斜視図、図3は検出可能状態のミシン10の斜視図、図4は検出可能状態のミシン10を図3とは異なる方向から見た斜視図、図5は検出可能状態のミシン10を図3及び図4とは異なる方向から見た斜視図を示している。
ミシン10は、図1〜図5に示すように、Y軸方向に並んだ二本の縫い針31を保持する針棒32を備える針上下動機構30と、二本の縫い針31に対向かつ被縫製物Rが載置される針板12と、二本の縫い針31の各々から上糸のループを捕捉して縫い目を形成する二つのルーパー14を備えるルーパー機構と、針板12上の被縫製物Rの表面に形成された針落ち位置の基準となる縫製ラインL(図6参照)を検出する検出部としての変位センサ40と、二つの糸調子装置13と、ミシン10における縫製可能状態と検出可能状態とを切り替える状態切り替え機構50と、これらの各構成を支持するミシンフレーム20とを備えている。
ミシンフレーム20は、所定の長手方向に延在するミシンベッド部21と、当該ミシンベッド部21の一端部からその長手方向に直交する方向に向かって立設された立胴部22と、立胴部22の上端部近傍からミシンベッド部21と同方向に向かって延出されたミシンアーム部23と、立胴部22の上端部に固定装備され、ロボットアーム110の先端部に連結された取付板24とを備えている。
なお、ミシン10の各構成における以下の説明では、ミシンベッド部21及びミシンアーム部23の長手方向をY軸方向、Y軸方向に直交し、立胴部22が立設された方向をZ軸方向、Y軸方向及びZ軸方向に直交する方向をX軸方向とする。
また、Y軸方向における一方を前方、他方を後方とし、X軸方向における一方を左方、他方を右方とし、Z軸方向における一方を上方、他方を下方とする。
針板12は、枠部211から立ち上げられた側壁部121と、側壁部121の上端部においてX−Y平面に沿った平坦な当接部122とを備えている。当接部122は、縫い針31が挿入される針穴が形成され、縫製時には被縫製物Rの裏面側に当接して、布押さえ34とともに被縫製物Rを平坦に均すように作用する。
ミシンベッド部21は、その内側に、Y軸方向に平行な下軸が回転可能に配置されている。下軸は、ミシンベッド部21の前端内側に設けられたルーパー機構に接続されている。
各ルーパー14の先端部にはルーパー糸を挿通する挿通孔が形成されており、針板12の下側において縫い針31に形成された上糸のループに対して先端部を突入させることによって上糸のループを捕捉すると共にルーパー糸を挿通させる。その後、ルーパー14は後退することでルーパー糸のループが形成され、当該ルーパー糸のループに縫い針31が突入してルーパー糸を捕捉する。これらの繰り返しにより、縫い目の形成が行われるようになっている。
縫製システム100のミシン10は、状態切り替え機構50により縫製可能状態と検出可能状態とを切り替えることを特徴としており、これら二つの状態の切り替えを立胴部22に対するミシンアーム部23の回動動作により行っている。
従って、ミシンアーム部23は、立胴部22に対して、軸受231を介して、Y軸方向に平行な上軸33を中心として回動可能に支持されている。
ミシンアーム部23は、縫製可能状態から90°回転して、変位センサ40が設けられている左側となる面が下方を向くことにより検出可能状態に切り替えられる。
検出可能状態では、変位センサ40が鉛直下方(Z軸方向)に向かって検出光を照射し、照射先にある針板12の当接部122上の被縫製物Rに対して垂直に照射された検出光の反射光を受光する。
また、取付板24は、ミシンアーム部23に対して上下方向について幾分隙間が形成されており、状態切り替えの際に回動動作を行うミシンアーム部23と干渉が生じないようになっている。
針上下動機構30は、図4に示すように、針棒32上下動の駆動源となるミシンモーターと、ミシンモーターにより回転駆動が行われる上軸33と、上軸33の前端部に固定装備された図示しないクランク機構と、クランク機構によりZ軸方向に沿った往復動作を行う針棒32とを備えている。
立胴部22内において、ミシンモーターは、出力軸がY軸方向に沿った状態で配置されており、当該出力軸は上軸33の後端部に直接的に又は歯車機構を介して接続されている。
布押さえ34の上下動動作は、針棒32の上下動動作と同周期で行われ、且つ、針棒32よりも上下動の振幅は小さい。
ミシン10は、一般的なミシンと異なり、送り歯によって被縫製物Rを下側から送る送り機構を有していないので、布押さえ34を間欠的に上昇させることで押さえ圧を解放し、ミシン10と被縫製物Rとの間での相対的な移動を円滑に行うことを可能としている。
図6は変位センサ40による被縫製物Rの縫製ラインLの検出状態を示す斜視図である。
変位センサ40は、図5及び図6に示すように、検出光の光源41とその反射光を受光する受光素子42とを備えている。検出可能状態において、変位センサ40の光源41は、図5及び図6に示すように、X軸方向について幅のある帯状の検出光を鉛直下方に向かって針板12の当接部122に垂直に照射する。この検出光の照射方向を検出方向とする。従って、針板12の当接部122上の被縫製物Rに対してX軸方向に沿ったスリット光Sが照射される。
一方、受光素子は、平面的なイメージセンサであり、受光素子及びその光学系は、光軸が鉛直下方に対して幾分斜めに傾斜している。これにより、被縫製物Rに対して照射されたスリット光Sを斜め方向から受光することにより、照射位置における凹凸形状に応じたスリット光を得ることができる。そして、変位センサ40の受光素子42が検出する被縫製物Rの凹凸形状に応じたスリット光Sから、被縫製物RにおけるX−Z平面に沿った表面形状を得ることができる。
図7は状態切り替え機構50がミシンアーム部23を縫製可能状態に切り替えた場合の斜視図、図8は状態切り替え機構50がミシンアーム部23を検出可能状態に切り替えた場合の斜視図である。
状態切り替え機構50は、ミシンアーム部23に対して、90°の角度範囲で回動動作を付与して、前述した縫製可能状態と検出可能状態との切り替え動作を実行する。
このため、状態切り替え機構50は、ミシンアーム部23の後端部に設けられ、上軸33を中心とする半径方向外側に延出された従動腕部51と、従動腕部51に設けられた円筒状のボス部材52と、ボス部材52を挿入可能な長穴541を有するスライドブロック54と、スライドブロック54をZ軸方向に沿って滑動可能に支持するガイドレール55と、駆動源としてのサーボモーター(図示略)と、ガイドレール55に内蔵された動力伝達機構と、ミシンアーム部23の後端部に設けられた第一の固定腕部57及び第二の固定腕部58と、ミシンアーム部23に回動動作が生じないように固定するロックピン59とを備えている。
ガイドレール55に内蔵されている動力伝達機構は、例えば、ボールネジ機構やベルト機構等から構成され、サーボモーターを駆動源として、Z軸方向に沿った直動動作をスライドブロック54に伝達する。
一方、従動腕部51は、その後面に後方に向かって突出した状態でボス部材52が取り付けられており、スライドブロック54の長穴541内に挿入されている。
スライドブロック54をガイドレール55によってZ軸方向に沿って移動させると、長穴541内に挿入されたボス部材52を介して従動腕部51がミシンアーム部23全体を上軸33回りに回動させる。その際、ボス部材52は、上軸33を中心とする円周に沿って移動を行うので、Z軸方向とX軸方向とに位置変化を生じるが、ボス部材52は、X軸方向に沿った長穴541に挿入されているので、X軸方向に沿った移動が許容される。
従って、スライドブロック54のZ軸方向に沿った直進移動により、ミシンアーム部23に円滑に回動動作が付与される。
また、スライドブロック54の移動にはサーボモーターが使用されているので、ミシンアーム部23が縫製可能状態となる位置と検出可能状態となる位置とに精度良くスライドブロック54を位置決めすることが可能である。
なお、スライドブロック54の移動方向は、Z軸方向を例示したが、これに限らず、Y軸方向に直交する方向であればいずれの方向であっても良い。
そして、第一の固定腕部57と第二の固定腕部58には、上軸33からの距離が等しい位置にそれぞれロックピン59が挿入可能な貫通孔571,581がY軸方向に沿って貫通形成されている。
Y軸方向から見て、縫製可能状態のミシンアーム部23における第一の固定腕部57の貫通孔571の位置(図7参照)と検出可能状態のミシンアーム部23における第二の固定腕部58の貫通孔581の位置(図8参照)とが一致しており、立胴部22の前面におけるこれら貫通孔571,581の一致点にロックピン59が設けられている。
上記構成の縫製システム100では、予め図示しない操作入力装置により、複数の連続する針落ち位置の軌跡に関する情報を設定入力する。かかる設定作業は、連続する複数の針落ち位置の座標を数値により入力しても良いし、被縫製物Rに形成された縫製ラインLの設計データから針落ち位置の座標を算出して入力しても良い。また、基準となる被縫製物Rに対してロボットアーム110を動作させて、実際のロボットアーム110の姿勢や位置座標を読み取り、針落ち位置やミシンの姿勢を設定するための基本情報を入力(ティーチング)してもよい。
このため、被縫製物Rの取付作業の段階で個々に縫製ラインLの位置にズレが生じたり、個々の被縫製物Rの製造の段階での加工誤差等により縫製ラインLの位置にズレが生じたりする場合がある。
即ち、制御装置は、縫製の前に、予め、ミシン10を検出可能状態に切り替える(ステップS1)。
即ち、制御装置は、ミシン10の状態切り替え機構50のサーボモーターの駆動によりミシンアーム部23を回動させて変位センサ40が針板12側を向いた検出可能状態に切り替えを行う。
かかる搬送時には、制御装置は、ミシン10の変位センサ40により、実際の縫製ラインLの位置検出を実行する(ステップS5)。
そして、変位センサ40により検出された実際の縫製ラインLの検出位置に基づいて、理想的な誤差のない縫製ラインLに対する実際の縫製ラインLの位置誤差を算出する(ステップS7)。
即ち、制御装置は、ミシン10の状態切り替え機構50のサーボモーターの駆動によりミシンアーム部23を回動させて針棒32及び縫い針31が針板12側を向いた縫製可能状態に切り替えを行う。
そして、縫製ラインL全体に渡って縫製を行い、制御装置は縫製動作制御を終了する。
以上のように、縫製システム100では、ミシン10が針板12に対向して縫い針31が針落ち可能な位置で対向する縫製可能状態と、縫製可能状態の縫い針31と同じ方向で変位センサ40の光源41が針板12に対向する検出可能状態とを切り替える状態切り替え機構50を備えている。このため、被縫製物Rを針板12の当接部122に載置した状態で縫製ラインLの検出を行うことができ、正確な縫製ラインLの検出を行うことが可能となる。
また、縫製可能状態の縫い針31と同じ方向で変位センサ40が針板12に対向した状態で検出を行うので、被縫製物Rの起伏の影響による検出位置誤差を低減し、高精度で縫製ラインLの検出を行うことが可能となる。
これにより、状態切り替え機構50の駆動源を小型化し、ミシン10全体の小型化を図ることが可能となると共に、ロボットアーム110側への負担を低減し、ミシン10の搬送動作を高精度で行うことが可能となる。また、ロボットアーム110の小型化を図ることが可能となる。
上記縫製システム100では、ミシン10の状態切り替え機構50がサーボモーターを駆動源として状態切り替えを行う構成を例示したが、これに限定されない。
例えば、図10に示す状態切り替え機構50Aのように、ミシンアーム部23から上軸33を中心とする半径方向外側に延出された従動腕部51Aと、従動腕部51Aに設けられた円筒状のボス部材52Aとを設け、ロボットアーム110の可動範囲内に、ボス部材52Aの挿入穴531Aのようなボス部材52Aを係止する構造を有する状態切り替え用の治具53Aを動かないように固定設置する構成としても良い。
この場合、状態切り替えの際には、ロボットアーム110がミシン10の移動により状態切り替え用の治具53Aの挿入穴531Aにボス部材52Aを挿入し、さらに、ミシンアーム部23が縫製可能状態から検出可能状態又は検出可能状態から縫製可能状態に切り替わる方向にミシンアーム部23が回動するようにロボットアーム110がミシン10を移動させて状態切り替えを行う構成としても良い。
この場合、状態切り替え機構50Aに駆動源となるサーボモーター、スライドブロック54、ガイドレール55等の構成を不要とすることが可能となる。
なお、状態切り替え機構50Aの場合も、第一の固定腕部57、第二の固定腕部58及びロックピン59は備えていることが望ましい。
例えば、検出光の照射方向(検出方向)がZ軸方向下方を向いた状態で変位センサ40を、Z軸方向に直交する方向について針棒32の隣に配置し、変位センサ40と針棒32とを隣り合う方向にスライド移動させて、状態切り替えを行う構成としても良い。
また、縫製ラインとしては、光学的に検出可能なあらゆる方向で表示しても良い。例えば、特定の色彩又は特定の光学的性質を有するインク等でラインを付してもよい。
これに応じて、検出部も変位センサに限らず、カメラやフォトインタラプタその他の光学素子を使用しても良い。
12 針板
122 当接部
20 ミシンフレーム
21 ミシンベッド部
22 立胴部
23 ミシンアーム部
231 軸受
30 針上下動機構
31 縫い針
32 針棒
33 上軸
40 変位センサ(検出部)
41 光源
42 受光素子
50,50A 状態切り替え機構
51,51A 従動腕部
52,52A ボス部材
54 スライドブロック
541 長穴
55 ガイドレール
57 第一の固定腕部
58 第二の固定腕部
59 ロックピン
100 縫製システム
110 ロボットアーム
D 本来の位置
D1 誤認した位置
L 縫製ライン
R 被縫製物
S スリット光
Claims (6)
- ミシンと、当該ミシンを保持すると共に保持した前記ミシンを被縫製物に対して移動させるロボットアームとを備え、
前記ミシンは、
ミシンベッド部に設けられ前記被縫製物が載置される針板と、
当該ミシンのミシンアーム部に格納され前記針板に対向して縫い針の針落ちを行う針上下動機構と、
針落ち位置の基準として前記被縫製物の表面に形成された縫製ラインを検出する検出部とを備え、
検出した前記縫製ラインに沿って針落ちが行われるように前記ロボットアームによって前記ミシンが移動される縫製システムにおいて、
前記針板に対して前記縫い針が針落ち可能な位置で対向する縫製可能状態と、前記縫製可能状態の前記縫い針と同じ方向で前記検出部が前記針板に対向する検出可能状態とを切り替える状態切り替え機構を備え、
前記検出可能状態において前記ロボットアームによって前記ミシンを移動させながら前記縫製ラインを検出することを特徴とする縫製システム。 - 前記検出部は前記ミシンのミシンアーム部に設けられ、
前記状態切り替え機構は、前記針板に対して、前記ミシンアーム部の位置又は向きを変更にすることによって前記縫製可能状態と前記検出可能状態とを切り替えることを特徴とする請求項1記載の縫製システム。 - 前記状態切り替え機構は、前記ミシンアーム部を回動させることにより前記縫製可能状態と前記検出可能状態とを切り替えることを特徴とする請求項2記載の縫製システム。
- 前記状態切り替え機構は、前記ミシンアーム部を、上軸を中心として回動させることにより前記縫製可能状態と前記検出可能状態とを切り替えることを特徴とする請求項3記載の縫製システム。
- 前記状態切り替え機構は、前記縫製可能状態と前記検出可能状態とを切り替える駆動源を備えることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の縫製システム。
- 前記ロボットアームによる前記ミシンの移動動作により、前記ミシンの前記縫製可能状態と前記検出可能状態とを切り替えることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の縫製システム。
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