KR101299510B1 - 자수기 제어장치 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

자수기 제어장치 및 그 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 자수기 제어장치는 자수실의 움직임을 안내하는 바늘대와, 북실의 움직임을 안내하는 북을 포함하는 자수기를 제어하는 제어장치에 있어서, 제1 제어신호에 따라 정(+)방향 회전과 역(-)방향 회전이 가능한 제1 구동부; 상기 제1 구동부의 회전 운동을 왕복 운동으로 전환하고, 상기 전환된 상기 왕복 운동을 상기 바늘대로 전달하여 상기 제1 구동부의 회전 방향에 따라 상기 바늘대를 전후로 움직이는 제1 전달부; 제2 제어신호에 따라 정(+)방향 회전과 역(-)방향 회전이 가능한 제2 구동부; 상기 제2 구동부의 회전 운동을 왕복 운동으로 전환하고, 상기 전환된 상기 왕복 운동을 상기 북으로 전달하여 상기 제2 구동부의 회전 방향에 따라 상기 북을 전후로 움직이는 제2 전달부; 및 상기 바늘대의 프로파일과 상기 북의 프로파일에 기초하여 상기 제1 제어신호와 상기 제2 제어신호를 생성하며, 상기 생성된 상기 제1 제어신호와 상기 제2 제어신호를 이용하여 상기 제1 구동부와 상기 제2 구동부를 제어하는 제어부를 포함함으로써, 캠을 사용하지 않고 자수기의 바늘대와 북 또는 셔틀의 움직임을 제어하며, 자수기의 고속화가 가능하면서 복잡한 프로파일에도 적용할 수 있다.

Description

자수기 제어장치 및 그 제어방법 {Apparatus for Controlling Embroidering Machine and Method thereof}

본 발명은 자수기 제어에 관한 것으로서, 캠을 사용하지 않고 자수기의 바늘대(needle bar)와 북 또는 셔틀(shuttle)의 움직임을 제어하는 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

자수기(Embroidering Machine)는 앞실, 바늘실 또는 자수실/자수사(front yarn)가 연결되는 바늘대(needle bar)와 북실(back yarn, shuttle yarn)이 연결되는 북 또는 셔틀(shuttle)의 움직임에 의하여 직물에 다양한 무늬를 형성한다.

가장 기본적인 자수기는 2-실(yarn) 시스템, 즉 자수실과 북실로 작동한다. 자수실은 매 바늘땀(stitch)마다 북실과 꼬인다. 자수실은 직물의 앞편에서 문양을 형성하고, 북실은 직물의 뒤편에서 자수실을 고정시키는 역할을 한다.

앞에 바늘귀(eye)를 가지는 바늘은 직물을 통과하여 자수실을 직물의 뒷편으로 전달하고, 직물의 뒤편에서 자수실은 바늘이 되돌아 갈 때 매듭을 형성한다. 상기 매듭을 북실을 가지는 북이 관통한다. 자수기는 다수의 일렬로 배치된 stitch 위치를 갖고 stitch 위치에 상응하는 많은 바늘과 북을 포함하고 있다.

종래의 자수기는 자카드(Jacquard)라 불리는 천공이 형성된 문지에 의하여 제어되었으며, 이를 자수기의 1세대라 하기도 한다. 자카드에 의한 자수기는 매우 복잡한 기계적 링크를 이용하여 동작하였으며 이로 인하여 분당 120 바늘땀(120 stitches per minute) 이상의 고속 동작을 구현하기가 매우 어려웠다.

1세대 자수기를 개선하여 등장한 것이 이른바 2세대 자수기로서 자카드 및 복잡한 기계적 링크를 대신하여 전기적으로 동작하는 모터와 캠(cam) 등 비교적 단순화된 기계적 링크를 이용하여 동작하는 자수기를 일컫는다. 2세대 자수기는 분당 600 stitch의 고속 동작을 구현하기에 이르렀다.

2세대 자수기는 모터의 회전을 캠 등 기계적 링크를 이용하여 바늘대 및 북의 왕복 운동으로 변환한다. 모터의 1회전 또는 수 회전은 바늘대 및 북의 1 stitch에 대응하며, 이 과정에서 다양한 요소들이 기계 회전수의 증가에 장애 요인이 된다. 이를 테면 매우 가속화된 질량은 기계 부품의 바람직하지 않은 진동과 마모를 증가시킨다. 2세대 자수기에서 분당 600 stitch (600 stitches per minute)를 달성하기 위해서는 모터의 회전을 600 rpm 이상으로 제어해야 한다. 2세대 자수기에서는 캠의 기계적 링크의 정밀한 제어를 위하여 감속기를 사용하거나 기어 감속을 이용하는데, 이 경우 감속 비율에 따라서는 분당 600 stitch를 달성하기 위한 모터의 회전은 600 rpm 이상이 되기도 한다. 예를 들어, 감속 비율이 2 대 1인 경우, 분당 600 stitch에 대응하는 모터의 회전은 1200 rpm이고, 감속 비율이 5 대 1인 경우, 분당 600 stitch에 대응하는 모터의 회전은 3000 rpm에 달한다. 이처럼 모터의 회전을 600 rpm 이상 또는 3000 rpm 이상으로 증가시키면 캠 주변의 기계적 링크의 마찰과 진동으로 인하여 자수기의 동작을 제어하기가 극히 어려워 결과적으로 분당 600 stitch 이상의 고속 동작을 구현하기에 어려움을 겪어 왔다.

도 1은 종래 기술에 따른 모터 또는 크랭크축의 일 회전 동안 북(shuttle)의 경로를 밀리미터 단위로 도시하는 도면이다. 도 1의 가로축은 모터 또는 크랭크축의 회전 각도를 0도부터 360도까지 도시하고, 세로축은 각 회전 각도에 대응하는 북의 위치를 나타낸다.

도 1과 같은 곡선은 흔히 캠 곡선이라고도 불리며 모터 등 구동 장치의 회전이 캠(cam)에 의하여 왕복 운동 또는 변형된 왕복 운동 형태로 변환되는 관계를 나타낸다. 캠의 형태에 의하여 특수한 캠 곡선이 나타나며 자수기의 동작에 필요한 바늘대의 운동과 북의 운동을 제어하기 위하여 특수한 캠 곡선이 설계된다.

2세대 자수기의 고속화를 위한 시도는 계속 있어 왔으나, 대체로 북의 왕복 운동에 이용되는 드라이버 빔의 구조 및 소재의 개선을 통해 이를 이루고자 하는 시도가 많았다.

예컨대 EP A 0 638 681 호에 설명된 기계는 중공 프로파일로 이루어진 드라이버 빔을 포함한다. 북마다 하부 드라이버 바늘 및 상부 드라이버 바늘이 배치되고, 상기 드라이버 바늘 사이에는 북이 배치된다. 상기 드라이버 바늘에 의해 북은 소위 스퇴클리(Stoeckli)의 북 레일에서 상승 하강된다.

이동된 질량을 감소시키고 회전수를 보다 증가시키기 위해 EP A 1 055 761 호에 알루미늄 프로파일로 이루어진 드라이버 빔이 제안되었다. 상기 프로파일은 보어를 구비하고, 상기 보어 내부에 플라스틱으로 이루어진 드라이버 바늘이 삽입된다. 이로써 비교적 작은 질량을 갖는 드라이버 장치가 제공되고, 600 rpm 의 회전수가 가능하다고 기재되어 있다.

북의 질량은 약 20g 정도이고, 위와 같은 종래 기술에서 분당 약 600 stitch에 도달하기 위해서는 북과 함께 움직이는 드라이버 빔의 질량이 가볍게 유지되어야 한다. 드라이버 빔을 움직이는 로드가 서로 비교적 짧은 간격으로 배치되지 않으면 드라이버 빔이 변형될 위험이 있다.

이처럼 기계적인 링크에 의하여 바늘대 및 북의 움직임을 제어하는 종래의 기술로는 기계적 진동이나 마찰에 의한 영향을 줄이기가 어렵고, 자수 동작의 고속화를 달성하기가 어렵다.

또한 2세대 자수기의 고속화를 위해, 레쎄 프란츠에서 캠을 사용하지 않은 기술(한국공개특허공보 제2006-0047617호 (공개일 2006.05.18))을 출원하였다.

하지만, 레쎄 프란츠에서 출원한 기술은 북의 공통 운동을 통하여 고속 stitch를 가능하게 하는 것으로, 크랭크를 이용하기 때문에 대칭에 가까운 움직임을 가지는 북에는 적용이 가능하나, 북 이외의 다른 구성 요소(북보다 프로파일(profile)이 복잡한 경우)에 대해서는 적용하기 힘든 문제점이 있다.

따라서, 자수기의 고속화가 가능하면서 복잡한 프로파일에도 적용할 수 있는 새로운 자수기의 동작 원리의 개발의 필요성이 대두되었다.

한국공개특허공보 제2006-0047617호 (공개일 2006.05.18)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 도출된 것으로서, 캠(cam)과 같은 기계적 링크를 대체하여 바늘대(needle bar)와 북/셔틀(shuttle)의 움직임을 제어할 수 있는 제어장치 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 캠의 1회전에 의하여 바늘대 및 북이 왕복 운동하던 종래 기술의 구성 요소를 대체하여, 서보 모터(servo motor)가 정방향 및 역방향으로 회전하고 서보 모터의 회전 방향에 대응하는 바늘대 및 북이 왕복 운동을 제어하는 제어장치 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 자수 패턴에 따른 직물과 바늘대 간의 z-축 방향 이동 거리, 직물에 대한 바늘대의 x-y 평면 상의 이동 거리, 서보 모터의 부하 중 적어도 하나 이상을 고려하여 바늘대의 프로파일과 북/셔틀의 프로파일을 변경하여, 고속 동작에서도 오차 없는 stitch를 형성할 수 있는 제어장치 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 자수기에서 마찰 및 진동을 초래하는 캠을 사용하지 않도록 함으로써 자수기의 동작을 더욱 고속화할 수 있는 새로운 자수기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 자수기의 각 구성 요소인 바늘대, 북, 실채기 유닛(Large Tension), 노루발(presser)의 움직임을 서보 모터의 전기적인 제어신호에 의하여 동기화(synchronize)하는 자수기를 제공하는 것을 목적으로 한다. 전기적인 제어신호를 이용하여 자수기의 각 구성 요소를 동기화함으로써 고속 동작에서도 오차 없는 동기화가 가능하다.

본 발명은 서보 모터의 정방향 회전 및 역방향 회전에 의하여 바늘대의 움직임을 제어함으로써 바늘대의 복잡한 움직임을 더욱 용이하게 표현할 수 있다. 바늘대의 움직임이 복잡해지더라도 표현이 간단하므로 자수실의 루프(loop)가 북이 통과하기에 더욱 용이한 형태를 취할 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 자수기 제어장치는 자수실의 움직임을 안내하는 바늘대와, 북실의 움직임을 안내하는 북을 포함하는 자수기를 제어하는 제어장치에 있어서, 제1 제어신호에 따라 정(+)방향 회전과 역(-)방향 회전이 가능한 제1 구동부; 상기 제1 구동부의 회전 운동을 왕복 운동으로 전환하고, 상기 전환된 상기 왕복 운동을 상기 바늘대로 전달하여 상기 제1 구동부의 회전 방향에 따라 상기 바늘대를 전후로 움직이는 제1 전달부; 제2 제어신호에 따라 정(+)방향 회전과 역(-)방향 회전이 가능한 제2 구동부; 상기 제2 구동부의 회전 운동을 왕복 운동으로 전환하고, 상기 전환된 상기 왕복 운동을 상기 북으로 전달하여 상기 제2 구동부의 회전 방향에 따라 상기 북을 전후로 움직이는 제2 전달부; 및 상기 바늘대의 프로파일과 상기 북의 프로파일에 기초하여 상기 제1 제어신호와 상기 제2 제어신호를 생성하며, 상기 생성된 상기 제1 제어신호와 상기 제2 제어신호를 이용하여 상기 제1 구동부와 상기 제2 구동부를 제어하는 제어부를 포함한다.

상기 제어부는 직물과 상기 바늘대 간의 z-축 방향의 상대적인 이동 거리, 직물에 대한 상기 바늘대의 x-y 평면 상의 상대적인 이동 거리, 제직 속도, 직물의 특성, 실의 특성, 자수 패턴의 특성, 및 자수 기법 중 적어도 하나에 따라 상기 바늘대의 프로파일과 상기 북의 프로파일을 변경할 수 있다. 이 때 제어부는 제직 속도(예를 들어, 제직 동작의 rpm 또는 stitch/min)에 따라서 직물과 바늘대 간의 상대적인 이동 거리(z-축 방향)를 다르게 할 수 있으므로, 주어진 조건에 따라 바늘대와 북의 프로파일을 변경하여 자수기가 운전되도록 할 수 있다.

이 때, 상기 제어부는 자수 패턴에 기초하여 직물에 대한 상기 바늘대의 상대적인 이동 거리(x-y 평면 상)를 추출하고, 상기 추출된 상기 상대적인 이동 거리의 범위에 따라 상이하게 설정된 상기 바늘대의 프로파일들과 상기 북의 프로파일들 중 상기 확인된 상기 이동 거리에 해당하는 프로파일로 변경할 수 있다.

상기 제1 구동부와 상기 제2 구동부의 전류를 모니터링하여 상기 제1 구동부와 상기 제2 구동부의 부하를 검출하는 검출부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 구동부와 상기 제2 구동부의 부하 범위에 따라 상이하게 설정된 상기 바늘대의 프로파일들과 상기 북의 프로파일들 중 상기 검출된 상기 부하에 해당하는 프로파일로 변경할 수 있다.

상기 제어부는 상기 제1 구동부와 상기 제2 구동부를 동기화시켜 상기 바늘대는 상기 제1 구동부의 회전 운동에 따라 상기 직물 뒤에서 상기 자수실이 루프(loop)를 형성하도록 상기 자수실을 안내하고, 상기 북은 상기 제2 구동부의 회전 운동에 따라 상기 북실이 상기 자수실의 루프를 관통하도록 안내할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 자수기 제어장치는 자수실의 움직임을 안내하는 바늘대; 제어신호에 따라 정(+)방향 회전과 역(-)방향 회전이 가능한 구동부; 상기 구동부의 회전 운동을 왕복 운동으로 전환하고, 상기 전환된 상기 왕복 운동을 상기 바늘대로 전달하여 상기 구동부의 회전 방향에 따라 상기 바늘대를 전후로 움직이는 전달부; 및 상기 바늘대의 프로파일에 기초하여 상기 제어신호를 생성하며, 상기 생성된 상기 제어신호를 이용하여 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함한다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 자수기 제어장치는 북실의 움직임을 안내하는 북; 제어신호에 따라 정(+)방향 회전과 역(-)방향 회전이 가능한 구동부; 상기 구동부의 회전 운동을 왕복 운동으로 전환하고, 상기 전환된 상기 왕복 운동을 상기 북으로 전달하여 상기 구동부의 회전 방향에 따라 상기 북을 전후로 움직이는 전달부; 및 상기 북의 프로파일에 기초하여 상기 제어신호를 생성하며, 상기 생성된 상기 제어신호를 이용하여 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 자수기 제어장치는 자수실을 당길 수 있도록 상기 자수실이 걸리는 실채기 유닛; 제어신호에 따라 정(+)방향 회전과 역(-)방향 회전이 가능한 구동부; 상기 구동부의 회전 운동을 왕복 운동으로 전환하고, 상기 전환된 상기 왕복 운동을 상기 실채기 유닛으로 전달하여 상기 구동부의 회전 방향에 따라 상기 실채기 유닛을 전후로 움직이는 전달부; 및 상기 실채기 유닛의 프로파일에 기초하여 상기 제어신호를 생성하며, 상기 생성된 상기 제어신호를 이용하여 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함한다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 자수기 제어장치는 직물을 눌러 고정하는 노루발; 제어신호에 따라 정(+)방향 회전과 역(-)방향 회전이 가능한 구동부; 상기 구동부의 회전 운동을 왕복 운동으로 전환하고, 상기 전환된 상기 왕복 운동을 상기 노루발로 전달하여 상기 구동부의 회전 방향에 따라 상기 노루발을 전후로 움직이는 전달부; 및 상기 노루발의 프로파일에 기초하여 상기 제어신호를 생성하며, 상기 생성된 상기 제어신호를 이용하여 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 자수기 제어방법은 상기 자수기 제어장치를 제어하는 제어방법에 있어서, 상기 바늘대의 프로파일과 상기 북의 프로파일을 저장하는 단계; 상기 저장된 상기 바늘대의 프로파일과 상기 북의 프로파일에 기초하여 상기 제1 제어신호와 상기 제2 제어신호를 생성하는 단계; 상기 생성된 제1 제어신호와 상기 제2 제어신호를 상기 제1 구동부와 상기 제2 구동부로 제공하는 단계; 상기 제1 제어신호에 의한 상기 제1 구동부의 동작에 기초하여 상기 바늘대를 전후로 움직이는 단계; 및 상기 제2 제어신호에 의한 상기 제2 구동부의 동작에 기초하여 상기 북을 전후로 움직이는 단계를 포함한다.

나아가, 자수 패턴에 기초하여 직물에 대한 상기 바늘대의 상대적인 이동 거리(x-y 평면 상의 거리)를 확인하는 단계를 더 포함하고, 상기 저장하는 단계는 상기 바늘대의 이동 거리 범위에 따라 상이하게 설정된 상기 바늘대의 프로파일들과 상기 북의 프로파일들을 저장하며, 상기 생성하는 단계는 상기 저장된 상기 바늘대의 프로파일들과 상기 북의 프로파일들 중 상기 확인된 상기 이동 거리에 해당하는 프로파일을 확인하고, 상기 확인된 상기 프로파일에 해당하는 제1 제어신호와 제2 제어신호를 생성할 수 있다.

이 때, 상기 바늘대의 프로파일과 상기 북의 프로파일은 제직 중에 변경 될 수 있으며, 제직 RPM에 따라 상이하게 설정된 상기 바늘대의 프로파일들과 상기 북의 프로파일들 중 상기 자수기의 제직 RPM에 해당하는 프로파일로 변경할 수 있다.

나아가, 상기 제1 구동부와 상기 제2 구동부의 전류를 모니터링하여 상기 제1 구동부와 상기 제2 구동부의 부하를 검출하는 단계를 더 포함하고, 상기 저장하는 단계는 상기 제1 구동부와 상기 제2 구동부의 부하 범위에 따라 상이하게 설정된 상기 바늘대의 프로파일들과 상기 북의 프로파일들을 저장하며, 상기 생성하는 단계는 상기 저장된 상기 바늘대의 프로파일들과 상기 북의 프로파일들 중 상기 검출된 상기 부하에 해당하는 프로파일을 확인하고, 상기 확인된 상기 프로파일에 해당하는 제1 제어신호와 제2 제어신호를 생성할 수 있다.

이 때, 상기 바늘대의 프로파일과 상기 북의 프로파일은 직물의 종류, 상기 자수실의 종류 및 상기 북실의 종류 중 적어도 하나에 의하여 변경될 수 있다.

본 발명에 따르면, 캠(cam)과 같은 기계적 링크를 정방향 회전과 역방향 회전이 가능한 서보 모터로 대체함으로써, 고속에서도 바늘대(needle bar)와 북/셔틀(shuttle)의 움직임을 안정적으로 제어할 수 있다.

본 발명에 따르면, 캠의 1회전에 의하여 바늘대 및 북이 왕복 운동하던 종래 기술의 구성 요소가 대체될 수 있다. 즉, 서보 모터가 정방향 및 역방향으로 회전하고 서보 모터의 회전 방향에 대응하여 바늘대 및 북이 왕복 운동하는 새로운 자수기의 구현이 가능하다.

마찰 및 진동을 초래하는 캠의 사용은 자수기의 고속 동작을 제한하는 원인이 되어 왔다. 본 발명에 따르면, 자수기에서 캠을 사용하지 않도록 함으로써 자수기의 동작을 더욱 고속화할 수 있다.

종래 기술은 자수기의 구성 요소인 바늘대, 북, 실채기 유닛, 노루발의 움직임을 기계 장치에 의하여 동기화하였기 때문에 동기화의 오차 위험이 존재하였다. 특히 캠 등 기계적 링크의 마모에 의하여 바늘대, 북 등의 움직임이 변화한 경우 이를 보정하기가 쉽지 않았다.

본 발명에 따르면, 자수기의 각 구성 요소인 바늘대, 북, 실채기 유닛, 노루발의 동작을 서보 모터의 전기적인 제어신호에 의하여 동기화한다. 본 발명에 따르면 전기적인 제어신호를 이용하여 자수기의 각 구성 요소를 동기화함으로써 고속 동작에서도 오차 없는 동기화가 가능하며, 오차가 발생하는 경우에도 전기적인 제어신호를 프로그램(program)에 의하여 용이하게 수정함으로써 오차의 보정이 가능하다.

본 발명에 따르면, 서보 모터의 정방향 회전 및 역방향 회전에 의하여 바늘대의 움직임을 제어함으로써 바늘대의 복잡한 움직임을 더욱 용이하게 표현할 수 있다. 바늘대의 움직임이 복잡해지더라도 표현이 간단하므로 자수실의 루프(loop)가 북이 통과하기에 더욱 용이한 형태를 취할 수 있다.

본 발명에 따르면, 서보 모터의 정방향 회전 및 역방향 회전에 의하여 실채기, 노루발의 움직임을 제어할 수 있는데 종래 기술인 캠에 의하여 제어하는 경우보다 실채기 유닛 또는 노루발의 움직임을 더욱 정밀하게 제어할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 서보 모터를 제어하는 전기적인 신호를 프로그램에 의하여 구동함으로써 직물의 특성에 적합한 다양한 운동 패턴을 반영할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 직물의 특성, 직물과 바늘대 간의 z-축 방향의 이동 거리, 직물에 대한 바늘대의 x-y 평면 상의 이동 거리, 서보 모터의 부하 등을 고려하여 바늘대의 왕복 운동에 해당하는 프로파일과 북의 왕복 운동에 해당하는 프로파일을 적절하게 변경함으로써, 고속에서도 자수 패턴을 오차 없이 생성할 수 있다.

또한, 본 발명은 제직 중에 바늘대의 프로파일과 북의 프로파일을 변경할 수 있고, 제직 RPM을 고려하여 바늘대의 프로파일과 북의 프로파일을 변경할 수 있기 때문에 제직 속도가 변경되더라도 자수 패턴을 오차 없이 생성할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면 바늘대와 북을 포함한 제직 구성요소들의 프로파일을 실시간으로 변경함으로써 자수 품질을 관리할 수 있고, 자수 기법을 다양화할 수 있다. 자수 기법은 자수실 또는 북실의 형태와 관련된다. 종래의 기계적 캠은 캠의 타이밍을 변화시키더라도 제직 구성요소들의 움직임 자체가 변화하는 것은 아니기 때문에 자수 기법을 다양화하거나 자수 품질을 관리하기가 용이하지 않았다. 이에 비하여 본 발명에 따르면 제직 구성요소들의 프로파일을 변경함으로써 보다 자유롭게 자수 기법을 다양화하거나 자수 품질을 관리할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면 자수 공정의 생산성을 높이기 위하여 제직 RPM, 자수 공정의 난이도, 자수 패턴의 복잡성 등을 고려하여 제직 구성요소들의 부하가 적은 프로파일로 변경하여 자수기를 운전할 수 있으므로 자수 공정의 안정성 및 생산성을 높일 수 있다.

또한 본 발명은 자수기에만 한정되지 않고, 캠을 사용하여 기계적 동작을 수행하는 장치에 적용할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 모터 또는 크랭크축의 일 회전 동안 북(shuttle)의 경로를 밀리미터 단위로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명을 설명하기 위한 자수기의 개략적인 구성을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자수기 제어장치에 대한 구성 블록도를 나타낸 것이다.
도 4는 도 3의 바늘대부의 일 실시예 구성을 사시도로 나타낸 것이다.
도 5는 도 3의 바늘대부의 다른 일 실시예 구성을 정면도로 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 자수기 제어장치의 각 구성 요소에 대한 운동의 일 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 7은 도 3의 북부의 일 실시예 구성을 사시도로 나타낸 것이다.
도 8은 도 3의 북부의 다른 일 실시예 구성을 정면도로 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 자수기의 바늘대 및 북의 움직임에 대한 곡선을 나타낸 것이다.
도 10은 도 9에 도시된 기준 프로파일에서 변경된 자수기의 바늘대 및 북의 움직임에 대한 일 실시예의 곡선을 나타낸 것이다.
도 11은 도 9에 도시된 기준 프로파일에서 변경된 자수기의 바늘대 및 북의 움직임에 대한 다른 일 실시예의 곡선을 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 자수기 제어방법에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 13은 종래 캠을 이용한 북의 프로파일과 캠의 가속도 변화를 나타낸 것이다.
도 14는 본 발명에 따른 북의 프로파일과 제2 구동부의 가속도 변화를 나타낸 것이다.
도 15는 제직 RPM 속도에 따라 직물과 바늘대 간의 z-축 방향 거리를 달리 하는 프로파일 변경에 대한 도면이다.

이하에서, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.

이하의 도면들은 본 발명의 특징을 두드러지게 나타내기 위하여 간략화되고, 다소 과장되게 그려졌으며, 이하의 도면들의 치수는 실제 본 발명의 제품들의 치수와 정확하게 일치하지는 않는다.

당업자라면, 이하의 도면들의 기재로부터 각 구성 요소의 길이, 둘레, 두께 등 치수를 용이하게 변형하여 실제 제품에 적용할 수 있을 것이며, 이러한 변형은 본 발명의 권리 범위에 속할 것임은 당업자에게 자명하다.

도 2는 본 발명을 설명하기 위한 자수기의 개략적인 구성을 나타낸 것이다.

자수기(200)는 수직 방향으로 펼쳐진 직물(210)에 자수를 형성하는 장치로서, 직물(210)이 이동할 수 있는 수평 방향을 x축 방향이라 하고, 직물(210)이 이동할 수 있는 수직 방향을 y축 방향이라 한다. 수평 이동 장치(230)는 직물(210)을 x축을 따라 좌우로 이동시키고, 수직 이동 장치(240)는 직물(210)을 y축을 따라 상하로 이동시킨다.

자수기(200)는 직물(210)에 대하여 수직으로 형성된 복수의 바늘대(needle bar)(220)를 포함한다.

바늘대(220)가 움직이는 방향을 편의 상 z축이라 하며, 바늘대(220)는 z축을 따라 전후로 움직인다.

도 2에 도시되지는 않았으나, 직물(210)의 뒤편에는 북/셔틀이 위치한다.

바늘대(220)는 자수실의 움직임을 안내하며, 북은 북실의 움직임을 안내한다. 바늘대(220)는 직물(210)을 통과하여 직물(210) 뒤편에서 자수실이 루프(loop)를 형성하도록 자수실을 안내한다. 북은 직물(210) 뒤편에서 자수실의 루프를 통과하며 자수실과 북실은 한 바늘땀(stitch)마다 얽힌다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자수기 제어장치에 대한 구성 블록도를 나타낸 것이다.

도 3을 참조하면, 자수기 제어장치는 제어부(310), 검출부(320), 바늘대부(330), 북부(340), 실채기부(350), 노루발부(360), 수평 이동부(370) 및 수직 이동부(380)를 포함한다.

수평 이동부(370)는 자수 패턴에 따라 직물을 수평 방향 즉, 도 1의 x축 방향으로 이동시킨다. 수평 이동부(370)는 도 2의 수평 이동 장치에 해당한다.

이 때, 수평 이동부(370)는 제어부(310)에 의해 수신된 제어신호에 따라 직물을 x축 방향으로 일정 거리만큼 이동시킬 수 있다.

수직 이동부(380)는 자수 패턴에 따라 직물을 수직 방향 즉, 도 2의 y축 방향으로 이동시킨다. 수직 이동부(380)는 도 2의 수직 이동 장치에 해당한다.

이 때, 수직 이동부(380)는 제어부(310)에 의해 수신된 제어신호에 따라 직물을 y축 방향으로 일정 거리만큼 이동시킬 수 있다.

바늘대부(330)는 제1 구동부(331), 제1 전달부(332) 및 바늘대(333)를 포함한다.

제1 구동부(331)는 제어부(310)로부터 수신된 제1 제어신호에 따라 정(+)방향 회전과 역(-)방향 회전을 수행한다.

여기서, 제1 제어신호는 바늘대(333)의 왕복 운동에 해당하는 프로파일의 전기적 신호일 수 있다.

제1 전달부(332)는 제1 구동부(331)의 회전 운동을 왕복 운동으로 전환하고, 전환된 왕복 운동을 바늘대(333)로 전달하여 제1 구동부(331)의 회전 방향에 따라 바늘대(333)를 전후로 움직이는 역할을 수행한다.

바늘대(333)는 제1 전달부(332)에 의한 왕복 운동을 통하여 직물(210)에 자수실을 안내한다.

북부(340)는 제2 구동부(341), 제2 전달부(342) 및 북(343)을 포함한다.

제2 구동부(341)는 제어부(310)로부터 수신된 제2 제어신호에 따라 정(+)방향 회전과 역(-)방향 회전을 수행한다.

여기서, 제2 제어신호는 북(343)의 왕복 운동에 해당하는 프로파일의 전기적 신호일 수 있다.

제2 전달부(342)는 제2 구동부(341)의 회전 운동을 왕복 운동으로 전환하고, 전환된 왕복 운동을 북(343)으로 전달하여 제2 구동부(341)의 회전 방향에 따라 북(343)을 전후 또는 상하로 움직이는 역할을 수행한다.

북(343)은 제2 전달부(342)에 의한 왕복 운동을 통하여 바늘대(333)에 의하여 직물(210) 뒷편에 형성된 자수실 루프(loop)를 통과하여 자수실과 바늘땀(stitch)을 형성하도록 북실을 안내한다.

실채기부(350)는 제3 구동부(351), 제3 전달부(352) 및 실채기 유닛(353)을 포함한다.

제3 구동부(351)는 제어부(310)로부터 수신된 제3 제어신호에 따라 정(+)방향 회전과 역(-)방향 회전을 수행한다.

여기서, 제3 제어신호는 실채기 유닛(353)의 왕복 운동에 해당하는 프로파일의 전기적 신호일 수 있으며, 전기적 신호는 펄스 신호가 될 수 있다.

제3 전달부(352)는 제3 구동부(351)의 회전 운동을 왕복 운동으로 전환하고, 전환된 왕복 운동을 실채기 유닛(353)으로 전달하여 제3 구동부(351)의 회전 방향에 따라 실채기 유닛(353)을 전후로 움직이는 역할을 수행한다.

실채기 유닛(353)은 바늘대(333)에 연결된 자수실을 걸어서 자수실을 당기는 기능을 수행한다.

노루발부(360)는 제4 구동부(361), 제4 전달부(362) 및 노루발(363)을 포함한다.

제4 구동부(361)는 제어부(310)로부터 수신된 제4 제어신호에 따라 정(+)방향 회전과 역(-)방향 회전을 수행한다.

여기서, 제4 제어신호는 노루발(363)의 왕복 운동에 해당하는 프로파일의 전기적 신호일 수 있으며, 전기적 신호는 펄스 신호가 될 수 있다.

제4 전달부(362)는 제4 구동부(361)의 회전 운동을 왕복 운동으로 전환하고, 전환된 왕복 운동을 노루발(363)로 전달하여 제4 구동부(361)의 회전 방향에 따라 노루발(363)을 전후로 움직이는 역할을 수행한다.

노루발(363)은 직물(210)을 고정시키는 역할을 한다. 즉, 노루발(363)은 직물(210)이 x축 방향 또는 y축 방향으로 이동하는 경우에만 직물(210)을 고정시키지 않고 직물 이동이 없는 시간 동안 직물(210)을 고정시킨다.

상술한 제1 구동부(331) 내지 제4 구동부(361)는 정방향 회전과 역방향 회전이 가능한 서보 모터(servo motor)일 수 있다. 즉, 제1 구동부(331) 내지 제4 구동부(361)는 수신되는 전기 제어신호가 (+)이면 구동부의 중심축은 반시계 방향으로 회전하고, 전기 제어신호가 (-)이면 구동부의 중심축은 시계 방향으로 회전할 수 있다.

또한, 상술한 제1 전달부(332) 내지 제4 전달부(362)는 기어(예를 들어, 헬리컬 기어), 타이밍 벨트와 풀리(pulley), 크랭크 암 중 적어도 하나 이상을 포함함으로써, 구동부의 회전 운동을 왕복 운동으로 전환할 수 있다.

검출부(320)는 제1 구동부(331) 내지 제4 구동부(361) 중 적어도 하나 이상의 구동부 예를 들어, 제1 구동부(331), 제2 구동부(341)의 전류를 모니터링하여 부하를 검출한다.

여기서, 검출부(320)는 구동부의 부하를 검출하여 검출된 부하에 따라 각 구성부의 제어신호를 생성하는 프로파일을 변경하기 위한 구성으로, 반드시 필요한 필수적인 구성 요소가 아닌 선택적인 구성 요소가 될 수 있다.

제어부(310)는 자수기 제어장치를 구성하는 모든 구성 요소들을 제어하는 구성으로, 자수 패턴에 기초하여 수평 이동부(370), 수직 이동부(380)와 제1 구동부(331) 내지 제4 구동부(361)를 제어한다.

제어부(310)는 자수 패턴에 따라 기 설정된 바늘대, 북, 실채기 유닛, 노루발의 프로파일을 이용하여 제1 제어신호 내지 제4 제어신호를 생성하고, 생성된 제어신호를 이용하여 구성부 각각을 제어한다.

이 때, 제어부(310)는 제1 제어신호 내지 제4 제어신호를 동기화시켜 구동부 각각을 제어하는 것이 바람직하다.

즉, 제어부(310)는 구동부들 각각의 동기화된 제어신호를 이용하여 각 구동부의 정방향 회전과 역방향 회전을 제어함으로써, 종래 기술인 캠에 의하여 제어하는 것보다 고속에서도 오차 없는 동기화가 가능하며, 오차가 발생하는 경우에도 전기적인 제어신호를 프로그램에 의하여 용이하게 수정함으로써 오차의 보정이 가능하다.

또한, 제어부(310)는 자수 패턴에 기초하여 직물(210)에 대한 바늘대(333) 의 상대적인 이동 거리 즉, 한 바늘땀에서 다음 바늘땀까지의 x-y 평면 상의 거리를 추출하고, 추출된 상대적인 이동 거리에 따라 각 구성 요소의 프로파일을 변경하여 제1 제어신호 내지 제4 제어신호를 재생성할 수도 있다.

예를 들어, 제어부(310)는 직물(210)에 대한 바늘대(333)의 x-y 평면 상의 이동 거리가 기 설정된 기준 이동 거리보다 작은 경우와 큰 경우 각각에 대해 구성 요소들의 프로파일들을 저장하고, 상대적인 이동 거리가 작은 경우에는 작은 경우에 대해 기 설정된 제1 프로파일들을 이용하여 제1 제어신호 내지 제4 제어신호를 생성하며, 상대적인 이동 거리가 큰 경우에는 큰 경우에 대해 기 설정된 제2 프로파일들을 이용하여 제1 제어신호 내지 제4 제어신호를 생성함으로써, 구동부들을 제어한다.

또한, 제어부(310)는 검출부(320)에 의해 검출된 구동부들의 부하에 기초하여 부하 범위에 따라 상이하게 설정된 각 구성 요소의 프로파일을 변경하여 제1 제어신호 내지 제4 제어신호를 재생성할 수도 있다.

이 때, 제어부(310)는 부하 범위에 따라 각 구성 요소들의 프로파일들을 저장하고, 부하 범위가 제1 부하 범위에 해당하는 경우에는 제1 부하 범위에 대해 기 설정된 제1 프로파일들을 이용하여 제1 제어신호 내지 제4 제어신호를 생성하며, 부하 범위가 제2 부하 범위에 해당하는 경우에는 제2 부하 범위에 대해 기 설정된 제2 프로파일들을 이용하여 제1 제어신호 내지 제4 제어신호를 생성함으로써, 구동부들을 제어한다.

물론, 제어부(310)는 상대적인 이동 거리 범위를 두 개 이상의 범위로 설정할 수도 있으며, 부하 범위 또한 두 개 이상의 범위로 설정할 수도 있다.

또한, 제어부(310)는 직물의 재질에 따라 바늘대, 북, 실채기 유닛, 노루발의 프로파일을 변경할 수도 있으며, 이에 대한 정보 또한 기 저장될 수 있다.

나아가, 제어부(310)는 제직 중에 각 구성 요소들의 프로파일들을 변경할 수 있으며, 제직 RPM에 따라서도 프로파일들을 변경할 수도 있다. 물론, 제직 RPM에 따른 구성 요소별 프로파일들은 기 설정되어 저장되어 있는 것이 바람직하다. 이 때 제직 RPM에 따른 프로파일 변경은 직물(210)과 바늘대(333) 간의 z-축 방향의 상대적인 최대 이격 거리에 대한 변경을 통해 이루어질 수도 있다.

상술한 제어부(310)와 검출부(320)는 하나의 제어 장치 예를 들어, 자수기 제어 컴퓨터에 구성될 수 있으며, 자수기 제어 컴퓨터는 제어부의 기능과 검출부의 기능을 동시에 수행할 수 있다.

상술한 본 발명의 자수기 제어장치를 구성하는 구성 요소 중 바늘대부와 북부의 구체적인 동작에 대해 설명한다.

도 4는 도 3의 바늘대부(330)의 일 실시예 구성을 사시도로 나타낸 것으로, 제1 전달부(332)가 헬리컬 기어를 포함하는 경우에 대하여 나타낸 것이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 바늘대(333)와 제1 구동부(331) 사이에 형성되어 제1 구동부(331)의 회전 운동을 왕복 운동으로 변환하여 전달하는 제1 전달부(332)는 제1 헬리컬 기어(420), 제2 헬리컬 기어(430), 전달 로드(440), 장축 링크(450) 및 전달 링크(460)를 포함한다.

제1 구동부(410)는 제어부(310)의 제1 제어신호에 따라 정방향 회전과 역방향 회전이 가능한 모터로서, 제1 제어신호가 (+)이면 제1 구동부(410)의 중심축은 반시계 방향으로 회전하고, 제1 제어신호가 (-)이면 중심축은 시계 방향으로 회전할 수 있다.

제1 헬리컬 기어(420)는 제1 구동부(410)의 중심축에 고정되어 제1 구동부(410)의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전하면서 물리적으로 기어가 맞물리는 제2 헬리컬 기어(430)로 회전 운동을 전달한다.

제2 헬리컬 기어(430)는 제1 헬리컬 기어(420)와 기어를 통해 물리적으로 연결되어 제1 헬리컬 기어(420)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전한다.

이 때, 제2 헬리컬 기어(430)는 제1 헬리컬 기어(420)와 물리적으로 연결되는 일 부분만이 헬리컬 기어로 이루어지고, 힌지를 중심으로 회전 운동을 수행한다.

전달 로드(440)는 일측이 핀을 통하여 제2 헬리컬 기어(430)와 연결되며, 제2 헬리컬 기어(430)의 회전 운동에 따라 상하 운동을 수행하며, 이 힘을 장축 링크(450)로 전달한다.

장축 링크(450)는 회전 가능한 장축에 고정되고, 전달 로드(440)의 다른 일측과 연결되어 전달 로드(440)의 상하 운동을 회전 운동으로 변환하여 장축을 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시킨다.

전달 링크(460)는 장축의 어느 한 부분에 고정되고, 장축 링크(450)에 의한 장축의 회전 방향으로 회전하여 바늘대 본체(470)를 왕복 운동시킨다.

이 때, 전달 링크(460)는 많은 수의 바늘대가 왕복 운동할 수 있도록 장축에 복수로 연결될 수 있다.

바늘대(333)는 바늘(480)과 바늘대 본체(470)를 포함하며, 전달 링크(460)에 의하여 바늘대의 프로파일에 해당하는 왕복 운동을 수행함으로써, 직물에 자수실을 안내하고 북실과 바늘땀(stitch)을 형성한다.

이 때, 바늘대는 전 후진 가이드 브라켓 베드(490)에 의하여 설정된 가이드로 전진 또는 후진할 수 있다.

즉, 바늘대는 제1 구동부(410)가 시계 방향으로 회전하면 전달 로드(440)가 위로 움직이고 장축에 고정된 장축 링크(450)의 반시계 방향 회전에 의하여 장축이 회전하며, 이에 따라 전달 링크(460) 또한 반시계 방향으로 회전하여 바늘대 본체(470)가 전진함으로써, 직물에 접근하거나 직물을 통과한다. 또한, 제1 구동부(410)가 반시계 방향으로 회전하면 전달 로드(440)가 아래로 움직이고 장축 링크(450)의 시계 방향 회전에 의하여 장축이 회전하며, 이에 따라 전달 링크(460) 또한 시계 방향으로 회전하여 바늘대 본체(470)가 후퇴함으로써, 직물로부터 이탈한다.

도 5는 도 3의 바늘대부(330)의 다른 일 실시예 구성을 정면도로 나타낸 것으로, 제1 전달부(332)가 크랭크 암을 포함하는 경우에 대하여 나타낸 것이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 바늘대부(330)는 바늘대(510, 520), 제1 구동부(570) 그리고 바늘대(510, 520)와 제1 구동부(570) 사이에 구성된 크랭크 암(550), 제1 전달 암(540) 및 제2 전달 암(530)을 포함한다.

즉, 바늘대부(330)는 제1 구동부(570), 크랭크 암(550), 제1 전달 암(540), 제2 전달 암(530) 및 바늘대(510, 520)로 이루어진다.

제1 구동부(570)와 바늘대(510, 520)는 도 4에서 설명한 제1 구동부(410) 및 바늘대(460, 470)와 동일하기에 그 설명은 생략한다.

크랭크 암(550)은 제1 구동부(570)의 중심축(560)에 고정되어 연결되고, 크랭크 암(550)의 반대편 끝은 중심축의 회전 운동에 따라 원호를 그리며 운동한다. 크랭크 암(550)의 운동은 제1 전달 암(540)과 제2 전달 암(530)을 통해 바늘대 본체(520)에 전달되며, 중심축이 반시계 방향으로 회전하는 경우 바늘(510)은 전진하여 직물(210)에 접근하거나 직물(210)을 통과하고, 중심축이 시계 방향으로 회전하는 경우 바늘(510)은 후퇴하여 직물(210)로부터 이탈한다.

크랭크 암(550)은 크랭크 핀에 의하여 제1 전달 암(540)과 연결되고, 중심축의 회전 방향에 따라 제1 전달 암(540)은 직물을 향한 방향으로 전진하거나 직물로부터 멀어지는 방향으로 후퇴한다.

제2 전달 암(530)은 크랭크 핀에 의하여 제1 전달 암(540)과 연결되고, 제1 전달 암(540)의 운동을 바늘대 본체(520)에 전달한다.

도면에 도시되지는 않았으나, 바늘대 본체(520)는 가이드부재에 연결될 수 있다. 가이드부재는 바늘대가 정해진 궤도 내에서 움직일 수 있도록 바늘대 본체의 운동 궤적을 안내할 수 있다.

도 6은 본 발명의 자수기 제어장치의 각 구성 요소에 대한 운동의 일 예를 개략적으로 나타낸 것이다.

도 6을 참조하면, 바늘(610)은 직물(210)을 통과하여 자수실을 직물 뒤편으로 안내한다. 설명의 편의 상 제1 실채기 유닛(640)에 연결되는 자수실의 제1 부분(611)과, 인접한 바늘땀(stitch)으로 연결되는 자수실의 제2 부분(612)을 나누어 설명한다.

바늘(610)이 전진하였다가 일시 후퇴하면 자수실의 제2 부분(612)과 직물의 마찰에 의하여 자수실의 제2 부분(612)이 루프(loop)를 형성한다.

이 때, 북(620)이 전진하여 루프를 통과함으로써 북실(621)이 루프를 통과하도록 안내한다.

이어 바늘(610)이 일시 전진하였다가 최종적으로 후퇴하면 바늘(610)은 직물(210)로부터 이탈하게 된다.

이 때, 바늘(610)이 최종적으로 후퇴한 후 북(620)도 후퇴하여 북실(621)과 자수실의 제2 부분(612)이 얽히며 하나의 바늘땀(stitch)을 형성한다.

자수실의 제1 부분(611)은 제1 실채기 유닛(640)과 제2 실채기 유닛(650)에 연결된다. 하나의 바늘땀을 형성하는 동안 자수실의 제2 부분(612)은 루프를 형성하므로 인접한 바늘땀과의 텐션(tension)이 느슨한 상태가 된다. 제1, 제2 실채기 유닛(640, 650)은 하나의 바늘땀이 형성된 직후 인접한 바늘땀과의 텐션을 일정한 수준으로 유지하기 위하여 자수실의 제1 부분(611)을 일정한 강도로 당긴다. 자수실의 제1 부분(611)이 당겨지면 자수실의 제2 부분(612)도 당겨져 인접한 바늘땀과의 텐션이 회복되고, 일정한 수준으로 유지된다.

제1, 제2 실채기 유닛(640)의 전진/후퇴에 의하여 자수실의 제1 부분(611)을 일정한 강도로 당겨 자수실의 텐션이 회복된 후 원 위치로 복귀한다.

노루발(presser)(630)은 바늘땀이 형성되는 동안 직물(210)을 고정하기 위하여 직물(210)을 누르는 장치이다. 노루발(630)은 바늘(610)이 직물(210)을 통과하기 직전 전진하여 직물(210)을 눌러 직물(210)을 고정한다. 바늘땀이 형성되는 동안 노루발(630)은 전진 상태를 유지하여 직물(210)을 계속 고정한다. 바늘땀이 형성되고, 바늘(610)이 직물(210)로부터 이탈하면 노루발(630)은 후퇴하여 직물(210)에 대한 고정을 해제한다.

도 7은 도 3의 북부(340)의 일 실시예 구성을 사시도로 나타낸 것으로, 제2 전달부(342)가 헬리컬 기어를 포함하는 경우에 대하여 나타낸 것이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 북(343)과 제2 구동부(341) 사이에 형성되어 제2 구동부(341)의 회전 운동을 상하 왕복 운동으로 변환하여 전달하는 제2 전달부(342)는 제3 헬리컬 기어(720), 제4 헬리컬 기어(730) 및 제1 전달 로드(740)를 포함한다.

제2 구동부(710)는 제어부(310)의 제2 제어신호에 따라 정방향 회전과 역방향 회전이 가능한 모터로서, 제2 제어신호가 (+)이면 제2 구동부(710)의 중심축은 반시계 방향으로 회전하고, 제2 제어신호가 (-)이면 중심축은 시계 방향으로 회전할 수 있다.

제3 헬리컬 기어(720)는 제2 구동부(710)의 중심축에 고정되어 제2 구동부(710)의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전하면서 물리적으로 기어가 맞물리는 제4 헬리컬 기어(730)로 회전 운동을 전달한다.

제4 헬리컬 기어(730)는 제3 헬리컬 기어(720)와 기어를 통해 물리적으로 연결되어 제3 헬리컬 기어(720)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전한다.

이 때, 제4 헬리컬 기어(730)는 제3 헬리컬 기어(720)와 물리적으로 연결되는 일 부분만이 헬리컬 기어로 이루어지고, 힌지를 중심으로 회전 운동을 수행한다.

제1 전달 로드(740)는 일측이 핀을 통하여 제4 헬리컬 기어(730)와 연결되며, 제4 헬리컬 기어(730)의 회전 운동을 왕복 운동으로 변환하여 북(620)으로 전달한다.

북(620)은 제1 전달 로드(740)에 의하여 북의 프로파일에 해당하는 왕복 운동을 수행함으로써, 직물(210)의 뒤편에서 자수실에 의하여 형성된 루프를 통과하고 바늘이 후퇴한 후 후퇴하도록 안내하여 바늘땀을 형성한다.

즉, 북(620)은 제2 구동부(710)가 시계 방향으로 회전하면 제1 전달 로드(740)가 위로 전진하여 자수실의 루프를 통과하도록 북실을 위로 안내하고, 제2 구동부(710)가 반시계 방향으로 회전하면 제1 전달 로드(740)가 아래로 후퇴하여 북실을 아래로 안내함으로써, 북실과 자수실이 얽히어 바늘땀을 형성한다.

도 8은 도 3의 북부(340)의 다른 일 실시예 구성을 정면도로 나타낸 것으로, 제2 전달부(342)가 크랭크 암을 포함하는 경우에 대하여 나타낸 것이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 북(343)과 제2 구동부(341) 사이에 형성된 제2 전달부(342)는 제3 전달 암(830)과 제2 전달 로드(840)를 포함한다.

제2 구동부(810)와 북(620)은 도 7에서 설명한 제2 구동부(710) 및 북(620)과 동일하기에 그 설명은 생략한다.

제3 전달 암(830)의 한쪽 끝은 제2 구동부(810)의 중심축(820)에 연결되고, 제3 전달 암(830)의 다른 한쪽 끝은 제2 구동부(810)의 중심축 회전 방향 및 각도에 따라 원호를 그리며 움직인다. 제3 전달 암(830)의 다른 한쪽 끝은 제2 전달 로드(840)와 연결되며, 제3 전달 암(830), 제2 전달 로드(840)에 의하여 중심축의 회전 운동에 따라 북(620)이 전진 또는 후퇴한다. 따라서, 제2 제어신호가 (+)이면 제2 구동부(810)가 반시계 방향으로 회전하여 북(620)은 위로 전진하고, 제2 제어신호가 (-)이면 제2 구동부(810)가 시계 방향으로 회전하여 북(620)은 아래로 후퇴한다.

상기 도 7과 도 8에서, 북의 전진 운동이라 함은 자수실의 루프를 향하여 접근하거나 자수실의 루프를 관통하는 방향의 운동을 가리킨다. 북의 후퇴 운동은 전진 운동의 반대 방향으로 운동하는 것을 말한다. 북의 전진 및 후퇴 운동은 바늘의 전진 및 후퇴 운동과는 다를 수 있으며, x축, y축, 또는 z축 방향으로 한정되는 것이 아니다. 북의 전진 및 후퇴 운동은 통상 직물의 뒤편에서 이루어지며 북은 대개의 경우 직물과 평행하게 운동한다. 그러나 실시예에 따라서는 북이 반드시 직물과 평행하게 운동하는 것은 아니며 직물에 대하여 비스듬하게 운동할 수도 있다.

상기 도 4, 도 5, 도 7과 도 8에서 구동부의 회전 운동을 왕복 운동으로 변환하는 전달부에 대하여 헬리컬 기어, 크랭크 암 또는 전달 암 등을 포함하는 것으로 설명하였지만, 이에 한정되지는 않는다.

예컨대, 전달부가 풀리(pulley)와 타이밍 벨트를 포함하여 구동부의 회전 운동을 왕복 운동으로 변환할 수도 있으며, 헬리컬 기어가 아닌 일반 기어를 사용하여 회전 운동을 왕복 운동으로 변환할 수도 있다.

본 명세서 상에서 회전 운동을 왕복 운동으로 변환하는 구성 요소는 헬리컬 기어, 일반 기어, 풀리, 타이밍 벨트 등을 포함할 수 있으며, 여기에 기재된 구성 요소는 실시예일 뿐, 본 발명의 사상이 이러한 실시예들로 인하여 한정되거나 축소 해석되어서는 아니 된다.

또한, 도 3에 도시된 실채기부(350)와 노루발부(360)를 구성하는 제3 전달부(352) 또는 제4 전달부(362)도 상술한 제1 전달부(332) 또는 제2 전달부(342)와 유사한 구성을 통하여 제어될 수 있다.

즉, 제3 제어신호와 제4 제어신호에 따라 제3 구동부(351)와 제4 구동부(361)가 정방향 및 역방향으로 회전하고, 제3 전달부(352)와 제4 전달부(362)에 의하여 회전 운동을 왕복 운동으로 변환함으로써, 실채기 유닛(353) 또는 노루발(363)의 전진/후퇴가 가능하다.

상술한 바늘대부(330)의 구성(도 4, 도 5) 또는 북부(340)의 구성(도 7, 도 8)을 변형하여 실채기부(350) 또는 노루발부(360)의 구성에 적용하는 것은 당업자에게 극히 용이하며 이 같은 적용을 위하여 도 4, 도 5, 도 7, 도 8의 기재로부터 수치를 변형하는 것은 당업자에게 자명하다.

도 9는 본 발명의 자수기의 바늘대 및 북의 움직임에 대한 곡선을 나타낸 것으로, 본 발명에서 자수 패턴에 따라 기 설정된 바늘대와 북의 기준 프로파일이며, 전달부가 헬리컬 기어로 구성된 경우를 예로 설명한다.

제1 곡선(910)은 바늘대의 움직임에 대응하는 프로파일을 나타내고, 제2 곡선(920)은 북의 움직임에 대응하는 프로파일을 나타낸다. t1부터 t2까지의 시간 구간은 하나의 바늘땀이 형성되는 사이클을 나타낸다.

t1에서 바늘대는 최대로 후퇴된 상태이다. 이 때, 수평 이동부(370)와 수직 이동부(380)는 각각 x축과 y축 방향으로 직물(210)을 이동시켜 바늘대 및 북이 새로운 바늘땀을 형성할 위치로 이송한다.

제어부(310)는 각 바늘땀에 대하여 (x, y)좌표를 보유하고, 각각의 (x, y) 좌표에 따라 수평 이동부(370)와 수직 이동부(380)를 제어하여 직물의 위치를 조정한다.

이 때, 제1, 제2 실채기 유닛(640, 650)은 제어부(310)의 제어를 통하여 소정의 강도로 자수실의 제1 부분(611)을 당겨 바늘땀 간의 자수실의 텐션을 일정 수준으로 유지한다. 이 때, 제1, 제2 실채기 유닛(640, 650)이 당기는 강도는 제1, 제2 실채기 유닛(640, 650)이 후퇴(또는 전진)하는 거리와 연관되고, 제1, 제2 실채기 유닛(640, 650)이 후퇴(또는 전진)하는 거리는 제1, 제2 실채기 유닛(640, 650)을 제어하는 제3 구동부의 회전 각도와 연관된다. 따라서, 제1, 제2 실채기 유닛(640, 650)을 제어하는 제3 구동부의 회전 각도를 조정함으로써 바늘땀 간의 자수실의 텐션을 조정할 수 있다.

제1, 제2 실채기 유닛(640, 650)은 후퇴(또는 전진)하여 자수실의 제1 부분(611)을 당긴 후 전진(또는 후퇴)하여 원래의 위치로 복귀한다.

노루발(630)은 t1 이전에 후퇴하여 직물(210)을 해방하여 직물(210)이 x, y축 방향으로 이동할 수 있도록 한다. 직물(210)이 새로운 (x, y) 좌표로 이동하면 노루발(630)은 전진하여 직물(210)을 고정한다.

제1 곡선(910)에 대하여 t1부터 제1 점(911)에 이르는 동안 바늘대는 전진한다. 이 과정에서 제1 구동부의 중심축은 소정의 제1 각도만큼 시계 방향으로 회전한다.

제1 점(911)부터 제2 점(912)에 이르는 동안 바늘대는 후퇴한다. 이 과정에서 제1 구동부의 중심축은 소정의 제2 각도만큼 반시계 방향으로 회전한다. 제1 점(911)부터 제2 점(912)까지의 시간 구간에서 바늘대의 후퇴에 따라 자수실의 제2 부분(612)은 루프를 형성한다. 제2 점(912)부터 제3 점(913)에 이르는 동안 바늘대는 다시 전진한다.

북은 루프를 형성하는 제2 점(912)의 시간보다 일정 시간 먼저 전진한다. 특히 자수실의 제2 부분(612)의 루프가 형성된 동안 북은 루프를 통과하고, 북실이 루프를 통과하도록 안내한다.

제3 점(913)부터 t2에 이르는 동안 바늘대는 최종적으로 후퇴한다. 이 때, 북은 바늘대가 후퇴하는 일정 시간 동안 전진한 후 제4 점(921)을 지나 후퇴한다. 바늘대가 후퇴하고 북이 후퇴함으로써, 자수실의 제2 부분(612)과 북실(621)은 직물의 뒤편에서 얽혀 바늘땀을 형성한다.

바늘땀이 형성된 후 제1, 제2 실채기 유닛(640, 650)이 전진 또는 후퇴하여 자수실의 제1 부분(611)을 당김으로써 바늘땀 간의 텐션을 회복하고, 노루발(630)은 후퇴하여 직물(210)이 자유롭게 이동할 수 있도록 한다.

제어부(310)는 수평 이동부(370)와 수직 이동부(380)를 제어하여 새로운 (x, y) 좌표로 직물을 이송하고, 노루발(630)이 다시 전진하여 직물을 고정한다. 이로써 새로운 바늘땀이 형성될 준비가 갖추어졌으며, 바늘대와 북은 반복적으로 전진/후퇴 운동을 하여 새로운 바늘땀을 형성한다.

본 발명에서 바늘대, 북, 노루발, 제1, 제2 실채기 유닛 각각은 정방향 및 역방향 회전이 가능한 전기 제어 모터에 의하여 구동될 수 있으며, 각 구성 요소는 제어부(310)에 의해 서로 동기되어 움직이며, 특정 기준 예를 들어 바늘대의 움직임 또는 기 설정된 가상 축이 기준이 되어 각 구성 요소를 동기화시킬 수 있다. 여기에서 가상 축의 의미는, 제어를 위하여 프로그램 상에서 내부적으로 정의(선언)한 부하가 없는 가상적인 모터의 축이라 할 수 있다. 즉, 동기화를 위하여 객관적 실체는 없으나 프로그램 상에서 가상적인 모터를 설정하고, 그 축을 중심으로 각 구성요소를 동기화할 수 있다.

본 발명은 바늘대, 북, 노루발, 실채기 유닛 각각에 대한 프로파일을 상황에 따라 변경 가능하며, 각 구성 요소의 프로파일은 직물에 대한 바늘대의 상대적인 이동 거리(x-y 평면 상의 이동 거리), 직물과 바늘대의 상대적인 거리(z-축 방향 거리) 또는 구동부의 부하에 기초하여 변경될 수 있다.

직물에 대한 바늘대의 상대적인 이동 거리(x-y 평면 상의 거리)에 따라 프로파일을 변경하는 것에 대하여 도 10과 도 11을 참조하여 설명한다.

도 10은 도 9에 도시된 기준 프로파일에서 변경된 자수기의 바늘대 및 북의 움직임에 대한 일 실시예의 곡선을 나타낸 것이다. 도 10에서는 t1~t2 구간에서는 프로파일이 변경되었다가 t2~t3 구간에서는 다시 원상태로 복원되는 경우가 도시되었으나, 실시예에 따라서는 프로파일이 변경된 상태로 계속 유지될 수도 있음은 당업자에게 자명하다.

여기서, 도 10의 변경되는 프로파일은 하나의 바늘땀이 형성되는 사이클(t2-t1)을 변화시키지 않고, 바늘대와 북의 왕복 운동 시간을 줄인 것이다.

예컨대, 바늘대의 x-y 평면 상의 이동 거리가 기준 거리보다 큰 경우 바늘땀을 형성하기 위해 바늘대가 전진하는 시점을 일정 시간(td)만큼 지연시키고, 해당 사이클의 남은 시간(t2-t1-td) 동안 바늘대와 북의 왕복 운동을 통하여 하나의 바늘땀을 형성하는 것이다(1010) 이 경우에는 시간(t2-t1-td) 동안 전체적으로 바늘대와 북의 가속도를 올려 동작하게 되며, 결과적으로 높을 rpm을 유지할 수 있다.

여기서, td는 직물의 XY 이동 시간으로 상대적인 이동 거리와 기준 거리를 비교하고, 이를 통해 td 시간을 조절하여 제직 속도(RPM)를 조절할 수도 있다. 예를 들어, 상대적인 이동 거리가 거리보다 작은 경우 td 시간을 줄여 제직 속도를 올릴 수 있다.

이 때, 변경되는 바늘대와 북의 프로파일(1010)은 제어장치에 기 저장될 수 있다.

그 다음, t2 시점에서 바늘대의 x-y 평면 상의 상대적인 이동 거리가 기준 거리보다 작은 경우 도 9에 도시된 바늘대와 북의 기준 프로파일에 의하여 t3 시간까지 하나의 바늘땀을 형성한다.

여기서, (t3-t2) 시간은 (t2-t1) 시간과 동일하다.

물론, 상대적인 이동 거리 범위가 두 개 이상으로 설정되는 경우 지연 시간 td를 상이하게 설정함으로써, 이동 거리 범위에 따른 프로파일을 변경할 수 있으며, 지연 시간(td)의 설정은 제공되는 프로파일에 의하여 결정될 수 있다.

도 11은 도 9에 도시된 기준 프로파일에서 변경된 자수기의 바늘대 및 북의 움직임에 대한 다른 일 실시예의 곡선을 나타낸 것으로, 프로파일을 변경한 후 다시 기준 프로파일로 되돌아가는 것을 나타낸 것이다.

여기서, 도 11의 변경되는 프로파일은 하나의 바늘땀이 형성되는 사이클을 변화시킨 것이다.

예컨대, 직물에 대한 바늘대의 x-y 평면 상의 이동 거리가 기준 거리보다 큰 경우 t1 시점에서 일정 시간(td)만큼 지연시킨 후 도 9에 도시된 기준 프로파일을 수행함으로써, (t2+td-t1) 시간 동안 하나의 바늘땀을 형성하는 것이다(1110).

즉, 직물에 대한 바늘대의 x-y 평면 상의 이동 거리에 따라 td 시간이 상이한 프로파일들 중 해당 이동 거리에 대한 td 시간을 갖는 프로파일로 변경한다.

그 다음, (t2+td) 시점에서 직물과 바늘대 간의 상대적인 이동 거리가 기준 거리보다 작은 경우 도 9에 도시된 바늘대와 북의 기준 프로파일에 의하여 (t3+td) 시간까지 하나의 바늘땀을 형성한다.

물론, 상대적인 이동 거리 범위가 두 개 이상으로 설정되는 경우 지연 시간 td를 상이하게 설정함으로써, 이동 거리 범위에 따른 프로파일을 변경할 수 있다.

본 발명에 따른 자수기 제어장치는 정방향 회전과 역방향 회전이 가능한 서보 모터와 전기적인 제어신호를 이용하기 때문에 각 구성 요소를 최적화하여 제어할 수 있으며, 부하 또한 조절할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 프로파일 변경의 예가 도 15에 도시된다. 도 15는 제직 RPM 속도에 따라 직물과 바늘대 간의 z-축 방향 거리를 달리 하는 프로파일 변경에 대한 도면이다.

도 15에서는 제직 RPM 속도 또는 직물의 종류에 따라 직물과 바늘대 간의 z-축 방향 거리를 A 또는 A'로 달리 하는 경우가 도시된다. 이 때 프로파일 B와 프로파일 B'는 동일할 수도 있고 다를 수도 있다. 대상 직물이 동일한 경우에 제직 RPM만을 변화시키는 경우라면 프로파일 B와 프로파일 B'는 동일하고, 직물과 바늘대 간의 거리만 A와 A'로 달리 조정될 수 있다. 반면에 대상 직물이 상이한 경우에는 프로파일 B와 프로파일 B'도 상이하게 조정될 수 있다.

도 15에서는 프로파일의 직물과 바늘대 간의 거리를 A에서 A'으로 일시적으로 변경하였다가 다시 A로 복원하는 경우가 도시되었으나, 본 발명의 사상은 이에 국한되지 않고 필요에 따라 A'의 프로파일 내 거리를 지속적으로 또는 선택적으로 유지할 수 있도록 설계 변경 또한 가능하다.

도 13에서는 종래 캠을 이용한 북의 프로파일과 캠의 가속도 변화가 도시되고, 도 14에서는 이와 대비되는 본 발명의 북 프로파일과 제2 구동부의 가속도 변화가 도시된다.

도 13과 도 14에 도시된 종래 캠을 이용한 북의 프로파일과 캠의 가속도 변화, 본 발명을 이용하였을 때의 북 프로파일과 제2 구동부의 가속도 변화를 통해 알 수 있듯이, 종래 북의 프로파일(1310)에 대한 캠의 가속도 변화(1320)는 급격하게 변하여 캠의 부하가 커지고, 그 진폭이 큰 것을 알 수 있다.

반면, 본 발명의 북의 프로파일(1410)에 대한 제2 구동부의 가속도 변화(1420)는 그 진폭이 크지 않으며, 진폭의 변화 또한 완만하여 제2 구동부의 부하를 줄일 수 있는 것을 알 수 있다.

도 13과 도 14에 도시된 가속도 변화 그래프는 진폭 스케일이 동일하게 도시된 것이다.

또한, 종래 캠을 이용한 기술은 프로파일을 변화시킬 수 없는 반면, 본 발명은 상황에 따라 프로파일을 변화시킬 수 있기 때문에 구동부의 가속도와 부하 등을 조절할 수 있다.

따라서, 본 발명은 구성 요소 각각에 대하여 최적의 프로파일과 최적의 구동 조건을 설정할 수 있으며, 이를 통해 고속 동작을 용이하게 수행할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 자수기 제어장치는 직물의 특성(또는 종류), 실의 특성(또는 종류), 자수 패턴의 특성, 자수 기법, 직물에 대한 바늘대의 이동 거리, 직물과 바늘대 간의 거리, 서보 모터의 부하 등을 고려하여 바늘대의 왕복 운동에 해당하는 프로파일과 북의 왕복 운동에 해당하는 프로파일을 적절하게 변경함으로써, 고속에서도 자수 패턴을 오차 없이 생성할 수 있다. 물론, 바늘대 및 북과 동기화되는 실채기 유닛과 노루발의 프로파일 또한 적절하게 변경함으로써, 자수 패턴을 오차 없이 생성할 수 있다. 이 때 바늘대의 프로파일 변경은 직물로부터 바늘대가 최대로 이격되는 z-축 방향의 거리에 대한 변경을 포함할 수 있다.

직물의 특성의 예로는 직물의 종류, 직물의 씨줄과 날줄의 밀도, 또는 씨줄과 날줄의 굵기 등이 포함될 수 있으며, 실의 특성의 예로는 실의 뻣뻣함, 또는 실의 종류 등이 포함될 수 있다. 이에 따른 프로파일 제어의 예로는 실이 뻣뻣할수록 루프(바늘대의 움직임으로 인하여 직물 뒤에서 형성되는 루프)의 크기가 커지도록 바늘대의 움직임을 제어하는 프로파일 제어가 있을 수 있다.

자수 패턴의 특성의 예로는 자수 패턴의 종류 또는 복잡도 등이 포함될 수 있다. 자수기 제어장치는 자수 패턴의 복잡도로 인하여 바늘대 및 북을 포함하는 제직 구성 요소들(노루발, 실채기 유닛 등도 포함)의 부하에 미치는 영향을 고려할 수도 있다. 이 때 자수기 제어장치는 제직 RPM 자체를 변경할 수도 있고, 주어진 제직 RPM을 달성하기 위하여 부하를 최적화하는 프로파일을 선택적으로 적용하거나 프로파일을 변경할 수도 있다.

자수 기법은 바늘땀(stitch)에 의해 형성된 자수실의 모양을 다양하게 만드는 여러 가지 기법들을 의미한다. 자수실 또는 북실이 직물로부터 살짝 뜨는(이격되는) 형상을 갖출 수도 있으며, 자수실 또는 북실의 양을 조절할 수도 있다. 이와 같은 자수 기법을 다양화하기 위해서 종래의 기계적 캠(cam)은 실 로울러(thread roller)로부터 전달되는 실의 풀림 양, 캠의 타이밍을 조절하는 방법을 사용하였으나 이는 기계적 구성요소들의 움직임 자체를 변화시키지는 못하였다. 따라서 더욱 다양한 자수 기법을 적용하기 위해서는 기계적 캠 또는 기계적 구성요소들 자체를 교체해야 하는 경우도 있었다. 이에 비하여 본 발명은 제직 구성요소들의 변경 없이도 프로파일만을 다양하게 변경함으로써 보다 자유롭게 다양한 자수 기법을 구현할 수 있는 장점을 가진다.

본 발명의 자수기 제어 장치는 제직 RPM, 자수 공정의 난이도 등을 고려하여 바늘대와 북을 비롯한 제직 구성요소들의 부하(load)가 감소하도록 제직 구성요소들의 프로파일을 실시간으로 교체하여 자수기를 운전함으로써 자수 공정의 생산성을 높일 수 있다. 또한 본 발명의 자수기 제어 장치는 자수 패턴의 특성(예를 들어 자수 패턴의 종류 또는 복잡도 등)에 따라서도 제직 구성요소들의 부하가 감소하도록 프로파일을 실시간으로 교체하여 자수기를 운전할 수 있다. 실시간으로 바늘대와 북을 비롯한 제직 구성요소들의 프로파일을 변경하는 과정은 바늘대와 북을 비롯한 제직 구성요소들의 프로파일을 적응적으로 변경하거나 이미 생성된 프로파일 후보군 가운데서 선택하여 적용함으로써 구현될 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 서보 모터의 정방향 회전 및 역방향 회전에 의하여 바늘대의 움직임을 제어함으로써 바늘대의 복잡한 움직임을 더욱 용이하게 표현할 수 있다. 바늘대의 움직임이 복잡해지더라도 표현이 간단하므로 자수실의 루프(loop)가 북이 통과하기에 더욱 용이한 형태를 취할 수 있다.

나아가, 본 발명은 서보 모터의 정방향 회전 및 역방향 회전에 의하여 실채기 유닛, 노루발의 움직임을 제어할 수 있기 때문에 종래 기술인 캠에 의하여 제어하는 경우보다 실채기 유닛 또는 노루발의 움직임을 더욱 정밀하게 제어할 수 있다.

또한, 본명의 자수기 제어장치는 바늘대의 움직임을 복잡한 기계적 링크를 이용하여 구현하지 않고 전기 제어신호에 의하여 구현하므로 기계적 마찰 및 진동에 의한 오작동이 없으며, 고속 동작을 구현할 수 있다.

본 발명의 자수기 제어장치는 캠의 1회전으로 바늘대의 움직임을 표현하지 않고 전기 제어신호에 의하여 표현하므로, 바늘대가 1 사이클에서 복합적인 운동을 하는 경우에도 이를 표현하기가 용이하다. 종래 기술은 캠의 1회전으로 바늘대의 움직임을 표현하므로 바늘대가 1 사이클에서 단순 왕복 운동 이외의 복잡한 운동을 하는 경우 이를 표현하기가 쉽지 않았다.

자수기의 고속 동작에 가장 중요한 요인은 바늘대의 고속 동작이 가능한지이며, 본 발명의 자수기 제어장치는 바늘대의 동작을 고속화하는 장애 요인을 제거함으로써 종래 기술보다 월등히 우수한 고속 동작을 구현 가능하다.

또한 본 발명의 자수기 제어장치는 바늘대와 북을 전기적인 제어신호를 이용하여 상호 동기화함으로써 고속 동작에서도 동기화의 오차를 최소화할 수 있다.

본 발명의 자수기 제어장치는 노루발, 실채기 유닛의 동작을 전기적 펄스 형태의 제어신호를 이용하여 제어할 수 있으므로, 노루발, 실채기 유닛의 동작을 구현하는 기계 장치를 단순화할 수 있으며, 본 발명에 따르면 노루발 및 실채기 유닛의 동작은 바늘대 또는 북의 동작과 동기화되어 제어하기가 용이하다.

본 발명의 자수기 제어장치와 대비되는 종래 기술의 자수기의 일 실시예(도시되지 않음)는 모터, 감속기, 기계 캠, 제1 기계적 링크, 구동 축, 제2 기계적 링크에 의하여 바늘대, 북, 실채기 유닛(Tension), 노루발(press or presser)을 구동한다. 모터는 일 방향으로 회전하며, 모터의 회전은 감속기에 의하여 감속된 채로 기계 캠에 전달된다. 기계 캠은 회전 운동을 왕복 운동으로 변환하여 제1 기계적 링크로 전달하고, 구동 축을 제어한다. 제2 기계적 링크에 의하여 바늘대, 셔틀, 실채기, 노루발의 왕복 운동이 제어된다. 이 때, 감속기는 보다 정밀한 운동 제어를 위하여 필요하며, 이로 인하여 바늘대가 예를 들어, 분 당 600 stitch를 달성하기 위해서는 모터는 1200 rpm 내지 3000 rpm에 이르는 고속 회전을 필요로 하기도 한다. 여기서 링크라 표현된 것은 움직임을 전달하려는 기구적인 장치를 모두 포함하는 개념이다.

본 발명의 자수기와 대비되는 종래 기술의 자수기의 다른 실시예(도시되지 않음)는 모터, 감속기, 구동 축, 기계 캠, 링크에 의하여 바늘대, 셔틀, 실채기 유닛, 노루발의 운동을 제어할 수 있다. 모터는 일 방향으로 회전하며, 감속기에 의하여 감속된 채로 구동 축을 구동하고, 기계 캠은 회전 운동을 왕복 운동으로 변환한다. 링크에 의하여 왕복 운동이 바늘대, 셔틀, 실채기, 노루발에 전달되고, 바늘대, 북, 실채기 유닛, 노루발의 왕복 운동이 제어된다.

본 발명의 자수기 제어장치의 일 실시예는 구동부(예를 들어, 서보 모터)와 구동축의 정방향과 역방향 회전 운동이 링크를 통하여 바늘대, 북, 실채기 유닛, 노루발에 전달되는 구조이다. 따라서, 회전 운동을 왕복 운동으로 변환하기 위한 복잡한 기계적 링크가 필요하지 않으며, 간단한 링크에 의하여 서보 모터의 정방향과 역방향 회전 운동이 전달되고, 서보 모터와 구동축의 회전 방향에 따라서 바늘대, 북, 실채기 유닛, 노루발의 운동 방향이 결정된다.

본 발명의 자수기 제어장치의 다른 실시예는 서보 모터에 감속기가 선택적으로 결합하여 구동 축을 구동하는 구조일 수 있다. 본 실시예에 따르면 서보 모터 및 구동 축의 회전 각도를 세밀하게 조정하여 링크를 통하여 바늘대, 북, 실채기 유닛, 노루발의 운동을 정밀하게 제어할 수 있다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 자수기 제어방법에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것이다.

도 12을 참조하면, 자수기 제어방법은 기 설정된 구성 요소별 즉, 바늘대, 북, 실채기 유닛, 노루발의 프로파일들을 저장한다(S1210).

여기서, 저장되는 프로파일들은 구성 요소들 각각의 기준 프로파일과 적어도 하나 이상의 변경 프로파일을 포함할 수 있으며, 기준 프로파일은 자수기에서 가장 많이 사용되는 구성 요소들 각각의 프로파일일 수 있다.

저장된 구성 요소별 프로파일 여기서는, 기준 프로파일에 기초하여 구성 요소 각각의 제어신호를 생성한다(S1220).

예를 들어, 바늘대의 경우 제1 제어신호, 북의 경우 제2 제어신호, 실채기 유닛의 경우 제3 제어신호, 노루발의 경우 제4 제어신호를 생성한다.

제1 제어신호와 제2 제어신호는 도 9에 도시된 일 예와 같은 프로파일을 수행할 수 있는 제어신호일 수 있으며, 제3 제어신호와 제4 제어신호는 펄스 형태의 제어신호일 수 있다.

생성된 구성 요소 각각의 제어신호를 이용하여 정방향 회전과 역방향 회전이 가능한 구동부 각각을 제어한다(S1230).

이 때, 제어신호들은 동기되어 구동부 각각을 제어하는 것이 바람직하다.

구동부 각각을 제어함으로써, 구동부 각각의 회전 운동에 기초하여 구성 요소들 즉, 바늘대, 북, 실채기 유닛, 노루발을 프로파일에 맞게 왕복 운동시킨다(S1240).

이 때, 구동부 각각과 구성 요소들 사이에는 구동부의 회전 운동을 왕복 운동으로 전환시킬 수 있는 전환 수단이 구성된다. 전환 수단으로는 기어, 풀리와 타이밍 벨트, 크랭크 암 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.

한 사이클에 의하여 하나의 바늘땀(stitch)이 형성되면 자수 패턴에 기초하여 그 다음 바늘땀을 형성하기 위하여 직물을 이동시킨다(S1250).

한 바늘땀 형성 후 또는 한 바늘땀을 형성하는 과정에서, 구동부의 전류를 실시간으로 모니터링하여 구동부의 부하를 검출하거나 자수 패턴에 따른 직물과 바늘대 간의 상대적인 이동 거리를 확인하여 프로파일 변경 여부를 판단한다(S1260, S1270).

즉, 구동부의 부하가 기준 부하 이상이거나 상대적인 이동 거리가 기준 거리 이상인 경우 바늘땀을 오차없이 형성하기 위하여 프로파일 변경 여부를 판단한다.

단계 S1270 판단 결과, 프로파일의 변경이 필요한 경우 구성 요소별 각각에 대하여 저장된 프로파일들 중에서 변경하고자 하는 특정 프로파일로 변경한다(S1290).

이 때, 특정 프로파일로 변경되면 제어신호 각각은 변경된 특정 프로파일에 기초하여 생성되는 것이 바람직하다. 구성 요소 각각에 대하여 저장된 프로파일들은 기준 프로파일, 부하 범위에 따라 변경하고자 하는 적어도 하나 이상의 프로파일 또는 상대적인 이동 거리 범위에 따라 변경하고자 하는 적어도 하나 이상의 프로파일을 포함할 수 있다. 여기서, 변경되는 프로파일들은 특정 기준 예를 들어, 바늘대의 프로파일 또는 가상 축을 기준으로 동기될 수 있다.

반면 단계 S1270 판단 결과, 프로파일을 변경할 필요가 없는 경우 즉, 기존 프로파일을 그대로 사용하는 경우에는 자수 패턴 작업이 완료되었는지 판단하고, 자수 패턴 작업이 완료될 때까지 단계 S1220 내지 S1290 과정을 반복 수행한다(S1280).

본 발명의 자수기 제어방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 예를 들어 상기 방법은 자수기의 컨트롤러의 메모리에 미리 프로그램되는 소프트웨어/펌웨어의 형태로 제공될 수도 있으며, 프로그램된 순서에 따라 순차적으로 수행될 수 있다.

상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (16)

1. 자수실의 움직임을 안내하는 바늘대와, 북실의 움직임을 안내하는 북을 포함하는 자수기를 제어하는 제어장치에 있어서,
   제1 제어신호에 따라 정(+)방향 회전과 역(-)방향 회전이 가능한 제1 구동부;
   상기 제1 구동부의 회전 운동을 왕복 운동으로 전환하고, 상기 전환된 상기 왕복 운동을 상기 바늘대로 전달하여 상기 제1 구동부의 회전 방향에 따라 상기 바늘대를 전후로 움직이는 제1 전달부;
   제2 제어신호에 따라 정(+)방향 회전과 역(-)방향 회전이 가능한 제2 구동부;
   상기 제2 구동부의 회전 운동을 왕복 운동으로 전환하고, 상기 전환된 상기 왕복 운동을 상기 북으로 전달하여 상기 제2 구동부의 회전 방향에 따라 상기 북을 전후로 움직이는 제2 전달부; 및
   상기 바늘대의 시간에 대한 움직임에 대응하는 프로파일과 상기 북의 시간에 대한 움직임에 대응하는 프로파일에 기초하여 상기 제1 제어신호와 상기 제2 제어신호를 생성하며, 상기 생성된 상기 제1 제어신호와 상기 제2 제어신호를 이용하여 상기 제1 구동부와 상기 제2 구동부를 제어하는 제어부
   를 포함하는 자수기 제어장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는
   직물에 대한 상기 바늘대의 상대적인 이동 거리, 상기 직물과 상기 바늘대 간의 이격 거리, 제직 속도, 직물의 특성, 실의 특성, 자수 패턴의 특성, 및 자수 기법 중 적어도 하나에 따라 상기 바늘대의 프로파일과 상기 북의 프로파일을 변경하는 것을 특징으로 하는 자수기 제어장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는
   자수 패턴에 기초하여 직물에 대한 상기 바늘대의 상대적인 이동 거리를 추출하고, 상기 추출된 상기 상대적인 이동 거리의 범위에 따라 상이하게 설정된 상기 바늘대의 프로파일들과 상기 북의 프로파일들 중 상기 확인된 상기 이동 거리에 해당하는 프로파일로 변경하는 것을 특징으로 하는 자수기 제어장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 구동부와 상기 제2 구동부의 전류를 모니터링하여 상기 제1 구동부와 상기 제2 구동부의 부하를 검출하는 검출부
   를 더 포함하고,
   상기 제어부는
   상기 제1 구동부와 상기 제2 구동부의 부하의 범위에 따라 상이하게 설정된 상기 바늘대의 프로파일들과 상기 북의 프로파일들 중 상기 검출된 상기 부하에 해당하는 프로파일로 변경하는 것을 특징으로 하는 자수기 제어장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는
   상기 제1 구동부와 상기 제2 구동부를 동기화시켜 상기 바늘대는 상기 제1 구동부의 회전 운동에 따라 직물 뒤에서 상기 자수실이 루프(loop)를 형성하도록 상기 자수실을 안내하고, 상기 북은 상기 제2 구동부의 회전 운동에 따라 상기 북실이 상기 자수실의 루프를 관통하도록 안내하는 것을 특징으로 하는 자수기 제어장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 자수실을 당길 수 있도록 상기 자수실이 걸리는 실채기 유닛;
   제3 제어신호에 따라 정(+)방향 회전과 역(-)방향 회전이 가능한 제3 구동부; 및
   상기 제3 구동부의 회전 운동을 왕복 운동으로 전환하고, 상기 전환된 상기 왕복 운동을 상기 실채기 유닛으로 전달하여 상기 제3 구동부의 회전 방향에 따라 상기 실채기 유닛을 전후로 움직이는 제3 전달부
   를 더 포함하고,
   상기 제어부는
   상기 실채기 유닛의 시간에 대한 움직임에 대응하는 프로파일에 기초하여 상기 제3 제어신호를 생성하며, 상기 생성된 상기 제3 제어신호를 이용하여 상기 제3 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 자수기 제어장치.
7. 제1항에 있어서,
   직물을 눌러 고정하는 노루발;
   제4 제어신호에 따라 정(+)방향 회전과 역(-)방향 회전이 가능한 제4 구동부; 및
   상기 제4 구동부의 회전 운동을 왕복 운동으로 전환하고, 상기 전환된 상기 왕복 운동을 상기 노루발로 전달하여 상기 제4 구동부의 회전 방향에 따라 상기 노루발을 전후로 움직이는 제4 전달부
   를 더 포함하고,
   상기 제어부는
   상기 노루발의 시간에 대한 움직임에 대응하는 프로파일에 기초하여 상기 제어신호를 생성하며, 상기 생성된 상기 제4 제어신호를 이용하여 상기 제4 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 자수기 제어장치.
8. 자수실의 움직임을 안내하는 바늘대;
   제어신호에 따라 정(+)방향 회전과 역(-)방향 회전이 가능한 구동부;
   상기 구동부의 회전 운동을 왕복 운동으로 전환하고, 상기 전환된 상기 왕복 운동을 상기 바늘대로 전달하여 상기 구동부의 회전 방향에 따라 상기 바늘대를 전후로 움직이는 전달부; 및
   상기 바늘대의 시간에 대한 움직임에 대응하는 프로파일에 기초하여 상기 제어신호를 생성하며, 상기 생성된 상기 제어신호를 이용하여 상기 구동부를 제어하는 제어부
   를 포함하는 자수기 제어장치.
   
9. 북실의 움직임을 안내하는 북;
   제어신호에 따라 정(+)방향 회전과 역(-)방향 회전이 가능한 구동부;
   상기 구동부의 회전 운동을 왕복 운동으로 전환하고, 상기 전환된 상기 왕복 운동을 상기 북으로 전달하여 상기 구동부의 회전 방향에 따라 상기 북을 전후로 움직이는 전달부; 및
   상기 북의 시간에 대한 움직임에 대응하는 프로파일에 기초하여 상기 제어신호를 생성하며, 상기 생성된 상기 제어신호를 이용하여 상기 구동부를 제어하는 제어부
   를 포함하는 자수기 제어장치.
   
10. 자수실을 당길 수 있도록 상기 자수실이 걸리는 실채기 유닛;
    제어신호에 따라 정(+)방향 회전과 역(-)방향 회전이 가능한 구동부;
    상기 구동부의 회전 운동을 왕복 운동으로 전환하고, 상기 전환된 상기 왕복 운동을 상기 실채기 유닛으로 전달하여 상기 구동부의 회전 방향에 따라 상기 실채기 유닛을 전후로 움직이는 전달부; 및
    상기 실채기 유닛의 시간에 대한 움직임에 대응하는 프로파일에 기초하여 상기 제어신호를 생성하며, 상기 생성된 상기 제어신호를 이용하여 상기 구동부를 제어하는 제어부
    를 포함하는 자수기 제어장치.
    
11. 직물을 눌러 고정하는 노루발;
    제어신호에 따라 정(+)방향 회전과 역(-)방향 회전이 가능한 구동부;
    상기 구동부의 회전 운동을 왕복 운동으로 전환하고, 상기 전환된 상기 왕복 운동을 상기 노루발로 전달하여 상기 구동부의 회전 방향에 따라 상기 노루발을 전후로 움직이는 전달부; 및
    상기 노루발의 시간에 대한 움직임에 대응하는 프로파일에 기초하여 상기 제어신호를 생성하며, 상기 생성된 상기 제어신호를 이용하여 상기 구동부를 제어하는 제어부
    를 포함하는 자수기 제어장치.
12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동부의 전류를 모니터링하여 상기 구동부의 부하를 검출하는 검출부
    를 더 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 구동부의 부하 범위에 따라 상이하게 설정된 프로파일들 중 상기 검출된 상기 부하에 해당하는 프로파일로 변경하는 것을 특징으로 하는 자수기 제어장치.
    
13. 제1항의 자수기 제어장치를 제어하는 제어방법에 있어서,
    상기 바늘대의 시간에 대한 움직임에 대응하는 프로파일과 상기 북의 시간에 대한 움직임에 대응하는 프로파일을 저장하는 단계;
    상기 저장된 상기 바늘대의 프로파일과 상기 북의 프로파일에 기초하여 상기 제1 제어신호와 상기 제2 제어신호를 생성하는 단계;
    상기 생성된 제1 제어신호와 상기 제2 제어신호를 상기 제1 구동부와 상기 제2 구동부로 제공하는 단계;
    상기 제1 제어신호에 의한 상기 제1 구동부의 동작에 기초하여 상기 바늘대를 전후로 움직이는 단계; 및
    상기 제2 제어신호에 의한 상기 제2 구동부의 동작에 기초하여 상기 북을 전후로 움직이는 단계
    를 포함하는 자수기 제어방법.
14. 제13항에 있어서,
    자수 패턴에 기초하여 직물에 대한 상기 바늘대의 상대적인 이동 거리를 확인하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 저장하는 단계는
    상기 바늘대의 이동 거리 범위에 따라 상이하게 설정된 상기 바늘대의 프로파일들과 상기 북의 프로파일들을 저장하며,
    상기 생성하는 단계는
    상기 저장된 상기 바늘대의 프로파일들과 상기 북의 프로파일들 중 상기 확인된 상기 이동 거리에 해당하는 프로파일을 확인하고, 상기 확인된 상기 프로파일에 해당하는 제1 제어신호와 제2 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 자수기 제어방법.
15. 제13항에 있어서,
    상기 제1 구동부와 상기 제2 구동부의 전류를 모니터링하여 상기 제1 구동부와 상기 제2 구동부의 부하를 검출하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 저장하는 단계는
    상기 제1 구동부와 상기 제2 구동부의 부하 범위에 따라 상이하게 설정된 상기 바늘대의 프로파일들과 상기 북의 프로파일들을 저장하며,
    상기 생성하는 단계는
    상기 저장된 상기 바늘대의 프로파일들과 상기 북의 프로파일들 중 상기 검출된 상기 부하에 해당하는 프로파일을 확인하고, 상기 확인된 상기 프로파일에 해당하는 제1 제어신호와 제2 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 자수기 제어방법.
    
16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록되어 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체.

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