WO1993013258A2

WO1993013258A2 - Vorrichtung und verfahren zum bearbeiten flächenhafter gegenstände

Info

Publication number: WO1993013258A2
Application number: PCT/DE1992/001055
Authority: WO
Inventors: Willi Lehmann
Original assignee: Willi Lehmann
Priority date: 1991-12-21
Filing date: 1992-12-17
Publication date: 1993-07-08
Also published as: WO1993013258A3; DE4242702C2; DE4242702A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Bearbeiten und insbesondere zum Schneiden flächenhafter Gegenstände, wie Gewebebahnen, Spitzenbänder o. dgl., vorgeschlagen, welches mit einem periodisch auftretenden Muster versehen ist, wobei die Bearbeitung entlang eines Bearbeitungspfades innerhalb des Musters erfolgt. Um bestimmte Pfade innerhalb des Musters zu erkennen und gezielt anzufahren, ist eine berührungslose Abtastvorrichtung (3) vorgesehen, der eine Auswerteinheit zur Bestimmung der räumlichen Lage des Bearbeitungspfades zugeordnet ist. Mittels einer Steuereinheit erfolgt die Führung des Bearbeitungswerkzeuges entlang des verwendeten Bearbeitungspfades.

Description

"Vorrichtung und Verfahren zum Bearbeiten flächenhafter Gegenstände"

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bearbeiten, insbesondere zum Schneiden, flächenhafter Gegenstände, wie Gewebebahnen oder Spitzenbänder o. dgl. nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Steuerung einer solchen Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 18.

Mit der DE 15 35 999 ist bereits eine Vorrichtung zum Schneiden und/oder Besäumen von Bahnen aus Textilstoffen bekannt geworden. In dieser Schrift wird im wesentlichen eine Halte- und Transportvorrichtung für Textilbahnen beschrieben, bei der die Bahnen durch parallel zur Vorschubrichtung der Bahn angeordnete Nadelreihenpaare fixiert und transportiert werden. Der Zweck der Vorrichtung liegt in dem fadenparallelen Zerteilen von Stoffbahnen mit Hilfe einer quer zur Vorschubrichtung beweglichen Schneidevorrichtung und dem anschließenden Zuführen der Schnittkanten zur hinter der Schneidvorrichtung angeordneten Nähmaschine, um die Schnittkanten zu besäumen. Die beschriebene Halte- und Transportvorrichtung für Gewebebahnen ist nicht in der Lage, ein elastisches Textilband quer zur Vorschub- bzw. t» Schneiderichtung im Verlauf des Transports durch die Maschine zu spannen. Zudem werden in dieser Schrift keine Angaben über die Steuerungsanlage der Schneidvorrichtung und das Verfahren zur Steuerung der Maschine getroffen.

In der deutschen Patentschrift 34 35 391 wird ein Verfahren zum überwachen einer Webmaschine erläutert, wobei insbesondere eine Videokamera in Verbindung mit einer Mustererkennungsvorrichtung eingesetzt wird, um die Dichte des in der Fertigung befindlichen Gewebes zu erfassen und damit ggf. die Schußdichte des Schußfadens zu regeln.

Desweiteren ist in der Offenlegungsschrift 37 41 195 ein Verfahren zur Qualitätskontrolle eines flächigen Objektes, insbesondere zur Fehlerkennung bei Textilstoffen oder Papierbahnen bekannt geworden, bei dem eine Zeilenkamera das zu prüfende Gewebe in äquidistanten Abtastlinien abtastet und die so erhaltenen Zeilensignale anschließend in einem numerischen Verfahren verarbeitet werden. Dieses Verfahren dient im wesentlichen dazu, Fehlstellen, beispielsweise Löcher, in einem feinen Gewebemuster zu detektieren.

Die beiden vorgenannten Verfahren sind zur Qualitätskontrolle in der Lage, Abweichungen in einem Muster mit sehr kleiner Periodizität zu erkennen. Unter kleiner Periodizität ist hierbei die Größenordnung des Fadenabstandes innerhalb des Gewebes zu verstehen. Beide Verfahren sind nicht in der Lage, ein großflächiges Muster, von dem eine Periode ein Vielfaches eines Fadenabstandes innerhalb des Gewebes umfaßt, zu erfassen, zu analysieren oder gar ein Bearbeitungswerkzeug innerhalb eines solchen Gewebemusters zu steuern.

Schließlich ist mit der nicht vorverδffentlichten DE 40 26 250 AI eine Koordinatenschneid- oder - trennvorrichtung zum automatischen Schneiden oder Trennen von abgepaßtem flächenförmigem Schneidgut bekanntgeworden. In dieser Schrift wird eine Maschine beschrieben, bei der Stoffbahnen über mehrere Transportwalzen einer Bearbeitungszone zugeführt werden, in der eine Schneidvorrichtung quer zur Transportvorrichtung verschiebbar angeordnet ist. Über ein vorgeschaltetes Bilderfassungssystem wird ein Bild des Schneidgutes aufgenommen und zur Steuerung des Schneidwerkzeuges verwendet.

Die Steuerung dieser Maschine folgt Kontrastlinien des erfaßten Bildes, d. h. den Übergängen von hellen in dunklen Bereichen und führt das Schneidwerkzeug entlang einer solchen Linie. Sobald keine durchgehende Kontrastlinie vorhanden ist, kann diese Steuereinrichtung keinem Bearbeitungspfad mehr folgen.

Völlig überfordert ist das beschriebene, sehr einfache Steuersystem dann, wenn mehrere Kontrastlinien zwischen hellen und dunklen Bereichen auftreten, wie dies bei Gewebemustern in der Regel der Fall ist.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Schneiden von flächenhaftem Schneidgut der einleitend genannten Art vorzuschlagen, mit dem ein Bearbeitungspfad auch innerhalb eines Musters erkannt und angesteuert werden kann, das keine durchgehende Kontrastlinie aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und des Anspruchs 18 gelöst.

Demgemäß wird ein adaptives Bilderkennungssystem zur Bestimmung der räumlichen Lage des Bearbeitungspfads verwendet, wobei wenigstens ein steuerbares

Bearbeitungswerkzeug mittels einer Steuereinheit entlang des Bearbeitungspfades gesteuert wird.

Ein derartiges adaptives BilderkennungsSystem ist in der Lage, ein Bild nicht nur zu erfassen, sondern die darin enthaltene Information zu verarbeiten, um einen Bearbeitungspfad zu ermitteln.

Ein Muster, insbesondere ein Gewebemuster, ist so zu analysieren, daß der gewünschte Bearbeitungspfad auch dann erkannt wird, wenn keine scharfe und durchgehende Hell- Dunkel-Kontrastlinie entlang des Bearbeitungspfades vorhanden ist. Das Fehlen einer solchen Kontrastlinie führt in der Regel zwangsläufig dazu, daß mehrere Alternativen für einen Bearbeitungspfad vorliegen. Im Extremfall bedeutet jeder Web¬ oder Wirkfaden die Grenze eines möglichen Bearbeitungspfades. Ein adaptives Bilderkennungssystem ist in der Lage, den favorisierten Bearbeitungspfad unter einer Vielzahl von Möglichkeiten herauszufiltern. Es ist auch in der Lage, Barrieren, beispielsweise Querfäden, als solche zu erkennen bzw. zu ignorieren.

Durch die in den ünteranspruchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungen der in den Ansprüchen 1 und 18 angegebenen Erfindung möglich.

Vorteilhafterweise wird zur Bilderfassung vom Gegenstand herrührendes transmittiertes oder reflektiertes Licht verwendet. Hierdurch wird der Einsatz einer herkömmlichen CCD-Kamera, insbesondere einer Zeilenkamera, möglich. Natürlich können auch andere Detektoren verwendet werden.

Selbstverständlich ist die Bilderfassungsvorrichtung nicht auf die Verwendung elektromagnetischer Wellen im sichtbaren Bereich eingeschränkt. Die Verwendung anderer Frequenzbereiche ist ebenso denkbar, wie der Einsatz von ültraschallwellen.

Vorzugsweise wird jedoch das Bild zeilenweise von einer CCD- Zeilenkamera aufgenommen, wobei die relative Bewegungsgeschwindigkeit zwischen Kamera und flächenhaftem Gegenstand mit dem Zeittakt zur Aufnahme einer Bildzeile synchronisiert wird. Auf diese Weise wird mit Hilfe mehrere aufgenommener Bildzeilen ein flächenhaftes Bild des zu erfassenden Musters aufgenommen.

Die Erfassungsdaten der Abtastvorrichtung werden vorteilhafterweise in einer modernen Auswerteeinheit mit Prozessor und Speichereinheit ausgewertet.

Insbesondere für das Schneiden von Spitzenbändern ist es empfehlenswert, eine Halte- und Transportvorrichtung vorzusehen, die ein förderbandartig umlaufendes Transportba oder dergleichen und zwei dazugehörige Umlenkrollen umfaßt. Bei der Verwendung mehrerer, insbesondere zweier Transportbänder, steht der Zwischenraum zwischen den Bänder zur Bearbeitung der Gewebebahn zur Verfügung, was vor allem bei Werkzeugen, die über die Gewebeebene hinausstehen, von Vorteil ist.

Zur Fixierung des Gewebes kann auf jedes Transportband ein sogenanntes Kratzenband aufgebracht werden. Ein derartiges Kratzenband greift durch die Leerstellen innerhalb des Gewebemusters und sorgt somit für eine solide Halterung des Gewebes.

Die Wirkung des Kratzenbandes kann mittels einer Bürstenrol verbessert werden, die das Gewebe fest in das Kratzenband eindrückt.

Desweiteren ist es von Vorteil, ein Spitzenband leicht zu spannen, bevor es geschnitten wird. Da in diesem Fall ein leichter Zug auf die Transportbänder nach innen ausgeübt wird, empfiehlt es sich, die Zahnriemen mit einem Spurkeil Längsrichtung zu versehen, um diese fest zu führen.

Da der Vorschub des Gewebes sowohl für die Bilderfassung al auch für den Schneidvorgang von erheblicher Bedeutung sein kann, empfiehlt es sich, die Zahnriemen mittels eines regelbaren Motors anzutreiben und die Geschwindigkeit des Zahnriemens zur Kontrolle der Vorschubgeschwindigkeit mittels eines Tachogenerators zu erfassen.

Um Gewebebahnen verschiedener Breite schneiden zu können, werden die Zahnriemen und die zugehörigen Umlenkrollen in ihrem seitlichem Abstand zueinander verstellbar angeordnet.

Vorteilhafterweise wird eine Spreizvorrichtung für die Zahnriemen im Bereich der Bearbeitungszone angebracht. Hierdurch kann das Gewebe, beispielsweise ein Spitzenband, spannungsfrei zu Beginn des Transportvorgangs aufgenommen werden, um während des Transports auf die Bearbeitungszone hin durch die leicht auseinanderlaufenden Transportbänder eine leichte Vorspannung zu erhalten.

Um das Gewebe, vor allem in Längsrichtung, spannungsfrei auf das Kratzenband zuzuführen, sind separat angetriebene und gesteuerte Transportwalzen vor den Transportbändern empfehlenswert. Diese können von einer großen Magazinrolle das Gewebe jeweils so weit vorschieben, daß es vor der Aufnahme auf die Kratzenbänder leicht durchhängt und somit vollständig entspannt ist.

Von großem Vorteil ist der Einsatz eines Schneidwerkzeugs als Bearbeitungswerkzeug. So liegen beispielsweise beim Schneiden von Gewebebahnen oder Spitzenbändern entlang eines bestimmten Schnittpfades innerhalb des Gewebemusters die Vorteile, die sich aus dem Einsatz eines Schneidwerkzeugs innerhalb der Erfindung ergeben, auf der Hand, da derartige Tätigkeiten nach wie vor in der Regel als Handarbeit ausgeführt werden.

Die Einsatzmöglichkeiten der Erfindung sind durch die Variationsmöglichkeiten bezüglich des Bearbeitungsgegenstandes und des Bearbeitungswerkzeugs jedoch äußerst vielfältig. Durch Austauschen des Schneidwerkzeugs gegen ein Nähwerkzeug ist z. B. problemlos auch die Bearbeitung von Nahtstellen in Abstimmung mit einem Gewebemuster möglich.

Zur Verdeutlichung der vielfältigen Einsatzmöglichkeiten sei beispielhaft nur noch auf die Verwendung von Papierbahnen al Bearbeitungsgegenstand oder Farbwerkzeuge als Bearbeitungwerkzeuge hingewiesen.

Bei der Verwendung eines Schneidwerkzeugs ist dieses vorzugsweise mit einem eigenen Antrieb zu versehen, wobei einer vertikalen drehbaren Achse des Schneidwerkzeugs ein hierzu konzentrisch angeordnetes Zahnrad zugeordnet ist, welches mit einer horizontal angeordneten Zahnstange derart kämmt, daß das Schneidwerkzeug sich bei einer horizontalen Verschiebung der Zahnstange dreht. Dadurch, daß das Schneidwerkzeug einen eigenen Antrieb aufweist, kann es mit samt diesem Antrieb eine Drehung um eine vertikale Drehachse durchführen. Diese Drehung kann mit der genannten Anordnung aus Zahnrad und Zahnstange besonders einfach durchgeführt werden.

Für eine schnelle und gut ansteuerbare Verschwenkung oder Verdrehung des Schneidwerkzeugs empfiehlt es sich, die Zahnstange mittels Federn in einer Mittelposition zu halten, die einer Mittelstellung des Schneidwerkzeugs entspricht und mittels zweier Pneumatikzylinder die Zahnstange so anzutreiben, daß das Schneidwerkzeug in zwei Endstellungen verdrehbar ist. Die Verdrehung des Schneidwerkzeugs kann notwendig werden, wenn der Bearbeitungspfad eine Richtung einnimmt, die unter einem vergleichsweise großen Winkel zur Vorschubrichtung des Gewebes liegt. Über die Pneumatikzylinder kann das Schneidwerkzeug hierbei schnell angesteuert werden, wobei sich der Aufwand für den Antrieb der Mechanik in Grenzen hält. Um einem Bearbeitungspfad mit einer Richtungskomponente quer zur Vorschubrichtung der Gewebebahn zu folgen, sollte das Bearbeitungswerkzeug mit samt seinem Antrieb und gegebenenf lls mit der Drehvorrichtung quer zur Vorschubrichtung der Gewebebahn verschiebbar ausgebildet werden.

Ein Schrittmotor zum Antrieb der Querverschiebung des Bearbeitungswerkzeuges erlaubt hierbei eine exakte ositionierung.

Vorzugsweise werden in der Bildanalyse des Musters zunächst Verzerrungen und Verschiebungen bestimmt. Hierdurch steht de Auswerteeinheit der Ist-Zustand des zu bearbeitenden Gewebes zur Verfügung, um im weiteren den Bearbeitungspfad festzulegen.

Da die Gesamtintensität des erfaßten Lichtes für den Informationsgehalt des aufgenommenen Bildes von entscheidender Bedeutung sein kann, empfiehlt es sich, die Abtastvorrichtung mit einer steuerbaren Blende zu versehen, die die Lichtintensität regelt.

Die Intensität könnte jedoch auch auf andere Weise, beispielsweise über eine regelbare Beleuchtungsvorrichtung geregelt werden.

Zur Einsparung von Speicherkapazität kann die Intensitätsverteilung des Lichts dergestalt digitalisiert werden, daß die oberhalb eines vorgegebenen Schwellwertes liegenden Werte als high und die anderen Werte als low interpretiert werden. Durch diese Maßnahme wird für jeden Bildpunkt nur ein Bit an Speicherkapazität für die aufgenommene Information benötigt.

Natürlich wäre auch die Auswertung von Grauwerten oder, im Extremfall auch von Farben, denkbar, wobei es offensichtlich ist, daß der hierzu benötigte Speicherbedarf um-ein Vielfaches anwächst.

Damit bei dem genannten Hell-Dunkel-Digitalisierungsverfahren ein günstiger Schwellwert verwendet wird, empfiehlt es sich, diesen Schwellwert während der Bildanalyse nachzuregeln.

Die mit dem oben genannten Verfahren gefundenen Hell-, sprich "high"-Bereiche entsprechen weniger dichten Gewebebereichen, die besser durchleuchtet werden. Diese Bereiche sind zunächst in einer Vorauswahl als mögliche Pfade zu identifizieren. Um hieraus den richtigen Bearbeitungspfad zu ermitteln, bedarf es eines Auswahlkriteriums, das beispielsweise aus dem Ergebnis eines zuvor durchgeführten Prognoseverfahrens bestehen kann.

Soll beispielsweise ein der Maschine noch nicht bekanntes Muster in Bearbeitung genommen werden, so könnte sich ein Prognosewert für die Auswahl eines Pfades während einer Lernphase der Maschine aus einer Extrapolation anhand bereits identifizierter Abschnitte des Bearbeitungspfades aus zuvor analysierten Zeilen ermittelt werden. Eine derartige Extrapolation bedeutet, daß die Auswerteeinheit den Prognosewert für die Auswahl des richtigen Pfades aus der Richtungstendenz der bereits ausgewerteten Abschnitte ermittelt.

Ist bereits ein kompletter Zyklus der Musterbearbeitung durchlaufen, so kann der Prognosewert in einer Arbeitsphase aus dem identifizierten Pfad des letzten Zyklus ermittelt werden. Ein solcher Zyklus kann beispielsweise dann abgeschlossen sein, wenn eine vollständige Periode, im Fachjargon Rapport genannt, des Musters abgearbeitet ist.

Ein derartiger Zyklus könnte jedoch auch dadurch gegeben sein, daß ein Schnittmuster fertig geschnitten wurde und der nächste Gewebebahnabschnitt zum Ausschneiden des nächsten Schnittmusters vorliegt.

Verzerrungen und Verschiebungen des Musters können ebenfalls zur Ermittlung eines Prognosewertes herangezogen werden. Eine Verzerrung kann sich beispielsweise durch Schwankungen in der Frequenz eines periodischen Musters bei durchlaufenden Gewebebahnen äußern. Verzerrungen sowie Verschiebungen des Musters werden vorzugsweise in einem Korrelationsalgorithmus anhand der Daten eines, insbesondere des letzten, zuvor analysierten Zyklus des Musters im Vergleich zu den vorliegenden Bilddaten bestimmt. Ein derartiger Korrelationsalgorithmus ist in der Lage, ähnliche und abweichende Bereiche zwischen zwei Mustern herauszustellen. Die dabei gefundenen Veränderungen im Gewebemuster im Verhältnis zum zuvor analysierten Zyklus können wiederum auf den Bearbeitungspfad übertragen werden, womit der Prognosewert im aktuellen Erkennungszyklus bestimmbar ist.

Insbesondere bei Mustern, die von sich aus vielfältige Bearbeitungspfade zulassen würden, ist es empfehlenswert, die Lernphase über wenigstens einen kompletten Auswertezyklus des Musters zu erstrecken, wobei gegebenenfalls für diese Lernphase eine Schablone, die nur einen erkennbaren Pfad zuläßt verwendet werden sollte. Bei derart schwierig zu analysierenden Mustern kann in der Lernphase der gewünschte Pfad auch manuell abgefahren und die Daten gespeichert werden. Selbstverständlich kann an Stelle der Lernphase auch ein vorgegebener Datensatz in den Speicher geladen werden.

Sollte in einer analysierten Zeile kein Pfad identifiziert werden können, beispielsweise wenn ein Querfaden vorliegt, so empfiehlt es sich, den Prognoswert als tatsächlichen Wert anzunehmen und die nächste Zeile einzulesen und zu analysieren. Dies bedeutet de facto, daß der Querfaden ignoriert wird und der Richtungstrend des erkannten Bearbeitungspfades eingehalten^" wird.

Nach einer vorgegebenen Anzahl unmittelbar aufeinanderfolgender Fehlversuche steigt die Wahrscheinlichkeit, daß der korrekte Bearbeitungspfad verloren wurde. Deshalb ist in einem solchen Fall der vorzugsweise innerhalb eines maximalen Abstands liegende nächste Pfad als richtig anzunehmen. Sollte ein solcher nicht erkennbar sein, so ist die Spur des Bearbeitungspfad verloren und das Bearbeitungsverfahren abzubrechen. Auf diese Weise wird die Zerstörung des zu bearbeitenden Gewebes vermieden, falls der unwahrscheinliche Fall eintritt, und der Bearbeitungspfad nicht mehr automatisch ermittelbar ist.

Insbesondere in der Lernphase, in der die Prognosewerte noch vergleichsweise unzuverlässig sind, ist die Verfolgung von zwei oder mehreren möglichen Bearbeitungspfaden solange zu empfehlen, bis eine Entscheidung für einen Pfad möglich ist. Diese Entscheidung kann beispielsweise dadurch gegeben sein, daß der oder die anderen Pfade, beispielsweise in dichterem Gewebe, enden.

Die Erfindung wird anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Aufbauschema einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ohne die Steuerungsanlage,

Fig. 3 einen perspektivischen Ausschnitt eines Transportbandes,

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Halte- und Transportvorrichtung nach Fig. 3,

Fig. 5 eine Seitenansicht einer Halte- und

Transportvorrichtung für Spitzenbänder,

Fig. 6 eine Seitenansicht eines Schneidwerkzeugs,

Fig. 7 eine Frontansicht eines Schneidwerkzeugs nach Fig. 6 mit AntriebsVorrichtung,

Fig. 8 und 9 zwei Beispiele von Gewebemustern mit teilweise geschnittenem Schnittpfad,

Fig. 10 zwei Diagramme zur Verdeutlichung der Digitalisierung eines Bildes,

Fig. 11 ein Diagramm zur Veranschaulichung der

Bedeutung des Schwellwertes nach Fig. 10 und

Fig. 12 ein vereinfachtes Flußdiagramm des

Bilderkennungs- und Steuerungsprogramms.

In Fig. 1 ist eine Gewebebahn 1 auf einer Halte- und Transportvorrichtung 2 dargestellt. Das Muster der Gewebebahn wird von einer Kamera 3 als Bilderfassungseinheit erfaßt und einem Computer 4 als Auswerte- und Steuereinheit zugeführt. Von dem Computer 4 wird ein Bearbeitungswerkzeug 5 in seinen Bewegungen gesteuert. Hierzu verfügt der Computer über wenigstens einen Prozessor 6 und eine Speichereinheit 7. Zum besseren Einblick in den Programmablauf der Steuerung kann ein Bildschirm 8 verwendet werden. Die Halte- und Transportvorrichtung 2 wird über einen Motor mit Getriebe 9 betrieben, wobei der Motor über einen Motorregler 11 regelbar ist und die Rotationsgeschwindigkeit des Motors 9 über einen Tachogenerator 10 vom Computer 4 erfaßt wird. Eine Beleuchtungseinheit 12 sorgt für eine ausreichende Lichtintensität im Arbeitsbereich der Kamera 3.

In Fig. 2 ist die räumliche Anordnung der mechanischen Komponenten deutlicher zu sehen. Die Transportbänder 13 laufen fδrderbandartig um vier Umlenkrollen 14, von denen nur die beiden vorderen eingezeichnet sind. Eine

Spreizvorrichtung 15 für die Transportbänder 13 befindet sich auf der Höhe des Schneidwerkzeugs 5. Eine große Montagebrücke 16 dient zur Befestigung einer Lineareinheit 17, mit der das Schneidwerkzeug 5 quer zur Umlaufrichtung der Transportbänder 13 mit Hilfe eines Schrittmotors 18 bewegt werden kann. Zur Durchführung einer scherenartigen Schneidbewegung verfügt das Schneidwerkzeug 5 über einen eigenen Werkzeugantrieb 19.

Für die Fixierung von Spitzenbändern auf ein Transportband hat sich, wie in Fig. 3 zu sehen ist, die Verwendung eines auf das Transportband aufgeklebten Kratzenbandes 20 bewährt. Durch eine Bürstenrolle 21 wird das in Fig. 5 nicht eingezeichnete Gewebe auf das Kratzenband 20 gepreßt. Hier ist auch deutlich die Ausbildung des Transportbandes 13 als Zahnriemen 22 mit einem Spurkeil 23 in Längsrichtung zu sehen.

Insbesondere in Fig. 4 ist deutlich zu sehen, wie die Spreizvorrichtung 15 mit Hilfe von Führungsplatten 24 und Exzentern 25 die Transportbänder 13 in der gestrichelt eingezeichneten Weise auseinanderspreizt. Durch den Spurkeil 23 werden die Zahnriemen 22 hierbei auf den Umlenkrollen 14 gehalten.

In Fig. 5 ist deutlich zu sehen, wie ein Transportband 13 die Umlenkrollen 14 umläuft und dabei mit Hilfe von Führungsprofilen 26 über die SpreizVorrichtung 15 geführt wird. Die Umlaufrollen 14 sind auf ihrer Achse verschiebbar, wodurch die Halte- und Transportvorrichtung 2 hinsichtlich ihrer Breite für die Aufnahme verschiedener Gewebebahnen variabel bleibt.

Zwei, der Transport- und Haltevorrichtung 2 vorgeschaltete, in der Zeichnung nicht dargestellte Transportwalzen mit separatem Antrieb und eigener Steuerung sorgen für eine ' spannungsfreie Zuführung der Gewebebahn zur Transport- und Haltevorrichtung.

Das in Fig. 6 dargestellte Schneidwerkzeug 5 mit seinem Antrieb 19 kann zusätzlich um eine vertikale Achse 27 seiner Schneidrichtung entsprechend gedreht werden. Der Schaft 28 des Schneidwerkzeugs 5 ist hierzu mit einem Zahnrad 29 versehen, das mit einer horizontal verschiebbaren, an einer Montageplatte 31 befestigten Zahnstange kämmt. Durch Druckfedern 32 wird das Schneidwerkzeug in eine rechtwinklige Position in bezug auf die Montageplatte 31 gedrückt. Durch Druckbeaufschlagung eines der beiden Pneumatikzylinder 33 wird die Zahnstange 30 entgegen der Haltekraft der Druckfedern 32 in die jeweilige Richtung verschoben, wobei das Schneidwerkzeug 5 um die Achse 27 gedreht wird.

Das Schneidwerkzeug ist mit Hilfe der Lineareinheit 17 und des Schrittmotors 18 quer zur Vorschubrichtung der Transportbänder 13 verschiebbar. Von dieser Verschiebung sind auch der Werkzeugantrieb sowie -die oben angeführte Drehvorrichtung des Bearbeitungswerkzeugs betroffen.

Die beiden in Figuren 8 und 9 dargestellten Gewebemuster zweier Spitzenbänder verdeutlichen unmittelbar die Schwierigkeit, einen Bearbeitungspfad 34 automatisch zu detektieren und anzusteuern. Die obere Hälfte der beiden Figuren zeigt jeweils ein zusammenhängendes Spitzenband, das in der unteren Hälfte entlang des Bearbeitungspfades 34 geschnitten und ein wenig auseinandergezogen ist, so daß der Bearbeitungspfad markanter hervortritt. Der ungeschnittene Bearbeitungspfad 35 in den oberen Figurenhälften ist ohne Vorkenntnis kaum auszumachen. Deshalb bedarf es zur Steuerung eines Bearbeitungswerkzeugs einer Bildanalyse zur Bestimmung des Bearbeitungspfades, die vorzugsweise auch Verzerrungen und Verschiebungen im Verlaufe mehrerer aufeinanderfolgender Perioden, im FachJargon auch Rapport genannt, berücksichtigt. Derartige Verschiebungen und Verzerrungen können insbesondere beim Einbringen von elastischen Bahnen in die Transportvorrichtung auftreten.

Für die berührungslose Bilderfassung stehen nach dem Stand der Technik mehrere Methoden, wie z. B. Ultraschallverfahren, zur Verfügung. Im vorliegenden Fall wurde eine CCD- Zeilenkamera 3 verwendet, die Licht im sichtbaren Frequenzbereich orts- und intensitätsabhängig innerhalb einer Zeile nachweisen kann. Der Zeittakt für die Aufnahmen der aufeinanderfolgenden Zeilen muß hierbei mit dem Vorschub der Halte- und Transportvorrichtung 2 synchronisiert werden. Die Gesamtintensität des in die Kamera 3 einfallenden Lichts wird über eine steuerbare Blende geregelt.

Eine mögliche Art der Bildauswertung wird im folgenden anhand der Figuren 10 bis 12 näher erläutert.

Fig. 10 zeigt im oberen Diagramm die Lichtintensitätswerte, die mit einer Aufnahme der Zeilenkamera 3 entlang einer Zeile erfaßt werden. Die X-Achse entspricht dem Ort innerhalb eines Musters quer zur Vorschubrichtung und die Y-Achse der Intensität des transmittierten oder reflektierten Lichtes, das mit der Kamera 3 nachgewiesen wird. Mit anderen Worten stehen die Y-Werte dieses Diagramms für verschiedene Grauwerte eines schwarzweiß Bildes. Zur Einschränkung von Rechenzeit und Speicherbedarf für die folgende Auswertung wird im weiteren Verlauf nur ein Fenster um einen bestimmten Prognosewert P ausgewertet. Im folgenden wird die Kurve der verschiedenen Grauwertstufen mit Hilfe eines Schwellwertes digitalisiert. Das Ergebnis ist im unteren Diagramm von Fig. 10 zu sehen. Alle Grauwerte oberhalb des Schwellwertes S werden dem High-Level zugeordnet, die anderen Werte dem Low- Level. Ab einer bestimmten Breite einer High-Level-Region wird diese als möglicher Pfad interpretiert. Die Bedeutung des Schwellwertes für die Struktur des digitalisierten Bildes ist anhand von Fig. 11 deutlich sichtbar. Ein Absenken des im oberen Diagramm verwendeten Schwellwertes führt zwangsläufig zu einer Verbreiterung und einem Verschmelzen der High-Level- Bereiche, was im unteren Diagramm deutlich wird. Deshalb wird eine Variation des Schwellwertes in das Auswerteverfahren integrier .

Fig. 12 zeigt ein grobes Ablaufdiagramm der im folgenden einsetzenden Bildanalyse und Werkzeugsteuerung.

Wurden auf oben angeführter Weise verschiedene mögliche Pfade oder Spuren erkannt, so wird diejenige Spur als die richtige identi iziert, in der der Prognosewert liegt, wobei verschiedene Möglichkeiten zur Festlegung des Prognosewertes gegeben sind.

So wird in einer Lernphase ein Prognosewert für die Auswahl eines Pfades aus einer Hochrechnung oder Extrapolation, anhand bereits identifizierter Abschnitte des Bearbeitungspfades aus zuvor analysierten Zeilen ermittelt. Eine solche Lernphase spielt vor allem dann eine Rolle, wenn ein neues Grundmuster der Bearbeitung zugeführt wird. In diesem Fall kann in einem einmaligen Vorgang der Bearbeitungspfad auch durch manuelles Abfahren oder direkt in Form von Daten in den Computer eingegeben werden.

In einer anschließenden Arbeitsphase können dann die abgespeicherten Daten über einen Rapport, vorzugsweise die des zuletzt durchlaufenen, für die Ermittlung von Prognosewerten verwendet werden.

Um laterale Verschiebungen der Gewebebahn oder auch Verzerrungen, die im Falle eines elastischen Materials auftreten können, auszugleichen, müssen diese zunächst erfaßt und identifiziert werden. Dies ist nur möglich, wenn bereits Daten über einen vollständigen Rapport vorhanden sind. Dann kann das aktuelle Fenster der auszuwertenden Zeile in einem zweidimensionalen Korrelationsverfahren mit dem im Speicher abgelegten Muster verglichen werden. Die Position innerhalb des abgespeicherten Rapports, in der die größte Übereinstimmung mit dem aktuellen Vergleichsfenster erzielt wird, liefert die notwendige Information über Schwankungen in der Frequenz des Musters, die auf Verzerrungen beruhen können und über eventuelle Verschiebungen. Diese Information wird in Verbindung mit dem früheren Verlauf des Bearbeitungspfades dann für die Erstellung eines Prognosewertes verwendet.

Eine Lernphase oder die an ihre Stelle tretenden Daten sollten sich also über mindestens eine Periode des Musters erstrecken. Der Startpunkt zu Beginn einer Lernphase kann mit Hilfe einer Schablone, die nur einen erkennbaren Pfad zuläßt, vorgegeben werden.

Im Falle eines Fehlversuchs, bei dem kein Pfad in der analysierten Zeile als richtig identifiziert wird, wird der Prognosewert als tatsächlicher Wert angenommen und die nächste Zeile zur Analyse eingelesen. Nach einer vorgegebenen Anzahl unmittelbar aufeinanderfolgender Fehlversuche kann entweder der nächstliegende Pfad innerhalb eines maximalen Abstandes als richtig angenommen werden oder, falls ein solcher nicht erkennbar ist, wird das Verfahren abgebrochen. Solange die Speicherkapazität ausreicht, können auch zwei mögliche Pfade so lange verfolgt werden, bis eine Entscheidung für einen der beiden möglich ist.

Claims

Ansprüche:

1. Vorrichtung zum Bearbeiten, insbesondere zum Schneiden, flächenhafter Gegenstände, wie Gewebebahnen, Spitzenbänder o. dgl. , die ein Muster aufweisen, das ggf. Verzerrungen und/oder Verschiebungen unterliegt, wobei die Bearbeitung entlang wenigstens eines Bearbeitungspfades innerhalb des Musters erfolgt, mit einer beweglichen Halte- und Transportvorrichtung für die flächigen Gegenstände und mit einer berührungslos arbeitenden Abtastvorrichtung (3) zur Erfassung wenigstens eines Teils des Musters, dadurch gekennzeichnet, daß ein adaptives Bilderkennungssystem (4) zur Bestimmung der räumlichen Lage des Bearbeitungspfades vorhanden ist und daß mittels einer Steuereinheit (4) die Führung wenigstens eines steuerbaren Bearbeitungswerkzeuges (5) entlang des Bearbeitungspfades vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung der räumlichen Struktur des Musters und insbesondere des Bearbeitungspfades eine CCD-Zeilenkamera (3) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungsdaten der Abtastvorrichtung in einem Prozessor (6) mit einer Speichereinheit zur Auswertung der Bilddaten verwertet werden.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halte- und Transportvorrichtung (2) wenigstens zwei förderbandartig umlaufende Transportbänder (13) o. dgl. und je zwei dazugehörige Umlenkrollen (14) umfaßt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis- 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Transportband (13) ein Kratzenband (20) zur Fixierung eines Gewebes aufgeklebt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bürstenrolle (21) zum Andrücken eines Gewebes auf das Kratzenband (20) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Transportband (13) als Zahnriemen (22) mit einem Spurkeil (23) in Längsrichtung ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb des Zahnriemens (22) mittels eines regelbaren Motors (9, 11) erfolgt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Zahnriemens (22) mittels eines Tachogenerators (10) erfaßbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnriemen (22) und die zugehörigen Umlenkrollen (14) in ihrem seitlichen Abstand zueinander verstellbar sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnriemen (22) mittels einer Spreizvorrichtung (15) quer zur Vorschubrichtung zueinander verschiebbar gelagert sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß separat angetriebene und gesteuerte Transportwalzen zur spannungsfreien Zuführung des Gewebes auf das Kratzenband vorhanden sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeitungswerkzeug als Schneidwerkzeug ausgebildet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidwerkzeug einen eigenen Antrieb aufweist, wobei einer vertikalen drehbaren Achse des Schneidwerkzeugs ein hierzu konzentrisch angeordnetes Zahnrad zugeordnet ist, welches mit einer horizontal angeordneten Zahnstange derart kämmt, daß das Schneidwerkzeug sich bei einer horizontalen Verschiebung der Zahnstange dreht.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnstange zur Verschwenkung oder Verdrehung des Schneidwerkzeugs um die vertikale Drehachse durch Federn in einer Mittelposition gehalten ist, die einer Mittelstellung des Schneidwerkzeugs entspricht und daß mittels zweier Pneumatikzylinder das Schneidwerkzeug in zwei Endstellungen versetzbar ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeitungswerkzeug mitsamt seinem Antrieb und ggf. mit der Drehvorrichtung um seine vertikale Achse steuerbar quer zur Vorschubrichtung der Gewebebahn verschiebbar ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur Querverschiebung des Bearbeitungswerkzeugs ein Schrittmotor vorgesehen ist.

18. Verfahren zur Bearbeitung, insbesondere zum Schneiden, flächenhafter Gegenstände, wie Gewebebahnen, Spitzenbänder o. dgl., die ein Muster aufweisen, das ggf. Verzerrungen und/oder Verschiebungen unterliegt, wobei die Bearbeitung entlang wenigstens eines Bearbeitungspfades innerhalb des Musters erfolgt, insbesondere mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ständig ein Bild des flächigen Musters wenigstens teilweise erfaßt wird, und daß ein adaptives Bilderkennungssystem zur Bestimmung wenigstens eines Bearbeitungspfads verwendet wird, um wenigstens ein Bearbeitungswerkzeug daran entlang zu führen.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bildanalyse Verzerrungen und Verschiebungen des Musters bestimmt und zur Festlegung des Bearbeitungspfades verwendet werden.

20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bilderfassung vom Gegenstand herrührendes transmittiertes oder reflektiertes Licht verwendet wird.

21. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bilderfassung Ultraschallwellen verwendet werden.

22. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Bild zeilenweise von einer CCD-Zeilenkamera aufgenommen und die relative Bewegungsgeschwindigkeit zwischen Kamera und flächenhaftem Gegenstand mit dem Zeittakt zur Aufnahme einer Bildzeile synchronisiert wird.

23. Verfahren nach Anspruch 20 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtintensität des erfaßten Lichtes über wenigstens eine steuerbare Blende geregelt wird.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 20, 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte der ortsabhängigen Intensitätsverteilung des Lichtes dergestalt digitalisiert werden, daß die oberhalb eines vorgegebenen Schwellwertes liegenden Werte als high und die anderen Werte als low interpretiert werden.

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert während der Bildanalyse nachgeregelt wird.

26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß Bereiche mit benachbarten High-Werten ab einer Mindestbreite als mögliche Pfade identifiziert werden.

27. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß in einem vorgegebenen Bildausschnitt alle möglichen Bearbeitungspfade gesucht werden, aus denen anhand einer zuvor durchgeführten Prognose ein bestimmter Bearbeitungspfad ermittelt wird.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß während einer Lernphase ein Prognosewert für die Auswahl eines Pfades aus einer Extrapolation anhand der bereits identifizierten Abschnitte des Bearbeitungspfades aus zuvor analysierten Zeilen ermittelt wird.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Arbeitsphase ein Prognosewert aus dem identifizierten Pfad in der zuletzt gespeicherten Periode der Musteranalyse ermittelt wird.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung eines Prognosewertes Schwankungen in der Frequenz des Musters, die beispielsweise durch Auseinanderziehen des flächigen Gegenstandes verursacht werden können, sowie Verschiebungen des Musters in einem Korrelationsverfahren anhand der Daten einer, vorzugsweise der letzten Periode der Musteranalyse bestimmt werden.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine Lernphase über mindestens eine Periode der Musteranalyse erstreckt.

32. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß ein Startpunkt zu Beginn der Lernphase mit Hilfe einer Schablone, die nur einen erkennbaren Pfad zuläßt, vorgegeben wird.

33. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Lernphase der gewünschte Pfad manuell über wenigstens eine Periode der

Flächenmusterbearbeitung abgefahren und die Daten gespeichert werden.

34. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle einer Lernphase vorgegebene Daten über mindestens eine Periode der Flächenmusterbearbeitung in den Speicher geladen werden.

35. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle eines Fehlversuchs, bei dem kein Pfad in der analysierten Zeile identifiziert wurde, der Prognosewert als tatsächlicher Wert angenommen und die nächste Zeile eingelesen sowie analysiert wird.

36. Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer vorgegebenen Anzahl unmittelbar aufeinanderfolgender Fehlversuche der innerhalb eines maximalen Abstandes liegende nächste Pfad als richtig angenommen wird oder, falls ein solcher nicht erkennbar ist, das Verfahren abgebrochen wird.

37. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß während einer Lernphase, bei der zwischen zwei oder mehreren möglichen Pfaden mit Hilfe des Prognosewertes nicht entschieden werden kann, wenigstens zwe der möglichen Pfade so lange analysiert werden, bis eine Entscheidung für einen Pfad möglich ist.