CN1759215A - 缝被褥的方法及设备 - Google Patents

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Abstract

一种缝被设备，使用户能够相对于可致动的缝纫头(15)自由地移动织物层的叠层(12)经过平坦底板(14)。该设备包括探测该叠层运动的运动探测器(16)，并控制该缝纫头的致动。因此，该设备用来使缝纫头所发出的缝针击打与该被褥材料叠层的手动控制运动同步。这使得用户可以按各种速度自由移动该叠层，随意地开始或停止移动，并在沿任意方向引导该叠层经过平坦底板。

Description

缝被褥的方法及设备
技术领域
本发明一般地涉及将两个或多个柔性平面层固定在一起的***，特别涉及诸如缝被褥的将两个或多个纤维层缝合在一起的方法及装置。
背景技术
手工制作带有装饰的被褥成为流行的业余爱好。典型的被褥是由叠置并缝合在一起的至少两个织物层构成。一般地，被褥是由“被面”层、“被里”层以及中间的“絮”层构成。被面层通常是装饰性的，是被褥制作者经过创造性和艺术性的劳动而产生的。被里层通常简单，并与被面层在审美上相协调。絮层一般提供厚度和绝热。将分层结构的三个平面层缝在一起的特定过程通常被称作“缝被”。缝被过程通常包括形成针脚的长连续图案，其延伸穿过被面层、被里层及絮层并将被面层、被里层及絮层固定在一起。通常选择具有装饰性质的针脚图案来增强整体美感。缝被过程的总的目的是产生致密并均匀间隔的精确一致的针脚。
传统上是通过手工而不是借助于缝纫机来缝被。然而，手工缝被是劳动密集型的过程，制作一床被子可能需要有经验的人付出数月的劳动。因此，看来有这样一种发展趋势：在缝被的过程中使用机器来帮助，从而使得被褥制作者可以把大多数的劳动投放到被面层的创造性及艺术性的方面。
机器缝被可以按多种方式进行。例如，通过移除或禁用机器的送布牙，用户可以在“自由动作”模式下操作基本传统的缝纫机。这使得该用户可相对于机器的针直接地或通过一个被褥架来手动地移动叠放的被褥层，以产生所期望的针脚图案。实际上，当用户移动在针下叠放的被褥材料时，缝纫机按相对恒定的速度运行。通常，这一过程需要在大量实践后才能获得的很高的操作技巧，以便使得操作者能与针击打动作同步地移动被褥叠层而形成高品质针脚图案。因此，用传统缝纫机进行自由动作的缝被需要很高超的用户技能，而且即使这样也常产生不完美的结果，在形成弯曲的和复杂针脚图案时尤其如此。
也可以通过使用近些年已经可用的各种专用手工引导缝制***来实现机器缝被。在2003年4月的Quilter’s Newsletter Magazine(QNM)中Carol A.Thelen的文章中讨论过这种***的性能和特征。该文章确认了三类这种***；即，(1)桌面结构，(2)短臂***，以及(3)长臂***。它们一般以支持框架和缝被/缝纫机的工作台为特征。框架包括滚筒，滚筒保持被褥层以使得部分叠层露出用于缝纫，同时剩余的层部分存放在滚筒上。缝被/缝纫机安置在支架上，所安装的支架可相对于框架和工作台移动(例如，沿着轨道)。支架一般提供有手柄，使得操作者能够在被褥的表面上面移动机器。该QNM文章还讨论了可添加到基本短臂或长臂***的可选附件和零件，使得可实现多种电子功能，包括针脚校准。
发明内容
本发明涉及用于将两个或更多柔性平面层固定在一起的***，特别涉及使用户能够容易地生产均匀一致的针脚来将叠放织物层固定在一起的缝被方法及装置。
依照本发明的设备允许用户在可致动的缝纫头之下自由地手动移动叠放的平面层经过平面底板或平板。该设备包括探测器，用于探测贴近缝纫头的叠层的运动以便控制缝纫头的致动。因此，依照本发明的装置被用来自动地将缝针击打动作的发出与叠层的移动同步。这使得用户能够按不同的速度移动叠层，能够随意地开始或停止叠层的移动，并能够沿任何方向引导该叠层经过平面底板。
更特别的，依照本发明的优选设备包括探测器，配置该探测器，当叠层经过平面底板移动时，通过测量它的至少一个表面的运动来探测缝被/缝纫机的喉部(throat space)内的叠层运动。优选地，通过确定沿垂直的X和Y方向的叠层平移来测量叠层运动。
本发明的优选实施例采用在不与叠层实际接触的情况下能够测量该叠层表面运动的探测器。在叠层经过平面底板移动时，依照本发明的优选探测器响应从该叠层表面反射的诸如光的能量。该探测器优选包括探测窗口，安置该探测窗口来收集从与机器喉部内的叠层表面(上和/或下表面)相一致的目标区反射的能量。
在特定优选实施例中，采用光学探测器来提供表示叠层沿着垂直的X和Y方向的增量平移运动的输出脉冲。然后，对这些输出脉冲进行计数以确定该叠层已移动的距离。当移动的幅度超过预定的量或阈值时，发出“缝针击打”命令使缝纫头穿过叠层***针脚。随着用户继续自由移动叠层经过平面底板，相继发出另外的缝针击打命令产生与用户控制的叠层运动同步的相继的针脚。
依照优选实施例的一个方面，配置该缝纫头使其响应每一缝针击打命令，快速执行一个缝针周期。更特别地，优选地配置该缝纫头，使得它的针在缝针周期之间保持在满上位，避免阻碍用户自由移动叠层。在每一缝针周期，针驱动机构使针快速下落，刺穿底板上的叠层，***针脚，并随后快速提升回到其满上位，等待下一缝针击打命令。
尽管单针脚模式或脉冲模式的操作有利于使用户能够按低的叠层速度(优选地，下至0)操作，能够按如高于20英寸每分钟的较高的叠层速度操作，但控制连续运转的针驱动马达的速度使之与叠层运动的速度成比例，通常更令人满意。
依照优选实施例的另一方面，叠层下压板或“压脚”与缝纫头关联。在一个缝针周期期间，该压脚使叠层靠着底板以保证合适的缝纫张力并使针容易向上移出叠层。在各缝针周期之间，解除压脚上的力，在压脚和平面底板之间通过机器的喉部自由移动叠层。
尽管这里说明的优选实施例包括在其中全面集成了本发明元件的机器，应该指出，可替换的实施例可以改装传统缝纫机使之依照本发明来操作。
附图说明
图1是依照本发明用于固定叠放的平面层的缝被***的框图；
图2是利用马达/制动器组件控制缝纫头的本发明第一实施例的示意图；
图3和图4是分别说明图2的下压板在其致动的位置和未致动的位置的示意图；
图5和图6分别是示例的缝被/缝纫机外壳的侧面和端面视图；
图7是类似图2但利用离合器/制动器组件控制缝纫头的本发明第二实施例的示意图；
图8是说明用在图2和图7的***中的第一光学运动探测器实施例的示意图；
图9是控制子***的示意图，该控制子***使用图8的用在图2和图7的实施例中的探测器；
图10是说明在单针脚或脉冲模式下图9的控制器操作的流程图；
图11(分为11(A)和11(B))包括类似图10的流程图，但说明双模式，即，(1)脉冲模式和(2)比例模式；
图12是说明用在图2和图7实施例中的第二可选光学运动探测器的示意图；
图13是控制子***的示意图，该控制子***使用图12的用在图2和图7实施例中的探测器；
图14是说明图13的控制器操作的流程图；
图15是第三可选***实施例的示意图；以及
图16是说明如何改装传统缝纫机以结合本发明的框图。
具体实施方式
首先注意图1，图1示出了依照本发明将形成叠层12的两个或多个柔性平面层固定在一起的一般***10。支撑该叠层12，引导其沿着靠近固定头或缝纫头15的X-Y平面14***。该缝纫头15是可致动的，用以把固定器或缝针穿过叠层12***并将这些层固定在一起。提供运动探测器16来检测叠层12经过平面14的运动。控制电路18响应叠层移动的增加来致动该缝纫头15，均匀间隔地穿过叠层12的各层插进固定器或缝针。如下文将说明的，优选地，配置该探测器16，使其测量叠层沿着靠近缝纫头15的参考平面14的垂直的X、Y轴的平移运动。
图2示出了图1的将叠层22的织物层缝合在一起的***的第一优选实施例20。该实施例20一般包括：机械部分26，该机械部分包括可致动的缝纫头28；以及响应叠层22的移动来致动该缝纫头28的电子控制子***30。尽管叠层22的平面层可以由用于不同应用的多种材料构成，但是下文中将讨论的优选实施例特别设置将织物层如被面层32、中间絮层34及被里层36缝在一起，以形成被褥。
图2的机械部分26一般包括框架40，设置该框架使其在底板44的上方支持缝纫头28，该底板44提供基本水平定向的平坦表面45。缝纫头28包括针臂46，该针臂46支撑针48沿基本垂直于所述平坦表面45的方向往复垂直运动。设置底板表面45来支撑叠层22，使得用户能够自由地手动引导叠层22经过表面45。提供下压板或压脚50来有选择地把叠层22压向底板表面，如将在下文解释的，来保证适当的缝针张力并帮助针在***针脚后向上从叠层拔出。
传统的钩和线轴组件52被装配在底板44的下面，与针48对齐。缝纫头28包括针臂46和针48，其连同该钩和线轴组件52以基本传统的方式操作，在底板上固定位置的开口处或缝针点穿过叠层22***缝针。在缝针周期期间，当针48被降至其下位刺穿叠层时(图3)，下压板50也降低用于将叠层压在底板44上，以便得到适当的缝针张力并帮助针从叠层拔出。在缝针周期完成之后，抬起针48和下压板50(图4)。如将在下文中讨论的，优选地，选择下压板抬起的位置(图4)，使其宽松地压着叠层，保持该被里层36(图2)贴着底板44以保证探测器16的探测，同时还允许自由地移动叠层经过底板44。
图2的优选机械部分26进一步示出了包括马达/制动器组件56，该组件用于通过合适的传动***58有选择地对上驱动轴60和下驱动轴62提供操作动力和制动。该上驱动轴60将动力从马达/制动器组件56传递至缝纫头28以移动针48。该下驱动轴62将动力从马达/制动器组件56传递至钩和线轴组件52。
缝纫头28以及钩和线轴组件52以传统方式协同操作，在缝针点54穿过叠层22的层***缝针。即，在缝纫头周期开始时，向下驱动针48刺穿叠放的层32、34、36，并通过在底板44的缝针点开口54引带面线(未示出)。在该底板44下，在针48将面线穿过被压脚50压着的叠层向上拉回之前，组件52的钩(未示出)扣住面线的环(loop)。然后，通过从组件52的线轴(未示出)拉出的线锁住被钩住的面线的环。
图2的***包括传感器或探测器64，其用来探测运动，或更特别地，探测底板44上叠层22的平移，以通过控制电路来控制马达/制动器组件56。如将在下文中更详细讨论的，在操作中，用户能够相对于固定安置的缝纫头28在底板44上自由移动叠层22，同时探测器64产生表示叠层移动的电子信号。然后控制电路65响应探测的叠层运动以控制从缝纫头28发出缝针。控制子***30，除包括运动探测器64和控制电路65以外，还优选地包括轴位置传感器66。该轴位置传感器66用来检测对应针48在其满上位的上驱动轴60的特定旋转位置。如将在下文中见到的，控制电路65响应传感器66的输出，在相继的缝针周期之间将针48停在其满上位。该动作防止针干扰叠层22在底板44上的自由平移运动。
依照本发明，操作员引导织物叠层经过垂直定向的针48之下的水平定向的底板44。依照本发明安装运动探测器64，在移动叠层22经过底板44时，监视与该叠层表面层(上和/或下层)相一致的目标区。如将在下文中讨论的，该探测器可以被认为具有聚焦靠近针穿透点的叠层表面的窗口。该探测器可以按各种实际的方式来安装，例如，在叠层的上面俯视叠层上表面或在叠层的下面仰视叠层的下表面。
尽管图2的运动探测器65可以采用许多不同形式，包括非接触式装置(例如，光学探测器)和接触式装置(例如，轨迹球)，但是更优选其探测叠层运动而不与织物层实际接触。因此，依照本发明优选的运动探测器包括响应从该叠层反射或源于该叠层的能量的装置。尽管该能量可以有几种不同形式(例如，超声波、RF、磁、静电等等)，但是该优选探测器实施例使用光学运动探测器(如图8中所示)，该光学运动探测器利用如Agilent Technologies公司的光学芯片ADNS2051。测量叠层的可选探测器可以使用如加速度表、阻性装置等技术。
就这一点而言，足可以说，叠层运动的精确测量部分地依赖于位置接近运动探测器窗口焦点的叠层的目标层，如被里层36。上述的下压板或压脚50有助于使该叠层与探测器窗口保持一定距离。在优选实施例中，该下压板50具有用于接合叠层22的平滑的底面51，并由透明材料制造以免阻碍用户观察靠近针48的叠层。图3和4分别说明下压板50致动的和未致动的位置。在图3中，在缝针周期期间轴80被下移，使得板50对该叠层22施加来自弹簧82的弹簧压力。在各周期之间(图4)，轴80被上移，所以板50对叠层22的压力被释放，以减少板对叠层的阻碍运动的摩擦力。然而，在各周期之间不缝针的间隔，板50被放置在足够接近的位置，将叠层宽松地保持在底板44上。
注意，在图3和4中，下压板50被连接到轴80，该轴80由弹簧82加力相对于压脚臂上下滑动。还应注意，图4示出了帮助把弹簧加力的轴80向上拉的针臂46。该下压板50的移动范围允许被褥叠层在缝针周期之间经过底板自由水平运动，但要充分限制该叠层的垂直运动，以保证被里层表面36被压在底板表面并接近运动探测器64窗口的焦点。
图5和6图示地说明了典型缝被/缝纫机外壳84，该外壳用于容纳图2***的实际组件。该外壳84包括含有上驱动轴60的上臂85，以及含有下驱动轴62的下臂86。该外壳的上和下臂85和86从垂直方向的机械臂87伸出。该上和下臂85、86在垂直方向彼此间隔开，并连同机械臂87形成一个空间，该空间通常被称为喉部88。针48从上臂垂直地下降进入喉部88，以进行朝向下臂86或背离下臂86的往复运动。下臂86支撑有时被称为喉板的底板44。针和机械臂之间的距离通常被称为喉长。
图8说明优选的运动探测器64，该运动探测器64包括具有光收集窗口91的外壳90。光源，如发光二极管(LED)92，被安装在该外壳90中，并照射(通过反射器组93和窗口91)与恰在窗口91上的被里层36的表面相一致的目标区。从层36反射的光由透镜***94收集，并被施加到光学芯片95(如Agilent ADNS 2051)。该芯片95内包括微型CMOS阵列摄像机(未示出)和相关数字信号处理器或DSP(未示出)，该CMOS阵列摄像机以大约1500幅画面每秒从目标区连续获取图像。该信号处理器以几百万条指令每秒运行，以检测所获得的图像中的图案，并根据连续图像序列中的变化来确定这些图案是如何移动的。因此，该芯片95能够在引线96上提供表示被里层36同目标区一致的部分沿X方向增量平移的输出脉冲，以及在引线97上提供表示被里层36沿Y方向增量平移的输出脉冲。
图7示出了第二可选***实施例68，其包括机械部分26’和电子控制子***30’，类似于图2的实施例的对应部分26和30。然而，图7的实施例不同于图2之处主要在于，其利用离合器/制动器组件69来控制从马达70至缝纫头28’的动力传递，代替前述图2的马达/离合器组件56。此外，图7中钩和线轴组件52’由马达70连续驱动，其中线轴钩(未示出)的位置由钩位置传感器71来检测。叠层运动探测器64’、轴位置传感器66’和钩位置传感器71的输出作为输入全部施加至控制电路65’，该控制电路65’的输出控制该离合器/制动器组件69来有选择地致动缝纫头28’。
现在来考察图9，图9示出了与图2的控制子***30和图7的控制子***30’都有关的电路图。注意，图9示出了与图2和7都有关的光学运动探测器64(64’)和轴位置传感器66(66’)。连接探测器64(64’)和传感器66(66’)以提供数据信号给控制电路65(65’)，该控制电路65(65’)主要包括控制器98(例如，微控制器芯片MicrochipPIC 12C508)和时钟电路99(例如，National 555)。图9还以虚线中示出图7的钩位置传感器74，该传感器74在钩(未示出)达到激活位置时提供信号给时钟99。优选地，轴位置传感器66(66’)和钩位置传感器74包括装置，响应分别由轴60和组件72的钩携带的光学激励，以产生施加到控制电路的信号。最典型地，这种光学激励可能包括分别位于上驱动轴60和组件72的钩上的有区别的反射标记。在操作中，该微控制器98用来对由运动探测器95在引线96和97提供的输出脉冲计数，其分别表示被褥的被里层36沿着垂直的X和Y轴运动的增量。当该微控制器98识别了足够的累积运动时，它发信号给时钟电路99。可替换地，对图7的离合器/制动器实施例的特定情况，该控制器信号由钩位置传感器74的输出来选通，所以只有在线轴钩是在期望的位置时才将其施加到时钟电路99。该时钟电路99将输出110上缝针命令信号施加至负载晶体管112。晶体管112控制所示的操作单刀双掷开关116的继电器114。在致动的情况下，如图9中所示下面的位置，开关116施加动力以驱动图2的马达/制动器组件的马达，或者可替换地，接合图7的离合器/制动器组件69的离合器。通过线102上来自轴位置传感器66的脉冲，经由时钟98和晶体管112，退动继电器114。在退动的情况下，如图9中所示的上面的位置，开关116闭合旁路从而制动驱动链(drive train)。
现在考察图10，图10包括示出微控制器98的算法操作的流程图，该微控制器控制图2的马达/制动器组件56或者图7的离合器/制动器组件69以产生单个针脚。在图10中，首先注意框120，其用来通过获取通常由用户预先输入的“针脚长度”值来初始化缝针周期。在框120中设置该针脚长度值后，算法进到决策框122，该决策框122测试沿X方向的叠层平移，即，测试来自光学芯片95的引线96上的X脉冲。如框124所示，如果检测到脉冲，则增加存储的X计数。当框122、124执行后，操作进到决策框126，该决策框126测试Y平移，即，测试来自光学运动芯片95的引线97上的Y脉冲。如框128所示，如果检测到Y脉冲，那么存储的Y计数被增加。然后，操作从框126或128进到130。框130和132实质上表示这样的步骤：根据所测量的运动的X和Y分量，利用勾股定理确定矢量合成的叠层运动幅度。也就是说，在框130，将X计数值平方并将Y计数值平方。框132将在框130中计算出的平方值相加，来产生表示矢量合成的叠层运动的值。
框134将预设的针脚长度值的平方与从框132得出的幅度作比较。如果矢量合成的运动的幅度小于预设的针脚长度，那么操作经由回线136循环回到起始框120。如果另一方面，矢量合成幅度超过预设的针脚长度，那么操作进到框138来开始缝针。在框140中，在返回至起始框120之前将X和Y计数清零。此外，框138之后，通过执行框142使继电器(图9中114)加电，以致动马达/制动器组件56(图2)或离合器/制动器组件69(图7)。但是要注意，框142的终结要求结束来自轴位置传感器的脉冲(由框146表示)，其指示上驱动轴已达到将针停留在其满上位的位置。图10还示出了框138和142之间虚线框148。框148与图7的实施例有关，表示框142的执行被推迟直到接收到来自图9的钩位置传感器74的使能信号。
图10描述了在脉冲或单针脚模式操作的算法，而图11(表示为11(A)和11(B))描述了双模式操作，即，在低叠层速度的脉冲模式和在较高叠层速度的连续比例模式。优选提供双模式能力，在较高叠层速度中能平稳运作。为便于解释，再次说明，为适合低叠层速度的操作，例如小于20英寸每分钟，期望每一缝针命令启动非常快速的针击打，以避免针干扰叠层的运动。随着叠层平移速度和针击打速率增加，针对叠层运动的干扰减少。因而，在快的叠层速度，例如大于20英寸每分钟(或200针每分钟以保证示例的0.1英寸针脚长度)，适合切换到比例模式，在比例模式中，按照与叠层速度基本成比例的速率连续驱动针。在200针每分钟的速度，每一缝针周期消耗不足大约300毫秒。因此，在图11(B)中所示的算法包括测试在相继的缝针命令之间持续的时间即缝针时间间隔的步骤。如果该间隔时间小于示例的300毫秒，那么操作进行在比例模式。本发明的可选实施例(未示出)可以单独运作在比例模式。
注意，图11(A)从头直到缝针命令或“启动缝针”框138都是与图10一致的。图11(B)示出框152紧随框138，框152读取并复位缝针间隔定时器(其可以容易地由合适的微控制器实现)，该定时器对相继的缝针指令之间的持续时间计时，并记录针驱动轴60的角坐标θn(框153)。然后决策框154测试先前在框152中读出的间隔定时，以确定其是否大于前述的示例300毫秒间隔。如果是，那么操作进到脉冲模式155。如果否，那么操作进到比例模式156。
在脉冲模式155中的操作实质上与先前参考图10描述的关于框142、146、148的操作一致。但图11(B)还示出了脉冲模式中的框157，可以执行该框157以确保解除比例模式，并示出框158，该框158退动马达/离合器继电器，并在已缝针后致动制动器，将针停留在其满上位。
在比例模式156中的操作包括激活马达速度控制操作的步骤159。马达速度控制能力是绝大多数现代缝纫机的共同特征，马达速度由用户例如通过脚踏板和/或由内置的电子控制电路来控制。
在框159后，执行决策框160。要理解决策框160的作用，首先要知道，由于叠层速度增加，因而产生更短的缝针间隔持续时间，在缺乏对马达/针轴速度的调节时，框153中读出的轴角坐标θn将减少。换言之，最新读出的轴角θn将小于先前读出的轴角θp。如果叠层速度增加，框160用来比较θn和θp。如果θn较小，则必须增加马达速度(框161)，以便按提高的速率来缝针以保持针脚长度一致。
另一方面，如果叠层速度被减小，使得θn大于θp，那么减小马达速度(框162)以产生一致的针脚长度。如果叠层速度保持恒定，那么θn等于θp而不要求马达速度调节(框163)。
通过上面的叙述，应该很容易理解依照本发明的图2和7***的操作。概要地说，应当理解，该***使得用户能够在底板44上自由移动叠层22。探测器64检测叠层的运动，来产生表示相对于垂直的X和Y轴的增量平移运动的X和Y脉冲表示。微控制器98(图9)用来对该X和Y脉冲计数，并确定何时矢量合成的运动至少等于预设的针脚长度。当这种情况发生时，致动继电器114，通过开关116提供动力至图2的马达/制动器组件56(或图7的离合器/制动器组件)，启动一个缝针击打。即，继电器114的致动将开关116推到其下位(图9)，从而使得马达快速旋转起来，将动力传送至缝纫头28以及钩和线轴组件52。上和下轴60、62旋转直到上轴标记在轴位置传感器66下通过。当检测到该轴标记时，开关116被推到其上位，这样从马达/制动器组件56除去动力，并旁路该组件以快速停止快速旋转的轴的运动，即制动快速旋转的轴。为确保被褥叠层的***，安置轴标记，使得将针停在其满上位。为进一步保证***，使缝针击打非常迅速地发生，这样该被褥叠层被针和下压板50捕捉的时间百分比是非常短的。这可以通过确保马达/制动器组件使用足够动力的马达和十分快速的制动动作来实现，如使用电子分电器动态制动的DC马达。
现在考察图12，图12示出了可替换图8中所示的实施例64的光学运动探测器实施例175。回顾前面，图8的实施例通过捕获图像序列并随后比较这些图像来检测被褥被里层36的运动。图12的实施例175的操作代之以在线穿过光束的焦点时对线(经线和/或纬线)计数。
继续参考图12，注意，该探测器实施例175包括优选地装安装在底板144下的外壳176。该外壳包含光源178，该光源178发射光穿过透镜***180，产生聚焦在被褥材料叠层22的被里层36的光束。从该被里层反射的光被透镜***182收集并被关联到光电探测器184。该光电探测器184对穿越入射在被里层36上的光束焦点的每一根线产生可探测的信号变化。光电探测器184的输出驱动放大器186以产生表示线穿越、即被里层运动的脉冲输出188。
现考察图13，图13示出了控制子***的电路图，除合并有图12的光学运动探测器175以代替图8的光学探测器64外，该控制子***与图9中所示的控制子***基本一致。更特别地，注意，图13示出了光源178，该光源178照射光电探测器184，该光电探测器184驱动放大器186在引线188上产生输出脉冲。引线188被连接至前面讨论过的微控制器96的输入。
现考察图14，图14示出了图13的微控制器96在与光学运动探测器175一同使用时的算法操作的流程图。依照图14缝针周期开始于框200，其用来获得“针脚长度”值。操作从框200进到决策框202，该决策框202由光学探测器175查找引线188(图13)上的脉冲。如果没有探测到脉冲，那么操作直接进到决策框206。如果探测到脉冲，那么在进到决策框206之前，操作先进到用来增加所存储的线计数的框204。框206将预设的针脚长度与当前线计数相比较。如果预设针脚长度大于当前的线计数，那么操作返回至起始框200。另一方面，如果针脚长度等于或小于当前的线计数，那么操作进到框208开始缝针。在框210中，该当前的线计数被清除或复位至O，并且操作循环返回至起始框200。此外，在框210执行后，在框212中对输出继电器114加电以致动马达/制动器组件56或离合器/制动器组件69。然而，回顾图10的流程图可知的，框212的终结需要来自轴位置探测器66的结束信号，以指示针在其满上位(由框214表示)。图14还示出了框210和212之间的虚线框216。框216与图7的实施例有关，并说明框212的执行被延迟直到接收到来自图13中所示的钩位置探测器74的使能信号。
需指出，图14只示例说明了在单针脚或脉冲模式下的操作，但应当理解，可选实施例可以单独作用在连续比例模式，或通过合并图11(B)示出的步骤作用在双模式***。
可以配置本发明的实施例来产生各种不同的均匀针脚长度。对典型的缝被应用，制被业界的主流认为大约2.5mm(1/10英寸)的针脚长度是美观的。在典型的示例用户的使用中，期望叠层将以一英寸每秒数量级的速度移动，这大约等同于10针每英寸或10针每秒(即，100毫秒每针)。在该示例情况，如果缝针周期持续时间被限制至50毫秒或更少，针48和下压板50捕捉叠层的时间小于50％，从而为用户提供自由叠层运动的感觉。
尽管在此处仅说明了有限数目的特定实施例，但是本领域的技术人员应当理解，还有许多另外的可替换布置落在本发明的精神和所附权利要求意欲保护的范围内。
仅作示例，图15示出了可替换图2和7的实施例的第三示范实施例220。该实施例220的主要不同在于，不是使用公共驱动链，实施例220使用分开的电子致动器224、226分别驱动缝纫头以及钩与线轴组件。该致动器224和226由控制电路228控制响应由运动探测器230提供的表示叠层运动的信号。
尽管此处描述的优选实施例包括其中完全集成本发明的元件的机械，应该理解，对售后市场，可以提供可替换实施例来改装传统缝纫机以适合依照本发明来运作。更特别地，考察图16，图16示出具有驱动马达252的传统缝纫机250。该驱动马达通常由马达控制电路254来控制，马达控制电路254可控制马达的速度和马达运作的其他方面。马达速度典型地由用户输入控制，该用户输入由踏板控制器256经由电缆258和匹配连接器262的插头260提供。
要把依照本发明的针脚控制组件264***连接器262来代替原来的踏板控制器256，以便按照与织物叠层的运动成比例的速率来操作针。该模块264包括运动探测器266，如前面讨论的，安装它来测量在机器250的喉部内叠层运动。探测器266被连接至驱动踏板控制适配器270的控制电路268。配置该适配器270来接收来自控制电路268的速度控制输入命令，并依次输出命令，即控制信号，该信号模拟由原来的踏板控制器256提供的信号。该适配器的输出控制信号经电缆272连接到匹配连接器262的插头274。用于将原来的踏板控制器256连接至连接器262和马达控制电路254的接口可能因不同的机器而不同，所以应该配置踏板控制适配器270和插头274，以便与所改装的特定缝纫机兼容。
从上述，应当理解所描述的缝被/缝纫设备使得用户能够手动抓住织物叠层，使其经过平坦底板移动，以产生穿过该叠层的长度均匀的针脚。应当理解，用户能够可替换地选择该叠层安放在简单的可买到的框架上，使得用户能够抓住该框架以移动叠层经过底板。还需指出，此处所描述的缝被/缝纫机可以被使用在手工引导的缝被***中，该缝被***具有保持织物叠层的框架和支撑该缝被/缝纫机的可移动滑架。
权利要求书
(按照条约第19条的修改)
1.一种将两个或多个叠放的平面层缝合在一起的设备，所述设备包括：
缝纫头，装配在固定位置，并可致动以穿过位于所述缝纫头下面的两个或多个平面层的叠层***缝针；
大致水平定向的底板，用于支撑所述的平面层的叠层，以手动引导地移动所述叠层经过所述缝纫头下面的所述底板；
探测器装置，用于探测平行所述底板定向并靠近所述缝纫头的所述叠层表面的移动，以产生表示叠层表面移动幅度的信号；以及
控制电路装置，响应指示叠层表面移动超过某一阈值的所述信号，以致动所述缝纫头穿过所述叠层***缝针。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述缝纫头包括针，安装该针，使其大致垂直于所述底板在满上位和满下位之间往复运动；并且其中
用于致动所述缝纫头的所述控制电路装置包括装置，用于将动力施加至所述缝纫头，使所述针从所述满上位至所述满下位再至所述满上位往返移动一个周期。
3.如权利要求2所述的设备，其中所述施加动力的装置包括马达/制动器组件，该马达/制动器组件可操作在马达模式以移动所述针，并可操作在制动器模式以停止所述针的运动。
4.如权利要求2所述的设备，其中所述施加动力的装置包括马达和离合器/制动器组件；并且其中
所述离合器/制动器组件可操作在离合器模式，用于将所述马达耦合至所述缝纫头来移动所述针，并可操作在制动器模式以停止所述针的运动。
5.如权利要求1所述的设备，其中所述底板形成大致水平的表面，用于支撑所述平面层的叠层；并且其中
所述缝纫头包括针，装配该针，使其大致垂直于所述底板表面在满上位和满下位之间运动，在所述满下位所述的针刺穿被支撑在所述底板表面的所述各平面层。
6.如权利要求5所述的设备，其中致动所述缝纫头的所述控制电路装置包括装置，用于有选择地将动力施加到所述缝纫头，使得所述针从所述满上位移动至所述满下位。
7.如权利要求6所述的设备，进一步包括将所述针从所述满下位送回所述满上位的装置。
8.如权利要求1所述的设备，其中所述探测器装置包括照射所述叠层表面的光源；以及
处理从所述被照射的层反射的光以确定所述叠层表面的运动幅度的装置。
9.如权利要求1所述的设备，其中所述探测器装置包括：光学装置，用于测量所述叠层表面沿垂直的X和Y轴的移动；以及
信号处理装置，响应所述测量到的移动，以确定所述叠层的矢量合成移动的幅度；并且其中
所述控制电路装置在所述矢量合成移动的幅度超过预定的针脚长度时致动所述缝纫头。
10.一种用于缝纫至少一个织物层的机器，所述机器包括：
上臂和下臂，按垂直方向间隔的大致平行的关系来装配，以在其间形成喉部；
所述下臂上的大致水平定向的板，用于支撑所述织物层在所述喉部被引导运动；
针臂，在所述板上方由所述上臂支持，可致动以将针脚***所述织物层；
探测器，用于探测在所述喉部中平行于所述板定向的所述织物层表面的运动；以及
控制电路，响应所探测的所述织物层表面的运动，以控制所述针臂的致动。
11.如权利要求10所述的机器，其中所述探测器运行来产生X和Y信号，分别表示所述织物层表面沿着垂直的X和Y轴平移运动的幅度。
12.如权利要求10所述的机器，其中所述探测器运行，在不实际接触所述织物层的情况下来探测所述织物层表面的移动。
13.如权利要求10所述的机器，其中所述探测器包括：
窗口，定向该窗口以收集来自靠近所述板的所述织物层表面的能量；以及
信号处理装置，响应由所述窗口收集的能量，以产生表示所述织物层经过所述板的移动幅度的信号。
14.如权利要求13所述的机器，其中所述探测器包括能量源，用于照射所述织物层表面来把能量反射到所述窗口。
15.如权利要求14所述的机器，其中所述能量源包括光源，并且所述窗口收集从所述织物层表面反射的光图像。
16.如权利要求13所述的机器，其中所述产生的信号表示所述织物层表面沿着垂直的X和Y轴的平移运动。
17.如权利要求10所述的机器，其中所述针臂包括针，装配该针使其在与所述板间隔开的上位和刺穿靠近所述板的所述织物层的下位之间循环运动；并且其中
所述控制电路是可致动的，通过至少一个包括从所述上位至所述下位再至所述上位的针运动周期来移动所述针。
18.如权利要求17所述的机器，其中所述控制电路包括针驱动装置，用于响应由所述探测器探测的织物层运动的特定幅度，通过周期运动来移动所述针。
19.如权利要求18所述的机器进一步包括调节所述特定幅度值的用户装置。
20.如权利要求17所述的机器，其中所述控制电路包括针驱动装置，按照与所述探测器所探测的织物层表面的速度相关的速率，反复循环地移动所述针。
21.一种缝被设备，用于穿过一个或多个织物层的叠层***长度均匀的针脚，所述设备包括：
缝纫头；
底板，形成大致水平定向的平面，相对于所述缝纫头安装，配置所述平面使其支撑所述叠层，以引导移动所述叠层经过所述平面；
所述缝纫头包括针，该针可执行从远离所述平面的上位至刺穿所述平面上的所述叠层的下位再返回至所述上位的循环运动；
探测器，形成用于收集来自目标区的能量的窗口，该目标区与平行于所述平面定向的所述叠层表面基本一致；以及
信号处理装置，响应所述收集的能量，以指示经过所述平面的叠层平移运动的幅度；以及
控制装置，响应幅度超过特定阈值的所述叠层的平移运动，以使得所述针执行所述循环运动。
22.如权利要求21所述的缝被设备，其中所述探测器包括：
光源，安装该光源使其照射所述目标区中的所述叠层表面；并且其中
定向所述窗口以收集从所述目标区反射的光图像。
23.一种形成长度均匀的连续针脚的方法，该针脚穿过具有上表面和下表面的织物层的叠层，所述方法包括：
在固定位置安装可致动的缝纫头；
手动移动所述织物层的叠层经过所述缝纫头下面的水平的平面；
探测至少一个平行于所述水平平面定向并靠近所述缝纫头的所述叠层表面的运动；以及
响应所探测的叠层运动的特定幅度，致动所述缝纫头穿过所述织物层的叠层***缝针。
24.如权利要求23所述的方法，其中所述安装所述缝纫头的步骤包括安装针，所述针在与所述叠层间隔开的上位和刺穿经过所述平面移动的所述叠层的下位之间循环垂直运动。
25.如权利要求23所述的方法，其中所述的探测所述叠层运动的步骤包括：
提供用于照射所述叠层表面目标区的能量源；
收集从所述目标区反射的能量图像；以及
处理所述收集的能量图像以确定所述叠层运动的幅度。
26.如权利要求23所述的方法，其中所述的致动所述缝纫头的步骤包括：响应大于所述特定幅度的叠层运动的每一增量，通过单独循环运动移动所述针。
27.如权利要求23所述的方法，其中所述的致动所述缝纫头的步骤包括按照与叠层运动的速度相关的速率反复循环地移动所述针。
28.一种形成长度均匀的连续针脚的方法，该针脚穿过具有上表面和下表面的一个或多个织物层的叠层，所述方法包括：
提供水平定向的平面，用于支撑所述叠层，以引导移动所述叠层经过所述平面；
相对于所述平面安装缝纫头，所述缝纫头有选择地致动来穿过所述叠层***缝针；
手动移动所述叠层经过所述平面；
光学观测与平行于所述平面定向的一个所述叠层表面相一致的目标区，以确定靠近所述平面的叠层运动的幅度；以及
响应大于特定阈值的运动的幅度，致动所述缝纫头在所述叠层中***缝针。
29.如权利要求28所述的方法，其中所述移动叠层的步骤包括用户手动地抓住织物层来推/拉所述叠层经过所述平面。
30.如权利要求28所述的方法，其中所述叠层被放置在框架上；并且其中
所述移动所述叠层的步骤包括用户手动地抓住所述框架来推/拉所述叠层经过所述平面。
31.一种将针脚***一个或多个织物层的叠层的缝被设备，所述设备包括：
缝纫头；
底板，形成大致水平定向的平面，相对于所述缝纫头安装，配置所述平面使其支撑所述叠层，以引导移动所述叠层经过所述平面；
所述缝纫头包括针，该针可通过执行循环运动将针脚***所述叠层，该循环运动包括远离所述平面的针上位和刺穿靠近所述平面上的所述叠层的针下位；
探测器，用于测量靠近所述缝纫头的所述叠层经过所述平面的运动；以及
控制装置，用于使所述针按照大致与所述探测器测量的叠层运动速率成比例的速率执行循环运动。
32.如权利要求31所述的设备，其中所述探测器运行以测量所述叠层沿着正交方向的平移运动的幅度。
33.如权利要求32所述的设备，其中所述控制装置使得所述针对所述探测器测量的运动的每一阈值单位执行一个循环运动。
34.如权利要求31所述的装置，其中所述织物层的叠层包括外叠层表面；并且其中
所述探测器通过测量所述外叠层表面的平移运动来测量叠层运动。

Claims (34)

1.一种将两个或多个叠放的平面层缝合在一起的设备，所述设备包括：
缝纫头，装配在固定位置，并可致动以穿过位于所述缝纫头下面的两个或多个平面层的叠层***缝针；
大致水平定向的底板，用于支撑所述的平面层的叠层，以手动引导地移动所述叠层经过所述缝纫头下面的所述底板；
探测器装置，探测靠近所述缝纫头的所述叠层表面的移动，以产生表示叠层表面移动幅度的信号；以及
控制电路装置，响应指示叠层表面移动超过某一阈值的所述信号，以致动所述缝纫头穿过所述叠层***缝针。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述缝纫头包括针，安装该针，使其大致垂直于所述底板在满上位和满下位之间往复运动；并且其中
用于致动所述缝纫头的所述控制电路装置包括装置，用于将动力施加至所述缝纫头，使所述针从所述满上位至所述满下位再至所述满上位往返移动一个周期。
3.如权利要求2所述的设备，其中所述施加动力的装置包括马达/制动器组件，该马达/制动器组件可操作在马达模式以移动所述针，并可操作在制动器模式以停止所述针的运动。
4.如权利要求2所述的设备，其中所述施加动力的装置包括马达和离合器/制动器组件；并且其中
所述离合器/制动器组件可操作在离合器模式，用于将所述马达耦合至所述缝纫头来移动所述针，并可操作在制动器模式以停止所述针的运动。
5.如权利要求1所述的设备，其中所述底板形成大致水平的表面，用于支撑所述平面层的叠层；并且其中
所述缝纫头包括针，装配该针，使其大致垂直于所述底板表面在满上位和满下位之间运动，在所述满下位所述的针刺穿被支撑在所述底板表面的所述各平面层。
6.如权利要求5所述的设备，其中致动所述缝纫头的所述控制电路装置包括装置，用于有选择地将动力施加到所述缝纫头，使得所述针从所述满上位移动至所述满下位。
7.如权利要求6所述的设备，进一步包括将所述针从所述满下位送回所述满上位的装置。
8.如权利要求1所述的设备，其中所述探测器装置包括照射所述叠层表面的光源；以及
处理从所述被照射的层反射的光以确定所述叠层表面的运动幅度的装置。
9.如权利要求1所述的设备，其中所述探测器装置包括：光学装置，用于测量所述叠层表面沿垂直的X和Y轴的移动；以及
信号处理装置，响应所述测量到的移动，以确定所述叠层的矢量合成移动的幅度；并且其中
所述控制电路装置在所述矢量合成移动的幅度超过预定的针脚长度时致动所述缝纫头。
10.一种用于缝纫至少一个织物层的机器，所述机器包括：
上臂和下臂，按垂直方向间隔的大致平行的关系来装配，以在其间形成喉部；
所述下臂上的大致水平定向的板，用于支撑所述织物层在所述喉部被引导运动；
针臂，在所述板上方由所述上臂支持，可致动以将针脚***所述织物层；
探测器，用于探测在所述喉部的所述织物层表面的运动；以及
控制电路，响应所探测的所述织物层表面的运动，以控制所述针臂的致动。
11.如权利要求10所述的机器，其中所述探测器运行来产生X和Y信号，分别表示所述织物层表面沿着垂直的X和Y轴平移运动的幅度。
12.如权利要求10所述的机器，其中所述探测器运行，在不实际接触所述织物层的情况下来探测所述织物层表面的移动。
13.如权利要求10所述的机器，其中所述探测器包括：
窗口，定向该窗口以收集来自靠近所述板的所述织物层表面的能量；以及
信号处理装置，响应由所述窗口收集的能量，以产生表示所述织物层经过所述板的移动幅度的信号。
14.如权利要求13所述的机器，其中所述探测器包括能量源，用于照射所述织物层表面来把能量反射到所述窗口。
15.如权利要求14所述的机器，其中所述能量源包括光源，并且所述窗口收集从所述织物层表面反射的光图像。
16.如权利要求13所述的机器，其中所述产生的信号表示所述织物层表面沿着垂直的X和Y轴的平移运动。
17.如权利要求10所述的机器，其中所述针臂包括针，装配该针使其在与所述板间隔开的上位和刺穿靠近所述板的所述织物层的下位之间循环运动；并且其中
所述控制电路是可致动的，通过至少一个包括从所述上位至所述下位再至所述上位的针运动周期来移动所述针。
18.如权利要求17所述的机器，其中所述控制电路包括针驱动装置，用于响应由所述探测器探测的织物层运动的特定幅度，通过周期运动来移动所述针。
19.如权利要求18所述的机器进一步包括调节所述特定幅度值的用户装置。
20.如权利要求17所述的机器，其中所述控制电路包括针驱动装置，按照与所述探测器所探测的织物层表面的速度相关的速率，反复循环地移动所述针。
21.一种缝被设备，用于穿过一个或多个织物层的叠层***长度均匀的针脚，所述设备包括：
缝纫头；
底板，形成大致水平定向的平面，相对于所述缝纫头安装，配置所述平面使其支撑所述叠层，以引导移动所述叠层经过所述平面；
所述缝纫头包括针，该针可执行从远离所述平面的上位至刺穿所述平面上的所述叠层的下位再返回至所述上位的循环运动；
探测器，形成用于收集来自目标区的能量的窗口，该目标区与所述叠层表面基本一致；以及
信号处理装置，响应所述收集的能量，以指示经过所述平面的叠层平移运动的幅度；以及
控制装置，响应幅度超过特定阈值的所述叠层的平移运动，以使得所述针执行所述循环运动。
22.如权利要求21所述的缝被设备，其中所述探测器包括：
光源，安装该光源使其照射所述目标区中的所述叠层表面；并且其中
定向所述窗口以收集从所述目标区反射的光图像。
23.一种形成长度均匀的连续针脚的方法，该针脚穿过具有上表面和下表面的织物层的叠层，所述方法包括：
在固定位置安装可致动的缝纫头；
手动移动所述织物层的叠层经过所述缝纫头下面的水平的平面；
探测至少一个靠近所述缝纫头的所述叠层表面的运动；以及
响应所探测的叠层运动的特定幅度，致动所述缝纫头穿过所述织物层的叠层***缝针。
24.如权利要求23所述的方法，其中所述安装所述缝纫头的步骤包括安装针，所述针在与所述叠层间隔开的上位和刺穿经过所述平面移动的所述叠层的下位之间循环垂直运动。
25.如权利要求23所述的方法，其中所述的探测所述叠层运动的步骤包括：
提供用于照射所述叠层表面目标区的能量源；
收集从所述目标区反射的能量图像；以及
处理所述收集的能量图像以确定所述叠层运动的幅度。
26.如权利要求23所述的方法，其中所述的致动所述缝纫头的步骤包括：响应大于所述特定幅度的叠层运动的每一增量，通过单独循环运动移动所述针。
27.如权利要求23所述的方法，其中所述的致动所述缝纫头的步骤包括按照与叠层运动的速度相关的速率反复循环地移动所述针。
28.一种形成长度均匀的连续针脚的方法，该针脚穿过具有上表面和下表面的一个或多个织物层的叠层，所述方法包括：
提供水平定向的平面，用于支撑所述叠层，以引导移动所述叠层经过所述平面；
相对于所述平面安装缝纫头，所述缝纫头有选择地致动来穿过所述叠层***缝针；
手动移动所述叠层经过所述平面；
光学观测与一个所述叠层表面一致的目标区，以确定靠近所述平面的叠层运动的幅度；以及
响应大于特定阈值的运动的幅度，致动所述缝纫头在所述叠层中***缝针。
29.如权利要求28所述的方法，其中所述移动叠层的步骤包括用户手动地抓住织物层来推/拉所述叠层经过所述平面。
30.如权利要求28所述的方法，其中所述叠层被放置在框架上；并且其中
所述移动所述叠层的步骤包括用户手动地抓住所述框架来推/拉所述叠层经过所述平面。
31.一种将针脚***一个或多个织物层的叠层的缝被设备，所述设备包括：
缝纫头；
底板，形成大致水平定向的平面，相对于所述缝纫头安装，配置所述平面使其支撑所述叠层，以引导移动所述叠层经过所述平面；
所述缝纫头包括针，该针可通过执行循环运动将针脚***所述叠层，该循环运动包括远离所述平面的针上位和刺穿靠近所述平面上的所述叠层的针下位；
探测器，用于测量靠近所述缝纫头的所述叠层经过所述平面的运动；以及
控制装置，用于使所述针按照大致与所述探测器测量的叠层运动速率成比例的速率执行循环运动。
32.如权利要求31所述的设备，其中所述探测器运行以测量所述叠层沿着正交方向的平移运动的幅度。
33.如权利要求32所述的设备，其中所述控制装置使得所述针对所述探测器测量的运动的每一阈值单位执行一个循环运动。
34.如权利要求31所述的装置，其中所述织物层的叠层包括外叠层表面；并且其中
所述探测器通过测量所述外叠层表面的平移运动来测量叠层运动。
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