DE3934933C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Detektieren einer eine Relativbewegung gegenüber einem Erfassungsort ausführenden Werkstückkante gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 7.

Ein Verfahren und eine Anordnung dieser Gattung ist aus der US 48 29 194 bekannt und kann in Nähmaschinen eingesetzt werden, um die Kante einer Stofflage zu fühlen und den Betrieb der Maschine entsprechend zu steuern. Bevorzugtes, aber nicht ausschließliches Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung ist ebenfalls die Erfassung von Stoffkanten in Näh- und anderen textilverarbeitenden Maschinen.

Ein Problem bei der automatischen Erfassung von Werkstückkanten mittels optischer Meßeinrichtungen wie Lichtschranken sind die wechselnden Randbedingungen der Messung. Hierzu gehören neben Störeinflüssen wie Fremdlicht auch die unterschiedlichen Anfangsbedingungen vor dem Erscheinen der Werkstückkante am Erfassungsort. Wenn etwa die Endkante eines Stoffes detektiert werden soll, dann wird der vor Ankunft des Stoffes am Erfassungsort gemessene Lichtanteil sehr von der Beschaffenheit des Stoffes wie Dichte und Farbe abhängen. Um die Empfindlichkeit des Kantendetektors solchen unterschiedlichen Anfangsbedingungen anzupassen, ist die Verwendung einer Abgleichvorrichtung wünschenswert, die während einer Justierphase vor der zu erwartenden Ankunft der Werkstückkante den Meßbereich der Lichtmeßvorrichtung und/oder den Schwellenwert, bei welchem das Kantenfühlsignal ausgelöst werden soll, optimal einstellt.

Bei einem aus der DE 36 06 208 A1 bekannten Endkantendetektor besteht der Abgleichvorgang während der Justierphase darin, das Meßsignal durch rechnergesteuerte Verstärkungsregelung auf einen bestimmten Referenzwert oberhalb eines Mindestwertes zu bringen und dann eine Anzeigeschwelle um einen bestimmten Betrag über diesen Referenzwert zu setzen. Das Endkanten-Fühlsignal wird abgegeben, wenn das Meßsignal diese Anzeigeschwelle übersteigt.

Ein solcher Abgleich mag zufriedenstellend sein, wenn das Werkstück, dessen Endkante detektiert werden soll, in optischer Hinsicht weitgehend homogen ist, so daß das Meßsignal seinen einjustierten Wert bis zum Auftreten der Kante im wesentlichen beibehält. Manche Werkstücke sind aber so beschaffen, daß der von ihnen abgegebene Lichtanteil von Ort zu Ort sehr unterschiedlich ist, etwa wenn es sich um einen gemusterten Stoff oder um ein Material relativ grober Struktur handelt. Dies kann bei der vorstehend beschriebenen Abgleichmethode zur Folge haben, daß sich die Verstärkungsregelung auf irgendeinen zufälligen Wert einstellt, und daß die danach eingestellte Anzeigeschwelle unter Umständen zu hoch oder zu niedrig ist, um zuverlässig beim Erscheinen der Endkante des Werkstücks, und nur dann, das Kantenfühlsignal auszulösen.

Des weiteren kann es erwünscht sein, nicht nur die Endkante eines Werkstückes zu detektieren, sondern auch eine Werkstück-Vorderkante. Insbesondere bei Nähmaschinen kann es vorkommen, daß der Beginn und das Ende einer zweiten Stofflage, die sich auf einer ersten Stofflage befindet, erfaßt werden muß, etwa beim Aufnähen einer Tasche.

Um diese Probleme zu bewältigen, wird bei dem Verfahren nach der eingangs erwähnten US 48 29 194 während der Justierphase zunächst der eine Werkstückteil (z. B. der für eine Durchlichtmessung "hellere" einlagige Abschnitt des Stoffpakets) über den Erfassungsort bewegt, und die Extremwerte der sich dabei ergebenden Schwankungen des Meßsignals, also Maximum und Minimum, werden ermittelt und in einem ersten Speicherpaar gespeichert. Anschließend wird der andere Werkstückteil (z. B. der für Durchlicht "dunklere" zweilagige Abschnitt des Stoffpakets) über den Erfassungsort bewegt, um auch hier die Extremwerte des Meßsignals zu ermitteln und in einem zweiten Speicherpaar zu speichern. Hiernach werden der "dunkelste" Wert des helleren Werkstückteils und der "hellste" Wert des dunkleren Werkstückteils zur Weiterverarbeitung ausgewählt, um mit Hilfe dieser Werte eine Schwelle zu errechnen, die zwischen den beiden Werten liegt und durch einen oberen und einen unteren Schwellenwert definiert wird. Diese beiden Schwellenwerte werden an einer Vergleichseinrichtung eingestellt, die in der Detektionsphase das Meßsignal empfängt und das Kantenfühlsignal immer dann erzeugt, wenn das Meßsignal nacheinander beide Schwellenwerte durchkreuzt.

Zur Einstellung der Detektionsschwelle müssen also im bekannten Fall zwei verschiedene Bereiche des Werkstücks, nämlich die beidseitig der zu detektierenden Kante liegenden Teile, in aufeinanderfolgenden getrennten Schritten während der Justierphase über den Erfassungsort bewegt werden, um für jeden dieser Teile das Extremwertepaar zu ermitteln. Vorher muß noch vorausbestimmt werden, welches der beiden Werkstückteile das hellere und welches das dunklere ist, denn nur so wird sichergestellt, daß die bei der ersten Werkstückbewegung ermittelten Extremwerte in das dafür vorgesehene Speicherpaar gelangen. Bevor der zweite Werkstückteil über den Erfassungsort bewegt wird, muß eine Umschaltung zur Auswahl des jeweils anderen Speicherpaars vorgenommen werden.

Die beim Stand der Technik notwendige Lichtvermessung zweier verschiedener Werkstückteile ist nicht nur relativ zeitaufwendig, sondern erfordert auch mehrmalige Eingriffe und Aufmerksamkeiten der Bedienungsperson während der Justierphase. Die Bedienungsperson muß nämlich nicht nur zu Beginn eine Entscheidung darüber treffen, welcher der beiden Werkstückteile der hellere ist (eine relativ einfache Entscheidung), sondern sie muß zweimal hintereinander einen jeweils gezielt auszuwählenden Werkstückbereich über den Erfassungsort bewegen, und zwar jedesmal einen anderen. Hieraus kann sich noch ein zusätzlicher Nachteil ergeben, nämlich dann, wenn das Werkstück aus zwei zu vernähenden Stofflagen besteht und die zu detektierende Kante der Rand der einen Stofflage auf der anderen ist. In diesem Fall müssen die beiden zusammengehaltenen Stofflagen während der Justierphase mit der zu detektierenden Kante mindestens einmal vor und wieder zurück über den Erfassungsort bewegt werden, also mindestens einmal auch entgegen der Nährichtung, was die Automatisierungsmöglichkeiten des Verfahrens einschränkt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, den für die Durchführung des Kantendetektionsverfahrens zu betreibenden Aufwand zu vermindern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Verfahrensmerkmale gelöst, wie sie im Patentanspruch 1 gekennzeichnet sind. Die wesentlichen Merkmale einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind im Patentanspruch 7 aufgeführt.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es für die üblichen Fälle der Kantendetektion in der Praxis genügt, zur Festlegung der Detektionsschwelle allein die (inhomogenitätsbedingten) Helligkeitsextreme des vor der Kante liegenden Werkstückteils zu berücksichtigen und die Lichtverhältnisse hinter der Kante nur insoweit zu beachten, als sie Aufschluß über die Änderungsrichtung des Meßsignals beim Überschreiten der Kante geben, wozu es keiner Extremwertermittlung für diesen Werkstückteil bedarf. Für den vor der Kante liegenden Werkstückteil wird aber neben dem Extremwert, der in die vorausbestimmte Richtung (also auf die einzustellende Schwelle hin) ausschlägt, auch der in die entgegengesetzte Richtung ausschlagende Extremwert in den Schwellenberechnungs-Algorithmus einbezogen. Die in Gegenrichtung ausschlagenden Extremwerte werden zwar bei dem bekannten Verfahren ebenfalls ermittelt, sie gehen dort jedoch in die Schwellenberechnung selbst nicht ein, sondern dienen lediglich dazu, den anderen, in die vorausbestimmte Richtung ausschlagenden Extremwert durch Größenvergleich herauszufinden.

Das erfindungsgemäße Verfahren bringt gegenüber dem Stand der Technik mehrere Vorteile. Zum einen wird durch den Fortfall der Extremwertanalyse des hinter der Kante liegenden Werkstückteils die Justierphase insgesamt verkürzt und auch vereinfacht. Zum anderen braucht das Werkstück während der Justierphase nicht vor- und zurückbewegt zu werden, denn da sich die Extremwerterfassung auf den vor der Kante liegenden Werkstückteil beschränkt, kann die während der Justierphase benötigte Werkstückbewegung gleichgerichtet und kontinuierlich mit der Werkstückbewegung während der anschließenden Detektionsphase sein. Dies erleichtert die Durchführung des Verfahrens und gestattet eine weitgehende Automatisierung, denn für die Werkstückbewegung sowohl in der Justierphase als auch in der Detektionsphase kann derselbe Vorschub verwendet werden. Die Justierphase und der anschließende Übergang zur Detektionsphase können sogar während der Bearbeitung des Werkstücks ohne Unterbrechung oder sonstige Beeinflussung des Werkstückvorschubs stattfinden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Anordnung wahl­ weise umschaltbar zwischen einer Durchlicht-Messung und ei­ ner Reflexlicht-Messung. Die Messung reflektierten Lichts ist z. B. vorteilhafter für die Detektion der Endkante eines sehr dichten Materials, wie z. B. Leder, oder der Kante eines Stoffes, der sich auf einer sehr dichten weiteren Stofflage befindet. Vorzugsweise wird immer diejenige Messung einge­ schaltet, die während der Justierphase das stärkere Meß­ signal bringt.

Die vorstehend erwähnten und andere vorteilhafte Ausführungs­ formen sind in Unteransprüchen gekennzeichnet. Zur näheren Erläuterung werden nachstehend Ausführungsbeispiele anhand von Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt zwei teilweise übereinanderliegende Stoff­ lagen, die eine ausgeprägte Inhomogenität aufweisen, und darunter ein Diagramm des an den verschiedenen Stellen der beiden Lagen durchgelassenen Lichtes;

Fig. 2 zeigt in Form eines Blockschaltbildes eine Aus­ führungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung;

Fig. 3 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer kombinier­ ten Durchlicht/Reflexlichtschranke.

Die im oberen Teil a) dargestellten Stofflagen 1 und 2 haben eine ausgeprägte Inhomogenität in Form abwechselnder heller und dunkler Bereiche A und B. Diese Inhomogenität kann z. B. durch ein Farbmuster oder durch wechselnde Struktur der Stof­ fe entstehen. Die obere Stofflage 1 endet mit einer ausge­ prägten Kante 3.

Wenn der doppellagige Stoff 1, 2 in einer bestimmten ersten Richtung relativ zu einer einen Erfassungsort bildenden Durchlichtschranke bewegt wird, entweder durch Verschiebung der Stoffe nach links oder durch Verschiebung der Licht­ schranke nach rechts, dann nimmt das ausgangsseitige Meß­ signal der Lichtschranke einen Verlauf, wie er im unteren Teil b) der Fig. 1 dargestellt ist. An den übereinanderlie­ genden Stofflagen 1+2 wird relativ wenig Licht durchgelas­ sen, so daß die Meßsignalamplitude relativ niedrig ist; sie schwankt zwischen einem Maximum U₁, hervorgerufen durch die hellen Bereiche A, und einem Minimum U₂, hervorgerufen durch die dunklen Bereiche B. Am Ende der oberen Stofflage 1, also an der Kante 3, wechselt die Intensität des durchgelassenen Lichts und somit die Amplitude des Meßsignals auf höhere Werte, weil ab nun nur noch die untere Stofflage 2 durchleuchtet wird. Im folgenden schwankt das Meßsignal zwischen einem weit höheren Minimum U′₁ und einem weit höheren Maximum U′₂.

Erfolgt die Relativbewegung zwischen den Stoffen einerseits und der Lichtschranke andererseits in umgekehrter Richtung, dann wird das Diagramm der Fig. 1b von rechts nach links durchlaufen. Das Meßsignal U schwankt also zunächst zwischen dem unteren Extremwert U′₁ und dem oberen Extremwert U′₂, um dann beim Erscheinen der Kante 3 noch tiefer als der bis­ herige untere Extremwert U′₁ abzusinken. Hiernach schwankt das Meßsignal zwischen den tieferliegenden Extremwerten U₁ und U₂.

Zu detektieren ist jeweils derjenige Augenblick, in dem die Kante 3 durch die Lichtschranke wandert. Bei Relativbewegung der Stofflagen 1, 2 von rechts nach links ist die Kante 3 eine Endkante, und ihr Erscheinen äußert sich darin, daß das Meßsignal U höher als bis zum bisherigen Maximalwert U₁ an­ steigt. Bei Relativbewegung der Stoffe von links nach rechts hingegen ist die Kante 3 eine Vorderkante, und ihr Erscheinen äußert sich darin, daß das Meßsignal U tiefer als bis zum bisherigen Minimalwert U′₁ absinkt. Es gilt also, zur Erfassung der Kante das Meßsignal jeweils mit einem Schwellenwert zu vergleichen, der im Falle einer Endkante oberhalb des bisherigen Maximalwertes und im Falle einer Vorderkante unterhalb des bisherigen Minimalwertes liegt, und ein Kantenfühlsignal dann auszulösen, wenn das Meßsignal diesen Schwellenwert kreuzt (im ersteren Fall überschreitet und im zweitgenannten Fall unterschreitet). Anhand der Fig. 2 sei nun eine Anordnung beschrieben, mit welcher dieses Prinzip realisiert werden kann.

Am Erfassungsort befindet sich eine Lichtschranke, die eine Lichtquelle in Form einer Leuchtdiode 13 und einen Lichtfüh­ ler in Form einer Fotodiode 14 enthält. Zwischen Leuchtdiode 13 und Fotodiode 14 wird das Werkstück hindurchbewegt, des­ sen Kante detektiert werden soll. Alternativ kann auch die aus Leuchtdiode 13 und Fotodiode 14 bestehende Lichtschranke gegenüber dem feststehenden Werkstück bewegt werden, um die Lage der Werkstückkante zu bestimmen. Das Werkstück besteht im dargestellten Fall aus dem inhomogenen Stoff 1 auf einer weiteren inhomogenen Stofflage 2, wie in Fig. 1a bereits näher gezeigt.

Die Fotodiode 14 fängt denjenigen Anteil des von der Leucht­ diode 13 ausgesandten Lichts auf, der durch das Werkstück dringt, und läßt am Ausgang eines Meßverstärkers 15 eine entsprechende Spannung erscheinen. Vorzugsweise wird die Leuchtdiode 13 über einen Treiberverstärker 12 durch einen Oszillator 11 mit einer vorbestimmten Frequenz moduliert, und das Ausgangssignal des Meßverstärkers 15 wird über ein auf diese Frequenz abgestimmtes Bandpaßfilter 16 auf einen Synchrongleichrichter 17 gegeben, der mit der Oszillator­ frequenz synchronisiert ist. Ein zwischen dem Oszillator 11 und dem Synchrongleichrichter 17 eingefügtes Verzögerungs­ glied 18 dient als Laufzeitausgleich, damit das Synchroni­ siersignal mit genau der richtigen Phase am Synchrongleich­ richter erscheint. Die Lichtmodulation und anschließende Synchrongleichrichtung dient zur Unterdrückung von Fremdein­ flüssen. Ein nachgeschaltetes Tiefpaßfilter 19 glättet die gleichgerichtete Meßspannung, die dann über einen Umschal­ ter, dessen Funktion weiter unten beschrieben wird, zu einem Analog/Digital-Wandler 21 gelangt, um das Meßsignal U in Form aufeinanderfolgender digitaler Abtastwerte darzustel­ len. Bei Relativbewegung zwischen einerseits den beiden Stofflagen 1 und 2 und andererseits der Lichtschranke 13, 14 ändert sich dieses Meßsignal etwa so, wie es in der Fig. 1b gezeigt ist.

Das Meßsignal U gelangt auf einen ersten Eingang eines digi­ talen Vergleichers 25, der an einem zweiten Eingang einen Schwellenwert U_s empfängt. Beim Durchgang des Meßsignals U durch den Schwellenwert U_s liefert der Vergleicher 25 ausgangsseitig ein Signal K, welches das Erscheinen einer Werkstückkante in der Lichtschranke anzeigen soll (Kantenfühlsignal).

Um den Schwellenwert U_s so einzustellen, daß das Kantenfühl­ signal K trotz Inhomogenitäten des Werkstücks immer dann und nur dann abgegeben wird, wenn tatsächlich eine Werkstück­ kante wie z. B. die Stoffkante 3 am Erfassungsort in der Lichtschranke erscheint, ist eine Abgleichvorrichtung vor­ gesehen, die eine Extremwert-Erfassungseinrichtung 22 und eine Schwellenwert-Stelleinrichtung 23 enthält und durch eine Programmschalteinrichtung 26 während einer Justierphase vor dem Erscheinen der Werkstückkante aktivierbar ist. Die Extremwert-Erfassungseinrichtung 22 empfängt dabei die aufeinanderfolgenden Abtastwerte des Meßsignals U sowie ein Richtungssignal R, das die Richtung der bei der erwarteten Kante auftretenden Meßsignaländerung anzeigt. Aus den während der Justierphase einlaufenden Abtastwerten des Meßsignals U ermittelt die Extremwert-Erfassungseinrichtung 22 den Extremwert U₁, der in der vom Richtungssignal angezeigten Richtung ausschlägt, und den Extremwert U₂, der in die entgegengesetzte Richtung ausschlägt. Die ermittelten Extremwerte U₁ und U₂ werden in der Schwellenwert-Stelleinrichtung 23 verarbeitet, um den Schwellenwert auf ein Niveau zu bringen, das einerseits in der vom Richtungssignal R angezeigten Richtung jenseits des Extremwertes U₁ liegt, andererseits aber noch nahe genug, daß es mit Sicherheit durch den Meßsignalausschlag beim Erscheinen der Kante erreicht wird.

Der hierzu benutzte Algorithmus für die Schwellenwert- Stelleinrichtung 23 läßt sich beschreiben durch die Gleichung:

U_s = U₁-m (U₂-U₁) ,

wobei m ein positiver Faktor kleiner als 1 ist. Es hat sich gezeigt, daß für diesen Faktor statistisch ein allgemein gültiger Wert ermittelt werden kann, der gleichermaßen befriedigend für unterschiedlichste Bedingungen ist. Dieser Wert liegt vorzugsweise bei 0,25. Die obige Gleichung gilt unverändert sowohl für die Erfassung einer Vorderkante wie auch für die Erfassung einer Endkante, vorausgesetzt, daß U₁ und U₂ den beiden Extremwerten in der oben beschriebenen Weise zugeordnet sind (U₁ für den in der angezeigten Richtung ausschlagenden Extremwert und U₂ für den in der Gegenrichtung ausschlagenden Extremwert).

In der Fig. 2 sind noch weitere Einzelheiten dargestellt, die Bestandteil vorteilhafter Ausgestaltungen der Anordnung sein können. So ist ein zweiter Lichtfühler in Form eines Fototransistors 14a dargestellt, der den vom Werkstück am Erfassungsort reflektierten Anteil des von der Leuchtdiode 13 abgegebenen Lichtes empfängt. Diesem Fototransistor ist ebenfalls ein Meßverstärker 15a, ein Bandpaßfilter 16a, ein Synchrongleichrichter 17a und ein Tiefpaßfilter 19a nachge­ schaltet, deren Funktion die gleiche ist wie die Funktion der Elemente 15, 16, 17, 19 hinter dem Ausgang der Fotodiode 14. Das vom Tiefpaßfilter 19a abgegebene Signal, das dem vom Werkstück am Erfassungsort reflektierten Licht ent­ spricht, kann unter Umständen besser als das vom Tiefpaß­ filter 19 gelieferte "Durchlichtsignal" geeignet sein, die Kante eines Werkstücks wie z. B. die Kante 3 der Stofflage 1 zu detektieren, etwa wenn die Lage 2 lichtundurchlässiges Material wie Leder ist und demzufolge die Fotodiode 14 weder vor noch nach der Kante Licht empfängt. Auch bei geringer oder fehlender Lichtdurchlässigkeit der Lage 1 wäre eine Kantendetektion mittels Durchlichtmessung zumindest dann problematisch, wenn die Endkante erfaßt werden soll. In solchen Fällen sollte also auf Reflexlichtmessung umgeschal­ tet werden. Das Schaltkriterium kann aus einem Amplitudenver­ gleich des Durchlichtsignals und des Reflexlichtsignals gewonnen werden. Ein hierzu dienender Amplitudendiskrimina­ tor 30, der die Ausgangssignale der beiden Tiefpaßfilter 19 und 19a empfängt, kann zu Beginn der Justierphase aktiviert werden, um den Umschalter 20 jeweils auf denjenigen Ausgang zu stellen, der das Meßsignal höherer Amplitude liefert. Die Schaltereinstellung kann natürlich auch von Hand erfolgen, wenn der Bedienungsperson angezeigt wird, welches Meßsignal das stärkere ist, oder wenn die Bedienungsperson über aus­ reichende Erfahrung verfügt, um bei Betrachtung des Werk­ stückes selbst zu entscheiden, welche Meßart zu bevorzugen ist.

Nach Auswahl der Meßart (Durchlicht oder Reflexlicht) ist auch die Entscheidung über das Richtungssignal R zu treffen, denn es hängt auch von der Meßart ab, in welche Richtung das Meßsignal erwartungsgemäß beim Erscheinen der Kante ausschla­ gen wird. Diese Entscheidung ist nicht schwierig, denn mit dem Auge ist ohne weiteres abzuschätzen, ob das Werkstück für die betreffende Meßart nach der Kante dunkler oder hel­ ler erscheint als vor der Kante. Vorteilhafterweise wird die jeweils ausgewählte Meßart angezeigt.

Eine weitere Ausgestaltung kann darin bestehen, daß der Ver­ stärkungsfaktor des Treiberverstärkers 12 und/oder des Meß­ verstärkers 15 einstellbar ist, um das Meßsignal U zu Beginn der Justierphase in den günstigsten Meßbereich zu bringen. Dies ist durch die Steuereingänge S_T und S_M an den betreffenden Verstärkern angedeutet. Die Steuersignale S_T und S_M für die Verstärker können von einer Regleranordnung 27 geliefert werden, die das Meßsignal U als Istwert und einen die Mitte des gewünschten Meßbereichs darstellenden Wert als Sollwert empfängt.

In der Fig. 2 sind die Extremwert-Erfassungsschaltung 22, die Schwellenwert-Stelleinrichtung 23, der Vergleicher 25, die Programmschalteinrichtung 26 und die Regleranordnung 27 als diskrete Baugruppen dargestellt, die jeweils durch festverdrahtete Schaltungen realisiert werden können. Die Funktionen einiger oder aller dieser Elemente lassen sich aber auch durch einen digitalen Microcontroller mit ent­ sprechender Software realisieren, wie durch die gestrichelte Umrahmung 40 angedeutet. Vorzugsweise wird ein solcher Micro­ controller anstelle diskreter Schaltungen verwendet.

Im folgenden sei der Arbeitsablauf des in Fig. 2 dargestell­ ten Kantendetektors beschrieben, und zwar sowohl in einer ersten Ausführungsform mit "manuellem" Abgleich und in einer zweiten Ausführungsform mit "automatischem" Abgleich, beides am Beispiel einer Nähmaschine, wo die Endkante 3 der Stoff­ lage 1 über der Stofflage 2 detektiert werden soll. Es sei davon ausgegangen, daß die Lichtschranke eingeschaltet, die Richtung ausgewählt und nur die Durchlicht-Meßstrecke 14, 15, 16, 17, 19 vorhanden ist und der Analog/Digital-Wandler 21 das Ausgangssignal vom Tiefpaßfilter 19 empfängt. Zu­ nächst legt die Bedienungsperson die untere Stofflage 2 am Erfassungsort in die Lichtschranke ein. Daraufhin werden ohne Tastenbetätigung der Treiberverstärker 12 und der Meß­ signalverstärker 15 anfänglich auf minimale Verstärkung ein­ gestellt, und dann wird der Treiberverstärker 12 hochgere­ gelt, bis das Meßsignal U in den gewünschten Meßbereich fällt. Wird dieser Bereich auch bei maximaler Verstärkungs­ einstellung des Treiberverstärkers 12 nicht erreicht, dann wird anschließend die Verstärkung des Meßverstärkers 15 hoch­ gefahren, um den Meßbereich zu erreichen. All dies kann vollautomatisch mit Hilfe der Programmschalteinrichtung 26 und der Regleranordnung 27 bzw. durch den Microcontroller geschehen.

Wenn auch die Reflexlicht-Meßstrecke 14a, 15a, 16a, 17a, 19a vorhanden ist, kann die gleiche Prozedur bei umgestelltem Um­ schalter 20 auch mit dieser Meßstrecke durchgeführt werden, etwa wenn sich zeigt, daß der Meßbereich mit der Durchlicht- Meßstrecke nicht erreicht werden kann. Auch diese Umschal­ tung kann automatisch erfolgen. Es können auch beide Meß­ strecken unabhängig voneinander ausprobiert werden, um dann diejenige auszuwählen, bei welcher der Meßbereich früher (d. h. mit geringerer Verstärkung) erreicht wird. Bei Verwen­ dung des Amplitudendiskriminators 30 erfolgt dies auto­ matisch, wenn der Amplitudendiskriminator 30 den Umschalter 20 immer auf diejenige Meßstrecke stellt, die das stärkere Ausgangssignal liefert.

Nach der vorstehend beschriebenen Meßbereichseinstellung wird der betreffende Regelungsmechanismus stillgesetzt und z. B. durch Druck auf eine entsprechende Taste J ein Befehl zum Inhomogenitätsabgleich gegeben, womit gleichzeitig die Extremwert-Erfassungseinrichtung 22 aktiviert wird. Die Be­ dienungsperson verschiebt nun von Hand die untere Stofflage 2 durch die Lichtschranke, vorteilhafterweise längs der Achse des Nähvorschubs und über eine Länge, die mindestens gleich der Periode von optisch unterscheidbaren Inhomogeni­ täten der Stofflage ist, z. B. über die Rapportlänge einer Musterung des Stoffes. Nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit­ spanne liefert die Extremwert-Erfassungsschaltung 22 die beiden Extremwerte U₁′ und U₂′ des bis dahin erschienenen Meßsignals U an die Schwellenwert-Stelleinrichtung 23, die dann ihrerseits den Schwellenwert U_s am Vergleicher 25 nach dem weiter oben beschriebenen Algorithmus einstellt. Hiermit ist der Abgleichvorgang beendet, und die Extremwert-Erfas­ sungsschaltung 22 wird abgeschaltet und die Schwellenwert- Stelleinrichtung 23 stillgesetzt. Die Bedienungsperson kann nun die Nähmaschine zum Vernähen der beiden Stofflagen 1 und 2 starten, wobei gleichzeitig auch der Vergleicher 25 einge­ schaltet wird, und sobald die Endkante 3 am Erfassungsort erscheint, wird das Kantenfühlsignal K abgegeben, das die Nähmaschine veranlassen kann, den Nähvorgang an dieser Kante zu beenden.

Der "automatische" Abgleich unterscheidet sich von dem vor­ stehend beschriebenen manuellen Abgleich im wesentlichen darin, daß die Bedienungsperson die Stofflagen vor dem Näh­ vorgang nicht gesondert von Hand bewegen und keine Taste drücken muß. Die Bedienungsperson legt eine einzige oder zwei positionsgerecht ausgerichtete Stofflagen 1, 2 auf und beginnt gleich mit dem Nähen. Der Steuerbefehl zum Inhomo­ genitätsabgleich, der die Extremwert-Erfassungseinrichtung 22 aktiviert, wird mit dem Start der Maschine ausgelöst und startet gleichzeitig einen (nicht dargestellten) Zähler, der die durchgeführten Nähstiche zählt. Sobald dieser Stichzäh­ ler einen voreingestellten Zählwert erreicht hat, wird die Schwellenwert-Stelleinrichtung 23 aktiviert, um den Schwel­ lenwert U_s am Vergleicher 25 auf der Grundlage der bis dahin ermittelten Extremwerte U₁ und U₂ bzw. U₁′ und U₂′ einzustellen. Hierauf wird der Vergleicher 25 eingeschaltet, und die Schwellenwert-Stelleinrichtung und die Extremwert-Erfassungseinrichtung werden stillgesetzt, so daß im weiteren Verlauf des Nähvorgangs das Kantenfühlsignal K abgegeben werden kann, wenn die Stoffkante 3 am Erfassungs­ ort erscheint. Der voreingestellte Zählwert am Stichzähler wird vorteilhafterweise so bemessen, daß er mindestens gleich der Anzahl der Stiche ist, die einem Vorschub über eine Periodenlänge der Inhomogenitäten (z. B. Rapportlänge) entspricht.

Vorstehend wurde der Betriebsablauf für die Detektion spe­ ziell einer Endkante beschrieben. Zum Detektieren einer Vor­ derkante der oberen Stofflage 1 erfolgt der Abgleich in der Justierphase ebenfalls wie zuvor beschrieben alleine auf die untere Stofflage 2. Der Betrieb läuft dann in der gleichen Weise ab wie beschrieben, nur daß das Richtungssignal R "um­ gekehrt" einzustellen ist, weil der Meßsignalausschlag beim Erreichen der Vorderkante natürlich entgegengesetzt zum Meß­ signalausschlag beim Erreichen der Endkante ist. Wenn im Verlauf eines einzigen Arbeitsganges zunächst die Vorder­ kante und später die Endkante eines Werkstücks detektiert werden soll, dann kann der Gesamtablauf ohne die Notwendig­ keit von Zwischeneingriffen automatisiert werden, indem man Vorkehrungen trifft, daß nach erfolgter Detektion der Vorder­ kante das Richtungssignal R umgeschaltet und der Abgleichbe­ fehl erneut gegeben wird. Hierzu ist es günstig, wenn der Richtungssignalgeber eine bistabile Kippschaltung ist, deren Zustand durch das Kantenfühlsignal jeweils gewechselt wird. Auf diese Weise ist es auch möglich, eine größere Vielzahl aufeinanderfolgender Vorder- und Endkanten von Werkstücken nacheinander zu erfassen, ohne daß irgendwelche Zwischenein­ stellungen von Hand oder Unterbrechungen notwendig wären.

Die Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform einer kombinierten Durchlicht/Reflexlichtschranke, wie sie in der Anordnung nach Fig. 2 verwendet werden kann. Eingebettet in einer festen Unterlage 50, bei der es sich um die Stichplatte einer Nähmaschine handeln kann, sitzt ein Fotoempfänger wie z. B. die in Fig. 2 dargestellte Fotodiode 14. In gewisser Entfernung oberhalb der Unterlage 50 ist ein sogenannter Reflextaster 52 angeordnet, der Licht aussendet und empfängt. Dieser Reflextaster kann z. B. die Leuchtdiode 13 und den Fototransistor 14a enthalten, wobei diese beiden Elemente eng zusammenliegend beide auf die Unterlage 50 aus­ gerichtet sind, jedoch gegen direkte Einstrahlung voneinan­ der abgeschirmt sind. Als Reflextaster kann auch eine Glas­ faseroptik oder ein Reflexkoppler verwendet werden. Der Ab­ stand zwischen dem Reflextaster 52 und der Unterlage 50 ist so gewählt, daß das Material mit den zu den detektierenden Kanten wie z. B. die Stofflagen 1 und 2 gut hindurchbewegt werden kann (bei einer Nähmaschine z. B. etwa 5 mm).

Claims (22)

1. Verfahren zum Detektieren einer eine Relativbewegung gegenüber einem Erfassungsort ausführenden Werkstückkante unter Verwendung einer Meßvorrichtung, die einen den Erfassungsort beleuchtenden Lichtsender und mindestens einen Lichtempfänger aufweist, der einen vom Erfassungsort ausgehenden Lichtanteil mißt und ein entsprechendes Meßsignal erzeugt unter Durchführung folgender Schritte:
während einer vorbereitenden Justierphase wird das Werkstück über den Erfassungsort bewegt, und Extremwerte der dabei auftretenden Schwankungen des Meßsignals werden ermittelt;
aus den ermittelten Extremwerten wird eine Schwelle errechnet, von der zu erwarten ist, daß sie vom Meßsignal beim Erscheinen der Werkstückkante in vorausbestimmter Richtung überkreuzt wird;
während einer Detektionsphase wird das Meßsignal mit der errechneten Schwelle verglichen, um ein Kantenfühlsignal zu erzeugen, wenn das Meßsignal durch diese Schwelle geht,
dadurch gekennzeichnet,
daß während der Justierphase nur ein vor der erwarteten Kante liegender Werkstückteil über den Erfassungsort bewegt wird, und
daß als Schwelle ein einziger Schwellenwert U_s gemäß der Gleichung U_s = U₁-m (U₂-U₁)errechnet wird, wobei U₁ der in der vorausbestimmten Richtung ausschlagende Extremwert ist, U₂ der in entgegengesetzter Richtung ausschlagende Extremwert ist und m ein positiver Faktor kleiner als 1 ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß m ungefähr gleich 0,25 ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß während der Justierphase der am Erfassungsort befindliche Werkstückteil über eine Länge bewegt wird, die mindestens gleich der Periode von optisch unterscheidbaren Inhomogenitäten des Werkstückteils ist.

4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche in einer Nähmaschine, bei welcher das Werkstück eine ein- oder mehrlagige Stoffschicht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Justierphase während einer vorgebbaren Anzahl von Nähstichen vor der erwarteten Ankunft einer Stofflagenkante eingeschaltet wird.

5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Einstellung des Arbeitspunktes der Meßvorrichtung die Leistung des Lichtsenders verstellt wird, bis das Meßsignal in einen vorgegebenen Meßbereich fällt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Erhöhung der Leistung des Lichtsenders bei niedrig eingestellter Verstärkung des Lichtempfängers erfolgt und daß, wenn das Meßsignal bei maximaler Leistung des Lichtsenders den Meßbereich noch nicht erreicht hat, die Verstärkung des Lichtempfängers erhöht wird, bis das Meßsignal in den Meßbereich fällt.

6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von zwei Lichtempfängern, deren erster den vom Werkstück durchgelassenen Lichtanteil und deren zweiter den vom Werkstück reflektierten Lichtanteil empfängt, jeweils derjenige für das Verfahren ausgewählt wird, der zu Beginn der Justierphase das stärkere Meßsignal liefert.

7. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, die neben der zur Erzeugung des Meßsignals verwendeten Meßvorrichtung eine während der Justierphase aktivierbare Abgleichvorrichtung zur Ermittlung der Extremwerte des Meßsignals und zur Errechnung der Schwelle, eine am Ende der Justierphase aktivierbare Schwellenwert-Stelleinrichtung zur Einstellung der errechneten Schwelle und eine während der Detektionsphase aktivierbare Vergleichseinrichtung zum Vergleichen des Meßsignals mit der errechneten Schwelle und zur Erzeugung des Kantenfühlsignals bei Durchgang des Meßsignals durch die eingestellte Schwelle enthält, dadurch gekennzeichnet, daß ein Richtungssignalgeber (28) vorgesehen ist, der ein die Richtung der bei der erwarteten Kante auftretenden Meßsignaländerung anzeigendes Richtungssignal (R) liefert, und daß die Abgleichvorrichtung den als Schwelle verwendeten einzigen Schwellenwert U_s gemäß folgender Gleichung liefert: U_s = U₁-m (U₂-U₁) ,wobei U₁ der in der vorausbestimmten Richtung ausschlagende Extremwert ist, U₂ der in entgegengesetzter Richtung ausschlagende Extremwert ist und m ein positiver Faktor kleiner als 1 ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß m ungefähr gleich 0,25 ist.

9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, wobei als ein Stellglied zur Einstellung des Meßbereichs der Meßvorrichtung ein regelbarer Verstärker in der Treiberschaltung des Lichtsenders vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß als weiteres Stellglied ein regelbarer Verstärker (15) im Lichtempfänger (14-19) vorgesehen ist.

10. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Stellglieder (12; 15) Bestandteil eines wahlweise einschaltbaren Regelkreises (mit 27) ist, der das Meßsignal (U) als Regelgröße und einen die Mitte des Meßbereichs darstellenden Wert als Sollwert empfängt.

11. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtsender (11-13) der Meßvorrichtung eine von einem Oszillator (11) gesteuerte Lichtquelle (13) zur Erzeugung von Wechsellicht vorbestimmter Frequenz aufweist und daß der Lichtempfänger (14-19) einen mit dem Oszillator synchronisierten Synchrongleichrichter (17) enthält.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Synchrongleichrichter (17) ein Bandpaßfilter (16) vorgeschaltet ist.

13. Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß dem Synchrongleichrichter (17) ein Tiefpaßfilter (19) nachgeschaltet ist.

14. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Lichtempfänger (14-19; 14a-19a) vorgesehen sind, deren erster den vom Werkstück (1, 2) durchgelassenen Lichtanteil und deren zweiter den vom Werkstück reflektierten Lichtanteil empfängt, und daß eine Einrichtung (20) zur wahlweisen Umschaltung zwischen den beiden Lichtempfängern vorgesehen ist.

15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Umschalteinrichtung (20) ein Amplitudendiskriminator (30) gekoppelt ist, der mit den Ausgängen beider Lichtempfänger (14- 19; 14a-19a) verbunden ist und auf einen Steuerbefehl hin die Umschalteinrichtung zur Auswahl desjenigen Lichtempfängers veranlaßt, der das jeweils stärkere Meßsignal liefert.

16. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 15 in einer Nähmaschine, bei welcher das Werkstück eine zu nähende Stofflage ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Programmschalteinrichtung (26) mit einem Stichzähler vorgesehen ist, der mit Einschaltung der Abgleichvorrichtung (22, 23) startet und nach einer voreinstellbaren Anzahl von Nähstichen die Abgleichvorrichtung ausschaltet und die Vergleichseinrichtung (25) einschaltet.

17. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorgesehene Programmschalteinrichtung (26) auf das Kantenfühlsignal (K) anspricht, um die Abgleichvorrichtung (22, 23) wieder einzuschalten.

18. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorgesehene Programmschalteinrichtung (26) eine den Richtungssignalgeber (28) darstellende bistabile Einrichtung enthält, deren Schaltzustand das Richtungssignal (R) bestimmt.

19. Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die bistabile Einrichtung (28) von Hand setz- und rücksetzbar ist.

20. Anordnung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltzustand der bistabilen Einrichtung (28) durch das Kantenfühlsignal (K) umschaltbar ist.

21. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß ein Analog/Digital-Wandler (21) vorgesehen ist, der das Meßsignal (U) in Digitalform umwandelt, und daß die Vergleichseinrichtung (25) und die Abgleichvorrichtung (22, 23) in einem digitalen Microcontroller realisiert sind.

22. Anordnung nach Anspruch 21 in Verbindung mit mindestens einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Programmschalteinrichtung im Microcontroller realisiert ist.