DE4030420C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Fehlstichen beim Betrieb einer Nähmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Anordnung zur Durchführung eines solchen Verfahrens, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 14.

Eine aus der US-PS 41 70 951 bekannte Anordnung zur Erkennung von Fehlstichen weist einen an der Nähmaschine im Weg des Nadelfadens angeordneten Fadenkraftmesser mit einem Federbügel auf, an dem ein Dehnungsmeßstreifen-Element befestigt ist. Dieses Element erzeugt eine elektrische Spannung, die proportional zu seiner durch die Auslenkbewegung des Federbügels verursachten mechanischen Verformung ist. Die elektrische Spannung, die also letztlich die Zugkraft im Nadelfaden ("Fadenkraft") darstellt, wird über einen Verstärker und ein Tiefpaßfilter auf den Eingang eines Analog/Digital-Wandlers gegeben, um daraus eine Reihe digitaler Meßwerte zu bilden, die dem Signaleingang einer digitalen Auswerteeinrichtung zugeführt werden.

Im Verlauf eines Stiches wird bei der Aufweitung der Nadelfadenschlinge ein erstes, kleineres Maximum und während der Verknotung ein zweites, größeres Maximum der Fadenkraft erzeugt. Zum Nachweis eines Fehlstiches wird geprüft, ob das kleinere Maximum eine bestimmte Mindesthöhe erreicht oder nicht. Hierzu gibt die Auswerteeinrichtung während jeder Umdrehungsperiode der Hauptwelle ein begrenztes Zeitfenster vor, dessen Position der erwartungsgemäßen Lage des kleineren Maximums entspricht. Die Meßwerte werden innerhalb des Zeitfensters mit einem Schwellenwert verglichen, um einen Fehlstich zu signalisieren, wenn die Amplitude der Meßwerte innerhalb des Zeitfensters unter diesem Schwellenwert bleibt.

Der zeitliche Verlauf der Fadenkraft innerhalb einer Umdrehungsperiode der Hauptwelle ist auch bei störungsfreiem Betrieb der Nähmaschine nicht immer gleich, sondern kann sich von Fall zu Fall ändern, was von verschiedenen äußeren Bedingungen, wie z. B. dem Material des Fadens oder auch der Natur des Nähgutes, abhängt. Somit kann sich die zum Erkennen von Fehlstichen überwachte Meßwertkurve von Fall zu Fall unterscheiden, so daß besondere Vorkehrungen zu treffen sind, um trotz dieser Unterschiede eine einwandfreie Erkennung von Fehlstichen zu gewährleisten.

Eine in diese Richtung zielende Maßnahme, die bei der vorstehend beschriebenen bekannten Anordnung realisiert ist, besteht darin, die innerhalb des Zeitfensters mit dem Schwellenwert zu vergleichenden Meßwerte gleichsam auf den Sockelwert der Meßwertkurve zu normieren, indem dieser Sockelwert, d. h. die vor dem erwarteten Maximum herrschende Meßwertamplitude, innerhalb eines entsprechend positionierten weiteren Zeitfensters abgefühlt und von den zu verglei­ chenden Meßwerten subtrahiert wird. Des weiteren wird im bekannten Fall der beim Vergleich benutzte Schwellenwert auf ein Niveau eingestellt, das sich nach der Amplitude des zweiten, größeren Maximums richtet (z. B. auf ungefähr 5% dieser Amplitude). Da die bekannte Anordnung keine besonderen Mittel zum Feststellen dieser Amplitude enthält, wird man auf irgendeinen Erfahrungswert angewiesen sein.

Mit den erwähnten Maßnahmen können nur Amplitudenunterschiede der Fadenkraftkurve abgeglichen werden. Es gibt aber auch Unterschiede bzw. Schwankungen der zeitlichen Lage des zu überwachenden Fadenkraftmaximums. Wenn sich z.B die Maschinendrehzahl ändert, verschiebt sich das gesamte Profil der Fadenkraftkurve. Um diesem Umstand Rechnung zu tragen, werden im bekannten Fall innerhalb des Zeitfensters mehrere aufeinanderfolgende Meßwerte geprüft, und ein Fehlstich wird nur dann signalisiert, wenn alle diese Meßwerte unterhalb der eingestellten Schwelle liegen.

Der Verlauf der Fadenkraft hängt jedoch von so vielen Parametern ab und kann auch in Abhängigkeit von der jeweiligen Nähmaschinenklasse derart verschieden sein, daß die vorstehend beschriebenen Vorkehrungen unter Umständen nicht ausreichen, Fehlstiche sicher zu detektieren. Insbesondere ist es die strenge Vorgabe definierter Zeitfenster, welche die Flexibilität und Anpassungsfähigkeit der Fehlsticherkennung begrenzt. Man kann natürlich dazu übergehen, neben der Schwellenhöhe auch den Anfangspunkt und die Breite des jeweiligen Zeitfensters durch Voreinstellung an den von Fall zu Fall zu erwartenden Verlauf der Fadenkraft anzupassen, was jedoch Fachpersonal und entsprechendes Gerät erfordert. Abgesehen davon ist es nicht immer möglich, die Lage eventueller Maxima der Fadenkraftkurve für alle Bedingungen genau vorherzusagen. Kaum vorhersagbar ist in vielen Fällen auch die jeweilige Form der Fadenkraftkurve im Falle eines Fehlstiches. Da Fehlstiche im Vergleich zu Normalstichen sehr selten sind (die Wahrscheinlichkeit von Fehlstichen liegt bei Bruchteilen von Promille) müßte man zum Herausfinden der Art und Weise, wie sich ein Fehlstich im Kurvenverlauf äußert, relativ lange Probeläufe über viele tausend Stiche veranstalten. Dies bedeutet hohen Zeit- und Materialaufwand.

Anders als bei der in der US-PS 41 70 951 stark vereinfacht dargestellten Fadenkraftkurve kann zumindest ein Teil der nachfolgend als Spannungspegel bezeichneten Maxima gemäß der DE-OS 38 39 733 eine Mehrzahl von Spannungsspitzen aufweisen. Bei der in der OS dargestellten Fadenkraftkurve erfährt die Spannungsspitze des ersten Spannungspegels bei einer Störung am Nadelfaden oder bei einem durch greiferseitiges Verfehlen der Nadelfadenschlinge bewirkten Aufnahmefehler und die zweite Spannungsspitze des zweiten Spannungspegels bei einer Störung am Greiferfaden oder bei einem durch nadelseitiges Verfehlen der Greiferfadenschlinge ausgelösten Abstechfehler eine betragsmäßig starke Reduzierung. In Drehstellungen der Nähmaschinen-Hauptwelle, in denen zu erwarten ist, daß eine zur Anzeige einer Fehlfunktion geeignete Spannungsspitze ihr Maximum erreicht, wird über einen Positionsgeber ein Zeitfenster gesetzt und der anliegende Spannungswert gemessen. Dieser Spannungswert wird mit einem vorbestimmten Schwellenwert betragsmäßig in bezug gesetzt, um an einem den Schwellenwert unterschreitenden Spannungswert das Vorliegen einer Fehlfunktion sowie die Art dieser Fehlfunktion zu erkennen, so daß an der Nähmaschine ein dieser Fehlfunktion zugeordneter Anzeige- und/oder Schaltvorgang auslösbar ist.

Da die Spannungsspitzen einer Fadenkraftkurve jeweils nur kurzzeitig auftreten, würde bereits bei einer geringfügigen zeitlichen Verschiebung der Fadenkraftkurve und damit der Spannungsspitzen relativ zu den Zeitfenstern die Messung eines Spannungswertes innerhalb eines Zeitfensters in Abhängigkeit vom Betrag und Richtung dieser Verschiebung anstatt im Bereich des Maximums der jeweiligen Spannungsspitze an deren ansteigender oder an deren abfallender Flanke oder sogar außerhalb dieser Spannungsspitze erfolgen. Der gemessene Spannungswert wäre demnach erheblich niedriger als ein im Bereich des Maximums der jeweiligen Spannungsspitze ermittelter, so daß nicht ausgeschlossen werden kann, daß dieser Spannungswert auch bei ordnungsgemäßer Funktion der Nähmaschine den Schwellenwert unterschreitet und dadurch die Meldung einer in Wahrheit nicht existenten Fehlfunktion ausgelöst wird.

Aus der DE-AS 26 06 035 ist eine Vorrichtung bekannt, die unter bestimmten Voraussetzungen Fehlstiche anhand des Fadenkraftsignals auch ohne Zeitfenster erkennt. Bei dieser Vorrichtung wird der über vorangegangene Umdrehungsperioden der Hauptwelle gebildete Gesamtmittelwert des Fadenkraftsignals, multipliziert mit einem Sollwertgewicht, als Schwelle zur Detektion eines übernormalen Spitzenwertes genommen, der einen Fehlstich anzeigt. Dies funktioniert aber nur dann, wenn sich der Fehlstich wirklich als übernormaler absoluter Spitzenwert der Fadenkraft äußert, also im Spezialfall des "Aufnähens von kontinuierlichen Reißverschlußgliederreihen", für den die bekannte Vorrichtung ausdrücklich konzipiert ist. Äußert sich ein Fehlstich hingegen anders, etwa durch Ausbleiben eines von mehreren Maxima der Fadenkraftkurve (wie z. B. weiter oben beschrieben), dann ist die vorstehend beschriebene bekannte "zeitfensterlose" Methode offensichtlich unbrauchbar.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine den Verlauf der Fadenkraft in einer Nähmaschine darstellende Funktion zum Zwecke der Fehlsticherkennung so zu analysieren, daß man ohne aufwendige Vorjustierung in der Lage ist, Fehlstiche unter sehr unterschiedlichen Rahmenbedingungen sicher zu detektieren. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Der erfindungsgemäßen Lösung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es bereits ein ausreichendes Indiz für einen Fehlstich ist, wenn die Fadenkraftfunktion, die im Verlauf einer Umdrehungsperiode der Hauptwelle entsteht, irgendwie signifikant von den Fadenkraftfunktionen der vorhergehenden Perioden abweicht. D.h., eine sprunghafte Störung der "Periodizität" der Gesamtfunktion deutet auf einen Fehlstich hin, so daß es zur Fehlsticherkennung genügen kann, diese Periodizität zu überwachen, ohne daß man darauf achten muß, wo genau innerhalb einer Periode die Erscheinung auftritt, die für die Periodizitätsstörung verantwortlich ist. Damit kann die Vorgabe von Zeitfenstern zur Fehlsticherkennung entfallen.

Zur Überwachung der Periodizität ist es also nicht notwendig, ein innerhalb eines vorbestimmtem Zeitfensters erscheinendes Merkmal aufzuspüren. Erfindungsgemäß wird vielmehr die gesamte Fadenkraftfunktion während jeder Umdrehungsperiode der Nähmaschinen- Hauptwelle nach einem oder mehreren ausgewählten Merkmalen abgesucht, egal wo diese Merkmale innerhalb der Periode zu finden sind. Zur Prüfung der Periodizität werden die aufgefundenen Merkmale vermessen, und die so ermittelten Analysewerte werden mit in gleicher Weise ermittelten Werten aus einer oder mehreren vorangegangenen Perioden zur Bildung von Differenzwerten verglichen, um ein fehlstichanzeigendes Warnsignal zu erzeugen, wenn ein Differenzwert die zugeordnete vorbestimmbare Größe übersteigt.

Es gibt viele "Merkmale" einer durch die Fadenkraftkurve beschriebenen Funktion, die ungeachtet des Ortes ihres Auftretens, also ohne Verwendung eines Zeitfensters, erfaßbar sind und die sich im Falle eines Fehlstiches signifikant ändern. Zu diesen Merkmalen gehören z. B. die Durchgänge der Fadenkraftfunktion durch eine Bezugslinie, die der Mittelwert der Funktion sein kann. Die Abszissenwerte dieser Durchgänge können als zu vergleichende Analysewerte ermittelt werden. Weitere Analysewerte können die Ordinaten- und/oder Abszissenwerte von Spitzen der zwischen aufeinanderfogenden Mittelwertdurchgängen liegenden Ausschläge der Funktion sein. Auch der Flächeninhalt (Integral) bzw. die mittlere Betragsamplitude der Fadenkraftfunktion innerhalb der einzelnen Ausschläge ändert sich meist beträchtlich, wenn ein Fehlstich auftritt. In vorteilhafter Ausführungsform der Erfindung werden diese Größen ermittelt und als Analysewerte in der erfindungsgemäßen Weise zur Fehlsticherkennung herangezogen.

Die Periodizität der Fadenkraftfunktion kann auch dadurch untersucht werden, daß man alle Ordinatenwerte der Funktion mit den entsprechenden Werten aus einer (oder mehreren) vorangegangenen Perioden vergleicht und auf Fehlstich entscheidet, wenn die Summe der einzelnen Differenzwerte eine vorbestimmbare Größe übersteigt.

Es ist wichtig, daß die analysierte Funktion nicht als Funktion der Zeit, sondern als Funktion des Drehwinkels der Hauptwelle vorliegt, denn ansonsten wären die Periodendauer der Funktion und somit auch manche der ermittelten Analysewerte drehzahlabhängig. Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird daher das Ausgangssignal des Fadenkraftmessers in einem Takt abgefragt (und in Digitalform umgewandelt), dessen Frequenz proportional zur Drehzahl der Hauptwelle ist. Vorzugsweise wird zur Erzeugung der Taktsignale ein vom Maschinenmotor bzw. von der Hauptwelle angetriebener Inkrementalgeber verwendet.

Die Erfindung und vorteilhafte Ausgestaltungen werden nachstehend anhand von Zeichnungen erläutert: Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Nähmaschine mit einem Fadenkraftmesser zur Fehlsticherkennung;

Fig. 2 eine Auswerteeinrichtung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Fehlsticherkennung;

Fig. 3 den Verlauf der Fadenkraft als Funktion des Hauptwellen- Drehwinkels während des Betriebs der Nähmaschine bei Normalstichen und bei einem Fehlstich;

Fig. 4 Stichbildeelemente der Nähmaschine zu unterschiedlichen Stichbildephasen,

• a) bei Einstich der Nadel in ein durch Nadelfadenschlinge und Greiferfaden gebildetes Fadendreieck,
• b) bei Erfassung der Nadelfadenschlinge durch den Greifer.

Am Ständer 1 der in Fig. 1 dargestellten Doppelkettenstich-Nähmaschine ist eine Spannvorrichtung 2 für den von einem nicht gezeigten Fadenvorrat kommenden Nadelfaden angeordnet. In Fadennachzugrichtung hinter der Spannvorrichtung 2 ist ein Spannungsaufnehmer 3 mit einem Biegebalken 4, der an seinem freien Ende an der Unterseite eine Fadenführung 5 und an der Oberseite einen Magneten 6 trägt, an der Nähmaschine befestigt. Dem Magneten 6 gegenüber ist, durch einen Luftspalt von diesem getrennt, ein Hallsensor 7 angeordnet, der die bei einer Änderung der Fadenkraft am Nadelfaden verursachte Auslenkung des Biegebalkens 4 und damit die Abstandsänderung des Magneten 6 durch die betragsmäßige Änderung des Magnetfeldes erfaßt. Der Hallsensor 7 bildet zusammen mit dem Spannungsaufnehmer 3 einen Fadenkraftmesser 8.

Der in Fig. 2 dargestellten Auswerteeinrichtung 9 ist ein derartiger Fadenkraftmesser 8 vorgeschaltet. Beim Betrieb der Nähmaschine ändert sich die Fadenkraft im Verlauf einer jeden Stichbildungsperiode in einer charakteristischen Weise, die von Fall zu Fall, je nach Nähmaschinenklasse, Nähgeschwindigkeit, Fadenspannung und Material von Nähgut und Faden, unterschiedlich sein kann. Der Fadenkraftmesser 8 ist so ausgelegt, daß er während des Laufs der Nähmaschine an seinem Ausgang ein zeitabhängiges Spannungssignal U(t) liefert, das dem zeitlichen Verlauf der Fadenkraft entspricht.

Das analoge, quasiperiodische Fadenkraftsignal U(t) wird in einem Verstärker 10 verstärkt, durch ein digital einstellbares Filter 11 in Abhängigkeit von der momentanen Maschinendrehzahl von informationslosen Spektralanteilen befreit und dann mittels eines A/D- Wandlers 12 in ein digitales Signal umgewandelt. Die Einstellung des Filters 11 und die Taktsteuerung des A/D-Wandlers 12 erfolgen durch ein digitales Steuerwerk 13, das Zeitsteuerimpulse von einem Inkrementalgeber 14 empfängt, der, wie in Fig. 1 gezeigt, mit der Hauptwelle 15 der Nähmaschine gekuppelt ist. Der Inkrementalgeber 14 weist eine auf der Hauptwelle 15 befestigte Impulsscheibe 16, die mit einer vorbestimmten Anzahl von in gleichen Winkelabständen ausgebildeten Durchgangsöffnungen 17 ausgebildet ist und eine Lichtabtastung 18, die auf die Strichmarken 17′ anspricht, auf.

Der Inkrementalgeber 14 unterteilt jede Umdrehung der Hauptwelle 15 in eine vorbestimmte Anzahl gleicher Winkelschritte dw (z. B. 200 Winkelschritte pro Umdrehung) und liefert pro Winkelschritt einen Impuls. Die Folgefrequenz dieser Impulse ist daher drehzahlabhängig und kann vom Steuerwerk 13 als Information zur drehzahlabhängigen Einstellung des Filters 11 genutzt werden. Außerdem verwendet das Steuerwerk 13 die vom Inkrementalgeber 14 kommenden Zeitsteuerimpulse (oder eine frequenzgeteilte Version dieser Impulse) zur Taktsteuerung des A/D-Wandlers 12, so daß am Ausgang dieses Wandlers digitale Abtastwerte des Fadenkraftsignals in einer drehzahlsynchronen Folge erscheinen. Das bedeutet, daß die Abtastwerte die Fadenkraft als Funktion des Drehwinkels anstatt als Funktion der absoluten Zeit t darstellen.

Die Fig. 3 zeigt ein Beispiel für den Verlauf einer solchen "drehzahlnormierten" Fadenkraftfunktion F(w). Dieser Verlauf ergibt sich durch das Zusammenspiel des Nadelfadens mit dem in Fig. 1 dargestellten Fadenhebel 19, der von der Nadelstange 20 getragenen Nadel 21, dem Greifer 22 und dem Greiferfaden, wobei der Fadenhebel 19, die Nadelstange 20 und der Greifer 22 in nicht dargestellter Weise durch die Hauptwelle 15 angetrieben sind.

In der Fig. 3 ist auf der Abszisse der Drehwinkel w der Hauptwelle 15 in Winkelgraden aufgetragen, während die Ordinate den Wert der Fadenkraft F in Zentinewton (cN) darstellt. Gezeigt ist die Fadenkraftfunktion F(w) über drei aufeinanderfolgende Umdrehungsperioden der Hauptwelle 15. Beim dargestellten Beispiel beginnt und endet jede Periode bei einem Hauptwellen-Drehwinkel, der dem oberen Totpunkt der Nadel 21 entspricht. Es ist jedoch genausogut möglich, die Periodengrenzen an andere Stellen des Stichbildungszyklus zu legen.

Die Fadenkraftkurve nimmt in den Punkten S1 und S3 ein Minimum und in den Punkten S2′, S2 und S4 ein Maximum an. Im Punkt S1 sticht die Nadel 21 auf ihrem Weg zum unteren Umkehrpunkt in ein Fadendreieck (Fig. 4a) ein, das durch den Greiferfaden und durch die vom Greifer 22 gehaltene, im vorangegangenen Stichloch angeordnete Nadelfadenschlinge gebildet wird. Da beim Herausziehen des Greifers 22 aus der Nadelfadenschlinge diese geringfügig aufgeweitet und dadurch Nadelfaden nachgezogen wird, steigt die Fadenkraft kurzzeitig an (Punkt S2′). Infolge der sich anschließenden Aufwärtsbewegung der Nadel 21 wird eine neue Nadelfadenschlinge gebildet, die vom Greifer 22 erfaßt wird (Fig. 4b). Durch Aufweiten der Nadelfadenschlinge nimmt die Fadenkraft das Maximum im Punkt S2 an. Ein Teil des dadurch nachgezogenen Nadelfadens wird bei der weiteren Bewegung der Nadel 21 nach oben mitgenommen, wodurch die Fadenkraft absinkt und im Punkt S3 ein Minimum annimmt. Durch die Bewegung des Fadenhebels 19 nach oben wird die gebildete Verschlingung festgezogen, die Fadenkraft erreicht im Punkt S4 ein Maximum.

Während der sich anschließenden zweiten Periode hat die Fadenkraftfunktion F(w), obwohl auch hier eine störungsfreie Stichbildung erfolgt (Normalstich), nicht exakt den gleichen Verlauf wie in der ersten Periode. Die erkennbaren Unterschiede, z. B. die weniger monoton abnehmende Fadenkraft nach dem Festziehen, können als normal gelten.

Eine gravierende Abweichung gegenüber den vorhergehenden Perioden ist in der dritten Periode zu erkennen, in der ein sogenannter Abstechfehler auftritt. Ein solcher Fehler liegt vor, wenn die Nadel 21 nach Durchdringen des Nähgutes das in Fig. 4a dargestellte Fadendreieck verfehlt. Die Fadenkraft sinkt in diesem Fall nach versuchter Aufweitung der Nadelfadenschlinge sofort wieder auf ein Minimum ab (Punkt S3).

Während sich beim Bruch des Greiferfadens eine ähnliche Situation ergibt, führen andere Fehler bei der Stichbildung zu anderen Erscheinungen. Beim Auftreten eines sogenannten Aufnahmefehlers beispielsweise, wenn der Greifer 22 die Nadelfadenschlinge verfehlt, oder beim Bruch des Nadelfadens, trifft die Festziehbewegung auf kaum einen Widerstand, so daß die Fadenkraft in der zweiten Hälfe der Periode nur wenig oder überhaupt nicht ansteigt. In diesem Fall würde der am Ende der Periode liegende Ausschlag (Punkt S4) der Fadenkraftfunktion fehlen. In jedem Fall, ungeachtet der jeweiligen Ursache eines Fehlstiches, ergibt sich also eine gravierende Änderung des Profils der Fadenkraftfunktion.

Um solche Änderungen zu erkennen, hat man bisher ausgewählte Stellen der Fadenkraftfunktion, an denen bei Fehlstichen erwartungsgemäß Amplitudenänderungen auftreten, selektiv mit Hilfe von Zeitfenstern überwacht, wie es eingangs beschrieben wurde. Mit der vorliegenden Erfindung wird ein anderer Weg eingeschlagen, indem die gesamte Fadenkraftfunktion innerhalb einer jeden Periode bezüglich ausgewählter Merkmale abgesucht wird, egal, wo diese Merkmale innerhalb der Periode auftreten. Die gefundenen Merkmale werden dann vermessen, und die so ermittelten Analysewerte werden mit den in gleicher Weise ermittelten Analysewerten mindestens einer vorangegangenen Periode zur Bildung von Differenzwerten verglichen, um im Falle von Abweichungen, die eine vorbestimmbare Größe überschreiten, auf Fehlstich zu erkennen.

Als charakteristische Merkmale der Fadenkraftfunktion können z. B. die innerhalb jeder Periode auftretenden Durchgänge der Funktion durch den jeweiligen Mittelwert ausgewählt werden. In der Fig. 3 ist der Mittelwert der Fadenkraftfunktion F(w) innerhalb jeder Periode jeweils durch eine gestrichelte waagerechte Linie angezeigt, und die aufeinanderfolgenden Durchgänge der Funktion durch diesen Mittelwert sind mit X1, X2, X3 und X4 bezeichnet. Wie in der Fig. 3 zu erkennen ist, sind die Abstände X1-X2, X2-X3, X3-X4 zwischen den Mittelwertdurchgängen der ersten Periode ungefähr gleich den entsprechenden Abständen in der zweiten Periode. In der dritten Periode hingegen, die einen Fehlstich beinhaltet, ist der Abstand X1-X2 zwar nach wie vor der gleiche, der Abstand X2-X3 ist jedoch viel kleiner und der Abstand X3-X4 ist viel größer als in der vorhergehenden Periode. Zum Erkennen eines Fehlstiches wird es im dargestellten Fall also genügen, die Abstände zwischen den aufeinanderfolgenden Mittelwertdurchgängen in jeder Umdrehungsperiode der Hauptwelle 15 zu vermessen und die Differenz aus den so ermittelten Abstandswerten und den Abstandswerten der jeweils vorangegangenen Umdrehungsperiode zu ermitteln, um ein fehlstichanzeigendes Warnsignal zu erzeugen, wenn sich bei mindestens einem der Abstandwerte eine signifikante Änderung ergibt.

Statt der erwähnten Abstände können auch die Abszissenwerte der vier Mittelwertdurchgänge X1 bis X4 für jede Periode ermittelt und zur Differenzbildung herangezogen werden. Auch hier zeigt sich in der Fehlstichperiode eine signifikante Änderung, allerdings nur in einem der ermittelten Werte, nämlich dem Abszissenwert des dritten Mittelwertdurchgangs X3.

Weitere charakteristische Merkmale der Fadenkraftfunktion F(w) sind die Spitzenwerte aufeinanderfolgender, abwechselnd positiver und negativer Ausschläge gegenüber dem Mittelwert. Im Falle der Fig. 3 ändert sich der relative (d. h. auf den jeweiligen Mittelwert bezogene) Betrag der positiven Spitze S2 und auch der darauffolgenden negativen Spitze S3, wenn ein Fehlstich auftritt. Allerdings ist diese Änderung im dargestellten Fall weniger signifikant als die Änderung der Abstände X2-X3 und X3-X4.

Beim Beispiel nach Fig. 3 ändert sich auch die Abszisse der Spitze S3 des zweiten negativen Ausschlages, wenn ein Fehlstich auftritt, denn in diesem Fall erscheint diese Spitze früher. Es kann daher zum Erfolg führen, wenn man die Abszissenwerte der Spitzen aufeinanderfolgender Ausschläge ermittelt und die Differenz mit entsprechenden Werten einer oder mehrerer vorangegangener Umdrehungsperioden bildet.

In der Fig. 3 ist auch zu erkennen, daß sich die Flächen, welche einzelne Ausschläge der Fadenkraftfuntion mit der jeweiligen Mittelwertlinie einschließen, beim Auftreten eines Fehlstiches stark ändern. Im Falle des in der dritten Periode der Fig. 3 gezeigten Abstechfehlers ist die Fläche des ersten positiven Ausschlages zwischen den Durchgängen X2 und X3 wesentlich kleiner als im Falle eines Normalstiches, während die Fläche des Ausschlages zwischen X3 und X4 wesentlich größer ist. Durch Vermessung der Flächen aufeinanderfolgender Ausschläge lassen sich also Analysewerte ermitteln, die durch die erfindungsgemäße Bildung der Differenzwerte unter Verwendung vorangegangener Analysewerte Aufschluß über das Auftreten eines Fehlstiches geben können.

Die vorgenannten Merkmale und Analysewerte sind nicht nur für den gezeigten Abstechfehler, sondern auch für andersartige Fehlstiche wie etwa einen Aufnahmefehler aufschlußreich. Da jeweils die gesamte Funktion ohne Beschränkung auf ein vorbestimmtes Zeitfenster analysiert wird, ist es zur Erkennung eines Fehlstiches unerheblich, wo genau eine signifikante Änderung der Fadenkraftfunktion eintritt; gefühlt wird die Tatsache einer signifikanten Änderung an sich.

Zur Durchführung der erfindungsgemäßen Analyse enthält die Anordnung nach Fig. 2 einen Merkmalsdetektor 23, dem die aufeinanderfolgenden Abtastwerte der Fadenkraftfunktion F(w) vom A/D-Wandler 12 zugeführt werden. Unter dem Einfluß des Steuerwerks 13 sucht der Merkmalsdetektor 23 jeweils diejenige Menge der Abtastwerte, die einer Umdrehungsperiode entspricht, nach ausgewählten Merkmalen wie z. B. den oben erwähnten Mittelwertdurchgängen und Ausschlägen ab. Der Mittelwert läßt sich auf einfache Weise durch Addition sämtlicher Abtastwerte einer Umdrehungsperiode und anschließende Division durch die Anzahl der Abtastungen gewinnen. Statt des Mittelwertes der laufenden Periode kann auch der Mittelwert der jeweils vorangegangenen Periode (oder mehrerer vorangegangener Perioden) genommen werden. Der Merkmalsdetektor 23 mißt außerdem die gefundenen Merkmale, wobei Abszissenmaße in einfacher Weise als Anzahl von Abtast-Taktperioden ausgedrückt werden können. Die Flächengröße einzelner Ausschläge, also das Integral über den betreffenden Ausschlag, kann durch einfaches Aufsummieren sämtlicher Abtastwerte des betreffenden Ausschlages erhalten werden. Spitzenwerte lassen sich mittels der Digitaltechnik ebenfalls leicht herausfinden und bestimmen.

Die so ermittelten Analysewerte A, die am Ausgang des Merkmalsdetektors 23 in Digitalform erscheinen, werden vor der weiteren Verarbeitung einem Normierer 24 zugeführt, dessen Zweck darin besteht, Unterschiede in der Verstärkung der Fadenkraftfunktion, die beispielsweise durch Erwärmung oder Alterung von Bauteilen des Fadenkraftmessers 8 hervorgerufen werden, auszugleichen. Eine Erhöhung der Verstärkung beispielsweise würde dazu führen, daß sämtliche Ordinatenwerte der Funktion um einen bestimmten Faktor größer werden. Damit ändern sich auch diejenigen Komponenten der Analysewerte, die sich auf die Ordinate beziehen, entsprechend. Um diese Änderungen zu kompensieren und trotz unterschiedlicher Verstärkungen immer vergleichbare Analysewerte zu erhalten, werden die Ordinatenmaße der Analysewerte auf den Mittelwert der Funktion normiert. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß jedes Ordinatenmaß mit einem Faktor multipliziert wird, der umgekehrt proportional zur Summe aller Abtastwerte einer Periode ist. Damit wird der Mittelwert der Fadenkraftfunktion zur Maßeinheit für die Ordinatenmaße.

Die in der vorstehend beschriebenen Weise normierten Analysewerte B werden auf einen ersten Eingang eines Vergleichers 25 gegeben und gleichzeitig in einen Speicher 26 geschrieben. Nach einer vorbestimmten Zeitspanne, wenn die normierten Analysewerte B der nächsten Umdrehungsperiode am ersten Eingang des Vergleichers 25 erscheinen, werden die gespeicherten Analysewerte ausgelesen und aus diesen und den Werten der besagten nächsten Umdrehungsperiode im Vergleicher 25 Differenzwerte D gebildet. Die Differenzwerte D werden in einem Entscheider 27 daraufhin überprüft, ob sie eine vorbestimmbare Größe überschreiten. Wenn dies der Fall ist, liefert der Entscheider 27 an seinem Ausgang ein Warnsignal S zur Anzeige eines Fehlstiches.

Der Speicher 26 kann auch einen Akkumulator enthalten, der die eingeschriebenen normierten Analysewerte B über mehrere Umdrehungsperioden aufsummiert und aus den aufsummierten Werten Durchschnittswerte bildet, die dem Vergleicher 25 als Vergleichsgrößen für die Analysewerte B der laufenden Periode zugeführt werden. Die Durchschnittsbildung kann gewünschtenfalls mit unterschiedlichen Gewichtungen der Analysewerte aus verschiedenen Umdrehungsperioden erfolgen, wobei die Gewichtung vorzugsweise um so geringer ist, je weiter die betreffende Umdrehungsperiode zurückliegt.

Der Entscheider 27 kann so ausgelegt sein, daß er das Warnsignal S immer dann erzeugt, wenn ein einziger oder eine vorbestimmte Mehrzahl der normierten Analysewerte B aus der laufenden Periode von den entsprechenden Analysewerten der vorangegangenen Periode oder Perioden um mehr als eine vorbestimmbare Größe abweicht. Es ist aber auch möglich, aus den Abweichungen verschiedenartiger Analysewerte einen Gesamt-Abweichungswert zu ermitteln, gewünschtenfalls mit unterschiedlichen Gewichtungen der einzelnen Differenzwerte, um das Warnsignal S nur dann zu erzeugen, wenn dieser Gesamtwert eine vorbestimmbare Größe übersteigt.

Der Sollwert für die Gesamtabweichung sollte so gewählt werden, daß er kleiner als die Summe der jeweils um das zugeordnete Gewicht korrigierten einzelnen Analysewerte ist, so daß, wenn beispielsweise sämtliche Analysewerte eines Stiches betragsmäßig zwar unterhalb der zulässigen Abweichung vom jeweiligen Sollwert liegen, jedoch mehr als ein Analysewert dicht an seine zulässige Abweichungsgrenze herankommt, der Sollwert für die Gesamtabweichung bereits überschritten wird. Durch diese Maßnahme lösen auch Stiche, bei denen eine Verschlingung von Nadel- und Greiferfaden stattgefunden hat, die aber dennoch nicht völlig einwandfrei gebildet sind, eine Anzeige aus.

Eine Entscheidung darüber, ob ein Normalstich vorliegt oder nicht, kann auch anhand des Ergebnisses einer direkten Überlagerung der Fadenkraftfunktionen aufeinanderfolgender Umdrehungsperioden getroffen werden. Das heißt, als Analysewerte werden sämtliche aufeinanderfolgenden Ordinatenwerte der Fadenkraftfunktion der laufenden Periode benutzt. Zur Entscheidungsfindung wird im Vergleicher 25 die Differenz zwischen diesen Ordinatenwerten und den jeweils entsprechenden Ordinatenwerten der vorangegangenen Periode (oder jeweils einem Durchschnitts-Ordinatenwert aus mehreren vorangegangenen Perioden) gebildet. Diese erhaltenen Differenzwerte, die teils positiv und teils negativ sein können, werden im Entscheider 27 als Absolutwerte miteinander addiert, um das Warnsignal zu erzeugen, wenn die Summe ein vorbestimmtes Maß übersteigt. Bei dieser Ausführungsform wird also, allgemein gesagt, das Integral der Beträge der Differenzfunktion zwischen der Fadenkraftfunktion der laufenden Periode und derjenigen der vorangegangenen Periode gebildet, und es wird auf Fehlstich entschieden, wenn dieses Integral übernormal groß wird.

Bei der vorstehenden Beschreibung wurde darauf vertraut, daß der erste Stich des Nähbetriebs (oder die ersten Stiche im Falle einer Durchschnittsbildung) kein Fehlstich ist. Dieses Vertrauen ist begründet, weil Fehlstiche, wie erwähnt, um viele Größenordnungen seltener als Normalstiche sind. Dem verschwindend kleinen Risiko eines Fehlstiches gleich zu Anfang des Nähbetriebs kann man aber dadurch Rechnung tragen, daß man vor Nähbeginn in den Speicher 26 bzw. in die letzte Stufe des Akkumulators Erfahrungswerte für Normalstiche eingibt. Solche Erfahrungswerte sind leicht zu gewinnen, so daß eine entsprechende Voreinstellung nicht aufwendig ist. Viel aufwendiger wäre es, Erfahrungswerte für einen Fehlstich zu gewinnen, um beispielsweise die Lage und Breite irgendwelcher Zeitfenster zur Fehlsticherkennung einzustellen.

Abschließend sei noch bemerkt, daß das beschriebene Verfahren und auch die Anordnung nach Fig. 2 durch einen Microcontroller 28 realisiert werden können, zumindest was die Blöcke 12, 13 und 23 bis 27 betrifft.

Die Erfassung der verschiedenen Einzelmerkmale im Merkmalsdetektor und die getrennte Ermittlung der jeweils zugehörigen verschiedenartigen Analysewerte und der betreffenden Differenzwerte kann seriell im Zeitmultiplex oder parallel in strukturell getrennten Kanälen erfolgen. Letzteres ist in der Fig. 2 durch die Dreifach- Leitungsbündel zwischen den Blöcken 23 bis 27 symbolisch angedeutet.

Claims (17)

1. Verfahren zur Erkennung von Fehlstichen beim Betrieb einer Nähmaschine durch Analyse einer Fadenkraftfunktion, welche die Zugkraft eines der Stichbildungseinrichtung zugeführten Fadens abhängig vom Drehwinkel der Hauptwelle innerhalb einer Umdrehungsperiode darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb jeder Umdrehungsperiode die gesamte Fadenkraftfunktion nach mindestens einem ausgewählten Merkmal ungeachtet des Ortes seines Auftretens abgesucht wird, daß die aufgefundenen Merkmale vermessen und mindestens für die Dauer einer weiteren Umdrehungsperiode gespeichert werden und daß die so ermittelten Analysewerte mit den in gleicher Weise ermittelten entsprechenden Analysewerten zumindest der letztvorangegangenen Umdrehungsperiode verglichen werden, um auf Fehlstich zu entscheiden, wenn die Differenz der beiden Analysewerte eine vorbestimmbare Größe übersteigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als ausgewählte Merkmale die Durchgänge der Fadenkraftfunktion durch einen Mittelwert der Funktion gesucht werden und daß als Analysewerte die Abstände aufeinanderfolgender Durchgänge ermittelt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als ausgewählte Merkmale die Ausschläge der Fadenkraftfunktion bezüglich eines Mittelwertes der Funktion gesucht werden und daß als Analysewerte mindestens eine der folgenden Wertegruppen ermittelt werden:

• a) die Breiten der Ausschläge an der Mittelwertlinie,
• b) die Spitzenwerte aufeinanderfolgender Ausschläge nach Betrag und Richtung,
• c) die Abszissen der Spitzenwerte der Ausschläge,
• d) Werte, die den Integralen der Ausschläge entsprechen.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf Fehlstich entschieden wird, wenn ein Gesamtwert der für alle Analysewerte beim Vergleich ermittelten Differenzwerte eine vorbestimmbare Größe übersteigt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtwert aus der Summe gewichteter Differenzwerte gebildet ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Analysewerte alle längs der Abszisse aufeinanderfolgenden Ordinatenwerte der Fadenkraftfunktion ermittelt werden und daß auf Fehlstich entschieden wird, wenn die Summe bzw. das Integral der Beträge der Differenz zwischen den Ordinatenwerten der laufenden Umdrehungsperiode und den entsprechenden Ordinatenwerten aus mindestens der letztvorangegangenen Umdrehungsperiode eine vorbestimmbare Größe übersteigt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zu analysierende Funktion gebildet wird durch eine Folge von Abtastwerten, die erhalten werden durch Abtastung eines die Fadenzugkraft anzeigenden Signals mit einer Abtastfrequenz, die proportional zur Drehzahl der Hauptwelle (15) ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7 in Verbindung mit Anspruch 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert eines jeden Integrals durch Akkumulation der Abtastwerte innerhalb der Integrationsperiode erhalten wird.

9. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ordinatenmaße der Analysewerte auf den Mittelwert der Fadenkraftfunktion normiert werden.

10. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsgröße für jeden ermittelten Analysewert ein Durchschnittswert der entsprechenden Analysewerte mehrerer vorangegangener Umdrehungsperioden ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bildung des Durchschnittswertes die Analysewerte verschiedener vorangegangener Umdrehungsperioden jeweils verschieden gewichtet werden, wobei das Gewicht um so niedriger ist, je weiter die betreffende Umdrehungsperiode zurückliegt.

12. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in der ersten der aufeinanderfolgenden Umdrehungsperioden eines Nähbetriebs voreingestellte Erfahrungswerte für störungsfreie Stichbildung als Vergleichsgrößen für die Analysewerte benutzt werden.

13. Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12 mit einem Fadenkraftmesser zur Aufnahme von Meßwerten der Zugkraft eines der Stichbildungseinrichtung zugeführten Fadens und mit einer Auswerteeinrichtung, welche die durch aufeinanderfolgende Meßwerte innerhalb jeweils einer Umdrehungsperiode der Hauptwelle beschriebene Funktion analysiert, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung (9) folgendes enthält:
einen Merkmalsdetektor (23), der innerhalb jeder Umdrehungsperiode der Hauptwelle (15) die gesamte Fadenkraftfunktion nach mindestens einem ausgewählten Merkmal ungeachtet des Ortes seines Auftretens absucht und die aufgefundenen Merkmale ausmißt, um charakteristische Analysewerte zu erhalten,
eine Speichereinrichtung (26), welche die so ermittelten Analysewerte für mindestens die Dauer einer Umdrehungsperiode speichert, und
eine Vergleichseinrichtung (25, 27), welche aus den für die laufende Umdrehungsperiode ermittelten Analysewerten und den in gleicher Weise ermittelten entsprechenden Analysewerten zumindest der letztvorangegangenen Umdrehungsperiode die Differenz bildet, um auf Fehlstich zu entscheiden, wenn die Differenz der beiden Analysewerte eine vorbestimmbare Größe übersteigt.

14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß dem Fadenkraftmesser (8) ein Filter (11) zugeordnet ist, das abhängig von der Drehzahl der Hauptwelle (15) einstellbar ist, um die Fadenkraftfunktion von informationslosen Spektralanteilen zu befreien.

15. Anordnung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß dem Fadenkraftmesser (8) ein Analog/Digital-Wandler (12) zugeordnet ist, der digitale Abtastwerte der Fadenkraftfunktion an den Merkmalsdetektor (23) liefert und dessen Abtast- Taktfrequenz proportional zur Drehzahl der Hauptwelle (15) ist.

16. Anordnung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Analog/Digital-Wandler (12), der Merkmalsdetektor (23), die Speichereinrichtung (26) und die Vergleichseinrichtung (25, 27) durch einen Microcontroller (28) realisiert sind, dessen Steuerwerk Zeitsteuerimpulse einer zur Hauptwellendrehzahl proportionalen Frequenz empfängt, um die von der Drehzahl abhängigen Betriebsgrößen der Anordnung einzustellen.

17. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß dem Merkmalsdetektor (23) ein Normierer (24) nachgeschaltet ist, der die Analysewerte mit einem Faktor multipliziert, der umgekehrt proportional zum Mittelwert der Fadenkraftfunktion ist.