DE4101346C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung für eine Nähmaschine zum Abtasten einer den Nähfuß umgebenden kreisringförmigen Abtastzone, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Vorrichtung dieser Gattung ist aus der EP-OS 03 09 069 bekannt.

In der Nähtechnik besteht häufig der Wunsch, die herzustellende Naht automatisch dem Verlauf der Zuschnittkante des Nähgutes folgen zu lassen, und zwar in einem möglichst gleichbleibenden seitlichen Abstand. Dieses "kantenparallele Nähen" erfordert ein Steuersystem, das aufgrund vorliegender Informationen über den Kantenverlauf die Richtung der Relativbewegung zwischen Nähgut und Nähnadel entsprechend einstellt, entweder durch passende Bemessung zweier orthogonaler Vorschubvektoren (z. B. bei einer Nähmaschine mit XY-Verschiebetisch) oder durch Drehen des Nähgutes um die Nadelachse (bei Nähmaschinen mit eindimensionalem Vorschub).

Bei der Serienproduktion von Näherzeugnissen mit kantenparallelen Nähten ist es vorteilhaft, den gewünschten Nahtverlauf vorab als Datensatz einzuspeichern, um dann während des Nähens die Bewegungen des Nähgutes nach einem durch diese Daten bestimmten Programm zu steuern. So läßt sich beispielsweise das Nähgut mit Hilfe eines XY- Verschiebetisches nach einer dem gespeicherten Nahtverlauf entsprechenden Bahn am feststehenden Nähfuß vorbeiführen. Beim Nähvorgang kann jedoch die Zuschnittkante infolge verschiedener Einflüsse von der abgespeicherten Form abweichen. Diese Einflüsse sind z. B. ein Verziehen des Nähgutes während des Nähens, unkorrektes Zusammenhalten der zu vernähenden Nähgutstücke oder eine Verzerrung der Zuschnittkante durch das Einspannen auf dem XY-Tisch. Die so erzielten Ergebnisse sind nicht zufriedenstellend, da eine wichtige Forderung der konstante Abstand zwischen Naht und Kante ist. Bereits ein Abweichen von wenigen Zehntelmillimetern macht sich unschön bemerkbar. Um diese Fehler auszuschalten, ist ein Regelsystem erforderlich, das bei der Steuerung der Nähgutbewegung die tatsächliche Lage der Kante berücksichtigt. Ein solches Regelsystem könnte, wenn sein Erfassungsbereich groß genug und seine Ansprechzeit kurz ist, gewünschtenfalls die Steuerung des Nahtverlaufs allein übernehmen, ohne Unterstützung durch vorgespeicherte Daten.

Ein Regelsystem zum Nachführen der Naht in gleichbleibendem Abstand zur Nähgutkante benötigt eine Sensorvorrichtung, die das Nähgut in der Umgebung der Nähnadel beobachtet und Informationen über die Relativlage der Kante bezüglich der Nadel liefert. Derartige Vorrichtungen sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Die US- PS 44 98 404 beispielsweise offenbart eine fotoelektrische Sensorzeile, auf die mittels eines Spiegel- und Linsensystems ein geradliniger zeilenförmiger Bereich der Nähgutoberfläche, der vor der Nähnadel liegt und sich quer zur bevorzugten Nährichtung erstreckt, abgebildet wird. Beim Auslesen der fotoelektrischen Elemente der Sensorzeile macht sich eine im abgebildeten Bereich liegende schattenwerfende Nähgutkante als charakteristische Signaländerung bemerkbar, so daß eine Auswerteeinrichtung die räumliche Ist-Lage des abgebildeten Kantenpunktes ermitteln kann, um die Nähgutbewegung jeweils so einzustellen, daß die gebildete Naht in ihrem vorgeschriebenen Abstand von der Nähgutkante bleibt.

Da der Abtastbereich dieser bekannten Sensorvorrichtung auf eine ortsfeste gerade Linie einseitig der Nähnadel beschränkt ist, kann die Kantennachführung nur funktionieren, solange die Nähgutbewegung von dieser Seite her zur Nähnadel läuft. Das heißt, bei gekrümmten oder eckig abspringenden Kantenverläufen muß das Nähgut jeweils in die betreffende Richtung gedreht werden, wozu ein aufwendiger Schwenkmechanismus erforderlich ist, wie ihn die Nähmaschine nach der erwähnten US-PS 44 98 404 aufweist. Für andere Nähmaschinen, die keinen solchen Mechanismus haben und stattdessen mit zweidimensionaler XY-Verschiebung des Nähgutes arbeiten, ist die bekannte Sensorvorrichtung nicht geeignet.

Angesichts dieses Problems wurde bereits angeregt, die Sensorvorrichtung mit ihrer Sensorzeile, der Optik und der zugehörigen Beleuchtung nicht fest zu installieren, sondern derart beweglich anzuordnen, daß sie auf einer Kreisbahn um die Nähnadel herumlaufen kann, wie in der EP-OS 03 09 069 beschrieben. Mit diesem System wird eine kreisringförmige Abtastzone geschaffen, die den Nähfuß konzentrisch umgibt. Der auf die Sensorzeile abgebildete Bereich ist jeweils ein gerades Linienstück, welches gleichsam eine Sehne in der kreisringförmigen Abtastzone darstellt und durch Bewegung der Vorrichtung um den Nähfuß herumgefahren werden kann, so daß sich eine Nähgutkante stets vorausschauend verfolgen läßt, egal aus welcher Richtung sich das Nähgut zur Nähnadel hin bewegt. Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist, daß man für die erforderliche Kreisbewegung eine aufwendige und sperrige Mechanik mit Antriebsmotor und Getriebeteilen benötigt, deren Trägheit zudem die Ansprechzeit des gesamen Regelsystems verlängert.

Eine Einrichtung, die ohne mechanisch bewegte Teile arbeitet, um zum Zwecke kantenparallelen Nähens das Nähgut in vorbestimmter Entfernung rings um die Nähnadel abzutasten, ist aus der US-PS 33 85 245 bekannt. Diese Einrichtung weist vier im Drückerfuß angeordnete Fotozellen auf, die mit gleichmäßigem Abstand rings um das Nadeldurchtrittsloch des Drückerfußes angeordnet sind. Da sich die Fotozellen unmittelbar oberhalb des Werkstücks befinden, ist eine Kantenabtastung nur mittels Durchlicht möglich, so daß die Verwendung dieser Einrichtung auf durchscheinende Stoffe beschränkt ist. Eine Verarbeitung lichtundurchlässiger Materialien wie z. B. Leder ist mit der bekannten Einrichtung nicht möglich, denn bei derartigen Materialien lassen sich Kanten nur im Auflicht erkennen.

Zur Kantendetektion mittels Auflicht ist es in vielen Fällen unumgänglich, die Lichtempfangselemente der Sensorvorrichtung in einiger Entfernung von der Nähgutoberfläche anzuordnen, damit Raum bleibt für eine schräge Anstrahlung der Kante. Eine Schrägbeleuchtung ist nämlich in den meisten Fällen erforderlich, um die Kante besser sichtbar zu machen, insbesondere wenn das kantenbildende Nähgutstück die gleiche Oberflächenhelligkeit wie die Unterlage hat. Um die abzutastenden Punkte der Nähgutoberfläche über die besagte Entfernung auf die Lichtempfangselemente der Sensorvorrichtung abzubilden, muß im Raum zwischen der Ebene des Nähgutes und den Lichtempfangselementen ein optisches System vorgesehen sein.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Einrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Gattung mit einem optischen Abbildungssystem zu versehen, das es gestattet, einen den Nähfuß umgebenden Ringbereich der Nähgutebene ohne Verwendung mechanisch bewegter Teile optisch vollständig abzutasten. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird, anders als bei dem Abbildungssystem nach der oben erwähnten EP-OS 03 09 069, nicht lediglich ein linienförmiger Teilbereich der Ringzone sondern die gesamte geschlossene Kreislinie auf eine Sensorzeile abgebildet, ohne daß hierzu irgendwelche Teile der Abbildungsvorrichtung um den Nähfuß herumfahren müssen. Das feststehende ringförmige Objektiv erzeugt ein Bild der gesamten Ringzone in einer Bildebene, und aus diesem Bild werden mittels Lichtleitfasern nur diejenigen Punkte zu den Elementen des Zeilensensors übertragen, die das Bild einer konzentrischen Kreislinie innerhalb der Ringzone der Nähgutebene (Objektebene) darstellen.

Die Verwendung eines Linsensystems zur Abbildung einer kreisringförmigen Abtastzone auf das Eintrittsende eines kreisringförmigen Lichtleiterbündels ist aus der DE-AS 21 45 635 an sich bekannt, und zwar zur Abtastung von Vorlagen. Bei diesem Stand der Technik dient ein aus einer einzigen Sammellinse bestehendes Objektiv dazu, den Kreisringbereich, der eine abzutastende Linie auf der Vorlage schneidet, auf die kreisringförmig angeordneten Enden des Lichtleiterbündels abzubilden. Dieses Objektiv erlaubt jedoch nicht die Abtastung eines Nähgutes während des Nähvorgangs, da in einem solchen Fall die Stichbildungseinrichtung dem Abbildungssystem im Wege wäre. Dies dürfte auch der Grund sein, weshalb man bisher für die Abtastung eines Kreisringbereichs, der eine Nähnadel umgeben soll, optische Systeme verwendete, deren Gesichtsfeld nur einen Teil des Kreisringbereichs umfaßt und die deswegen durch eine aufwendige Mechanik in Umlauf gebracht werden müssen, wie es die weiter oben behandelte EP-OS 03 09 069 zeigt. Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung hingegen ist das Objektiv in seiner Raumform selbst ringförmig und in der Mitte "offen", so daß die Nähwerkzeuge von oben hindurchgreifen können.

Eine ringförmige Abtastung des Nähgutes wird ferner bei der Vorrichtung nach der älteren nachveröffentlichten DE-PS 40 00 988 erzielt, wobei jedoch anstelle eines ringförmig ausgebildeten Objektives ein die Nadelstange ringförmig umgebender, schräg angeordneter Spiegel verwendet wird, der eine konzentrisch zur Stichbildestelle der Nähmaschine liegende Nähgutfläche auf einem Flächensensor abbildet.

Durch die Verwendung von Gradientenlinsen, wie sie in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung gemäß Patentanspruch 2 vorgesehen sind, kann das Abbildungssystem sehr kompakt aufgebaut werden. Eine "Gradientenlinse" ist ein stabförmiges Lichtleiterstück, dessen Brechungsindex sich von innen nach außen derart ändert, daß stirnseitig eintretende Lichtstrahlen auf eine wellenförmige bzw. wendel-spiralförmige Bahn gezwungen werden, wobei für parallel einfallende Lichtstrahlen eine periodische Fokussierung und Defokussierung erfolgt. Durch geeignete Bemessung der Länge des Lichtleiterstücks lassen sich ausgesuchte Linsenwirkungen erzielen. Es ist sogar möglich, mit einer einzigen Gradientenlinse ein Abbildungssystem zu schaffen, das bei Verwendung herkömmlicher Linsen mehrere hintereinandergeschaltete Linsenkörper benötigen würde, z. B. zur Erzeugung eines aufrechten (also "nicht auf dem Kopf stehenden") Bildes. Die Bildübertragung kann mit hoher Auflösung erfolgen, denn die Anzahl der einzelnen bildübertragenen Lichtleitfasern kann in einer vorteilhaften Ausführungsform gemäß Patentanspruch 3 wesentlich größer sein als die Anzahl der Gradientenlinsen. Es muß also nicht für jeden abzubildenden Punkt jeweils eine gesonderte Gradientenlinse vorgesehen werden.

Der Einsatz von Gradientenlinsen, die häufig auch als "Selfoc"-Linsen bezeichnet werden (Warenzeichen der Nippon Sheet Glass Company Ltd.), für Abbildungszwecke ist an sich bekannt. So offenbart die EP-PS 00 67 696 eine Anordnung aus einer Vielzahl nebeneinanderliegender Selfoc- Linsen zur Schaffung eines Abbildungssystems. Aus der DE-OS 37 35 032 ist bekannt, am Ende eines normalen Lichtleiters eine Gradientenlinse gleichsam als Objektiv vorzusehen. Dieser Stand der Technik legt es jedoch nicht nahe, eine ringförmige Anordnung von Gradientenlinsen in Verbindung mit einer größeren Vielzahl bildübertragender Lichtleitfasern vorzusehen, um einen das Nähwerkzeug in einer Nähmaschine umgebenden Ringsensor zu schaffen.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung sind die Gradientenlinsen vorzugsweise gemäß Patentanspruch 4 so bemessen, daß jede von ihnen den von ihr gesehenen Bereich der Abtastzone als aufrechtes Bild abbildet. Hierdurch wird erreicht, daß die Krümmung der einzelnen Kreislinienabschnitte beim Abbildungsvorgang nicht "umgedreht" wird, so daß das Bild einer Kreislinie der Objektebene ebenfalls eine "glatte" Kreislinie ist, was die Placierung der Lichtleitfasern vereinfacht. Vorzugsweise, gemäß Patentansruch 5, sind die Gradientenfasern so angeordnet, daß ihre optischen Achsen parallel zueinander laufen, also einen zylindrischen Ring bilden, der senkrecht auf der Nähgutebene steht. Durch geeignete Bemessungen der Gradientenlinsen kann deren Abbildungsebene gemäß Anspruch 6 an den Endflächen oder gemäß Anspruch 7 im Abstand oberhalb der Endflächen der Gradientenlinsen liegen. Der Ring der Gradientenfasern kann einreihig oder zweireihig sein. Im Falle einer einreihigen Anordnung sollten gemäß Patentanspruch 8 die Lichtleitfasern denjenigen Kreis in der Abbildungsebene belegen, der durch die optischen Achsen der Gradientenlinsen geht. Auf diese Weise wird derjenige Kreis der Nähgutebene abgetastet, der durch die Schnittpunkte der optischen Achsen mit der Nähgutebene definiert wird. Im Falle einer zweireihigen Anordnung sind die Gradientenlinsen vorzugsweise gemäß Patentanspruch 9 so zu bemessen, daß sie jeweils ein aufrechtes Bild im Abbildungsmaßstab 1 : 1 erzeugen. Hierbei sollten die Enden der bildübertragenden Lichtleitfasern diejenigen Punkte der Abbildungsebene belegen, die auf einer Kreislinie mitten zwischen den optischen Achsen der beiden Gradientenlinsen-Reihen liegt, denn genau dort treffen sich die von beiden Linsenreihen abgebildeten Punkte ein und derselben Kreislinie der Nähgutebene.

Statt einer Vielzahl ringförmig angeordneter Gradientenlinsen kann in anderen Ausführungsformen der Erfindung auch ein Linsensystem verwendet werden, das eine oder mehrere hintereinandergeschaltete und in der Mitte durchbohrte sphärische Linsen aufweist, wie es in den Patentansprüchen 10 und 11 gekennzeichnet ist.

Damit die Nähgutkante in der Abbildung möglichst hell gegenüber den anderen Bereichen erscheint, ist vorteilhafterweise eine gemäß Patentanspruch 12 ausgebildete Beleuchtungseinrichtung vorgesehen, die bewirkt, daß von der Kante hervorgerufenes Streulicht, nicht aber reflektiertes Licht in die Apertur des Abbildungssystems fällt.

Vorzugsweise umgibt die Beleuchtungseinrichtung den Nähfuß ringförmig, wie es die Patentansprüche 13 bis 16 in verschiedenen Ausführungsformen beschreiben.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung werden nachstehend an einem Ausführungsbeispiel anhand von Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 zeigt in Seitenansicht eine Nähmaschine mit einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung;

Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform der Sensorvorrichtung und das darunterliegende Nähgut in axialem Schnitt;

Fig. 3 zeigt eine teilweise Draufsicht auf die Sensorvorrichtung;

Fig. 4 zeigt einen Teil der in Fig. 2 dargestellten Sensorvorrichtung in einem Querschnitt gemäß der Linie IV-IV der Fig. 2, zusammen mit einer Draufsicht auf das darunterliegende Nähgut.

Fig. 5 zeigt in stark vergrößertem Maßstab einen Ausschnitt zweier sich berührender Ringe von Gradientenlinsen und die Lage einer diese gleichmäßig schneidenden konzentrischen Kreislinie;

Fig. 6 zeigt eine zweite Ausführungsform der Sensorvorrichtung im Axialschnitt.

Die in der Fig. 1 dargestellte Nähmaschine trägt am Kopf ihres insgesamt mit 10 bezeichneten Maschinenarms eine ringförmige Sensoreinrichtung 20, im folgenden kurz als "Ringsensor" bezeichnet, welche die Nadel 11 und die Drückerstange 12 des Nähfußes (Niederhalter) 13 konzentrisch umgibt. Der Nähfuß 13 drückt auf ein (in Fig. 1 nicht dargestelltes) Nähgut, das von einem Nähguthalter 14 gehalten und mittels eines (ebenfalls nicht dargestellten) Mechanismus zweidimensional bewegt werden kann, z. B. in zwei zueinander senkrechten Richtungen (XY-Verschiebung), um eine mittels der Nähnadel 11 gebildete Naht entlang einer beliebigen Bahn über das Nähgut laufen zu lassen. Beim sogenannten "kantenparallelen Nähen" ist es erforderlich, das Nähgut so zu bewegen, daß die gebildete Naht stets in einem vorbestimmten Abstand von einer Kante des Nähgutes bleibt. Der Ringsensor 20 kann hierbei die Aufgabe übernehmen, den genauen Verlauf der Nähgutkante bezüglich der Nähnadel 11 vorauszufühlen.

In der Fig. 4 ist als Beispiel für das Nähgut ein unteres Lederstück 30 und ein daraufliegendes oberes Lederstück 31 dargestellt. Das obere Stück 31 weist eine geschwungene Kante 32 auf und soll mittels einer Naht 34, die in gleichbleibendem Abstand parallel zur Kante 32 verläuft, auf das untere Stück 30 aufgenäht werden. Um den Verlauf der Kante 32 abzufühlen, soll das Nähgut optisch entlang einer Kreislinie 33 abgetastet werden, die den Einstichpunkt der Nähnadel 11 konzentrisch umgibt. Hierzu dient der Ringsensor 20.

Wie in den Fig. 2 und 4 zu erkennen, bildet der Ringsensor 20 einen doppelwandigen Tubus, der ein Innenrohr 21 und ein Außenrohr 22 aufweist, die zwischen sich einen allgemein zylindrischen ringförmigen Hohlraum 23 definieren. Die beiden Rohre 21 und 22 können jeweils, wie in der Fig. 2 dargestellt, aus mehreren Stücken zusammengesetzt sein. Am oberen Ende des Tubus ist ein Ringflansch 24 angeordnet, der Ausnehmungen 24a zur Aufnahme der Klauen 24b (Fig. 1) einer Bajonettverbindung aufweist. Der Tubus bildet im Zentrum einen lichten Raum, der so breit ist, daß der Tubus von unten über den Nähfuß 13 geschoben werden kann, um ihn mittels der Bajonettverbindung am Kopf des Maschinenarms 10 zu befestigen.

Im unteren Abschnitt des Ringraums 23 zwischen dem Innenrohr 21 und dem Außenrohr 22 befindet sich eine die Vertikalachse N der Nadel 11 konzentrisch umgebende ringförmige Anordnung von Gradientenlinsen 25, die jeweils aus einem stabförmigen Lichtleiterstück mit von innen nach außen variierendem Brechungsindex bestehen, wie weiter oben beschrieben. Die Gradientenlinsen 25 bilden zwei einander berührende konzentrische Ringe 25a, 25b, wobei die Winkelpositionen der Linsen des äußeren Rings 25a zwischen den Winkelpositionen der Linsen des inneren Rings 25b liegen. Auf diese Weise überlappen sich die von den beiden Linsenringen gebildeten konzentrischen Ringzonen, so daß in der Querschnittsebene eine Kreislinie 25c existiert, die von beiden Linsenringen 25a, 25b abgedeckt wird. Diese Kreislinie 25c deckt sich mit der vorstehend genannten Kreislinie 33.

Die Gradientenlinsen 25 sind so bemessen, daß, wenn der Ringsensor 20 am Kopf des Maschinenarms 10 aufgesetzt ist, jede Linse 25 einen Bereich der Nähgutebene A in eine gemeinsame Bildebene B abbildet, und zwar als aufrechtes Bild im Maßstab 1:1. Somit werden die Punkte der Kreislinie 33, die in der Objektebene A in vertikaler Projektion genau mitten zwischen den beiden Linsenringen 25a, 25b verläuft, durch jeden Linsenring 25a, 25b auf ein und dieselbe Kreislinie 33a der Bildebene B abgebildet, wobei diese Kreislinie ebenfalls in vertikaler Projektion mitten zwischen den beiden Linsenringen 25a, 25b liegt. Am Ort dieser Kreislinie 33a befinden sich, nebeneinander im Kreis aufgereiht, die Lichteintrittsenden einer Vielzahl von Lichtleitfasern 26. Die Enden der Fasern 26 werden in eng beabstandeten Bohrungen gehalten, die sich in einem Ringflansch 27 zwischen dem Innenrohr 21 und dem Außenrohr 22 befinden. Alternativ können statt dieses Ringflansches 27 auch zwei Ringe vorgesehen sein, deren einer am Innenrohr 21 und deren anderer am Außenrohr 22 befestigt ist und die zwischen sich einen schmalen Ringspalt am Ort der Kreislinie 33a der Bildebene B definieren, in welchem die Enden der Lichtleitfasern 26 unmittelbar nebeneinander gehalten werden können. Die Lichtleitfasern 26 sind am Ort einer Durchführung 28, die sich in der Wandung eines erweiterten oberen Abschnitts des Außenrohres 22 befindet, zusammengefaßt und von dort als Kabel 29 zu einer Zeilenkamera 40 geführt, die am Maschinenarm 10 befestigt ist, wie es die Fig. 1 schematisch zeigt.

Die Zeilenkamera 40 enthält eine zeilenförmige Anordnung einzelner lichtfühlender Elemente, z. B. eine CCD-Zeile, die in bekannter Weise zyklisch ausgelesen werden kann, um als Ausgangssignal jeweils eine Folge elektrischer Impulse zu erhalten, die repräsentativ für das von den einzelnen Lichtfühlelementen der Zeilenkamera empfangene Licht sind. Im vorliegenden Fall ist jedes dieser Lichtfühlelemente mit dem Lichtaustrittsende eines jeweils zugeordneten Exemplars der Lichtleitfasern 26 optisch gekoppelt, z. B. durch ein sogenanntes Faserfenster ohne Zwischenschaltung eines Linsensystems, so daß die aufeinanderfolgenden Ausgangsimpulse der Zeilenkamera 40 ein Bildsignal darstellen, das die Helligkeitsverteilung der von den Gradientenlinsen 25 abgebildeten Kreislinie 33 als Funktion der Winkelposition wiedergibt. Die Auslesung wird so organisiert, daß aufeinanderfolgende Impulse eines jeden Auslesezyklus die Helligkeitswerte der abgebildeten Kreislinie in einer Reihenfolge wiedergeben, die fortschreitenden Winkelpositionen entspricht. Dies läßt sich erreichen, indem man die Lichtleitfasern 26 so ordnet, daß ihre Reihenfolge an den Lichtfühlelementen der Zeilenkamera genau ihrer Reihenfolge entlang der abgebildeten Kreislinie 33 im Ringsensor 20 entspricht. Man kann die Lichtleitfasern 26 aber auch in beliebiger ungeordneter Reihenfolge mit den Lichtfühlelementen der Zeilenkamera koppeln und die richtige Reihenfolge der Impulse im Bildsignal durch ein einem Dekodiervorgang vergleichbares elektronisches Umordnen bei oder nach der Auslesung herstellen.

Die vorstehend beschriebene geordnete Abtastung der Lichtleitfasern 26 mittels der Zeilenkamera 40 ergibt im Verlauf eines jeden Auslesezyklus ein Bildsignal, das die von der Apertur der Gradientenlinsen 25 gesehene Helligkeit aufeinanderfolgender Punkte entlang der Kreislinie 33 der Nähgutebene darstellt. Trifft diese Abtastung auf eine optisch erkennbare Nähgutkante, dann ändert sich das Bildsignal sprunghaft. Aus dem Zeitpunkt dieser sprunghaften Änderung innerhalb des jeweiligen Abtastzyklus kann auf die Winkelposition desjenigen Ortes geschlossen werden, wo die Nähgutkante die Kreislinie 33 kreuzt. Hieraus und aus dem bekannten Radius der Kreislinie 33 können die Koordinaten dieses Punktes berechnet werden. Durch Vergleich dieser Koordinaten mit Sollkoordinaten, die für das kantenparallele Nähen vorgegeben sind, kann ein Steuersignal abgeleitet werden, welches die Nähgutbewegung so beeinflußt, daß die Naht 34 stets in gleichbleibendem Abstand von der Nähgutkante 32 bleibt.

Damit die Nähgutkante 32 für das optische System des Ringsensors 20 gut unterscheidbar ist, wird die Nähgutebene im Erfassungsbereich des Ringsensors 20 unter einem derart großen Einfallswinkel angestrahlt (z. B. 70° bis 80° gegenüber der Vertikalen), daß das von der Nähgutoberfläche nach dem Reflexionsgesetz reflektierte Licht nicht in die wirksame Apertur des mit den Gradientenlinsen 25 gebildeten Abbildungssystems des Ringsensors 20 fällt. Dies ist durch den strichpunktiert gezeichneten Strahlengang in der Fig. 2 veranschaulicht. Das Abbildungssystem kann daher nur gestreutes Licht von der Nähgutoberfläche empfangen. Da das einfallende Licht an einer Kante des Nähgutes besonders stark gestreut wird (in jedem Fall mehr als an anderen Oberflächenbereichen, wie in der Fig. 2 durch die Pfeile symbolisiert), erscheint die Nähgutkante 32 in der Abbildungsebene B heller als die anderen Teile des Nähgutes, so daß sich beim Abtasten der Kante eine besonders ausgeprägte und gut detektierbare Signaländerung ergibt. Es hat sich gezeigt, daß auf diese Weise sogar Kanten an sehr glatten und sehr hellen Nähgutstücken erfaßt werden können, z. B. an weißen Lederteilen mit glänzenden Oberflächen.

Die Beleuchtungseinrichtung kann z. B. eine ringförmige Leuchtstoffröhre sein, die den unteren Bereich des Ringsensors konzentrisch umgibt. Vorzugsweise wird jedoch eine Beleuchtungsvorrichtung 58 mit einer ringförmigen Anordnung einzelner Lichtquellen verwendet, wie in den Fig. 2 und 4 gezeigt. Im dargestellten Fall ist am Ringsensor 20 nahe dem unteren Ende ein ringförmiger Halter 50 mit einem Ringflansch 51 befestigt, der mit einer Vielzahl umfänglich verteilter Bohrungen 52 versehen ist, deren Achsen auf umfänglich verteilte Punkte der Kreislinie 33 der Nähgutebene A zielen. In diesen Bohrungen 52 sitzen die Enden einzelner Lichtleiterbündel 53, die an einer Durchführung 54 in einer Abdeckplatte 55 an der Rückseite des Ringflansches 51 zu einem Kabel 56 zusammengefaßt sind, das zu einer gemeinsamen Beleuchtungsquelle 57 führt, die am Maschinenarm 10 befestigt ist. Die einzelnen Lichtleiterbündel 53 bestrahlen jeweils benachbarte und einander überlappende Bereiche der Kreislinie 33, wie es mit den strichpunktierten Linien in der Fig. 4 angedeutet ist. Der Abstrahlwinkel und damit die Überlappungsbreite der Strahlungskegel der Lichtleiterbündel 53 wird durch an ihrem Abstrahlende angeordnete Fresnellinsen 59 noch weiter vergrößert. Diese Überlappung ist vorzugsweise so groß, daß am Ort der Kreislinie 33 jeder Strahlungskegel mindestens die Hälfte der jeweils benachbarten Strahlungskegel überlappt. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß eine Nähgutkante 32 auch dann noch seitlich angestrahlt wird, wenn sie genau radial zur Kreislinie 33 verläuft. Dies erhöht den gewünschten Streulichteffekt der Kante 32.

Mit der beschriebenen Anordnung wird ein empfindlicher Ringsensor 20 geschaffen, der eine den Einstichort der Nähnadel 11 konzentrisch umgebende Kreislinie 33 der Nähgutoberfläche zur Kantendetektion mit hoher Auflösung optisch abtasten kann. Die Auflösung ist umso höher, je mehr Lichtleitfasern 26 entlang der abgebildeten Kreislinie 33a eingesetzt werden. Die Anzahl der Gradientenlinsen 25 kann demgegenüber viel geringer sein. Bei einer praktischen Ausführungsform wurden 128 Gradientenlinsen in zwei ringförmigen Reihen von jeweils 64 Stück im Kreis mit einem Durchmesser von 18 mm angeordnet. In der Abbildungsebene B wurden 256 Lichtleitfasern 26 vorgesehen. Dies gibt für einen Abtastkreis von 18 mm Durchmesser eine optische Auflösung von ungefähr 0,2 mm.

Neben den beschriebenen Ausführungsformen sind natürlich auch andere Ausgestaltungen oder Abwandlungen möglich. So kann, wie bereits oben erwähnt, statt einer zweireihigen Ringanordnung von Gradientenlinsen auch ein einreihiger Ring verwendet werden, und die Linsen können so bemessen werden, daß die Abbildungsebene auf die Endflächen der Linsen fällt, so daß die Linsen direkt mit den bildübertragenen Lichtleitfasern zusammenstoßen können, was den mechanischen Aufbau des Ringsensors vereinfacht. Um das von der Nähgutoberfläche reflektierte Licht von der wirksamen Apertur des Linsensystems abzuhalten, kann auch für eine zusätzliche Abschattung gesorgt werden, z. B. dadurch, daß man die unteren Enden des Innenrohres 21 und des Außenrohres 22 des Ringsensors 20 etwas über die unteren Enden der Gradientenlinsen 25 verlängert.

Wie bereits weiter oben erwähnt, kann das ringförmige Abbildungssystem auch mit Hilfe einer oder mehrerer hintereinandergeschalteter sphärischer Linsen realisiert werden, die in der Mitte, entlang ihrer optischen Achsen, durchbohrt sind, um den Durchtritt des Nähfußes 13 zu gestatten. Eine entsprechende Ausführungsform der Sensorvorrichtung ist in der Fig. 6 gezeigt, worin Teile, die einzelnen Bestandteilen der Anordnung nach Fig. 2 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen versehen sind.

Statt der ringförmigen Anordnung von Gradientenlinsen enthält der Ringsensor 120 nach Fig. 6 ein einziges "zentrales" Linsensystem aus zwei hintereinandergeschalteten sphärischen Linsen 125, 125a, die durch Distanzringe 126, 127, 128 innerhalb eines Außenrohrs 122 im Abstand gehalten werden. Das Außenrohr 122 hat hierbei einen größeren Durchmesser als das Außenrohr 22 nach Fig. 2. Die Linsen 125, 125a sind so dimensioniert und angeordnet, daß sie die Kreislinie 33 der Nähgutebene A auf die Kreislinie 33a der Bildebene B abbilden, vorzugsweise als aufrechtes Bild im Maßstab 1:1. Die Abbildungseigenschaften einer sphärischen Linse ändern sich nicht, wenn in der optischen Achse ein Loch eingebohrt wird. Bei einer sphärischen Linse tragen alle Oberflächenpunkte zur Abbildung bei, wobei allerdings die Verzerrungen weit ab von der optischen Achse zunehmen. Die Linsen können aber, wenn man solche Fehler nicht in Kauf nehmen will, vom Fachmann so gerechnet werden, daß diese Verzerrungen durch eine von der sphärischen Form abweichende Linsenkrümmung oder durch Hintereinanderschaltung mehrerer Linsen unterschiedlicher Brennweite kompensiert werden. Der Ringsensor 120 wird in diesem Fall genauso wirken wie der mit den Gradientenlinsen 25 arbeitende Ringsensor 20 nach Fig. 2, er kann sogar den Vorteil haben, daß die wirksame Apertur bzw. die lichtaufnehmende Fläche insgesamt und damit auch die Empfindlichkeit des Systems wesentlich größer im Vergleich zu der doch recht kleinen Öffnung aller Gradientenlinsen sein wird. Auch läßt sich die Bauhöhe verringern, insbesondere wenn man darauf verzichtet, ein aufrechtes Bild zu erzeugen, sondern die Kreislinie 33 der Nähgutebene "auf dem Kopf stehend" abbildet, wodurch sich das Linsensystem verkürzt. Eine auf dem Kopf stehende Abbildung ist bei Verwendung eines "zentralen" Linsensystems nicht kritisch, anders als bei der facettenähnlichen Abbildung mittels mehrerer paralleler Linsen gemäß der Fig. 2, sie erfordert lediglich eine 180°-Phasenverschiebung der Auslesezyklen.

Um den Ringsensor 20 bzw. 120 mit der Beleuchtungsvorrichtung 58 vom Kopf des Maschinenarms 10 abnehmen zu können, etwa zum Nadelwechsel oder zum Neueinfädeln, ist der Maschinenarm 10 vorzugsweise um ein Gelenk 15 schwenkbar gelagert, so daß er hochgeklappt werden kann.

Claims (20)

1. Sensorvorrichtung für eine Nähmaschine zum Abtasten einer den Nähfuß umgebenden kreisringförmigen Abtastzone der Nähgutebene mittels eines optischen Abbildungssystems, dessen Objektiv von oben auf die Nähgutebene gerichtet ist, um einen linienförmigen Bereich dieser Ebene auf eine zyklisch auslesbare fotoelektrische Sensorzeile abzubilden, insbesondere zur Lokalisierung des Ortes einer Nähgutkante, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv (25; 125, 125a) des Abbildungssystems (20, 26; 120, 26) die Vertikalachse (N) der Nadel (11) umringt und so angeordnet ist, daß es in einer Abbildungsebene (B) ein virtuelles Bild der gesamten kreisringförmigen Abtastzone der Nähgutebene (A) erzeugt, und daß eine Vielzahl von bildübertragenden Lichtleitfasern (26) vorgesehen ist, deren Lichteintrittsenden diejenigen Punkte des virtuellen Bildes belegen, die das Bild (33a) einer konzentrischen Kreislinie (33) innerhalb der Abtastzone der Nähgutebene (A) darstellen, und deren Austrittsenden in individueller Zuordnung optisch mit den aufeinanderfolgend auszulesenden Elementen der Sensorzeile (40) gekoppelt sind.

2. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv des Abbildungssystems (20, 26) aus einer Vielzahl von Gradientenlinsen (25) besteht, die kreisförmig um die Vertikalachse (N) der Nadelführung derart angeordnet sind, daß sie gemeinsam in einer Abbildungsebene (B) ein virtuelles Gesamtbild der kreisringförmigen Abtastzone der Nähgutebene (A) erzeugen.

3. Sensorvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der bildübertragenden Lichtleitfasern (26) größer ist als die Anzahl der Gradientenlinsen (25).

4. Sensorvorrichtung nach Anspruch 2 und/oder 3, gekennzeichnet durch eine derartige Bemessung der Gradientenlinsen (25), daß jede von ihnen den von ihr gesehenen Bereich der Abtastzone als aufrechtes Bild in der Abbildungsebene (B) abbildet.

5. Sensorvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Achsen der Gradientenlinsen (25) im wesentlichen parallel zur Nadelachse (N) und senkrecht zur Nähgutebene (A) verlaufen, um das Bild (33a) der Kreislinie (33) in eine Abbildungsebene (B) zu projizieren, die oberhalb des Nähfußes (13) parallel zur Nähgutebene (A) liegt.

6. Sensorvorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine derartige Bemessung der Gradientenlinsen (25), daß die Abbildungsebene (B) an den Endflächen der Gradientenlinsen (25) liegt.

7. Sensorvorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine derartige Bemessung der Gradientenlinsen (25), daß die Abbildungsebene (B) im Abstand oberhalb der Gradientenlinsen (25) liegt.

8. Sensorvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der Gradientenlinsen (25) einen einlagigen Ring bildet, worin die einzelnen Gradientenlinsen (25) unmittelbar aneinanderliegend angeordnet sind, und daß die Lichtleitfasern (26) in der Abbildungsebene die Punkte eines Kreises belegen, die durch die optischen Achsen der Gradientenlinsen (25) läuft.

9. Sensorvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der Gradientenlinsen (25) auf zwei konzentrische Ringe (25a, 25b) aufgeteilt ist, die einander berührend ineinanderliegen, wobei die optischen Achsen der Gradientenlinsen (25) des äußeren Rings (25a) an Winkelpositionen liegen, die sich zwischen den Winkelpositionen der optischen Achsen der Gradientenlinsen (25) des inneren Rings (25b) befinden; daß die Gradientenlinsen (25) so bemessen sind, daß jede von ihnen den von ihr gesehenen Bereich der Abtastzone der Nähgutebene (A) als aufrechtes Bild im Maßstab 1:1 in der besagten gemeinsamen Abbildungsebene (B) abbildet, und daß die Lichteintrittsenden der bildübertragenden Lichtleitfasern (26) in der Abbildungsebene (B) die Punkte eines Kreises (33a) belegen, der von den optischen Achsen des inneren Rings (25b) der Gradientenlinsen (25) und den optischen Achsen des äußeren Rings (25a) der Gradientenlinsen (25) gleich weit entfernt ist.

10. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv des Abbildungssystems (120, 26) aus einer oder mehreren hintereinandergeschalteten sphärischen Linsen (125, 125a) besteht, deren optische Achsen konzentrisch mit dem von den Lichtaustrittsenden der bildübertragenden Lichtleitfasern (26) belegten Kreis (33a) sind und die eine mit ihren optischen Achsen konzentrische Mittelbohrung zum Durchtritt des Nähfußes (13) aufweisen.

11. Sensorvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei sphärische Linsen (125, 125a) zur Erzeugung eines aufrechten Bildes der Nähgutebene (A) in der Abbildungsebene (B) hintereinandergeschaltet sind.

12. Sensorvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Beleuchtungseinrichtung (58), welche die Nähgutebene (A) schräg von oben unter einem derartigen Einfallswinkel bestrahlt, daß Licht, welches in der Nähgutebene (A) nach dem Reflexionsgesetz reflektiert wird, an der wirksamen Apertur des Abbildungssystems (20, 26; 120, 26) vorbeifällt.

13. Sensorvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung eine Leuchtstoffröhre ist, die im Abstand oberhalb der Nähgutebene und konzentrisch mit der Abtastzone dieser Ebene angeordnet ist und einen größeren Durchmesser als die Abtastzone hat.

14. Sensorvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung (58) mehrere Lichtquellen (53) enthält, die in einem Kreis, der konzentrisch mit der Abtastzone ist und größeren Durchmesser als diese Zone hat, oberhalb der Nähgutebene (A) angeordnet sind und benachbarte Bereiche der Abtastzone überlappend bestrahlen.

15. Sensorvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Lichtquellen durch das Austrittsende einer Lichtleitfaser oder eines Bündels solcher Fasern (53) gebildet ist, deren Eintrittsenden Lichtenergie aus einer gemeinsamen Beleuchtungsquelle (57) empfangen.

16. Sensorvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß an den Austrittsenden der Lichtleitfaserbündel (53) Fresnellinsen (59) zur Vergrößerung des jeweiligen Lichtabstrahlwinkels angeordnet sind.

17. Sensorvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv (25; 125, 125a) des Abbildungssystems und die eintrittsseitigen Endabschnitte der bildübertragenden Lichtleitfasern (26) in einem Tubus (21, 22; 21, 122) gehalten sind, der von unten her über den Nähfuß (13) auf den Arm (10) der Nähmaschine schiebbar ist, und daß eine Vorrichtung (24a, 24b) zur lösbaren Befestigung des Tubus am Maschinenarm (10) vorgesehen ist.

18. Sensorvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsvorrichtung aus den Eingriffsteilen (24a, 24b) einer Bajonettverbindung besteht.

19. Sensorvorrichtung nach Anspruch 17 und/oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß am untere Ende des Tubus (21, 22; 21, 122) ein Halter (51) für eine Beleuchtungsvorrichtung (58) nach einem der Ansprüche 8 bis 11 befestigt ist.

20. Sensorvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Maschinenarm (10) und dem Maschinenrahmen eine Gelenkverbindung (15) vorgesehen ist, die ein Hochschwenken des Maschinenarms zum Aufsetzen und Abnehmen des Tubus (21, 22; 21, 122) erlaubt.