DE4102840C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Nähten an dreidimensionalen aus Nähgut gebildeten Gegenständen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Vorrichtungen dieser Art werden benutzt für die Herstellung von Bekleidung, von Polstern für Sitzmöbel und Automobile sowie für die Schuhherstellung. Das hierfür infrage kommende Nähgut kann textiles Gewebe, Leder, Kunststoff oder ähnliches sein.

Üblicherweise werden dreidimensionale Gegenstände wie Hüllen aus Nähgut bzw. Stoff dadurch hergestellt, daß vorgefertigte zweidimensionale Zuschnitte flach aufeinanderliegend mit einer Nähmaschine vernäht werden. Dabei werden die beiden Zuschnitte in einem genau festgelegten Abstand von den Schnittkanten miteinander vernäht. Die Zuschnitte sind zuvor mit Markierungen versehen worden, die beim Nähen miteinander zur Deckung kommen müssen, wobei es auch erforderlich ist, die Zuschnitte während des Nähens relativ zueinander zu verschieben. Das Zusammenfügen der Zuschnitte mit einer Nähmaschine ist sehr zeitaufwendig und erfordert ein hohes Maß an Routine der Bedienungsperson, die die Zuschnitte führen und die Nähmaschine bedienen muß. Die Leistungsmöglichkeiten der Nähmaschine werden durch die relativ langsame manuelle Kontrolle nicht ausgenutzt. Auch bei Verwendung von Führungsplatten zur Aufnahme der Nähgutstücke, die über ein Rollen aufweisendes Führungssystem die Nahtbildung in den Nähgutstücken sicherstellen sollen (vgl. die DE 39 09 059 A1), ist das angesprochene Leistungsvermögen der zugehörigen Nähmaschine nicht voll ausnutzbar, da das Führungssystem äußerst kompliziert ausgbildete Führungskolben erfordert, die nur ein Nähen mit sehr geringer Nähgeschwindigkeit gestatten, zumal auch ein motorischer Antrieb der Führungsplatten mit den Nähgutstücken nicht vorgesehen ist.

Aus DE 33 38 405 A1 ist eine Vorrichtung zum Herstellen dreidimensionaler mit Nähten versehener Artikel be­ kannt, bei der an einem Manipulator in Form eines Roboterarmes eine Nähmaschine befestigt ist. Diese Näh­ maschine wird von dem Manipulator so bewegt, daß sie entlang der vorgesehenen Nahtlinie der beiden zu ver­ nähenden Zuschnitte geführt wird. Eine Unterfadenspule greift unter die zu vernähenden Zuschnitte und ein Niederhalter drückt gegen den oberen Zuschnitt. Der untere Zuschnitt wird von einem Borstenbett gestützt, durch das sich die Unterfadenspule hindurchbewegt.

Eine ähnliche Nähvorrichtung ist aus EP 03 44 400 A1 bekannt. Auch hier ist an dem Manipulatorarm eines Roboters eine Nähmaschine befestigt, deren Einzelheiten jedoch nicht beschrieben sind.

Bei den bekannten Vorrichtungen, bei denen eine Näh­ maschine von einem Manipulator in einem dreidimen­ sionalen System bewegt wird, besteht eine Schwierigkeit darin, eine saubere und verzugsfreie Naht zu erhalten und den Nähvorgang gleichwohl mit hoher Arbeitsge­ schwindigkeit durchzuführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung zur Herstellung von Nähten an dreidimensionalen Gegenständen zu schaffen, die bei hoher Nähgeschwindigkeit die Erzeugung von einwandfreien und verzugsfreien Nähten ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Zweckmäßige und weiterhin vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes des Anspruchs 1 sind in den Unteransprüchen (Ansprüche 2 bis 9) angegeben.

Insbesondere hat eine kontinuierliche Bewegung des Manipulatorarms nach Anspruch 2 den Vorteil, daß die Massen, die intermittierend in Abhängigkeit von den Stichbewegungen der Nadel zu bewegen sind, relativ klein gehalten werden können und daß keine gegenseitige Abstimmung zwischen den Manipu­ latorbewegungen und den Stichbewegungen der Nadel erforderlich ist.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeich­ nungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Haltevorrichtung mit daran fixierten, miteinander zu vernähenden Zuschnitten,

Fig. 2 eine Darstellung der Haltevorrichtung zusammen mit dem Manipulator und der darin befestigten Nähmaschine,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III von Fig. 2,

Fig. 4 eine Stirnansicht der Nähmaschine,

Fig. 5 ein Diagramm der zeitlichen Zuordnung der Bewe­ gungen des Nähkopfes zu den Stichbewegungen der Nadel und

Fig. 6 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungs­ form, bei der der Nähkopf relativ zur Näh­ maschine linear bewegbar ist.

In Fig. 1 ist eine Haltevorrichtung 10 dargestellt, die einzelne Zuschnitte trägt, welche zur Bildung eines dreidimensionalen Hohlgebildes aus Flächenmaterial gegeneinandergesetzt werden. Das herzustellende Werk­ stück, dessen Zuschnitte an der Haltevorrichtung 10 befestigt werden, besteht im vorliegenden Fall aus der Hülle für eine Armlehne eines Kraftfahrzeugs.

Die Haltevorrichtung 10 weist einen Grundkörper 11 auf, um den ein Zuschnitt 12 in Form eines bandförmigen Streifens herumgelegt wird. Dieser Zuschnitt 12 wird durch Halteplatten 13, die von außen gegen den Zu­ schnitt gedrückt werden, am Grundkörper 11 fixiert. Der Zuschnitt 12 umschließt den Grundkörper 11. Die Seite des von dem Zuschnitt 12 gebildeten Ringes soll durch einen Zuschnitt 14 in Form eines anzunähenden Seiten­ teiles verschlossen werden. Der Zuschnitt 14 wird gegen die Seitenfläche des Grundkörpers 11 gesetzt und dort von einer Halteplatte 15, die gegen den Grundkörper gedrückt wird, festgehalten. Das Festhalten der Halte­ platten 13 und 15 am Grundkörper 11 kann beispielsweise mit Magneten oder durch Saugwirkung erfolgen.

Die Zuschnitte 12 und 14 sind so groß, daß sie sich in den umlaufenden Rändern überlappen und dort Rand­ streifen 16 bilden (s. auch Fig. 3). An der Wurzel dieser Randstreifen 16 wird die Naht 17 erzeugt.

Fig. 2 zeigt die Haltevorrichtung 10, die an einem (nicht dargestellten) Halter ortsfest angebracht ist, und eine Nähmaschine 18, die an einem Manipulatorarm 19 angebracht ist. Der Manipulatorarm 19 ist Bestandteil des Manipulators 20, bei dem es sich hier um einen Industrieroboter mit einer Vielzahl von Bewegungsachsen handelt, beispielsweise mit sechs oder acht Bewegungs­ achsen. Der Manipulator 20 ist numerisch derart ge­ steuert, daß der Toolcenterpoint, also der Wirkungs­ punkt eines an dem Manipulatorarm 19 fest angebrachten Werkzeugs, entlang einer vorbestimmten Bewegungsbahn bewegt werden kann. Die Programmierung des Manipulators 20 kann in der Weise erfolgen, daß der Manipulatorarm 19 mit dem daran befestigen Werkzeug entlang der vorge­ sehenen Bearbeitungslinie manuell in einer Lernphase geführt wird. Die hierbei aufgenommenen Bahnwerte werden gespeichert und anschließend wird der Manipula­ tor 20 so gesteuert, daß der Manipulatorarm 19 die­ selben Bewegungen gesteuert ausführt, die in der Lern­ phase durchgeführt worden sind. Das am Manipulatorarm befestigte Werkzeug besteht im vorliegenden Fall aus der Nähmaschine 18.

Am Manipulatorarm 19 ist eine lineare Führung 21 befestigt, längs der ein Schlitten 22, welcher die Nähmaschine 18 trägt, bewegt werden kann. Die Führung 21 ist quer zur Nadel der Nähmaschine 18 ausgerichtet und sie verläuft parallel zu der zu erzeugenden Naht­ linie 17. Der Schlitten 22 wird von einem (nicht darge­ stellten) Antrieb angetrieben. Dieser Antrieb kann der Antriebsmotor 23 der Nähmaschine sein, wobei die Schlittenbewegung durch eine von diesem Antriebsmotor 23 bewegte Nockenscheibe erfolgen kann.

Gemäß Fig. 3 treibt der Antriebsmotor 23 der Näh­ maschine 18 über einen Riementrieb 24 eine Antriebs­ welle 25, die in bekannter Weise die Komponenten der Nähmaschine antreibt. Die Nähmaschine weist einen Nähkopf 26 auf, der hier in fester Zuordnung zum Näh­ maschinengehäuse 18a angeordnet ist. Zum Nähkopf 26 gehören der Nadelhebel 27, der an einer hin- und hergehend gedrehten Welle 28 angebracht ist und die bogenförmige Nadel 29 trägt, eine Stichplatte 30, die ein Widerlager für den doppellagigen Randstreifen 16 bildet und eine Aussparung für den Durchtritt der Nadel 29 aufweist, einen der Stichplatte 30 gegenüberliegen­ den Niederhalter 31 und einen Schlingenfänger 32, der hinter der Stichplatte 30 angeordnet ist und den Unter­ fadenvorrat enthält. Die Nadel 29 ist um die Achse der Welle 28 herum gebogen.

Der Randstreifen 16 ist während des Stichs der Nadel 29 zwischen der Stichplatte 30 und dem Niederhalter 31 fest eingespannt. Wenn die Nadel aus dem Randstreifen 16 herausgezogen ist, gehen die Stichplatte 30 und der Niederhalter 31 auseinander, um den Randstreifen frei­ zugeben. Die Öffnungs- und Schließbewegung des Nieder­ halters 31 wird durch den Nadelhebel 27 gesteuert, der bei aus dem Stoff herausgezogener Nadel einen Anschlag 33 des Niederhalters 31 mitnimmt, so daß der Nieder­ halter gegen die Wirkung der Feder 34, die ihn in Rich­ tung auf die Stichplatte 30 zieht, vom Randstreifen 16 abgehoben wird.

Auch die Stichplatte 30 wird bei herausgezogener Nadel vom Randstreifen entfernt. Dies geschieht dadurch, daß ein die Stichplatte 30 tragender Arm 35 durch eine mit der Nadelhebelbewegung synchronisierte Nockensteuerung 36 bewegt wird.

An der Stichplatte 30 bzw. am Niederhalter 31 ist ein Sensor 37 vorgesehen, der das Vorhandensein des Rand­ streifens 16 erkennt und die Nähmaschine außer Betrieb setzt, wenn ein Randstreifen nicht erkannt wird. Dieser Sensor kann beispielsweise eine Lichtschranke sein, bei der der Lichtsender an der Stichplatte 30 und der Empfänger am Niederhalter 31 angebracht ist.

Gemäß Fig. 4 verläuft der von einer (nicht dargestell­ ten) Garnspule kommende Faden 38 über eine Rolle 39, die von einem Schrittmotor angetrieben wird, und weiter über einen Umlenkstift 40 zu dem im Rhythmus der Nadel­ bewegung auf- und abbewegbaren Fadengeber 41. Von dort führt der Faden 38 zu einer am Nadelhebel 27 vorge­ sehenen Fadenbremse 42 und weiter zu dem in der Nähe der Spitze der Nadel 29 vorgesehenen Nadelloch. Der die Rolle 39 treibende Schrittmotor wird in jedem Zyklus nach Beendigung der Aufwärtsbewegung des Fadengebers 41 in Funktion gesetzt, um diejenige Fadenmenge bereitzu­ stellen, die der vorgegebenen Stichlänge entspricht. Eine Andrückrolle drückt den Faden fest gegen die von dem Schrittmotor angetriebene Rolle 39, derart, daß der Faden von der Rolle 39 schlupffrei angetrieben wird. Wenn die Rolle 39 stillsteht, wird sie von dem Schritt­ motor festgehalten, so daß kein Nachziehen des Fadens von dem Fadenvorrat durch hinter der Rolle 39 wirkende Zugkräfte möglich ist.

Es sei angenommen, daß der Schlitten 22 sich in seiner in Bewegungsrichtung des Manipulatorarms 19 vorn liegenden Endstellung befindet. In dieser Position stellt die Einstichstelle der Nadel 29 in den Stoff den Toolcenterpoint des Manipulators dar. Der Manipulator­ arm 19 wird vom Manipulator 20 so bewegt, daß der Tool­ centerpoint sich entlang der vorgesehenen Nahtlinie bewegt.

Der Antriebsmotor 23 der Nähmaschine 18 ist in Ab­ hängigkeit von der Bewegung des Manipulatorarms derart gesteuert, daß die Stichlänge (der Weg von Einstich zu Einstich) unabhängig von der Vorschubgeschwindigkeit konstant bleibt. Hierzu wird die von den Weggebern des Manipulators abgeleitete Geschwindigkeitskomponente in Nahtrichtung mit der Geschwindigkeit des Nähmaschinen­ motors verglichen. Bevor die Spitze der Nadel 29 in den Randstreifen 16 eindringt, werden die Stichplatte 30 und der Niederhalter 31 gegeneinanderbewegt. Gleich­ zeitig wird der Schlitten 22 längs der Führung 21 ent­ gegen der von dem Manipulatorarm 19 ausgeführten Vor­ schubbewegung (längs der vorgesehenen Nahtlinie) bewegt, und zwar mit einer Geschwindigkeit, die der Vorschubgeschwindigkeit entspricht. Dadurch bleibt die Nähmaschine 18 während des Einstichs der Nadel 29 in den Stoff relativ zur Haltevorrichtung 10 bzw. zum Werkstück stillstehen, während der Manipulatorarm 19 kontinuierlich weiterbewegt wird. Voraussetzung ist, daß der Manipulatorarm 19 parallel zur vorgesehenen Nahtrichtung ausgerichtet ist. Wenn die Nadel 29 wieder aus dem Stoff herausgezogen ist, wird der Schlitten 22 längs der Führung 21 wieder in die vordere Endstellung bewegt, während der Manipulatorarm 19 seine kontinuier­ liche Vorschubbewegung fortsetzt.

Diese Bewegungsverhältnisse sind in Fig. 5 dargestellt. Hier ist in der oberen Darstellung der zeitliche Ver­ lauf der Stichbewegungen s der Nadel 29 dargestellt, wobei die Amplitude umso größer ist, je weiter die Nadelspitze aus ihrer Rückzugsposition durch die Stich­ platte 30 hindurch vorgeschoben worden ist. In der unteren Darstellung ist die absolute Geschwindigkeit v der Nähmaschine 18 dargestellt, wobei v_R die konstante Vorschubgeschwindigkeit des Manipulatorarms 19 ist.

Solange keine Stichbewegungen ausgeführt werden, befin­ det sich die Nähmaschine 18 in ihrer vorderen End­ stellung in bezug auf den Manipulatorarm 19 und sie bewegt sich mit der Vorschubgeschwindigkeit v_R. Bei einer Stichbewegung bewegt sich die Nähmaschine 18 längs der Führung 21 in Gegenrichtung zur Vorschub­ geschwindigkeit, so daß die Absolutgeschwindigkeit zu Null wird. Nach dem Herausziehen der Nadelspitze aus dem Stoff wird die Nähmaschine 18 längs der Führung 21 wieder in die vordere Endstellung bewegt, wobei sich diese Verschiebebewegung zur Vorschubgeschwindigkeit v_R des Manipulatorarms 19 überlagert. In der vorderen End­ stellung verbleibt der Schlitten 22 solange, bis der nächste Stich ausgeführt wird. Der Antrieb des Schlit­ tens 22 in bezug auf die Führung 21 erfolgt durch den Nähmaschinenantrieb und in Synchronisation mit den Na­ delbewegungen.

Der Nähkopf ist also relativ zu dem Manipulatorarm li­ near bewegbar geführt, und zwar derart, daß er dann, wenn die Nadel sich im Stoff befindet, mit etwa der­ selben Geschwindigkeit relativ zum Manipulatorarm ent­ lang der vorgesehenen Nahtlinie zurückbewegt wird und anschließend, wenn die Nadel aus dem Stoff herausge­ zogen wird, die verlorene Wegstrecke wieder aufholt. Der Manipulatorarm kann dann mit konstanter Ge­ schwindigkeit so bewegt werden, daß der Toolcenterpoint des Manipulators sich mit konstanter Geschwindigkeit entlang der Nahtlinie bewegt, wobei jedoch die Nähma­ schine abwechselnd gegenüber dem Toolcenterpoint zu­ rückfällt und dann den Wegverlust wieder aufholt. Hier­ bei ist an dem Manipulatorarm die Führung befestigt, die stets parallel zu der vorgesehenen Nahtlinie aus­ gerichtet wird und entlang der die gesamte Nähmaschine linear geführt ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 6 ist die Näh­ maschine 48 fest und starr mit dem (nicht dargestell­ ten) Manipulatorarm verbunden und die Komponenten des Nähkopfes 26 sind entgegen der vorgesehenen, durch den Pfeil 49 bezeichneten Nährichtung verschiebbar. Die Komponenten der Nähmaschine 48 sind, sofern sie den Komponenten der zuvor beschriebenen Nähmaschine 18 ent­ sprechen, mit denselben Bezugszeichen versehen. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich auf die Un­ terschiede der Nähmaschine 48 gegenüber der Nähmaschine 18.

Bei der Nähmaschine 48 ist der Nadelhebel 27 nicht starr mit der Welle 28 verbunden, sondern längs dieser Welle verschiebbar. In gleicher Weise ist auch der den Niederhalter 31 tragende Arm mit der Welle 28 drehfest verbunden, jedoch entlang dieser Welle verschiebbar.

Die Verschiebung des Nadelhebels 27 und des Nieder­ halters 31 erfolgt mit einer von einer Nockenscheibe gesteuerten Gabel 50, die in eine Ringnut einer auf der Welle 28 sitzenden Hülse 51 eingreift und synchron mit dem Nadelantrieb gesteuert ist. In ähnlicher Weise ist auch die Stichplatte 30 und der Schlingenfänger 32 in Richtung des Pfeiles 49 und in Gegenrichtung verschieb­ bar.

Die Nähmaschine ist also fest an dem Manipulatorarm angebracht und der Nähkopf oder dessen einzelne Kom­ ponenten werden entlang linearer Verschiebewege so be­ wegt, daß der Nähkopf bei den Stichbewegungen der Nadel relativ zum Werkstück stillsteht. Auch hierbei kann der Manipulatorarm mit konstanter Geschwindigkeit bewegt werden, während die hin- und hergehenden Ausgleichs­ bewegungen ausschließlich von dem Nähkopf relativ zur Nähmaschine durchgeführt werden.

Die Naht 17 wird an dem Werkstück in der Weise genäht, daß der doppellagige Randstreifen 16 von den Zuschnit­ ten nach außen absteht. Im Anschluß an die Herstellung der Naht wird das Werkstück gewendet, wobei die bei der Herstellung außenliegenden Flächen nach innen zu liegen kommen.

Bei einem anderen (nicht dargestellten) Ausführungs­ beispiel wird der Manipulatorarm in Koordination mit den Nadelbewegungen der Nähmaschine entlang der vor­ gesehenen Nahtlinie so bewegt, daß er bei den Ein­ stichbewegungen und Auszugsbewegungen der Nadel still­ steht und die Nähmaschine nur dann bewegt, wenn die Nadel aus dem Werkstück herausgezogen ist.

Eine weitere Möglichkeit sieht vor, daß die Haltevor­ richtung für den Stoff mit dem Manipulatorarm bewegt wird, während die Nähmaschine stationär ist, wobei die gesamte Nähmaschine oder nur die Teile ihres Nähkopfes zur Durchführung der Mitgehbewegung linear bewegt wer­ den.

Bei der Nähvorrichtung erfolgt der Vorschub zum Nähen der Naht ausschließlich durch den Manipulatorarm, wäh­ rend das Werkstück selbst stillsteht. Dabei muß die das Werkstück tragende Haltevorrichtung nicht unbedingt absolut feststehen, sondern die Haltevorrichtung kann auch so angebracht sein, daß sie beispielsweise gedreht werden kann. Wichtig ist, daß die Nähmaschine selbst keine Vorschubvorrichtung aufweist und daß der Stoff zwischen zwei Stichen nicht weitergeschoben wird.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Herstellung von Nähten an dreidimensionalen, aus Nähgut gebildeten Gegen­ ständen, mit einer Haltevorrichtung (10) zum Fest­ halten von miteinander zu vernähenden Zuschnitten (12, 14) und einem Manipulator (20), der mit einem Manipulatorarm (19) eine Relativbewegung zwischen einer Nähmaschine (18) und der Haltevorrichtung entlang der vorgesehenen Nahtlinie verursacht, dadurch gekennzeichnet, daß die Nähmaschine (18) einen Nähkopf (26) mit einer Stichplatte (30) als Gegenlager für den Stoff, einem den Stoff gegen die Stichplatte drückenden Niederhalter (31) und einer quer zum Stoff bewegbaren Nadel (29) aufweist und daß der Nähkopf (26) derart gesteuert ist, daß er während der Einstiche der Nadel (29) in den Stoff relativ zu der Haltevorrichtung (10) stillsteht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Manipulatorarm (19) derart gesteuert ist, daß sich der Nähkopf (26) bei fester Zuord­ nung zum Manipulatorarm mit einer Vorschubge­ schwindigkeit entlang der vorgesehenen Nahtlinie kontinuierlich bewegt und daß der Nähkopf (26) relativ zum Manipulatorarm (19) parallel zu der Vorschubrichtung derart angetrieben ist, daß er während der Einstiche entgegen der Vorschubrich­ tung und zwischen zwei Einstichen in Vorschub­ richtung bewegt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Nähkopf (26) an der Nähmaschine (18) in fester Position angeordnet ist und daß die gesamte Nähmaschine (18) an dem Manipulatorarm (19) parallel zur Vorschubrichtung bewegbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Nähmaschine (48) an dem Manipulator­ arm (19) in bezug auf das Nähmaschinengehäuse (18a) parallel zur Vorschubrichtung bewegbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stichplatte (30) und der Niederhalter (31) auseinanderbewegt werden, wenn die Nadel (29) aus dem Stoff herausbewegt ist, und zur Einspannung des Stoffs gegeneinanderbewegt werden, bevor die Nadel wieder in den Stoff ein­ dringt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß am Nähkopf (26) mindestens ein Sensor (37) zur Ermittlung der Anwesenheit von Stoff zwischen Niederhalter (31) und Stichplatte (30) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadel (29) an einem dreh­ fest mit einer Welle (28) verbundenen Nadelarm (27) angebracht und um die Welle (28) herum gekrümmt ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (23) der Nähmaschine (18) in Abhängigkeit von der Bewegung des Manipulatorarms (19) derart gesteuert ist, daß die Stichlänge unabhängig von der Vorschubge­ schwindigkeit konstant bleibt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nähmaschine einen Faden­ vorschub mit einem Schrittmotor aufweist, der für jeden Zyklus der Nadelbewegung eine Fadenmenge zur Verfügung stellt, welche einer eingestellten Stichlänge entspricht.