[0001] Die vorliegende Gebrauchsmusteranmeldung nimmt die Priorität der deutschen Gebrauchsmusteranmeldung
DE 20 2021 101 337.0 in Anspruch, deren Inhalt durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird.
[0002] Die Erfindung betrifft eine Nähmaschine. Ferner betrifft die Erfindung einen Nachrüst-Bausatz
für eine Nähmaschine.
[0004] Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Nähmaschine der eingangsgenannten
Art derart weiter zu bilden, dass eine Nähgut-Dickenerkennung verbessert ist.
[0005] Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst mit einer Nähmaschine mit den im Anspruch
1 angegebenen Merkmalen.
[0006] Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass ein Triangulationssensor die Möglichkeit schafft,
eine Nähgutdicke sehr genau zu erfassen. Dies kann für vielfältige Steuerungsaufgaben
für Nähmaschinenparameter sowie zur Ablaufsteuerung von Nähprozessen genutzt werden.
[0007] Eine Orientierung der Triangulationsebene zur Nährichtung nach Anspruch 2 ermöglicht
eine besonders kompakte Strahlführung des Messlichts, die von Nähmaschinenkomponenten
nicht obstruiert wird.
[0008] Abstandsverhältnisse nach Anspruch 3 führen zu einer ausreichend genauen Triangulationsmessung
und somit zu einer ausreichend genauen Abstandsbestimmung. Das Verhältnis A/B kann
höchstens 1/8, höchstens 1/10, höchstens 1/12, höchstens 1/15 und auch höchstens 1/20
betragen. Das Abstandsverhältnis A/B ist regelmäßig größer als 1/100.
[0009] Eine Ausgestaltung nach Anspruch 4 ermöglicht eine Anpassung einer Niederhaltefuß-Hubhöhe
an eine mit dem Dickensensor gemessene Nähgutdicke. Alternativ oder zusätzlich zur
Signalverbindung des Triangulationssensors mit dem Niederhaltefuß-Verlagerungsantrieb
kann der Triangulationssensor beispielsweise mit einem Nadelstangenantrieb und/oder
mit einem Fußhubantrieb für einen Transportfuß und/oder für einen Drückerfuß der Nähmaschine
in Signalverbindung stehen. Über die Signalverbindung mit dem Nadelstangenantrieb
kann eine automatische Peilstichfunktion realisiert werden, über den eine Nadelspitze
beispielsweise knapp über einer Nähgut-Materialoberfläche zum exakten Peilen einer
Einstichstelle positioniert wird. Eine Signalverbindung mit dem Fußhubantrieb kann
zur automatischen Vorgabe einer Fuß-Hubhöhe insbesondere bei einer Materialdickenänderung
im Nahtverlauf genutzt werden, beispielsweise zum angepassten "Klettern" des Transportfußes
und/oder des Drückerfußes. Hierüber ergibt sich auch bei wechselnden Nähgutdicken
ein vorteilhaft leiser Nähmaschinenbetrieb.
[0010] Eine Ausgestaltung nach Anspruch 5 ermöglicht eine Anpassung eines Nähguttransports
an die vom Dickensensor gemessene Nähgutdicke. Die Nähgut-Transporteinrichtung kann
einen Transportfuß aufweisen. Es kann sich hierbei um einen Obertransport und/oder
um einen Untertransport handeln. Die Nähgut-Transporteinrichtung kann alternativ oder
zusätzlich auch einen Nadeltransport aufweisen.
[0011] Eine Steuereinrichtung nach Anspruch 6 ermöglicht eine Verarbeitung von Sensordaten
und eine entsprechende Steuerung von Maschinen- und/oder Prozessparametern. Die Steuereinrichtung
kann auch eine Regelfunktion haben und gespeicherte Soll-Werte mit sensorisch gemessenen
Ist-Werten vergleichen und abhängig vom Vergleichsergebnis Steuersignale an Maschinenkomponenten
ausgeben.
[0012] Die Vorteile eines Nachrüst-Bausatzes nach Anspruch 7 entsprechen denen, die unter
Bezugnahme auf die Nähmaschine bereits erläutert wurden. Auch existierende Nähmaschinen
können mit einem entsprechenden Dickensensor nachgerüstet werden. Der Montagekörper
sorgt hierbei für eine Anpassung einer Ausrichtung des Triangulationssensors an Bauraum-
und Montagelagerandbedingungen des jeweiligen Maschinenmodells.
[0013] Ein justierbarer Montagekörper nach Anspruch 8 bietet diesbezüglich besondere Vorteile.
Der Montagekörper kann mindestens eine oder auch eine Mehrzahl von Justageschrauben
aufweisen, über die eine Justierung in eine entsprechende Zahl von Freiheitsgraden
ermöglicht wird.
[0014] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher
erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- eine perspektivische Ansicht einer Nähmaschine mit teilweise abgenommenen Gehäuseelementen
und schematisch dargestellter Steuereinrichtung;
- Fig. 2
- einen Ausschnitt, gesehen aus einer im Vergleich zu Fig. 1 ähnlichen Blickrichtung,
einer typgleichen Nähmaschine in einem Stichbildungsbereich; und
- Fig. 3
- eine perspektivische Unteransicht eines Dickensensors der Nähmaschine, der als Triangulationssensor
ausgeführt ist.
[0015] Eine Nähmaschine 1 hat eine Obertransportvorrichtung 2 und ein C-förmiges Gehäuse
3. Die Nähmaschine 1 hat eine Grundplatte 4 und einen oberen Arm 5. Zur Vervollständigung
der C-Form verbindet ein Ständer 6 die Grundplatte 4 mit dem Arm 5. Im Arm 5 ist eine
nicht sichtbare Armwelle gelagert und angetrieben. Von der Drehung der Armwelle sind
durch mechanische Kopplung abgeleitet eine Auf- und Abbewegung einer Nadelstange 8
mit einer Nähnadel 9 sowie eine Bewegung der Obertransportvorrichtung 2 mit einem
Transportfuß 10.
[0016] Fig. 1 zeigt die Obertransportvorrichtung 2 in einer Niederhaltestellung für einen
dicken zu nähenden Stoff 11, der auch als Nähgut bezeichnet ist.
[0017] Zum Niederhalten des Stoffs 11 in einem Stichbildungsbereich 12 dient ein Drückerfuß
13 der Nähmaschine 1. Der Drückerfuß 13 wird auch als Nähgut-Niederhaltefuß bezeichnet.
[0018] Die Obertransportvorrichtung 2 hat ein bewegliches Gestänge zur angetriebenen Verlagerung
des Drückerfußes 13 und des Transportfußes 10. Im Betrieb tragen der Drückerfuß 13
und der Transportfuß 10 durch ein wechselweises Anheben aus einer Niederhaltestellung
in eine angehobene Stellung zur Freigabe des Stoffs 11 zum Obertransport von diesem
bei. Die Position des Drückerfußes 13 und des Transportfußes 10 in der angehobenen
Stellung wird bei der Nähmaschine 1 eingestellt über ein motorisch angetriebenes Stellrad
14. Das Stellrad 14 steht über eine Signalleitung 15 mit einer zentralen Steuereinrichtung
16 der Nähmaschine 1 in Signalverbindung.
[0019] Dort, wo die Nähnadel 9 das Nähgut 11 durchdringt, definiert die Nähmaschine 1 den
Stichbildungsbereich 12. Längs einer Nährichtung bzw. Nähgut-Transportrichtung 17
gehören zum Stichbildungsbereich 12 noch zu einer Nähnadel-Durchstichachse benachbarte
Abschnitte, in denen eine Beeinflussung des Nähguts 11 durch den niederhaltenden Drückerfuß
13 einerseits und den niederhaltenden Transportfuß 10 andererseits erfolgt. Die Obertransporteinrichtung
2 stellt eine Nähgut-Transporteinrichtung zum Transport des Nähguts 11 längs der Nährichtung
17 dar.
[0020] Zur Erleichterung der Beschreibung von Lagebeziehungen wird nachfolgend ein kartesisches
xyz-Koordinatensystem verwendet. Die Nährichtung 17 verläuft längs der y-Richtung.
Die x-Richtung verläuft längs dem Arm 5 der Nähmaschine. Die z-Richtung verläuft nach
oben parallel zur Nadel 9.
[0021] Neben der Nadel 9 (vgl. Fig. 2) gehört zu den Stichbildungswerkzeugen zur Ausbildung
einer Naht in dem Nähgut 11 noch ein in der Zeichnung nicht dargestellter Greifer.
Letzterer ist unterhalb einer Stichplatte 18 angeordnet, die wiederum Teil einer Auflageplatte
19 für das Nähgut 11 auf der Grundplatte 4 ist.
[0022] Zum Erfassen einer Dicke des Nähguts 11 in einem Erfassungsbereich 20, der dem Stichbildungsbereich
12 in der Nährichtung 17 vorgeordnet ist, dient ein Dickensensor 21 der Nähmaschine
1 (vgl. auch Fig. 2 und 3). Ein Abstand zwischen dem Erfassungsbereich 20 und dem
Stichbildungsbereich 12 längs der Nährichtung y kann im Bereich zwischen 5 mm und
100 mm und insbesondere im Bereich zwischen 40 mm und 80 mm, beispielsweise im Bereich
zwischen 60 mm und 70 mm liegen.
[0023] Der Dickensensor 21 ist als Triangulationssensor mit einer Lichtquelle 22 für Messlicht
23 und einem Detektor 24 für das Messlicht 23 ausgeführt. Der Messlicht-Detektor 24
ist dabei so ausgeführt, dass er das vom Nähgut 11 im Erfassungsbereich 20 reflektierte
und/oder gestreute Messlicht 23' erfasst, wie schematisch in der Figur 1 verdeutlicht.
Gleichzeitig ist der Dickensensor 21 so gestaltet, dass ein direkter Einfall des Messlichts
23 in den Detektor 24, also ohne eine zwischenliegende Reflexion und/oder Streuung,
nicht möglich ist.
[0024] Bei der Lichtquelle 22 kann es sich um einen Laser handeln, insbesondere um einen
Halbleiter-Laser. Die Lichtfleckgröße auf dem Erfassungsbereich 20 des Messlichts
23 kann im Bereich zwischen 0,5 mm und 3 mm liegen und kann beispielsweise im Bereich
zwischen 1 mm und 2 mm liegen.
[0025] Beim Messlicht-Detektor 24 kann es sich um ein CCD-Array oder auch um eine CCD-Zeile
handeln.
[0026] Ein Quellzentrum 25 der Lichtquelle 22, ein Zentrum Z des Erfassungsbereichs 20 und
ein Detektorzentrum 26 des Messlicht-Detektors 24 definieren genau eine Triangulationsebene
des Triangulationssensors 21. Diese Triangulationsebene verläuft parallel zu xz-Ebene.
Die Nährichtung 17 steht senkrecht auf dieser xz-Triangulationsebene. Die drei Punkte
25, Z und 26, die die xz-Triangulationsebene definieren, liegen in den Ecken eines
in guter Näherung gleichschenkligen Dreiecks mit zwei längeren Schenkeln B und einem
kürzeren Schenkel A, wie nachfolgend noch näher erläutert wird.
[0027] Abhängig von der Dicke des Nähguts 11 ändert sich der Winkel, unter dem der ortsauflösende
Messlicht-Detektor 24 einen Lichtfleck der Lichtquelle 22 auf dem Nähgut 11 im Erfassungsbereich
20 sieht. Aus dem gemessenen Winkelwert, der mit dem Dickensensor 21 ermittelt wurde,
wird die Dicke des Nähguts 11 als Abstand einer Oberseite des Nähguts 11 von der Stichplatte
18 errechnet und beispielsweise in einem Speicher der zentralen Steuereinrichtung
16 der Nähmaschine 1 abgelegt.
[0028] Ein Abstand A zwischen der Lichtquelle 22 und dem Messlicht-Detektor 24, also der
kürzere Schenkel des vorstehend angesprochenen gleichschenkligen Dreiecks zur Definition
der Triangulationsebene, beträgt weniger als ein Fünftel eines Abstandes B zwischen
der Lichtquelle 22 und/oder dem Messlicht-Detektor 24 einerseits und dem Erfassungsbereich
20 (bei Nähgutdicke 0) andererseits, also weniger als ein Fünftel des längeren Schenkels
des erwähnten gleichschenkligen Dreiecks. Ein Verhältnis A/B dieser beiden Abstände
kann kleiner sein als 1/5 und kann beispielsweise 1/8, 1/10 betragen und auch noch
kleiner sein. Dieses Verhältnis A/B ist regelmäßig größer als 1/100. Der Abstand B
kann im Bereich zwischen 80 mm und 200 mm liegen.
[0029] Mit der zentralen Steuereinrichtung 16 stehen weiterhin in Signalverbindung:
- ein Sensor 27 eines Hebelgetriebes zur Ermittlung einer Stellung der Füße 10, 13 in
einer Niederhaltestellung für das Nähgut 11 über eine Signalleitung 28.
- eine Federdruck-Stellschraube 29 zur Einstellung einer Vorspannung einer Druckfeder
zur Vorgabe einer Drückerfußkraft des Drückerfußes 13 über eine Signalleitung 30.
- der Dickensensor 21 über eine Signalleitung 31.
- Fadenspannungs-Stellglieder 32, 33 für eine Oberfaden- und eine Unterfadenspannung
über Signalleitungen 34, 35.
- ein Stichlängen-Stellrad 36 zur Vorgabe einer Stichlänge der Naht im Nähgut 11 über
eine Signalleitung 37.
- eine Motorsteuerung 38 für einen nicht dargestellten Armwellen-Antriebsmotor über
eine Signalleitung 39.
[0030] Der Dickensensor 21 kann Teil eines Nachrüst-Bausatzes für die Nähmaschine 1 sein,
bei der der Dickensensor 11 nicht ursprünglich Bestandteil der Serienausstattung war.
Zu dem Nachrüst-Bausatz gehört zudem ein Montagekörper 40 zur Montage des Dickensensors
21 an einen benutzerseitigen Kopfabschnitt des Arms 5 der Nähmaschine 1. Der Montagekörper
40 ist mittels mindestens einer Justageschraube 42 so ausgeführt, dass der am Kopfabschnitt
41 montierte Triangulationssensor 21 gegenüber dem Kopfabschnitt 41 justierbar ist.
[0031] Mit Hilfe des Dickensensors 21 können automatisierte Nähparameteranpassungen beim
Betrieb der Nähmaschine 1 erfolgen, wie diese insbesondere in der
EP 1 777 331 B1 beschrieben sind. Insbesondere können unterschiedliche Dicken des zu vernähenden
Nähguts 11 mit dem Dickensensor 21 detektiert werden. Dies kann verbunden werden mit
einer automatischen Hubanpassung des Transportfußes 10 und/oder des Drückerfußes 13.
Hierdurch wird ein schnelleres und leiseres Nähen gewährleistet. Ein Knieschalter
zur Hubanpassung entfällt. Mit Hilfe des Dickensensors 21 ist auch eine Nahtanfangs-
und Nahtenderkennung möglich. Es kann insbesondere ermittelt werden, wann das Nähgut
11 in den Stichbildungsbereich 12 eintritt und wann es diesen wieder verlässt. Der
Dickensensor 21 kann dann in einer Art Lichtschrankenmodus arbeiten. Auch eine Leerlaufsperre
kann mit dem Dickensensor 21 erreicht werden, also ein automatisches Anhalten insbesondere
des Armwellenantriebs über die Motorsteuerung 38, soweit der Dickensensor 21 kein
Nähgut erfasst.
[0032] Über den Dickensensor 21 kann zudem eine Fremdkörpererkennung stattfinden. Insbesondere
Finger einer Bedienperson können beim frontalen Eindringen in den Stichbildungsbereich
12 durch den Dickensensor 21 erkannt werden. Auch eine Fehlererkennung bzw. eine Qualitätskontrolle
bei der Fertigung ist über den Dickensensor 21 möglich. Der Dickensensor 21 kann Bestandteil
der Vermeidung einer Fehlerwiederholung sein (Pokayoke-Modus der Nähmaschine 1). Insbesondere
hierüber kann eine zusätzliche Prozesskontrolle beim Betrieb der Nähmaschine erfolgen.
[0033] Je nach Anordnung des Erfassungsbereiches des Dickensensors 21 kann dieser auch so
gestaltet sein, dass er im Randbereich eines Nähguts einen Zwick im Nähgut erkennt,
abhängig von dem dann ein bestimmter Nähgut-Prozessschritt eingeleitet wird. Auch
zur Erkennung anderer Arten von Markierungen auf dem Nähgut kann der Dickensensor
21 herangezogen werden. Auch beispielsweise Markierungskomponenten, die mit dem Nähgut
verbunden sind, beispielsweise Clips, können über den Dickensensor 21 erkannt werden.
[0034] Der Dickensensor 21 kann eine Messzykluszeit haben, die höchstens 5ms beträgt, und
die im Bereich zwischen 0,1ms und 5ms, beispielsweise im Bereich von 3ms liegt. Eine
Genauigkeit der Nähgut-Dickenmessung kann mit dem Dickensensor 21 besser sein als
200 µm und kann im Bereich von 100 µm oder 50 µm liegen.
[0035] Die zentrale Steuereinrichtung 16 kann einen Speicher aufweisen, in dem zu bestimmten
Nähgut-Varianten Dickenverlaufs-Messkurven abgelegt sind, die Soll-Werte vorgeben,
die im laufenden Messbetrieb über den Dickensensor 21 mit Ist-Werten verglichen werden
können. Bei Vorliegen einer zu großen Abweichung kann dann ein Fehlersignal über den
Dickensensor 21 und die Steuereinrichtung 16 ausgegeben werden.
[0036] Aktuelle Messwerte des Dickensensors 21 können auch im Rahmen einer gleitenden Mittelwertbildung
in der Steuereinrichtung 16 verarbeitet werden und als Kurzzeit-Mittelwert in Form
eines Soll-Werts abgelegt werden, der wiederrum mit späteren aktuellen Ist-Werten
des Dickensensors 21 verglichen werden. Auch dies kann zur Fehlererkennung genutzt
werden.
[0037] Die Signalverbindung mit dem Stichlängen-Stellrad 36 und einer entsprechenden Stichlängenvorgabe
kann dazu genutzt werden, Messwerte des Dickensensors 21 zur Anpassung einer Stichlänge
bis zu einer Kante des Nähguts 11 vorzunehmen.
[0038] Auch eine Lüfterhöhe für die Füße 10, 13 kann angepasst an einen Nähgut-Dickenmesswert,
der über den Dickensensor 21 erfasst wird, einstellbar sein.
[0039] Nach einem derartigen Lüften kann dann die Nadel 9 automatisch direkt über die vom
Dickensensor 21 gemessene Materialstärke gestellt werden. Es kann insbesondere eine
automatische Peilstichfunktion realisiert werden.
1. Nähmaschine (1)
- mit in einem Stichbildungsbereich (12) zusammenwirkenden Stichbildungswerkzeugen
(9) zur Ausbildung einer Naht in einem Nähgut (11),
- mit einer Nähgut-Transporteinrichtung (2) zum Transport des Nähguts (11) längs einer
Nährichtung (17),
- mit einem Dickensensor (21) zum Erfassen einer Dicke des Nähguts (11) in einem Erfassungsbereich
(20), der dem Stichbildungsbereich (12) in der Nährichtung (17) vorgeordnet ist,
- wobei der Dickensensor (21) als Triangulationssensor mit einer Lichtquelle (22)
für Messlicht (23) und mit einem Detektor (24) für das Messlicht (23) ausgeführt ist,
wobei
- ein Quellzentrum (25) der Lichtquelle (22),
-- ein Zentrum (Z) des Erfassungsbereichs (20) und
-- ein Zentrum (26) des Detektors (24),
genau eine Triangulationsebene (xz) des Triangulationssensors (21) definieren,
- wobei der Messlicht-Detektor (24) so ausgeführt ist, dass er das vom Nähgut (11)
im Erfassungsbereich (20) reflektierte und/oder gestreute Messlicht (23) erfasst.
2. Nähmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nährichtung (17) senkrecht auf der Triangulationsebene (xz) steht.
3. Nähmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand (A) zwischen der Messlicht-Lichtquelle (22) und dem Messlicht-Detektor
(24) höchstens ein Fünftel eines Abstandes (B) zwischen der Messlicht-Lichtquelle
(22) und/oder dem Messlicht-Detektor (24) einerseits und dem Erfassungsbereich (20)
andererseits beträgt.
4. Nähmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Nähgut-Niederhaltefuß (13) zum Niederhalten des Nähguts (11) im Stichbildungsbereich
(12), der zwischen einer angehobenen Freigabestellung und einer gesenkten Niederhaltestellung
über einen Nähfuß-Verlagerungsantrieb angetrieben verlagerbar ist, wobei eine Hubhöhe
zwischen der Freigabestellung und der Niederhaltestellung einstellbar ausgeführt ist,
wobei der Niederhaltefuß-Verlagerungsantrieb mit dem Triangulationssensor (21) in
Signalverbindung steht.
5. Nähmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nähgut-Transporteinrichtung (2) mit dem Triangulationssensor (21) in Signalverbindung
steht.
6. Nähmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (16), die mit dem Triangulationssensor (21) in Signalverbindung
(31) steht.
7. Nachrüst-Bausatz für eine Nähmaschine (1)
- mit einem Dickensensor (21) zum Erfassen einer Dicke des Nähguts (11) in einem Erfassungsbereich
(20), der bei montiertem Dickensensor (21) dem Stichbildungsbereich (12) in der Nährichtung
(17) vorgeordnet ist,
- wobei der Dickensensor (21) als Triangulationssensor mit einer Lichtquelle (22)
für Messlicht (23) und mit einem Detektor (24) für das Messlicht (23) ausgeführt ist,
wobei
- ein Quellzentrum (25) der Lichtquelle (22),
-- ein Zentrum (Z) des Erfassungsbereichs (20) und
-- ein Zentrum (26) des Detektors (24),
genau eine Triangulationsebene (xz) des Triangulationssensors (21) definieren,
- wobei der Messlicht-Detektor (24) so ausgeführt ist, dass er das vom Nähgut (11)
im Erfassungsbereich (20) reflektierte und/oder gestreute Messlicht (23) erfasst,
- mit einem Montagekörper (40) zur Montage des Dickensensors (21) an einem benutzerseitigen
Kopfabschnitt (41) eines Arms (5) einer Nähmaschine (1).
8. Nachrüst-Bausatz nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Montagekörper (40) so ausgeführt ist, dass der am Kopfabschnitt (41) montierte
Triangulationssensor (21) gegenüber dem Kopfabschnitt (41) justierbar ist.