联接与缝合操作的方法和设备

本发明所属技术领域

本发明涉及一种将标签联接和缝合到材料上的方法和设备，尤其涉 及一种将标签缝合到一厚的、膨松或绗缝床垫片的方法和设备。

本申请是1994年3月17日申请的、系列号为08/210,584、题为“联 接与缝合操作方法和设备”的美国专利申请的部分继续申请。

与本发明相关的背景技术

制造商特别关注的是高质量的产品需要有高质量的外表。为此，识 别标签最好由高质量材料制成，并以高质量的方法将其联接于产品上。 在床垫领域中，例如床垫公司对标签的外观和联接作出了规范。其中， 要求标签的外边缘牢固地缝在床垫的顶片上。此外，标签不应有毛边或 其它不雅观的特征。

迄今为止，向绗缝的床垫联接标签特别麻烦。人们试图使用高级可 编程X-Y缝纫机(例如，三菱PLK A 3040)将标签与厚的、膨松的或绗缝 的材料(例如绗缝床垫片进行联接。但是，这些机器不能提供一种床垫 制造行业可接收的价格/性能比。

人们还试图用便宜些的可编程缝纫机，例如采用具有一底板和一上 架的360°夹紧缝纫机将标签缝合在厚的、膨松的或绗缝的材料上。片 材面朝上放置，然后将其夹紧。上压板包括一容纳标签的窗口。然后将 片材与标签缝合在一起。

已经证明这种尝试用于绗缝垫片存在不足，特别是由于夹紧动作在 标签下形成一不均匀表面，即：一种“下凹效应”。由于这种下凹效应， 标签不能正常定位，即使采用一种附加的下压标签步骤也不行。其结果 便是标签隆起，很可能对不正，而且外观难看。

还有人尝试过两步夹紧的方法和设备。其方法是将片材面朝上放 置，夹紧动作的第一步是抓住绗缝的片材。然后将标签放上，第二步夹 紧动作是抓住标签的边缘，大约从标签的边沿向内抓住1/16英寸。虽然 标签被保持得相对牢固些，但缝合只能在第二步的压板以内进行。结果 周边没有被缝上。虽然这类机器比起360°夹紧机器而言，对于标签的 定位提供了略微好一些的控制，但如上所述，其所提供的产品仍然是商 业上不能接收的，因为标签不是联接在边缘上的。

粘结技术也被尝试过。首先将标签粘到垫片上，然后再缝合。这类 方法增加了制造成本，因为它们包括了附加的操作，而且还因为使用粘 合材料就要改善通风系统或类似设施。

而且，由于制造床垫所涉及的材料的额外重量和厚度，很多上述的 方法和机器很难用于垫子制造业。膨胀的厚片材比薄织物更难装入机器 并从机器上卸下。使问题复杂化的是，标准的缝纫机在缝纫针处于提供 最大针缝的位置时无法启动。现有技术的缝纫机启动时需使挑线杆处于 上死点。例如在三菱No.PLK A 4516中，在这一位置时，针位于最大间 隙的5/16英寸处。此外，PLK A 4516机器用编码器来监测轴位，如果轴 从起始位置转过大于6°，编码器向机器的控制器发出一复位信号。

本发明的目的

因此，需要一种性能价格比好的标签缝纫机，它可以高质量地将标 签缝合到膨松或绗缝的厚材料，例如一绗缝床垫垫片上。

在本领域中还需要一种标签缝合方法和设备，能够以一种可靠的高 质量方式缝合标签而不产生隆起。

还需要一种标签缝合方法和设备，以便使标签缝合到绗缝垫片上但 不留下难看的毛边。

还需要一种标签缝合方法和设备，以便使材料能够容易装入机器或 从机器上卸下。 本发明的技术方案

本发明涉及一种将一标签与一膨松或绗缝的厚材料(例如绗缝垫 片)联接的设备和方法，其中，材料与标签面朝下，而不是面朝上进行 联接。一标签(例如，由一压板和细钉)被牢固地保持面朝下，然后使 片材保持在标签上面，然后再用一缝纫机将二者联接。由于标签朝向一 平的表面而且被牢固地保持，所以这种联接操作不太容易受到由于下凹 效应而引起的隆起和错位的影响。

然而，以这种方式将标签与材料联接起来所需的功能在现有技术中 没有提供。因此，本发明包括对市售的、具有提供所需功能的行车的可 编程X-Y缝纫机的某些改进。

这些改进的一个方面包括具有一下压板，其上带有多个用于牢固地 保持标签的细钉。下压板连接于缝纫机的行车。

另一方面包括一连接于行车并用于将绗缝材料保持在标签之上的压 板。上压板包括将压板定位成易于装入材料的机构。

市售的缝纫机采用的是连锁缝纫。现有技术的连锁缝纫机在操作终 了时在机器的下方切断底线和上线。这样，悬垂着的上线就导致了毛边。 由于本发明使材料面朝下运行，这些毛边在商业上是不可接收的，因为 它们出现在标签的正面。

因此，本发明的另一方面还包括一种机构，它使缝纫机的切线刀在 某一时刻运动，以便只切割底线。这样就防止了在标签的正面形成上线 毛边。这方面还包括在机器上侧的一个切割与夹线器，以便切割和夹住 上线。

由于本发明用于加工厚材料，因此希望最大针隙以便易于装入和卸 下材料。因此，本发明的另一方面涉及到改善缝纫机，以将缝纫针置于 最大针隙位置。

另一个特征是在缝纫机的主轴上附接联轴节，并提供一机构与联轴 节接合以产生主轴的旋转。提供一用于在相应于缝纫针处于最大针隙的 位置上使主轴的转动停止的制动机构。设置一屏蔽机构，以便将可能屏 蔽引起机器重新调整的缝纫机电子信号。另一特征是对压脚和针的连接 均予以改善。这一特征包括缝纫操作完成后，为下一次缝纫操作做准备 而将压脚提升的一气缸和将针提升更大的距离的另一气缸。这一附加特 征使机器能够缝合甚至更厚的材料。

本发明还涉及将标签缝合到一片材上的方法，其可包括如下步骤： 保持标签面朝下；将膨松或绗缝的厚片材固定在标签上；然后通过上线 与底线连锁缝合将片材与标签联接。

该方法还包括只在机器的下部切断底线，而在机器的缝合针的一侧 切断上线。

本发明还涉及将标签缝合到一片材上的方法，其可包括如下步骤： 屏蔽缝纫机的复位信号；接合缝纫机的主轴以使该主轴转动；在相应于 缝纫机针处于最大针高的位置上使主轴的转动停止；将标签和片材装入 机器；并将标签与片材联接。

附图的简要说明

从下面接合附图的详细描述中，对本发明会有更充分的理解。

图1为本发明的一优选实施的透视图；

图2和图2A为图1所示设备的下压板的放大透视图；

图3为相对于图2中的下压板处于打开位置时上压板的透视图；

图4为图1所示设备的一俯视图，示出了行车的平面运动；

图5为透视图，示出了一片材被夹入图1中的设备；

图6为图1所示设备的压脚、针和上线的放大透视图；

图7A通过示出图1所示设备的前视图的局部横剖面，描述了现有技 术的切线定时；

图7B描述了现有技术的切线刀连接；

图7C描述了图1所示设备的切线刀连接和刀缸；

图8为一透视图，描述了与图1所示设备的压脚相关的拨线器；

图9A-9B为说明图1所示设备的切割与夹线器运行的透视图；

图10和10a示出了图1所示设备的编码复位信号屏蔽机构；

图11为图1所示设备的气动部件的控制设备的方框图；

图12为描述连接于一手轮的制动器的透视图；

图13为图1所示设备的缝纫机的剖视图；

图14示出了图1所示设备的普通切线刀机构；

图15为本发明的缝合设备的局部剖开的前视图，示出了处于缝纫时 延伸位置的、改善了的针杆和压脚的连接；

图16为图15所示的缝合设备的局部剖开的前视图，图中的针与压 脚处于缩回的位置；

图17为图15所示设备的压脚连接的部件分解图；以及

图18为图15所示设备的针杆连接部件分解图。

本发明的最佳实施例

本发明涉及将标签与膨松或绗缝厚材料，例如一绗缝床垫垫片联接 起来的方法和设备。本发明将标签面朝下地保持在一工作面上，并把片 材保持在标签上面。然后以连锁缝合将片材与标签联接。已发现，以这 种方式联接标签和片材不易受到由于下凹效应而引起的错位和隆起的影 响。为了获得一种价格上有效的解决方案，本发明包括对市售的、带有 行车的可编程X-Y缝纫机的如下所述的某些改进。

图1是本发明的一优选实施的俯视透视图。标签缝合系统以10来表 示。该系统包括工作面11、缝纫机设备100、上压板25、压板气缸26 (图3)、下压板20、切线刀缸150(图7C)、切割与夹线器80、联轴 节200(图13)、杆50、制动器51(图12)、以及气缸60。缝纫机 100包括控制器30、连接于缝纫机主轴(图12)的手轮40、拨线器90、 针13、压脚12、梭芯(未示出)、和行车70。对这些缝纫机的部件中 的某些按下述方式做了改进。缝纫机的具体部件将结合系统部件的内容 予以描述。

工作面11可以取若干种形式，但示出的是具有一使材料易于运动的 辊子11a的台面。

缝纫机100为一台做了下述改进的可电子编程X-Y缝纫机。本发明 的一优选实施例采用了一台三菱PLK4516缝纫机。缝纫机100采用的是 连锁缝合，并且可以编程来完成不同形式的连锁缝合。一种优选的形式 采用的是7.5mm“之”字形缝合。连锁缝合是一种上线与底线交织的已 知技术，在此不准备进一步描述，只是指出，上线载于针13上，而底线 由梭芯(未示出)提供。

控制器30为市售缝纫机。即三菱No.PLK A 4516的一部分。这个控 制器接收来自缝纫机80，例如主轴编码器的已知输入，并且控制器30 向缝纫机80和行车马达提供控制信号，以实现线迹花样。在一优选实施 例中，控制程序在已知时刻向输出口提供信号。当输出口#1被认定时， 控制器30指示缝纫机80抬起压脚12。当输出口#2被认定时，切线刀被 驱动。螺线管3(见图11)接收这些输出口控制信号。螺线管再驱动气 动逻辑系统32，气动逻辑系统以一种本领域中已知的方法，向各空气管 路提供下面将描述的各气动部件所需的适当的空气。为了不使附图被挡 住，没有示出空气管路。从描述中可以清晰地看出输出口的驱动作用。 气缸和其它气动设备为可从制造商，例如“Bimba”购得的标准的现役 气动元件。

图2和2A示出了下压板20。在运行中，下压板20用位于内边缘的 各角上的细钉23将标签21面朝下地保持在工作面11上。角上的通道24 使“之”字形或类似的缝线精确地终止在角上。

图3示出了上压板处于一抬高的倾斜位置。这一特定位置使片材易 于装入。压板气缸26将上压板提起、放下、及倾斜。

图4为本发明的一俯视图，描述了在控制器30的控制之下，上压板 25和下压板20相对于行车70的平面运动的运行。控制器指示行车以特 定的方式移动，以实现理想的线迹花样。这一运动带动分别由上、下压 板固定的片材和标签在针13下面运动，从而可以将它们通过连锁缝合联 接。因为本发明可用于又厚又重的片材，例如，绗缝床垫片，所以在某 些应用中，可能需要一马力较大的行车电机，以提供足够的力和力矩来 移动行车70。

图6示出了压脚12和针13的放大图。现有技术的压脚的着地面一 般为3/8英寸，而且朝向材料的面一般为平面。因为本发明是在标签面朝 下并且片材保持在标签之上的情况下运行的，因此朝着压脚的是片材。 当以这种方式将一膨松的或绗缝的片材联接于一标签时，在缝合过程 中，由于片材的被绗缝特性，压脚保持与片材接触。因此，一优选实施 例采用了一明显大于现有技术的改进的压脚12。新的压脚12提供了一 朝向片材的球形表面，而且压脚着地面在1.5英寸的量级。这种新的设计 不太容易钩住并撕破材料。

再参见图5、图7A-C和图14，缝纫机100的切线刀机构151具 有一固定刀151b和一可动刀151a，在一次连锁缝合操作终了时，该切线 刀机构割断位于机器下侧，即机器梭芯一侧的线。由于这种刀结构是已 知的，因此将只描述与本发明有关的材料特征。在本领域已知，可动刀 151a在机器的梭芯一侧将线捕住，使得线被固定刀151b割断。在现有技 术中的定时使底线81b和上线81c均被刀割(图7A)。连锁缝合的定时及 成圈均为公知技术。此外，现有技术的切线定时也是公知的。因此，这 里不再赘述。

然而，现有技术的定时导致了在机器的梭芯侧由于被切断的悬挂上 线而构成的毛边。因为本发明联接标签时使标签面朝下，这种毛边会出 现在标签的正面，并导致不可接收的产品。

因此，本发明改进了切线运行的定时。本发明将切线定时滞后，从 而使在上线81a被拖离刀151a的轨迹后才驱切线刀。在优选实施例中， 采用一气动刀缸150来实现这一新的切线定时。由于只切掉了底线，因 此避免了难看的毛边。图7B示出了驱动可动刀151a的常规机构。

常规机器采用一种公知并响应于机器主轴203的线头修边机凸轮 152。凸轮驱动连接着支点155的凸轮从动件153，支点155将从动件 153的垂直运动L-M转变成一水平运动N。这一水平运动又驱动连接 于可动刀151a的连杆154。这些都是公知的。本发明在支点155处将从 动件153与公知的连杆154分离，并由一气缸150驱动连杆154，如图 7C所示。用公知技术连接连杆154与气缸150。这样，可动刀151a就由 控制器200控制定时。

为了更好地说明这一原理，参考图7A，现有技术的针迹81C用虚 线示出。由于连锁缝合是公知的，所以不再描述成圈过程。可动刀151a 的轨迹在点X处垂直于纸面。正如所看到的，本发明的新颖定时能够使 缝纫机100有足够的时间拖拉上线81a，使上线81a离开刀的轨迹。因此， 不会在机器的梭芯一侧形成毛边。

就象刚才讨论的，在机器的梭芯一侧只切割底线81b。这样就需要 一个机构来切断尚未切割的上线81a。图8和图9A-9B示出了一优选 实施例的上线切割设备。拨线器90是优选的缝纫机的标准部件，在图中 处于一被驱动位置。在压板从拨线器的轨迹上移走以后才驱动拨线器。 拨线器90将与上线供应源相连的上线提升，形成一上线段81。(在先 有技术中，拨线器会将杂乱的线刷掉)。

提供一切割与夹线器80来切割和抓取线段81(其位置见图1的透 视图)。在气动压力下，切割与夹线器80的的爪82伸出到一打开位置 与线段81接合，见图9A。爪82具有爪刃82a，它能够切线，从而将一 部分释放而保持着另一部分。其上刃固定，下刃可绕枢轴旋转。各刃具 有一切削侧和一非切削侧。非切削侧抓住线而切削侧将其割断。Juki生 产类似的刀片结构，但是如下所述，这种结构不是气动驱动的。爪82关 闭时即无切线又将其夹持。爪的打开和关闭操作是由气动杠杆机构83控 制的(两种状态见图9A和9B)。切线后爪退回但仍然夹持着上线。因此， 上线从联接好的标签和片材上切断，而爪夹持着线段81，为下面的联接 操作做好准备。

因为本发明可用于加工厚片材，需考虑将片材装入和卸下机器的问 题。为此，如上所述，上下压板构造成易于将片材装入。然而，标准的 可编程X-Y缝纫机的典型构造是当缝纫结束时，针并非位于最大针高 位置。这就使得装入过程复杂化了。

因此，为了解决这个问题，本发明的第二方面包括下述的一些改进， 以便无需重新调整机器就使针处于最大针隙位置。

图10和10a描述了一优选实施例，其屏蔽指示控制器30产生的将 机器复位的编码信号。这一电子掩码机构防止了对机器的复位，这种复 位发生在轴位偏离通常的停止位置大于6°时。如上所述，通常的停止 位置相应于挑线杆15处于上死点中心。在本领域中已知，一个常规的编 码器300检测手轮40上的一个所谓“窗口”I。在本发明中，如下所述， 手轮40被重新定位。这一重新定位会引起编码器300重新设置控制器 30，因为手轮40不是在通常停止位置的6°以内。但是，提供了一个屏 蔽机构来临时断开复位信号。继电器304接收编码信号302，它还接地 并连到输出端#1。因此，当控制器指示压脚提升，即要装入材料时，编 码信号被遮挡并由继电器接地。这就是说，控制器30的位置输入303接 地。

基本上在同时，通过气缸301的驱动，编码器302以物理方式重新 定位。气缸301是以普通技术连接和安装的。编码器302的重新定位角 度使编辑器定位于对准位置J，即转动手轮后的窗口位置I，如下所述。 然后转动手轮40，如下所述，并断开继电器，使编码器可以“读”窗口 I。这样，控制器30就可以判断出手轮40处于正确的终止位置，因为编 码器在窗口上处于正确的位置。编码器300将退回其终止位置，从而可 以记录转数并正常运行。气缸301的止动使其退回终止位置。

为了将主轴定位以使针位于最大间隙处，并将窗口I定位于J处，通 过固定于缝纫机100的壳体上的气动转动器50A，如箭头A所示，将杆 50转动到与手轮40接触的位置。这种接触应使手轮40转动时，杆50可 以滑过其周边。一制动器51固定于手轮40，其位置对应于针处于最大 高度，也就是窗口I处于位置J(见图12)。例如，对于三菱PLK A 4516， 主轴必须转动大约90°。

参考图13，其为缝纫机100的一局部剖视图。气缸60带有一尼龙 冲击垫61，气缸外部定位在缝纫机100上(见图1)，从而在驱动时使 气缸杆60a穿过壳体并使垫61击打塞201。塞201例如通过铜焊固定于 联轴节200上。开口的联轴节200由螺栓或类似物与主轴203连接。主 轴一般按箭头C转动。气缸垫61击打联轴节200，使轴如箭头D所示转 动。当杆50击打制动器51时，主轴的转动终止。因此主轴所处的位置 对应于针处于最大高度(位置J)。然后，杆50从手轮40处退回，以便缝 纫步骤开始时轴能够正常转动。由于控制器不再寻找复位条件，机器不 再复位。

参考图1-14描述将标签接于片材的设备和方法。控制器30由一 使用者驱动。控制器30指示行车70运动到起始位置，并向螺线管31送 出一输出信号。螺线管31又驱动逻辑系统32，使压板缸26倾斜并提升 上压板25(见图3)。然后使用者将一标签面朝下放在下压板20上， 以细钉23固定该标签。然后，使用者最好将一顶片相对于标签对中，将 其放置于标签之上。使用者再次启运控制器，使上压板25下降并倾斜， 以下压在片材上(见图5)。这时行车接收指令运动，使针和梭芯沿标 签的边缘通过连锁缝合将片材与标签联接。最好用“之”字形连锁缝合 将它们联接。连锁缝合的最后一针继续其循环，将上线从切线刀150的 轨迹上拉开。当刀150被驱动时，只切割底线。然后控制器30指示行车 运动到使拨线器30能够将未被切割的上线提起的位置。然后气动驱动切 割与夹线器80，以便在机器的针的一侧切割和抓取上线。现在联接与缝 合操作完成。

当将材料装入机器时，机器将主轴定位于使针抬到其最大高度的位 置，以便使材料易于装入机器和从机器上卸下。机器的编码器复位信号 被遮挡住。然后由气动转动器驱动杆50转动。手轮40带有一制动器51， 它固定于手轮对应于针处在最大针隙的位置。在杆50转动到接触位置以 后，气缸60被驱动到与连接在机器主轴上的联轴节200接触。这一接触 引起机器主轴的转动，直到杆50触到制动器51。这样就将针定位在最 大针隙的位置。

现在参考图15-18描述本发明的另一方面。在某些情况下，即使 上面参考图10和图10a所描述的将针定位于最大针隙位置的改进，也不 能在缝合操作之前将针提高到足以接收非常厚的材料的高度。本发明为 了使设备能够接收这样厚的材料，对压脚连杆和针杆连杆做了改进，使 压脚12和针13提得更高，唯一的限制是在行车上。

图15示出了本设备的改进压脚组件360和针杆组件380处于低位时 的情况。用于在垂直方向上使压脚12随针13产生摆动的装置350为常 规装置，它包括摇臂352和连接于压脚组件360的连杆354。与此类似， 用于使针13在垂直方向上摆动的装置370也是常规装置，它包括一连杆 372，该连杆通过一联轴器374连接于针杆组件380。连杆372以一种常 规方式直接连接于设备100(未示出)的主驱动轴，并且驱动挑线(未 示出)。

现在参考图17描述压脚组件360。压脚组件360包括一气缸362、 从气缸362延伸的轴363、安装块364、轴365、压簧366、粘合件367、 连接器356、套环371、和轴368。安装块364与气缸362以固定的方 式连接于缝纫机设备100的机架，气缸362包括连接于压缩气源的孔353 和355。气缸362的下端与安装块364螺纹连接。轴363可以在安装块 364的一中心通孔369内沿上下方向摆动(见图17)。轴365通过耦合 件367和套环371枢轴连接于轴363，并沿上下方向上摆动。套环371 枢轴连接于耦合件367，以调节这种连接的误差。弹簧366被保持在套 环371和连接器356之间。轴368连接于块375(图15)，而块375又 通过轴377连接于压脚12。

连接器356最好为大致U形，轴365可向下穿过连接器356的孔移 动。弹簧366顶在连接器356的上表面395上，而轴368设备在连接器 356的下表面397之下。轴368比连接器356的孔大，因此当轴368向上 移动时也向上推动连接器356。止挡件399限制下表面397的向下运动 (图15)。连杆354以公知的方法在连接器356下面的一点与压脚组件 360连接，以产生所需的摆动。连接器356还沿后壁393直接与压脚12 连接，因此，如果在压脚12下方引入一厚材料，则连接器356受到一向 上的力，并压缩弹簧366，这样就能够接纳这些厚材料，而不干扰压脚 12的正常摆动。

当想要进行缝合操作时，通过孔353引入空气并从气缸362的孔355 排出气缸，从而向下驱动轴363，以便将压脚12驱动至其下位，如图15 所示。压脚12响应于摇臂352和连杆354作上下摆动(见图15和17)。 当一次缝合操作完成时，空气从孔353中排出，并从气缸362的孔355 中进入，从而提升轴363，而轴363又将耦合件367、套环371、轴365、 连接器356、轴368和压脚12提升至图16所示位置。

现在参考图18来描述针杆组件380。针杆组件380包括带有一孔 384、空心轴386、和轴388的气缸382。轴388可包括多个连接在一起 的轴，也可以是一个单一的轴。位于轴388端部的是针13。空心轴386 的一加大的端部389螺旋连接于气缸382的螺纹391。轴388连接于在 气缸内上下移动的气缸轴394。气缸382带动针13上下移动。

当需要进行一次缝合操作时，空气通过384从外部气源引入气缸 382。由于空气的引入，使轴394并从而使轴388被向下驱动，这样就使 针13处于图15所示的位置。当缝合操作完成时，气体通过孔384从气 缸382中排出，使轴384并从而使轴388相对于空心轴386提高，将针 13抬高到同16所示的位置。在缝合操作过程中，连杆372在连接器374 上(图15)与空心轴386连接以产生所需的摆动。气缸382带动空心轴 386上下移动，空心轴386又引起轴388和针13以所需的缝合方式上下 运动。

鉴于上面的描述，熟悉本领域的人员有可能在不超出本发明的范围 内对本发明进行的变化和修改。上面的描述只是作为举例，本发明的范 围由于下列权利要求书和其等同物所限定。