电子传动的缝纫机

技术领域

本发明涉及一种缝纫机，它使用位置信息信号以用电子的方法使机针的运 动适应于梭心的运动。

发明的背景

在缝纫机的机针与梭心的运动之间要求有精确的同步。为了使机针的运动 与梭心的运动连动，传统的缝纫机使用一些机械连杆、齿轮、驱动轴。同步带 和其他机构以将梭心和机针机械地连接和传动于机针。有一机壳将机针定位在 梭心的上方，而机针和梭心之间是通过该机壳相连的。通常单有一只电动机用 来通过机针和梭心的机械传动连接而驱动它两。

机针和梭心的机械连接带来一些缺点。由于这些机械连接造成的惯性和摩 擦限制了缝纫机的速度。这些机械连接需要不断的润滑，使用了如此多的部件 致使该系统的可靠性受到损害。大量的连接使加速或减速均要消耗额外的功 率。这样，就要求较多地散发热量以防过热。这些机械部件的运动使噪声增大。 最后，机针和梭心的机械连接引起的人机工程上的缺点由于限制了机头(机针 和梭心)的移动和定位而降低了缝纫机的通用性。

有人尝试外在地分开机针和梭心，并使用各自的电动机再使它两同步。在 美国专利第3515080中，Ramsey公开了一种缝纫机，它外在地分开了机针和 梭心传动装置并声称是同步了。其中，步进电机用作传动机构，每个传动机构 是“以同步而协调的方式电气连接和操作的”。但是，Ramsey没有公开过将 机针电气连接(传动)于梭心用的系统或机构，而稍为详细地公开了一种控制机 针和梭心在X-Y平面内横向移动并绕Z轴线旋转的系统，但是末公开过或很 少公开机针和梭心是如何被驱动或控制以作缝纫(即，如何控制机针的上、下 运动和梭心的旋转，使梭钩勾住由机针带的线)。

已有技术为在缝纫时协调机针和梭心的运动提供了一种不可改变的方 法。无论机针型号改变了，或材料厚度变了，或梭心换成弯针，缝纫参数也被 改变了。已有技术的机器是不能自动调节这些已改变了的参数。相反，采用了 外在分开的机针和梭心的已有技术的机器必须手工地在新的参数内重新设置 功能。

发明概要

本发明目的是要通过利用位置信息进行机针运动对梭心运动的电子传动 (配合)克服已有技术中存在的困难。照此，本发明着眼于去除机针与梭心之间 的任何机械连接，从而改善效率、可靠性和通用性；

本发明另一目的是减少或避免当缝纫参数改变时用户介入的需求；

本发明又一目的是利用连续监控电动机扭矩来提高安全性；

本发明再一目的是提供人类工程学方面的优点，即无论何处需要装机头均 可，从而可就缝料提供缝纫机头，并提供使用多头的能力。

针对上述本发明的诸目的，本发明提供一种将线缝入一物料用的缝纫设 备。该缝纫设备具有多个缝纫部件，这些部件在缝合运动中移过多个缝合位置 以将线缝合在物料上。诸伺服电机连接于诸缝纫部件以产生缝合运动。诸监控 器连续监控诸运动的缝纫部件的缝合位置并产生与缝合位置相应的监测信 号。数据采集和控制装置接收监测信号并对每个伺服电机发出运动指令以实现 诸缝纫部件的电子传动(配合)，使诸缝纫部件彼此一致地运动。一连接于数据 采集和控制装置的用户接口能使用户选择储存在电子储存库里的线迹花样并 设定许多其他的缝纫参数。

提供有一使所有伺服电机暂停工作用的装置，以防在任何一个伺服电机上 的扭矩超过预定限值。还提供有一手轮以使进行诸缝纫部件的手工方式的电子 传动(配合)。

在一最佳实施例中，本发明提供了一种缝纫设备，它具有缝合织物用的机 械地分开的机针和梭心传动装置。该缝纫设备包括一与一机针连接而组成一机 针组合的伺服电机和一与一梭心连接而组成一梭心组合的梭心。该机针组合和 梭心组合结合而形成一机头，其中的每个组合在缝纫操作时位于织物的相反两 侧。一机针监控器产生与机针位置相应的信号，一梭心监控器产生与梭心位置 相应的信号。一控制器接收机针和梭心监控信号并产生作为监控器信号函数 的、用于机针和梭心的运动指令，从而能实现梭心对机针的电子传动(配合)。 监控器的信号是由邻接于伺服电机的编码器产生的。一邻接于数字控制器的用 户接口使该用户能电子储存并接着从电子储存库中选择线迹花样和许多其他 缝纫参数。

还设置了一供织物在线迹之间作两维运动用的装置。为缓解机械急牵运动 并提供平滑而拉紧的线迹，织物在线迹之间的每次运动耗用可允许的最大量的 时间。

利用本发明还能实现多头机的应用。多个机头连接于控制器，使每个单独 的机头的机针和梭心得以电子传动(配合)。

在另一最佳实施例中，本发明提供一种方法，即在一至少具有一机针和 一梭心的缝纫机上电子传动(配合)多个缝纫部件。该方法的第一步要求指定电 子传动(配合)的诸部件中的一个作为主部件。该方法的第二步要求指定其他的 电子传动(配合)的部件作为从属部件。第三步要求将所有的电子传动(配合)部 件初始化回到“零”位。第四步要求监控所有的电子传动(配合)部件的位置。 第五步要求指令被指定的主部件的运动。最后一步要求作为主部件的被监控位 置的功能指令从属部件运动。缝纫部件的位置监控在从属部件之一不能赶上主 部件时可突然改变主、从间的指定关系。

本发明的另一最佳实施例提供了一缝纫机，它具有一将线缝合通过一物料 用的缝纫机针。一机针电机驱动机针在一往复运动中通过一定范围的位置以将 线缝合在该物料上。一机针传动装置连接于机针电机以提供动力给机针电机。 一手轮通过一手轮监控器可手动控制在其往复运动范围内的机针位置。该手轮 监控器监控着手轮的位置并产生一与手轮运动相应的手轮监控信号。响应手轮 控制器信号的控制器控制着机针电机在其往复运动范围内移动机针以响应手 轮的运动。

附图简要说明

在附图中的所有相同的标记字母和数字表示相同或相似的部件。

诸附图为：

图1是双机针、裤带环粗缝(belt loop tacking)、电子传动的缝纫机的原理 图；

图2表示了本发明的缝纫机的全貌；

图3是连接有伺服电机的X-Y台的大致的等轴视图；

图4是连接有伺服电机的发热量底架的大致的等轴视图；

图5是电子传动、双机针、裤带环粗缝缝纫机的反馈和指令结构的功能性 方块图；

图6A是电子传动、五机针五钮孔缝纫机的反馈和指令结构的功能性方框 图；

图6B是图6A所示的钮孔缝纫机用的机针/梭心机头的方框图；以及

图6C是图6A所示的钮孔缝纫机用的缝纫头的大致的等轴视图。

最佳实施例的详细描述

按照图1和2所示的本发明的最佳实施例，可看出一种电子传动的双机 针、裤带环粗缝缝纫机10用的硬件的外形。通过机针12和14对梭心22和24 的电子传动就可作缝纫。每个梭心22和24有一钩用来在缝纫期间勾住线而形 成一锁式线迹(lockstitch)。或者，用一弯针代替梭心和梭钩以形成一链式线迹 (chainstitch)。(为简单起见，下文均将带钩的梭心或弯针叫作梭心)此时没有将 机针12和14连接于梭心22和24用的同步连杆或驱动轴。在无驱动轴和机械 连杆时，由于惯性小了，缝纫机就很快达到其最高速度，这样，也就避免发生 那些与缝纫机10加速或减速有关的问题。去除这些运动件所带来的好处是改 善了可靠性，减少了发热和噪音，而能量消耗也降低了。

继续看图1和2。两机针12和14由一针杆16牢固地连结在一起，使它 两完全同步地运动。针杆16通过一轴20连结于一飞轮18。而飞轮18由伺 服电机26驱动。当将针杆轴20连结于飞轮18中心偏心的位置上时，由于机 针伺服电机26转动飞轮18，机针12和14就产生垂直缝纫运动。梭心22和 24由伺服电机28和30驱动。梭心伺服电机28和30的转速是机针伺服电机26 的两倍。在每个机针12和14的下方是一气动压脚32和34，用来在缝纫时将 织物90保持于送布牙(pants guide)36上。在缝纫期间，每个压脚32和34是由 一气动气缸38和40带动垂直运动。当压脚32和34被启动时，织物90就可 靠地保持在压脚32、34与送布牙36之间以提供均匀的缝合，并能在缝纫期 间使织物90产生两维运动。当缝合完毕后，气缸42和44启动切刀60和62， 从而切断梭心线和机针线。

再继续看图1和2。由压脚气缸38和40启动后保持到位的织物90相对 于静止在X-Y面内的机针12和14沿一X轴线方向和一Y轴线方向移动。这 种X-Y方向的移动使缝纫机10缝出许多种缝合花样。两压脚气缸38和40、 两压脚32和34以及送布牙36均被牢固连结于一支架46。而支架46又被牢 固连结于X-Y台48，使X-Y台48的移动引起压脚32和34、压脚气缸38和 40以及送布牙36产生相等的移动。

如图1和3所示，X-Y台48的移动是由两伺服电机控制的。X轴线伺服 电机50通过旋转一连结于X-Y台48的平移螺钉54来控制沿X轴线的运动。 Y轴线伺服电机52通过旋转一连结于X-Y台48的平移螺钉56来控制沿Y轴 线的运动。有一万向伸缩联结器58将Y轴线平移螺钉56与Y轴线伺服电机 52连接起来，由此使Y轴线平移螺钉56可沿X轴线无阻碍地运动。

图4表示了装有机针伺服电机26和梭心伺服电机28和30的缝纫机机壳 96。梭心22和24分别连接于各自的伺服电机28和30。

诸缝纫部件的位置监控能电子传动诸缝纫部件的运动。缝纫部件是在缝纫 操作中要求有精确的运动的部件，包括机针12和14、梭心22和24。未示于 图1和2中的缝纫部件的一个实例是一电子式挑线杆。在最佳实施例中使用了 一个传统的拉线器27以取代一电子式挑线杆。尽管最佳实施例使用了旋转伺 服电机以带动机针12和14、梭心22和24以及X-Y台48运动，当然也可使 用线性伺服电机。

通过任何有效的位置信号发送可进行位置监控。如图5所示的最佳实施例 中，每只伺服电机装有一编码器110、112、114、116和118以监控伺服电 机负载的位置。编码器位置信号是递增的。增量的位置信号通常可被看为一系 列的脉冲或响声，其中每个脉冲表示绕伺服电机轴的一个具体量的角位移。例 如，一个其分辨力为绕伺服电机轴线旋转每一度有一个脉冲的编码器，当伺服 电机转一圈则发出360个脉冲。伺服电机旋转等于一负载的具体位置，这样， 从机针编码器114的零位起的150个脉冲就可对等，例如，机针12和14位于 织物90之上1英寸之处。在另一实施例中，是以伺服电机为参照基准而提供 的轴线实际角度位置信息，而不是一系列脉冲。当伺服电机从基准旋转了100 度时编码器输出一相当于100度的信号。从增量的位置信息也能容易地确定出 确实的位置信息。

继续看图5。每只伺服电机26、28、30、50和52连接于一伺服传动 器120、122、124、126和128(见图示)以激励伺服电机。每只伺服电机26、 28、30、50和52的运动指令是由运动控制器104发出的，然后经过一接口 130传到伺服传动器120-128。接口130或是一数字数据汇流线，或它直接连 结于运动控制器104和伺服传动器120-128和气动压力源132之间。在最佳实 施例中的运动指令是取模拟电压形式，但也可使用数字运动指令。每个运动指 令采用了S-曲线形以避免机器跳动，而该指令发令给相应的伺服传动器要将一 具体量的电流送于该伺服电机。运动控制器104知道每个伺服电机26、28、 30、50和52在给定的时限内必须行进多远，这样，它定期调节每个运动指令 的模拟电压值，从而防止伺服电机走过头或未走到位。例如，为了移动梭心22， 由运动控制器104产生一个与梭心22的所需的运动量相应的模拟运动指令， 并送给梭心1传动器120。该模拟运动指令被梭心传动器120接收并用来提供 一电流以激励梭心1伺服电机28。编码器110监控伺服电机28的位置通过梭 心传动器120将此位置信息输给运动控制器104。运动控制器104从梭心传动 器120收到该数字位置信息后用于两个用途上。第一，编码器110位置信息用 于控制器104以作为反馈，从而可确定伺服电机28是否走到该到的位置。如 果指令运动与实际的运动相差一预定的距离，那么，运动控制器104就提高或 降低模拟运动指令的电压值以提高或降低伺服电机28的转速。第二，编码器 位置信息用于控制器104以施加于伺服电机28的扭矩。这个扭矩限制器可防 止运动控制器104将模拟电压运动指令提高到超过一预定的限值，从而限制将 最大的电流送到该伺服电机。在又一最佳实施例中，编码器110位置信息用于 梭心传动器120作为反馈以将指令预定与实际运动相比较。在这个实施例中， 梭心1传动器120自己调节到伺服电机28的电流以修正任何走过头或未到位 (灵巧的传动)。

在该最佳实施例中，梭心伺服电机28和30、机针伺服电机26采用的是 交流伺服电机，而直流伺服电机则用于X和Y轴线。用于每只交流伺服电机 的随动传动装置120、122和124最好采用YESKAWA随动传动装置。用于 每只直流伺服电机的随动传动装置最好是采用COMPUMOTOR OEM670X随 动传动装置。用于每只交流伺服电机26-30的编码器110、112和114最好是 采用磁性编码器，例如SONY MAGNESCALE INC.的磁性旋转编码器RE90B- 2048C。编码器110-114位置信号也是通过随动传动装置120-124输入到接口 130以用于运动控制器104来计算运动指令。

X轴线伺服电机50和Y轴线伺服电机52最好是用直流伺服电机。用于 这些直流伺服电机的随动传动装置126和128最好采用COMPUMOTOR OEM670X随动传动装置。用于每只直流伺服电机50和52的编码器116和118 最好采用光学编码器，例如COMPUTER OPTICAL PRODUCTS,INC.的 CM350-1000-L。编码器116和118位置信号直接输入到运动控制器104。编 码器位置信息被控制器104用作伺服电机反馈控制。

再继续看图5。作为计算机102的一部分的运动控制器104及其相关的软 件从概念上被看作是许多运动指令，这样，为每只伺服电机及其相应的传动装 置建立了一根指令轴线。例如，为机针传动装置124、机针伺服电机26和机 针伺服电机编码器114建立了一根指令轴线。另一指令轴线是用于梭心1传动 装置120、梭心1伺服电机28和梭心1伺服电机编码器110。每根运动指令 轴线计算运动指令作为来自所有伺服电机26、28、30、50和52的编码器 位置信息的函数。运动指令为随动传动装置120-128提供了关于伺服电机26、 28、30、50和52的所需的信息，每个运动指令和得出的伺服电机运动能被 总的看作为一个脉冲，因为其持续时间较短。较快的缝合操作要求较短的持续 时间和较高频率的运动指令。运动控制器104已被编程，用来通过产生与待送 给诸伺服电机的这些脉冲的频率和电流相应的运动指令从而控制伺服电机 26、28、30、50和52的位置。在该最佳实施例中，在计算机102中使用了 PC总线运动控制器卡，例如GALIL DMC-1000卡，这种卡每张有八根运动控 制轴线，并多张卡同步。运动控制器104的每根轴线产生一个用于其相应的 伺服电机和传动装置的合适的运动指令。

利用编码器110-118的运动控制器的监控能实现梭心22和24与机针12 和14的电子化传动(配合)。编码器110-118监控是通过例如指定一个伺服电机 为主并结合其他从属于它的伺服电机的方法来使用的。例如，在该最佳实施例 中，梭心伺服电机28和30从属于主件的机针伺服电机26，这样，每根从属 的控制器轴线监控着机针伺服电机编码器114，并为从属的伺服电机及机针伺 服电机26的一致的运动产生合适的运动指令。在另一实施例中，任何一个伺 服电机可用作主伺服电机。如果通过编码器110-114提供的位置信息表明其中 一个从属伺服电机不能跟上主伺服电机并滞后于主伺服电机如50个编码器脉 冲或更多些，则运动控制器将使主伺服电机放慢速度。这可有效地突然改变诸 伺服电机的一致性，该从属伺服电机突然变成主伺服电机。

在该最佳实施例中，X轴线伺服电机50和Y轴线伺服电机52是以X-Y 台48尽可能地慢的方式从属于机针伺服电机26的。换言之，当机针12和14 上升并撤走织物90时，X-Y台48将开始移动，并计算X-Y台48的速度以在 一已知的时间内达到所需的X-Y轴线运动，上述已知的时间是使机针上升到其 行程的上死点并返至再进入织物90的一位置所需的时间。为移动X-Y台48 消耗了直接形成线迹的最大时间段，减缓了其他机构的急跳运动，并减少或避 免了加速或减速产生的问题，从而使该缝纫机10尽可能达到最平滑而拉紧的 线迹。在该最佳实施例中，当机针编码器114从零位输出2800个脉冲而机针 12和14升至一在罩导向器36的平面上方约四分之一英寸的高度时X-Y台开 始运动，而当机针编码器114从零位输出4000个脉冲而机针12和14又降至 一在罩导向器36的平面上方约四分之一英寸的高度时X-Y台就完成了其运 动。

与该最佳实施例中的主-从方案不同的另一方案是电子化传动(配合)，它是 发出运动指令而不必参照一主伺服电机的方案。每根控制器轴线接收来自所有 其他的编码器的位置信息并根据所有缝纫部件的位置发出运动指令。如果编码 器位置信息表明其中一个从属伺服电机不能跟上其他伺服电机并滞后于其他 伺服电机如50个编码器脉冲或更多些，则该落后的伺服电机就被指定为主伺 服电机，而所有其他的控制器轴线则从属于它，从而保持电子化传动(配合)。 因此，一个另外的实施例公开了，从而在其中一个伺服电机滞后时才有主-从 方案的出现。

每个编码器110-118装有一基准位置指示器，使运动控制器104指令每只 伺服电机26、28、30、50和52以找到基准点，然后移动到一“零”位。 该零位用于使缝纫机10初始化而开始缝纫操作。诸编码器感测到从零位的运 动并产生与其运动相应的信号。使用一用户接口1，如一触屏监控器(touch screen monitor)，就能实现初始化(使诸伺服电机移动到零位)并选择机针压脚花 样。可用一用户菜单软件包，如Visual Basic以产生用户接口屏。机针压脚花 样储存在电子存储器(包括计算机102硬盘和其他磁性媒介RAM、ROM)里， 并可由用户通过触屏监控器100来选择。

图1中有一手轮11，其功能类似于传统的缝纫机手轮，在从触屏监控器 100中将它选择到后就可操作了。如图5所示，有一与手轮连结的编码器140 用来向运动监控器104传递手轮位置信号。另外的情况是，有一伺服电机与手 轮11相连通过手轮的力反射运动。一旦选好了手轮11，所有的缝纫部件均从 属于手轮11，这样，手轮运动信号就决定了所有的由运动控制器104发出的 运动指令。所以，手轮11就使所有的电子传动(配合)缝纫部件具有手动方式的 电子传动(配合)的能力。

计算机102除了使缝纫部件具有电子传动(配合)的功能外，还使之具有多 种其他的自动功能。由计算机102提供的一种功能是扭矩的限制以改善安全 性。该计算机102计算并监控着对每个伺服电机每个脉冲所需的电流。例如， 当机针12和14通过结实的织物90时，每个脉冲需要较多的电流给机针伺服 电机26(较大的扭矩)以保持所需的运转速度，即伺服电机26扭矩需求得以提 高。同样，如果机针企图提高食指，则要有较大的电流来保持所选的运转速度。 提高用户接口100手工输入量或不履行程序设定(by defaut programmer setting)，计算机102就有一个扭矩限值。该扭矩限值不断地与伺服电机扭矩要 求相比较。当机针12和14伤到食指时，或当一些其他的障碍物造成所需扭矩 过大时，计算机就使缝纫机10停机，从而防止进一步伤害手指或因其他障碍 物不让伺服电机发指令而提供比扭矩限值还高的扭矩。还防止缝纫机10可能 的自身破坏。

用于伺服电机障碍的缝纫机10的扭矩限值关闭(toque limit shut down)是一 两步程序。首先，一用户确定的电流限值防止计算机102指令一超过所确定的 限值的电流值。电流限值取决于带条缝材料的厚度和阻力特性而发生改变。对 薄材料，定一较低的电流限值。对较厚的材料，则定一较高的电流限值。一旦 达到电流限值，该计算机将电流保持在那水平，直到编码器位置信息表明改变 的伺服电机滞后例如50个编码器脉冲或更大些。此时，如关闭的伺服电机是 一从属的伺服电机，主和从属伺服电机就突然改变一致性。如关闭的伺服电机 是一主伺服电机，则无一致性突然改变。如该关闭的伺服电机继续滞后如又50 个编码器脉冲或更多些，尽管对最大电流已有了指令，计算机就关闭缝纫机。

由计算机102提供的另一功能是缝纫机的真实生产时间(real time production)和对缝纫机10保持监控。该计算机监控该缝纫机运转的时间、运转 时的速度和在一时间周期内缝纫机运转所需的功率。这一特点可使按自动维护 程序保养该缝纫机10。

诸另件均系模制的以提高其维修性。例如，图3中的梭心22和24可容易 斜下并换上弯针。机针12和14与梭心22和24的电子传动(配合)的通用性能 使用户作这样的参数变化而不必手工重设其他缝纫参数。电子传动(配合)能自 动调节新的缝纫参数。

由于免除了传统的连杆和驱动轴，在将电子传动(配合)应用于缝纫操作方 面有无数的变种。其一个变种是用作缝纫的平接缝纫机，例如，兰色粗斜纹布 的内缝。这种机器通常要求一短机身(short throat)以保持高速。电子传动(配合) 能使长机身的缝纫机(even long throated sewing mashine)能高速运转，因为没有 机械连杆或驱动轴而不会降低速度。

本发明的另一个用途是用于同时缝合多个钮孔的钮孔缝纫机。图6A是一 五钮孔缝纫机的高级方块图。有一计算机202协调着五个机针/梭心机头204、 206、208、210和212的电子传动(配合)，这些钮孔相互分开，钮孔中心之 间的距离小到足以同时能缝合这些钮孔，例如约2.5至4.0英寸。如图6B所示， 每个机针/梭心机头204-212包括至少一带有一相应的伺服电机222、编码器 224和传动装置226的机针220，以及一带有一伺服电机232、编码器234和 传动装置236的梭心230。机针伺服电机222、编码器224和机针220组成一 机针组合228。梭心伺服电机232、编码器234和梭心230组成一梭心组合238。 如图6C所示，每个缝纫头204-212的机针组合228和梭心组合238彼此相对 地结构固定，使缝纫时每个机头的机针组合228比起其相应的梭心组合238来 位于织物250的相反侧。每个机针/梭心机头204-212的电子传动(配合)是通过 使用由例如连结于前述的伺服电机的编码器提供的位置信息而实现的。每个机 头204-212的机针电子传动(配合)于同一机头的梭心。尽管这是不必要的，所 有机头204-212的诸机针和诸梭心被此电子化传动(配合)也是可取的。

本发明的多机头用途是可能的，因为机针和梭心外在上是彼此自由的。这 样外在的分离使缝纫时缝纫头204-212可沿三维运动，从而能进行三维缝纫操 作。现在，本发明可不将织物引入到缝纫机中，而将缝纫机带至织物。

很明显，从前面的描述和附图，对于熟悉本领域的技术人员来说，可以用 实施例的方式对本发明作出改进和/或变化。

所以，这明显地意味着：上述描述及其附图仅用来说明最佳实施例，而不 是对本发明的限制，本发明的真正精神和它的保护范围是由所附的权利要求所 决定的。