一种具备自动归拢作业的缝纫机及其自动归拢作业方法与流程

1.本发明涉及一种缝纫机，特别涉及以图像识别技术为依托对缝料进行自动归拢，达到全流程自动作业的缝纫机及其自动归拢作业方法。


背景技术：

2.目前服装加工工艺基本都已经实现了自动化操作，但缝合作业还是需要人工操作。首先需要用笔按样板在对应缝料上画出相应的搭位线，然后人工缝制时，操作人员要根据的搭位线的走向进行位置纠正和拐弯送料。当进行两块缝料的缝制时，操作人员用左右手进行同时推送，需要操作人员具备很高的熟练度，一旦缝料出现位置跑偏时，就会对缝制产品的美观造成不良影响，产生残次品，大大影响了工作效率并增加了制造成本。随着人力成本的不断攀升，企业迫切希望实现缝制自动化，达到的产品质量保证并降低人工成本。


技术实现要素：

3.为解决上述缺陷和不足，本发明提供一种具备自动归拢作业的缝纫机及其自动归拢作业方法。
4.本发明采用以下方案实现，一种具备自动归拢作业的缝纫机，其包括：
5.缝纫台；
6.安装在缝纫台上的缝纫机座；
7.缝料边界识别器，用于取像缝纫台上的缝料，以此作为数据来源识别缝纫台上的缝料的缝料边界；
8.光发射器，用于发射直线激光光束，所述直线激光光束投射到所述缝料上，会在所述缝料边界产生z形台阶标记；缝料边界识别器取像后识别所述z形台阶标记映射在图像上的位置，根据所述z形台阶标记映射的位置校准离所述z形台阶标记距离最近的缝料边界，将相应的缝料边界平移至所述z形台阶标记映射的位置上；
9.针尖传动系统，用于采用可升降式针尖去定位缝料；针尖传动系统包括：多个所述针尖、与多个针尖一一对应且用于升降相应的针尖的多个升降机构、用于驱动所述升降机构带动相应针尖循环作业的循环导轨机构；
10.位移调节系统，用于采用吸嘴移动缝料；位移调节系统包括：吸嘴、用于驱动吸嘴的吸取和放开的吸嘴驱动机构、用于带动相应的吸嘴移动的位移调节机构；
11.信号处理单元，驱动缝料边界识别器，缝料边界识别器识别出的缝料边界并根据光发射器发射的直线激光光束在缝料上形成的z形台阶标记校准已识别出的缝料边界；信号处理单元根据设定好的缝纫线，针对缝料，在缝料边界识别器识别出的缝料边界内，沿所述缝纫线制定出针尖传动系统的针尖定位固定位置；信号处理单元驱动吸嘴驱动机构将将缝料上距离针尖定位固定位置一定距离的特定点作为吸嘴的吸附点，先驱动升降机构抬升相应针尖，信号处理单元再驱动位移调节机构将缝料吸附点最近的针尖固定位置移位至对应的针尖上，将针尖固定位置卡入对应的针尖中；信号处理单元驱动循环导轨机构将缝料
往缝纫区传送，进入缝纫区由缝纫机座缝制完毕的上下重合的缝料被缝线固定，并随着缝纫机座不断往前进的同时，信号处理单元驱动已经失去固定作用的针尖下降，释放定位。
12.作为上述方案的进一步改进，缝料在吸附定位时，信号处理单元根据缝纫线确定吸嘴的吸附点；吸嘴吸附下缝料的缝制起点对应第一吸附点，并将下缝料对应的第一定位点，插入针尖传动系统的第一针尖；吸嘴吸附上缝料的缝制起点对应第一吸附点，并将上缝料对应的第一定位点，插入针尖传动系统的第一针尖，上、下缝料的对应定位点依次重合；重复上述两步骤，分别将上、下缝料的第二，三
……
定位点，依次插入针尖传动系统的第二，三
……
针尖进行归拢作业；针尖定位好的重叠缝料随着循环导轨机构往缝纫区传送；进入缝纫区缝制完毕的上下重合的缝料被缝线固定，并随着缝纫机座不断往前进的同时，已经失去固定作用的针尖下降，释放定位；依次重复上述工作，循环完成归拢和缝制工作。
13.作为上述方案的进一步改进，循环导轨机构的导轨呈回型。
14.作为上述方案的进一步改进，针尖通过一个弹性件固定在相应升降机构上。
15.作为上述方案的进一步改进，位移调节机构包括：主支架和可延主支架方向运动的副支架，吸嘴安装在副支架上。
16.作为上述方案的进一步改进，所述缝纫机还包括用于对缝纫台上的缝料进行照明的照明系统。
17.进一步地，所述照明系统根据图像采集的需要，调节照明方向进行取像补光。
18.作为上述方案的进一步改进，光发射器为一字线型光发射器。
19.作为上述方案的进一步改进，光发射器和缝料边界识别器为一整体安装模块，安装于缝纫台上方。
20.作为上述方案的进一步改进，升降机构为马达，针尖共轴固定在所述马达的输出轴上。
21.本发明还提供一种自动归拢作业方法，其应用于上述任意的自动归拢作业的缝纫机中，所述自动归拢作业方法包括以下步骤：
22.步骤一，识别出缝纫台上的缝料的缝料边界；
23.步骤二，根据直线激光光束在缝料边界上形成的z形台阶标记，校准已识别出的缝料边界；
24.步骤三，根据设定好的缝纫线，针对缝料，在识别出的缝料边界内，沿所述缝纫线制定出定位固定位置；
25.步骤四，将缝料上距离针尖定位固定位置一定距离的特定点作为吸附点；
26.步骤五，先抬升相应针尖，再针对吸附点吸附缝料由此转移缝料，并将缝料吸附点最近的针尖固定位置移位至对应的针尖上，将针尖固定位置卡入对应的针尖中；
27.步骤六，将缝料往缝纫区传送，进入缝纫区由缝纫机座缝制完毕的上下重合的缝料被缝线固定，并随着缝纫机座不断往前进的同时，下降已经失去固定作用的针尖，释放定位；
28.依次重复步骤一至步骤六，循环完成归拢和缝制工作。
29.本发明实现缝制工艺的归拢作业自动化，通过图像识别判断布料边界，并能通过信号处理单元中预设缝纫线省去了画搭位线这道工序，真正实现缝制作业的全流程自动化，且缝纫线可以为多样化的曲线满足不同客户定制化需求，除此，所述自动归拢缝纫机还
能实现多片缝料缝制操作，满足客户更多样的需求。
附图说明
30.图1为本发明较佳实施例提供的缝纫机的立体结构示意图。
31.图2为图1中缝纫机的局部放大示意图。
32.图3为图1中缝纫机的位移调节系统的立体结构示意图。
33.图4为图1中缝纫机的针尖传动系统的立体结构示意图。
34.图5为图1中缝纫机的缝料边界识别器进行激光线二次识别的原理示意图。
35.图6为图5中缝料进行激光线二次识别的俯视应用示意图。
36.图7为图5中缝料进行激光线二次识别的立体应用示意图。
37.图8为图5中缝料的缝线、机针定位点和吸嘴吸附点示意图。
38.图9为图5中缝料的缝线、机针定位点和吸嘴吸附点在缝纫机上的示意图。
39.图10为图1中缝纫机的自动归拢作业方法的流程图。
具体实施方式
40.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
41.请参阅图1，其为本发明较佳实施例提供的缝纫机的立体结构示意图，为了更好的展示主要结构部分，底部次要部分没有展示，留出更多的画布给主要机构部分。本发明的缝纫机主要是用于自动归拢作业，包括缝纫台1、缝纫机座2、缝料边界识别器4、信号处理单元5、位移调节系统6、光发射器7、针尖传动系统8。
42.请结合图2、图3、图4、图5，缝纫机座2安装在缝纫台1上，缝纫机座2包括机身20、针刺机构21、送料机构22、挑线机构(未标示)、摆梭机构(未标示)。机身20安装在缝纫台1上，针刺机构21安装在机身20的一端底部。送料机构22安装在针刺机构21的下方，而且是下沉式安装在缝纫台1上。针刺机构21位于缝纫台1的台面上，送料机构22位于缝纫台1的台面下，针刺机构21的缝针结合摆梭机构、挑线机构实现缝纫台1上的缝纫区内的缝料进行缝纫。这一块属于本领域技术人员的公知常识，在此不再详细叙述。
43.上缝料和下缝料放置在缝纫台1的台面上时，可通过缝料边界识别器4识别上缝料和下缝料的缝料边界。缝料边界识别器4取像缝纫台1上的缝料，以此作为数据来源识别缝纫台1上的缝料的缝料边界。图6及图7所示，当光发射器7的光线打在上缝料或下缝料时，正常应该是图6所示，然而由于上缝料或下缝料和缝纫台1的台面存在落差，而且介质也不同，因此会形成如图7的折线，那么在转折点处即为缝料边界。也就是说光发射器7用于发射直线激光光束，直线激光光束投射到缝料上，会在缝料边界产生z形台阶标记，缝料边界识别器4根据所述z形台阶标记识映射在图像上的位置，校准已识别的缝料边界，可以大大提高缝料边界识别器4的摄像头对缝料边界的设别。如缝料边界识别器4通过取像可知所述z形台阶标记的位置，所述z形台阶标记理论上就应该在其中一条缝料边界上，如果所述z形台阶标记的位置不在其中一条缝料边界上，则缝料边界识别器4就认为识别出的相应缝料边界有误差，需要进行校准。校准时，缝料边界识别器4只需要把离所述z形台阶标记处最近的
缝料边界平移至所述z形台阶标记映射的位置上即可，一般误差不是很大，误差精度在0.5mm，因此离所述z形台阶标记处最近的缝料边界就可以认定为是理论上应该存在z形台阶标记的缝料边界。此外激光光束不限定为一条直线，可以为很多条激光直线线束，可以从多维度进行边界判断。由于整个是平移，因此，当缝料边界一条校准之后，其余缝料边界自然就校准了。
44.缝料边界识别器4内存储有预先设计的上缝料或下缝料的缝制轨迹线，通过拍照后灰度处理，即可从图像上识别出上缝料或下缝料的轮廓线，再加上光发射器7的辅助，能够精确的掌握上缝料或下缝料的位置。缝料边界识别器4然后就可以把缝制轨迹线映射到识别出的相应缝料上，针对缝制轨迹线上的点驱动位移调节系统6调节相应缝料的位置，将缝料吸附点最近的针尖固定位置移位至针尖传动系统8上的相应的针尖81上，将针尖固定位置卡入对应的针尖81中。
45.缝料边界识别器4可以控制缝纫机运行的核心控制部件，也可以单独设置数据处理器，如信号处理单元5，信号处理单元5是控制缝纫机运行的核心控制部件，相当于cpu。信号处理单元5除了接收图像，并进行图像识别，还能输出控制信号，控制位移调节系统6、针尖传动系统8。信号处理单元5控制缝料边界识别器4识别上缝料和下缝料。根据缝料边界，信号处理单元将预先设定建立的x-y二维坐标系、缝制起点、目标缝纫线投影到对应实物图像中,但是在实际的运行中，有很大的可能性会存在偏差，如果偏差比较大的条件下，归拢作业后的效果会很不理想，严重的话会影响销售，甚至成为次品相应进行处理。因此，本发明增加激光线来提高识别率。
46.请结合图5、图6、图7，说明激光线如何提高边界识别率。如图6，激光发射器向缝料a和缝纫台c发射一字线型激光线束，已知缝料和缝纫台之间存在一个x距离，所以一字线型激光线束通过摄像头成像透镜映射到摄像头成像元器件上的图像，存在δy距离的光线摺痕。进一步，如图7，是激光线束投影到缝料a和缝纫台c时，从边界识别器4方向看到的图像。如图5，是激光线束投影到缝料a和缝纫台c时，当和激光透射角度呈θ角度时，从缝料边界识别器4的摄像头41方向取得的图像(通过缝料边界识别器4的透镜44)，如图存在一个δy距离的光线摺痕。通过上述方法，能够很精确的识别出缝料的边界，大大提高了识别率。此处信号处理单元5控制光发射器7对x轴、y轴的缝料边界分别打出与x轴、y轴相交的两条激光线条，形成xy二维边界判断。因此，在本实施例中，光发射器7用于发射直线激光光束，直线激光光束投射到缝料上，会在缝料边界产生z形台阶标记即折线特征，可以大大提高摄像头对缝料边界的设别，此外激光光束不限定为一条直线，可以为很多条激光直线线束，可以从多维度进行边界判断。
47.所述信号处理单元5对x轴、y轴的缝料边界分别比较相应的重新识别的缝料边界，如果相应的缝料边界误差不在所述预设的误差范围内，则根据重新识别的缝料边界调整x-y二维坐标系，以重新调整目标缝纫线和目标缝制起点，直至相应的缝料边界误差在一个预设的误差范围一内，且相应的缝针起点误差在一个预设的误差范围二内；如果相应的缝料边界误差在一个预设的误差范围内，且相应的缝针起点误差在预设的误差范围二内，则启动所述位移调节系统6。
48.在实际的应用中，很多缝纫机是自带显示器的，因此所有的图像处理过程可以通过显示器显示出来。也有的缝纫机具有人机互动台，使用者通过人机互动台与缝纫机内部
的信号处理单元5交互，如修改参数，或安装新程序等。在本实施例中，如图1所示，缝纫机就安装了人机互动台，这个人机互动台可以和信号处理单元5做成一个模块。人机互动台具有显示器51和控制面板52，显示器51可以是触控功能的，也可以没有触控功能的，仅仅只通过人机互动台的控制面板52上的多个按键去人机互动。这些都是可以根据使用环境的实际需要进行配置。
49.在本实施例中，缝纫机还可以设置照明系统，所述照明系统根据图像采集的需要，调节照明方向进行取像补光。如照明系统内可包括2个以上照明灯具，根据摄像头采集画面需要，照明灯具可以调节照明方向。为了避免周围照明对摄像头图像采集的影响，可加设2个以上照明灯具，可以调节灯具照明方向，来适应图像采集的需要，更便于缝料边界的图像采集和判断。
50.通过信号处理单元5设定好相对缝纫边界，缝纫线line1和line2位置，同时设定好上缝料对应的针尖固定位置a1、a2、a3、a4、a5、a6，以及下缝料对应的针尖固定位置b1、b2、b3、b4、b5、b6，同时设定好上缝料吸嘴吸附位置ad1、ad2、ad3、ad4、ad5、ad6，以及设定好下缝料吸嘴吸附位置bd1、bd2、bd3、bd4、bd5、bd6。工作顺序如下：信号处理系统5将上述设定点投影到已经设别的上下缝料对应位置，位移调节系统6先用吸嘴吸附bd1点，将缝料点b1卡入第一针尖中，然后位移调节系统6再吸附ad1点将a1点卡入第二针尖中，此后按照：吸附bd2点，卡b2点到第二针尖，吸附ad2点，卡a2点到第二针尖；吸附bd3点，卡b3点到第三针尖，吸附ad3点，卡a3点到第三针尖；以此顺序不断操作。
51.如图9，是b1和a1，b2和a2已经卡入针尖的实际状态示意图，此时b1和a1已经重合并固定在针尖一上，b2和a2已经重合并固定在针尖二上，且line2和line1在a1到a2这一段上是重合的，这样不断固定b1和a1，b2和a2，b3和a3，b4和a4，b5和a5，b6和a6，
……
不断上缝料31和下缝料32进行归拢作业，使得line2和line1完全重合，并通过针尖传动系统往针刺机构传送，并通过针刺机构将line2和line1缝制到一起。
52.在本实施例中，位移调节机构63可包括：主支架631，可延主支架631方向运动的副支架632。副支架632上安装有1个以上可上下伸缩的吸嘴61，用于吸附布料进行移动，进行位置纠偏。对于缝制两片缝料，最优方案为设置两个吸嘴61，先用其中一个吸嘴61吸起上缝料a，将下缝料b暴露在摄像头视觉范围内，然后用其中另一个吸嘴61吸附下缝料b，将下缝料b固定在对应针尖81上，再移动副支架632，通过吸嘴61将上缝料固定在同一针尖81上。
53.针尖传动系统8就是起到这样的功能：针尖传动系统8用于在送入缝纫机的缝纫区前，在定位区对叠置的上、下缝料进行定位。针尖传动系统8包括控制单元一(图未示)、多个针尖81、多个升降机构82、循环导轨机构83。
54.控制单元一用于在目标缝纫线上定义多个定位点，如图8所示的上缝料a上的a1、a2、a3、a4、a5、a6
……
，下缝料b上的b1、b2、b3、b4、b5、b6
……
；对距离目标缝制起点最近的定位点设为起点定位点。
55.多个针尖81与多个定位点一一对应，用于定位相应的定位点。针尖81具有上下伸缩功能，当需要固定布料时，伸出缝纫机的台面1，当上下布料缝合时，针尖81向下收缩，能够将针尖81从缝料中抽出，并避免机构碰撞。针尖81可安装在对应的升降机构82上，通过升降机构82实现上下伸缩功能。每个针尖81可通过相应的弹性件84安装在对应的升降机构82上。弹性件84只要是弹性材质制成即可，主要是为了针尖81在受巨大的外力下，起到缓冲针
尖81的作用。多个升降机构82与多个针尖81一一对应，用于升降相应的针尖81，升降机构82采用升降马达、迷你气缸等都可以。循环导轨机构83用于驱动所述升降机构82带动相应针尖81在所述定位区和所述缝纫区之间循环传输。所述循环导轨机构83的导轨831最好呈回型，所述针刺机构的缝针位于导轨直线部分的中部。这样循环导轨机构83就能将针尖81依次输送至缝针下方的缝纫区，针尖81与针刺机构的缝针之间空间错位开，两者不干涉，因而针尖81的运动不会影响缝针的作业，通过循环导轨机构83循环回来重新作为下一个上、下缝料的归拢作业。
56.其中，所述控制单元一还用于通过控制多个升降机构82驱动相应的针尖81分别对下缝料a的定位点进行定位，当所述位移调节系统6在下缝料b上叠置上缝料a时，将上缝料a的定位点定位在相应的针尖81上，从而上、下缝料的对应定位点依次重合；所述控制单元一还用于在叠置的上、下缝料进行归拢作业时，对首先送入缝纫区的起点定位点通过驱动对应针尖81下降的方式释放定位，跟随缝纫机的缝纫进程，对依次送入缝制区的定位点释放定位。
57.在本实施例中，位移调节系统6用于布料的位置纠偏，针尖传动系统8用于固定纠偏后的布料并传送到针刺机构22进行缝纫。位移调节系统6用吸嘴61吸附下缝料按照缝制要求固定到对应针尖81上，然后吸附上缝料按照缝制要求固定到相同针尖81上，此针尖将两片缝料按缝制要求固定在同一针尖81上，直到传送到针刺机构22完成缝制。此外除了对两片缝料进行缝制外，本技术同理也适用于2片以上的多片布料缝制作业。
58.针尖传动系统8优选为为刚性针尖传动系统，针尖81为刚性不可弯曲，针尖81固定在送料方向的导轨831上，位移调节系统6对布料进行纠偏后，固定在相对应的针尖81上，沿着导轨831向针刺机构22运动。这样需要缝制的缝料就会按顺序固定在1,2,3
……
号针尖上，当固定缝料缝制结束后，针尖81会从缝料抽出，进入待使用状态，经过一个循环，重新回到位移调节系统6附近，等待固定缝料。
59.由于针尖传动系统8的运动独立于缝纫机的送料运动，循环导轨机构83的运动可以为不连续的，一个单体针尖81到达位移调节系统6同一水平线位置时可停止，等待缝料固定在针尖81上后再运动，但程序必须规划好两个运动系统的时间差，使得针刺机构22的归拢执行单元的缝纫速度能够与送料系统的运动速度同步。
60.针尖传动系统8中的针尖81除了上下伸缩运动，还可随着轨道送料方向的垂直方向左右运动。所述的针尖随着导轨831向针刺机构22运动，同时针尖81除了上下伸缩运动外，还可设置具备左右运动，这样可以部分取代吸嘴61的左右运动，达到更高效的固定缝料作用。
61.本实施例的缝纫机实现的是这样的一个自动归拢作业方法，如图10所示，所述自动归拢作业方法的步骤为：
62.步骤一，识别出缝料边界。信号处理单元5驱动缝料边界识别器4，缝料边界识别器4启动后即可针对缝纫台1上缝料取像并进行缝料边界识别。
63.步骤二，根据直线激光光束在缝料边界上形成的z形台阶标记，校准已识别出的缝料边界。信号处理单元5驱动光发射器7发射直线激光光束在缝料边界上形成z形台阶标记，当z形台阶标记不在已识别出的缝料边界上时，就认为缝料边界的识别有误差，需要进行校准。将距离z形台阶标记最近的缝料边界线平移至z形台阶标记上即可。当然操作时，也不会
将光发射器7安装的非常远。
64.步骤三，根据设定好的缝纫线，针对缝料，在识别出的缝料边界内，沿所述缝纫线制定出定位固定位置。定位固定位置在本实施例中指的是针尖传动系统8的针尖81定位固定位置。信号处理单元5根据设定好的缝纫线，针对缝料，在缝料边界识别器4识别出的缝料边界内，沿所述缝纫线制定出针尖传动系统8的针尖定位固定位置。
65.步骤四，将缝料上距离针尖定位固定位置一定距离的特定点作为移动点。移动点就是移动缝料时的抓取的地方，在本实施例中就是吸嘴61的吸附点。信号处理单元5驱动吸嘴驱动机构62将缝料上距离针尖定位固定位置一定距离的特定点作为吸嘴61的吸附点。
66.步骤五，先抬升相应针尖81，再针对吸附点吸附缝料由此转移缝料，将缝料吸附点最近的针尖固定位置移位至对应的针尖81上，将针尖固定位置卡入对应的针尖81中。在本实施例中，信号处理单元5先驱动升降机构82抬升相应针尖81，再驱动位移调节机构63将缝料吸附点最近的针尖固定位置移位至对应的针尖81上，将针尖固定位置卡入对应的针尖81中。
67.步骤六，将缝料往缝纫区传送，进入缝纫区由缝纫机座2缝制完毕的上下重合的缝料被缝线固定，并随着缝纫机座2不断往前进的同时，下降已经失去固定作用的针尖，释放定位。在本实施例中，信号处理单元5驱动循环导轨机构83将缝料往缝纫区传送，进入缝纫区由针刺机构21缝制完毕的上下重合的缝料被缝线固定，并随着循环导轨机构83不断往前进的同时，信号处理单元5驱动已经失去固定作用的针尖81下降，释放定位。
68.依次重复上述工作，循环完成归拢和缝制工作直至缝纫线缝纫结束。
69.本发明的自动归拢作业的缝纫机，特别涉及以图像识别技术为依托对缝料进行自动归拢，达到全流程自动作业的缝纫机，而且结构简单，成本低，有很高的应用价值。
70.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。