Hochgeschwindigkeits-Video optimiert die Entwicklung von Nähmaschinen bei Bernina Der Blick auf den Stich - KEM

Hochgeschwindigkeits-Video optimiert die Entwicklung von Nähmaschinen bei Bernina

Der Blick auf den Stich

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Extrem schnelle Vorgänge können vom menschlichen Auge nicht erfasst werden. Hier setzt hochauflösendes High-Speed-Video an. Es liefert detailreiche Informationen über die zeitlichen Veränderungen von Ereignissen. Ursachen von Fehlerquellen können präzise, eindeutig und frühzeitig erkannt und letztendlich behoben werden. Zusätzliches Plus: Die Videosysteme können unmittelbar vor Ort eingesetzt werden.

Exklusiv in kem Der Autor Kamillo Weiß ist freier Journalist in Leinfelden-Echterdingen

Die Nähmaschinen der Bernina International AG, CH-Steckborn, sind der Garant für schnelle, schwingungsarme, leise und verschleißfeste Arbeitsweise. Sie stoppen mit hoher Genauigkeit und führen Bewegungen zeitgenau und wiederholungstreu aus.
Exakte Bewegungsanalysen bis in den Mikrobereich
Das präzise mechanische und elektronische Zusammenspiel aller Bauteile der Nähmaschine wird von vielen Faktoren beeinflusst. Beispielsweise kann konstruktionsbedingte Unwucht zu Schwingungen führen. Dennoch müssen die zu steuernden Bewegungen sehr präzise ausgeführt werden, da bereits Abweichungen im Mikrobereich bei hohen Schwingungsfrequenzen die Präzision einer Nähmaschine stark beeinflussen. In rasanter Geschwindigkeit soll der Ober- und Unterfaden exakt die Vorgaben in der Bewegung erfüllen. Materialbedingte Unterschiede führen aber bei teilweise sehr beengten Verhältnissen zu unberechenbaren Bewegungen. Um die sich daraus ergebenden Probleme eindeutig zu analysieren, ist die Konstruktions- und Entwicklungsabteilung von Bernina auf präzise, effiziente und zuverlässige Messgeräte angewiesen.
Mit dem Einsatz einer Hochgeschwindigkeitskamera hatte man schon Erfahrungen gesammelt: Im Jahr 2009 erfolgte die Entscheidung für die Investition in das wesentlich leistungsfähigere System „Motionblitz Eosens mini2“ von Mikrotron. Im selben Jahr wurde die High-Speed-Kamera erworben und in der Konstruktions- und Entwicklungsabteilung eingesetzt. Herrn Durville, Leiter der Abteilung, und Herrn Schwyn, Testingenieur, überzeugten vor allem Flexibilität, Leistungsumfang, einfache Bedienung, Präzision durch hohe Bildauflösung und die kompakte Bauweise. „Die Kamera hat sich schnell als ein wirkungsvolles Hilfsmittel für viele Testzwecke etabliert“, bemerkt Schwyn. Sie versetzt die Ingenieure von Bernina in die Lage ihre neuen Technologien in Echtzeit sichtbar zu machen und zu testen. „Wir setzen die Kamera fast täglich konsequent ein“, führt Schwyn weiter aus. Viele Änderungen und Optimierungen in der Konstruktion sind auf die eindeutigen Ergebnisse der Hochgeschwindigkeitsaufnahmen zurückzuführen. Auch in anderen Einsatzbereichen – wie beispielsweise in der Fertigungsoptimierung – hat sich die Kamera schon als wertvolles Analysesystem erwiesen.
Kontrollierte Bewegung des Fadens sicherstellen
Eine besondere Herausforderung bei der Entwicklung einer Nähmaschine ist die kontrollierte Bewegung des Fadens. Der Handel bietet Fäden in verschiedensten Materialien für unterschiedliche Aufgaben an, die sich hinsichtlich Oberfläche, Dicke, Härte und Biegeverhalten unterscheiden. Es ist deshalb schwierig, den Fadenlauf exakt unter Kontrolle zu halten. Der Faden kann im gespannten Zustand eine Geschwindigkeit bis 2 m/s erreichen, wird aber auch im völlig losen Zustand, bei eng-sten Platzverhältnissen und mit hohem Tempo frei fliegend durch die Luft geschleudert. Dabei besteht die Gefahr, dass er sich an beteiligten Bauteilen ein- oder aushängt.
Für eine regelmäßige und qualitativ hochwertige Naht ist es enorm wichtig, dass die Schlupfbewegungen des Fadens zu jeder Zeit und an jedem Ort definiert und kontrolliert werden können. Mit der Eosens mini2 wird die Bewegung des Fadens für das menschliche Auge durch hohe Kameraauflösung und Zeitdehnung gut sichtbar gemacht und kann somit zielgerichtet beeinflusst werden.
Viele Bauteile einer Nähmaschine werden unter Federdruck in ihrer Position gehalten oder in die Lage versetzt, die nötigen Bewegungen spielfrei ausführen zu können. Dabei bewegt man sich meist im Spannungsfeld zwischen starkem und schwachem Druck. Starker Druck führt zu hoher Reibung und Verschleiß, während ein schwacher Druck mit geringer Funktionssicherheit einhergeht. Die Hochgeschwindigkeitskamera hilft schneller und zielstrebiger, die richtige Auslegung der Feder zu finden.
Nadel-Greiferbewegung stets genau im Blick
Das Herzstück einer Nähmaschine ist der sogenannte Greifer. Dieser erfasst den Faden, der ihm von der Nadel „angeboten“ wird. Nur wenige hundertstel Millimeter entscheiden darüber, ob der Faden vom Greifer erfasst wird oder nicht, ob also eine Naht entsteht oder eben nicht. Die Nadel ist geführt vom oberen, der Greifer vom unteren Teil einer Nähmaschine. Die langen mechanischen Hebelarme, die hohe Geschwindigkeit und die vielen sich bewegenden Teile verursachen Schwingungen, die diese wichtige Funktion gefährden. Die Hochgeschwindigkeitskamera brachte auch hier Licht ins Dunkel des Vorganges und lieferte damit wichtige Informationen für die Verbesserung der Konstruktion. Gerade im Bereich der Greiferbewegung konnten wichtige Optimierungen erfolgen.
Das Zeitmanagement des Bewegungsablaufes ist von großer Bedeutung für die Qualität der Nähmaschinenfunktion und deren Nähergebnisse. Eine Nähmaschine kann nur dann ihre Aufgabe erfüllen, wenn die zeitlichen Abläufe mit der Präzision ausgeführt werden, die man sonst nur von Schweizer Uhren gewohnt ist. Beispiele:
  • Der Stoff darf sich nur bewegen, solange die Nadel nicht eingestochen hat.
  • Die Nadel wiederum darf die ZZ-Bewegung nur dann ausführen, wenn diese gerade nicht im Stoff steckt.
  • Der Stellmotor für die Stofftransportlänge darf sich nur dann bewegen, wenn dieser gerade nicht transportiert.
  • Der Greifer muss genau dann zur Stelle sein, wenn die Nadel eine kleine Fadenschlaufe gebildet hat.
Seit der Anschaffung der Kamera konnten viele notwendige Analysen schneller durchgeführt werden. Welchen wirtschaftlichen Wert jede Verbesserung letztendlich erzielte ist schwer nachvollziehbar. In der Entwicklungsabteilung von Bernina ist man aber überzeugt, dass sich die Investition gelohnt hat und eine günstige Amortisation gegeben ist.
Mikrotron; Telefon: 089 726342-00; E-Mail: info@mikrotron.de,

Eosens mini: Kompakt und lichtempfindlich

Die Kamera Motionblitz Eosens mini2 ist 63 mm hoch, 63 mm breit und 64,5 mm lang. Ihr rückseitiger oder seitlicher Steckerausgang vereinfacht den Einsatz unter beengten Bedingungen. Für scharfe und rauscharme Bilder sorgt die in Echtzeit arbeitende FPN-Korrektur, bei der jedes Pixel hinsichtlich Schwarzwert und Dynamik mit einem Referenzbild abgeglichen wird. Die zuschaltbare nicht- lineare Dynamikanpassung erzielt auch bei extremen Hell-Dunkel-Unterschieden sehr genaue Details im Bild. Die Bildauflösung beträgt bis zu 1696 x 1710 Pixel bei 523 fps mit 10-bit monochrom oder optional 30-bit RGB mit Bayerfilter. Bei reduziertem Bildfeld können weit über 100 000 fps realisiert werden.
Die Software Director2 mit ihrer einfach zu handhabenden Bedienoberfläche beinhaltet komfortable Funktionen wie die RoI-Funktion mit beliebig in Lage und Größe definierbarem Bildfenster und damit automatisch generierter maximal zu Verfügung stehender Bildfrequenz. Mit dem integrierten Imageblitz Auto Trigger – einem frei definierbaren Triggerfeld im Livebild – können selbst sporadisch auftretende Ereignisse sicher erfasst und die optimale Bildsequenz eingegrenzt werden. Weitere Funktionen sind der Burst Trigger- und der Multi Sequenz-Mode.
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Video aktuell

Basierend auf dem brandneuen Standard Wireless-IO-Link zeigt Timo Mauderer, Leiter Vorentwicklung bei der Zimmer Group den intelligenten Roboterflansch, der kabelgebundene mechatronische Greifer mit wireless-IO-Link verknüpft und somit eine externe Roboterverkabelung in vielen Fällen überflüssig macht.

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