CN102016785B

CN102016785B - 打印数据生成装置、打印数据生成方法以及打印数据生成程序

Info

Publication number: CN102016785B
Application number: CN2009801155435A
Authority: CN
Inventors: 关和友; 小野泽义己; 樋口将也; 河野信之; 小松健一郎; 小野伸幸
Original assignee: Mimaki Engineering Co Ltd
Current assignee: Mimaki Engineering Co Ltd
Priority date: 2008-11-28
Filing date: 2009-11-20
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2029-11-20
Also published as: EP2287722A1; JP5033113B2; KR20100127835A; WO2010061800A1; EP2287722A4; CN102016785A; JP2010128932A; EP2287722B1; KR101239257B1

Abstract

本发明的一个实施方式所涉及的打印数据生成装置(40)生成用于三维打印机的打印数据，该三维打印机在三维形状的介质表面上按照每个打印带进行打印，其中，该打印数据生成装置具备：相对曲率计算单元(41)，其对每个打印带求出相对于打印带中的基准打印带的相对曲率；以及图像数据间隔剔除单元(42)，其生成根据相对曲率按照每个打印带间隔剔除图像数据得到的打印数据。

Description

打印数据生成装置、打印数据生成方法以及打印数据生成程序

技术领域

本发明涉及一种生成用于三维打印机的打印数据的打印数据生成装置、打印数据生成方法以及打印数据生成程序，该三维打印机向三维形状的介质表面上打印图像。

背景技术

在专利文献1中记载了一种向三维形状的介质表面打印图像的三维打印机。在专利文献1中记载了使介质相对于XYZ正交坐标系中的X轴(B轴)以自转的方式进行旋转来向介质的表面打印图像的三维打印机，并记载了如下问题点：打印到介质的球面打印面上的图像在外观上变形为向该球面打印面的外周方向(Y方向)逐渐缩小的状态。

关于该问题点，专利文献1记载了利用控制三维打印机的主计算机以如下方式来校正打印到该球面打印面的图像的失真，该方式为：在从喷墨头喷墨至其正下方的球面打印面而形成的用于打印图像的在Y方向上排列的墨点之间加入空白部分。

专利文献1：日本特开2007-8110号公报

发明内容

发明要解决的问题

另外，向三维形状、例如球状、半球状的介质表面打印图像的情况下，按照每个打印带进行打印。在这种情况下，介质的相对于旋转B轴的赤道侧的打印带变长，顶点侧的打印带变短。然而，由于无论打印带如何相对于B轴的旋转速度都是固定的，因此无论打印带如何在各打印带中相对于B轴旋转一周所需要的时间都是固定的。因此，从赤道侧向顶点侧方向打印点间隔逐渐变窄。并且，在从一个点观察打印后的图像的情况下，外观上可以看到从赤道侧向顶点侧方向打印点间隔变窄。其结果，在外观上，打印后的图像的浓度在X方向上逐渐变浓。

因此，本发明的目的在于提供一种向三维形状的介质表面打印图像的情况下能够降低打印图像外观上的浓度偏差的打印数据生成装置、打印数据生成方法以及打印数据生成程序。

用于解决问题的方案

本发明的打印数据生成装置生成用于三维打印机的打印数据，该三维打印机向三维形状的介质的表面按照每个打印带进行打印，该打印数据生成装置具备：相对曲率计算单元，其按照每个打印带求出相对于打印带中的基准打印带的相对曲率；以及图像数据间隔剔除单元，其生成根据相对曲率按照每个打印带间隔剔除图像数据得到的打印数据。

另外，本发明的另一个侧面所涉及的打印数据生成方法生成用于三维打印机的打印数据，该三维打印机对三维形状的介质的表面按照每个打印带进行打印，该打印数据生成方法包括以下步骤：按照每个打印带求出相对于打印带中的基准打印带的相对曲率，以及生成根据相对曲率按照每个打印带间隔剔除图像数据得到的打印数据。

另外，本发明的另一个侧面所涉及的打印数据生成程序生成用于三维打印机的打印数据，该三维打印机对三维形状的介质表面按照每个打印带进行打印，该打印数据生成程序使计算机作为以下单元发挥功能：相对曲率计算单元，其按照每个打印带求出相对于打印带中的基准打印带的相对曲率；以及图像数据间隔剔除单元，其生成根据相对曲率按照每个打印带间隔剔除图像数据得到的打印数据。

根据本发明，由于生成根据介质的相对曲率按照每个打印带间隔剔除图像数据得到的打印数据，因此在将该图像打印到三维形状的介质表面的情况下，能够降低打印图像外观上的浓度偏差。

较为理想的是，上述相对曲率计算单元按照每个打印带求出该打印带的周长相对于基准打印带的基准周长之比的相对曲率。在这种情况下，优选为上述图像数据间隔剔除单元进行如下处理：相对曲率越小越增加上述图像数据的间隔剔除量，相对曲率越大越减少图像数据的间隔剔除量。

发明的效果

根据本发明，在三维形状的介质表面上打印图像的情况下，能够降低打印图像外观上的浓度偏差。

附图说明

图1是表示本实施方式所涉及的三维打印机和打印机控制装置的结构的图。

图2是图1示出的三维打印机的主要部分的结构的图。

图3是表示图1示出的打印机控制装置的第一实施方式的电气结构的图。

图4是表示坐标数据和头数据的图。

图5是表示本发明的第一实施方式所涉及的打印数据生成装置的电气结构的图。

图6是求出相对曲率的方法的概念图。

图7是表示每个打印带的相对曲率的图。

图8是利用图5所示的打印数据生成装置间隔剔除图像数据的概念图。

图9是本发明的实施方式所涉及的打印数据生成方法的流程图。

图10是表示图1示出的打印机控制装置的第二实施方式的电气结构的图。

图11是表示本发明的第二实施方式所涉及的打印数据生成装置的电气结构的图。

图12是表示以往的打印结果的图。

图13是本发明的图像形状改变方法的概念图。

图14是表示本发明的打印结果的图。

图15是利用图11所示的打印数据生成装置间隔剔除图像数据的概念图。

图16是求出椭圆体形状的介质的相对曲率的方法的概念图。

附图标记说明

10：图像形状改变部(图像形状改变装置)；11：相对曲率计算部；12：图像放大缩小部；20：RIP部；30：三维坐标生成部；40：头数据生成部(打印数据生成装置)；41：相对曲率计算部(相对曲率计算单元)；42：图像数据间隔剔除部(图像数据间隔剔除单元)；50：数据传送/打印控制部；100、100A、100B：打印机控制装置；200：三维打印机；210：头；220：支承部；221：X轴方向移动部；222：Y轴方向移动部；223：Z轴方向移动部；224：B轴旋转部；225：A轴旋转部；300：介质。

具体实施方式

下面，参照附图详细说明本发明的优选实施方式。此外，在各附图中对相同或者相当的部分附加相同附图标记。

图1是表示本实施方式所涉及的三维打印机和打印机控制装置的结构的图。本发明的实施方式所涉及的打印数据生成装置装载在用于控制三维打印机200的打印机控制装置100中。

在打印机控制装置100中例如使用个人计算机(PC)。打印机控制装置100例如通过以太网(10baseT)方式与三维打印机200进行使用了命令和状态的双向通信。具体地说，打印机控制装置100向三维打印机200发送用于获取三维打印机200的状态的命令。三维打印机200当从打印机控制装置100接收到命令时，将当前的状态、例如能否进行打印的状态返送给打印机控制装置100。

打印机控制装置100确认来自三维打印机200的状态，在能够进行打印的情况下，将用于进行图像打印的坐标数据和头数据依次发送到三维打印机200。三维打印机200将这些坐标数据和头数据依次保存到存储器中。

之后，当打印机控制装置100发送了用于执行打印的命令时，三维打印机200接收该命令，根据坐标数据和头数据执行打印。

图2是表示三维打印机200的主要部分的结构的图。如图2所示的三维打印机200是用于在三维形状、例如球状的介质300的表面打印图像的打印机。三维打印机200具备头210以及支承部220，该头210向介质300的表面喷墨，该支承部220支承介质300和头210。

支承部220具备：X轴方向移动部221，其使介质300沿X轴方向移动；Z轴方向移动部223，其使介质300沿Z轴方向移动；B轴旋转部224，其使介质300相对于X轴(B轴)以自转的方式进行旋转；A轴旋转部225，其使介质300相对于Y轴(A轴)以公转的方式进行旋转；以及Y轴方向移动部222，其使头210沿Y轴方向移动。

该支承部220根据从打印机控制装置100接收到的坐标数据来确定介质300和头210的位置，并且通过使介质300相对于A轴逐渐旋转来确定成为打印对象的打印带。另外，支承部220通过使介质300相对于B轴旋转，能够进行与头宽度相对应的打印带的打印。

另外，头210根据坐标数据中的打印参数和从打印机控制装置100接收到的头数据，使多个喷嘴中的每个喷嘴喷墨，并调整墨量。

下面，作为打印机控制装置100，说明两个实施方式100A、100B。

[第一实施方式]

图3是表示第一实施方式的打印机控制装置100A的结构的图。图3所示的打印机控制装置100A具备RIP(Raster ImageProcessor：光栅图像处理器)部20、三维坐标生成部30、头数据生成部(本发明的实施方式所涉及的打印数据生成装置)40以及数据传送/打印控制部50。

RIP部20接收图像数据，并从PC用图像数据转换为打印机用图像数据。例如，RIP部20根据图像数据生成图像大小等的图像信息以及光栅数据。RIP部20将图像信息提供给三维坐标生成部30，并且将状态数据提供给头数据生成部40。

三维坐标生成部30接收来自RIP部20的已进行RIP处理的图像数据和介质形状信息，生成用于三维打印机200进行打印的坐标数据。

头数据生成部40接收来自RIP部20的光栅数据和来自三维坐标生成部30的坐标数据，生成与坐标数据一一对应并且用于三维打印机200进行打印的头数据。

图4示出这些坐标数据和头数据的一例。在图4中，例示了使用具有3组(列)×106个＝318个喷嘴的头210进行打印的情况。针对介质300中的各打印带B的各打印单元格C，生成多个一一对应的坐标数据和头数据。此外，打印带的宽度和打印单元格的大小由头的大小、即喷嘴的个数和间隔决定。

坐标数据例如以头210中左下方的喷嘴的位置为头的基准点并具有该基准点的坐标值。具体地说，坐标数据具有用于控制支承部220的多个坐标值，该支承部220支承三维打印机200中的介质300和头210。即，坐标数据具有用于控制X轴方向移动部221的X轴坐标值、用于控制Y轴方向移动部222的Y轴坐标值、用于控制Z轴方向移动部223的Z轴坐标值、用于控制B轴旋转部224的B轴坐标值以及用于控制A轴旋转部225的A轴坐标值。

在本实施方式中，例示了不进行C轴坐标控制、D轴坐标控制以及E轴坐标控制的方式，但是在进行这些控制的情况下，坐标数据具有C轴坐标值、D轴坐标值以及E轴坐标值。

另外，在坐标数据中附加与墨色(例如黑色、浅青色、品红色、黄色)相对应的头编号、UV硬化参数。

这些坐标值、头编号以及UV硬化参数按照相对应的保存位置保存在存储器中。

另一方面，头数据是以三维打印机200的一个头为一个喷墨单位汇总光栅数据得到的，头数据与坐标数据一一对应。头数据按照每个喷墨的喷嘴确定灰度值。另外，头数据决定喷嘴组之间(列间)的喷墨延迟参数。

这些喷嘴的灰度值以及喷嘴组之间的喷墨延迟参数按照所对应的保存位置保存在存储器中。

此外，在打印范围外、即空运行范围中的打印单元格Ca中，不是通过指定头数据中的喷嘴的灰度而是通过不指定坐标数据中的头编号来进行对应。这些坐标数据和头数据被提供给数据传送/打印控制部50。

在此，头数据生成部40作为本发明的实施方式所涉及的打印数据生成装置发挥功能。打印数据生成装置40接收表示介质300的形状的介质形状信息和来自RIP部20的已进行RIP处理的图像数据，与介质300的形状相应地变更图像数据。如图5所示，打印数据生成装置40具有相对曲率计算部41和图像数据间隔剔除部42。

相对曲率计算部41按照每个打印带求出相对于打印带中的基准打印带的相对曲率。具体地说，相对曲率计算部41按照每个打印带求出表示介质300的周长相对于基准周长的相对曲率，该基准周长是与打印带中的基准打印带相对应的介质300的基准周长。

例如，相对曲率计算部41按照每个打印带求出周长。相对曲率计算部41将打印带中的一个打印带设为基准打印带，将该基准打印带的周长设为基准周长。例如图6所示，在球状的介质300中，当将相对于B轴最靠近赤道侧的打印带设为基准打印带B0时，通过下述的式子求出基准打印带B0的基准周长BL0以及其它打印带B的周长BL。

BL0＝2πR0

BL＝2πR＝2πR0cosθ

R0：基准打印带B0的B轴旋转半径、即介质300的赤道半径

R：其它打印带B的B轴旋转半径

θ：相对于基准打印带B0的其它打印带B的中心角

然后，相对曲率计算部41通过下述的式子按照每个打印带求出表示周长BL相对于基准周长BL0的相对曲率RC。

RC＝BL/BL0＝cosθ

相对曲率计算部41将如图7所示那样的按照每个打印带求出的相对曲率RC提供给图像数据间隔剔除部42。

根据相对曲率RC，图像数据间隔剔除部42生成按照每个打印带间隔剔除图像数据得到的打印数据。具体地说，图像数据间隔剔除部42通过下述的式子，按照每个打印带求出图像数据的间隔剔除率POR。

POR＝(1/RC)

然后，图像数据间隔剔除部42根据所求出的间隔剔除率POR，按照每个打印带间隔剔除图像数据。例如，图像数据间隔剔除部42通过将头数据中的各喷嘴的灰度值设为零来间隔剔除图像数据。

由此，图像数据间隔剔除部42进行如图8所示那样的处理：相对曲率越小越增加图像数据的间隔剔除量，相对曲率越大越减少图像数据的间隔剔除量。特别是在球状的介质300中，图像数据间隔剔除部42从介质300的相对于B轴的赤道向顶点逐渐增加图像数据的间隔剔除量。

返回图3，数据传送/打印控制部50进行三维打印机200的打印控制。例如，数据传送/打印控制部50如上述那样向三维打印机200发送命令来确认三维打印机200的状态。在三维打印机200的状态表示能够进行打印时，数据传送/打印控制部50将来自三维坐标生成部30的坐标数据和来自头数据生成部40的头数据依次输出到三维打印机200。之后，当数据传送/打印控制部50发送打印执行命令时，由三维打印机200向介质300的表面打印图像。

接着，说明打印数据生成装置40的动作，并且说明本发明的实施方式所涉及的打印数据生成方法。图9是表示打印数据生成处理的流程图。

打印数据生成装置40例如以包括CPU、ROM、RAM的计算机为主体而构成，图5所示的打印数据生成装置40的各功能通过在ROM、RAM上读入打印数据生成程序并由CPU执行该打印数据生成程序来实现。即，由CPU一并控制打印数据生成装置40的动作，通过执行打印数据生成程序来进行图9的流程图所示的打印数据生成处理。

在此，打印数据生成程序可以通过保存在软盘、CD-ROM、DVD或ROM等记录介质或者半导体存储器中来进行提供，还可以作为叠加在载波中的计算机数据信号经由网络进行提供。在这种情况下，打印数据生成装置40具有用于从上述记录介质读取程序等数据的读取装置(未图示)、用于经由网络获取程序等数据的通信装置(未图示)。

在这种情况下，CPU作为打印数据生成装置40的各部分发挥功能。打印数据生成装置40也可以是被安装在打印机控制装置100中的ASIC、FPGA等。另外，打印数据生成装置40也可以是包括控制打印机控制装置100整体的CPU、ASIC、FPGA等的结构。在这种情况下，打印数据生成装置40的一部分结构例如通过与CPU不同的ASIC、FPGA等构成。例如，考虑由ASIC、FPGA等构成进行打印数据生成装置40中的相对曲率计算部41、图像数据间隔剔除部42的上述运算处理的部分。根据这种结构，例如能够适当并且高速地进行相对曲率计算部41、图像数据间隔剔除部42的运算处理。

首先，由相对曲率计算部41按照每个打印带B求出周长BL(S01)，决定打印带中的基准打印带B0，并且将该基准打印带B0的周长确定为基准周长BL0(S02)。接着，由相对曲率计算部41按照每个打印带求出表示周长BL相对于基准周长BL0的相对曲率RC(S03)(图7)。

接着，由图像数据间隔剔除部42按照每个打印带求出基于相对曲率RC的间隔剔除率POR(S04)，根据该间隔剔除率POR生成按照每个打印带间隔剔除图像数据的打印数据(S05)。

另外，在三维形状、例如球状、半球状的介质300的表面打印图像的情况下，按照每个打印带进行打印。在这种情况下，介质300的相对于旋转B轴的赤道侧的打印带变长，顶点侧的打印带变短。然而，由于无论打印带如何相对于B轴的旋转速度都是固定的，因此无论打印带如何在各打印带中相对于B轴旋转一周所需要的时间都是固定的。因此，从赤道侧向顶点侧的打印点间隔变窄。并且，在从一个点观察打印后的图像的情况下，外观上可以看到从赤道侧向顶点侧方向打印点间隔变窄。其结果，在外观上，打印后的图像的浓度在X方向上逐渐变浓。

然而，根据本实施方式的打印数据生成装置40、打印数据生成方法和打印数据生成程序，生成根据介质300的相对曲率按照每个打印带间隔剔除图像数据得到的打印数据。具体地说，相对曲率越小越增加图像数据的间隔剔除量，相对曲率越大越减少图像数据的间隔剔除量，因此在将该图像打印到三维形状的介质300的表面的情况下，能够降低打印图像外观上的浓度偏差。因而，能够在球状、半球状的介质300的表面打印高图像质量的图像。

[第二实施方式]

图10是表示第二实施方式所涉及的打印机控制装置100B的结构的图。图10所示的打印机控制装置100B与第一实施方式的不同点在于，在打印机控制装置100A中还具备图像形状改变装置10。打印机控制装置100B的其它结构与打印机控制装置100A相同。

图像形状改变装置10接收表示介质300的形状的介质形状信息和进行打印的图像数据，与介质300的形状相应地变更图像数据。如图11所示，图像形状改变装置10具有与上述相对曲率计算部41相同的相对曲率计算部11和图像放大缩小部12。

图像放大缩小部12根据相对曲率RC，将图像按照每个打印带放大或者缩小。具体地说，图像放大缩小部12通过下述的式子按照每个打印带求出图像的放大缩小率ER。

ER＝(1/RC)

然后，图像放大缩小部12根据所求出的放大缩小率ER，将图像按照每个打印带放大或者缩小。

在此，以往的图像展开方法如图12所示那样例如是将球状的介质300的表面展开为矩形、使矩形图像对应打印在该介质300的表面上的方法。因此，如图13所示那样，当将矩形的图像原样打印到半球状的介质300上时，外观上图像发生变形。具体地说，在将视点置于介质300的赤道上方(图13的纸面的上侧)的情况下，可以看到图像变形为沿着赤道的图像的下边较长而向球面的顶点逐渐缩小的状态。

然而，根据本实施方式的图像形状改变装置10，如图14的(a)所示那样，根据介质300的相对曲率，以相对曲率越小越放大图像、相对曲率越大越缩小图像的方式将图像按照每个打印带放大或者缩小。特别是在球状的介质300中，图像放大缩小部12从介质300的相对于B轴的赤道向顶点逐渐放大图像。因而，如图14的(b)所示那样，在将矩形图像打印到三维形状的介质300的表面的情况下，能够降低与特定的视点相应的打印图像外观上的变形。

在此，参照图15。图15的(b)是将图15的(a)所示的球状的介质300的表面展开为矩形的图，图15的(c)是将图15的(b)的各打印带长度转换为周长的图。在图15的(b)中，当将喷墨间隔设定为等间隔时，坐标数据数、即喷墨数按照每个打印带而不同。即，喷墨数从介质300的相对于B轴的赤道侧向顶点侧逐渐变多。

然而，根据打印数据生成装置40，与相对曲率相应地增加图像数据的间隔剔除量，因此从介质300的相对于B轴的赤道侧向顶点侧逐渐增加图像数据的间隔剔除量。具体地说，通过将头数据中的灰度值设为零来间隔剔除图像数据。因而，能够使每个打印带的头数据的长度一致，并且在展开为图15的(b)所示的矩形的图中，从介质300的相对于B轴的赤道侧向顶点侧逐渐增大喷墨间隔。其结果，如图15的(c)所示那样，当将打印带长度转换为周长时，能够使每个打印带外观上喷墨间隔、即分辨率一致。

这样，根据本实施方式的打印数据生成装置40、打印数据生成方法和打印数据生成程序，在改变图像形状的情况下，能够使每个打印带的从特定视线方向(在此是赤道上方)观察的外观上的分辨率一致，并且能够降低外观上的浓度偏差。

此外，本发明不限定于上述本实施方式，能够进行各种变形。例如，本实施方式不限定于球状、半球状的介质，能够应用于各种三维形状的介质的打印。例如，即使是椭圆体状、葫芦状的介质，只要应用本发明的思想，就能够降低与特定的视点相应的打印图像外观上的变形。

下面，作为变形例，例示求出椭圆体状的相对曲率的方法。在如图16所示那样的椭圆体状的介质中，通过下述的式子求出打印带的周长BL。

BL = π \times \sqrt{2 (a^{2} + b^{2})} - {(a - b)}^{2} / 2.2

a：介质的一个旋转半径

b：介质的另一个旋转半径

因此，将这样求出的周长之一作为基准周长BL0，如上述那样按照每个打印带求出表示周长BL相对于基准周长BL0的相对曲率RC，只要根据该相对曲率RC放大或者缩小图像即可。

此外，为了防止近似值超过实际的介质长度，也可以将上述式子中的系数2.2变更为例如2.1。

另外，在本实施方式中，相对曲率计算部41求出表示介质300的周长相对于基准周长的相对曲率，该基准周长是与打印带中的基准打印带相对应的介质300的基准周长，相对曲率计算部41也可以求出表示曲率1/R相对于基准曲率的相对曲率，该基准曲率是与打印带中的基准打印带相对应的基准曲率1/R0。在这种情况下，图像数据间隔剔除部42与该相对曲率相应地进行如下处理：相对曲率越大越增加图像数据的间隔剔除量，相对曲率越小越减少图像数据的间隔剔除量。

产业上的可利用性

在对三维形状的介质的表面打印图像的情况下，能够用于降低打印图像外观上的浓度偏差。

Claims

1.一种打印数据生成装置，生成用于三维打印机的打印数据，该三维打印机对三维形状的介质的表面按照每个打印带进行打印，该打印数据生成装置具备：

相对曲率计算单元，其按照每个上述打印带求出相对于上述打印带中的基准打印带的相对曲率；以及

图像数据间隔剔除单元，其根据上述相对曲率按照每个上述打印带生成间隔剔除图像数据而得到的打印数据；

其中，上述相对曲率越小，上述图像数据间隔剔除单元越增加上述图像数据的间隔剔除量；

上述相对曲率越大，上述图像数据间隔剔除单元越减少上述图像数据的间隔剔除量。

2.根据权利要求1所述的打印数据生成装置，其特征在于，

上述相对曲率计算单元按照上述每个打印带求出表示上述介质的周长相对于基准周长的上述相对曲率，该基准周长是与上述基准打印带相对应的上述介质的基准周长。

3.一种打印数据生成方法，生成用于三维打印机的打印数据，该三维打印机对三维形状的介质的表面按照每个打印带进行打印，该打印数据生成方法包括以下步骤：

按照每个上述打印带求出相对于上述打印带中的基准打印带的相对曲率，以及

根据上述相对曲率按照每个上述打印带生成间隔剔除图像数据而得到的上述打印数据；

其中，上述相对曲率越小，越增加上述图像数据的间隔剔除量；

上述相对曲率越大，越减少上述图像数据的间隔剔除量。