CN103358710A - 用于打印目标的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于打印目标（2）的系统（1），该系统给所述目标的表面（3）的至少一个非平区域、例如交通工具车身的一个区段打印一个优选多色的加网图像，具有下述特征：一个具有喷嘴（7）的喷墨-打印头（4）；一个机器人（5）、优选关节臂-机器人，所述机器人产生初级运动（17），其中，所述初级运动包括所述喷墨-打印头（4）的至少两个侧向地彼此挨靠的打印幅面（A，B）；和一个装置（10），该装置产生次级运动（16），其中，所述次级运动（16）基本上垂直于所述初级运动（17）进行并且由此使得所述打印幅面（A，B）侧向地彼此连接。由此以有利的方式减少或防止打印幅面之间的干扰性的条纹。

Description

用于打印目标的系统

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的用于打印目标的系统，该系统给所述目标的至少一个非平表面打印一个图像。

背景技术

在现有技术中已经公开了给一个目标的非平表面区域、例如交通工具车身的弯曲区段利用喷墨-打印头进行打印并且在该表面上产生任意的多色图像。为了该目的，将打印头在机器人、例如关节臂机器人上沿着所述目标的表面相对于所述表面以确定的距离引导，从而使得从打印头喷出的小墨滴到达所述表面的期望部位上并且在那里产生期望的图像。因为所述目标的表面通常远大于所述打印头的伸展尺寸，因此需要使打印头多次在所谓的打印幅面上沿着所述表面引导并且期望的打印图像由并排的打印幅面构成。在此又需要使打印幅面这样地彼此接连，使得在打印幅面的棱边上不出现任何可视觉上察觉到的干扰。如果例如第二打印幅面相对于第一打印幅面以大距离产生，则会在这两个打印幅面之间出现可被察觉到的条纹，所述条纹干扰期望的打印图像。同样还可能的是，这两个打印幅面重叠度太大并且由此通过在这两个打印幅面之间出现可被察觉到的条纹，所述条纹会干扰期望的打印图像。打印图像中的这种干扰例如会在打印头导向装置的机械装置不具有足够的精度时产生。但是例如当打印头在运动期间遭受离心力从而使得喷出的墨滴没有定位在所述表面的期望部位上时也会出现所述干扰。

例如由DE 102 02 553 A1公开的是，使具有喷嘴的涂覆装置手动地、半自动地或全自动地沿着一个目标例如高层建筑、地下建筑和工程建筑的目标的表面运动并且在此将任意的图像涂覆在所述表面上。首先对所述目标表面进行识别并且数字化并且将待打印的图像与数字化虚拟叠加。在利用该涂覆装置打印所述表面时需要精确地知道涂覆装置的位置。为此例如建议一系列测量方法，例如间距测量和/或角度测量技术、远程测量技术或投影测量技术。位置测量值的位置误差在此被用来进行边界值检验并且当位置误差处于可接受阈值以外时不输出油墨。

此外，在源自相同专利申请人的DE 103 90 349 B4中描述的是，如果在油墨涂覆元件的位置上已经完全涂覆了相应的油墨或漆，则禁止进行油墨涂覆。

取而代之的是，DE 69005185 T2和US 2004/0036725 A1描述了两种方法，通过相应类型的施加在打印头的压电促动器上的脉冲来影响喷墨-打印头的墨滴的液滴速度和液滴大小。例如脉冲长度、脉冲高度（电压）和脉冲形状是可变的。美国资料例如描述了可如何通过预脉冲有针对性地影响通过实际的脉冲出发的墨滴的大小和飞行方向。由此可以使单个的墨滴倾斜地从喷嘴口中喷出并且由此涂覆在待打印的目标的不同于在没有预脉冲的情况下的部位上。

DE 31 40 486 A1描述了一种用于给物体涂层的装置，例如给玻璃瓶涂塑料。该装置为此包括喷嘴头，所述喷嘴头具有多个分布地设置的喷嘴，从所述喷嘴喷出彼此跟随的小滴形式的塑料。此外设置驱动装置，所述驱动装置引起所述物体的待涂层表面与所述喷嘴头之间的相对运动。所述喷嘴相对于所述相对运动的方向这样设置，使得从相邻喷嘴喷出的塑料的痕量在所述物体上叠加。但是这种叠加如上所述会通过高的油墨涂覆值导致打印图像中的可看见的干扰并且因此对于期望的打印图像具有不利影响。

由DE 37 37 455 A1公开了一种用于在交通工具车身上产生彩色图案例如条纹的装置和方法。油墨涂覆可以用打印头进行，所述打印头又在机器人上沿着待打印目标的表面被引导。所述打印头具有多个喷嘴并且待打印的条纹的宽度可以通过改变当前活动的喷嘴的数量和分布而改变。如果打印头借助于该机器人整体移动，则一个条纹的位置可以在垂直于打印头运动的方向上改变。此外，还可以通过激活不同数量的喷嘴实现条纹位置的改变。由此可实现条纹位置的精密控制，该精密控制可以与通过机器人的控制叠加并且在条纹的施加方面得到改善。

发明内容

在此背景下，本发明的任务是提供一种用于打印目标的系统，该系统给一个目标的表面的至少一个非平区域打印一个图像，该系统当在多个打印幅面中对表面进行打印时防止或至少这样程度地降低条纹形成，使得剩下的条纹不被察觉为是干扰性的。

所述任务通过权利要求1的特征解决。相关从属权利要求以及说明书和附图所述均为本发明的有益改进实施形式。

本发明的用于打印目标的系统给所述目标的表面的至少一个非平区域打印图像并且具有下述特征：一个具有喷嘴的喷墨-打印头；一个机器人，所述机器人产生初级运动，其中，所述初级运动包括所述喷墨-打印头的至少两个侧向地彼此挨靠的打印幅面；和一个装置，该装置产生次级运动，其中，所述次级运动基本上垂直于所述初级运动进行并且由此使得所述打印幅面侧向地彼此连接。

用于产生次级运动的装置在本发明的系统中的设置以有利的方式导致，可以在初级运动期间补偿喷墨-打印头的位置偏差、也就是实际位置与额定位置的偏差以便打印无误差的图像，由此可防止并且足够地减少所述打印幅面之间的可见的并且因此干扰性的条纹。在此，打印幅面侧向地彼此连接指的是各个打印幅面的棱边这样精确地并排布置，使得在这些棱边之间既不产生太大的间距也不产生大的重叠并且由此在打印幅面的棱边的区域中防止或足够地减少干扰性的、特别是太亮或太暗的条纹。由机器人产生并且在此优选是喷墨-打印头运动的初级运动，所述喷墨打印头例如使多个侧向布置的打印幅面在相同方向上或者在反方向上运动。例如第一打印幅面可以在打印头的来运动时在目标表面上产生并且与该第一打印幅面连接的第二打印幅面在打印头的回运动时邻近第一打印幅面产生。但是也可以规定，打印头首先不工作地返回并且平行于第一打印幅面又向前运动。机器人可以是关节臂-机器人或龙门-机器人。

本发明系统的一个进一步方案规定，所述装置包括压电促动器或电-机械结构元件并且所述次级运动是所述喷墨-打印头的运动。压电促动器在此完全作用在喷墨打印头上并且致使该喷墨打印头垂直于初级运动实施次级运动作为补偿运动。

根据本发明系统的另一有利的进一步方案规定，所述装置包括压电促动器并且所述次级运动是所述喷墨-打印头的至少一个喷嘴的运动。由此，根据该进一步方案，打印头不是作为整体而是仅仅一个喷嘴垂直于初级运动而运动。在此可规定，所述至少一个喷嘴、一个喷嘴组或所有的喷嘴都可运动地接收在喷墨点头上，从而使得可借助于压电促动器进行次级运动作为相对于喷墨打印头的相对运动。

根据另一有利的进一步方案还可以规定，所述次级运动既不包括作为整体的打印头也不包括该打印头的单个的喷嘴，而是根据本发明系统的另一有利的进一步方案所述装置包括压电促动器并且所述次级运动是所述喷墨-打印头的一个喷嘴的至少一个液滴的运动。在此，所述压电促动器不是产生液滴的压电促动器，而是一个不同于所述产生液滴的压电促动器并且独立的压电促动器。

根据本发明系统的另一有利的进一步方案的特征是，所述装置包括检测器，所述检测器检测第一打印幅面的打印点的实际位置；所述装置包括计算机，所述计算机计算所述打印点的实际位置与其额定位置的偏差；和所述装置在所述第二打印幅面上产生基本上补偿所述偏差的补偿运动作为次级运动。换言之：补偿（可能的干扰性的条纹）的次级运动基于已经打印的打印点的实际值-额定值比较进行。

根据另一有利的进一步方案可规定，所述装置包括至少一个检测器，所述机器人是关节臂-机器人；和所述检测器包括旋转编码器，所述旋转编码器检测所述关节臂-机器人的关节的角度位置。如果关节臂机器人具有多个关节，则优选在每个关节上都设置检测器，从而可以精确确定机器人在空间中的位置、特别是接收在机打印头上的机器人在空间的位置作为实际位置。如果所述实际位置偏离了预给定的额定位置，则可以进行机器人的跟踪。所述跟踪在此用作补偿（可能的干扰性条纹）的次级运动。替代地也可以使用加速度传感器、斜率传感器、陀螺仪，以便确定打印头在空间中并且必要时在时间顺序中的坐标。

此外，根据本发明系统的另一有利的进一步方案可规定，所述检测器包括光学传感器或超声波-传感器，所述传感器朝所述目标的表面指向。所述传感器例如可以在所述表面上检测所述图像的之前已经打印的打印点并且据此确定之前打印的打印幅面的一个棱边。在此有利的是，至少对于打印头的靠近边缘的喷嘴的打印油墨采用如下打印油墨，该打印油墨可以容易地被所述检测器检测到。特别有利的是在此在打印油墨中采用特殊添加剂，所述特殊添加剂例如具有荧光特性并且其荧光可通过所述检测器以高精度检测到。因此，根据本发明系统的另一有利的进一步方案可规定，所述光学传感器朝所述表面上的已经打印的打印点指向并且检测其荧光辐射。通过这种方式可以精确地检测之前打印的幅面的棱边并且将待打印的幅面的棱边精确地与检测到的棱边对齐并且由此禁止或减少干扰性的条纹形成。

根据本发明系统的另一有利的进一步方案还可以规定，采用所谓的跟踪系统，所述跟踪系统检测所述喷墨-打印头的位置。由此，不断地存在关于打印头在空间中的当前实际位置的信息并且可以在空间中不断地实施补偿（可能的干扰性条纹）的次级运动形式的矫正运动。所述跟踪系统在此跟踪打印头的一个确定的点或该打印头上的一个标记并且求得其在空间中的轨迹。替代地，在打印头上具有三个激光指示器，所述激光指示器的（优选相互呈直角延伸的）射束在周围的墙壁或专门设置的检测屏幕上产生光点。所述光点可以通过摄像机技术在其运动方面被检测。据此又可以计算出打印头的当前位置。

根据本发明系统的另一有利的进一步方案还可以规定，所述装置包括检测器，所述检测器检测第一打印幅面的打印点的实际位置；所述装置包括计算机，所述计算机计算所述打印点的实际位置与其额定位置的偏差；所述装置产生待打印图像相对于所述喷嘴的基本上补偿所述偏差的侧向移动作为次级运动。在该进一步方案中有利的是，打印头的任何部件在所述次级运动时都不运动，而是仅仅进行图像的移动，其方式是，打印点不是利用第一喷嘴而是例如利用与该第一喷嘴相邻的第二喷嘴打印。由此实现的是，打印点以一个或多个打印喷嘴错位地道道所述目标的表面上，而不必使打印头或喷嘴自身运动。因为在此不必使质量运动，因此这种补偿运动非常快并且甚至可根据所需计算机的计算能力实时进行。

附图说明

以下将参照相应的附图并且根据至少一个优选实施例对本发明以及本发明的有利的结构性和/或者功能性改进实施形式进行详细说明。附图中相同的元件均具有相同的附图标记。

附图如下：

图1     是本发明系统的一种优选实施例的示意图；

图2-8   是本发明系统的不同优选实施例的示意图的局部。

具体实施方式

图1示出用于打印具有非平表面3的三维目标2的系统1。该系统具有打印头4（例如Spectra Galaxy JA256/80AAA），所述打印头被接收在关节臂-机器人5上（例如Kuka KR60-3）。在所示的实例中，机器人5具有三个关节5a、5b和5c，所述机器人5利用所述关节使所述打印头4沿着所述目标2的表面3运动。所述打印头4还通过油墨-和数据-连接6与油墨储备和计算机相连。因此，所述连接6包括油墨供应管路并且也包括用于打印头4的各个喷嘴7的信号管路。

此外，在图1中示出，打印头4在位置4′中将打印幅面A打印到所述目标2的表面3上。所述机器人5和打印头4的运动在此例如要么在向着附图平面向内或者从附图平面向外进行。此外示出，打印头已经事先在一个位置4′′中将一个打印幅面B打印到所述目标2的表面3上。在此所述打印头4例如也要么向着附图平面向内或从附图平面向外运动。所述打印幅面A和B在所述表面3的部位8上利用其相应的棱边这样地相互连接，使得在这两个打印幅面之间不存在未被打印的条纹并且也不存在重叠的条纹。各个打印幅面A和B可以分别在一个打印过程中打印（“单程”）或者分别在多个打印过程中打印（“多程”）。

现在可提出，机器人5和接收在其上的打印头4偏离其当前的额定位置并且因此使得打印幅面A相对于打印幅面B以一个距离施加或者与该打印幅面B重叠。在这两种情况下在此都会在部位8上导致可见的并且因此干扰性的条纹形成。但是根据本发明，这种干扰是可以防止的。在下面的图3-8中示出本发明系统的有利的进一步方案，所述进一步方案恰恰可以避免或减少这种误差。

但是在图2中首先再次示出这种误差是如何在相应的放大图中看出的。示出了处于两个位置4′和4′′中的打印头4以及打印幅面A和B的各个打印点9（或者打印图像在例如AM-或FM-加网情况下的网点）。可以看出，打印幅面A中的打印点D1与打印幅面B中的打印点D2之间的相应的中间距离大致相同，而打印幅面A和B的相应边缘上的两个打印点9之间的距离D3大于所述距离D1和D2。相应的经打印的目标2的观察者会在两个打印幅面A与B之间的过渡区域中发现一条亮条纹，所述亮条纹会干扰打印图像。因为所述打印点通过来自打印头4的喷嘴7的小滴构成并且所述小滴必须在飞行中走过喷嘴与表面3之间的一定距离、例如约1厘米，因此打印点9在所述表面3上的位置不能被精确预给定。就此而言，所述距离D1、D2和D3仅仅被视为平均值。也可以的是，打印幅面A与B的打印点紧密地布置并且由此产生全色调面。

具体和优选的实例：所述表面2上的液滴9的液滴大小（平均直径）约为100微米。液滴9彼此间的中心距离同样约为100微米。击中点的改变和机器人5的轨道精度同样约为100微米。由此可通过产生该数量级内的次级运动来降低或防止干扰性的条纹形成。

在图3中可看到具有打印头4的本发明系统，其中，在打印头4与所述机器人5的夹持装置19之间这样地设置一个压电促动器10，使得打印头4可借助于该压电促动器10相对于机器人5或相对于夹持装置19运动。所述压电促动器通过所述打印头4的连接6获得控制信号，所述控制信号导致进行一个补偿运动作为次级运动16（参见图1）。所述补偿运动由于所述压电促动器10的振动而导致打印头4的偏移11，从而使得相应打印幅面A和B的两个边缘处的打印点9相互这样设置，使得其距离相应于相应打印幅面的打印点的平均距离。用于压电促动器4的控制信号由计算机提供，所述计算机由当前确定的打印头4的实际位置和打印头4的额定位置计算出所需的偏移11并且将相应的控制信号发送给压电促动器。为此所需的实际位置可通过检测器检测。例如为此可设置旋转编码器12a、12b、12c（参见图1），所述旋转编码器检测所述关节5a、5b、5c的相应角度位置，由此可求得打印头4的当前实际位置。

所述压电促动器10的振动产生所述液滴或打印点9的撞击点的改变。所述改变优选可在优选的实例中处于10-100微米的数量级内。所述振动可以相应于白噪声。所述振动也可以在时间上为周期性的，然而必须相对于时钟频率成非整数的比例，以所述时钟频率产生打印点9。

打印头4通过压电促动器10的扰动幅度相应于液滴撞击点的变化幅度，如果次级运动16处于打印头4的平面中、例如其下侧中的话。

图4示出另一实施方式，在该另一实施方式中，压电促动器10不是设置在打印头4上而是设置在用于单个喷墨喷嘴7的喷嘴承载件7′与夹持装置19之间。所述压电促动器10也由计算机供应控制信号并且允许补偿运动作为喷嘴承载件7′的相对运动，从而使得相应打印幅面A和B的边缘处的打印点9具有对于无条纹地打印所需的距离。

图5中示出的实施方式同样具有压电促动器10，但是该压电促动器设置在喷嘴承载件7′′上，所述喷嘴承载件仅仅包括一个喷嘴7。所述喷嘴7打印一个打印点9，所述打印点处于打印幅面A的边缘上。通过用于相对于打印头4的额定位置补偿实际位置的相应控制信号，压电促动器10引起一个次级运动16作为补偿运动。通过喷嘴7的该次级运动，利用该喷嘴打印的打印点9相对于相邻打印幅面B的相应打印点9有一个距离，从而使得可以在这两个打印幅面A与B之间实现无条纹的打印。

图6中示出的实施方式同样具有压电促动器10，但是该压电促动器这样耦合在打印头4的边缘处的喷嘴7上，使得在操纵该压电促动器10时利用该喷嘴打印的打印点9由于相应的控制信号而倾斜错位并且通过这种方式校正相对于之前打印的打印幅面B的相邻打印点9的距离以实现无条纹的打印。如图6所示，可通过单独设置的压电促动器10这样地影响墨滴（所述墨滴构成打印幅面A的打印点9）的飞行方向，使得液滴不是基本上垂直于打印头的下侧进行，而是以≠90°的角度进行。在该做法中需注意的是，通过校正后的打印点9实际上进行可能的条纹的减少并且不在打印幅面A中形成新条纹。这可以在给定的条件下通过以下方式实现，即，使打印幅面A的打印点9这样程度地错位，使得通过改变打印点之间的距离在打印点9的左边和右边（参照图6所示的附图）都不会看到条纹。压电促动器也可以被用来产生彼此跟随的液滴的飞行轨迹（和/或大小）的统计学波动，以便由此实现打印幅面的边缘不清晰度，所述边缘不清晰度减少或防止干扰性的条纹。

图7示出本发明系统的另一优选的实施例。这次附加地采用摄像机13。之前打印的打印幅面B的边缘处的打印点9′利用特殊的打印油墨打印。这种打印油墨例如具有特殊的添加剂，所述添加剂可被激励并且具有荧光特性。利用摄像机13并且必要时利用安装在该摄像机前面的带通滤波器14可以检测所述边缘处的打印点9′的荧光。所述摄像机13通过导线15与一个未示出的计算机连接，该计算机可由打印幅面B中的各个边缘处的打印点9′的位置计算其棱边并且据此在打印所述打印幅面A时计算出用于打印头4的次级运动16的校正值。该校正值可通过图1中示出的连接6传输给引发该次级运动的装置。这种装置例如可以是图3-6中示出的具有相应压电促动器10的实施方式。

在图8中示出另一优选的实施例。示出的打印头4在打印所述打印幅面A时相对于之前打印的打印幅面B以一定的重叠被引导。现在，未校正地利用喷嘴7b打印的打印点9a在使用校正值的情况下利用相邻的喷嘴7a打印。由此，该打印点9a靠近之前打印的打印幅面B的边缘处的打印点9移动并且由此允许无条纹地进行打印。为此所需的校正例如可追溯到利用摄像机13（如图7中所示）进行的检测。所述打印幅面B的利用该摄像机检测的棱边由未示出的计算机使用以便校正喷嘴与打印点之间的对应关系。如果例如发现如果不校正的话就会在两个打印幅面的边缘处的打印点之间存在太大的距离，则就将打印幅面A的打印点靠近打印幅面B的打印点移动。这例如可通过以下方式实现，即，打印点由分别相邻的喷嘴打印，如图8中对于打印点9a和两个喷嘴7a和7b通过偏移11示出并且如上所述的那样。相反，如果发现相应打印幅面A和B的打印点重叠地太厉害，则就使打印点通过校正在反方向上移动，也就是说，打印幅面A的打印点由相邻的喷嘴打印，从而增大其与打印幅面B的距离。

一个替换的解决方案规定，打印头在打印时在“多程”运行中在不同的过程中以不同的速度运动，由此由于液滴的飞行轨迹中的变化产生次级运动。

根据另一替换的解决方案，在打印时在“单程”运行中在棱边的区域中在第一过程中并不打印所有的打印点。第一过程的打印点之间的空隙在第二或另外的过程中被填充。打印幅面A和打印幅面B因此在一定程度上相互嵌合并且在它们之间不存在直线棱边。附图标记清单

1         系统

2         目标

3         表面

4         打印头

4′       位置

4′′     位置

5         机器人

5a-5c     关节

6         连接

7         喷嘴

7′       喷嘴承载件

7′′     喷嘴承载件

7a        喷嘴

7b        喷嘴

8         部位

9         打印点

9a        打印点

9b        打印点

10        压电促动器

11        偏移

12a-12c   旋转发送器

13        摄像机

14        带通滤波器

15        连接

16        次级运动

17        初级运动

18        装置

19        夹持装置

A         打印幅面

B         打印幅面

D1        距离

D2        距离

D3        距离

Claims (10)

1.一种用于打印目标的系统，该系统给所述目标（2）的表面（3）的至少一个非平区域打印图像，具有下述特征：

-一个具有喷嘴（7）的喷墨-打印头（4）；

-一个机器人（5），所述机器人产生初级运动（17），其中，所述初级运动包括所述喷墨-打印头（4）的至少两个侧向地彼此挨靠的打印幅面（A，B）；和

-一个装置（18），该装置产生次级运动（16），其中，所述次级运动（16）基本上垂直于所述初级运动（17）进行并且由此使得所述打印幅面（A，B）侧向地彼此连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述装置（18）包括压电促动器（10）并且所述次级运动（16）是所述喷墨-打印头（4）的运动。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述装置（18）包括压电促动器（10）并且所述次级运动（16）是所述喷墨-打印头（4）的至少一个喷嘴（7）的运动。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述装置（18）包括压电促动器（10）并且所述次级运动（16）是所述喷墨-打印头（4）的一个喷嘴（7）的至少一个液滴（9）的运动。

5.根据以上权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，

-所述装置（18）包括检测器（13），所述检测器检测第一打印幅面（B）的打印点（9）的实际位置；

-所述装置（18）包括计算机（19），所述计算机计算所述打印点的实际位置与其额定位置的偏差；和

-所述装置（18）在所述第二打印幅面（A）上产生基本上补偿所述偏差的补偿运动作为次级运动（16）。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其特征在于，

-所述装置（18）包括至少一个检测器（12a，12b，12c），

-所述机器人（5）是关节臂-机器人；和

-所述检测器包括旋转编码器（12a，12b，12c），所述旋转编码器检测所述关节臂-机器人的关节（5a，5b，5c）的角度位置。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述检测器包括光学传感器（13）或超声波-传感器，所述传感器朝所述目标（2）的表面（3）指向。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述光学传感器（13）朝所述表面（3）上的已经打印的打印点指向并且检测其荧光辐射。

9.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述检测器（13）包括跟踪系统，所述跟踪系统检测所述喷墨-打印头（4）的位置。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

-所述装置包括检测器（13），所述检测器检测第一打印幅面（B）的打印点（9）的实际位置；

-所述装置（18）包括计算机（19），所述计算机计算所述打印点的实际位置与其额定位置的偏差；

-所述装置产生待打印图像相对于所述喷嘴（7）的基本上补偿所述偏差的侧向移动作为次级运动。

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