CN105856861B - 用于印刷对象表面至少一个区域的装置 - Google Patents

Abstract

根据本发明的用于印刷所谓3D对象，譬如弯曲的车辆车身部分的表面的至少一个区域的装置，其中，所述装置(1)包括具有被布置在其上的(喷墨)印刷头(6)的操纵器(4)，譬如具有六个自由度的弯曲臂式机械手，其特征在于，所述装置包括用于为所述印刷头进行振动补偿的系统，其中，该系统包括主动式部件(10,10‘,10“)和被动式部件(5)。通过这种方式能够有效地避免所述操纵器的干扰印刷图像的振动。

Description

用于印刷对象表面至少一个区域的装置

技术领域

本发明涉及一种用于印刷对象表面至少一个区域的装置。

本发明处于借助喷墨(喷墨印刷)印刷所谓3D表面的技术领域。这类表面通常情况下至少区域地不是平坦、而是弯曲。

背景技术

文献DE 10 2012 006 371 A1公开了一种用于印刷3D表面的技术解决方案。在此，印刷头借助于操纵器(譬如铰接臂式机械手)在多个相邻的轨迹中并且以印刷间隔沿待印刷对象的表面被引导。

文献DE 10 2012 006 370 A1和DE 10 2013 019 359.1公开了分别确保轨迹的连接处无差错进而人眼不会察觉的技术方案。

基于操纵器和由此导致印刷头一起的无法避免的振动，因此相邻的或者(譬如为了生成CMYK印刷色而)重叠的墨滴在表面(印刷点)上的位置进而印刷图像可能被干扰。通过改变操纵器本身的设计来解决这类振动的花费极高且耗费巨大并且在标准工业机械手中简直几乎不可能作为外购零部件。此外，该问题还与操纵器的尺寸相关，从而该问题尤其在印刷大型对象(譬如车身部分)时可能出现。

文献EP 1 001 184 A2公开了一种用于铣切的装置。该装置包括具有三个线性轴的操纵器和一工具头。操纵器的振动被传感器检测并且借助于致动器进行补偿。线性致动器被固定在工具前的最后线性轴上。

文献JP H06 262 583同样公开了一种通过传感器控制而对叼取器进行振动补偿的操纵器。叼取器被固定在振动阻尼器上，并且，该振动阻尼器被固定在操纵器的最后的臂上。振动阻尼器具有可运动的质量体。

人眼十分敏感并且感知到印刷图像中即使最小的干扰，因此必须避免印刷头在印刷过程中的振动。系统的振动能量与其振动质量成比例关系。在主动式部件直接连接至操纵器的情况下，需要高的调节力，用以实现足够的振动减少。

发明内容

因此，本发明的任务在于，提出一种相对于现有技术而言有所改善的装置，该装置能够借助由操纵器引导的印刷头即使在该操纵器振动的情况下也无干扰地印刷3D对象。

该任务通过根据本发明的装置得以解决。

根据本发明的用于印刷对象表面至少一个区域的装置，其中，所述装置包括具有印刷头的操纵器，其特征在于，所述装置包括用于为所述印刷头进行振动补偿的系统，其中，该系统包括主动式部件和被动式部件。

所述对象优选是三维对象(简称：3D对象)，即，i)主要在三个空间方向上扩展并且其待印刷表面至少在一区域中可能平坦或可能不平坦的对象，或者ii)主要只在两个空间方向上扩展并且其待印刷表面至少在一区域中在印刷过程中不平坦的对象。对象表面的所述区域优选是该表面的一部分。但是，所述区域也可以是整个表面。所述表面在所述区域内优选具有至少一个弯曲部。所述对象可以是譬如球、容器、车辆车身的一部分或者飞机机身的外部元件。

所述操纵器优选是机械手、尤其是工业机械手。所述机械手可包括旋转关节(旋转运动学)和/或滑动关节(线性运动学)。所述机械手可以是尤其具有两至六个旋转轴(优选具有五或六个旋转轴)的铰接臂式机械手。所述机械手可以是尤其具有两或三个线性轴(优选具有三个线性轴)的线性臂式机械手。所述机械手可以是平行臂式机械手。

所述印刷头优选是具有可控式喷嘴的喷墨印刷头，所述可控式喷嘴用于根据待印刷文本、图案、标志、图像等喷出墨滴。

根据本发明的装置具有实现印刷3D对象的优势，其中，所述操纵器的所有干扰印刷图像的振动都被充分地补偿。为此，所述装置包括本发明提出的用于振动补偿的系统，该系统具有两个部件：用于主动地补偿的部件和用于被动地补偿的部件。分成两个部件的划分能够使每个部件专用于特定的干扰并且将这些干扰充分地减少。

本发明的一改进方案可设置，所述主动式部件补偿低的振动频率，即小于极限频率的振动频率。所述极限频率优选处于约10赫兹至约200赫兹之间或者处于约20赫兹至约50赫兹之间、尤其是优选处于约20赫兹至约30赫兹之间。所述极限频率可以是譬如约20赫兹。所述极限频率可相应于操纵器的最低的固有频率，该最低的固有频率对于印刷图像及其制作而言是重要的，即，该最低的固有频率(在当该频率时出现振动的情况下)可能会产生印刷图像的可察觉的干扰。这种划分(分成两个部件)十分具有优势，因为典型的具有铰接臂的工业机械手在上述两个频率范围内具有干扰性振动，但这些范围能够借助所述主动和被动式部件的分立器件更有效地得以补偿。印刷制造的要求高于其它3D表面处理的要求，因为人眼对于图案中的干扰十分敏感。因此，现有技术所公开的由一个部件补偿上述两个范围的技术解决方案——如在3D表面印刷的发展进程中出乎意料地证实的那样——在此不适用。印刷头(以及印刷头与操纵器之间连接件的一部分)的固有频率低于所述极限频率。

印刷头至操纵器的连接(可替代地：布置、固定、悬挂)优选“柔软地”实现，即，印刷头的固有频率低于操纵器的最低的、对于印刷结果而言重要的固有频率。对于印刷结果而言重要的频率直至约100赫兹至约200赫兹之间的范围。通过这种连接方式，印刷头与具有高频率的机械手振动脱耦。同时，仅需小的回复力用于主动地补偿，因为仅印刷头的振动而不是操纵器的振动也被补偿。通过这种方式，印刷头或者说印刷过程能够与操纵器或者说与运动过程(振动技术性)脱耦。

本发明的一改进方案可设置，主动式部件包括一具有质量体的主动式振动阻尼器和一用于使该质量体运动的致动器。所述致动器优选实施为生成力和位移的调节机构，所述调节机构将质量体与振动部分相连接。致动器的控制使得质量体加速，并且，在此过程中产生的惯性力有效地反作用于待补偿的振动(反作用力)。质量体的质量优选相应于约印刷头质量或者相应于约印刷头和该印刷头与操纵器之间连接件的一部分的质量。可替代地，质量体的质量也可处于该质量的十分之一至十倍的范围内，直至操纵器的携同振动的质量的数量级。

本发明的一改进方案可设置，致动器是活动线圈(Tauchspule)或者线性马达。可替代地，致动器可以是压电致动器、尤其是压电堆致动器。质量体可以是致动器的部分(例如致动器运动的部件)。

本发明的一改进方案可设置，主动式部件被布置在印刷头、连接件或者操纵器上。优选的布置方案是直接布置在印刷头上。主动式部件可包括一个、两个或者三个模块，其中，每个模块在正交空间方向上作用。每个模块可包括质量体和用于使该质量体运动的致动器。

本发明的一改进方案可设置，用于振动补偿的系统包括至少一个传感器，用于测量所述印刷头的振动。传感器可实施为加速度传感器。传感器可直接布置在印刷头上。传感器信号用于控制所述致动器。传感器可包括一个、两个或者三个模块，其中，每个模块在正交空间方向上(尤其在加速度的三个空间分量x、y和z上)测量。

本发明的一改进方案可设置，用于振动补偿的系统包括调整器和与该调整器连接的放大器(功率电子装置)，其中，调整器的输入端与传感器连接，并且，放大器的输出端与主动式部件连接。传感器信号经由调整器-放大器-复合结构被转换成致动器用的控制信号。在此，控制信号优选这样地生成，使得虽然干扰性振动被充分补偿，但用于生成印刷字样所必需的轨迹引导却不被干扰性地影响：印刷头以有利的方式基本上跟随计算好的理想轨迹。

本发明的一改进方案可设置，被动式部件包括用于将印刷头固定在操纵器上的连接件。

本发明的一改进方案可设置，连接件实施为平行四边形悬挂件。这种悬挂件优选在操纵器与印刷头之间具有四个平行的连接元件。这种悬挂件允许印刷头至少在两个空间方向上(即在一个平面内)运动。该平面优选垂直于操纵器的最后臂区段的纵向方向。这些连接元件可实施为厚度约5毫米至约10毫米并且长度约20毫米至约200毫米的梁。所述悬挂件在上述平面内优选“柔软”并且垂直于该平面“刚性”：由此，印刷头在该平面中具有三个自由度(两个平移式和一个旋转式)。在印刷头的倾斜位置由于重力或者可替代地由于离心力造成的平行四边形悬挂件或者其它悬挂件(譬如弹性材料体上的悬挂件)的变形优选通过适当地控制所述操纵器来静态地根据两个空间角度进行补偿。

本发明的一改进方案可设置，印刷头连同连接件一起的固有频率小于操纵器的最小的、对于印刷结果而言重要的固有频率。

只要在操纵器上布置有多个印刷头或者布置有一个印刷头和干燥器或者布置有多个加工单元的其它组合，则有利的是，这些单元的复合结构配备有用于振动补偿的共同系统。可替代的是：这些加工单元也可分别具有单独的主动式部件。其它替代形式：印刷头具有单独的主动式部件，所述干燥器没有主动式部件，并且，两者(印刷头和干燥器)具有共同的被动式部件。

印刷头优选具有与操纵器相比较小的质量。印刷头的电子装置优选被布置在操纵器上(印刷头位于连接件“后面”，并且，电子装置位于连接件“前面”)，从而它们的质量在补偿时不必须被运动并且主动式部件能够以优选的方式被设计成小尺寸。

附图说明

接下来以具体实施方式为例并且参考附图来描述本发明及其有利的改进方案。附图示出：

图1用于印刷对象的装置的优选实施方式。

具体实施方式

图1示出了用于印刷对象2(尤其是对象的表面3的至少一个区域3‘)的装置1的优选实施方式。所述装置包括被构造成机械手臂的操纵器4，该操纵器4具有连接件5和喷墨印刷头6。所述印刷头具有在对象表面方向上喷出墨滴8的喷嘴7。所述印刷头由所述操纵器引导并且在此以印刷间隔沿所述表面实施轨迹运动。

印刷头6通过连接件5与操纵器4的端部连接。所述连接件形成补偿系统的被动式部件。所述连接件被设计为平行四边形悬挂件并且包括四个梁5a至5d和两个安装板5e和5f。所述梁以平行四边形的形式布置(在附图中应通过两个较近的“较厚的”和两个较远的“较薄的”梁示出)。所述连接件基于其“柔软性”而允许所述印刷头在以双箭头9示出的方向上相对于所述操纵器的被动式平衡运动。符合要求的“柔软性”可通过恰当的选材和尺寸设计(厚度、长度)实现。

在印刷头6上布置有补偿模块10作为所述补偿系统的主动式部件10。该补偿模块包括质量体11和致动器12。此外，在所述印刷头上布置有传感器13。所述传感器能够譬如测量所述印刷头的加速度。所述传感器将其信号传送给调整器14，后者(调整器14)则传送给放大器15。被生成的控制信号从那里被传送给所述致动器。

如果致动器12本身具有刚性和阻尼特性(参见附图标记16,17)或者根据该致动器12而并联了刚性或弹性元件16或阻尼元件17，则在质量体11与印刷头6相对运动时相应的弹力和阻尼力平行于惯性力起作用。在此情况下，这一点必须在调整器14的调整算法的设计中予以考虑。

补偿模块10也可被布置在连接件5或者在操纵器4上(参见附图标记10‘和10“)。

附图标记列表

1 装置

2 对象

3 表面

3‘ 表面的区域

4 操纵器/机械手臂

5 连接件

5a-d 梁

5e-f 安装板

6 印刷头

7 喷嘴

8 墨滴

9 方向

10,10‘,10“ 补偿模块

11 质量体

12 致动器

13 传感器

14 调整器

15 放大器

16 刚性元件/弹性元件

17 阻尼元件

18 印刷头的轨迹运动

Claims (9)

1.一种用于印刷对象表面至少一个区域的装置，其中，所述装置(1)包括：

-操纵器(4)，

-由所述操纵器(4)引导的印刷头(6)，和

-用于对所述印刷头进行振动补偿的系统，其中，该系统包括主动式部件(10,10’,10”)和被动式部件(5)，所述主动式部件(10,10’10”)补偿低的振动频率，所述低的振动频率即是小于极限频率的振动频率，并且，所述被动式部件(5)补偿高的振动频率，所述高的振动频率即是大于极限频率的振动频率，其中，所述极限频率处于10赫兹至200赫兹之间。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主动式部件(10,10’,10”)包括主动式振动缓冲器，所述主动式振动缓冲器具有质量体(11)和致动器(12)，所述致动器用于使所述质量体运动。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述致动器是线性马达或者是活动线圈。

4.根据权利要求1至3任一项所述的装置，其特征在于，所述主动式部件(10,10’,10”)布置在所述印刷头(6)上、布置在所述被动式部件(5)上、或者布置在所述操纵器(4)上。

5.根据权利要求1至3任一项所述的装置，其特征在于，用于振动补偿的系统包括至少一个传感器(13)，该传感器用于测量所述印刷头(6)的振动。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述用于振动补偿的系统包括调整器(14)和与该调整器连接的放大器(15)，其中，所述调整器的输入端与所述传感器(13)连接，并且，所述放大器的输出端与所述主动式部件(10,10’,10”)连接。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述被动式部件(5)包括连接件，该连接件用于将所述印刷头(6)固定在所述操纵器(4)上。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述连接件实施成平行四边形悬挂件。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述印刷头(6)连同所述连接件一起的固有频率小于所述操纵器的最小的、对印刷结果会产生影响的固有频率。