CN110239245B - 一种基于物联网的不规则三维曲面彩色印刷方法 - Google Patents

一种基于物联网的不规则三维曲面彩色印刷方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于物联网的不规则三维曲面彩色印刷方法，属于彩色印刷领域，一种基于物联网的不规则三维曲面彩色印刷方法，包括以下步骤：将承印物三维模型与印刷图像合成，再对合成图像进行三维分割，生成常规曲面模型和复杂曲面模型，经过数字印前处理后生成喷墨控制文件，然后三维曲面喷墨印刷设备根据喷墨控制文件进行不规则曲面的喷墨工作，喷墨工作时，常规印刷喷头先对常规曲面区域进行喷墨工作，然后毛细印刷喷头对复杂曲面区域进行喷墨工作，毛细印刷喷头在喷墨工作时根据喷墨控制文件进行位置调节，本方案可实现方便针对不规则三维曲面进行印刷，提高不规则曲面的喷墨印刷质量，提高印刷速度。

Description

一种基于物联网的不规则三维曲面彩色印刷方法
技术领域
本发明涉及彩色印刷领域，更具体地说，涉及一种基于物联网的不规则三维曲面彩色印刷方法。
背景技术
印刷（Printing，Graphic Arts，也用使用Graphic Communications即图形传播的）是将文字、图画、照片、防伪等原稿经制版、施墨、加压等工序，使油墨转移到纸张、织品、塑料品、皮革等材料表面上，批量复制原稿内容的技术。印刷是把经审核批准的印刷版，通过印刷机械及专用油墨转印到承印物的过程。
目前的印刷装置大多都是喷头在直线运动时在承印物上进行喷墨，对于具有不规则凹凸面和大深径比等情况的不规则三维曲面，由于喷头与承印物表面之间的距离变化，容易造成墨滴落在承印物上时的墨滴大小和墨滴定位发生随机性变化，例如喷头与承印物表面距离过近时承印物上会成型较大的墨滴，反之亦然，最终容易导致造成图文精度不高和颜色偏差等现象发生。
发明内容
1．要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于物联网的不规则三维曲面彩色印刷方法，它可以实现方便针对不规则三维曲面进行印刷，提高不规则曲面的喷墨印刷质量，提高印刷速度。
2．技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种基于物联网的不规则三维曲面彩色印刷方法，包括以下步骤：
A1、使用三维扫描仪对承印物进行三维扫描；
A2、在计算机上软件造型建模或数据处理方法重建承印物的三维模型，再载入印刷图像，将印刷图像与承印物三维模型合成，然后提取印刷图像合成区域；
A3、对印刷图像合成区域进行分割，生成常规曲面模型和复杂曲面模型；
A4、对常规曲面区域和复杂曲面区域进行数字印前处理：采用三维色彩空间转换算法将常规曲面模型和复杂曲面模型分别分色为相应的三维CMYK单色模型；分别对常规曲面和复杂曲面对应的三维CMYK单色模型进行半色调处理生成常规曲面和复杂曲面的三维单色网格模型；参考三维单色网格模型和喷头驱动方式进行路径规划，生成常规曲面对应的承印物的旋转运动轨迹A和支架运动轨迹A，复杂曲面对应的承印物的旋转运动轨迹B和支架运动轨迹B，同时对复杂曲面的三维单色网格模型进行凹凸性分析，生成喷头支架运动时的毛细印刷喷头的距离调节轨迹，根据上述数据和喷头驱动方式生成每个三维单色网格模型对应的喷墨控制数据；
A5、判断是否完成常规曲面模型和复杂曲面模型的喷墨控制数据，如果是，则生成喷墨控制文件，并将其上传至云服务器，然后执行A6，否则返回A4；
A6.三维曲面喷墨印刷设备从云服务器中下载喷墨控制文件，根据喷墨控制文件进行常规曲面喷墨工作；
A7、喷墨工作前将喷头支架上的调节机构根据承印物的厚度将常规印刷喷头调节至合适位置，然后喷墨印刷装置进行常规曲面区域喷墨工作，喷墨印刷装置中喷头支架移动，使喷头支架移动至承印物的待印刷区域，装置根据承印物的旋转运动轨迹和喷头支架运动轨迹控制喷头支架的轴向运动和承印物的旋转；
A8、完成常规曲面喷墨工作后，喷头和喷头支架复位，然后喷墨印刷装置控制喷头支架移动进行复杂曲面区域喷墨工作，进行复杂曲面喷墨工作工作时，装置根据承印物的旋转运动轨迹和喷头支架运动轨迹控制喷头支架的轴向运动和承印物的旋转，同时根据喷头距离调节轨迹在喷头支架运动时调节毛细印刷喷头相对承印物的距离，使毛细印刷喷头与承印物之间的距离保持在设定值范围内；
A9.完成复杂曲面喷墨工作，常规印刷喷头、毛细印刷喷头、喷头支架和承载台归位。
进一步的，所述凹凸性分析为将复杂曲面模型与常规曲面模型对比，记录复杂曲面模型的高点和低点，当复杂曲面模型的高点与毛细印刷喷头之间距离小于设定值时或复杂曲面模型的低点与毛细印刷喷头之间的距离大于设定值时，控制电动推杆对毛细印刷喷头的位置调节，同时参考喷头支架运动轨迹和承印物的旋转运动轨迹，生成多个毛细印刷喷头经过复杂曲面高点和低点时的调节轨迹，方便毛细印刷喷头的位置调节，使毛细印刷喷头与不规则曲面之间距离适中。
进一步的，所述常规印刷喷头的尺寸为厘米级，且常规印刷喷头具有多个喷孔，所述常规印刷喷头用于常规曲面的印刷，易于提升常规曲面区域的喷墨工作速度。
进一步的，所述毛细印刷喷头的长度在毫米至厘米级，所述毛细印刷喷头具有一个或多个喷孔，且毛细印刷喷头的喷孔直径为微米级的喷头，所述毛细印刷喷头用于复杂曲面的印刷，易于提升复杂曲面区域的喷墨精确度。
进一步的，所述墨滴的材料为水性墨、UV墨、溶剂型墨、油墨中的任一种。
进一步的，所述喷墨控制文件包括承印物的旋转运动轨迹、喷头支架运动轨迹和喷头距离调节轨迹，所述喷墨控制文件上传至云服务器，所述三维曲面喷墨印刷装置与云服务器信号连接，方便控制三维曲面喷墨印刷装置获取喷墨控制文件。
进一步的，所述三维曲面喷墨印刷设备包括印刷设备本体，所述印刷设备本体的一端固定连接有固定架，所述固定架上套接有喷头支架，所述喷头支架上固定连接有多对均匀分布的调节机构，所述调节机构包括电动推杆，所述电动推杆固定连接在喷头支架上，每对所述电动推杆的伸缩端上分别连接有常规印刷喷头和毛细印刷喷头，所述固定架远离印刷设备本体的一端固定与印刷设备本体之间连接有一对螺纹杆和一对定位杆，所述印刷设备本体内连接有与螺纹杆相匹配的第一电动机，所述印刷设备本体靠近固定架的一端转动连接有承物台，所述印刷设备本体内连接有与承物台相匹配的第二电动机，所述承物台的侧壁上固定连接有一对气缸，所述气缸的伸缩端上固定连接有夹板。
进一步的，所述常规印刷喷头和毛细印刷喷头与印刷设备本体之间均连接有输墨管，所述印刷设备本体内连接有与常规印刷喷头和毛细印刷喷头相匹配的墨盒，方便常规印刷喷头和毛细印刷喷头的墨滴供给。
进一步的，所述承物台的表面铺设有海绵垫，使承印物不易磨损。
进一步的，所述印刷设备本体上开凿有与螺纹杆相匹配的通孔，所述螺纹杆与通孔内壁之间连接有轴承，方便螺纹杆的转动。
3．有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
（1）将承印物与印刷图像预先进行三维模型合成，提取印刷图像位置，方便印刷喷头的定位，对合成的图像进行三维分割和数字印前处理，得到喷墨控制文件，三维曲面喷墨印刷装置根据喷墨控制文件进行精确喷墨印刷工作。
（2）对三维分割所得到的复杂曲面模型进行凹凸性分析，得到毛细印刷喷头调节轨迹，使毛细印刷喷头在进行喷墨印刷使与不规则曲面之间距离保持适中，不易因印刷喷头与承印物表面之间的距离变化而导致的墨滴成型大小变化和墨滴定位偏差现象发生。
（3）通过三维曲面喷墨印刷装置上的承载台旋转、喷头支架往复运动和毛细印刷喷头位置调节，使承印物上的不规则三维曲面可以得到精确全面的印刷，承载台上设有可活动的夹板，方便不同尺寸的承印物固定，
（4）喷墨控制文件上传云服务器，也方便三维曲面喷墨印刷装置的调取和数据的备份。
附图说明
图1为本发明的工作原理图；
图2为本发明的三维曲面喷墨印刷装置的立体图。
图3为本发明的三维曲面喷墨印刷装置工作时的立体图。
图4为本发明的三维曲面喷墨印刷装置的正面剖视图；
图5为本发明的三维曲面喷墨印刷装置的侧面剖视图。
图中标号说明：
1印刷设备本体、2固定架、3喷头支架、4电动推杆、5常规印刷喷头、6毛细印刷喷头、7螺纹杆、8定位杆、9夹板、10承物台、11第二电动机、12气缸。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图；对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然；所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例；而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例；本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例；都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
请参阅图1，一种基于物联网的不规则三维曲面彩色印刷方法，其特征在于：包括以下步骤：
A1.使用三维扫描仪对承印物进行三维扫描；
A2.在计算机上软件造型建模或数据处理方法重建承印物的三维模型，再载入印刷图像，将印刷图像与承印物三维模型合成，然后提取印刷图像合成区域；
A3.对印刷图像合成区域进行分割，生成常规曲面模型和复杂曲面模型；
A4.对常规曲面区域和复杂曲面区域，进行数字印前处理：采用三维色彩空间转换算法将常规曲面模型和复杂曲面模型分别分色为相应的三维CMYK单色模型；分别对常规曲面和复杂曲面对应的三维CMYK单色模型进行半色调处理生成常规曲面和复杂曲面的三维单色网格模型，参考三维单色网格模型和喷头驱动方式进行路径规划，生成常规曲面对应的承印物的旋转运动轨迹A和支架运动轨迹A，复杂曲面对应的承印物的旋转运动轨迹B和支架运动轨迹B，上述数字印前处理技术为现有技术；
同时对复杂曲面的三维单色网格模型进行凹凸性分析 ，生成喷头支架3运动时的毛细印刷喷头的距离调节轨迹，凹凸性分析为将复杂曲面模型与常规曲面模型对比，记录复杂曲面模型的高点和低点，当复杂曲面模型的高点与毛细印刷喷头6之间距离小于设定值时或复杂曲面模型的低点与毛细印刷喷头6之间的距离大于设定值时，控制电动推杆4对毛细印刷喷头6的位置调节，使毛细印刷喷头6与承印物之间的距离保持在设定值范围内，同时参考支架运动轨迹和承印物的旋转运动轨迹，生成多个毛细印刷喷头6经过复杂曲面高点和低点时的调节轨迹；根据上述数据和喷头驱动方式生成每个三维单色网格模型对应的喷墨控制数据；
A5.判断是否完成常规曲面模型和复杂曲面模型的喷墨控制数据，如果是，则生成喷墨控制文件，并将其上传至云服务器，执行A6，进行常规曲面喷墨印刷；否则返回A4，喷墨控制文件上传云服务器，三维曲面喷墨印刷装置与云服务器信号连接，方便三维曲面喷墨印刷装置的调取和数据的备份
A6.三维曲面喷墨印刷设备从云服务器中下载喷墨控制文件，根据喷墨控制文件进行常规曲面喷墨工作，喷墨控制文件包括承印物的旋转运动轨迹、支架运动轨迹和喷头距离调节轨迹；
A7.喷墨工作前将喷头支架3上的调节机构根据承印物的厚度将常规印刷喷头5调节至合适位置，然后喷墨印刷装置进行常规曲面区域喷墨工作，喷墨印刷装置中喷头支架3移动，使喷头支架3移动至承印物的待印刷区域，装置根据承印物的旋转运动轨迹和支架运动轨迹控制喷头支架3的轴向运动和承物台10的旋转；
A8.完成常规曲面喷墨工作后，常规印刷喷头5和喷头支架3复位，然后喷墨印刷装置控制喷头支架3移动进行复杂曲面区域喷墨工作，进行复杂曲面喷墨工作工作时，装置根据承印物的旋转运动轨迹和支架运动轨迹控制喷头支架3的轴向运动和承印物的旋转，同时根据喷头距离调节轨迹在喷头支架3运动时调节毛细印刷喷头6相对承印物的距离，使毛细印刷喷头6与承印物之间的距离保持在设定值范围内；
A9.完成复杂曲面喷墨工作，常规印刷喷头5、毛细印刷喷头6、喷头支架3和承载台10归位。
请参阅图2、图3、图4和图5，三维曲面喷墨印刷设备包括印刷设备本体1，印刷设备本体1的一端固定连接有固定架2，固定架2上套接有喷头支架3，喷头支架3上固定连接有多对均匀分布的调节机构，调节机构包括电动推杆4，电动推杆4固定连接在喷头支架3上，每对电动推杆4的伸缩端上分别连接有常规印刷喷头5和毛细印刷喷头6，常规印刷喷头5和毛细印刷喷头6与印刷设备本体1之间均连接有输墨管，印刷设备本体1内连接有与常规印刷喷头5和毛细印刷喷头6相匹配的墨盒，通过输墨管将墨盒中的油墨输入至常规印刷喷头5和毛细印刷喷头6中，固定架2远离印刷设备本体1的一端固定与印刷设备本体1之间连接有一对螺纹杆7和一对定位杆8，印刷设备本体1上开凿有与螺纹杆7相匹配的通孔，螺纹杆7与通孔内壁之间连接有轴承，印刷设备本体1内连接有与螺纹杆7相匹配的第一电动机，印刷设备本体1靠近固定架2的一端转动连接有承物台10，承物台10的表面铺设有海绵垫，印刷设备本体1内连接有与承物台10相匹配的第二电动机11，承物台10的侧壁上固定连接有一对气缸12，承物台10的表面铺设有海绵垫，使承印物不易磨损，气缸12的伸缩端上固定连接有夹板9，通过一对气缸12作用，使一对夹板9将承印物夹紧。
墨滴的材料为水性墨、UV墨、溶剂型墨、油墨中的任一种，墨滴储存在墨盒中，方便常规印刷喷头5和毛细印刷喷头6的墨滴供给。
常规印刷喷头5的尺寸为厘米级，且常规印刷喷头5具有多个喷孔，常规印刷喷头5用于常规曲面的印刷，易于提升常规曲面区域的喷墨工作速度。
毛细印刷喷头6的长度在毫米至厘米级，毛细印刷喷头6具有一个或多个喷孔，且毛细印刷喷头6的喷孔直径为微米级的喷头，毛细印刷喷头6用于复杂曲面的印刷易于提升复杂曲面区域的喷墨精确度。
常规曲面和复杂印刷工作时，第二电动机11根据承印物的旋转运动轨迹的数据驱动承物台10转动，使承物台10上被固定的承印物沿承印物旋转运动轨迹运动，通过第一电动机驱动螺纹杆7转动使喷头支架3沿螺纹杆7方向运动，所以第一电机根据支架运动轨迹数据，调节转子的旋转速率，即可喷头支架3沿支架运动轨迹数据运动，以此对承印物上的不规则三维曲面进行精确全面的印刷，承载台10上设有可活动的夹板9，方便不同尺寸的承印物固定。
复杂曲面印刷工作中，喷头支架3沿支架运动轨迹B运动过程中多个电动推杆4驱动多个毛细印刷喷头6运动，使毛细印刷喷头6沿喷头距离调节轨迹运动，使毛细印刷喷头6在进行喷墨印刷时与不规则曲面之间距离保持在设定值范围内，实现不易因印刷喷头与承印物表面之间的距离变化而导致的墨滴成型大小变化和墨滴定位偏差现象发生。
以上所述；仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此；任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内；根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变；都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于物联网的不规则三维曲面彩色印刷方法，其特征在于：包括以下步骤：
A1.使用三维扫描仪对承印物进行三维扫描；
A2.在计算机上软件造型建模或数据处理方法重建承印物的三维模型，再载入印刷图像，将印刷图像与承印物三维模型合成，然后提取印刷图像合成区域；
A3.对印刷图像合成区域进行分割，生成常规曲面模型和复杂曲面模型；
A4.对常规曲面区域和复杂曲面区域进行数字印前处理：采用三维色彩空间转换算法将常规曲面模型和复杂曲面模型分别分色为相应的三维CMYK单色模型；分别对常规曲面和复杂曲面对应的三维CMYK单色模型进行半色调处理生成常规曲面和复杂曲面的三维单色网格模型；参考三维单色网格模型和喷头驱动方式进行路径规划，生成常规曲面对应的承印物的旋转运动轨迹A和支架运动轨迹A，复杂曲面对应的承印物的旋转运动轨迹B和支架运动轨迹B，同时对复杂曲面的三维单色网格模型进行凹凸性分析，生成喷头支架（3）运动时的毛细印刷喷头（6）的距离调节轨迹，根据上述数据和喷头驱动方式生成每个三维单色网格模型对应的喷墨控制数据；
A5、判断是否完成常规曲面模型和复杂曲面模型的喷墨控制数据，如果是，则生成喷墨控制文件，并将其上传至云服务器，然后执行A6，否则返回A4；
A6.三维曲面喷墨印刷设备从云服务器中下载喷墨控制文件，根据喷墨控制文件进行常规曲面喷墨工作；
A7.喷墨工作前将喷头支架（3）上的调节机构根据承印物的厚度将常规印刷喷头（5）调节至合适位置，然后喷墨印刷装置进行常规曲面区域喷墨工作，喷墨印刷装置中喷头支架（3）移动，使喷头支架（3）移动至承印物的待印刷区域，装置根据承印物的旋转运动轨迹和支架运动轨迹控制喷头支架（3）的轴向运动和承物台（10）的旋转；
A8.完成常规曲面喷墨工作后，喷头和喷头支架（3）复位，然后喷墨印刷装置控制喷头支架（3）移动进行复杂曲面区域喷墨工作，进行复杂曲面喷墨工作工作时，装置根据承印物的旋转运动轨迹和支架运动轨迹控制喷头支架（3）的轴向运动和承印物的旋转，同时根据喷头距离调节轨迹在喷头支架（3）运动时调节毛细印刷喷头（6）相对承印物的距离，使毛细印刷喷头（6）与承印物之间的距离保持在设定值范围内；
A9.完成复杂曲面喷墨工作，常规印刷喷头（5）、毛细印刷喷头（6）、喷头支架（3）和承物台（10）归位。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的不规则三维曲面彩色印刷方法，其特征在于：所述凹凸性分析为将复杂曲面模型与常规曲面模型对比，记录复杂曲面模型的高点和低点，当复杂曲面模型的高点与毛细印刷喷头（6）之间距离小于设定值时或复杂曲面模型的低点与毛细印刷喷头（6）之间的距离大于设定值时，控制电动推杆（4）对毛细印刷喷头（6）的位置调节，同时参考支架运动轨迹和承印物的旋转运动轨迹，生成多个毛细印刷喷头（6）经过复杂曲面高点和低点时的调节轨迹。
3.根据权利要求2所述的一种基于物联网的不规则三维曲面彩色印刷方法，其特征在于：所述常规印刷喷头（5）的尺寸为厘米级，且常规印刷喷头（5）具有多个喷孔，所述常规印刷喷头（5）用于常规曲面的印刷。
4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的不规则三维曲面彩色印刷方法，其特征在于：所述毛细印刷喷头（6）的长度在毫米至厘米级，所述毛细印刷喷头（6）具有一个或多个喷孔，且毛细印刷喷头（6）的喷孔直径为微米级的喷头，所述毛细印刷喷头（6）用于复杂曲面的印刷。
5.根据权利要求1所述的一种基于物联网的不规则三维曲面彩色印刷方法，其特征在于：所述喷墨印刷装置喷出墨滴的材料为水性墨、UV墨、溶剂型墨、油墨中的任一种。
6.根据权利要求1所述的一种基于物联网的不规则三维曲面彩色印刷方法，其特征在于：所述喷墨控制文件包括承印物的旋转运动轨迹、支架运动轨迹和喷头距离调节轨迹，所述喷墨控制文件上传至云服务器，所述三维曲面喷墨印刷装置与云服务器信号连接。
7.根据权利要求1所述的一种基于物联网的不规则三维曲面彩色印刷方法，其特征在于：所述三维曲面喷墨印刷设备包括印刷设备本体（1），所述印刷设备本体（1）的一端固定连接有固定架（2），所述固定架（2）上套接有喷头支架（3），所述喷头支架（3）上固定连接有多对均匀分布的调节机构，所述调节机构包括电动推杆（4），所述电动推杆（4）固定连接在喷头支架（3）上，每对所述电动推杆（4）的伸缩端上分别连接有常规印刷喷头（5）和毛细印刷喷头（6），所述固定架（2）远离印刷设备本体（1）的一端固定与印刷设备本体（1）之间连接有一对螺纹杆（7）和一对定位杆（8），所述印刷设备本体（1）内连接有与螺纹杆（7）相匹配的第一电动机，所述印刷设备本体（1）靠近固定架（2）的一端转动连接有承物台（10），所述印刷设备本体（1）内连接有与承物台（10）相匹配的第二电动机（11），所述承物台（10）的侧壁上固定连接有一对气缸（12），所述气缸（12）的伸缩端上固定连接有夹板（9）。
8.根据权利要求2所述的一种基于物联网的不规则三维曲面彩色印刷方法，其特征在于：所述常规印刷喷头（5）和毛细印刷喷头（6）与印刷设备本体（1）之间均连接有输墨管，所述印刷设备本体（1）内连接有与常规印刷喷头（5）和毛细印刷喷头（6）相匹配的墨盒。
9.根据权利要求1所述的一种基于物联网的不规则三维曲面彩色印刷方法，其特征在于：所述承物台（10）的表面铺设有海绵垫。
10.根据权利要求7所述的一种基于物联网的不规则三维曲面彩色印刷方法，其特征在于：所述印刷设备本体（1）上开凿有与螺纹杆（7）相匹配的通孔，所述螺纹杆（7）与通孔内壁之间连接有轴承。
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