CN115923365A - 立体物印刷方法以及机械臂的示教方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种立体物印刷方法以及机械臂的示教方法。工件的表面具有平滑区域、和与平滑区域相邻且包含高低差的高低差区域，立体物印刷方法包括在使头与工件的相对位置以及姿态发生变化的期间内执行液体从头向平滑区域的喷出的第一印刷动作、和领先或后续于第一印刷动作而在使头与工件的相对位置以及姿态发生变化的期间内执行液体从头向高低差区域的喷出的第二印刷动作，当将喷出面的法线设为第一法线、将工件的表面的与第一法线的交点处的法线设为第二法线、并将第一法线和第二法线所成的角度设为喷出角度时，第二印刷动作的执行过程中的喷出角度的变化量与第一印刷动作的执行过程中的喷出角度的变化量相比而较大。

Description

立体物印刷方法以及机械臂的示教方法
技术领域
本公开涉及一种立体物印刷方法以及机械臂的示教方法。
背景技术
已知一种使用机械臂并通过喷墨方式而在立体工件的表面上实施印刷的立体物印刷方法。例如，专利文献1所记载的系统具有机械臂、和被配置在机械臂上的印刷头，并使油墨滴从印刷头朝向物体的弯曲的表面喷射。
在专利文献1中，公开了一种方法，所述方法具有三维地对物体表面的区域进行测量的步骤、生成与该区域相对应的空间点的集合的步骤、制作与该区域相对应的三维的网格的步骤、和制作用于使机械臂运动的三维路径的步骤。
在专利文献1中，并未公开制作三维路径的步骤的具体方法。在使用机械臂而在工件的表面上实施高画质的印刷中，期望实现与工件的形状相应的机械臂的适当的动作。
专利文献1：日本特表2015-520011号公报
发明内容
为了解决以上的课题，本公开所涉及的立体物印刷方法的一个方式使用了如下部件，即：头，其具有设置有喷出液体的多个喷嘴的喷出面；机械臂，其使所述头相对于立体工件的相对位置以及姿态发生变化，在所述立体物印刷方法中，所述工件的表面具有平滑区域和高低差区域，所述高低差区域与所述平滑区域相邻且包含高低差，所述立体物印刷方法包括第一印刷动作和第二印刷动作，其中，所述第一印刷动作为在使所述头与所述工件的相对位置以及姿态发生变化的期间内执行液体从所述头向所述平滑区域的喷出的动作，所述第二印刷动作为先于或后续于所述第一印刷动作而在使所述头与所述工件的相对位置以及姿态发生变化的期间内执行液体从所述头向所述高低差区域的喷出的动作，当将所述喷出面的法线设为第一法线、将所述工件的表面的与所述第一法线的交点处的法线设为第二法线、并将所述第一法线和所述第二法线所成的角度设为喷出角度时，所述第二印刷动作的执行过程中的所述喷出角度的变化量与所述第一印刷动作的执行过程中的所述喷出角度的变化量相比而较大。
本公开所涉及的机械臂的示教方法的一个方式为使喷出液体的头与立体工件的相对位置以及姿态基于印刷路径信息来发生变化的机械臂的示教方法，其中，所述工件的表面具有平滑区域和高低差区域，所述高低差区域与所述平滑区域相邻且包含高低差，所述机械臂的示教方法包括：第一步骤，取得通过多个多边形来表示所述工件的形状的三维数据；第二步骤，对所述多个多边形中的、作为与所述头应当扫描的区域相对应的多边形的多个通过多边形进行指定；第三步骤，基于所述多个通过多边形中的、作为与所述平滑区域相对应的多边形的多个平滑通过多边形，而对作为所述平滑区域上的示教点的多个平滑示教点所示的位置以及姿态进行设定；第四步骤，基于所述多个平滑通过多边形或所述多个平滑示教点，而对作为所述高低差区域上的示教点的多个高低差示教点所示的位置以及姿态中的一方或双方进行设定；第五步骤，基于所述多个平滑示教点以及所述多个高低差示教点，而生成所述印刷路径信息。
附图说明
图1为表示第一实施方式所涉及的立体物印刷方法中所使用的立体物印刷装置的概要的立体图。
图2为表示第一实施方式所涉及的立体物印刷方法中所使用的立体物印刷装置的电气结构的框图。
图3为表示头单元的概要结构的立体图。
图4为用于对机械臂的印刷动作的一个示例进行说明的图。
图5为用于对工件的平滑区域以及高低差区域进行说明的图。
图6为用于对第一实施方式所涉及的立体物印刷方法进行说明的图。
图7为用于对参考例中的头的移动路径进行说明的图。
图8为用于对第一实施方式中的头的移动路径进行说明的图。
图9为表示第一实施方式所涉及的机械臂的示教方法的流程图。
图10为用于对第一步骤中的三维数据的取得进行说明的图。
图11为用于对第二步骤中的通过多边形的特定中所使用的假想平面进行说明的图。
图12为用于对第二步骤中的通过多边形的特定进行说明的图。
图13为用于对多个示教点的位置以及姿态的设定进行说明的图。
图14为用于对第三步骤中的多个平滑示教点的设定进行说明的图。
图15为用于对第四步骤中的多个高低差示教点的设定进行说明的图。
图16为用于对第二实施方式中的第四步骤中的多个高低差示教点的设定进行说明的图。
具体实施方式
以下，在参照附图的同时，对本公开所涉及的优选的实施方式进行说明。另外，在各附图中，各部分的尺寸以及比例尺与实际情况适当地有所不同，并且还具有为了易于理解而示意性地示出的部分。此外，在以下的说明中，只要没有特别对本公开进行限定的记载，则本公开的范围并不限于这些方式。
为了便于说明，以下的说明适当地使用相互交叉的X轴、Y轴以及Z轴来进行。此外，在以下的说明中，沿着X轴的一个方向为X1方向，且与X1方向相反的方向为X2方向。同样地，沿着Y轴而彼此相反的方向为Y1方向以及Y2方向。此外，沿着Z轴而彼此相反的方向为Z1方向以及Z2方向。
在此，X轴、Y轴以及Z轴相当于在设置有后文叙述的机械臂2的空间内所设定的通用坐标系的坐标轴。典型而言，Z轴为铅直的轴，且Z2方向相当于铅直方向上的下方向。以机械臂2的后文叙述的基部210的位置为基准的基准坐标系通过校准而与该通用坐标系建立对应关系。在下文中，为了便于说明，对将通用坐标系作为机械臂坐标系来使用以对机械臂2的动作进行控制的情况进行例示。
另外，Z轴也可以不为铅直的轴。此外，虽然X轴、Y轴以及Z轴典型而言为相互正交，但是并不限定于此，也存在不正交的情况。例如，X轴、Y轴以及Z轴只需以80°以上且100°以下的范围内的角度而相互交叉即可。
1.第一实施方式
1-1.立体物印刷装置的概要
图1为表示第一实施方式所涉及的立体物印刷方法中所使用的立体物印刷装置1的概要的立体图。立体物印刷装置1为通过喷墨方式而在立体工件W的表面上实施印刷的装置。
工件W具有成为印刷对象的面WF。在图1所示的示例中，面WF为具有曲率不同的多个部分的凸状的曲面。虽然在图1中并未图示，但是如后文所详细叙述的那样，面WF具有包含高低差的区域。印刷时的工件W根据需要而例如通过预定的设置台、机械臂抓手或传送带等结构体来被支承。另外，印刷对象也可以为工件W所具有的多个面中的面WF以外的面。此外，工件W的大小、形状或设置姿态并不限定于图1所示的示例，而是为任意的大小、形状或设置姿态。
如图1所示，立体物印刷装置1具有机械臂2、头单元3、控制器5、配管部10和配线部11。以下，首先对它们依次进行简单说明。
机械臂2为使通用坐标系中的头单元3的位置以及姿态发生变化的机械臂。在图1所示的示例中，机械臂2为所谓的六轴垂直多关节机械臂。
如图1所示，机械臂2具有基部210和臂部220。
基部210为对臂部220进行支承的台。在图1所示的示例中，基部210通过螺纹固定等而被固定在朝向Z1方向的地板面或基台等的设置面上。另外，固定有基部210的设置面可以为朝向任意方向的面，并不限定于图1所示的示例，也可以为例如墙壁、顶棚、可移动的平板车等所具有的面。
臂部220为具有被安装在基部210上的基端和相对于该基端而使位置以及姿态三维地发生变化的顶端的六轴的机械臂。具体而言，臂部220具有也被称为联杆的臂221、222、223、224、225以及226，且它们按照此顺序而被连结。
臂221以能够围绕转动轴O1进行转动的方式经由关节部230_1而与基部210连结。臂222以能够围绕转动轴O2进行转动的方式经由关节部230_2而与臂221连结。臂223以能够围绕转动轴O3进行转动的方式经由关节部230_3而与臂222连结。臂224以能够围绕转动轴O4进行转动的方式经由关节部230_4而与臂223连结。臂225以能够围绕转动轴O5进行转动的方式经由关节部230_5而与臂224连结。臂226以能够围绕转动轴O6进行转动的方式经由关节部230_6而与臂225连结。
关节部230_1至230_6各自为将基部210以及臂221至226中的彼此相邻的两个部件中的一方以能够转动的方式而连结于另一方的机构。另外，在下文中，有时会将关节部230_1至230_6各自称为“关节部230”。
虽然在图1中并未图示，但是在关节部230_1至230_6中的每一个上设置有驱动机构，所述驱动机构使所对应的该彼此相邻的两个部件中的一方相对于另一方而进行转动。该驱动机构例如具有产生用于该转动的驱动力的电机、对该驱动力进行减速并输出的减速器、和对该转动的角度等的动作量进行检测的旋转式编码器等编码器。另外，关节部230_1至230_6的该驱动机构的集合体相当于后文叙述的图2所示的臂驱动机构2a。
转动轴O1为相对于固定有基部210的未图示的设置面而垂直的轴。转动轴O2为相对于转动轴O1而垂直的轴。转动轴O3为相对于转动轴O2而平行的轴。转动轴O4为相对于转动轴O3而垂直的轴。转动轴O5为相对于转动轴O4而垂直的轴。转动轴O6为相对于转动轴O5而垂直的轴。
另外，对于这些转动轴而言，“垂直”除了包括两个转动轴所成的角度严格为90°的情况之外，也包括两个转动轴所成的角度从90°而在±5°左右的范围内发生偏移的情况。同样地，“平行”除了包括两个转动轴严格地平行的情况之外，也包括两个转动轴中的一方相对于另一方而在±5°左右的范围内倾斜的情况。
作为末端执行器，头单元3以通过螺纹固定等已被固定的状态而被安装在以上的机械臂2的臂部220的位于最顶端的臂226上。
头单元3为具有朝向工件W喷出作为“液体”的一个示例的油墨的头3a的组件。在本实施方式中，头单元3除了具有头3a之外，还具有压力调节阀3b和能量出射部3c。另外，关于头单元3的详细内容，将在后文中基于图3来进行说明。
作为该油墨并未被特别限定，例如可列举出使染料或颜料等颜色材料溶解在水系溶剂中的水系油墨、紫外线硬化型等的使用了硬化性树脂的硬化性油墨、以及使染料或颜料等颜色材料溶解在有机溶剂中的溶剂类油墨等。其中，优选地使用硬化性油墨。硬化性油墨并未被特别限定，例如也可以为热硬化型、光硬化型、放射线硬化型以及电子束硬化型中的任意一种，但是优选为紫外线硬化型等光硬化型。另外，该油墨并不限定于溶液，也可以为使颜色材料等作为分散质而分散在分散剂中的油墨。此外，该油墨并不限定于包含颜色材料的油墨，例如既可以为作为分散质而包含用于形成配线等的金属粒子等导电性粒子的油墨，也可以为透明油墨，还可以为用于工件W的表面处理的处理液。
在头单元3上分别连接有配管部10以及配线部11。配管部10为将来自未图示的油墨罐的油墨供给至头单元3的配管或配管组。配线部11为供给对头3a进行驱动的电信号的配线或配线组。
控制器5为对机械臂2的驱动进行控制的机械臂控制器。以下，基于图2，以使控制器5的详细说明包括在内的方式来对立体物印刷装置1的电结构进行说明。
1-2.立体物印刷装置的电气结构
图2为表示第一实施方式所涉及的立体物印刷方法中所使用的立体物印刷装置1的电气结构的框图。在图2中，示出了立体物印刷装置1的结构要素中的电气结构要素。如图2所示，立体物印刷装置1除了具有前文所述的图1所示的结构要素之外，还具有与控制器5以能够通信的方式而连接的控制模块6、和与控制器5以及控制模块6以能够通信的方式而连接的计算机7。
另外，图2所示的各电气结构要素既可以适当地被分割，也可以使其一部分被包含在其他结构要素中，还可以与其他结构要素被一体构成。例如，控制器5或控制模块6的功能的一部分或全部既可以通过计算机7来实现，也可以通过经由LAN(Local Area Network：局域网)或互联网等网络而与控制器5连接的PC(personal computer：个人计算机)等其他外部装置来实现。
控制器5具有对机械臂2的驱动进行控制的功能、和生成用于使头单元3中的油墨的喷出动作与机械臂2的动作同步的信号D3的功能。
控制器5具有存储电路5a和处理电路5b。
存储电路5a对处理电路5b所执行的各种程序、和处理电路5b所处理的各种数据进行存储。存储电路5a例如包括RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)等易失性的存储器和ROM(Read Only Memory：只读存储器)、EEPROM(Electrically ErasableProgrammable Read-Only Memory：电可擦可编程只读存储器)或PROM(Programmable ROM：可编程只读存储器)等非易失性存储器中的一方或双方的半导体存储器。另外，存储电路5a的一部分或全部也可以被包括在处理电路5b中。
在存储电路5a中存储有印刷路径信息Da。印刷路径信息Da被用于机械臂2的动作的控制中，且为表示头3a应当移动的路径上的头3a的位置以及姿态的信息。印刷路径信息Da例如使用基准坐标系或通用坐标系的坐标值来表示。在后文叙述的机械臂2的示教方法中，印刷路径信息Da基于表示工件W的形状的三维数据Db并通过计算机7而被生成。印刷路径信息Da从计算机7被输入至存储电路5a。另外，印刷路径信息Da也可以使用工件坐标系的坐标值来表示。在这种情况下，印刷路径信息Da在从工件坐标系的坐标值转换为基准坐标系或通用坐标系的坐标值之后被用于机械臂2的动作的控制中。
处理电路5b基于印刷路径信息Da来对机械臂2的臂驱动机构2a的动作进行控制，并且生成信号D3。处理电路5b例如包括一个以上的CPU(Central Processing Unit：中央处理器)等处理器。另外，处理电路5b也可以代替CPU或除CPU以外还包括FPGA(field-programmable gate array：现场可编程逻辑门阵列)等可编程逻辑器件。
在此，臂驱动机构2a为前文所述的关节部230_1至230_6的驱动机构的集合体，并且针对每个关节部230而具有用于对机械臂2的关节部进行驱动的电机、和对机械臂2的关节部的旋转角度进行检测的编码器。
处理电路5b实施将印刷路径信息Da转换为机械臂2的各关节部230的旋转角度以及旋转速度等的动作量的运算、即逆运动学计算。而且，处理电路5b基于来自臂驱动机构2a的各编码器的输出D1而输出控制信号Sk1，以使各关节部230的实际的旋转角度以及旋转速度等动作量成为基于印刷路径信息Da而得到的前文所述的运算结果。控制信号Sk1为用于对臂驱动机构2a的电机的驱动进行控制的信号。在此，控制信号Sk1根据需要且基于来自未图示的距离传感器的输出而被处理电路5b补正。
此外，处理电路5b基于来自臂驱动机构2a的多个编码器中的至少一个的输出D1而生成信号D3。例如，处理电路5b作为信号D3而生成触发信号，所述触发信号包含来自该多个编码器中的一个的输出D1成为预定值的定时的脉冲。
控制模块6为基于从控制器5输出的信号D3和来自计算机7的印刷数据Img而对头单元3中的油墨的喷出动作进行控制的电路。控制模块6具有定时信号生成电路6a、电源电路6b、控制电路6c和驱动信号生成电路6d。
定时信号生成电路6a基于信号D3而生成定时信号PTS。定时信号生成电路6a例如由计时器构成，所述计时器以信号D3的检测出为契机而开始进行定时信号PTS的生成。
电源电路6b从未图示的商用电源接受电力的供给，并生成预定的各种电位。所生成的各种电位适当地被供给至控制模块6以及头单元3的各部分。例如，电源电路6b生成电源电位VHV和偏移电位VBS。偏移电位VBS被供给至头单元3。此外，电源电位VHV被供给至驱动信号生成电路6d。
控制电路6c基于定时信号PTS而生成控制信号SI、波形指定信号dCom、锁存信号LAT、时钟信号CLK和交换信号CNG。这些信号与定时信号PTS同步。这些信号中的波形指定信号dCom被输入至驱动信号生成电路6d中，除此以外的信号被输入至头单元3的开关电路3e中。
控制信号SI为用于对头单元3的头3a所具有的驱动元件的工作状态进行指定的数字的信号。具体而言，控制信号SI为用于基于印刷数据Img而对是否向该驱动元件供给后文叙述的驱动信号Com进行指定的信号。通过该指定，从而例如对是否从与该驱动元件相对应的喷嘴喷出油墨进行指定，或者对从该喷嘴被喷出的油墨的量进行指定。波形指定信号dCom为用于对驱动信号Com的波形进行规定的数字信号。锁存信号LAT以及交换信号CNG为，用于通过以与控制信号SI并用的方式来对该驱动元件的驱动定时进行规定从而对来自该喷嘴的油墨的喷出定时进行规定的信号。时钟信号CLK为成为与定时信号PTS同步的基准的时钟信号。
以上的控制电路6c例如包括一个以上的CPU等处理器。另外，控制电路6c也可以代替CPU或除CPU以外还包括FPGA等可编程逻辑器件。
驱动信号生成电路6d为生成用于对头单元3的头3a所具有的各驱动元件进行驱动的驱动信号Com的电路。具体而言，驱动信号生成电路6d例如具有DA转换电路和放大电路。在驱动信号生成电路6d中，通过该DA转换电路将来自控制电路6c的波形指定信号dCom从数字信号转换为模拟信号、并由该放大电路使用来自电源电路6b的电源电位VHV而将该模拟信号放大，从而生成驱动信号Com。在此，驱动信号Com中所包含的波形中的、实际被供给至该驱动元件的波形的信号为驱动脉冲PD。驱动脉冲PD经由头单元3的开关电路3e而从驱动信号生成电路6d被供给至该驱动元件。
在此，开关电路3e为包含开关元件的电路，所述开关元件基于控制信号SI来切换是否将驱动信号Com中所包含的波形中的至少一部分作为驱动脉冲PD而进行供给。
计算机7为安装了程序PG等程序的台式或笔记本式等的计算机。计算机7具有生成印刷路径信息Da的功能、向控制器5供给印刷路径信息Da等信息的功能、和向控制模块6供给印刷数据Img等信息的功能。本实施方式的计算机7除了这些功能之外，还具有对能量出射部3c的驱动进行控制的功能。
计算机7具有存储电路7a和处理电路7b。此外，虽然并未图示，但是计算机7具有受理来自用户的操作的键盘或鼠标等输入装置。另外，计算机7也可以具有对印刷路径信息Da的生成所必需的信息进行显示的液晶面板等显示装置。
存储电路7a对处理电路7b所执行的各种程序、和处理电路7b所处理的各种数据进行存储。存储电路7a例如包括RAM等易失性存储器和ROM、EEPROM或PROM等非易失性存储器中的一方或双方的半导体存储器。另外，存储电路7a的一部分或全部也可以被包含在处理电路7b中。
在存储电路7a中，存储有印刷路径信息Da、三维数据Db和程序PG。程序PG为用于基于三维数据Db来生成印刷路径信息Da的程序。三维数据Db为通过多个多边形来表示工件W的形状的STL(Standard Triangulated Language：标准三角化语言)形式等的数据。在三维数据Db中，包含有作为与多边形的各顶点的坐标相关的信息的坐标信息Db1、和作为与表示多边形面的表背的法线向量相关的信息的向量信息Db2。三维数据Db通过根据需要而对表示工件W的三维形状的CAD(computer-aided design)数据进行转换处理从而获得。另外，三维数据Db既可以使用工件坐标系的坐标值来表示，也可以使用基准坐标系或通用坐标系的坐标值来表示。
处理电路7b通过程序PG等程序的执行来实现前文所述的各功能。处理电路7b例如包括一个以上的CPU等处理器。另外，处理电路7b也可以代替CPU或除CPU以外还包括FPGA等可编程逻辑器件。
处理电路7b通过程序PG的执行而作为生成部7b1来发挥功能。生成部7b1基于三维数据Db而生成印刷路径信息Da。关于由生成部7b1实现的印刷路径信息Da的生成，将在后文中基于图5～图15来进行详细叙述。
1-3.头单元的结构
图3为表示头单元3的概要结构的立体图。在以下的说明中，为了便于说明而适当地使用相互交叉的a轴、b轴以及c轴来进行。此外，在以下的说明中，沿着a轴的一个方向为a1方向，与a1方向相反的方向为a2方向。同样地，沿着b轴而彼此相反的方向为b1方向以及b2方向。此外，沿着c轴而彼此相反的方向为c1方向以及c2方向。
在此，a轴、b轴以及c轴相当于被设定于头单元3中的工具坐标系的坐标轴，且与前文所述的通用坐标系或机械臂坐标系的相对位置以及姿态的关系通过前文所述的机械臂2的动作而发生变化。在图3所示的示例中，c轴为与前文所述的转动轴O6平行的轴。另外，虽然a轴、b轴以及c轴典型而言为相互正交，但是并不限定于此，例如只需以80°以上且100°以下的范围内的角度而交叉即可。另外，工具坐标系与基准坐标系或机械臂坐标系通过校准而被建立对应关系。
工具坐标系将工具中心点TCP作为基准而被设定。因此，头3a的位置以及姿态将工具中心点TCP作为基准而被规定。例如，工具中心点TCP既可以被配置在喷出面FN的中心，也可以被配置于与头3a在油墨的喷出方向DE上隔开间隔的空间。
如前文所述，头单元3具有头3a、压力调节阀3b和能量出射部3c。它们被图3中的由双点划线所示的支承体3f所支承。另外，虽然在图3所示的示例中头单元3所具有的头3a以及压力调节阀3b中的各自的数量为一个，但是该数量并不限定于图3所示的示例，也可以为两个以上。此外，压力调节阀3b的设置位置并不限定于臂226，例如既可以为其他臂等，也可以为相对于基部210而固定的位置。
支承体3f例如由金属材料等而构成，且为实质上的刚体。另外，虽然在图3中支承体3f呈扁平的箱状，但是支承体3f的形状并未被特别限定，而是为任意的形状。
以上的支承体3f被安装在前文所述的臂226上。因此，头3a、压力调节阀3b以及能量出射部3c通过支承体3f而被一并地支承在臂226上。因此，头3a、压力调节阀3b以及能量出射部3c的各自的相对于臂226的相对位置被固定。在图3所示的示例中，在相对于头3a而靠c1方向的位置处配置有压力调节阀3b。在相对于头3a而靠a2方向的位置处配置有能量出射部3c。
头3a具有喷出面FN、和在喷出面FN上开口的多个喷嘴N。喷出面FN为供喷嘴N开口的喷嘴面，其例如由喷嘴板的面而构成，在所述喷嘴板中，喷嘴N作为贯穿孔而被设置在由硅(Si)或金属等材料所构成的板状部件上。在图3所示的示例中，沿着作为喷出面FN的法线的第一法线LDE的方向、即油墨从喷嘴N的喷出方向DE为c2方向，且该多个喷嘴N被划分为在沿着a轴的方向上以相互隔开间隔的方式而排列的喷嘴列L1和喷嘴列L2。喷嘴列L1以及喷嘴列L2中的每一个为在沿着b轴的方向上排列成直线状的多个喷嘴N的集合。在此，头3a中的与喷嘴列L1的各喷嘴N相关联的要素和与喷嘴列L2的各喷嘴N相关联的要素为在沿着a轴的方向上相互大致对称的结构。此外，后文叙述的排列方向DN与b轴平行。
但是，喷嘴列L1中的多个喷嘴N和喷嘴列L2中的多个喷嘴N的沿着b轴的方向上的位置既可以相互一致也可以互不相同。此外，也可以省略与喷嘴列L1以及喷嘴列L2中的一方的各喷嘴N相关联的要素。在下文中，对喷嘴列L1中的多个喷嘴N和喷嘴列L2中的多个喷嘴N的沿着b轴的方向上的位置相互一致的结构进行例示。
虽然并未图示，但是头3a针对每个喷嘴N而具有作为驱动元件的压电元件、和对油墨进行收纳的空腔。在此，该压电元件通过使与该压电元件相对应的空腔的压力发生变化，从而使油墨从与该空腔相对应的喷嘴向喷出方向DE喷出。这样的头3a通过利用粘合剂等而使利用蚀刻等方式适当地进行了加工的硅基板等多个基板贴合在一起从而获得。另外，作为用于使油墨从喷嘴喷出的驱动元件，也可以代替该压电元件而使用对空腔内的油墨进行加热的加热器。
在以上的头3a中，经由配管部10所具有的供给管10a而从未图示的油墨罐供给油墨。在此，压力调节阀3b介于供给管10a与头3a之间。
压力调节阀3b为根据头3a内的油墨的压力而进行开闭的阀机构。通过该开闭，从而即使头3a与前文所述的未图示的油墨罐的位置关系发生变化，头3a内的油墨的压力也会被维持为预定范围内的负压。因此，实现了头3a的喷嘴N中所形成的油墨的弯液面的稳定化。其结果为，防止了气泡进入喷嘴N内、或者油墨从喷嘴N溢出的情况。此外，来自压力调节阀3b的油墨经由未图示的分支流道而被适当地分配至头3a的多个部位。在此，来自未图示的油墨罐的油墨通过泵等而以预定的压力被运送至供给管10a内。
能量出射部3c出射用于使工件W上的油墨硬化或固化的光、热、电子束或放射线等能量。例如，在油墨具有紫外线硬化性的情况下，能量出射部3c由出射紫外线的LED(lightemitting diode，发光二极管)等发光元件等而构成。此外，能量出射部3c也可以适当地具有用于对能量的出射方向或出射范围等进行调节的透镜等光学部件等。
另外，能量出射部3c也可以不使工件W上的油墨完全硬化或完全固化。在这种情况下，例如只需通过来自被另外设置在机械臂2的基部210的设置面上的硬化用的光源的能量而使来自能量出射部3c的能量照射后的油墨完全硬化或完全固化即可。
1-4.机械臂2的印刷动作
图4为用于对机械臂2的印刷动作的一个示例进行说明的图。在图4中，例示了对被载置在与机械臂2相比靠X2方向的位置处的工件W的面WF实施印刷的情况。
在印刷动作中，在由机械臂2而使头3a的位置以及姿态发生变化的同时，由头3a来喷出油墨。头3a的位置以及姿态的变化基于印刷路径信息Da而进行。由此，头3a在相对于面WF保持预定的姿态的同时沿着移动路径RU而进行移动。移动路径RU为从位置PS起至位置PE为止的路径。
在图4所示的示例中，移动路径RU呈在Z2方向上进行观察时沿着X轴而延伸的直线状。在本实施方式中，机械臂2通过使六个关节部230中的三个关节部230进行动作从而实施印刷动作。更具体而言，机械臂2在印刷动作的执行过程中使关节部230_2、关节部230_3和关节部230_5的各自的转动轴成为与Y轴平行的状态，并使这些关节部230进行动作。通过这样的三个关节部230的动作，从而能够使头3a沿着移动路径RU而稳定地进行移动。另外，机械臂2也可以通过使六个关节部230中的四个以上的关节部230进行动作从而实施印刷动作。在这种情况下，工件W的设置位置以及设置姿态并不限定于图4所示的示例，而是为任意的设置位置以及设置姿态。
图5为用于对工件W的平滑区域RP1、RP3以及高低差区域RP2进行说明的图。虽然在图4中省略了图示，但是如图5所示，工件W的面WF具有平滑区域RP1、RP3以及高低差区域RP2。这些区域按照平滑区域RP1、高低差区域RP2、平滑区域RP3的顺序，沿着印刷动作下的工件W以及头3a的相对移动方向而进行排列。
在图5所示的示例中，朝向X2方向而依次排列有位置P_1～P_5，从位置P_1跨至位置P_2的区域为平滑区域RP1，从位置P_2跨至位置P_4的区域为高低差区域RP2，从位置P_4跨至位置P_5的区域为平滑区域RP3。
平滑区域RP1、RP3分别为实质上不具有高低差的平滑的面。另外，实质上平滑的面例如是指并未形成300μm以上的高低差的面。换而言之，形成有小于300μm的微小的高低差的面可以视为是实质上平滑的面。高低差区域RP2为与平滑区域RP1、RP3相邻的区域，且为包含高低差SP的预定宽度的面。
高低差SP由高度不同的两个面、对该两个面之间进行连接的高低差面、和该两个面与高低差面之间的两个角部而构成。在图5所示的示例中，位置P_3位于该高低差面上。在此，该高低差面相对于该两个面的各自的倾斜角度为40°以上。此外，沿着从该两个面中的一方起经由该高低差面而朝向另一方的方向的该高低差面的宽度相对于喷出面FN的沿着a轴的方向上的宽度而为2倍以下。该预定宽度相对于喷出面FN的沿着a轴的方向上的宽度而为2倍以上且5倍以下。另外，本公开中的高低差并不限定于此，也可以使高低差SP的高低差面为凸状或凹状的曲面，也可以使高低差SP的两个角部中的一方或双方带有圆度。此外，高低差SP也可以为局部性的V字状或U字状等的截面形状的凹部或使之反转那样的凸部。也就是说，高低差SP也可以为沟槽那样的形状、或凸块那样的形状。
在此，可以说，高低差区域RP2包括与平滑区域RP1、RP3相比而曲率较大的部分。这是由于，例如在微观地对位于高低差区域RP2的前文所述的两个角部进行观察的情况下，该角部的截面的曲率与构成平滑区域RP1、RP3的面的截面的曲率相比而较大的缘故。更加详细而言，在使截面的各部分近似于圆的情况下，高低差区域RP2的尤其是该角部使用与平滑区域RP1、RP3相比而较小的半径的圆来表示，此外，平滑区域RP1、RP3使用与高低差区域RP2相比而较大的半径的圆来表示。
在图5中，示出了位置P_1～P_5中的每个位置处的法线LN_1～LN_5以及法线向量V_1～V_5。另外，在下文中，有时会将位置P_1～P_5分别称为位置P。同样地，有时会将法线LN_1～LN_5分别称为第二法线LN。有时会将法线向量V_1～V_5分别称为法线向量V。
图6为用于对第一实施方式所涉及的立体物印刷方法进行说明的图。在图6中，示出了印刷动作中的位置P_1～P_5中的每个位置处的头单元3的位置以及姿态。该立体物印刷方法包括在工件W的平滑区域RP1实施印刷的第一印刷动作MP1a、在工件W的高低差区域RP2实施印刷的第二印刷动作MP2、和在工件W的平滑区域RP3实施印刷的第一印刷动作MP1b。
在本实施方式中，这些动作按照第一印刷动作MP1a、第二印刷动作MP2、第一印刷动作MP1b的顺序而在同一印刷循环中被实施。因此，第二印刷动作MP2在与第一印刷动作MP1a、MP1b相同的印刷循环中后续于第一印刷动作MP1a而被实施。此外，第二印刷动作MP2在与第一印刷动作MP1a、MP1b相同的印刷循环中先于第一印刷动作MP1b而被实施。另外，虽然在本实施方式中示出了第一印刷动作MP1a、第二印刷动作MP2、第一印刷动作MP1b在相同的印刷循环中被实施的示例，但是这些动作并不一定必须在相同的印刷循环中被连续地执行。例如，也可以在连续地执行了第一印刷动作MP1a、MP1b之后执行第二印刷动作MP2。然而，从提高生产率的这一观点出发，存在优选为使第一印刷动作和第二印刷动作在同一印刷循环中执行的情况。
第一印刷动作MP1a在使头3a与工件W的相对位置以及姿态发生变化的期间内执行油墨从头3a向平滑区域RP1的喷出。同样地，第一印刷动作MP1b在使头3a与工件W的相对位置以及姿态发生变化的期间内执行油墨从头3a向平滑区域RP3的喷出。
在此，从提升画质的观点出发，优选为，第一印刷动作MP1a、MP1b的执行过程中的喷出角度θ的变化量尽可能地较小。另外，喷出角度θ是指第一法线LDE与第二法线LN所成的角度，其中，所述第一法线LDE为喷出面FN的法线，所述第二法线LN为工件W的表面的与第一法线LDE的交点处的法线。也就是说，可以说在喷出角度θ的变化量较小的情况下，头3a比较忠实于工件W的表面的形状而进行扫描。相反地，可以说在喷出角度θ的变化量较大的情况下，头3a比较不忠实于工件W的表面的形状而进行扫描。因此，可以说，第一印刷动作MP1a、MP1b的执行过程中的头3a的扫描比较忠实于工件W的表面的形状。
第二印刷动作MP2在使头3a与工件W的相对位置以及姿态发生变化的期间内执行油墨从头3a向高低差区域RP2的喷出。
在此，第二印刷动作MP2的执行过程中的喷出角度θ的变化量与第一印刷动作MP1a、MP1b的执行过程中的喷出角度θ的变化量相比而较大。因此，能够减小在第一印刷动作MP1a与第一印刷动作MP1b之间由机械臂2的动作引起的头3a的急剧的姿态变化。也就是说，在第二印刷动作MP2的执行过程中，头3a并未以第一印刷动作MP1a、MP1b那样的程度而忠实于工件W的表面的形状来进行扫描。其结果为，能够防止头3a与工件W之间的碰撞。此外，通过减少机械臂2的振动，从而能够在整体上提升画质。
图7为用于对参考例中的头3a的移动路径RU进行说明的图。另外，在本参考例中，工具中心点TCP被配置在喷出面FN的中心处，且以使移动路径RU被配置在相对于面WF而隔开距离的空间内的方式来对印刷路径信息Da进行了设定。在图7中，示出了表示喷出角度θ为固定的情况下的、移动路径RU上的位置Pr处的头3a的姿态的向量Vr。也就是说，在图7中，跨及平滑区域RP1、高低差区域RP2、平滑区域RP3，头3a的姿态与工件W的法线向量V大致一致。因此，头3a无论在哪个区域都比较忠实于工件W的表面的形状而进行扫描。在这种情况下，在第二印刷动作MP2的执行过程中会发生头3a的急剧的姿态变化。其结果为，可能会使得头3a与工件W发生碰撞。此外，存在由于因急剧的姿态的变化而引起机械臂2发生振动从而导致画质降低的情况。
图8为用于对第一实施方式中的头3a的移动路径RU进行说明的图。另外，在本实施方式中，工具中心点TCP被配置在喷出面FN的中心处，且以使移动路径RU被配置在相对于面WF而隔开距离的空间内的方式来对印刷路径信息Da进行设定。在图8中，示出了表示第二印刷动作MP2的执行过程中的喷出角度θ的变化量与第一印刷动作MP1a、MP1b的执行过程中的喷出角度θ的变化量相比而较大的情况下的、移动路径RU上的位置Pr处的头3a的姿态的向量Vr。在这种情况下，第二印刷动作MP2的执行过程中的位置Pr以及向量Vr与图7所示的情况相比而各自平稳地发生变化。也就是说，难以发生头3a的急剧的姿态变化。
因此，如前文所述，第二印刷动作MP2的执行过程中的喷出角度θ的变化量与第一印刷动作MP1a、MP1b的执行过程中的喷出角度θ的变化量相比而较大。此外，第二印刷动作MP2的执行过程中的喷出距离LD的变化量与第一印刷动作MP1a、MP1b的执行过程中的喷出距离LD的变化量相比而较大。另外，喷出距离LD为沿着第一法线LDE的方向上的喷出面FN与工件W之间的距离。
第二印刷动作MP2的执行过程中的头3a的轨迹的长度L2与沿着该轨迹的高低差区域RP2的长度、即第二印刷动作MP2的执行过程中的工件W的表面上被实施印刷的区域的长度L1相比而较短。
虽然喷出面FN与工件W的表面的相对移动速度从减小机械臂2的振动的观点来看优选为尽可能地固定，但是从缩短印刷所需的时间并且提升高低差区域RP2中的画质的观点出发，优选为，第二印刷动作MP2的执行过程中的喷出面FN与工件W的表面的相对移动速度为第一印刷动作MP1a、MP1b的执行过程中的喷出面FN与工件W的表面的相对移动速度以下。
1-5.机械臂的示教方法
图9为表示第一实施方式所涉及的机械臂2的示教方法的流程图。以下，以使用前文所述的立体物印刷装置1的情况为例来对该示教方法进行说明。该示教方法使用计算机7来实施。计算机7、更具体而言为生成部7b1通过该示教方法而生成印刷路径信息Da。
如图9所示，该示教方法包括第一步骤S10、第二步骤S20、第三步骤S30、第四步骤S40和第五步骤S50，且按照该顺序来执行这些步骤。
在第一步骤S10中，取得三维数据Db。在第二步骤S20中，根据三维数据Db所表示的多个多边形POL而对多个通过多边形POL_1进行特定。在第三步骤S30中，使用多个通过多边形POL_1来对多个平滑示教点Pa1进行设定。在第四步骤S40中，使用多个平滑通过多边形POL_1a或多个平滑示教点Pa1来对多个高低差示教点Pa2进行设定。在第五步骤S50中，基于多个平滑示教点Pa1以及多个高低差示教点Pa2而生成印刷路径信息Da。在此，由第三步骤S30以及第四步骤S40构成的步骤S3作为工件W的面WF上的多个示教点Pa而设定多个平滑示教点Pa1以及多个高低差示教点Pa2。以下，依次对各步骤进行详细说明。
图10为用于对第一步骤S10中的三维数据Db的取得进行说明的图。在第一步骤S10中，取得三维数据Db。在图10中，代表性地示出了三维数据Db所表示的面WDb的一部分。面WDb与工件W的面WF相对应。在图10所示的示例中，从易于理解的观点出发，为了便于说明，利用基准坐标系或机械臂坐标系而示出了面WDb。另外，面WDb也可以由工件坐标系来表示。
面WDb由多个多边形POL而构成。在图10所示的示例中，各多边形POL呈具有三个边LE以及三个顶点PV的三角形。在此，各边LE由两个多边形POL所共有。共有一个边LE的两个多边形POL以该一个边LE为边界而彼此相邻。此外，各顶点PV由三个以上的多边形POL所共有。共有一个顶点PV的三个以上的多边形POL以该一个顶点PV为切点而彼此相接。在图10中，为了便于说明，从而图示了各多边形POL的法线向量Vp。法线向量Vp通过向量信息Db2来表示。另外，各多边形POL的形状并不限定于三角形，也可以为四边形等其他多边形。
图11为用于对第二步骤S20中的通过多边形POL_1的特定中所使用的假想平面FV进行说明的图。虽然作为通过多边形POL_1的特定方法而只需能够将与头3a应当扫描的区域相对应的多边形POL特定为通过多边形POL_1即可，并未被特别限定，但是在本实施方式中，使用假想平面FV来对通过多边形POL_1进行特定。
如果进行具体说明，则在第二步骤S20中，首先对由与三维数据Db相同的坐标系来表示的假想平面FV进行指定。假想平面FV将面WDb横切。假想平面FV以及面WDb通过交线LC而彼此交叉。
假想平面FV的指定基于由用户所设定的印刷位置信息并通过计算机7而被执行。印刷位置信息为与用户所希望的印刷时的工件W的表面上的位置以及姿态中的一方或双方相关的信息，且通过用户对于计算机7的输入而被设定。例如，通过用户使用计算机7的输入装置来输入印刷位置信息，从而对由立体物印刷装置1得到的印刷图像的工件W的表面上的位置以及姿态中的一方或双方进行设定或适当地进行调节。更具体而言，在基于三维数据Db所显示出的与工件W相对应的图像上，用户通过根据由鼠标操作实现的光标的移动等来对该位置进行设定，或者通过所谓的拖放等的鼠标操作来对该姿态进行调节，从而能够输入印刷位置信息。
计算机7根据该印刷位置信息而对假想平面FV进行指定。在此，优选为，假想平面FV以相对于相交叉的多边形POL(后文所述的通过多边形POL_1)的法线而尽可能地平行的方式被指定。例如，在像图11所示的那样具有五个相交叉的多边形POL的情况下，假想平面FV以各多边形POL和假想平面FV所成的角与90°的差值的总计值或平均值等成为最小的方式而被指定。
在此，假想平面FV为表示由头3a实现的理想的油墨的喷出方向和头3a的理想的移动方向的平面。也就是说，在印刷的执行过程中，头3a与假想平面FV平行地喷出油墨，头3a在与假想平面FV平行的方向上进行移动。如此，假想平面FV为，成为用于对印刷时的头3a的位置以及姿态进行规定的基准的平面。
在本实施方式中，如前文所述，机械臂2在印刷动作的执行过程中使关节部230_2、关节部230_3和关节部230_5的各自的转动轴成为与Y轴平行的状态，并使这些关节部进行动作。因此，假想平面FV以与转动轴O2、O3、O5全部都正交的方式而被指定。
图12为用于对第二步骤S20中的通过多边形POL_1的特定进行说明的图。第二步骤S20在假想平面FV的指定之后对作为多个多边形POL中的、与假想平面FV交叉的多边形POL的多个通过多边形POL_1进行特定。由于如前文所述的那样假想平面FV将面WDb横切，因此构成面WDb的多个多边形POL会被划分为与假想平面FV交叉的多个通过多边形POL_1、和与假想平面FV不交叉的多个多边形POL_2。在图12中，为了便于说明，从而以网状阴影来对通过多边形POL_1进行显示。
图13为用于对多个示教点Pa的位置以及姿态的设定进行说明的图。步骤S3基于多个通过多边形POL_1而对多个示教点Pa进行设定。具体而言，步骤S3作为示教点Pa而分别使用多个通过多边形POL_1的边LE与假想平面FV的多个交点。各示教点Pa表示头3a的位置以及姿态。
在图13中，示教点Pa所表示的姿态由向量Va来表示。向量Va为示教点Pa处的法线向量，且基于向量信息Db2而被特定。例如，表示沿着与前文所述的交点相对应的法线的方向的向量Va基于第一顶点向量Vc_1以及第二顶点向量Vc_2而被规定。在此，当将多个通过多边形POL_1的边LE中的包含该交点的边LE设为第一边LE_1、将第一边LE_1的一端设为第一顶点PV_1、并将第一边LE_1的另一端设为第二顶点PV_2时，第一顶点向量Vc_1为与第一顶点PV_1相对应的法线向量，第二顶点向量Vc_2为与第二顶点PV_2相对应的法线向量。另外，优选为，这些顶点向量基于三维数据Db中所包含的向量信息Db2而预先求取。
在图13所示的示例中，除了该多个交点之外，还使用作为对该多个交点之间进行插值后的点的插值点来作为示教点Pa。因此，即使在表示工件W的形状的多边形POL的数量较少的情况下，也能够提高示教点Pa的密度。另外，虽然在图13所示的示例中，被配置在相邻的两个交点之间的插值点的数量为一个，但是该数量也可以为两个以上。此外，虽然在本实施方式中对通过追加插值点来实施插值的情况进行了例示，但是该插值并不限定于此，也可以通过追加插值用的曲线或线段来实施。此外，也可以根据表示工件W的形状的多边形POL的数量而省略该插值。此外，在实施该插值的情况下，也可以根据需要而在将该多个交点中的一部分间隔剔除之后实施该插值。
在此，该插值点优选为被配置在穿过该多个交点的平滑的曲线上。这种曲线例如通过样条函数来表示。也就是说，该插值点优选为基于样条插值而被配置。在这种情况下，虽然存在该插值点从交线LC上偏离的情况，但是优选为使之位于假想平面FV上。另外，该插值点还能够基于线形插值来进行配置。但是，从使由机械臂2实现的头3a的移动路径平滑、且抑制伴随着机械臂2的动作的振动的观点出发，优选为通过样条插值等曲线插值手法来对该插值点进行配置。
如前文所述，工件W的面WF具有平滑区域RP1、RP3以及高低差区域RP2。因此，面WDb具有与平滑区域RP1、RP3以及高低差区域RP2相对应的区域。在面WDb中的、与平滑区域RP1、RP3相对应的区域内，如前文所述的那样使用多个交点以及多个插值点而设定有多个示教点Pa。相对于此，在面WDb中的、与高低差区域RP2相对应的区域内，以获得像前文所述的图8所示的那样的移动路径RU的方式而设定多个示教点Pa。以下，对这一点进行详细叙述。
图14为用于对第三步骤S30中的多个平滑示教点Pa1的设定进行说明的图。面WDb具有与高低差SP相对应的高低差SPd。前文所述的多个通过多边形POL_1被划分为作为与平滑区域RP1、RP3相对应的多边形POL的多个平滑通过多边形POL_1a、和作为与高低差区域PR2相对应的多边形POL的多个高低差通过多边形POL_1b。该划分能够基于三维数据Db中所包含的向量信息Db2而数值式地执行。此外，该划分也可以通过利用模拟而对在进行面WF上的头3a的扫描时是否会发生碰撞进行判断来执行。在第三步骤S30中，包括对多个通过多边形POL_1中的多个平滑通过多边形POL_1a进行特定的步骤。
第三步骤S30基于多个平滑通过多边形POL_1a而对多个平滑示教点Pa1的位置以及姿态进行设定。该多个平滑示教点Pa1分别为平滑区域RP1或平滑区域RP3上的示教点Pa。另外，在图14中，由向量Va1来表示平滑示教点Pa1所示的姿态。
平滑示教点Pa1的位置以及姿态的设定以与如前文所述的那样使用了多个交点以及多个插值点而得的示教点Pa的位置以及姿态的设定同样的方式而被实施。在本实施方式中，由于如前文所述的那样使工具中心点TCP位于喷出面FN的中心，因此各平滑示教点Pa1会像图14所示的那样被配置在从面WDb向Z1方向远离的位置上。在此，多个平滑示教点Pa1以与面WDb之间的距离尽可能地固定的方式而被配置。此外，各平滑示教点Pa1处的向量Va1以沿着所对应的位置处的面WDb的法线的方式而被设定。在此，各平滑示教点Pa1处的向量Va1的设定也可以基于向量Va来进行。
图15为用于对第四步骤S40中的多个高低差示教点Pa2的设定进行说明的图。第四步骤S40基于多个平滑通过多边形POL_1a或多个平滑示教点Pa1，而对多个高低差示教点Pa2的位置以及姿态进行设定。各高低差示教点Pa2为高低差区域RP2上的示教点Pa。另外，在图15中，由向量Va2来表示出高低差示教点Pa2所示的姿态。
高低差示教点Pa2的位置以及姿态的设定基于多个平滑通过多边形POL_1a或多个平滑示教点Pa1，而以使高低差示教点Pa2的位置以及姿态的变化尽可能地变小的方式被实施。更具体而言，通过对与平滑区域RP1相对应的平滑示教点Pa1、和与平滑区域RP3相对应的平滑示教点Pa1之间进行插值，从而对多个高低差示教点Pa2的位置以及姿态进行设定。例如，在高低差示教点Pa2所示的位置以及姿态的设定中，使用了平滑示教点Pa1所示的位置以及姿态的加权平均。
如上文所述，设定有多个平滑示教点Pa1以及多个高低差示教点Pa2。第五步骤S50在步骤S3之后基于多个平滑示教点Pa1以及多个高低差示教点Pa2而生成印刷路径信息Da。例如，将多个平滑示教点Pa1以及多个高低差示教点Pa2设定为前文所述的图8所示的位置Pr。此外，根据需要而对沿着印刷路径信息Da所示的位置的头3a与工件W的相对移动方向进行指定。在本实施方式中，将沿着交线LC的一个方向和与其相反的方向中的、从机械臂2远离的方向设定为移动方向。
如前文所述，以上的机械臂2的示教方法包括第一步骤S10、第二步骤S20、第三步骤S30和第五步骤S50。在此，机械臂2使喷出作为“液体”的一个示例的油墨的头3a与立体工件W的相对位置以及姿态基于印刷路径信息Da而发生变化。工件W的表面具有平滑区域RP1、RP3和高低差区域RP2，所述高低差区域RP2与所述平滑区域RP1、RP3相邻且包含高低差SP。
在第一步骤S10中，取得通过多个多边形POL来表示工件W的形状的三维数据。在第二步骤S20中，对多个多边形POL中的、作为与头3a应当扫描的区域相对应的多边形POL的多个通过多边形POL_1进行指定。在第三步骤S30中，基于多个通过多边形POL_1中的、作为与平滑区域RP1、RP3相对应的多边形POL的多个平滑通过多边形POL_1a，而对作为平滑区域RP1、RP3上的示教点Pa的多个平滑示教点Pa1的位置以及姿态进行设定。在第四步骤S40中，基于多个平滑通过多边形POL_1a或多个平滑示教点Pa1，而对作为高低差区域RP2上的示教点Pa的多个高低差示教点Pa2的位置以及姿态进行设定。在第五步骤S50中，基于多个平滑示教点Pa1以及多个高低差示教点Pa2而生成印刷路径信息Da。
在以上的机械臂2的示教方法中，即使在工件W的表面上存在高低差区域RP2，也能够生成减少印刷动作的执行过程中的头3a的位置以及姿态的急剧的变化的印刷路径信息Da。如此，能够实现与工件W的形状相应的机械臂2的适当的动作。
特别地，在第四步骤S40中，在不使用多个通过多边形POL_1中的与高低差区域RP2相对应的多边形的条件下，对多个高低差示教点Pa2所示的位置以及姿态进行设定。因此，能够适当地减少使用印刷路径信息Da的印刷动作的执行过程中的头3a的位置以及姿态的急剧的变化。另外，在第四步骤S40中，也可以基于多个平滑通过多边形POL_1a或多个平滑示教点Pa1，来对多个高低差示教点所示的位置以及姿态中的一方进行设定。关于这一点，将在之后的第二实施方式中进行详细叙述。
如前文所述，立体物印刷方法使用头3a和机械臂2。在此，该立体物印刷方法包括第一印刷动作MP1a、MP1b和第二印刷动作MP2。
第一印刷动作MP1a、MP1b在使头3a与工件W的相对位置以及姿态发生变化的期间内执行油墨从头3a向平滑区域RP1、RP3的喷出。第二印刷动作MP2在与第一印刷动作MP1a、MP1b相同的印刷循环中先于或后续于第一印刷动作MP1a、MP1b而在使头3a与工件W的相对位置以及姿态发生变化的期间内执行油墨从头3a向高低差区域RP2的喷出。
此外，第二印刷动作MP2的执行过程中的喷出角度θ的变化量与第一印刷动作MP1a、MP1b的执行过程中的喷出角度θ的变化量相比而较大。在此，在将喷出面FN的法线设为第一法线LDE并将工件W的表面的与第一法线LDE的交点处的法线设为第二法线LN时，第一法线LDE和第二法线LN所成的角度为喷出角度θ。
在以上的立体物印刷方法中，与第二印刷动作MP2的执行过程中的喷出角度θ的变化量为第一印刷动作MP1a、MP1b的执行过程中的喷出角度θ的变化量以下的情况相比，能够减少第二印刷动作MP2下的头3a相对于工件W的急剧的姿态变化。其结果为，能够防止头3a与工件W之间的碰撞或减少机械臂2的振动。如此，能够实现与工件W的形状相应的机械臂2的适当的动作。
此外，如前文所述，第二印刷动作MP2的执行过程中的喷出距离LD的变化量与第一印刷动作MP1a、MP1b的执行过程中的喷出距离LD的变化量相比而较大。因此，与第二印刷动作MP2的执行过程中的喷出距离LD的变化量为第一印刷动作MP1a、MP1b的执行过程中的喷出距离LD的变化量以下的情况相比，具有易于减少第二印刷动作MP2下的头3a与工件W之间的急剧的位置变化这样的优点。另外，沿着第一法线LDE的方向上的喷出面FN与工件W之间的距离为喷出距离LD。
并且，如前文所述，第二印刷动作MP2的执行过程中的头3a的轨迹的长度与第二印刷动作MP2的执行过程中的工件W的表面上被实施印刷的区域的长度相比而较短。因此，与第二印刷动作MP2的执行过程中的头3a的轨迹的长度和第二印刷动作MP2的执行过程中的工件W的表面上被实施印刷的区域的长度相等的情况相比，能够提高印刷速度。
此外，如前文所述，优选为，第二印刷动作MP2的执行过程中的喷出面FN与工件W的表面的相对移动速度为第一印刷动作MP1a、MP1b的执行过程中的喷出面FN与工件W的表面的相对移动速度以下。在这种情况下，与第二印刷动作MP2的执行过程中的喷出面FN与工件W的表面的相对移动速度高于第一印刷动作MP1a、MP1b的执行过程中的喷出面FN与工件W的表面的相对移动速度的情况相比，能够抑制印刷品质的下降。另外，也可以使第二印刷动作MP2的执行过程中的喷出面FN与工件W的表面的相对移动速度高于第一印刷动作MP1a、MP1b的执行过程中的喷出面FN与工件W的表面的相对移动速度。
2.第二实施方式
以下，对本发明的第二实施方式进行说明。在以下所例示的方式中，对于作用以及功能与第一实施方式同样的要素而沿用在第一实施方式的说明中所使用的符号，并适当地省略各自的详细说明。
图16为用于对第二实施方式中的第四步骤S40中的多个高低差示教点Pa2的设定进行说明的图。本实施方式除了第四步骤S40中的多个高低差示教点Pa2的位置的设定有所不同以外，均与前文所述的第一实施方式相同。
本实施方式的第四步骤S40与前文所述的第一实施方式同样地，基于多个平滑通过多边形POL_1a或多个平滑示教点Pa1而对多个高低差示教点Pa2的姿态进行设定。
此外，第四步骤S40基于多个高低差通过多边形POL_1b而对多个高低差示教点Pa2的位置进行设定。该设定除了使用高低差通过多边形POL_1b来代替平滑通过多边形POL_1a以外，均以与平滑示教点Pa1的位置的设定同样的方式而被实施。因此，多个高低差示教点Pa2以与面WDb之间的距离尽可能地固定的方式而被配置。
通过以上的第二实施方式，也能够实现与工件W的形状相应的机械臂2的适当的动作。在本实施方式中，如前文所述，第四步骤S40基于多个平滑通过多边形POL_1a或多个平滑示教点Pa1而对多个高低差示教点Pa2所示的姿态进行设定，并且基于多个通过多边形POL_1中的与高低差区域RP2相对应的多边形POL而对多个高低差示教点Pa2所示的位置进行设定。因此，与第一实施方式相比，能够减少用于进行高低差示教点P2a的位置以及姿态的设定的运算量。此外，由于能够在防止头3a的急剧的姿态变化的同时保持面WF与头3a之间的距离，因此能够提升高低差区域RP2中的画质。
3.变形例
以上的例示中的各方式可以进行多种多样的变形。在下文中，对可应用于前文所述的各方式中的具体的变形方式进行例示。另外，从以下的示例中被任意地选出的两种以上的方式可以在相互不矛盾的范围内适当地进行合并。
3-1.变形例1
虽然在前文所述的方式中作为机械臂而对使用六轴的垂直多轴机械臂的结构进行了例示，但是并不限定于该结构。机械臂例如既可以为六轴以外的垂直多轴机械臂，也可以为水平多轴机械臂。此外，机械臂的臂部也可以除具有由转动机构所构成的关节部之外还具有伸缩机构或直联机构等。但是，从印刷动作下的印刷品质与非印刷动作下的机械臂的动作的自由度之间的平衡的观点出发，优选为，机械臂为六轴以上的多轴机械臂。
3-2.变形例2
虽然在前文所述的方式中对使用螺纹紧固等以作为头相对于机械臂的固定方法的结构进行了例示，但是并不限定于该结构。例如，也可以通过利用作为机械臂的末端执行器而被安装的抓手等握持机构来对头进行握持，从而相对于机械臂来对头进行固定。
3-3.变形例3
此外，虽然在前文所述的方式中对使头移动的结构的机械臂进行了例示，但是并不限定于该结构，例如，也可以为如下结构，即，对液体喷出头的位置进行固定，并由机械臂来使工件移动，从而使工件的位置以及姿态相对于头而三维地发生变化。在这种情况下，例如通过被安装在机械臂的顶端处的抓手等握持机构来对工件进行握持。
3-4.变形例4
虽然在前文所述的方式中对使用一种油墨来实施印刷的结构进行了例示，但是并不限定于该结构，也能够将本公开应用于使用两种以上的油墨来实施印刷的结构中。
3-5.变形例5
本公开的立体物印刷装置的用途并不限定于印刷。例如，喷出颜色材料的溶液的立体物印刷装置可作为形成液晶显示装置的滤色器的制造装置而被利用。此外，喷出导电材料的溶液的立体物印刷装置可作为形成配线基板的配线或电极的制造装置而被利用。此外，立体物印刷装置也能够作为将粘合剂等液体涂敷于介质上的喷射分配器来利用。
符号说明
1…立体物印刷装置；2…机械臂；2a…臂驱动机构；3…头单元；3a…头；3b…压力调节阀；3c…能量出射部；3e…开关电路；3f…支承体；5…控制器；5a…存储电路；5b…处理电路；6…控制模块；6a…定时信号生成电路；6b…电源电路；6c…控制电路；6d…驱动信号生成电路；7…计算机；7a…存储电路；7b…处理电路；7b1…生成部；10…配管部；10a…供给管；11…配线部；210…基部；220…臂部；221…臂；222…臂；223…臂；224…臂；225…臂；226…臂；230…关节部；230_1…关节部；230_2…关节部；230_3…关节部；230_4…关节部；230_5…关节部；230_6…关节部；CLK…时钟信号；CNG…交换信号；Com…驱动信号；D1…输出；D3…信号；DE…喷出方向；DN…排列方向；Da…印刷路径信息；Db…三维数据；Db1…坐标信息；Db2…向量信息；FN…喷出面；FV…假想平面；Img…印刷数据；L1…喷嘴列；L2…喷嘴列；LAT…锁存信号；LC…交线；LD…喷出距离；LDE…第一法线；LE…边；LE_1…第一边；LN…第二法线；LN_1…法线；MP1a…第一印刷动作；MP1b…第一印刷动作；MP2…第二印刷动作；N…喷嘴；O1…转动轴；O2…转动轴；O3…转动轴；O4…转动轴；O5…转动轴；O6…转动轴；P2a…高低差示教点；PD…驱动脉冲；PG…程序；POL…多边形；POL_1…通过多边形；POL_1a…平滑通过多边形；POL_1b…高低差通过多边形；POL_2…多边形；PR2…高低差区域；PTS…定时信号；PV…顶点；PV_1…第一顶点；PV_2…第二顶点；Pa…示教点；Pa1…平滑示教点；Pa2…高低差示教点；RP1…平滑区域；RP2…高低差区域；RP3…平滑区域；RU…移动路径；S10…第一步骤；S20…第二步骤；S3…步骤；S30…第三步骤；S40…第四步骤；S50…第五步骤；SI…控制信号；SP…高低差；SPd…高低差；Sk1…控制信号；TCP…工具中心点；V…法线向量；VBS…偏移电位；VHV…电源电位；V_1…法线向量；Va…向量；Va1…向量；Va2…向量；Vc_1…第一顶点向量；Vc_2…第二顶点向量；Vp…法线向量；Vr…向量；W…工件；WDb…面；WF…面；dCom…波形指定信号；θ…喷出角度。

Claims (7)

1.一种立体物印刷方法，其特征在于，使用了如下构件，即：
头，其具有设置有喷出液体的多个喷嘴的喷出面；
机械臂，其使所述头相对于立体工件的相对位置以及姿态发生变化，
在所述立体物印刷方法中，
所述工件的表面具有平滑区域和高低差区域，所述高低差区域与所述平滑区域相邻且包含高低差，
所述立体物印刷方法包括第一印刷动作和第二印刷动作，其中，
所述第一印刷动作为在使所述头与所述工件的相对位置以及姿态发生变化的期间内执行液体从所述头向所述平滑区域的喷出的动作，
所述第二印刷动作为先于或后续于所述第一印刷动作而在使所述头与所述工件的相对位置以及姿态发生变化的期间内执行液体从所述头向所述高低差区域的喷出的动作，
当将所述喷出面的法线设为第一法线、将所述工件的表面的与所述第一法线的交点处的法线设为第二法线、并将所述第一法线和所述第二法线所成的角度设为喷出角度时，所述第二印刷动作的执行过程中的所述喷出角度的变化量与所述第一印刷动作的执行过程中的所述喷出角度的变化量相比而较大。
2.如权利要求1所述的立体物印刷方法，其特征在于，
当将沿着所述第一法线的方向上的所述喷出面与所述工件之间的距离设为喷出距离时，所述第二印刷动作的执行过程中的所述喷出距离的变化量与所述第一印刷动作的执行过程中的所述喷出距离的变化量相比而较大。
3.如权利要求1或2所述的立体物印刷方法，其特征在于，
所述第二印刷动作的执行过程中的所述头的轨迹的长度与所述第二印刷动作的执行过程中的所述工件的表面上被实施印刷的区域的长度相比而较短。
4.如权利要求1所述的立体物印刷方法，其特征在于，
所述第二印刷动作的执行过程中的所述喷出面与所述工件的表面的相对移动速度为所述第一印刷动作的执行过程中的所述喷出面与所述工件的表面的相对移动速度以下。
5.一种机械臂的示教方法，其特征在于，其为使喷出液体的头与立体工件的相对位置以及姿态基于印刷路径信息来发生变化的机械臂的示教方法，其中，
所述工件的表面具有平滑区域和高低差区域，所述高低差区域与所述平滑区域相邻且包含高低差，
所述机械臂的示教方法包括：
第一步骤，取得通过多个多边形来表示所述工件的形状的三维数据；
第二步骤，对所述多个多边形中的、作为与所述头应当扫描的区域相对应的多边形的多个通过多边形进行指定；
第三步骤，基于所述多个通过多边形中的、作为与所述平滑区域相对应的多边形的多个平滑通过多边形，而对作为所述平滑区域上的示教点的多个平滑示教点所示的位置以及姿态进行设定；
第四步骤，基于所述多个平滑通过多边形或所述多个平滑示教点，而对作为所述高低差区域上的示教点的多个高低差示教点所示的位置以及姿态中的一方或双方进行设定；
第五步骤，基于所述多个平滑示教点以及所述多个高低差示教点，而生成所述印刷路径信息。
6.如权利要求5所述的机械臂的示教方法，其特征在于，
在所述第四步骤中，基于所述多个平滑通过多边形或所述多个平滑示教点，而对所述多个高低差示教点所示的位置以及姿态进行设定。
7.如权利要求5所述的机械臂的示教方法，其特征在于，
在所述第四步骤中，基于所述多个平滑通过多边形或所述多个平滑示教点，而对所述多个高低差示教点所表示的姿态进行设定，并且，基于所述多个通过多边形中的与所述高低差区域相对应的多边形，而对所述多个高低差示教点所示的位置进行设定。
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