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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Drucken von Dekorbildern
auf flächige
Werkstücke nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Demnach umfasst eine solche Vorrichtung
eine Druckstation, eine Transporteinrichtung und eine Drucksteuerung. Die
Druckstation enthält
digital angesteuerte Farbauftragselemente, und die Transporteinrichtung transportiert
die Werkstücke
durch die Druckstation. Die Drucksteuerung wirkt mit einem digitalen
Bilddatenspeicher zusammen, der die Dekorbilder in Form von digitalen
Dekorbild-Daten enthält.
Zum Drucken von diesen digitalen Dekorbild-Daten aus dem Bilddatenspeicher
als Bildpunkte auf das Werkstück steuert
die Drucksteuerung die Farbauftragselemente digital an.
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Vorrichtungen
dieser Art sind beispielsweise aus der
DE 195 32 724 A1 , der
DE 100 31 030 A1 und
der
DE 103 23 412
A1 bekannt. Dort werden als Farbauftragselemente jeweils
Tintenstrahldüsen
verwendet, um Dekorbilder im Tintenstrahldruckverfahren auf flächige Werkstücke aufzubringen.
Die Dekorbilder sind hierbei insbesondere Bilder von gemaserten
Holzoberflächen,
die auf Werkstücke
wie Holzwerkstoffplatten, Möbeltüren, Zierleisten
und dergleichen gedruckt werden, um den optischen Eindruck einer
Echtholz-Oberfläche
zu erzeugen.
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Das
Tintenstrahldruckverfahren hat hierbei gegenüber dem herkömmlichen
Druck mittels Druckzylindern den großen Vorteil einer erhöhten Flexibilität. Mit Tintenstrahldruckverfahren
können
auch kleine Lose mit unterschiedlichsten Dekorbildern in sehr kurzer
zeitlicher Aufeinanderfolge wirtschaftlich bedruckt werden. Des
Weiteren ist im Tintenstrahldruckverfahren das Bedrucken von nicht
ebenen Werkstückoberflächen ohne
Qualitätsverlust
leicht möglich.
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Gerade
bei Dekorbildern, die eine gemaserte Holzoberfläche darstellen, ist jedoch
ein randloses Bedrucken der Werkstückoberflächen notwendig, um den gewünschten
optischen Eindruck einer Echtholz-Oberfläche zu erzeugen. Schon kleinste
Bildränder
auf dem Werkstück
in der Größenordnung von
0,1 Millimeter bis 0,15 Millimeter, was in etwa der optischen Auflösung des
menschlichen Auges in 0,5 Meter bis 1 Meter Abstand entspricht,
sind wahrnehmbar und beeinträchtigen
somit den gewünschten
optischen Eindruck nachhaltig. Dementsprechend druckt man aus Sicherheitsgründen üblicherweise
ein Dekorbild auf die Werkstückoberfläche, das
etwas größer ist
als diese. Allerdings muss dann die Außenkante des flächigen Werkstückes durch beispielsweise
Abkleben geschützt
werden, damit der Tintenstrahldrucker die Kante nicht unabsichtlich mit
dem über
die Kontur des Werkstückes
hinausgehenden Dekorbild bedruckt. Denn in einem solchen Fall wird
nicht nur die Werkstückkante
optisch beeinträchtigt,
sondern es entsteht auch Overspray, der sich beispielsweise auf
der Transporteinrichtung niederschlägt und im Übrigen einen unnötigen Mehrverbrauch
an Druckfarbe verursacht.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die
Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art hinsichtlich
ihrer Konturgenauigkeit für
unterschiedlich geformte und insbesondere für in ihren Konturabmessungen
toleranzbehaftete Werkstücke
zu verbessern.
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Gelöst ist diese
Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Weitere Ausgestaltungen und bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung
finden sich in den Ansprüchen
2 bis 12.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird der Druckstation also eine Vermessungsstation vorgeschaltet,
die in Linie direkt vor der Druckstation angeordnet sein kann, oder
in einem getakteten Produktionsprozess auch davon beabstandet.
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In
dieser Vermessungsstation befinden sich Kontursensoren, mit deren
Hilfe das Werkstück
vermessen und Konturdaten des Werkstücks ermittelt werden. Dies
kann beispielsweise so aussehen, dass die Kontursensoren entlang
der Kontur des Werkstücks
beweglich sind, so dass eine Punktmessung beispielsweise mittels
einer Lichtschranke ausreicht, um zusammen mit den Wegdaten des
Kontursensors die Konturkoordinaten des Werkstücks zu ermitteln. Anstelle
einer solchen einfachen Lichtschranke werden allerdings bevorzugt
Kontursensoren wie Lichtbandsensoren, Ultraschallsensoren oder Digitalkameras
verwendet. Auch taktile Sensoren sind denkbar.
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Im
Prinzip reicht ein einziger Kontursensor aus, um die Kontur des
Werkstücks
zu vermessen; sinnvollerweise werden jedoch zwei Kontursensoren verwendet,
die vorzugsweise in zueinander orthogonalen Richtungen beweglich
sind. Soweit lediglich rechteckige Werkstücke bearbeitet werden sollen, wie
es in der Holz- und Möbelindustrie
der Regelfall ist, wird es ausreichen, lediglich die genaue Lage
der Ecken der Werkstücke
zu vermessen, um eventuelle Schiefwinkligkeiten, insbesondere eine
Trapezform oder Toleranzschwankungen eines Sägeschnitts zu erkennen.
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Ebenso
ist es jedoch auch möglich,
als Kantensensor eine digitale Zeilenkamera zu verwenden, deren
Messdaten mit den Bewegungsdaten der Transporteinrichtung beim Vermessen
inkremental verknüpft
werden. Während
die oben beschriebenen Möglichkeiten
von entlang der Kontur des Werkstücks beweglichen Kontursensoren
eher für
einen getakteten Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung geeignet ist
und die Vermessungsstation völlig unabhängig von
der Druckstation sein kann, eignet sich die Ausführungsvariante mit Zeilenkamera
insbesondere für
eine Anordnung in Linie mit der Druckstation, da eine Zeilenkamera
beispielsweise auf einen vor der Druckstation über deren Transporteinrichtung
angeordneten Portal angeordnet werden kann. Um die Auflösung der
Zeilenkamera zu erhöhen,
können
mehrere Zeilenkameras, gegebenenfalls mit etwas gegeneinander versetzten
Pixelstrukturen, hintereinander angeordnet werden.
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Alternativ
ist es auch möglich,
als Kontursensor eine digitale Kamera zu verwenden, die das Werkstück insbesondere
ganzflächig
aufnimmt und anhand einer pixelgenauen Auswertung die Konturdaten
digital ermittelt. Auch dies kann in einer Linienanordnung mit der
Druckstation durchgeführt
werden, wobei sich allerdings ein getakteter Prozess eher anbietet,
um die Genauigkeit der Vermessung zu gewährleisten.
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Die
Vermessungsstation wirkt nun erfindungsgemäß mit der Drucksteuerung der
Druckstation zusammen, indem sie die Daten der Kontursensoren gegebenenfalls
aufbereitet an die Drucksteuerung gibt, und die Drucksteuerung dann
Bildpunkte des Dekorbildes, die außerhalb der Kontur des Werkstücks liegen,
nicht drucken lässt,
während
die restlichen Bildpunkte unbeeinflusst bleiben.
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Nach
der vorliegenden Erfindung sind die digitalen Dekorbilder also üblicherweise
größer als
das größte flächige Werkstück, das
bedruckt werden soll, so dass auch das größte Werkstück randlos bedruckt werden
kann. Wenn nun in der Vermessungsstation erkannt wird, dass das
Dekorbild über
die Kontur des Werkstücks
hinausreicht, werden nicht etwa die Bilddaten neu berechnet und
das Dekorbild entsprechend verkleinert, so dass keine Bilddaten
mehr außerhalb
der Kontur zu liegen kommen, sondern das Dekorbild wird virtuell
entlang der Kontur des Werkstücks
abgeschnitten und dementsprechend diejenigen Farbauftragselemente
der Druckstation gesperrt, die Bildpunkte außerhalb der Kontur des Werkstückes drucken
würden.
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Auf
diese Art und Weise wird verhindert, dass über den Rand der flächigen Werkstücke hinaus gedruckt
wird; die Dekorbilder werden also kantengenau auf die Werkstücke aufgebracht.
Gleichwohl ist keine zeitaufwendige Neuberechnung der Dekorbild-Daten
aus dem Bilddatenspeicher notwendig. Ferner sind Bildverzerrungen
ausgeschlossen.
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Die
Zusammenarbeit der erfindungsgemäßen Vermessungsstation
mit der Drucksteuerung erfolgt vorzugsweise so, dass die Drucksteuerung
ein virtuelles Raster über
das zu bedruckende Werkstück legt,
wobei jeder Rasterpunkt einem Bildpunkt der Druckstation entspricht – beispielsweise
einer bestimmten Düse
aus einer Vielzahl von Düsen
eines Tintenstrahl-Druckkopfes. Die in der Vermessungsstation gewonnenen
Konturdaten des Werkstücks werden
dann ihren jeweiligen Rasterpunkten zugeordnet. Im Ergebnis liegt
dann also ein virtuelles Rasterbild des Werkstücks vor, bei dem für jeden
Rasterpunkt eine Information gegeben ist, ob dieser innerhalb, auf
oder außerhalb
der Kontur des Werkstücks liegt.
Dementsprechend können
dann die einzelnen Farbauftragselemente digital angesteuert werden, und
zwar entweder so, dass nur Bildpunkte gedruckt werden, die innerhalb
der den Konturdaten des jeweiligen Werkstücks entsprechenden Rasterpunkten
liegen, oder aber dass nur Bildpunkte gedruckt werden, die auf den
oder innerhalb der den Konturdaten entsprechenden Rasterpunkten
liegen. Je feiner das Raster ist, umso genauer wird dann das Dekorbild
an die Oberfläche
bzw. Kontur des Werkstücks
angepasst aufgedruckt. Eine Neuberechnung der Bildpunkte wird, wie
oben bereits erwähnt,
nicht durchgeführt,
egal wie das Werkstück
geformt ist.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Vermessungsstation die Konturdaten
bereits in einem digitalen Raster aufnimmt, beispielsweise mittels
eines digitalen Bildsensors. Dann kann jedes Pixel des Bildsensors
einem Rasterpunkt des Druckrasters zugeordnet werden, wobei dann
die Drucksteuerung entsprechend der Helligkeitswerte der erhaltenen
Pixeldaten entscheidet, ob einzelne Bildpunkte durch entsprechendes
Ansteuern bzw. Sperren der Farbauftragselemente beim Druck freigegeben
oder gesperrt werden. Es liegt auf der Hand, dass eine solche direkte
Zuordnung von digitalen Vermessungsdaten zu den digitalen Bilddaten
eine sehr schnelle und einfache Signalverarbeitung und Drucksteuerung
sicherstellt.
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Neben
der bevorzugten Tintenstrahl-Drucktechnik, bei der die Farbauftragselemente
als Farbdüsen
ausgestaltet sind, sind weitere digitale Druckverfahren denkbar
und von der Erfindung umfasst, beispielsweise die digitale Übertragung
von Bilddaten mittels Laser auf eine Druckwalze, wie es bei Laser-Kopiergeräten zum
Bedrucken von Papier üblich ist.
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Die
Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Bedrucken von Werkstückoberflächen mit
Dekorbildern von Holzmaserungen ist die bevorzugte Anwendung der
vorliegenden Erfindung; jedoch ist die Erfindung darauf nicht beschränkt. Es ist
vielmehr denkbar, unterschiedlichste Dekorbilder auf Werkstücke mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zu drucken.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird im Folgenden mit unterschiedlichen Ausgestaltungen anhand der
beigefügten
Zeichnungen näher
beschrieben und erläutert.
Es zeigen:
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1:
eine perspektivische Schemazeichnung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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2:
eine schematische Darstellung der Arbeitsweise der Konturerkennung;
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3:
ein erstes Ausführungsbeispiel
für eine
separate Vermessungsstation, schematisch;
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4:
ein zweites Ausführungsbeispiel
für eine
separate Vermessungsstation, schematisch;
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5:
ein drittes Ausführungsbeispiel
für eine
separate Vermessungsstation, schematisch.
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In 1 sind
rein schematisch die wichtigsten Module einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
für einen
Betrieb in Linie dargestellt. Ein Werkstück 1, das mit einem
Holzdekor bedruckt werden soll, wird auf einem Transportband 2 aufliegend
durch eine Druckstation 3 transportiert. In der Druckstation 3 ist (hier
nur schematisch dargestellt) ein an sich bekannter Tintenstrahl-Drucker
angeordnet, der ein aus einem Bilddatenspeicher 11 stammendes
digitales Holzmaserungs-Dekorbild auf die Oberfläche des Werkstücks 1 aufbringt.
Um zu ermöglichen,
dass unterschiedliche Formen von Werkstücken 1 bedruckt werden
können – also nicht
nur wie im vorliegenden Fall einfache Rechteckformen, sondern auch
Vielecke oder runde Formen – ist
der Druckstation 3 eine Vermessungsstation 4 vorgeschaltet,
in der hier vorliegend eine Zeilenkamera 5 als Portal angeordnet
ist und digitale Daten über
die Kontur des Werkstücks 1 in
Abhängigkeit
vom zurückgelegten
Weg des Transportbandes 2 generiert und an eine Drucksteuerung 12 abgibt.
Die Drucksteuerung 12 verknüpft die von der Zeilenkamera 5 erhaltenen
digitalen Daten mit den digitalen Daten des Dekorbildes aus dem
Bilddatenspeicher 11, und zwar derart, dass das aus dem Bilddatenspeicher 11 stammende
Dekorbild virtuell mit der von der Zeilenkamera 5 erfassten
Kontur des Werkstücks 1 überlagert
und die außerhalb
der Kontur liegenden Bilddaten abgeschnitten werden. Dies erfolgt
in realiter bei der dargestellten Druckstation 3 mit einer
Vielzahl von Tintenstrahl-Düsen
ganz einfach so, dass die jeweiligen Düsen, die einen Bildpunkt außerhalb
der Kontur des Werkstücks 1 drucken
würden,
jeweils inaktiv geschaltet werden.
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2 zeigt
den Vorgang der Überlagerung von
Bilddaten mit den Konturdaten des Werkstücks 1. Über das
Werkstück 1 wird
ein virtuelles Raster 6 gelegt, dessen Rasterpunkte der
Auflösung
der Druckstation 3 entsprechen; je Bildpunkt, den die Druckstation 3 druckt,
ist also ein Rasterpunkt 8 des Rasters 6 vorhanden.
Bei einem Tintenstrahldrucker mit entsprechend vielen Tintenstrahl-Düsen kann
die Anzahl und die Anordnung der Rasterpunkte quer zur Durchlaufrichtung
der Anzahl und der Anordnung der Tintenstrahl-Düsen entsprechen; soweit mit
einem beweglichen Tintenstrahl-Druckkopf gearbeitet wird, oder mit
einem anderen digitalen Druckverfahren, das beispielsweise mit einer
Laserabtastung arbeitet, gibt es keine entsprechende hardwaremäßige Korrelation.
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Wie
die beiden Schaubilder der 2 zeigen,
wird bei der Zusammenführung
der im Raster 6 gerasterten Bilddaten aus dem Bilddatenspeicher 11 und
den Konturdaten aus der Vermessungsstation 4 digital erkannt,
welche Rasterpunkte 8 außerhalb der Kontur 7 des
Werkstücks 1 liegen
(in 2 mit „0" belegt), und welche
Rasterpunkte 8 innerhalb der Kontur 7 des Werkstücks 1 liegen
(in 2 mit „1" belegt). Diese Information
wird dann verwendet, um die Rasterpunkte 8 des Dekorbildes
zu drucken oder eben nicht zu drucken.
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In 2 wurden
jeweils nur diejenigen Rasterpunkte 8 mit einem Wert „1" belegt, die vollständig innerhalb
der Kontur 7 des Werkstücks 1 liegen,
während
die Rasterpunkte 8, die von der Kontur 7 geschnitten
werden, mit dem Wert „0" belegt werden. Hierdurch
wird sichergestellt, dass keinesfalls Druckfarbe über die
Kante des Werkstücks 1,
also über
die gemessene Kontur 7 hinaus gelangt. Bei einer entsprechend
hohen Auflösung
der Druckstation 3 erzielt man dennoch hervorragende Ergebnisse,
beispielsweise einen größten unbedruckten
Rand des Werkstücks
von etwa 0,1 Millimeter – dies
entspricht in et wa dem Auflösungsvermögen des
menschlichen Auges in einem Betrachtungsabstand von ca. 0,5 Metern.
Mit einer Auflösung
der Druckstation 3 von ca. 200 dpi (dot per inch) ist diese
Genauigkeit bereits zu erreichen.
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3 zeigt
die schematische Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vermessungsstation,
die anders als in 1 dargestellt nicht in Linie
mit der Druckstation 3 angeordnet ist, sondern unabhängig von
dieser arbeitet. Die hier dargestellte Vermessungsstation für das Werkstück 1 weist
insgesamt vier Kontursensoren 10 auf, die jeweils auf einem
Messbalken 9 beweglich angebracht sind. Ein erster Messbalken 9a ist
in x-Richtung beweglich, während
der zugehörige
Kontursensor 10a entlang des Messbalkens 9a in
y-Richtung bewegt werden kann. Ein zweiter Messbalken 9b ist
orthogonal hierzu in y-Richtung
beweglich, während
der zugehörige Kontursensor 10b entlang
des Messbalkens 9b in x-Richtung verfahren werden kann.
Ein dritter Messbalken 9c ist wie auch ein vierter Messbalken 9d fest angeordnet,
und die zugehörigen
Kontursensoren 10c und 10d können entlang dieser Balken 9c, 9d in x-Richtung (10c)
bzw. y-Richtung (10d) verfahren werden.
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Die
Aufgabe der in 3 dargestellten Vermessungsstation
ist das Erfassen der Werkstückaußenkanten
rechteckiger Platten, also der Kontur 7. Pro Werkstückkante
ist ein Kontursensor 10 vorgesehen. Über ein Positioniersystem werden
die Messbalken 9 so platziert, dass sie sich über den
Werksstückkanten
befinden. Sodann werden die Kontursensoren 10 über die
Kanten bewegt und die Kantenposition abhängig vom inkremental aufgenommen
Weg erfasst. Während
des Messvorgangs wird das Werkstück 1 nicht
bewegt. Aller vier Kanten werden simultan erfasst. Eine Höhenverstellbarkeit
der Kontursensoren 10 und/oder der Messbalken 9 kann
vorgesehen sein.
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In 4 ist
ein zweites Ausführungsbeispiel einer
Vermessungsstation dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel nutzt das Prinzip
einer Zeilenkamera 5, welche nach Art eines Portals über dem
Werkstück 1 entlang
der beiden Messbalken 9 verfahrbar ist. Dieses System ist
für beliebig
geformte Werkstückgeometrien
geeignet. Allerdings erhöht
oder verringert sich die Messwert-Auflösung
abhängig
von der Verfahrgeschwindigkeit der Zeilenkamera 5. Die Zeilenkamera 5 detektiert
Graustufen-Unterschiede und verknüpft diese mit den Positionswerten
der Messbalken 9.
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In 5 ist
ein drittes Ausführungsbeispiel einer
Vermessungsstation gezeigt, die sich für Anwendungen in der Holz-
und Möbelindustrie
mit rechteckigen Werkstückformaten
eignet, wobei die Werkstücke 1 Toleranzschwankungen
vorausgegangener Bearbeitungsschritte (Sägeschnitte) unterworfen sind.
Während
das zu vermessende Werkstück 1 in die
Vermessungsstation 4 eingefördert wird, stellen sich die
Messbalken 9 entsprechend den vorbekannten Grobabmessungen
der Werkstücke 1 auf
die Ausgangspositionen ein. Die Kontursensoren 10 werden
durch CCD-Kameras gebildet, und sie sind auf den beiden beweglichen
Messbalken 9a und 9b in x-Richtung bzw. y-Richtung
verfahrbar angeordnet. Während
der eigentlichen Vermessung werden dann weder das Werkstück 1 noch
die Kontursensoren 10 bewegt. Die Kontursensoren 10 nehmen
von der gesamten von oben sichtbaren Werkstückoberfläche nur die jeweiligen Eckbereiche
als Bild auf. Nach erfolgter erster Bildaufnahme verfahren die beweglichen
Messbalken 9a, 9b über das Werkstück bis zu
den gegenüberliegenden
Eckpositionen. Dort erfolgt eine zweite Messung. Mit der Hell-Dunkel-Auswertung
der vier Eckpunkt-Bilder ergibt sich durch die Verknüpfung der
Kontursensor-Positionen mit den Daten der Messbalken 9 die
Koordinateninformation der Werkstück-Eckpunkte. Hierdurch können Schiefwinkligkeiten
der nominell rechteckförmigen
Werkstücke
erkannt werden. Die rechnerische Verbindung der gemessenen Eckpunkte
mit Geraden, um eine virtuelle Werkstückfläche zu errechnen, kann in diesem
einfachen Fall den Anforderungen genügen.
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Abschließend darf
nochmals erwähnt
werden, dass die in 1 dargestellte Anordnung der Komponenten
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nur
beispielhaft ist. Insbesondere die direkte Zuordnung der Vermessungsstation 4 zur
Druckstation 3 an demselben Transportband 2 ist
für die
Realisierung der Erfindung keinesfalls zwingend.