DE102012005046A1

DE102012005046A1 - Verfahren zum Feststellen von Fehlern in der Ausrichtung von Druckbildern und zur Durchführung des Verfahrens eingerichtete Druckstation

Info

Publication number: DE102012005046A1
Application number: DE102012005046A
Authority: DE
Inventors: Volker Till
Original assignee: Till GmbH
Current assignee: Dekron GmbH
Priority date: 2012-03-15
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2013-09-19
Also published as: EP2639069A1; EP2639069B1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Feststellen von Fehlern (ΔA, Δh, ΔL, α) in der Ausrichtung von Druckbildern (9) mindestens zweier Druckköpfe (5) in einer Druckstation (1) zum Bedrucken eines dreidimensionalen Körpers (2) beschrieben, wobei die Druckköpfe (5) um den Körper (2) verteilt angeordnet und in der Druckrichtung senkrecht zur Oberflächentangente des Körpers (2) hin ausgerichtet sind, wobei der Druck auf dem Körper (2) durch mindestens zwei der Druckköpfe (5) zusammen mittels einer geeigneten Ansteuerung der Druckköpfe (5) während einer Bewegung des Körpers (2) relativ zu den Druckköpfen (5) erfolgt und wobei der Abstand der Druckköpfe (5) zu dem Körper (2) verstellbar ist. Es ist vorgesehen, dass die mindestens zwei Druckköpfe (5) ein jeweils einem Druckkopf (5) zuordenbares Druckbild (9) erzeugen, dass die Druckbilder (9) der beiden Druckköpfe in einem optischen Bild erfasst werden und dass das erfasste optische Bild durch Bildverarbeitungsmittel ausgewertet wird, um eine Abweichung der Druckbilder (9) der mindestens zwei Druckköpfe (2) zu ihrer nominalen Anordnung festzustellen. Ferner betrifft die Erfindung eine zur Durchführung des Verfahrens eingerichtete Druckstation.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Feststellen von Fehlern in der Ausrichtung von Druckbildern mindestens zweier Druckköpfe und ggf. zur Korrektur der Ausrichtung der Druckbilder bzw. der Druckköpfe sowie eine zur Durchführung des Verfahrens eingerichtete Druckstation.
Vorzugsweise weisen die Druckköpfe jeweils in dem Druckkopf linear bspw. im Abstand der gewünschten Druckauflösung, d. h. im sog. Pixelabstand, angeordnete Druckdüsen auf, die vorzugsweise jeweils Tinte einer Farbe ausstoßen können. Die Druckköpfe sind erfindungsgemäß in einer Druckstation zum Bedrucken dreidimensionaler Körper angeordnet, wobei die Druckköpfe um den Körper symmetrisch oder asymmetrisch verteilt angeordnet und in der Druckrichtung senkrecht zur Tangente der Oberfläche des Körpers hin ausgerichtet sind. Die Druckrichtung im Sinne dieses Textes ist definiert als die Richtung, in der die Tinte oder Druckfarbe beim Drucken aus den Druckdüsen auf den Körper aufgebracht wird. Die Druckrichtung ist also normal (d. h. in einer senkrecht auf einer Oberfläche bzw. deren Tangentenfläche) im Druckpunkt der Oberfläche ausgerichtet. Bei rotationssymmetrischen Körpern erfolgt die Ausrichtung insbesondere auf eine Körpermittelpunktachse hin, die bei rotationssymmetrischen Körpern, wie im Querschnitt runden Flaschen, auch die Symmetrieachse der Körper ist, ohne dass die Erfindung zwangsläufig auf die bevorzugte Anwendung bei rotationssymmetrischen Körpern beschränkt wäre.
Der Druck auf dem Körper erfolgt erfindungsgemäß durch mindestens zwei der Druckköpfe zusammen, und zwar mittels einer geeigneten Ansteuerung der Druckköpfe, d. h. der Druckdüsen in dem Druckkopf entweder gemeinsam, einzeln oder zusammengefasst in Gruppen, während einer relativen Bewegung des Körpers zwischen den Druckköpfen bzw. den Druckköpfen vorbei, insbesondere einer Drehung des Körpers relativ zu den feststehenden Druckköpfen. Grundsätzlich ist aber auch eine Bewegung der Druckköpfe relativ zu dem feststehenden Körper oder eine unterschiedliche Bewegung von Druckköpfen und Körper möglich. Beispielsweise kann die Drehachse des Körpers vorzugsweise in Richtung der linearen Anordnung der Druckdüsen in einem Druckkopf, d. h. senkrecht zur Druckrichtung, ausgerichtet sein.
Eine Ansteuerung kann erfindungsgemäß auf verschiedene Weisen realisiert werden. Wichtig ist, dass eine geeignete Ansteuerung gerade dann einen Druckbefehl an den Druckkopf bzw. die anzusteuernden Druckdüsen eines Druckkopfes gibt, wenn sich das zu bedruckende Pixel der Oberfläche am Druckpunkt des jeweiligen Druckkopfes befindet. Hierzu gibt es verschiedene Realisierungsmöglichkeiten, von denen nachfolgend einige beschrieben werden.
Bei einem relativ zu den Druckköpfen rotierenden Körper kann der jeweilige Drehwinkel durch einen fein aufgelösten Drehwinkelgeber ermittelt werden. Bei einer bekannten Winkelposition bzw. Winkelabstand der verschiedenen Druckköpfe kann der Druckbefehl bei den den jeweiligen Druckköpfen entsprechenden, ermittelten Drehwinkeln erfolgen. Diese Realisierung ist technisch besonders einfach und zuverlässig. Ein solcher Drehwinkelgeber, der eine Art Taktgeber ist und nach einem definierten Drehfortschritt jeweils einen dem zurückgelegten Drehwinkelinkrement entsprechendes Taktsignal ausgibt, kann auch verwendet werden, um eine gleichmäßige, bekannte Drehzahl einzustellen bzw. einzuregeln. In diesem Fall kann eine feste Druckfrequenz für einen Druckkopf vorgegeben werden. Ferner ist allgemein auch eine zeitliche Ansteuerung der Druckköpfe bzw. Druckdüsen nach Ermittlung eines geeigneten Druckzeitpunkts, bspw. durch einen Drehwinkelgeber geringerer Auflösung denkbar. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine konkrete Form einer geeigneten Ansteuerung beschränkt und kann mit jeder in diesem Sinne geeigneten Ansteuerung umgesetzt werden.
Ferner ist der Abstand der Druckköpfe zu dem Körper, insbesondere in Druckrichtung, verstellbar, um Körper unterschiedlicher Ausdehnung, bspw. Flaschen unterschiedlichen Durchmessers, in die Druckstation aufnehmen und bedrucken zu können. Für ein qualitativ hochwertiges Druckbild müssen die Druckdüsen in einem definierten Abstand von der zu bedruckenden Oberfläche angeordnet sein. Dies ist für Körper unterschiedlicher Abmessungen nur möglich, wenn die Druckköpfe mit den Druckdüsen, vorzugsweise in Druckrichtung, verstellbar sind.
Die vorbeschriebenen Druckköpfe, welche auch als Drop-On-Demand-Druckköpfe für Tintenstrahldruck bekannt sind, wurden ursprünglich für Flachdruckanwendungen konstruiert, bei denen die Druckköpfe in eine Richtung verfahren werden, während das zu bedruckende Substrat in einer dazu senkrechten Richtung weitertransportiert wird, so wie es auch bei einem Bürodrucker der Fall ist. Eine Druckstation mit Drop-On-Demand-Druckköpfen weist im Gegensatz zu einem Bürodrucker üblicherweise für jede Farbe mindestens einen eigenen Druckkopf auf. Diese Anordnung stellt eine bevorzugte Anwendung auch der vorliegenden Erfindung dar. Grundsätzlich lässt sich die Erfindung jedoch auch bei Druckstationen realisieren, in denen die Druckdüsen einzelner Druckköpfe mit unterschiedlichen Farben drucken können.
Insbesondere wenn es für jede Farbe einen eigenen Druckkopf gibt, ist es für den Druck eines farbigen Bildes unabdingbar, dass der Abstand zwischen den jeweiligen Druckköpfen bekannt ist. Durch eine softwaremäßig eingerichtete Ansteuerung (Steuergerät) wird dieser bekannte Abstand berücksichtigt, um während der Relativbewegung des zu bedruckenden Substrats und des Druckkopfes Mischfarben übereinander und/oder unterschiedliche Farben in den jeweiligen gewünschten Bildpixeln zur Erzeugung eines flächigen Bildes zu drucken.
Druckmaschinen bzw. -stationen für dreidimensionale Körper, insbesondere dreidimensionale Hohlkörper, die erfindungsgemäß auf ihrem Umfang bedruckt werden sollen, benötigen ebenso mehrere Druckköpfe, um die verschiedenen Farben des Bildes pixelgenau drucken zu können. Diese Druckköpfe sind nun verteilt am Umfang des Hohlkörpers angeordnet und mit ihren Druckdüsen zur Oberflächentangente des Körpers im Druckpunkt hin ausgerichtet, d. h. derart, dass die Druckrichtung normal zu der zu bedruckenden Oberfläche angeordnet ist.
Um Körper mit unterschiedlichen Abmessungen, insbesondere Hohlkörper (bspw. Flaschen) unterschiedlichen Durchmessers, bedrucken zu können, müssen die Köpfe radial von dem Zentrum der Druckstation her bzw. zu dem Zentrum der Druckstation hin verschoben werden, um die Druckköpfe an der korrekten Position für einen anderen Hohlkörperdurchmesser neu zu fixieren. Dieses Erfordernis besteht bei den zweidimensionalen Flachdruckanwendungen nicht.
Mit diesem radialen Verschieben der Druckköpfe auf einer in Druckrichtung verlaufenden Gerade, für rotationssymmetrische Körper insbesondere einer vom Zentrum der Druckmaschine ausgehenden Geraden, auf einen anderen Radius bzw. Durchmesser ändert sich auch der Abstand zwischen den um den Umfang des Hohlkörpers verteilt angeordneten Druckköpfen. Aufgrund der Radialverschiebung bleibt zwar der zwischen den Druckköpfen liegende Winkel konstant, nicht aber der Abstand, der dem entsprechenden Winkelabschnitt des Umfangs entspricht. Dieser neue Abstand muss bei der Ansteuerung der Druckköpfe berücksichtigt werden, um das gewünschte Druckbild zu erzeugen.
Dies kann die zur Ansteuerung der Druckköpfe bzw. der einzelnen Druckdüsen der Druckköpfe verwendete Software erfindungsgemäß aber leisten, da die nominalen Abstände der Druckköpfe bzw. der Druckdüsen der einzelnen Druckköpfe für jede nominale Position bestimmbar sind.
Problematisch ist jedoch, dass bei jeder Verstellung der Druckköpfe zur Anpassung an eine andere Körpergröße Toleranzen auftreten, die angesichts hoher Anforderungen an die Qualität des Drucks im Druckbild deutlich bzw. signifikant störend in Erscheinung treten können. Diese Problematik stellt sich bei den zweidimensionalen Flachdruckanwendungen nicht, da das dort verwendete Array (Anordnung) von Druckköpfen relativ zueinander fest verschraubt ist, so dass der Abstand der einzelnen Druckköpfe bzw. der Düsen der Druckköpfe unabhängig von der zu bedruckenden zweidimensionalen Fläche und deren Größe immer gleich ist. Dies gilt bei Druckstationen für dreidimensionale Körper nicht.
Eine typische Anwendung für die vorliegende Erfindung ist das direkte Bedrucken von Glas- oder Kunststoffflaschen in bspw. einer Abfüllanlage, wobei auf einem Karussell mehrere Druckstationen angeordnet sein können. Bei einer für derartige Anwendungen bspw. verlangten Auflösung von 720 dpi (Dots per Inch, Punkte pro Zoll) werden also etwa 28 Druckpunkte pro Millimeter bedruckt (1 Inch bzw. Zoll = 25,4 mm). Der Abstand zwischen zwei Druckpunkten beträgt also etwa 3/100 mm. Dies ist der Abstand, in dem die Druckdüsen in ihrer Linearrichtung in dem Druckkopf angeordnet sind. Dieser Abstand bzw. diese Auflösung muss auch durch die Ansteuerung der Druckköpfe erreicht werden, wenn der zu bedruckende Körper an den Druckköpfen relativ vorbeibewegt wird, um diese Auflösung auch in der Richtung quer zu der linearen Ausrichtung der Druckdüsen in dem Druckkopf zu erhalten.
Nach einer Verstellung der Druckköpfe muss der Abstand zwischen den einzelnen Druckköpfen wieder mit einer Genauigkeit bekannt sein, die deutlich oberhalb der Pixelauflösung von 3/100 mm liegt, bspw. eine Größenordnung besser ist. Wegen des mechanischen Spiels in den Führungen der Druckköpfe zum Verstellen des radialen Abstands bezogen auf das Zentrum der Druckstation bzw. die zu bedruckende Körperoberfläche und sonstiger Toleranzen, bspw. auch der Druckköpfe selbst, lässt sich aber eine Genauigkeit auf 1/1000 mm nicht erreichen, wie es bei einer Auflösung von 720 dpi für ein qualitativ hochwertiges Druckbild sinnvoll bzw. notwendig wäre.
Deshalb ist es notwendig, die Druckbilder der einzelnen Druckköpfe nach dem Verstellen bspw. durch eine Kalibrierung wieder aufeinander auszurichten. Dies ist jedoch vergleichsweise aufwändig, wenn eine manuelle Korrektur und Justage der Druckköpfe durchgeführt werden muss, bei der zunächst die Abweichungen der Druckbilder der einzelnen Druckköpfe experimentell ermittelt und anschließend eine entsprechende Feinjustage vorgenommen werden muss. Dieser Zeitaufwand soll insbesondere reduziert werden, wenn die Druckmaschine bspw. in einer Füllanlage für Flaschenintegriert ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine effektive und automatisierte Möglichkeit zum Feststellen von Fehlern in der Ausrichtung von Druckbildern und – sofern möglich – auch automatische Korrekturen vorzusehen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem Verfahren der eingangs genannten Art durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die mindestens zwei Druckköpfe, vorzugsweise aber alle oder mehrere ausgewählte Druckköpfe der Druckstation, ein jeweils einem Druckkopf zuordenbares Druckbild erzeugen, dass die Druckbilder der beiden Druckköpfe in einem optischen Bild erfasst, insbesondere mit einer digitalen Kamera geeigneter Auflösung aufgenommen, werden und dass das erfasste optische Bild durch Bildverarbeitungsmittel ausgewertet wird, um eine Abweichung der Druckbilder der mindestens zwei Druckköpfe zu ihrer nominalen, d. h. durch die Ansteuerung der Druckköpfe vorgegeben, Anordnung festzustellen. Dies kann mittels üblicher Auswertemethoden in der digitalen Bildverarbeitung erfolgen.
Die Abweichung des Druckbildes eines Druckkopfes kann dabei insbesondere relativ zu dem Druckbild eines als Referenzdruckkopf definierten Druckkopfs festgestellt werden, der dann der andere der beiden vorgenannten Druckköpfe ist. Da beide Druckbilder in dem optischen Bild, das ggf. auch aus mehreren Einzelbildern zusammengesetzt sein kann, digitalisiert sind, lässt sich anhand bekannter Abbildungseigenschaften der Kamera bspw. eine fotogrammetrische Auswertung des Bildes vornehmen, um eine Abweichung des Druckbildes von dem Referenzdruckbild zu erfassen.
Die Abweichung des Druckbildes ist insbesondere ein Versatz, eine Verdrehung und/oder eine Verzerrung der Druckbilder relativ zueinander. Diese können durch Mittel der Bildverarbeitung einfach erfasst und ausgewertet werden. Dazu weist das Druckbild vorzugsweise einfache geometrische Relationen auf, bspw. Striche oder Strichmuster. Derartige Muster können durch eine Bildauswertung einfach erkannt und beurteilt werden, um eine notwendige Justage der Druckköpfe anzuzeigen und/oder automatisch bzw. durch eine einfache Benutzersteuerung eine korrigierte Ansteuerung zu ermöglichen. Beim Anzeigen der notwendigen Justage kann vorzugsweise gleich das notwendige Justagemaß mit angezeigt werden.
Das Justagemaß kann erfindungsgemäß auch in Pixeleinheiten auf einem Bedienbildschirm angezeigt werden, wobei eine Korrektur der ermittelten fehlerhaften Ausrichtung der Druckbilder einzelner Druckköpfe anstelle oder zusätzlich zu einer automatischen Korrektur über einen Taster oder Softwaretaster an einem Bedienfeld der Druckstation möglich ist. Insbesondere kann auf diese Weise eine manuelle oder manuell ausgelöste Korrektur einzelner Druckköpfe oder der diesen Druckköpfen zugeordneten Farben durch Verschiebung um ein oder mehrere Pixelabstände, bspw. jeweils pro Betätigung des Tasters oder Softwaretasters, in Richtung der linearen Anordnung der Druckdüsen und/oder quer dazu in Umfangsbewegungsrichtung erfolgen.
Der Begriff ”lineare Anordnung” der Druckdüsen bezieht sich auf eine bevorzugte Anordnung der Druckdüsen in einer gerade Linie in dem Druckkopf, die bevorzugt quer, d. h. in einem 90° Winkel, zu der (relativen) Bewegungsrichtung des Körpers bzw. der zu bedruckenden Köperoberfläche verläuft. Die Erfindung ist jedoch nicht notwendiger Weise auf eine derartige Anordnung in einer geraden Linie beschränkt. Es ist bspw. auch möglich, dass die Druckdüsen schräg versetzt zueinander angeordnet sind, wobei das Maß des Abstands dann insbesondere einen Pixelabstand oder ein Vielfaches davon betragen kann. Auch bei einer derartigen Anordnung wird der Begriff ”Richtung der linearen Anordnung der Düsen” für eine quer zur Umfangsbewegungsrichtung weisende, in einer Druckstation häufig vertikal ausgerichtete Richtung verwendet.
Auch wenn eine bevorzugte Anwendung der vorliegenden Erfindung in einer Druckstation für rotationssymmetrische Körper liegt, kann die Abstandverstellung der Druckköpfe ggf. auch zum Bedrucken nicht rotationssymmetrischer Körper verwendet werden, wobei die Druckköpfe dann bei der Relativbewegung des zu bedruckenden Körpers und der Druckköpfe bspw. durch eine elektromotorische Ansteuerung oder dgl. geeignet verstellt werden, so dass der Abstand der Druckdüsen zu der zu bedruckenden Substratoberfläche in einem geeigneten Druckabstand bleibt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens kann das Druckbild mindestens eines Druckkopfs mindestens einen Strich enthalten, wobei aus dem Strich vorzugsweise ein Maßstab für das erfasste optische Bild ableitbar ist. Dies gilt vorzugsweise für jeden Druckkopf, dessen Druckbild im Hinblick auf die Ausrichtung im Druck auf dem Objekt überprüft werden soll, insbesondere aber eines Referenzdruckkopfs, der eine korrekte Ausrichtung des Druckbildes vorgibt. In einer einfachen Möglichkeit zur Umsetzung dieses Merkmals kann die Länge des gedruckten Strichs bekannt sein. Bspw. können alle oder eine vorgegebene Anzahl von linear, d. h. in einer geraden Linie in dem Druckkopf angeordneten Druckdüsen, zum Drucken des Strichs angesteuert werden. Da der Abstand zweier linear angeordneter Druckdüsen bekannt ist und vorzugsweise den Pixelabstand oder einem Vielfachen des Pixelabstands entspricht (falls mehrere Druckköpfe gleicher Farbe relativ zueinander versetzt wären), ist der Ansteuerung die Länge des nominalen Strichs im Druckbild bekannt. Hierdurch ist eine Kalibration der Kamera zumindest derart möglich, dass anschließend ein Ermitteln der Abstände von Druckbildern erfolgen kann. Dies erlaubt unmittelbar die Ermittlung von Korrekturparametern zum Abgleich der verschiedenen Druckbilder, die dann für eine manuelle Korrektur angezeigt oder für eine automatische Korrektur an die Ansteuerung der Druckköpfe ausgegeben wird. Eine entsprechende Auswertung gilt auch für die nachfolgenden Auswertungen.
Eine weitere alternative oder zusätzliche Möglichkeit liegt darin, dass der nominale Abstand mindestens zweier Striche im Druckbild eines Druckkopfes bekannt ist. In diesem Fall kann eine oder können mehrere Druckdüsen für eine gewisse Zeit angesteuert werden, die einer bestimmten Strichlänge quer zur linearen Anordnung der Druckdüsen, d. h. in Umfangsbewegungsrichtung des Körpers, entspricht. In Richtung der linearen Anordnung der Druckdüsen kann ein definierter Abstand zweier Linien erzeugt werden, indem zwischen zwei Abschnitten mit angesteuerten Druckdüsen ein Abschnitt mit nicht angesteuerten Druckdüsen liegt. Beide Möglichkeiten können erfindungsgemäß auch miteinander kombiniert werden, um ein Strichmuster mit einem regelmäßigen Längenmaß zu erzeugen, ähnlich einem Maßstab oder einem Zollstock. Die Länge und/oder der Abstand können in metrischen Einheiten, bspw. Millimeter, oder auch in Pixelgrößen bemessen sein. Letzteres ist für eine Korrektur besonders sinnvoll, da die Ausrichtung der Druckköpfe bzw. der Druckdüsen der Druckköpfe relativ zu den Pixeln des Druckbildes erfolgen muss. Dafür sind die Abweichungen im Pixelmaß des Druckbildes ausschlaggebend. In diesem Fall kann auf eine absolute Kalibrierung der Kamera besonders gut auch verzichtet werden.
Grundsätzlich ist es auch möglich, anstelle eines Striches jede geometrisch definierte Struktur des Druckbildes zu verwenden, die eine Auswertung der Länge und/oder der Ausdehnung der Druckbilder erlaubt, um ein für eine Korrektur verwendbares Maß für die Fehler in der Ausrichtung der Druckbilder zu erzeugen.
Hierfür kann der Abstand von zwei durch verschiedene Druckköpfe in einem nominalen, d. h. durch die Ansteuerung der Druckköpfe vorgegebenen, Abstand gedruckten Linien aus dem optischen Bild ermittelt und mit dem nominalen Abstand verglichen werden, wobei die Abweichung der Druckbilder durch Differenz zwischen dem nominalen Abstand und dem ermittelten Abstand gegeben ist, welcher dann unmittelbar als Korrekturwert verwendbar ist, der ggf. zu einer automatischen oder manuell angestoßenen oder durchgeführten Änderung der Ansteuerung der Druckdüsen der Druckköpfe führen kann. Sofern eine Korrektur durch eine geänderte Ansteuerung der Druckdüsen der Druckköpfe nicht möglich ist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, den Justagefehler mit dem entsprechenden Fehlermaß anzuzeigen, um eine manuelle Korrektur zu erleichtern.
Das vorerwähnte Ermitteln eines Korrekturwerts erfolgt vorzugsweise in Richtung der Linie der Druckdüsen des Druckkopfes und/oder quer dazu, d. h. in Umfangsbewegungsrichtung bzw. Bewegungsrichtung des Körpers relativ zu den Druckdüsen. In diesen beiden Richtungen ist durch eine geeignete Ansteuerung der Druckdüsen des Druckkopfs eines Druckkörpers üblicherweise eine automatische Korrektur der Fehler der Ausrichtung der Druckbilder der beiden Druckköpfe zueinander einfach durch veränderte Ansteuerung der Druckdüsen der Druckköpfe möglich.
Um ein Fehlermaß zu erhalten kann die das optische Bild erfassende Kamera bspw. wie vorstehend erläutert eine Selbstkalibrierung aus bekannten Maßen des Druckbildes vornehmen. Alternativ kann eine Messung des Abstands der Kamera zu der bedruckten Oberfläche und/oder im Raum bspw. durch Vermessen der Kamera erfolgen, so dass die Kamera vorab kalibriert wird.
Da eine Kalibrierung der Kamera sowohl im Rahmen einer Selbstkalibrierung als auch im Rahmen einer externen Kalibrierung mit anderen Messmitteln aufwändig ist, wird gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgeschlagen, dass das Druckbild mindestens eines der Druckköpfe einen Nonius enthält. Ein Nonius ist eine von der verwendeten Längeneinheit LE im Maßstab verkürzte Längeneinheit, wobei der Maßstab erfindungsgemäß vorgebbar bzw. vorgegeben ist. Dazu ist entsprechend erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Druckbild eines ersten Druckkopfs, insbesondere des Referenzdruckkopfs, eine bestimmte Anzahl von vorzugsweise geraden Strichen im Abstand vorgegebener Längeneinheiten LE an einer definierten Bildposition zeigt. Dies bedeutet, dass ein ausgezeichneter Strich, bspw. der Nullpunkt, sich an einer definierten Bildposition des Druckbildes befindet und die weiteren Striche dazu parallel im Abstand der vorgegebenen Längeneinheit LE angeordnet sind. Das den Nonius enthaltene Druckbild zeigt an derselben nominalen Bildposition, d. h. derselben von der Ansteuerung der Druckköpfe angesteuerten Bildposition, in Längsrichtung der Striche des ersten Druckkopfes jedoch versetzt, vorzugsweise direkt anschließend, dieselbe Anzahl von Strichen im Abstand der um den Maßstab des Nonius verkürzten Längeneinheit. Damit ist gemeint, dass auch hier ein ausgezeichneter Strich, bspw. der Nullpunkt des Nonius, an derselben definierten nominalen Bildposition liegen soll und die weiteren Striche des Nonius dazu parallel in der Längeneinheit des Nonius angeordnet sind.
Die vorgenannten Merkmale sollen nachfolgend noch einmal anhand eines Beispiels erläutert werden. Wenn der Maßstab des Nonius 1:10 = 1/10 ist, entspricht die Längeneinheit des Nonius also 9/10 der vorgegebenen Längeneinheit LE. Mit anderen Worten ist die Längeneinheit des Nonius also um 1/10 kürzer als die Längeneinheit LE. Mithin entsprechen 10 Striche in der Längeneinheit des Nonius also genau 9 vorgegebenen Längeneinheiten LE, wie sich aus der nachstehenden Gleichung ergibt: 10·(9/10)LE = 9 LE.
Daher ist erfindungsgemäß sinnvoll, wenn die Anzahl der gedruckten Striche sowohl des Nonius als auch des vorgegebenen Längenmaßes LE also gerade oder mindestens gerade dem reziproken Maßstab entspricht. Bei einem Maßstab 1/10 werden also jeweils mindestens 10 Striche gedruckt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können auch jeweils die dem reziproken Maßstab entsprechende Anzahl von Strichen jeweils vor und hinter der definierten Bildposition gedruckt werden, um eine Symmetrie um die definierte Bildposition zu überprüfen. Es ist erfindungsgemäß jedoch auch ausreichend, wenn jeweils die Hälfte der dem reziproken Maßstab des Nonius entsprechende Anzahl von Strichen vor und hinter der definierten Bildposition, d. h. dem ausgezeichneten Strich, vorhanden ist.
Im Rahmen der Auswertung des den Nonius enthaltenen Druckbilds werden ausgehend von der definierten Bildposition bzw. dem ausgezeichneten Strich, die Striche der vorgegebenen Längeneinheit LE gezählt, bis ein Strich der vorgegebenen Längeneinheit LE mit einem Strich des Nonius übereinstimmt, und daraus dann das Maß der Verschiebung der Druckbilder ermittelt. Wenn bspw. die Übereinstimmung bei dem 7. Strich festgestellt wird, beträgt die Verschiebung des den Nonius enthaltenen Druckbilds zu dem Druckbild mit den vorgegebenen Längeneinheiten LE gerade 7/10, wobei 10 in dem vorgenannten Beispiel der Maßstab des Nonius ist. Die Anzahl der Striche wird also auf den Maßstab des Nonius bezogen, um die Abweichung in den Längeneinheiten LE anzugeben.
Daher kann diese Anzahl der Striche unmittelbar als Korrekturwert verwendet werden, wenn das Längenmaß LE bekannt ist, ohne dass das aufgenommene Bild vermessen werden muss. Es ist dann ausreichend, im Rahmen einer Bilderkennung einfach die lineare Übereinstimmung zweier Linien festzustellen und eine Anzahl von in regelmäßigen Abständen angeordneten Strichen zu zählen. Dies ist mit einfachen Mitteln der optischen Bildauswertung möglich, die der Fachmann kennt.
Die Anwendung des Nonius setzt voraus, dass der Abstand zwischen zwei Druckpunkten eines Druckkopfes (zur Erzeugung der benachbarten Striche) im Maßstab des Nonius vorgebbar ist. Dies ist in jedem Fall bei einem in Umfangsrichtung des zu bedruckenden Körpers erfolgenden Druck möglich, weil der Abstand dann durch die geeignete Ansteuerung der Druckköpfe bezogen auf die aktuelle Position des relativ zu dem jeweiligen Druckkopf bewegten Körpers frei erfolgen kann.
In Richtung der linear angeordneten Düsen in einem Druckkopf ist dagegen erforderlich, dass der Abstand der Düsen in dem Druckkopf entsprechend dem gewünschten Maßstab verstellbar ist oder dass die Anzahl die Düsen dem Quadrat des reziproken Maßstabs oder einem Vielfachem davon entspricht. Eine Verstellbarkeit des Abstands der Düsen in dem Druckkopf kommt in der Praxis kaum vor. Bei einer Auflösung von bspw. 720 dpi, die für das direkte Bedrucken von Flaschen anstelle von später an den Flaschen festzulegenden Etiketten gerne verwendet wird, stellt die zweite Möglichkeit aber durchaus eine Option zur Anwendung eines Nonius auch in dieser quer zur Bewegungsrichtung verlaufenden Richtung dar. Bei einem Nonius-Maßstab von 1/10 beträgt die Anzahl der benötigten Düsen also 100 = 10². Diese Anzahl ist bei 720 dpi also mehr als sieben mal auf einem Zoll vorhanden, so dass sogar ein Vielfaches des reziproken Abstands verwendet werden kann. Wählt man für die vorgegebene Längeneinheit LE 10 aufeinanderfolgende Druckdüsen, so können also die erforderlichen 10 Striche der vorgegebenen Längeneinheit LE gedruckt werden. Die Längeneinheit des Nonius beträgt dann 9 Druckdüsen.
Gemäß einer bevorzugten Ausbildung der Druckstation sind die linear angeordneten Druckdüsen des Druckkopfs quer zur Bewegungsrichtung des Körpers, d. h. der Relativbewegung zwischen Körper und Druckköpfen, ausgerichtet. In diesem Fall ist es möglich, dass ein Abstand der Druckbilder, insbesondere Striche, ggf. auch Striche des Nonius, der Druckköpfe in Umfangsbewegungsrichtung durch eine Veränderung der Ansteuerung eines der Druckköpfe, vorzugsweise des an den Referenzdruckkopfs anzupassenden Druckkopfs, korrigiert wird. Vorzugsweise wird auch hier das Druckbild eines Druckkopfs relativ zu dem Referenzdruckkopf korrigiert, welche die korrekte Ausrichtung des Bildes definiert. Die Veränderung der Ansteuerung der Druckköpfe entspricht bei einer gegebenen Relativbewegung von Körper und Druckköpfen in Umfangsrichtung gerade dem Abstand der festgestellten Druckbilder.
Durch diese Korrektur können die Druckpunkte der einzelnen Druckdüsen für ein Pixel optimal übereinander gelegt werden. Dies ist insbesondere für die sog. subtraktive Drucktechnik wichtig, bei der die Grundfarben Cyan (C), Magenta (M) und Yellow (Y) übereinander gedruckt werden, um Mischfarben zu erzeugen. Werden alle Farben in maximaler Intensität übereinander gedruckt, entsteht entsprechend der Farbentheorie die Farbe Schwarz. Vorzugsweise ist zusätzlich zu den Druckfarben C, M, Y noch ein Druckkopf für schwarze Tinte (B) vorgesehen, die kontrastreicher ist als der durch Übereinanderdrucken der Farben C, M, Y erzeugte Schwarzton.
Gemäß einer weiteren möglichen Korrektur durch das vorliegende Verfahren ist vorgesehen, dass ein Abstand der Druckbilder, insbesondere Striche, ggf. auch Striche des Nonius, der Druckköpfe in Richtung der linearen Anordnung der Druckdüsen des Druckkopfes, d. h. quer zur relativen Bewegungsrichtung von Körper und Druckköpfen, durch eine bei der gegebenen Relativbewegung dem Abstand der Druckbilder entsprechende Verschiebung der in der linearen Anordnung angesteuerten Druckdüsen korrigiert wird. Auch hier erfolgt vorzugsweise eine Anpassung des Druckbilds eines Druckkopfs an das Druckbild des Referenzdruckkopfs, welcher die korrekte Ausrichtung des Druckbilds korrigiert.
Bei der vorbeschriebenen Korrektur kann insbesondere vorgesehen sein, dass diejenige angesteuerte Druckdüse ausgewählt wird, welche die größte Überlappung mit der entsprechenden Druckdüse des anderen Druckkopfs, insbesondere des Referenzdruckkopfs, aufweist, wobei erfindungsgemäß eine solche Korrektur ggf. auch nur vorgenommen wird, wenn die Überlappung der Druckdüsen größer als ein vorgegebener Überlappungsgrenzwert ist. Ein solcher Überlappungsgrenzwert liegt vorzugsweise etwa zwischen 70% bis 90%, besonders bevorzugt ist der Überlappungsgrenzwert der beiden Pixel größer als 80%. Anders formuliert bedeutet dies, dass der Versatz der Pixel des einen Druckkopfes zu den Pixeln des anderen Druckkopfes kleiner als 30% bis 10%, besonders bevorzugt kleiner 20% ist. Gerade bei der Verwendung eines bei derartigen Drucken üblichen CMY-Farbsystems führt eine zu schlechte Übereinstimmung der Pixellage der einzelnen Pixel zu einer schlechten Überlappung der Farben und damit einer schlechten Druckqualität.
Sofern der Überlappungsgrenzwert durch Änderung der Ansteuerung der Druckdüsen eines Druckkopfes nicht eingehalten werden kann, kann ggf. auch ein Hinweis auf den nach zu justierenden Versatz für die Montagekorrektur ausgegeben werden, die dann manuell oder automatisch maschinell gesteuert erfolgen kann. Für eine maschinelle Steuerung der mechanischen Verschiebekorrektur wäre eine entsprechend notwendige Verschiebeeinrichtung Voraussetzung.
Um ein Bild vollständig in der vorgesehenen Höhe (d. h. in Richtung der linearen Anordnung der Druckdüsen) drucken zu können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die lineare Anordnung der Druckdüsen in einem Druckkopf eine größere Anzahl von Pixeln aufweist als das auf dem Körper zu bedruckende Bild, so dass bei einer Verschiebung der Druckköpfe in der Längsrichtung der linearen Anordnung eine Verschiebung der angesteuerten Druckköpfe erfolgen kann, ohne dass das Bild am oberen oder unteren Rand ausfranzt bzw. nicht vollständig gedruckt werden kann. Vorzugsweise entspricht der Überhang der Pixel in jeder linearen Anordnung sowohl am oberen als auch um unteren Rand (bezogen auf den möglichst optimal eingestellten Referenzdruckkopf) in etwa der bei der Verstellung der Druckköpfe auftretenden Toleranz in diese Richtungen.
Eine weitere Möglichkeit zur Fehlerermittlung liegt erfindungsgemäß darin, eine Verdrehung zweier Druckköpfe relativ zueinander um eine in Druckrichtung der Druckdüse verlaufende Achse durch die Bestimmung eines Winkels zwischen einem vorzugsweise geradem Strich des einen Druckkopfs, insbesondere des Referenzdruckkopfes, und einem anderen vorzugsweise geraden Strich des anderen Druckkopfes, insbesondere des auszurichtenden Druckkopfes, festzustellen. Der ermittelte Winkel kann dann für eine Montagekorrektur ausgegeben werden, die manuell oder – eine entsprechend gesteuerte Verstellmöglichkeit der Druckstation vorausgesetzt – automatisch gesteuert erfolgen kann. Bei dem Drucken der geraden Striche zur Übermittlung der Verdrehung zweier Druckköpfe kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass alle Druckdüsen eines Druckkopfes angesteuert werden.
Entsprechendes gilt für die nachfolgend beschriebene Möglichkeit zur Feststellung einer Verkippung eines Druckkopfes um eine senkrecht auf einer durch die Richtung der linearen Anordnung der Druckdüsen in dem Druckkopf und die Druckrichtung definierten Ebene stehende Achse, d. h. bei einer Verkippung der Druckkopfes in Richtung des zu bedruckenden Körpers bzw. von diesem weg. Bei dieser Ermittlung ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Strichlänge eines vorzugsweise geraden Strichs und/oder die Position des Strichs relativ zu dem Strich eines nicht verkippten Druckkopfes, insbesondere des Referenzdruckkopfes, und/oder einem auf dem Körper vorgesehenen Druckbereich, der bspw. relativ zur Lage der Erfassungseinrichtung bzw. Kamera des optischen Bilds bekannt ist, bestimmt wird.
Gemäß einer Weiterentwicklung des vorgeschlagenen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass ein Referenzdruckkopf, welcher die korrekte Ausrichtung des Druckbildes auf dem bedruckten Körper definiert, ermittelt wird, indem jeder Druckkopf mit vorzugsweise allen Druckdüsen auf dem Körper einen geraden Strich druckt, welcher zu den geraden Strichen der anderen Druckköpfe in dem Druckbild versetzt angeordnet ist, und indem die gedruckten Striche auf dem Körper in einem optischen Bild ausgewertet werden, wobei die Strichlänge, die Position des Strichs auf dem Körper und/oder die Ausrichtung des Strichs auf dem Körper überprüft werden. Der Druckkopf mit dem den gewünschten Einstellung an nächsten kommenden Druckbild wird als Referenzdruckkopf gewählt, auf den hin alle anderen Druckköpfe ausgerichtet bzw. anhand dessen die Druckbilder der anderen Druckköpfe bewertet werden.
Die Erfindung betrifft ferner eine Druckstation zum Bedrucken eines dreidimensionalen Körpers mit mehreren, jeweils Druckdüsen aufweisenden Druckköpfen, wobei die Druckköpfe in der Druckstation um den Körper verteilt angeordnet sind. Mindestens sind zwei, vorzugsweise sind jedoch mindestens vier oder ein Vielfaches von vier Druckköpfen vorgesehen, wobei jeder Druckkopf für das Bedrucken des Körpers mit einer Farbe vorgesehen sein kann. Die Farbe der durch die Druckdüsen der Druckköpfe aufgedruckten Tinte können vorzugsweise Cyan (C), Yellow (Y), Magenta (M) und Schwarz (B) sein. Erfindungsgemäß ist der Abstand der Druckköpfe zu dem Körper einstellbar, um das Bedrucken unterschiedlich großer Körper in der Druckstation zu ermöglichen, wobei die Druckdüsen in ihrer Druckrichtung zum Zentrum des Körpers hin ausgerichtet sind.
Die Druckstation weist in ihrem Zentrum ferner eine Aufnahme für die Körper auf, welche relativ zu den Druckköpfen bewegbar ausgebildet ist. Insbesondere ist die Aufnahme um eine vorzugsweise mit der Symmetrieachse des Körpers auch zusammenfallende Drehachse drehbar ausgebildet. Bspw. kann der dreidimensionale, zu bedruckende Körper eine Kunststoff- oder Glasflasche sein.
Ferner weist die Druckstation eine die Ansteuerung der Druckköpfe bzw. Druckdüsen bildenden Steuereinrichtung mit einer Recheneinheit auf, welche dazu eingerichtet ist, den Druck auf den dreidimensionalen Körper durch mindesten zwei der Druckköpfe zusammen mittels einer geeigneten Ansteuerung der Druckköpfe bzw. Druckdüsen während einer Drehung des Körpers relativ zu den Druckköpfen zu erzeugen. Dass die Druckköpfe des Bild zusammen drucken bedeutet, dass die Druckköpfe bzw. die Druckdüsen der verschiedenen Druckköpfe derart angesteuert werden, dass bei einer Ansteuerung eine Druckdüse ein Pixel auf dem Körper druckt und das Bild durch Drucken vieler Pixel auf dem Körper zusammengesetzt wird, wobei bspw. zur Erzeugung von Mischfarben Pixel von Druckdüsen unterschiedlicher Farbe auch übereinander gedruckt werden können.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Druckstation eine Aufnahmeeinrichtung mit optischen Bildverarbeitungsmitteln zugeordnet ist. Diese Aufnahmeeinrichtung kann bspw. eine mit die Druckstation aufgenommene oder vorzugsweise eine separat angeordnete Kamera aufweisen. Ferner ist die Recheneinheit der Druckstation, die erfindungsgemäß auch die Recheneinheit einer integrierten oder separaten Aufnahmeeinrichtung mit den Bildverarbeitungsmitteln umfasst, zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens oder Teilen hiervon eingerichtet.
Die Druckdüsen können in den Druckköpfen linear, vorzugsweise parallel zu der Rotationsachse der Aufnahme für den Körper, angeordnet sein. Ggf. kann aber auch eine bspw. treppenartig versetzte Anordnung der Druckdüsen in einem Druckkopf vorgesehen sein, wobei der Abstand der Druckdüsen sowohl in der linearen Anordnung als auch in der treppenartig versetzten Anordnung sowohl in Bewegungsrichtung als auch quer zur Bewegungsrichtung jeweils einem Pixel des Bildes entsprechen kann.
Weitere Vorteile, Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindungen ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbezügen.
Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Druckstation in der Aufsicht von oben;
2 schematisch eine Ansicht eines Druckkopfes von vorne mit der linearen Anordnung der Druckdüsen;
3a bis 3d übereinander Druckbilder von Druckköpfen bei verschiedenen Fehlern in der Ausrichtung der Druckbilder jeweils zweier Druckköpfe;
4a bis 4d schematisch die fehlerhaften Anordnungen der Druckköpfe, welche zu den Druckbildern der 3a bis 3d führen und
5 ein erfindungsgemäß ein einen Nonius enthaltendes Druckbild.
In 1 ist in der Aufsicht von oben schematisch eine Druckstation 1 dargestellt, mit der eine Kunststoffflasche, bspw. eine PET-Flasche, als dreidimensionaler Körper 2 – oder auch ein anderer vorzugsweise, aber nicht notwendiger Weise rotationssymmetrischer Körper – bedruckt werden kann. Dazu ist die Flasche 2 im Zentrum der Druckstation in eine Aufnahme 3 derart aufgenommen, dass die Symmetrieachse der Flasche 2 und eine Rotationsachse der Aufnahme 3 zusammenfallen. Durch die Aufnahme 3 kann die Flasche 2 in Rotationsrichtung 4 an Druckkopf 5 der Druckstation vorbei bewegt bzw. gedreht werden. Während der Rotation der Flasche 2 an den Druckköpfen 5 vorbei wird durch eine nicht dargestellte, durch eine übliche Steuereinrichtung mit einer Recheneinheit gebildete Ansteuerung aus Druckdüsen 6 der Druckköpfe 5 gezielt Tinte auf den Umfang der Flasche gedruckt, um so pixelweise ein Druckbild auf dem Umfang der Flasche 2 zu erzeugen.
Es versteht sich, dass der in dem vorliegenden Beispiel als Flasche 2 bezeichnete dreidimensionale Körper, der in der Druckstation 1 bedruckt werden soll, auch ein anderer bedruckbarer Körper sein kann.
Um Flaschen 2 unterschiedlichen Durchmessers in die Druckstation 1 aufnehmen zu können, sind die Druckköpfe 5 in der durch einen Pfeil angedeuteten Verstellrichtung 7 in radialer Richtung zum Zentrum der Aufnahme 3 bzw. der Symmetrieachse der Flasche 2 verstellbar, so dass der Abstand der Druckdüsen 6 zu der Flasche 2 jeweils dem geforderten Druckabstand entsprechen kann. Die Druckköpfe 5 bzw. die Druckdüsen 6 der Druckköpfe 5 sind jeweils zum Zentrum der Aufnahme 3 bzw. Flasche 2 hin ausgerichtet, so dass diese bei einem rotationssymmetrischen, runden Körper 2 jeweils in Normalenrichtung auf die Umfangsoberfläche des Körpers 2 (Druckrichtung) drucken. Die Druckrichtung verläuft erfindungsgemäß also senkrecht zu der Tangente bzw. Tangentialebene der zu bedruckenden Oberfläche des Körpers 2 im Druckpunkt (Pixel).
In der in 1 dargestellten Druckstation sind zwei Gruppen von jeweils vier Druckköpfen 5 vorgesehen, die jeweils eine der Farben Cyan (C), Yellow (Y), Magenta (M) und Schwarz (B) drucken. Durch die Farben Cyan, Yellow und Magenta lassen sich auf dem Körper 2 durch einen sogenannten subtraktiven Druck sämtliche Farben in dem Druckbild erzeugen, wenn in einem Pixel die durch die Druckdüsen 6 der verschiedenen Druckköpfe 5 aufgedruckten Farben jeweils entsprechend einem vorgegebenen Mischungsverhältnis übereinander gedruckt werden. Die zusätzliche schwarze Tinte (B) dient der Darstellung eines kontrastreichen Schwarztons. Dieses Druckprinzip ist grundsätzlich aus zweidimensionalen Flachdruckanwendungen bekannt.
Bei der dreidimensionalen Druckanwendung ergibt sich aufgrund der Verstellbarkeit der Druckköpfe 5 in Verstellrichtung 7 das Problem, dass die Verstellung Toleranzen, bspw. aufgrund des Spiels in Führungen der Druckköpfe, aufweist, so dass die Druckbilder der Druckköpfe 5 relativ zueinander auf der Flasche 2 eine fehlerhafte Ausrichtung aufweisen können. Dies führt zu einem qualitativ schlechten Gesamtdruckbild.
Um eine solche fehlerhafte Ausrichtung der Druckbilder feststellen zu können, ist eine der Druckstation 1 zugeordnete Kamera 8 vorgesehen, die wie schematisch durch den punktieren Pfeil ”Transport” angedeutet an einer geeigneten Stelle im Transportweg der Flasche 2 bzw. des Körpers 2 angeordnet ist und das Druckbild der Druckköpfe 5 auf der Flasche 2 aufnimmt. Die Zuordnung der Kamera 8 zu der Druckstation 1 bedeutet, dass bekannt ist, welche Flasche 2 bzw. welcher Körper 2 aus welcher von ggf. mehreren Druckstationen einer Druckmaschine stammt. Grundsätzlich wäre es auch möglich, eine Kamera mit in eine Druckstation zu integrieren. Dies ist jedoch aus Platz- und Zeitgründen nachteilhaft. Daher wird bevorzugt vorgeschlagen, die Kamera 8 an einer geeigneten Stelle im Transportweg anzuordnen, an der das in der Druckstation 1 auf die Flasche 2 bzw. den Körper 2 aufgedruckte Bild einfach optisch erfasst werden kann.
Das erfasste optische Bild wird dann durch Bildverarbeitungsmittel auswertet, um eine Abweichung der Druckbilder von mindestens zwei Druckköpfen 5 zu ihrer nominalen Anordnung festzustellen.
Dies wird nachfolgend im Detail erläutert, wobei zunächst eine bevorzugte Anordnung der Druckdüsen 6 eines Druckkopfs 5 mit Bezug auf 2 erläutert wird, die eine Aufsicht auf einen Druckkopf 5 vom Zentrum der Aufnahme 3 der Druckstation 1 her entgegen der Druckrichtung zeigt.
Ein Druckkopf 5 weist linear im Abstand der gewünschten Druckauflösung, d. h. im Pixelabstand P angeordnete Druckdüsen 6 auf, wobei in 2 der Übersichtlichkeit halber nur einige der tatsächlich vorhandenen Druckdüsen 6 dargestellt sind. Bei einer Auflösung von 720 dpi finden sich etwa 28 Druckdüsen pro Millimeter, so dass der Pixelabstand P zwischen zwei Druckdüsen 6 also etwa 3/100 mm beträgt.
Aufgrund der Verstellbarkeit der Druckköpfe entlang der Verstellrichtung 7 können grundsätzlich die in den 3a bis 3d dargestellten Fehler in der Ausrichtung von Druckbildern 9 auftreten. In den 3a bis 3d sind jeweils die Druckbilder 9 von zwei Druckköpfen 5 übereinander gedruckt, die bei korrekter Ausrichtung der Druckbilder aller Druckköpfe 5 ein qualitativ hochwertiges Bild ergeben.
In 3a sind jeweils in Richtung der linearen Anordnung der Druckdüsen 6 in dem Druckkopf 5 gedruckte gerade Striche 10, 11 auf dem Druckbild dargestellt, wobei Strich 10 das Druckbild eines ersten Druckkopfs 5 ist, der nachfolgend als Referenzdruckkopf bezeichnet wird, auf den die anderen Druckköpfe 5 (respektive deren Striche 11) ausgerichtet werden sollen.
Der Strich 10 ist an der Position A in Umfangsbewegungsrichtung des Druckbildes 8 auf die Flasche 2 aufgedruckt. Strich 10 des anderen Druckkopfes 5 findet sich in dem Druckbild 9 an der Position B, obwohl die Ansteuerung der Druckköpfe 5 nominal davon ausgeht, dass die Positionen A und B übereinstimmen (bzw. einen definierten Versatz aufweisen, was hier jedoch nicht dargestellt ist). Hier liegt also ein Fehler ΔA der Ausrichtung der Druckbilder 9 des Referenzdruckkopfs und des anderen Druckkopfes in Umfangsbewegungsrichtung vor.
3b zeigt ein entsprechendes Druckbild 9 mit einem ersten Strich 10 des Referenzdruckkopfes, dessen in der Zeichnung oberes Ende an der Position C liegt. Der Strich 11 des anderen Druckkopfes 5 liegt in Richtung der linearen Anordnung der Druckdüsen 6, d. h. in 3b in der Höhenrichtung versetzt an der Position D. Hier liegt also ein Höhenversatz Δh der beiden Druckköpfe 5 vor.
Aufgrund einer Kalibrierung der Kamera 8, welche die Durckbilder 9 aufgenommen hat, können der Höhenversatz Δh und der Fehler ΔA in der Ausrichtung in Umfangsbewegungsrichtung quantitativ bestimmt werden, entweder in metrischen Einheiten oder ggf. auch Pixelabständen.
In dem in 3c dargestellten Druckbild 9 ist der Strich 11 des anderen Druckkopfes relativ zu dem Strich 10 des Referenzdruckkopfes um den Winkel α verdreht. Ein derartiges Druckbild 9 ergibt sich, wenn zwei Druckköpfe 5 relativ zueinander um eine in Druckrichtung einer Druckdüse 6 verlaufende Achse verdreht sind. Der Winkel α kann auch aus dem Druckbild quantitativ ermittelt werden.
3d zeigt schließlich im Druckbild 9 einen Strich 10 des Referenzdruckkopfes und einen dazu verkürzten Strich 11 des anderen Druckkopfes, der jedoch nominal dieselbe Größe aufweisen sollte. Die entsprechende Längenänderung ΔL kann in dem Druckbild auch quantitativ ermittelt werden. Ein solches Druckbild 9 entsteht, wenn ein Druckkopf 5 bezogen auf den Referenzdruckkopf um eine senkrecht auf einer durch die Richtung der linearen Anordnung der Druckdüsen 6 in dem Druckkopf 5 und die Druckrichtung definierten Ebene stehende Achse verkippt ist. Im Ergebnis ist der Strich 11 des anderen (verkippten) Druckkopfes 5 relativ zu dem Strich 10 des Referenzdruckkopfs um die Längenänderung ΔL verkürzt.
In den den Druckbildern 9 gemäß 3a bis 3d entsprechenden 4a bis 4d sind die entsprechenden Montagefehler der Druckköpfe 5 relativ zu einem mit dem Begriff ”Referenz” gekennzeichneten Referenzdruckkopf dargestellt.
4a zeigt gesehen von einem auf dem in der Aufnahme 3 rotierten dreidimensionalen Körper einen Versatz ΔA der Druckköpfe 5, die entsprechend der nominalen Steuerung einen Versatz von ΔA = 0 aufweisen sollten. Dieser Versatz ΔA entspricht also dem Unterschied in der Ansteuerung der verschiedenen Druckköpfe 5, der gerade den Fehler ΔA gemäß 3 erzeugt. Der Versatz ist bspw. ein Winkelversatz der Druckköpfe aufgrund der bestehenden Toleranzen. Bei einem solchen in Umfangsrichtung vorliegenden Montagefehler wird also der absolute Abstand ΔA zwischen zwei von zwei verschiedenen Druckköpfen 5 produzierten Strichen bzw. Linien 10, 11 (vgl. 3a) mittels einer Kamera erfasst. Dieser Wert wird mit dem Nominalwert verglichen, mit dem die beiden Striche 10, 11 gedruckt wurden. Die sich ergebende Differenz ΔA ergibt den Korrekturwert, mit der Beginn des Drucks des zweiten Strichs verzögert oder vorgezogen erfolgen muss, um in einem Bild die beiden Druckpunkte aufeinander zu drucken. Die entsprechende Korrektur der Ansteuerung entspricht also gerade dem Versatz ΔA. Das Kamerabild kann mit der entsprechenden Auswertung also benutzt werden, um das System nach Einstellung auf einen Druckdurchmesser automatisch zu kalibrieren.
In 4b ist ein Höhenversatz Δh eines Druckkopfs 5, welcher den Strich 11 des anderen Druckkopfs in 3b erzeugt hat, relativ zu dem Referenzdruckkopf dargestellt. Bei einer Verschiebung der Druckköpfe 5 in Richtung in der linearen Anordnung der Druckdüsen 6 kann aus der 3b der Höhenversatz Δh ermittelt werden. Dieser Höhenversatz kann dadurch ausgeglichen werden, dass in dem anderen Druckkopf 5 bei dem Druck des Bildes jeweils Druckdüsen 6 des Druckkopfes 5 relativ zu dem Referenzdruckkopf 5 angesteuert werden, die in ihrem Abstand in der linearen Anordnung gerade dem Höhenversatz Δh entsprechen bzw. diesem am nächsten kommen. Hierbei kann vorgesehen sein, dass diese Korrektur nur vorgenommen wird, wenn die Differenz zwischen dem gemessenen Abstand bzw. Höhenversatz Δh und dem nächstkommenden Vielfachen eines Pixelabstands einen Überlappungsgrenzwert nicht unterstreitet, der vorzugsweise zwischen 70 bis 90% einer Pixelgröße liegt, um einen zu starken Versatz der Pixelbilder zu vermeiden.
Dies wird nachfolgend noch einmal an einem Beispiel erläutert. Da es sich bei diesem Höhenversatz Δh um einen Toleranzausgleich handelt, kann angenommen werden, dass eine Toleranz von wenigen 1/10 mm eingehalten werden kann. 1/10 mm entspricht bei einer Druckauflösung von 720 dpi 2,8 Druckpunkten. Der Höhenversatz Δh wird der Bildauswertung entnommen. Das Druckbild wird dementsprechend je nach Richtung der ermittelten Abweichung um die ermittelte Anzahl der Druckpunkte verschoben, die eine Übereinstimmung des Drucks des anderen Druckkopfs 5 mit dem Referenzdruckkopf 5 erlaubt. Die Verschiebung kann automatisch elektronisch dadurch erfolgen, dass bei einer Abweichung von 5 Pixeln nach unten das Bild um diese 5 Pixel in der Ansteuerung der einzelnen Druckdüsen verschoben wird.
Dann drucken nicht mehr die Druckdüsen mit den Düsennummern 1 bis n, wie bei dem Referenzdruckkopf sondern, die Druckdüsen mit den Düsennummern 5 bis n + 5. Dies hat zur Konsequenz, dass das Druckbild 9 unter Umständen nicht die volle mögliche Breite aller durch die lineare Anordnung der Druckdüsen 6 in den Druckköpfen 5 gegebenen Abmessungen aufweist. Bei einem Toleranzausgleich in der Größenordnung von wenigen 1/10 mm ist dies jedoch tolerierbar, da der Vorteil einer automatischen Korrektur und eines automatischen Ausgleichs für bessere Bildqualität sowie die Zeiteinsparung die Arbeitserleichterungen für den Bediener überwiegen.
4c simuliert den Montagefehler bei einem gegenüber dem Referenzdruckkopf 5 verdrehten anderen Druckkopf 5. Bei dem Verdrehen bleibt die Länge der Striche 10, 11 auf dem Körper 2 erhalten, wie 3c zeigt. Strich 11 ist jedoch in Umfangsrichtung auf der Oberfläche des zu bedruckenden Körpers 2 um einen kleinen Winkel α geneigt. Dieser Winkel kann durch das Druckbild gemäß 3c erfasst und quantifiziert werden, so dass der einzustellende Wert dem Bediener angegeben werden kann. Die Ausrichtung muss in diesem Fall üblicher Weise jedoch mechanisch erfolgen, da eine automatische Korrektur der Druckpunkte nur möglich wäre, wenn eine zeitlich versetzte Ansteuerung einzelner Druckdüsen 6 der Druckköpfe 5 möglich wäre oder der Druckkopf automatisch gesteuert verdreht werden könnte. Dies ist bei üblichen Druckköpfen 5 jedoch nicht der Fall. Allerdings besteht nach wie vor der Vorteil, dass der korrekte Wert der notwendigen Feinjustierung nicht durch Versuche ermittelt, sondern direkt aus der Korrektur abgelesen werden kann.
4d zeigt schließlich einen gegenüber dem Referenzdruckkopf 5 verkippten anderen Druckkopf 5. Aufgrund der Verkippung ändert sich für die verschiedenen Druckdüsen 6 des verkippten Druckkopfes 5 der Abstand zu der Flasche 2, so dass der Strich 11 des anderen Druckkopfes 5 relativ zu dem Strich 10 des Referenzdruckkopfes 10 um eine Längenänderung ΔL verkürzt ist. Auch diese Verkürzung ΔL des Strichs 11 kann aus dem optischen Bild gemäß 3d ermittelt werden, wobei der Bediener aus dem Maß der Verkürzung ΔL und der Richtung der Verkürzung bezogen auf den Strich 10 des Referenzdruckkopfes eine Korrektur einfach vornehmen kann. Auch in diesem Fall ist eine automatische Korrektur mit einfachen, linear angeordneten Druckdüsen 6 in einem Druckkopf 5 üblicher Weise nicht ohne weiteres möglich.
5 zeigt ein einen Nonius 12 enthaltendes Druckbild 9, in dem der Referenzdruckkopf Striche 10 im Abstand einer vorgegebenen Längeneinheit LE an einer bzw. ausgehend von einer definierten Bildposition 13 des Druckbildes 9 gedruckt hat. Ein andere Druckkopf hat nominal an der Bildposition 13, real jedoch versetzt um den Fehler ΔA beginnend an der realen Bildposition 14 einen Nonius im Maßstab 1:10 bezogen auf die definierte Längeneinheit LE gedruckt. Dies bedeutet, dass der Abstand der Striche 11 des anderen Druckkopfes bzw. des Nonius 12 um 1/10 LE verkürzt ist bzw. nur 9/10 LE beträgt.
In dem Druckbild 9 ist einfach zu erkennen, dass die reale Bildposition 14 nicht mit der definierten bzw. nominalen Bildposition 13 übereinstimmt. Das Maß des Fehlers ΔA ist quantitativ aber schwer abzulesen. Bei der quantitativen Bestimmung hilft, auch ohne Kalibrierung der Kamera 8, der gedruckte Nonius 12, von dem in 5 nur ein für die Erklärung relevanter Teil dargestellt ist.
Es lässt sich auch mit einfachen Bildverarbeitungsmitteln einfach feststellen, dass die Striche des Nonius und des Referenzdruckkopfes an dem siebten Strich ausgehend von der definierten Bildposition 13 übereinstimmen. Dies bedeutet, dass der Fehler ΔA gerade 7/10 der Längeneinheit LE beträgt (7 Einheiten bei dem Maßstab 1/10). Somit kann – in Kenntnis der nominalen Längeneinheit LE, bspw. einem Pixelabstand oder einem Vielfachen eines Pixelabstands – der Fehler ΔA einfach aus dem Druckbild ermittelt werden.
Bezugszeichenliste

1: Druckstation
2: dreidimensionaler Körper, Flasche
3: Aufnahme
4: Rotationsrichtung
5: Druckkopf
6: Druckdüsen
7: Verstellrichtung
8: Kamera
9: Druckbilder bzw. optisches Bild mehrerer Druckbilder
10: Strich des Referenzdruckkopfes
11: Strich des anderen Druckkopfes
12: Nonius
13: definierte Bildposition
14: reale Bildposition
P: Pixelabstand
ΔA: Fehler in der Ausrichtung in Bewegungsrichtung
Δh: Höhenversatz in Richtung der linearen Anordnung der Druckdüsen
ΔL: Längenänderung
α: Winkel einer Verdrehung der Druckköpfe

Claims

Verfahren zum Feststellen von Fehlern (ΔA, Δh, ΔL, α) in der Ausrichtung von Druckbildern (9) mindestens zweier Druckköpfe (5) in einer Druckstation (1) zum Bedrucken eines dreidimensionalen Körpers (2), wobei die Druckköpfe (5) um den Körper (2) verteilt angeordnet und in der Druckrichtung senkrecht zur Oberflächentangente des Körpers (2) hin ausgerichtet sind, wobei der Druck auf dem Körper (2) durch mindestens zwei der Druckköpfe (5) zusammen mittels einer geeigneten Ansteuerung der Druckköpfe (5) während einer Bewegung des Körpers (2) relativ zu den Druckköpfen (5) erfolgt und wobei der Abstand der Druckköpfe (5) zu dem Körper (2) verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Druckköpfe (5) ein jeweils einem Druckkopf (5) zuordenbares Druckbild (9) erzeugen, dass die Druckbilder (9) der beiden Druckköpfe in einem optischen Bild erfasst werden und dass das erfasste optische Bild durch Bildverarbeitungsmittel ausgewertet wird, um eine Abweichung der Druckbilder (9) der mindestens zwei Druckköpfe (2) zu ihrer nominalen Anordnung festzustellen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Druckbild (9) mindestens eines Druckkopfs mindestens einen Strich (10, 11) enthält, wobei aus dem Strich (10, 11) oder den Strichen (10, 11) ein Maßstab für das Bild ableitbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand von zwei durch verschiedene Druckköpfe (5) in einem nominalen Abstand gedruckten Linien (10, 11) aus dem optischen Bild ermittelt und mit dem nominalen Abstand verglichen wird, wobei die Abweichung der Druckbilder (9) durch Differenz zwischen dem nominalen Abstand und der ermittelten Abstand gegeben ist, welche als Korrekturwert verwendbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbild (9) mindestens eines der Druckköpfe (5) einen Nonius (12) enthält, – wobei das Druckbild (5) eines ersten Druckkopfs (5) eine bestimmte Anzahl von Strichen (10) im Abstand vorgegebener Längeneinheiten (LE) an einer definierten Bildposition (13) zeigt und das den Nonius (12) enthaltende Druckbild (9) des anderen Druckkopfs (5) an derselben nominalen Bildposition (13) in Längsrichtung der Striche (10) des ersten Druckkopfes versetzt dieselbe Anzahl von Strichen (11) im Abstand der um den Maßstab des Nonius (12) verkürzten Längeneinheiten (LE) zeigt und – wobei ausgehend von der definierten Bildposition (13) die Striche der vorgegebenen Längeneinheit (LE) gezählt werden, bis ein Strich (10) der vorgegebenen Längeneinheit (LE) mit einem Strich (11) des Nonius (12) übereinstimmt, und daraus das Ausmaß der Verschiebung der Druckbilder (9) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand der Druckbilder (9) der Druckköpfe (5) in Umfangsbewegungsrichtung durch eine Veränderung der Ansteuerung eines der Druckköpfe (5) korrigiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand der Druckbilder (9) der Druckköpfe (5) in Richtung der linearen Anordnung der Druckdüsen (6) des Druckkopfes (5) durch eine dem Abstand der Druckbilder (9) entsprechende Verschiebung der in Richtung der linearen Anordnung angesteuerten Druckdüsen (6) korrigiert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass diejenige angesteuerte Druckdüse (6) ausgewählt wird, welche die größte Überlappung mit der entsprechenden Druckdüse (6) des anderen Druckkopfs aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verdrehung zweier Druckköpfe (5) relativ zueinander um eine in Druckrichtung einer Druckdüse (6) verlaufende Achse durch die Bestimmung eines Winkels zwischen einem Strich (10) des einen Druckkopfes und einem Strich (11) des anderen Druckkopfs festgestellt wird.
Verfahren nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verkippung eines Druckkopfes (5) um eine senkrecht auf einer durch die Richtung der linearen Anordnung der Druckdüsen (6) in dem Druckkopf (5) und die Druckrichtung definierten Ebene stehende Achse durch eine Messung der Strichlänge eines Strichs (11) und/oder die Position des Strichs (11) relativ zu dem Strich (10) eines nicht verkippten Druckkopfes (5) und/oder einem auf dem Körper (2) vorgesehenen Druckbereich bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Referenzdruckkopf, welcher die korrekte Ausrichtung des Druckbilds (9) auf dem bedruckten Körper (2) definiert, ermittelt wird, indem jeder Druckkopf (5) mit allen Druckdüsen (6) auf dem Körper (2) beabstandet einen Strich (10, 11) druckt und die gedruckten Striche (10, 11) auf dem Körper (2) in einem optischen Bild ausgewertet werden, wobei die Strichlänge, die Position des Strichs (10, 11) auf dem Körper (2) und/oder die Ausrichtung des Strichs (10, 11) auf dem Körper (2) überprüft werden.
Druckstation zum Bedrucken eines dreidimensionalen Körpers mit mehreren, jeweils Druckdüsen (6) aufweisenden Druckköpfen (5), wobei die Druckköpfe (5) um den Körper (2) verteilt angeordnet sind, wobei der Abstand der Druckköpfe (5) zum Körper (2) einstellbar ist und wobei die Druckdüsen (6) in ihrer Druckrichtung zum Zentrum des Körpers (2) hin ausgerichtet sind, und mit einer Aufnahme (3) für den Körper (2) im Zentrum der Druckstation (1), welche relativ zu den Druckköpfen (5) bewegbar ist, und mit einer die Ansteuerung der Druckköpfe (5) bildenden Steuereinrichtung mit Recheneinheit, welche dazu eingerichtet ist, den Druck auf dem Körper (2) durch mindestens zwei der Druckköpfe (5) zusammen mittels einer geeigneten Ansteuerung der Druckköpfe (5) während einer Bewegung des Körpers (2) relativ zu den Druckköpfen (5) zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckstation (1) eine Aufnahmeeinrichtung (8) mit optischen Bildverarbeitungsmitteln zugeordnet ist und dass die Recheneinheit der Druckstation (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 eingerichtet ist.