DE102014221103A1

DE102014221103A1 - Verfahren zum Erzeugen eines Aufdrucks auf einem Objekt mit einer gekrümmten Oberfläche

Info

Publication number: DE102014221103A1
Application number: DE102014221103.4A
Authority: DE
Inventors: Matthias Nöll
Original assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Current assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Priority date: 2013-11-19
Filing date: 2014-10-17
Publication date: 2014-12-18
Also published as: US20150138275A1

Abstract

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Erzeugen eines Aufdrucks auf einem Objekt mit einer gekrümmten Oberfläche, wobei eine Tintenstrahl-Druckeinheit (3) und ein Manipulator (2), bevorzugt ein Roboterarm, eingesetzt werden, mit den Schritten: Bereitstellen der Druckeinheit (3) mit wenigstens einer Düsenreihe (4), wobei die Düsenreihe (4) eine Menge von n einander benachbarter Düsen D1 bis Dn (5) zum Ausstoßen von Tintentopfen (6, 6‘‘) aufweist; Bereitstellen des Manipulators (2) zum Führen der Druckeinheit (3), wobei die Druckeinheit (3) an dem Manipulator (2) angeordnet ist; und Führen der Druckeinheit (3) entlang der Oberfläche (10) und dabei Drucken einer ersten Bahn (B1) und einer zweiten Bahn (B2), wobei sich die zweite Bahn (B2) an Anschluss-Positionen (12) lateral an die erste Bahn (B1) anschließt, zeichnet sich durch den weiteren Schritt aus: Ansteuern des Manipulators (2) zum Führen der Druckeinheit (3) entlang der zweiten Bahn (B2), derart, dass die Neigung der Düsenreihe (4) beim Drucken der zweiten Bahn (B2) an wenigstens einer Anschluss-Position (12) von der Neigung der Düsenreihe (4) beim Drucken der ersten Bahn (B1) verschieden ist, wobei an dieser Anschluss-Position (12) die erste Düse D1 einer Position (P) auf der Oberfläche (10) zugeordnet wird, der an dieser Anschluss-Position (12) auf der ersten Bahn (B1) eine der Düse Dn benachbarte, virtuelle Düse Dn+1 zugeordnet ist. Alternativ kann auch die Druckeinheit (3) stationär und das Objekt (9) bewegt sein.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Aufdrucks auf einem Objekt mit einer gekrümmten Oberfläche mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 oder 9.
Die Erfindung liegt in dem technischen Gebiet der Behandlung, insbesondere dem Bedrucken von bzw. dem Erzeugen von Aufdrucken auf dreidimensionalen Objektoberflächen.
Der bekannte Stand der Technik in diesem technischen Gebiet umfasst Folgendes:
Aus der Patentanmeldung DE 10 2012 006 371 A1 derselben Patentanmelderin ist es bereits bekannt, Kfz-Karosserieteile, d.h. 3D-Objekte mit Krümmungen, Knicken, Vorsprüngen, Vertiefungen etc. in deren Oberfläche zu bedrucken, d.h. mit beliebigen und bevorzugt mehrfarbigen Druckbildern zu versehen. Dazu wird ein Tintenstrahl-Druckkopf als Druckeinheit mittels eines Roboterarms in einem Druckabstand entlang der Oberfläche geführt. Genannte Schritte der Behandlung sind: Vorbereiten der (Druck-) Daten, Vorbereiten des Objekts für das Vermessen, Vermessen des Objekts, Überarbeiten der Daten, Vorbereiten des Objekts für das Bedrucken, Drucken und abschließendes Trocknen. Es hat sich in der Praxis gezeigt, dass es eine besondere Herausforderung darstellt, ein Druckbild auf einer 3D-Oberfläche aus mehreren benachbarten Druckbahnen so zu erstellen, dass keine störenden Übergänge zwischen den Druckbahnen erkennbar sind.
Die US 2001/0019340 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bedrucken von dreidimensionalen Objekten. Dabei wird eine gekrümmte Oberfläche des Objekts in mehreren Bahnen bedruckt und der minimale Abstand der Druckeinheit zum Objekt überwacht. Solche Düsen der Druckeinheit, die einen für einen zufriedenstellenden Druck zu großen Abstand zur Oberfläche aufweisen, werden während des Führens entlang der jeweiligen Bahn abgeschaltet. Ein Neigen der Druckeinheit ist daher nicht vorgesehen.
Auch aus der WO 2009/088864 A1 ist es bereits bekannt, die gekrümmte Oberfläche eines Objekts in mehreren Bahnen mit einer robotergeführten Druckeinheit zu bedrucken, wobei sich die Neigung der Druckeinheit entlang einer gekrümmten Bahn ändern kann. Es wird z.B. vorgeschlagen, ausgehend von einem Startpunkt einer Bahn und einem Distanzsignal zu bestimmen, ob an einer bestimmten Position ein Druckpunkt erzeugt werden soll. Ein Neigen der Druckeinheit um eine Achse parallel zur Vorwärtsbewegung beim Drucken benachbarter Bahnen ist jedoch nicht beschrieben.
Die Nutzung der im genannten Stand der Technik beschriebenen technischen Lösungen kann daher folgende Nachteile mit sich führen: Es ist nicht auszuschließen, dass ohne besondere Maßnahmen beim Drucken aneinander grenzender Bahnen mit unterschiedlich geneigter Druckeinheit störende Effekte auftreten, die den visuellen Eindruck des Druckergebnisses verschlechtern.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zu schaffen, welches es ermöglicht, beim Bedrucken von dreidimensionalen Objekten, d.h. Objekten mit gekrümmten Oberflächen (so genannte Freiformen) in mehreren Bahnen einen nahtlosen Bahnanschluss zu erreichen. Dies bedeutet, dass lateral aneinander angrenzende Druck-Bahnen ohne wahrnehmbare und daher störende (helle oder dunkle) Übergangsstreifen erzeugt werden und dass das zu druckende Bild störungsfrei von einer Bahn zu nächsten übergeht.
Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe stellt ein Verfahren mit den Merkmalen von Hauptanspruch 1 oder 9 dar.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Erzeugen eines Aufdrucks auf einem Objekt mit einer gekrümmten Oberfläche, z.B. auf einem Kfz-Karosserieteil oder einer -Tür, wobei eine Tintenstrahl-Druckeinheit und ein Manipulator, z.B. ein Roboterarm, eingesetzt werden, mit den Schritten: Bereitstellen der Druckeinheit mit wenigstens einer Düsenreihe, wobei die Düsenreihe eine Menge von n (n ist eine natürliche Zahl) einander benachbarter Düsen D₁ bis D_n zum Ausstoßen von Tintentopfen aufweist; Bereitstellen des Manipulators zum Führen der Druckeinheit, wobei die Druckeinheit an dem Manipulator, bevorzugt als Werkzeug, angeordnet ist; und Führen der Druckeinheit entlang der Oberfläche und dabei Drucken einer ersten Bahn und einer zweiten Bahn, wobei sich die zweite Bahn an Anschluss-Positionen lateral an die erste Bahn anschließt, zeichnet sich durch den weiteren Schritt aus: Ansteuern des Manipulators zum Führen der Druckeinheit entlang der zweiten Bahn, derart, dass die Neigung der Düsenreihe beim Drucken der zweiten Bahn an wenigstens einer Anschluss-Position von der Neigung der Düsenreihe beim Drucken der ersten Bahn verschieden ist, wobei an dieser Anschluss-Position die erste Düse D₁ einer Position auf der Oberfläche zugeordnet wird, der an dieser Anschluss-Position auf der ersten Bahn eine der Düse D_n benachbarte, virtuelle Düse D_n+1 zugeordnet ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es in vorteilhafter Weise, beim Bedrucken von dreidimensionalen Objekten, d.h. Objekten mit gekrümmten Oberflächen (so genannte Freiformen) in mehreren Bahnen einen nahtlosen Bahnanschluss zu erreichen. Lateral aneinander angrenzende Druck-Bahnen werden dabei ohne wahrnehmbare und daher störende (helle oder dunkle) Übergangsstreifen erzeugt und das zu druckende Bild geht wie gewünscht störungsfrei von einer Bahn zu nächsten über.
Die Druckeinheit kann eine oder mehrere Farben (CMYK) drucken. Die Düsen können auf der bekannten Piezo-Technologie beruhen. Die verdruckte Tinte kann eine wasserbasierte oder eine UV-härtende Tinte sein. Es kann zusätzlich eine robotergeführte UV-Trockeneinheit vorgesehen sein. Der Roboter ist bevorzugt ein Mehrachs-Gelenk-Roboter, der die Druckeinheit am so genannten Tool-Center-Point führt.
Das zu druckende Bild wird in der Vorstufe (Prepress) bevorzugt in Bahnen, also in Streifen, zerlegt. Die Bahnen entsprechen in ihrer jeweiligen (lateralen) Breite im Wesentlichen der effektiven Breite der Düsenreihe, also der Druckbreite. Sie erstrecken sich in Vorwärtsrichtung, wobei die Vorwärtsrichtung Krümmungen (lateral nach rechts und links sowie nach oben und unten) aufweisen kann. Die wenigstens zwei Bahnen überdecken den gesamten zu bedruckenden Bereich der Oberfläche. Die Bahnen können im Wesentlichen in dieselbe Richtung führen („Hin“-Bahnen) oder auch in entgegensetzte Richtungen („Hin“- und „Her“-Bahnen). Ein wahrnehmbarer Abstand zwischen benachbarten Bahnen soll bevorzugt vermieden werden (zu helle Linie). Ebenso ein wahrnehmbares Überlappen (zu dunkle Linie). Die randständigen und benachbarten Druckpunkte benachbarter Bahnen sollen so auf der Oberfläche zu liegen kommen, als wären sie bei Drucken einer der beiden Bahnen erzeugt worden.
Bei stark gekrümmten Oberflächen kann es erforderlich sein, das zu druckende Bild bzw. die zugehörigen Daten zumindest der zweiten Bahn und zumindest im Bereich des Kantenanschlusses zwischen den Bahnen einer berechneten Verzerrung zu unterziehen, um als störend wahrnehmbare Anschlussfehler des in Bahnen zerlegten Bildes zu vermeiden.
Zwischen den Bahnen existieren Anschluss-Positionen. Die Anschluss-Positionen werden von der Druckeinheit auf den beiden jeweiligen Bahnen zu unterschiedlichen Zeitpunkten erreicht bzw. angefahren. Eine bestimmte Anschlussposition P wird also auf der ersten Bahn zum Zeitpunkt T₁ erreicht und auf der zweiten Bahn zum späteren Zeitpunkt T₂. Außerdem wird die Anschlussposition einmal mit der der letzten Düsen nachgeordneten virtuellen Düse und einmal mit der ersten Düse erreicht. Sofern die Druckeinheit zwischendurch eine Drehung erfahren hat, kann die erste Düse auf der zweiten Bahn diejenige Düse sein, die auf der ersten Bahn die letzte Düse war.
Die virtuelle Düse ist keine tatsächlich vorhandene Düse, sondern eine nur gedachte und für die Berechnungen dienende Hilfsdüse. Sie sitzt an einer definierten Stelle der Düsenreihe, nämlich im durchschnittlichen Düsenabstand w zur letzten realen Düse D_n und dieser nachgeordnet. Daher wird sie hier als Düse D_n+1 bezeichnet. Denkbar ist auch, die letzte Düse D_n nicht zum Drucken zu nutzen und diese bzw. ihre Position als die virtuelle Düse in die Berechnungen einzubeziehen. Bevorzugt werden jedoch alle vorhandenen realen Düsen auch zum Drucken eingesetzt.
Bei der Berechnung wird nun angenommen, diese virtuelle Düse würde virtuelle Tintentropfen auf der Oberfläche platzieren. Die virtuellen Positionen dieser virtuellen Tropfen auf der Oberfläche werden berechnet und gespeichert. Bei der Berechnung der zweiten Bahn, also der Berechnung der Steuerdaten für den Manipulator zum Führen der Druckeinheit auf der zweiten Bahn, werden diese virtuellen Positionen herangezogen und die realen Positionen der realen Tropfen der ersten Düse (und dadurch die Positionierung der gesamten Düsenreihe und auch der Druckeinheit) auf die virtuellen Positionen gelegt. Dieses Vorgehen schließt auch den Fall ein, dass die realen Positionen auf ein Polynom oder einen Polynomzug bzw. die zugehörige Raumkurve gelegt werden, das bzw. der die virtuellen Positionen verbindet oder annähert.
Ein alternatives erfindungsgemäßes Verfahren zum Erzeugen eines Aufdrucks auf einem Objekt mit einer gekrümmten Oberfläche, wobei eine Tintenstrahl-Druckeinheit und ein Manipulator eingesetzt werden, mit den Schritten: Bereitstellen der Druckeinheit mit wenigstens einer Düsenreihe, wobei die Düsenreihe eine Menge von n einander benachbarter Düsen D₁ bis D_n zum Ausstoßen von Tintentopfen aufweist; Bereitstellen des Manipulators zum Führen des Objekts, wobei das Objekt an dem Manipulator angeordnet ist; und Führen des Objekts entlang der Druckeinheit und dabei Drucken einer ersten Bahn und einer zweiten Bahn, wobei sich die zweite Bahn an Anschluss-Positionen lateral an die erste Bahn anschließt, zeichnet sich durch den weiteren Schritt aus: Ansteuern des Manipulators zum Führen des Objekts entlang der zweiten Bahn, derart, dass die Neigung des Objekts beim Drucken der zweiten Bahn an wenigstens einer Anschluss-Position von der Neigung des Objekts beim Drucken der ersten Bahn verschieden ist, wobei an dieser Anschluss-Position die erste Düse D₁ einer Position auf der Oberfläche zugeordnet wird, der an dieser Anschluss-Position auf der ersten Bahn eine der Düse D_n benachbarte, virtuelle Düse D_n+1 zugeordnet ist.
Das alternative Verfahren bildet gewissermaßen die Umkehrung des zuerst genannten Verfahrens, da hier nicht die Druckeinheit, sondern das Objekt mittels des Manipulators bewegt wird. Ansonsten ist die Verfahrensdurchführung, insbesondere was die Berechnung der Bahnen angeht, jedoch äquivalent. Es kommt, wie der Fachmann erkennt, nur darauf an, dass eine Relativbewegung zwischen der Druckeinheit und dem Objekt erzeugt wird.
Vorteilhafte und daher bevorzugte Weiterbildungen dieser beiden alternativen Erfindungen ergeben sich aus den zugehörigen Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen.
Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann sich dadurch auszeichnen, dass benachbarte Düsen D_i und D_i+1 im Wesentlichen denselben Abstand w zueinander aufweisen und dass die virtuelle Düse D_n+1 in diesem Abstand w zur letzten Düse D_n vorgesehen wird.
Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann sich dadurch auszeichnen, dass die Druckeinheit in einem Arbeitsabstand entlang der Oberfläche geführt wird. Das Einhalten des Arbeitsabstands stellt sicher, dass eine gewünschte Druckqualität (Auflösung) erreicht wird und Kollisionen mit der Oberfläche vermieden werden.
Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann sich dadurch auszeichnen, dass die Neigungen der Düsenreihe beim Drucken der ersten Bahn und die Neigungen der Düsenreihe beim Drucken der zweiten Bahn an der Mehrzahl oder an allen Anschluss-Positionen verschieden sind. Bei beliebig gekrümmten Oberflächen kann dieser Fall sehr wohl eintreten. Andererseits kann die Oberfläche auch ebene Abschnitte aufweisen, so dass sich die Neigung an bestimmten Anschluss-Positionen nicht ändert.
Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann sich dadurch auszeichnen, dass die Neigung der Düsenreihe beim Drucken der ersten Bahn und die Neigung der Düsenreihe beim Drucken der zweiten Bahn an wenigstens einer Anschluss-Position um eine zur Vorwärtsrichtung parallele Achse voneinander verschieden sind. Dieser Fall tritt dann auf, wenn das Objekt quer zur Vorwärtsbewegung der Druckeinheit eine Krümmung aufweist, z.B. wenn ein rohrförmiges Objekt in Richtung der Längsachse bahnweise bedruckt wird.
Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann sich dadurch auszeichnen, dass die Neigung der Düsenreihe beim Drucken der ersten Bahn und die Neigung der Düsenreihe beim Drucken der zweiten Bahn an wenigstens einer Anschluss-Position um eine zur Düsenreihe parallele Achse voneinander verschieden sind. Dieser Fall tritt dann auf, wenn das Objekt in Richtung der Vorwärtsbewegung der Druckeinheit bei beiden Bahnen unterschiedliche Krümmungen aufweist. Die beiden letztgenannten Fälle können auch in Kombination miteinander auftreten, z.B. wenn kugelförmige Objekte bahnweise bedruckt werden. Alle drei Fälle gelten für konvex und für konkave Krümmungen sowie für beliebig zusammen gesetzte Krümmungsverläufe in den verschiedenen Raumrichtungen.
Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann sich dadurch auszeichnen, dass die zweite Bahn berechnet wird, indem zunächst eine a-priori-Bahn der zweiten Bahn berechnet, die lateral benachbart zur ersten Bahn liegt, jedoch bei der Berechnung die Positionen virtueller Tropfen der virtuellen Düse nicht berücksichtigt. Hierzu kann das in der Patentanmeldung DE 10 2013 014 444.2 derselben Patentanmelderin beschriebene Verfahren angewendet werden.
Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann sich dadurch auszeichnen, dass die zweite Bahn berechnet wird, indem ausgehend von der a-priori-Bahn der zweiten Bahn eine a-posteriori-Bahn der zweiten Bahn berechnet, die ebenfalls lateral benachbart zur ersten Bahn liegt, jedoch bei der Berechnung die Positionen virtueller Tropfen der virtuellen Düse berücksichtigt. Die Verfahrensdurchführung und auch die zugehörige Berechnung erfolgt in diesem Fall in zwei Schritten: Berechnung der zweiten Bahn gemäß DE 10 2013 014 444.2 als a-priori-Bahn und davon ausgehend und daher korrigierende oder genauere Berechnung der zweiten Bahn als a-posteriori-Bahn gemäß des kennzeichnenden Merkmals von Anspruch 1. Alternativ können auch alle Bahnen des zu bedruckenden Bereichs zunächst als a-priori-Bahnen gemäß DE 10 2013 014 444.2 berechnet werden und anschließend alle diese Bahnen im Zuge der Berechnung der a-posteriori-Bahnen präzisiert werden. Der Übergang von einer a-priori-Bahn zu einer a-posteriori-Bahn entspricht bevorzugt dem lokalen Verschieben der a-priori-Bahn in der Größenordnung des Düsenabstandes w um den gewünschten nahtlosen Bahnanschluss zu erreichen.
Eine bevorzugte Weiterbildung insbesondere des alternativen erfindungsgemäßen Verfahrens kann sich dadurch auszeichnen, dass das Objekt im Wesentlichen kugelförmig ist und von dem Manipulator um wenigstens zwei Achsen gedreht werden kann. Das Verfahren bietet sich z.B. zum Bedrucken von Bällen an.
Die Erfindung als solche sowie konstruktiv und/oder funktionell vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen anhand wenigstens eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In den Zeichnungen sind einander entsprechende Elemente mit jeweils denselben Bezugszeichen versehen.
Die Zeichnungen zeigen:
1 Eine schematische Perspektivansicht einer Vorrichtung bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel; und
2 eine schematische Schnittansicht an der in 1 gezeigten Anschluss- Position.
1 zeigt schematische Perspektivansicht einer Vorrichtung 1 bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Vorrichtung umfasst einen Manipulator 2 und eine am Manipulator angeordnete Druckeinheit 3 (gezeigt beim Drucken einer ersten Bahn B1). Der Manipulator kann als ein Roboterarm mit vorzugsweise sechs Freiheitsgraden vorgesehen sein (z.B. Knickarm-Roboter, Linearroboter, Parallelkinematik-Roboter). Die Druckeinheit ist eine Tintenstrahl-Druckeinheit. Der Roboterarm erlaubt es, die Druckeinheit entlang eines Objekts 9, insbesondere entlang dessen Oberfläche 10 zu führen. Dabei wird ein Arbeitsabstand eingehalten, d.h. die Druckeinheit bewegt sich innerhalb eines minimalen und maximalen Druckabstandes zur Oberfläche. Das Objekt, im gezeigten Beispiel eine Tür eines Fahrzeuges, weißt eine gekrümmte Oberfläche auf. Da es von Vorteil ist, eine Düsenreihe 4 der Druckeinheit im Wesentlichen tangential zur Oberfläche und möglichst mit Minimalabstand zur Oberfläche zu führen, kann, je nach lokalem Krümmungsradius, eine Neigungsanpassung der Düsenreihe erforderlich sein.
Eine Neigungsanpassung kann auch wegen der endlichen Anzahl der Düsen 5 in der Düsenreihe erforderlich sein, d.h. es können nicht beliebig breite Bahnen B1 und B2 gedruckt werden. Die Neigung der Düsenreihe kann durch Drehen um eine (virtuelle) Achse 15 entlang der Düsenöffnungen und/oder um eine dazu senkrechte (virtuelle) Achse 16 erfolgen, welche bevorzugt parallel zur Vorwärtsbewegung/-richtung verläuft. Eine neigungsangepasste/gedrehte Druckeinheit 3‘ beim Drucken der zweiten Bahn B2 ist in 1 ebenfalls dargestellt.
Die Druckeinheit 3 weist wenigstens eine Düsenreihe 4 mit Düsen 5 zum Ausstoßen von Tintentropfen 6 auf. Die Tintentropfen werden entsprechend den zur Verfügung gestellten Bilddaten 8 des zu druckenden Bildes ausgestoßen und dadurch der Aufdruck auf der Oberfläche 10 oder einem Druckbereich 10‘ erzeugt. In 1 ist erkennbar, dass das Bedrucken in mehreren benachbarten Bahnen B1 und B2 erfolgt, welche in lateraler Richtung Y, d.h. senkrecht zur Vorwärtsrichtung X, aneinander anschließen. Der Übergang von einer Bahn zur nächsten soll dabei für das menschliche Auge bei üblichem Betrachterabstand nicht erkennbar sein. In der Figur ist die Lage 11 der Düsenreihe 4 beim Drucken der ersten Bahn B1 und die Lage 11‘ der Düsenreihe 4 beim Drucken der zweiten Bahn B2 an einer ausgewählten, ansonsten aber beliebigen Anschluss-Position 12 gezeigt.
In 1 ist zudem eine Vorrichtung 7 zur Ansteuerung gezeigt, die den Manipulator 2 mit Steuerdaten zum Führen der Druckeinheit 3 versorgt. Außerdem wird die Druckeinheit passend zur jeweiligen Position und Orientierung im Raum mit den dort benötigten Druckdaten 8 versorgt.
2 zeigt eine schematische Schnittansicht an der in 1 gezeigten Anschluss-Position 12. Im linken Teil der Figur ist die Druckeinheit 3 beim Drucken der ersten Bahn B1 dargestellt, im rechten beim Drucken der zweiten Bahn B2 zu einem späteren Zeitpunkt. Erkennbar sind die (realen) Düsen D₁, D₂, D₃, ... D_n-1 und D_n der Druckeinheit 3 und die zugehörigen Flugrichtungen 13 der ausgestoßenen Tintentropfen 6. Die Tintentropfen gelangen auf die vorgesehenen Positionen 14 der Oberfläche und bilden dort gemeinsam das Druckbild als Vollton- oder Rasterfläche.
Kern der Erfindung ist die Annahme bei der Berechnung der Bahndaten für die zweite Bahn B2, es gäbe eine weitere Düse D_n+1. Diese Düse ist allerdings nicht tatsächlich in der Düsenreihe 4 vorhanden und daher eine so genannte virtuelle Düse. Die virtuelle Düse D_n+1 besitzt zur letzten Düse D_n denselben Abstand w, wie die realen Düsen untereinander. Bei der Berechnung der zweiten Bahn wird angenommen, diese virtuelle Düse hätte beim Drucken der ersten Bahn einen virtuellen Tintentropfen 6‘ an einer Position P deponiert, d.h. die Auftreffposition des virtuellen Tropfens aus der virtuellen Düse auf der Oberfläche 10 wird berechnet. Die Berechnung kann erfolgen, da die Raumposition des Manipulators 2, bzw. dessen so genannter Tool Center Point und damit der Druckeinheit 3 als Werkzeug am Roboterarm und die Neigung der Druckeinheit bekannt sind. Zudem ist die Ausstoßrichtung der Tropfen 6 bekannt oder kann z.B. als gerade angenähert werden. Auch die Tropfengeschwindigkeit ist bekannt. Da schließlich gemessen wurde, wo sich das Objekt 9 befindet bzw. wo im Raum dessen Oberfläche liegt, kann der jeweilige Auftreffpunkt mit genügender Genauigkeit berechnet werden.
Da dieser virtuelle Tropfen 6‘ aber tatsächlich nicht deponiert wurde, wird er nun erst beim Drucken der zweiten Bahn B2 deponiert. Die erste Düse D₁ druckt daher einen realen Tintentropfen 6‘‘ (im Rahmen der Genauigkeit der Bewegung des Manipulators 2 und der Druckgenauigkeit der Druckeinheit 3) genau an die Position P des virtuellen Tropfens 6‘. Dies erfordert, dass die Berechnung der zweiten Bahn derart erfolgt, dass die Düsenreihe 4 mit der ersten Düse (im Rahmen der Steuer- und Bewegungsgenauigkeit) exakt über der Abfolge der virtuellen Druckpunkte der virtuellen Düse D_n+1 verläuft. Auf diese Weise kann ein nahtloser und daher nicht wahrnehmbarer Bahnanschluss auch bei neigungsangepasster Führung der Druckeinheit erreicht werden. Wie die Berechnung der Bahnen B1 und B2 im Allgemeinen erfolgen kann, ergibt sich z.B. aus der Patentanmeldung DE 10 2013 014 444.2 derselben Patentanmelderin. Dabei werden die Bahnen als Polynome oder Polynomzüge (so genannte Splines) berechnet. Eine solche Berechnung wird auch im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bevorzugt.
2 zeigt, dass die Druckeinheit 3 im rechten Teil der Figur eine Neigung erfahren hat. Die Neigung erfolgte um eine zur Vorwärtsrichtung parallele Ache 16 um einen Winkel α. Aufgrund dieser Neigungsanpassung kann die Druckeinheit so ausgerichtet werden, dass die Tintentropfen 6 in etwa senkrecht zur Oberfläche 10 ausgestoßen werden. Alternativ ist auch eine Neigungsanpassung um eine zur Düsenreihe parallele Achse 15 möglich. Letztere Neigungsanpassung ist in der Patentanmeldung DE 10 2013 009 463.1 derselben Patentanmelderin beschrieben und dient insbesondere auch der Druckgeschwindigkeits-Kompensation. Eine solche Kompensation wird auch im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bevorzugt. Es ist auch möglich Neigungsanpassungen um verschiedene Achsen 15 und 16 zugleich vorzunehmen.
Die Bahnplanung in der Vorrichtung 7 zum Steuern oder in einem dieser zugeordneten Rechner für die zweite Bahn B2 erfolgt somit in Kenntnis und unter Verwendung von Bahnplanungsdaten für die erste Bahn B1, d.h. in Abhängigkeit der ersten Bahn. Die korrekte zweite Bahn kann somit erst geplant, d.h. von einem Rechner berechnet werden, wenn die Planung bzw. Berechnung für die erste Bahn abgeschlossen ist, da erst dann die Auftreffpunkte der realen und virtuellen Tintentropfen 6 und 6‘ (aus realen und virtueller Düse) als berechnete Positionen im Raum oder Positionen auf der Objekt-Oberfläche 10 vorliegen.
Die Berechnung der zweiten Bahn B2 bzw. des zugehörigen Polynoms oder Polynomzuges erfolgt bevorzugt derart, dass eine a-priori-Bahn B2‘ in einem ersten Schritt geplant wird, wobei die a-priori-Bahn benachbart zur berechneten ersten Bahn B1 zu liegen kommt aber noch nicht die Positionen P der virtuellen Tropfen 6‘ als Anknüpfungspunkte berücksichtigt. Die a-priori-Bahn der zweiten Bahn kann demnach wie in der Patentanmeldung DE 10 2013 014 444.2 beschrieben geplant werden. Davon ausgehend wird eine verbesserte, die Positionen der virtuellen Tropfen als Anknüpfungspunkte berücksichtigende a-posteriori-Bahn B2‘‘ der zweiten Bahn geplant bzw. berechnet.
Es ist für den Fachmann erkennbar, dass nach dem hier beschriebenen Verfahren auch weitere Bahnen geplant und konkret berechnet werden können, wobei immer eine nachfolgende Bahn ausgehend von der bereits geplanten und konkret berechneten vorhergehenden Bahn erzeugt wird. Es können auch mehrere Bahnen zunächst nach dem in der Patentanmeldung DE 10 2013 014 444.2 beschriebenen Verfahren als a-priori-Bahnen erzeugt werden und diese dann als a-posteriori-Bahnen feinangepasst werden, wobei die Lage virtueller Tropfen aus virtuellen Düsen wie zuvor beschrieben berücksichtig wird.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Manipulator
3: Druckeinheit
3‘: Geneigte Druckeinheit
4: Düsenreihe
5: Düsen
6: Tintentropfen
6‘: virtueller Tintentropfen
6‘‘: realer Tintentropfen
7: Vorrichtung zum Ansteuern
8: Bilddaten
9: Objekt
10: Oberfläche
10‘: Druckbereich
11: Lage der Düsenreihe bzgl. erster Bahn
11‘: Lage der Düsenreihe bzgl. zweiter Bahn
12: Anschlussposition
13: Flugrichtung
14: Positionen
15: Achse
16: Achse
B1: erste Bahn
B2: zweite Bahn
B2‘, B2‘‘: a-priori- und a-posteriori-Bahn der zweiten Bahn
D₁ bis D_n: reale Düsen
D_n+1: virtuelle Düse
P: Position
w: Abstand
X: Vorwärtsrichtung
Y: Laterale Richtung
Z: Abstandsrichtung
α: Neigungswinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012006371 A1 [0003]
US 20010019340 A1 [0004]
WO 2009088864 A1 [0005]
DE 102013014444 [0025, 0026, 0026, 0038, 0041, 0042]
DE 102013009463 [0039]

Claims

Verfahren zum Erzeugen eines Aufdrucks auf einem Objekt mit einer gekrümmten Oberfläche, wobei eine Tintenstrahl-Druckeinheit (3) und ein Manipulator (2) eingesetzt werden, mit den Schritten: Bereitstellen der Druckeinheit (3) mit wenigstens einer Düsenreihe (4), wobei die Düsenreihe (4) eine Menge von n einander benachbarter Düsen D₁ bis D_n (5) zum Ausstoßen von Tintentopfen (6, 6‘‘) aufweist; Bereitstellen des Manipulators (2) zum Führen der Druckeinheit (3), wobei die Druckeinheit (3) an dem Manipulator (2) angeordnet ist; und Führen der Druckeinheit (3) entlang der Oberfläche (10) und dabei Drucken einer ersten Bahn (B1) und einer zweiten Bahn (B2), wobei sich die zweite Bahn (B2) an Anschluss-Positionen (12) lateral an die erste Bahn (B1) anschließt, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt: Ansteuern des Manipulators (2) zum Führen der Druckeinheit (3) entlang der zweiten Bahn (B2), derart, dass die Neigung der Düsenreihe (4) beim Drucken der zweiten Bahn (B2) an wenigstens einer Anschluss-Position (12) von der Neigung der Düsenreihe (4) beim Drucken der ersten Bahn (B1) verschieden ist, wobei an dieser Anschluss-Position (12) die erste Düse D₁ einer Position (P) auf der Oberfläche (10) zugeordnet wird, der an dieser Anschluss-Position (12) auf der ersten Bahn (B1) eine der Düse D_n benachbarte, virtuelle Düse D_n+1 zugeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Düsen D_i und D_i+1 im Wesentlichen denselben Abstand w zueinander aufweisen und dass die virtuelle Düse D_n+1 in diesem Abstand w zur letzten Düse D_n vorgesehen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckeinheit (3) in einem Arbeitsabstand entlang der Oberfläche (10) geführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigungen der Düsenreihe (4) beim Drucken der ersten Bahn (B1) und die Neigungen der Düsenreihe (4) beim Drucken der zweiten Bahn (B2) an der Mehrzahl oder an allen Anschluss-Positionen (12) verschieden sind.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung der Düsenreihe (4) beim Drucken der ersten Bahn (B1) und die Neigung der Düsenreihe (4) beim Drucken der zweiten Bahn (B2) an wenigstens einer Anschluss-Position (12) um eine zur Vorwärtsrichtung (X) parallele Achse (16) voneinander verschieden sind.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung der Düsenreihe (4) beim Drucken der ersten Bahn (B1) und die Neigung der Düsenreihe (4) beim Drucken der zweiten Bahn (B2) an wenigstens einer Anschluss-Position (12) um eine zur Düsenreihe (4) parallele Achse (15) voneinander verschieden sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Bahn (B2) berechnet wird, indem zunächst eine a-priori-Bahn (B2‘) der zweiten Bahn (B2) berechnet wird, die lateral benachbart zur ersten Bahn (B1) liegt, jedoch bei der Berechnung die Positionen (P) virtueller Tropfen (6‘‘) der virtuellen Düse D_n+1 nicht berücksichtigt werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Bahn (B2) berechnet wird, indem ausgehend von der a-priori-Bahn (B2‘) der zweiten Bahn (B2) eine a-posteriori-Bahn (B2‘‘) der zweiten Bahn (B2) berechnet wird, die ebenfalls lateral benachbart zur ersten Bahn (B1) liegt, jedoch bei der Berechnung die Positionen (P) virtueller Tropfen (6‘‘) der virtuellen Düse D_n+1 berücksichtigt werden.
Verfahren zum Erzeugen eines Aufdrucks auf einem Objekt mit einer gekrümmten Oberfläche, wobei eine Tintenstrahl-Druckeinheit (3) und ein Manipulator (2) eingesetzt werden, mit den Schritten: Bereitstellen der Druckeinheit (3) mit wenigstens einer Düsenreihe (4), wobei die Düsenreihe (4) eine Menge von n einander benachbarter Düsen D₁ bis D_n (5) zum Ausstoßen von Tintentopfen (6, 6‘‘) aufweist; Bereitstellen des Manipulators (2) zum Führen des Objekts (9), wobei das Objekt (9) an dem Manipulator (2) angeordnet ist; und Führen des Objekts (9) entlang der Druckeinheit (3) und dabei Drucken einer ersten Bahn (B1) und einer zweiten Bahn (B2), wobei sich die zweite Bahn (B2) an Anschluss-Positionen (12) lateral an die erste Bahn (B1) anschließt, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt: Ansteuern des Manipulators (2) zum Führen des Objekts (9) entlang der zweiten Bahn (B2), derart, dass die Neigung des Objekts (9) beim Drucken der zweiten Bahn (B2) an wenigstens einer Anschluss-Position (12) von der Neigung des Objekts (9) beim Drucken der ersten Bahn (B1) verschieden ist, wobei an dieser Anschluss-Position (12) die erste Düse D₁ einer Position (P) auf der Oberfläche (10) zugeordnet wird, der an dieser Anschluss-Position (12) auf der ersten Bahn (B1) eine der Düse D_n benachbarte, virtuelle Düse D_n+1 zugeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt (9) im Wesentlichen kugelförmig ist und von dem Manipulator (2) um wenigstens zwei Achsen (15, 16) gedreht werden kann.