DE102015203798A1

DE102015203798A1 - Vorrichtung zum Bedrucken einer gekrümmten Oberfläche eines Objekts

Info

Publication number: DE102015203798A1
Application number: DE102015203798.3A
Authority: DE
Inventors: Markus Möhringer; Alexander Matern; Alexander Weber; Stefan Maier; Helge Grandt; Matthias Nöll; Tobias Müller; Bernhard Mechler; Martin Schnaiter
Original assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Current assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Priority date: 2014-03-27
Filing date: 2015-03-03
Publication date: 2015-10-01
Also published as: JP6498010B2; US20150273864A1; US9266354B2; CN104943404A; CN104943404B; JP2015188886A

Abstract

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bedrucken einer gekrümmten Oberfläche eines Objekts, z.B. eines Balls, zeichnet sich aus durch: eine stationäre Druckeinheit (4) zum Bedrucken des Objekts (2), wobei die Druckeinheit einen Tintenstrahl-Druckkopf (5) umfasst und der Druckkopf einen Aufdruck (6) auf der Oberfläche (3) des Objekts in einem Wirkbereich (7) des Druckkopfs erzeugt; eine Härteeinheit (8) zum Härten des Aufdrucks, wobei die Härteeinheit einen Strahler (9) umfasst und der Strahler den Aufdruck in einem Wirkbereich (10) des Strahlers härtet; eine bewegliche Halteeinheit (11) zum Aufnehmen des Objekts in einem Aufnahmebereich (12), zum Bewegen des Objekts von dem Aufnahmebereich in den Wirkbereich des Druckkopfs, zum Bewegen des Objekts im Wirkbereich des Druckkopfs während der Erzeugung des Aufdrucks und zum Bewegen des Objekts in den Wirkbereich der Härteeinheit; und wenigstens eine Steuereinheit (13) zum Steuern der Bewegungen der Halteeinheit, der Erzeugung des Aufdrucks und der Härtung des Aufdrucks.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
Die Erfindung liegt in dem technischen Gebiet des Tintenstrahl-Bedruckens von räumlich ausgedehnten, dreidimensionalen Objekten oder Körpern bzw. von deren Oberflächen.
Es ist bereits bekannt, solche Objekte in speziellen Vorrichtungen zu bedrucken, z.B. können Golfbälle individuell per Inkjet in besonders ausgestalteten Druckvorrichtungen bedruckt werden. Eine solche Vorrichtung ist in der JP 11320863 A offenbart. Golfbälle sind recht kleine Objekte und deren Handhabung ist daher wenig problematisch. Bei größeren Objekten, z.B. Fußbällen, wird die Handhabung schwieriger. Die Breite eines Druckkopfes reicht dann z.B. nicht mehr aus, um eine Hälfte des Balls in einem Durchgang zu bedrucken. Hinzu kommt, dass aufgrund der Größe und Krümmung des Balls Randdüsen des Druckkopfes einen zu großen Abstand zur Oberfläche des Balls aufweisen und daher unpräzise drucken. Der Ball muss daher unter dem Druckkopf bewegt, insbesondere rotiert werden und der Druckkopf entsprechend gesteuert werden. Für die Bewegung des Balls ist eine Haltevorrichtung erforderlich. Ähnliche Probleme treten bei anders geformten, großen Objekten auf, z.B. Taschen, Fahrzeugverkleidungen o.ä. Auch Kollisionen können auftreten und sind zu vermeiden. Aus der DE 10 2009 058 212 A1 ist es auch bereits bekannt, einen Roboter einzusetzen, um das Objekt zu bewegen.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung zu schaffen, welche es ermöglicht, 3D-Objekte an ihrer Oberfläche mit einem Aufdruck zu versehen.
Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe stellt eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Hauptanspruch 1 dar.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bedrucken einer gekrümmten Oberfläche eines Objekts, umfasst: eine stationäre Druckeinheit zum Bedrucken des Objekts, wobei die Druckeinheit einen Tintenstrahl-Druckkopf umfasst und der Druckkopf einen Aufdruck auf der Oberfläche des Objekts in einem Wirkbereich des Druckkopfs erzeugt; eine Härteeinheit zum Härten des Aufdrucks, wobei die Härteeinheit einen Strahler umfasst und der Strahler den Aufdruck in einem Wirkbereich des Strahlers härtet; eine bewegliche Halteeinheit zum Aufnehmen des Objekts in einem Aufnahmebereich, zum Bewegen des Objekts von dem Aufnahmebereich in den Wirkbereich des Druckkopfs, zum Bewegen des Objekts im Wirkbereich des Druckkopfs während der Erzeugung des Aufdrucks und zum Bewegen des Objekts in den Wirkbereich der Härteeinheit; und wenigstens eine Steuereinheit zum Steuern der Bewegungen der Halteeinheit, der Erzeugung des Aufdrucks und der Härtung des Aufdrucks.
Eine bevorzugt Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Halteeinheit mehrere Bewegungseinheiten umfasst, wobei jede Bewegungseinheit eine lineare oder eine rotative Bewegung erzeugt und wobei zum linearen oder rotativen Bewegen des Objekts von dem Aufnahmebereich in den Wirkbereich des Druckkopfs und von dort in den Wirkbereich eines weiteren Druckkopfs oder in den Wirkbereich des Strahlers nur eine Bewegungseinheit aktiv ist.
Eine bevorzugt Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Druckeinheit mehrere Druckköpfe umfasst, wobei die Druckköpfe im Wesentlichen auf einem horizontal orientierten Kreis und beabstandet zueinander derart angeordnet sind, dass Düsenreihen der Druckköpfe im Wesentlichen radial zum Kreis orientiert sind.
Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Härteeinheit im Wesentlichen auf dem horizontal orientierten Kreis und beabstandet zu den Druckköpfen angeordnet ist.
Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Druckeinheit mehrere Druckköpfe umfasst, wobei die Druckköpfe im Wesentlichen auf einer horizontal orientierten Geraden und beabstandet zueinander derart angeordnet sind, dass Düsenreihen der Druckköpfe im Wesentlichen senkrecht zur Geraden orientiert sind.
Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Härteeinheit im Wesentlichen auf der horizontal orientierten Geraden und beabstandet zu den Druckköpfen angeordnet ist.
Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Halteeinheit mehrere Bewegungseinheiten umfasst, wobei eine erste Bewegungseinheit im Wesentlichen auf einer Vertikalachse und im Westlichen senkrecht unterhalb des Mittelpunktes des Kreises angeordnet ist und eine lineare Bewegung des Objekts in der Vertikalen ermöglicht.
Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann sich dadurch auszeichnen, dass eine zweite Bewegungseinheit an der ersten Bewegungseinheit angeordnet und im Wesentlichen auf der Vertikalachse angeordnet ist und eine Drehbewegung des Objekts um die Vertikalachse ermöglicht.
Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann sich dadurch auszeichnen, dass eine dritte Bewegungseinheit an der zweiten Bewegungseinheit angeordnet ist und eine Drehbewegung des Objekts um eine Radialachse ermöglicht.
Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann sich dadurch auszeichnen, dass eine vierte Bewegungseinheit (41) an der zweiten Bewegungseinheit angeordnet ist und eine lineare Bewegung (44) des Objekts in radialer Richtung ermöglicht, und dass eine dritte Bewegungseinheit (22) an der vierten Bewegungseinheit angeordnet ist und eine Drehbewegung des Objekts um eine Radialachse (23) ermöglicht.
Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Halteeinheit einen Gelenkarm-Roboter umfasst, insbesondere mit 5 oder 6 Rotationsachsen.
Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Halteeinheit einen Sauggreifer umfasst.
Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Druckköpfe jeweils einen Verschluss umfassen, der im geschlossenen Zustand die Druckkopf-Düsen vor Strahlung des Strahlers schützt.
Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Druckköpfe jeweils in einer Ausrichteinheit aufgenommen sind, welche eine Ausrichtung des Druckkopfes linear in radialer und tangentialer Richtung sowie axial um eine zur Kreisebene senkrecht stehende Druckkopf-Achse ermöglicht.
Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann sich durch eine Projektions-Einheit auszeichnen, welche im Aufnahmebereich eine Markierung auf das Objekt projiziert.
Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann sich durch eine Messeinheit auszeichnen, welche zumindest einen Abschnitt der Oberfläche des Objekts berührungslos vermisst und die dabei gewonnenen Messdaten bereitstellt, insbesondere zur Abstandskorrektur zwischen Objekt und Druckkopf oder Strahler.
Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann sich durch eine Vorhärteeinheit auszeichnen, welche einen Strahler umfasst und den Aufdruck vorhärtet.
Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann sich durch einen Ausgabebereich auszeichnen, wobei die Halteeinheit das Objekt vom Wirkbereich der Härteeinheit zum Ausgabebereich bewegt und wobei die wenigstens eine Steuereinheit diese Bewegung steuert.
Die Zeichnungen zeigen:
1 eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2 eine Draufsicht derselben bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
3 eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung.
1 zeigt eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum individuellen Bedrucken einer in beliebigen Richtungen gekrümmten Oberfläche 3 eines dreidimensionalen, bewegten Objekts 2. Das Objekt kann z.B. ein Ball sein. 2 zeigt eine Draufsicht derselben bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. In den beiden Zeichnungen sind einander entsprechende Elemente mit jeweils denselben Bezugszeichen versehen.
Die Vorrichtung 1 umfasst eine Druckeinheit 4. Die Druckeinheit ist stationär im oberen Bereich der Vorrichtung angeordnet. Die Druckeinheit umfasst einen Tintenstrahl-Druckkopf 5. Der Druckkopf ist in einer Ausrichteinheit 26 der Druckeinheit aufgenommen. Die Ausrichteinheit ist in einer Öffnung einer horizontal angeordneten Platte 35 eines Gestells 34 der Vorrichtung 1 angeordnet. Die Platte weist mehrere Öffnungen auf, somit ist die Anordnung mehrerer Druckköpfe möglich. Die Öffnungen und die mehreren Druckköpfe liegen auf einem Kreis 14 um einen Mittelpunkt 18. Die Öffnungen können je nach Größe der Druckköpfe und Größe der zu bedruckenden Objekten in ihrer Position, Orientierung und Größe vorgesehen sein. Jeder Druckkopf druckt eine Farbe in Form von Tintentropfen mittels Düsen in Düsenreihen 15. Sofern ein mehrfarbiger Aufdruck 6 auf den Objekt 2 erzeugt werden soll, werden mehrere Druckköpfe vorgesehen, z.B. entsprechend dem bekannten CMYK-Druck. Es können jedoch noch mehr, z.B. bis zu 7 Druckköpfe, bei Einsatz von Sonderfarben, Deckweiß oder Lack vorgesehen sein. Die Druckköpfe stehen über eine nicht dargestellte Tintenversorgung mit einem oder mehreren Tintenvorratsbehältern 33 im unteren Bereich der Vorrichtung 1 in Verbindung. Der Tintenvorrat kann auch außerhalb der Vorrichtung vorgesehen sein.
Die Druckköpfe 5 können mittels ihrer jeweiligen Ausrichteinheit 26 bzw. Druckkopfaufnahme in drei Richtungen verstellt werden: linear in radialer und tangentialer Richtung 26a, 26b bezüglich des Kreises 14 sowie axial um eine zur Kreisebene senkrecht stehende Druckkopf-Achse 26c. Eine solche Ausrichtung ist zumeist nur bei der Aufstellung der Vorrichtung oder im Wartungsfall erforderlich. Während des Bedruckens bleiben die Druckköpfe fix in ihrer Position. Es ist auch möglich, die Druckköpfe in Richtung zur Mittelachse der Vorrichtung 1 zu neigen. Dies kann insbesondere bei langgestreckten Objekten 2 von Vorteil sein, um zu verhindern, dass diese beim Bedrucken mit den inaktiven Druckköpfen kollidieren.
Die Druckköpfe 5 können als Zwei-Farb-Köpfe ausgelegt sein, wobei jedoch nur eine Farbe gedruckt wird. Die Düsen für die zweite Farbe werden dabei als Reserve-Düsen verwendet, die im Falle eines Düsenausfalls für die erste Farbe zum Einsatz kommen.
An derselben Platte 35 ist in einer weiteren Öffnung eine Härteeinheit 8 umfassend einen Strahler 9 vorgesehen. Der Strahler ist bevorzugt ein UV-Strahler bei Einsatz von UV-Tinte, kann aber auch ein IR-Strahler sein. Der Strahler kann als ein LED-Strahler ausgeführt sein. Auch der Strahler ist auf dem Kreis 14 angeordnet. Die Druckköpfe 5 sind auf dem Kreis in einer Richtung aufeinander folgend angeordnet. Der Strahler ist den Druckköpfen in dieser Richtung nachfolgend angeordnet. Die Härteeinheit bzw. der Strahler verfügt über einen Wirkbereich 10. Zusätzlich zu der Härteeinheit kann auch eine Vorhärteeinheit 30 (so genanntes Pinning-Modul) mit einem Strahler 31 vorgesehen sein. Es können auch mehrere Pinning-Module vorgesehen sein: jeweils eines nach jedem Druckkopf 4.
Um die Druckköpfe 5 vor Strahlung der Härteeinheit 8 zu schützen, sind an den Druckköpfen jeweilige Verschlüsse 25 (so genannte Shutter) vorgesehen. Inaktive Köpfe sind bei aktiver Härteeinheit verschlossen, wodurch ein Aushärten von Tinte an oder gar in den Düsen vermieden werden kann. Jeder Verschluss kann zwei schwenkbar Blenden aufweisen.
Unterhalb der Platte 35, d.h. im mittleren Bereich der Vorrichtung 1, ist eine modulare Halteeinheit 11 am Gestell 34 angeordnet. Die Halteeinheit weist eine Vertikalachse 17 auf, die im Wesentlichen durch den Mittelpunkt 18 des Kreises 14 verläuft. Die Halteeinheit dient der Aufnahme und dem Transport und der Rotation des Objekts 2, d.h. sie hält das Objekt während des Druckens, wobei das Objekt bewegt wird. Das Objekt wird in einem Aufnahmebereich 12 aufgenommen, z.B. per Hand oder automatisiert an einen Sauggreifer 24 übergeben. Dieser kann einen metallischen Saugteller mit drei oder mehr Saugöffnungen aufweisen (vgl. Sauggreifer 24 in 3).
Im Aufnahmebereich kann optional von einer Projektionseinheit 27 eine optische Markierung 28 auf die Oberfläche 3 des Objekts 2 projiziert werden, z.B. mittels eines Lasers oder eines so genannten Beamers. Die Markierung erleichtert als Positionierhilfe dem Bediener das Einlegen des Objekts in einer gewünschten Orientierung. Zum Beispiel kann auf einem Ball 2 der bedruckbare Bereich mit einem Markierungsrahmen angezeigt werden, so dass der Bediener den Ball mit dem zu bedruckenden Bereich im bedruckbaren Bereich orientieren kann.
Alternativ kann ein Positionierkreuz mittels Laserlicht auf das Objekt projiziert werden. Die Ausrichtung eines Balles kann dann bevorzugt so erfolgen, dass eine Naht des Balls an dem Kreuz ausgerichtet wird. Es können auch zwei Kreuze an verschiedenen Stellen (bevorzugt etwa an gegenüberliegenden Stellen) auf das Objekt projiziert werden.
Ebenfalls im Aufnahmebereich kann optional von einer Messeinheit 29 zumindest ein Abschnitt der Oberfläche 3 des Objekts 2 berührungslos vermessen werden. Die Messeinheit kann eine Kamera oder einen Abstandssensor umfassen. Sie dient der Erfassung der Form des Objekts. Bei einem Ball kann z.B. gemessen werden, ob der Ball exakt der idealen Kugelform entspricht oder ob es lokale oder gar globale Abweichungen gibt. Solche Abweichungen können aus den Messdaten, z.B. Abstandsdaten, berechnet und gespeichert werden. Später können diese Daten bei der Erzeugung des Aufdruck und der Härtung verwendet werden, indem der Abstand der Einheiten zur Oberfläche durch eine Abstandskorrektur des Objekts korrigiert wird. Die Messdaten können auch dazu verwendet werden, das zu druckende Bild innerhalb des bedruckbaren Bereichs automatisiert zu verschieben. Dies kann z.B. erforderlich sein, wenn das Objekt Stellen aufweist, die nicht bedruckbar sind, wie z.B. die tiefliegenden und daher gut detektierbaren Nähte eines zusammengenähten Balls.
Es kann optional auch vorgesehen sein, den zu bedruckenden Oberflächenbereich des Objekts 2 mit einem Primer vorzubehandeln, um das Anhaften der Tinte zu verbessern. Hierzu kann z.B. im Aufnahmebereich 12 eine Primereinheit 40 vorgesehen sein. Diese kann z.B. ein Transferband für den Primerauftrag aufweisen. Das Band kann auch dazu verwendet werden, einen erfolgten und noch nicht gehärteten (Probe-)Aufdruck wieder zu entfernen. Das Band kann auch dazu verwendet werden, das Objekt noch vor dem Primerauftrag zu reinigen, insbesondere von Staub zu reinigen.
Die Halteeinheit 11 umfasst bevorzugt wenigstens drei modulare Bewegungseinheiten. Eine erste Bewegungseinheit 16 ist im Wesentlichen auf der Vertikalachse 17 angeordnet. Die erste Bewegungseinheit umfasst einen ersten (Linear-)Antrieb 36, welcher eine lineare Bewegung 19 des Objekts 2 in der Vertikalen ermöglicht. Diese Bewegung dient primär der Höhenausrichtung des Objekts, insbesondere bzgl. des Abstands zu den Druckköpfen 4 und zu dem Strahler 9 während des Bedruckens bzw. Bestrahlens.
Die Halteeinheit 11 umfasst eine zweite Bewegungseinheit 20. Diese ist an der ersten Bewegungseinheit 16 angeordnet und ermöglicht eine Drehbewegung 21 des Objekts 2 um die Vertikalachse 17, so dass das Objekt bei seiner Transportbewegung nacheinander in den Wirkbereich 7 des Druckkopfs 2 und den Wirkbereich 10 des Strahlers gelangt. Hierzu umfasst die zweite Bewegungseinheit einen zweiten (Rotations-)Antrieb 37. Dieser Antrieb dient primär der Transportbewegung des Objekts.
Die Halteeinheit 11 umfasst eine dritte Bewegungseinheit 22 mit einem dritten (Rotations-)Antrieb 38. Diese Einheit ist an der zweiten Bewegungseinheit 20 angeordnet und ermöglicht eine Drehbewegung 21 des Objekts 2 um eine Radialachse 23. Bei einem Ball kann diese Radialachse bevorzugt mit einer balleigenen Symmetrieachse zusammenfallen. Dieser Antrieb dient primär der Rotationsbewegung des Objekts während des Bedruckens oder des Härtens. Die dritte Bewegungseinheit kann auch an einer Verstelleinheit 39 und diese wiederum an der zweiten Bewegungseinheit angeordnet sein. Die Verstelleinheit erlaubt dann bevorzugt die radiale Verstellung der dritten Bewegungseinheit, z.B. zur manuellen oder automatisierten Voreinstellung bei eine bestimmten Ballgröße.
Die Halteeinheit 11 nimmt das Objekt auf und fördert bzw. taktet dieses vom Aufnahmebereich 12 in den Wirkbereich 7 des Druckkopfs 4 oder nacheinander in die Wirkbereiche 7 der mehreren Druckköpfe 4. Nach dem Bedrucken fördert bzw. taktet die Halteeinheit das Objekt in den Wirkbereich der Härteeinheit 8. Von dort fördert bzw. taktet sie das Objekt in den Ausgabebereich 32. Dort wird der Ball von Hand oder automatisiert entnommen. Der Ausgabebereich ist bevorzugt identisch mit dem Aufnahmebereich und befindet sich hinter einer seitlichen, mit einer Tür verschließbaren Öffnung im Gestell. Ausgabebereich und Aufnahmebereich können jedoch auch verschieden voneinander sein.
Sofern in Pinning-Modul 30 vorgesehen ist, kann die Halteeinheit 11 das Objekt von einem Druckkopf zu dem Pinning-Modul und dann zum nächsten Druckkopf und vom letzten Druckkopf zur Härteeinheit 8 fördern. Eine solche Bewegung kann auch Vor- und Rückbewegungen (in Kreisrichtung) umfassen.
Die Bewegung des Objekts 2 wird von einer Steuereinheit 13 im unteren Bereich der Vorrichtung 1 gesteuert. Diese steuert zumindest die Halteeinheit 11 bzw. deren Antriebe 36, 37 und 38. Dieselbe Steuereinheit kann auch die Druckköpfe 2 und den Strahler 9 ansteuern, zumindest deren An- und Ausschaltzeiten. Die Druckdaten für die Druckköpfe werden von einer nicht dargestellten Einheit der sogenannten Druckvorstufe direkt oder über die Steuereinheit 13 den Druckköpfen zugeführt.
Bei Bedrucken von gleichen Objekten, wie z.B. Bällen 2 kann die Halteeinheit 11 in vorteilhafter Weise immer gleiche (voreingestellte und gespeicherte) Bewegungen ausführen, sowohl für den Transport des Balls als auch für die Rotation während des Bedruckens. Allgemein (ohne Beschränkung auf die gezeigte Ausführungsform) gilt: Die Halteeinheit 11 weist mehrere Bewegungseinheiten auf, wobei jede Bewegungseinheit eine lineare oder eine rotative Bewegung erzeugt und wobei zum linearen oder rotativen Bewegen des Objekts 2 von dem Aufnahmebereich 12 in den Wirkbereich 7 des Druckkopfs 5 und von dort in den Wirkbereich 7 eines weiteren Druckkopfs oder in den Wirkbereich 10 des Strahlers 9 nur eine Bewegungseinheit aktiv ist. Auf diese Weise können Positionsfehler des Objekts beim Bedrucken und Härten in vorteilhafter Weise gering gehalten werden. Sofern dennoch wesentliche Positionsfehler auftreten, sind diese reproduzierbar und können daher z.B. beim Bedrucken durch entsprechend kompensierende Druckdaten berücksichtigt werden.
Bälle werden mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 bevorzugt mit einem oder mit zwei Bildstreifen bedruckt. Ein einzelner Bildstreifen kann dabei den gesamten Ballumfang umspannen und maximal so breit sein, wie der beteiligte Druckkopf 4 im Single-Pass drucken kann. In der Benutzeroberfläche der Vorrichtung kann vorgesehen sein, ein beliebiges Bild in einen der Streifen zu drucken und z.B. Schrift oder Muster zu ergänzen.
Es ist jedoch auch möglich, den gesamten Ball, d.h. seine Oberfläche 3 bis auf den Haltebereich zu bedrucken. Hierzu kann die Halteeinheit 11 z.B. einen weiteren Antrieb aufweisen, der es erlaubt, den Ball bezüglich des Druckkopfs 5 bzw. dessen Wirkbereich 7 zu verschwenken.
Die modulare Halteeinheit 11 kann auch bis zu sechs Bewegungseinheiten bzw. -module aufweisen. Diese können Linearantrieb und Rotationsantriebe in beliebigen Kombinationen sein, je nach Form des zu bedruckenden Objekts 2. Bevorzugt ist z.B. auch der Einsatz eines Gelenkarmroboters mit bis zu sechs Freiheitsgraden.
Als Alternative zu der kreisförmigen Anordnung der Druckköpfe 5 und des Strahlers 9 kann eine lineare Anordnung auf einer Geraden, bevorzugt einer horizontal verlaufenden Geraden, vorgesehen sein. Das Objekt 2 wird in diesem Fall von der Halteeinheit 11 linear von einem Wirkbereich 7 eines Druckkopfs zum nächsten Wirkbereich 7 eines nachfolgenden Druckkopfs oder zum Wirkbereich 10 des Strahlers bewegt. Auch eine Vor- und Rückbewegung ist möglich, z.B. bei Einsatz eines einzelnen Pinning-Moduls 30.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Die Vorrichtung 1 umfasst eine erste Bewegungseinheit 16 mit einem Linearantrieb 36, eine zweite Bewegungseinheit 20 mit einem Rotationsantrieb 37 und eine dritte Bewegungseinheit 22 mit einem Rotationsantrieb 38. Zusätzlich umfasst die Vorrichtung eine vierte Bewegungseinheit 41 mit einem Linearantrieb 42 (Servomotor). Die vierte Bewegungseinheit ist zwischen der zweiten und der dritten Bewegungseinheit angeordnet. Die dritte Bewegungseinheit ist an einem Schlitten 43 angeordnet. Der Schlitten erlaubt eine Bewegung 44 in radialer Richtung (parallel zur Radialachse 23). Die Drehbewegung der dritten Bewegungseinheit und des Greifers 24 erfolgt bevorzugt um eine zur Achse 23 bzw. zur Schubrichtung des Linearantriebs 42 parallele Drehachse. Die vierte Bewegungseinheit 41 dient der Anpassung / Verstellung beim Bedrucken von Objekten 2 verschiedener Größe, z. B. Bälle von verschiedenem Durchmesser.
Das Drucken mit der Vorrichtung 1 gemäß 3 geschieht wie folgt:
Die Bewegungseinheit 16 dient einer Ausgleichsbewegung, sofern das Objekt 2 von seiner idealen Form (Kugel, Zylinder etc.) abweicht oder ungenau eingespannt ist. Auf diese Weise kann der Abstand des Objekts von Druckkopf 5 konstant gehalten werden. Tatsächliche Form und Einspannung des Objekts werden hierzu gemessen und der Steuereinheit 13 übermittelt.
Die Bewegungseinheit 20 dient der Taktung bzw. Taktbewegung des Objekts 2 von Station zu Station (Primern, Bedrucken, Härten).
Die Bewegungseinheit 41 dient wie oben bereits beschrieben der Größenanpassung. Bälle bzw. kugelförmige Objekte 2 können in radialer Richtung so positioniert werden, dass z. B. deren Äquator unter dem Druckkopf 5 zu liegen kommt. So kann der Ball bevorzugt mit einer Druckspur entlang des Äquators bedruckt werden. Zylindrische Objekte werden mit ihrer Zylinderachse parallel zur Radialachse gehalten und um ihre Zylinderachse rotiert. Die Bewegungseinheit 41 dient bei Zylindern (z. B. Flaschen, Dosen, etc.) einem Vorschub in radialer Richtung, so dass die Objekte von einem Druckkopf 5 mit mehreren benachbarten Umfangs-Druckspuren versehen werden können.
Die Bewegungseinheit 22 dient der Rotation des Objekts 2 um mit dem Druckkopf 5 eine oder mehrere Druckspuren in Umfangsrichtung zu erzeugen. Diese Druckbewegung und die Ausgleichsbewegung (der Bewegungseinheit 16) laufen, sofern ein Ausgleich erforderlich, überlagert bzw. gleichzeitig ab.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Objekt, insb. Ball
3: Oberfläche
4: Druckeinheit
5: (Tintenstrahl-)Druckkopf
6: Aufdruck
7: Wirkbereich
8: Härteeinheit
9: (UV-)Strahler
10: Wirkbereich
11: Halteeinheit
12: Aufnahmebereich
13: Steuereinheit
14: Kreis
14‘: Gerade
15: Düsen, Düsenreihe
16: Bewegungseinheit
17: Vertikalachse
18: Kreismittelpunkt
19: Bewegung
20: Bewegungseinheit
21: Bewegung
22: Bewegungseinheit
23: Radialachse
24: Sauggreifer
25: Verschluss
26: Ausrichteinheit
26a: Bewegung
26b: Bewegung
26c: Bewegung, Achse
27: Projektionseinheit
28: Markierung
29: Messeinheit
30: Vorhärteeinheit
31: Strahler
32: Ausgabebereich
33: Tintenversorgung
34: Gestell
35: Platte
36: Antrieb
37: Antrieb
38: Antrieb
39: Verstelleinheit
40: Primereinheit
41: vierte Bewegungseinheit
42: Antrieb
43: Schlitten
44: Bewegung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 11320863 A [0003]
DE 102009058212 A1 [0003]

Claims

Vorrichtung zum Bedrucken einer gekrümmten Oberfläche eines Objekts, mit – einer stationären Druckeinheit (4) zum Bedrucken des Objekts (2), wobei die Druckeinheit einen Tintenstrahl-Druckkopf (5) umfasst und der Druckkopf einen Aufdruck (6) auf der Oberfläche (3) des Objekts in einem Wirkbereich (7) des Druckkopfs erzeugt; – einer Härteeinheit (8) zum Härten des Aufdrucks, wobei die Härteeinheit einen Strahler (9) umfasst und der Strahler den Aufdruck in einem Wirkbereich (10) des Strahlers härtet; – einer beweglichen Halteeinheit (11) zum Aufnehmen des Objekts in einem Aufnahmebereich (12), zum Bewegen des Objekts von dem Aufnahmebereich in den Wirkbereich des Druckkopfs, zum Bewegen des Objekts im Wirkbereich des Druckkopfs während der Erzeugung des Aufdrucks und zum Bewegen des Objekts in den Wirkbereich der Härteeinheit; und – wenigstens einer Steuereinheit (13) zum Steuern der Bewegungen der Halteeinheit, der Erzeugung des Aufdrucks und der Härtung des Aufdrucks.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinheit (11) mehrere Bewegungseinheiten (16, 20, 23) umfasst, wobei jede Bewegungseinheit eine lineare oder eine rotative Bewegung erzeugt und wobei zum linearen oder rotativen Bewegen des Objekts von dem Aufnahmebereich in den Wirkbereich des Druckkopfs und von dort in den Wirkbereich eines weiteren Druckkopfs (5) oder in den Wirkbereich des Strahlers nur eine Bewegungseinheit aktiv ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckeinheit mehrere Druckköpfe (5) umfasst, wobei die Druckköpfe im Wesentlichen auf einem horizontal orientierten Kreis (14) und beabstandet zueinander derart angeordnet sind, dass Düsenreihen (15) der Druckköpfe im Wesentlichen radial zum Kreis orientiert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Härteeinheit im Wesentlichen auf dem horizontal orientierten Kreis und beabstandet zu den Druckköpfen angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckeinheit mehrere Druckköpfe (5) umfasst, wobei die Druckköpfe im Wesentlichen auf einer horizontal orientierten Geraden (14‘) und beabstandet zueinander derart angeordnet sind, dass Düsenreihen der (15) Druckköpfe im Wesentlichen senkrecht zur Geraden orientiert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Härteeinheit im Wesentlichen auf der horizontal orientierten Geraden und beabstandet zu den Druckköpfen angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinheit mehrere Bewegungseinheiten (16, 20, 23) umfasst, wobei eine erste Bewegungseinheit (16) im Wesentlichen auf einer Vertikalachse (17) und im Westlichen senkrecht unterhalb des Mittelpunktes (18) des Kreises (14) angeordnet ist und eine lineare Bewegung (19) des Objekts in der Vertikalen ermöglicht.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Bewegungseinheit (20) an der ersten Bewegungseinheit angeordnet und im Wesentlichen auf der Vertikalachse angeordnet ist und eine Drehbewegung (21) des Objekts um die Vertikalachse ermöglicht.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Bewegungseinheit (23) an der zweiten Bewegungseinheit angeordnet ist und eine Drehbewegung des Objekts um eine Radialachse (23) ermöglicht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinheit einen Gelenkarm-Roboter umfasst, insbesondere mit 5 oder 6 Rotationsachsen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinheit einen Sauggreifer (24) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckköpfe jeweils einen Verschluss (25) umfassen, der im geschlossenen Zustand die Druckkopf-Düsen (15) vor Strahlung des Strahlers schützt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckköpfe jeweils in einer Ausrichteinheit (26) aufgenommen sind, welche eine Ausrichtung des Druckkopfes linear in radialer und tangentialer Richtung (26a, 26b) sowie axial um eine zur Kreisebene senkrecht stehende Druckkopf-Achse (26c) ermöglicht.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Projektions-Einheit (27), welche im Aufnahmebereich eine Markierung (28) auf das Objekt projiziert.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Messeinheit (29), welche zumindest einen Abschnitt der Oberfläche des Objekts berührungslos vermisst und die dabei gewonnenen Messdaten bereitstellt, insbesondere zur Abstandskorrektur zwischen Objekt und Druckkopf oder Strahler.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vorhärteeinheit (30), welche einen Strahler (31) umfasst und den Aufdruck vorhärtet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Ausgabebereich (32), wobei die Halteeinheit das Objekt vom Wirkbereich der Härteeinheit zum Ausgabebereich bewegt und wobei die wenigstens eine Steuereinheit diese Bewegung steuert.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine vierte Bewegungseinheit (41) an der zweiten Bewegungseinheit angeordnet ist und eine lineare Bewegung (44) des Objekts in radialer Richtung ermöglicht, und dass eine dritte Bewegungseinheit (22) an der vierten Bewegungseinheit angeordnet ist und eine Drehbewegung des Objekts um eine Radialachse (23) ermöglicht.