EP1892107A1 - Vorrichtung zum Bemustern von Werkstücken - Google Patents

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EP1892107A1
EP1892107A1 EP06017767A EP06017767A EP1892107A1 EP 1892107 A1 EP1892107 A1 EP 1892107A1 EP 06017767 A EP06017767 A EP 06017767A EP 06017767 A EP06017767 A EP 06017767A EP 1892107 A1 EP1892107 A1 EP 1892107A1
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EP
European Patent Office
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printing device
workpiece
ink
sensors
detection
Prior art date
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EP06017767A
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French (fr)
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Achim Gauss
Ludwig Albrecht
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Homag GmbH
Original Assignee
Homag Holzbearbeitungssysteme GmbH
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Priority to EP06023120A priority patent/EP1832429A3/de
Priority to CN200710147707A priority patent/CN100577426C/zh
Priority to US11/844,607 priority patent/US8038236B2/en
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B44C5/043—Ornamental plaques, e.g. decorative panels, decorative veneers containing wooden elements

Definitions

  • the invention relates to a device for patterning workpieces, which are preferably at least partially made of wood, wood-based materials or the like, according to the preamble of claim 1.
  • the invention is based on the finding that impairments of the printed image in the case of workpieces arise primarily from the fact that, in known devices, the print head and the work piece are not in a sufficiently precise relative position relative to one another and are thereby printed with inaccurate "passer". This sometimes also causes some areas of the workpiece to be double-printed or oversprayed, i. E. printing is performed beyond a free edge of the workpiece and ink mist is deposited on an adjacent surface of the workpiece.
  • the detection device is arranged and arranged to be in a predetermined, fixed relationship to the ink-jet printing device at least during printing and / or at least the distance between the ink-jet printing device and to detect at least one surface to be sampled of the respective workpiece to be sampled.
  • the invention thus provides, within the common concept of improving relative positioning, two alternative (and also combinable) solutions to the above common problem.
  • an improvement of the printed image is achieved by optimizing the relative positioning between the workpiece and printing device according to the invention.
  • any deviations for example, by Conveying movements of the conveyor, temperature fluctuations or the like result, are eliminated, so that the accuracy of the relative positioning and thus the print quality can be significantly increased.
  • the detection device may be located anywhere within the scope of the present invention, it has proven to be advantageous in view of the predetermined, fixed relationship with the pressure device that the detection device is arranged at least partially on the pressure device. As a result, possible deviations can be minimized particularly effectively, in particular if sensors of the detection device, which will be discussed in more detail below, are arranged in the region of the nozzles of the pressure device.
  • the predetermined, fixed arrangement of the detection device with respect to the printing device is provided according to a development of the invention that at least one of the sensors is arranged on the printing device.
  • at least one of the sensors is arranged on the workpiece support device. In this way, optimal detection results can be achieved in each case, which are matched to the purpose of the respective (coarse) detection device.
  • At least one sensor is arranged such that it detects in the direction in which which ejects the ink drops of at least one nozzle. In this way, the detection results of the detection device can be evaluated in an optimal manner for the printing operation.
  • At least one sensor it has proven to be advantageous for at least one sensor to be arranged on the pressure device via a movable and / or pivotable element and thus preferably to be brought into a position in which the sensor detects in a direction which substantially is orthogonal to the direction in which the ink drops of at least one nozzle are ejected. Due to the pivotability or movability of the distance sensor, this can be used for different types of measurement, for example, for a pure distance measurement and for a thickness measurement, which will become more apparent from the detailed description below.
  • the detection device and / or coarse detection device respectively has at least one image detection sensor, which is preferably arranged on the printing unit.
  • an image acquisition sensor opens up completely new possibilities, not only to capture the geometry of the workpiece, but also numerous other properties such as the nature and quality of the applied print image and evaluate it for further operation.
  • not only locally or locally geometry data are acquired by the image acquisition sensor, but an image section is obtained which contains a wealth of information and can be evaluated as a whole.
  • the thus gained Information can be used not only for the relative positioning discussed above, but also for a general check of the print result and for a calibration of the print head, so that the quality of the print result can be further improved in this regard.
  • At least the nozzles of the printing device are adjustable at least in groups via adjusting means, in particular piezoelectric adjusting means.
  • the device further comprises at least one beam-like guide device, in particular a portal or a boom.
  • a guide device is particularly well suited for attaching and guiding the printing device, wherein the printing device can be moved, for example, in the longitudinal direction of the guide device and the guide device itself in turn can also be moved.
  • At least one bar-like guide device has at least one spindle unit, which is preferably movable along the bar-like guide device and / or pivotable about an axis.
  • a spindle unit can be assigned many tasks in the context of the present invention. On the one hand, it can serve to accommodate the printing unit, and for example, also to record in and interchangeable. Alternatively or additionally, the spindle unit can also serve to accommodate machining tools and / or processing units that are used in the processing and finishing of workpieces of the type in question here come. These can be simple drills or milling cutters, but also complex aggregates such as edge banding units or the like.
  • the invention provides a method of patterning workpieces using a device according to the invention comprising the features of claim 13.
  • the essence of the method is to selectively change nozzles of the ink-jet printing device based on a detection result of the detector. H. especially on or off.
  • it is extremely easy and flexible to respond to possible target / actual deviations during operation of the device, so that the print quality can be improved in a simple and reliable manner.
  • the device 1 comprises an ink-jet printing device 10, which operates in the present embodiment according to the drop-on-demand principle.
  • the ink-jet printing apparatus 10 includes a plurality of nozzles 12 from which ink droplets may be ejected and which are arranged in a plurality of rows in the present embodiment, each row for ejecting a predetermined one Color is provided, for example, the colors cyan, magenta, yellow and black.
  • drying units 14, for example UV dryers, are provided on the printing device 10, which are used to rapidly dry the ink applied by the printing device in order to prevent possible distortions or smearing of the printed image.
  • the printing device 10 is provided in the present embodiment on a spindle unit 6 or in this, although this is not shown in detail in Fig. 1.
  • the spindle unit is preferably such a spindle unit, which is also used for receiving and exchangeable machining tools or Processing units is suitable.
  • the spindle unit 6 is provided in the y-direction movable on a portal 4, which in turn can be equipped to be movable in the x-direction.
  • two portals 4 are provided in the present embodiment, each of which may carry one or more spindle units 6, which may optionally be arranged on opposite sides of the respective portal 4. It should be noted that the portals 4 may optionally be designed as a boom.
  • the spindle units 6 can be fitted automatically or manually via tool magazines (not shown here in detail) with machining tools and / or machining units and one or more printing devices 10.
  • a workpiece table 20 for supporting the respective workpiece to be sampled 2, which is movable in the x-direction shown in Fig. 1.
  • the workpiece table 20 can be designed in various ways and, for example, also be formed by a circulating conveyor belt or the like. Due to its movability, the workpiece table 20 simultaneously forms a workpiece carrying device and a part of the conveying device according to the present invention.
  • a plate-shaped workpiece 2 on the workpiece table 20 is shown in more detail in Fig. 2 in a plan view.
  • the workpiece table 20 has extendable stop bolts 22, to which the workpiece 2 can be applied for coarse positioning.
  • a plurality of distance sensors 52 are arranged on the workpiece table 20, which are part of a coarse detection device 50.
  • the distance sensors shown in Fig. 2 are adapted to detect the distance between the sensors and a side surface (narrow surface) of the respective workpiece 2.
  • the sensors 52 are in the present embodiment to an axis orthogonal to the surface of the workpiece table 20 extending axis and optionally movable parallel to the surface.
  • the coarse detection device 50 thus serves for coarse detection of the geometry and positioning of the respective workpiece 2.
  • FIG. 3 shows a partially sectioned front view of the device shown in Fig. 1.
  • the respective workpiece 2 can be fixed on the workpiece table 20, for example via vacuum cups 24. It is also possible to integrate corresponding suction or suction openings in the workpiece table or a workpiece band.
  • the device 1 comprises a detection device 40 for detecting the relative position of the ink-jet printing device 10 and the respective surface of a workpiece 2 to be patterned.
  • the detection device 40 in the present embodiment has several types of sensors 42, 46 which are arranged in the Figures 3, 4 and 5 are best seen.
  • the detection device 40 includes three distance sensors 42 disposed on the pressure device 10 adjacent to the nozzles 12 and measuring in a direction substantially parallel to the ink ejection direction of the nozzles 12 (FIG. 4).
  • the absolute distance between the pressure device 10 and the workpiece 2 can be determined with these distance sensors, but beyond that, it is also possible to deduce the exact contour of the respective workpiece 2 from the distance data obtained.
  • further distance sensors 42 are each arranged on the printing device 10 via an element 44 pivotable in the present embodiment.
  • the respective sensor By the swiveling Element 44, the respective sensor in an extended position can be brought, which is best seen in Fig. 5.
  • the sensors 42 shown in FIG. 5 measure in a direction that is substantially orthogonal to the ink ejection direction of the nozzles 12. As a result, the thickness or height of the respective area to be printed can be detected and an "overspray" avoided.
  • the workpiece table 20 is moved in the x direction, so that the workpiece 2 by substituting in the spindle units 6 tools, aggregates or printing units can be processed or finished.
  • the operation of the printing device takes place, for example, as follows.
  • the printing device 10 On the basis of the data from the sensors 52, the printing device 10 is moved with the corresponding spindle 6 along the portal 4 to the workpiece 2 to be printed.
  • the sensors 42, 46 continuously perform a measuring operation, so that the presence and optionally the distance of the respective workpiece and beyond (by the image detection sensor 46) also further information about the workpiece 2 can be obtained.
  • the controller Based on these data, the controller outputs pressure signals to the respective nozzles 12 (or the associated piezoelectric actuators or thermocouples) so that the workpiece 2 is printed.
  • individual nozzles or nozzle groups can be switched on or off in order to compensate for dimensional, position or other tolerances or deviations of the workpiece 2.
  • the sensors 12 are used, which are extendable via pivotable elements 44 in order to detect the height of the narrow surface and thus to prevent overspray.
  • drying units 14 After printing on a surface section, it may optionally be dried by the drying units 14, possibly also simultaneously with the printing operation.
  • the travel paths of the printing device 10 and / or of the workpiece 2 are shown schematically in FIG.
  • the left-hand drawing in FIG. 6 shows an operation in the so-called transverse pressure, in which the printing device 10 moves back and forth along the portal 4 in the y-direction together with the spindle unit 6 and the workpiece 2 continues through the workpiece table 20 in the x-direction is clocked.

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Forests & Forestry (AREA)
  • Ink Jet (AREA)

Abstract

Die Erfindung stellt eine Vorrichtung (1) zum Bemustern von Werkstücken (2) bereit, mit: einer Ink-Jet-Druckeinrichtung (10) mit einer Mehrzahl von Düsen (12), aus denen Tintentropfen ausgestoßen werden können, einer Werkstücktrageinrichtung (20) zum Tragen des zu bemusternden Werkstücks (2), einer Fördervorrichtung zum Herbeiführen einer Relativbewegung zwischen dem zu bemusternden Werkstück (2) und der Druckeinrichtung (10), und einer Erfassungseinrichtung (40) zur Erfassung der Relativposition zwischen der Ink-Jet-Druckeinrichtung (10) und mindestens einer zu bemusternden Oberfläche (2') des jeweiligen zu bemusternden Werkstücks (2). Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (40) derart angeordnet und eingerichtet ist, um zumindest während des Druckens in einer vorbestimmten, festen Beziehung zu der Ink-Jet-Druckeinrichtung (10) zu sein und/oder zumindest den Abstand zwischen der Ink-Jet-Druckeinrichtung (10) und mindestens einer zu bemusternden Oberfläche (2') des jeweiligen zu bemusternden Werkstücks (2) zu erfassen.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bemustern von Werkstücken, die bevorzugt zumindest teilweise aus Holz, Holzwerkstoffen oder dergleichen bestehen, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
    • Stand der Technik
  • Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der DE 100 31 030 B4 bekannt und besitzt Sensoren zur Groberfassung der Kontur und Dicke der zu bedruckenden Werkstücke, die an einer Fördervorrichtung bzw. an einem Portal angebracht sind. Allerdings hat sich gezeigt, dass die mit einer derartigen Vorrichtungen bedruckten Werkstücke häufig ein minderwertiges Druckbild aufweisen.
  • Ferner betrifft die von der Anmelderin eingereichte, noch nicht veröffentlichte Europäische Patentanmeldung EP 05 009 326.9 ebenfalls eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
    • Darstellung der Erfindung
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Bemustern von Werkstücken bereitzustellen, die eine verbesserte Druckbildqualität ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Beeinträchtigungen des Druckbildes bei Werkstücken vor allem dadurch entstehen, dass bei bekannten Vorrichtungen Druckkopf und Werkstück nicht in einer ausreichend genauen Relativposition zueinander sind und dadurch mit ungenauem "Passer" gedruckt wird. Dies führt bisweilen auch dazu, dass manche Bereiche des Werkstücks doppelt bedruckt werden oder ein "Overspray" erzeugt wird, d.h. dass über einen freien Rand des Werkstücks hinaus gedruckt wird und sich Tintennebel auf einer benachbarten Oberfläche des Werkstücks absetzt.
  • Vor diesem Hintergrund ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Erfassungseinrichtung derart angeordnet und eingerichtet ist, um zumindest während des Druckens in einer vorbestimmten, festen Beziehung zu der Ink-Jet-Druckeinrichtung zu sein und/oder zumindest den Abstand zwischen der Ink-Jet-Druckeinrichtung und mindestens einer zu bemusternden Oberfläche des jeweiligen zu bemusternden Werkstücks zu erfassen.
  • Die Erfindung stellt somit innerhalb des gemeinsamen Konzeptes, die Relativpositionierung zu verbessern, zwei alternative (und auch kombinierbare) Lösungen zu dem obigen, gemeinsame Problem bereit. In jedem Falle wird erfindungsgemäß eine Verbesserung des Druckbildes durch eine Optimierung der Relativpositionierung zwischen Werkstück und Druckeinrichtung erzielt.
  • Durch die in einer vorbestimmten, festen Beziehung zu der Druckeinrichtung angeordneten Erfassungseinrichtung können jegliche Abweichungen, die sich beispielsweise durch Förderbewegungen der Fördereinrichtung, Temperaturschwankungen oder dergleichen ergeben, eliminiert werden, so dass die Genauigkeit der Relativpositionierung und somit die Druckqualität deutlich erhöht werden können. Dies gilt analog auch für die erfindungsgemäße Maßnahme, nicht nur die Kontur oder Position des Werkstücks, sondern auch dessen Abstand zur Druckeinrichtung zu erfassen. Hierdurch kann entweder die Relativposition zu einem Sollwert korrigiert werden, oder der Betrieb der Druckvorrichtung kann an den erfassten Istwert des Abstands angepasst werden.
  • Obgleich im Rahmen der Erfindung der Einsatz mindestens einer Ink-Jet-Druckeinrichtung bevorzugt ist, können alternativ oder zusätzlich auch andere Druckeinrichtungen eingesetzt werden.
  • Im Rahmen der Erfindung ist es prinzipiell möglich, die Ink-Jet-Druckeinrichtung stationär anzuordnen und die zu bemusternden Werkstücke an dieser unter Einsatz der Fördervorrichtung entlang zuführen. Ebenso ist es möglich, die Druckeinrichtung beweglich auszuführen, oder auch eine Kombination beider Varianten vorzusehen, d.h. dass sowohl die Werkstücke als auch die Druckeinrichtung während des Druckvorganges unter Einsatz der Fördervorrichtung bewegt werden.
  • Obgleich die Erfassungseinrichtung im Rahmen der vorliegenden Erfindung an einer beliebigen Stelle angeordnet sein kann, hat es sich im Hinblick auf die vorbestimmte, feste Beziehung zu der Druckeinrichtung als vorteilhaft erwiesen, dass die Erfassungseinrichtung zumindest teilweise an der Druckanrichtung angeordnet ist. Hierdurch lassen sich mögliche Abweichungen besonders wirksam minimieren, insbesondere wenn Sensoren der Erfassungseinrichtung, auf die untenstehend noch näher eingegangen wird, im Bereich der Düsen der Druckeinrichtung angeordnet sind.
  • Neben der oben diskutierten Erfassungseinrichtung besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ferner eine Groberfassungseinrichtung, die bevorzugt stationär angeordnet ist. Auf diese Weise lassen sich zunächst unter Einsatz der Groberfassungseinrichtung Kontur und Position des jeweiligen Werkstücks erfassen, bevor dann mit der (Fein-)Erfassungsvorrichtung, die in einer festen Beziehung zur Druckeinrichtung angeordnet ist, eine wesentlich genauere Relativposition ermitteln lässt. Dieser zweistufige Aufbau der Vorrichtung ermöglicht einen zügigen Betrieb mit hoher Druckqualität.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist die Erfassungseinrichtung und/oder die Groberfassungsvorrichtung jeweils eine Mehrzahl von Sensoren, insbesondere Abstandssensoren, auf. Dabei ist es besonders bevorzugt, dass zumindest einer der Sensoren um mindestens eine Achse drehbar und/oder verfahrbar angeordnet ist. Hierdurch können die Sensoren nicht nur variabel eingesetzt werden, sondern es lässt sich auch durch Verdrehen und/oder Verfahren der Sensoren mit mehreren Messungen ein minimaler oder maximaler Abstand erfassen.
  • Im Hinblick auf die vorbestimmte, feste Anordnung der Erfassungseinrichtung in Bezug auf die Druckeinrichtung ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass zumindest einer der Sensoren an der Druckeinrichtung angeordnet ist. Demgegenüber ist es bei der Groberfassungseinrichtung bevorzugt, dass zumindest einer der Sensoren an der Werkstücktrageinrichtung angeordnet ist. Hierdurch lassen sich jeweils optimale Erfassungsergebnisse erzielen, die auf Sinn und Zweck der jeweiligen (Grob-)Erfassungseinrichtung abgestimmt sind.
  • Bei den an der Druckeinrichtung angeordneten Sensoren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass zumindest ein Sensor derart angeordnet ist, dass er in der Richtung erfasst, in welcher die Tintentropfen zumindest einer Düse ausgestoßen werden. Hierdurch lassen sich die Erfassungsergebnisse der Erfassungseinrichtung auf optimale Weise für den Druckbetrieb auswerten.
  • Ferner hat es sich gemäß einer Weiterbildung der Erfindung als vorteilhaft erwiesen, dass zumindest ein Sensor an der Druckeinrichtung über ein verfahrbares und/oder verschwenkbares Element angeordnet und so bevorzugt in eine Position bringbar ist, in welcher der Sensor in einer Richtung erfasst, die im Wesentlichen orthogonal zu der Richtung ist, in welcher die Tintentropfen zumindest einer Düse ausgestoßen werden. Durch die Verschwenkbarkeit bzw. Verfahrbarkeit des Abstandssensors kann dieser für verschiedene Messungsarten verwendet werden, beispielsweise für eine reine Abstandsmessung sowie für eine Dickenmessung, was anhand der untenstehenden ausführlichen Beschreibung noch besser ersichtlich werden wird.
  • Typ und Ausgestaltung der jeweiligen Sensoren ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht besonders beschränkt. Beispielsweise kann es sich um Ultraschallsensoren, Laserpointer und eine weitere Vielzahl von Sensoren handeln. Darüber hinaus ist gemäß einer weiteren Zielrichtung der Erfindung vorgesehen, dass die Erfassungseinrichtung und/oder Groberfassungsvorrichtung jeweils zumindest einen Bilderfassungssensor aufweist, der bevorzugt an der Druckeinheit angeordnet ist. Das Vorsehen eines Bilderfassungssensors eröffnet völlig neue Möglichkeiten, nicht nur die Geometrie des Werkstücks, sondern auch zahlreiche weitere Eigenschaften wie beispielsweise Art und Qualität des aufgebrachten Druckbildes zu erfassen und für den weiteren Betrieb auszuwerten. Insbesondere werden durch den Bilderfassungssensor nicht nur punktuell oder lokal Geometriedaten erfasst, sondern es wird ein Bildausschnitt erhalten, der eine Fülle von Informationen enthält und als Ganzes ausgewertet werden kann. Die hierdurch gewonnenen Informationen können nicht nur für die oben diskutierte Relativpositionierung, sondern auch für eine generelle Überprüfung des Druckergebnisses und für eine Kalibrierung des Druckkopfes eingesetzt werden, sodass die Qualität des Druckergebnisses auch in dieser Hinsicht weiter verbessert werden kann.
  • Um auf Erfassungsergebnisse der Erfassungseinrichtung und/oder Groberfassungseinrichtung seitens des Druckkopfes schnell und präzise reagieren zu können, ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass zumindest die Düsen der Druckeinrichtung zumindest gruppenweise über Stellmittel, insbesondere Piezostellmittel verstellbar sind.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die Vorrichtung ferner mindestens eine balkenartige Führungseinrichtung, insbesondere ein Portal oder einen Ausleger. Eine derartige Führungseinrichtung eignet sich besonders gut für das Anbringen und Führen der Druckeinrichtung, wobei die Druckeinrichtung beispielsweise in Längsrichtung der Führungseinrichtung verfahrbar sein kann und die Führungseinrichtung selbst wiederum ebenfalls verfahrbar sein kann.
  • Ferner ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass mindestens eine balkenartige Führungseinrichtung mindestens eine Spindeleinheit aufweist, die bevorzugt entlang der balkenartigen Führungseinrichtung verfahrbar und/oder um eine Achse schwenkbar ist. Einer derartigen Spindeleinheit können im Rahmen der vorliegenden Erfindung zahlreiche Aufgaben zugewiesen werden. Einerseits kann sie dazu dienen, die Druckeinheit aufzunehmen, und zwar beispielsweise auch ein- und auswechselbar aufzunehmen. Alternativ oder zusätzlich kann die Spindeleinheit auch dazu dienen, Bearbeitungswerkzeuge und/oder Bearbeitungsaggregate aufzunehmen, die bei der Bearbeitung und Veredelung von Werkstücken der hier zur Rede stehenden Art zum Einsatz kommen. Hierbei kann es sich um einfache Bohrer oder Fräser handeln, aber auch um komplexe Aggregate wie Kantenanleimaggregate oder dergleichen.
  • Weiterhin stellt die Erfindung ein Verfahren zum Bemustern von Werkstücken unter Einsatz einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bereit, das die Merkmale von Anspruch 13 aufweist. Der Kern des Verfahrens besteht darin, auf der Grundlage eines Erfassungsergebnisses der Erfassungseinrichtung selektiv Düsen der Ink-Jet-Druckeinrichtung zu verändern, d. h. insbesondere zu- oder abzuschalten. Hierdurch kann extrem schell und flexibel auf mögliche Soll-/Istabweichungen während des Betriebes der Vorrichtung reagiert werden, sodass die Druckqualität auf einfache und zuverlässige Weise verbessert werden kann.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
    • Fig. 1
    zeigt schematisch eine Perspektivansicht einer Vorrichtung zum Bemustern von Werkstücken gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
    Fig. 2
    zeigt schematisch eine teilweise Draufsicht der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung;
    Fig. 3
    zeigt schematisch eine teilweise geschnittene Frontansicht der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung;
    Fig. 4
    zeigt weitere Details der Druckeinrichtung in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung;
    Fig. 5
    zeigt weitere Details der Druckeinrichtung der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung;
    Fig. 6
    veranschaulicht den Betrieb der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung.
    Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
  • Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend ausführlich unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
  • Eine Vorrichtung 1 zum Bemustern von Werkstücken als bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 1 schematisch in einer Perspektivansicht gezeigt. Die Vorrichtung dient zum Bemustern von Werkstücken 2, die in der vorliegenden Ausführungsform zumindest teilweise aus Holz, Holzwerkstoffen, Kunststoffen oder dergleichen bestehen, wie sie im Bereich des Möbel- und Küchenbaus häufig zum Einsatz kommen.
  • Die Vorrichtung 1 umfasst eine Ink-Jet-Druckeinrichtung 10, die in der vorliegenden Ausführungsform nach dem Drop-on-Demand-Prinzip arbeitet. Wie in Fig. 4 am besten zu erkennen ist, umfasst die Ink-Jet-Druckeinrichtung 10 eine Mehrzahl von Düsen 12, aus denen Tintentropfen ausgestoßen werden können und die in der vorliegenden Ausführungsform in mehreren Reihen angeordnet sind, wobei jede Reihe zum Ausstoßen einer vorbestimmten Farbe vorgesehen ist, beispielsweise den Farben Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz.
  • Ferner sind an der Druckeinrichtung 10 Trocknungseinheiten 14, beispielsweise UV-Trockner, vorgesehen, die dazu dienen, die durch die Druckeinrichtung aufgebrachte Tinte zügig zu trocknen, um mögliche Verzerrungen oder Verschmierungen des Druckbildes zu verhindern.
  • Die Druckeinrichtung 10 ist in der vorliegenden Ausführungsform an einer Spindeleinheit 6 vorgesehen bzw. in diese eingewechselt, obgleich dies in Fig. 1 nicht näher gezeigt ist. Bei der Spindeleinheit handelt es sich bevorzugt um eine solche Spindeleinheit, die auch zur ein- und auswechselbaren Aufnahme von Bearbeitungswerkzeugen oder Bearbeitungsaggregaten geeignet ist. Die Spindeleinheit 6 ist in y-Richtung verfahrbar an einem Portal 4 vorgesehen, das selbst wiederum in x-Richtung verfahrbar ausgestattet sein kann. Dabei sind in der vorliegenden Ausführungsform zwei Portale 4 vorgesehen, die jeweils eine oder mehrere Spindeleinheiten 6 tragen können, die gegebenenfalls auf gegenüberliegenden Seiten des jeweiligen Portals 4 angeordnet sein können. Dabei ist zu beachten, dass die Portale 4 gegebenenfalls auch als Ausleger ausgestaltet sein können. Die Spindeleinheiten 6 können über hier nicht näher gezeigte Werkzeugmagazine mit Bearbeitungswerkzeugen und/oder Bearbeitungsaggregaten sowie einer oder mehreren Druckeinrichtungen 10 automatisch oder manuell bestückt werden.
  • Unterhalb der Portale 4 erstreckt sich in der vorliegenden Ausführungsform ein Werkstückstisch 20 zum Tragen der jeweiligen zu bemusternden Werkstücke 2, der in der in Fig. 1 gezeigten x-Richtung verfahrbar ist. Der Werkstücktisch 20 kann auf unterschiedlichste Art und Weise ausgestaltet und beispielsweise auch durch ein umlaufendes Förderband oder dergleichen gebildet sein. Der Werkstücktisch 20 bildet durch seine Verfahrbarkeit gleichzeitig eine Werkstücktrageinrichtung und einen Teil der Fördervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Die Anordnung eines plattenförmigen Werkstücks 2 auf dem Werkstücktisch 20 ist in Fig. 2 in einer Draufsicht näher gezeigt. Der Werkstücktisch 20 besitzt in der vorliegenden Ausführungsform ausfahrbare Anschlagbolzen 22, an welche das Werkstück 2 zur Grobpositionierung anlegbar ist. Ferner sind auf dem Werkstücktisch 20 mehrere Abstandssensoren 52 angeordnet, die Teil einer Groberfassungseinrichtung 50 sind. Die in Fig. 2 gezeigten Abstandssensoren sind eingerichtet, den Abstand zwischen den Sensoren und einer Seitenfläche (Schmalfläche) des jeweiligen Werkstücks 2 zu erfassen. Dabei sind die Sensoren 52 in der vorliegenden Ausführungsform um eine sich orthogonal zur Oberfläche des Werkstücktisches 20 erstreckende Achse drehbar und gegebenenfalls parallel zur Oberfläche verfahrbar. Die Groberfassungseinrichtung 50 dient somit zur Groberfassung der Geometrie und Positionierung des jeweiligen Werkstücks 2.
  • Weitere Details des Werkstücktisches 20 sind in Fig. 3 gezeigt, die eine teilweise geschnittene Frontansicht der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung zeigt. Dort ist zu erkennen, dass das jeweilige Werkstück 2 beispielsweise über Vakuumsauger 24 auf dem Werkstücktisch 20 fixiert sein kann. Ebenso ist es möglich, entsprechende Sauger oder Saugöffnungen in den Werkstücktisch bzw. ein Werkstückband zu integrieren.
  • Ferner umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 eine Erfassungseinrichtung 40 zur Erfassung der Relativposition der Ink-Jet-Druckeinrichtung 10 und der jeweiligen zu bemusternden Oberfläche eines Werkstücks 2. Die Erfassungseinrichtung 40 weist in der vorliegenden Ausführungsform mehrere Arten von Sensoren 42, 46 auf, die in den Figuren 3, 4 und 5 am besten zu erkennen sind. Zunächst umfasst die Erfassungseinrichtung 40 in der vorliegenden Ausführungsform drei Abstandssensoren 42, die an der Druckeinrichtung 10 benachbart zu den Düsen 12 angeordnet sind und in einer Richtung messen, die im Wesentlichen parallel zu der Tintenausstoßrichtung der Düsen 12 ist (Fig. 4). Mit diesen Abstandssensoren kann einerseits der absolute Abstand zwischen der Druckeinrichtung 10 und dem Werkstück 2 ermittelt werden, darüber hinaus kann jedoch aus den erhaltenen Abstandsdaten auch auf die genaue Kontur des jeweiligen Werkstücks 2 geschlossen werden.
  • Wie in den Figuren 3 und 5 am besten zu erkennen ist, sind weitere Abstandssensoren 42 jeweils über ein in der vorliegenden Ausführungsform verschwenkbares Element 44 an der Druckeinrichtung 10 angeordnet. Durch das verschwenkbare Element 44 ist der jeweilige Sensor in eine ausgefahrene Position bringbar, die in Fig. 5 am besten zu erkennen ist. In dieser Position messen die in Fig. 5 gezeigten Sensoren 42 in einer Richtung, die im Wesentlichen orthogonal zur Tintenausstoßrichtung der Düsen 12 ist. Hierdurch kann die Dicke bzw. Höhe des jeweiligen zu bedruckenden Bereichs erfasst und ein "Overspray" vermieden werden.
  • Darüber hinaus ist an der Druckeinrichtung 10 benachbart zu den Tintenaustrittsdüsen 12 in der vorliegenden Ausführungsform ein Bilderfassungssensor 46 angeordnet, der ebenfalls in einer Richtung im Wesentlichen parallel zu der Tintenausstoßrichtung der Düsen 12 misst. Bei dem Bilderfassungssensor 46 kann es sich beispielsweise um eine CCD-Kamera oder dergleichen handeln, die ein vollständiges Abbild eines zu bedruckenden oder bereits bedruckten Bereichs des jeweiligen Werkstücks 2 erstellen kann.
  • Obgleich in den Figuren nicht gezeigt, sind einerseits sämtliche Sensoren und andererseits die Druckeinrichtung und bevorzugt auch die übrigen Betriebsbauteile der Vorrichtung 1 mit einer Steuereinrichtung verbunden, welche die jeweiligen, durch die Sensoren erfassten Daten auswertet und auf dieser Grundlage den Betrieb der Vorrichtung, insbesondere der Druckeinrichtung steuert. Der Betrieb der Vorrichtung kann sich dabei wie folgt darstellen.
  • Zunächst wird ein Werkstück 2 über die Anschlagbolzen 22 auf dem Werkstücktisch 20 grob positioniert und über die Vakuumsauger 24 fixiert. Anschließend werden die Positionierung und/oder Kontur des Werkstücks 2 auf dem Werkstücktisch 20 durch die Sensoren 52 erfasst und diese Daten an die Steuereinrichtung weitergegeben.
  • Daraufhin wird der Werkstücktisch 20 in x-Richtung verfahren, sodass das Werkstück 2 durch in die Spindeleinheiten 6 eingewechselte Werkzeuge, Aggregate oder Druckeinheiten bearbeitet bzw. veredelt werden kann. Dabei vollzieht sich der Betrieb der Druckeinrichtung beispielsweise wie folgt.
  • Auf der Grundlage der Daten von den Sensoren 52 wird die Druckeinrichtung 10 mit der entsprechenden Spindel 6 entlang des Portals 4 zu dem zu bedruckenden Werkstück 2 verfahren. Dabei führen die Sensoren 42, 46 kontinuierlich einen Messbetrieb aus, sodass das Vorhandensein und gegebenenfalls der Abstand des jeweiligen Werkstücks und darüber hinaus (durch den Bilderfassungssensor 46) auch weitere Informationen über das Werkstück 2 erhalten werden können. Auf der Grundlage dieser Daten gibt die Steuereinrichtung Drucksignale an die jeweiligen Düsen 12 (bzw. die zugehörigen piezoelektrischen Aktoren oder Thermoelemente) aus, sodass das Werkstück 2 bedruckt wird. In Abhängigkeit von den Erfassungsdaten der Sensoren 42, 46 können dabei einzelne Düsen oder Düsengruppen zu- oder abgeschaltet werden, um Abmessungs-, Lage- oder sonstige Toleranzen oder Abweichungen des Werkstücks 2 zu kompensieren. Alternativ oder zusätzlich ist es im Rahmen der Erfindung ebenso möglich, dass einzelne oder mehrere Düsen der Druckeinrichtung 10 über Piezostellmittel oder dergleichen erstellt werden, um deren Position oder Ausstoßrichtung an das Werkstück 2 anzupassen.
  • Beim Bedrucken einer großen Seitenfläche eines Werkstücks 2 arbeiten neben dem Bilderfassungssensor 46 primär die neben den Düsen 12 angeordneten Sensoren 42, die in Fig. 4 am besten zu erkennen sind. Zum Bedrucken einer Schmalfläche des Werkstücks 2 kommen alternativ oder zusätzlich die Sensoren 42 zum Einsatz, die über schwenkbare Elemente 44 ausfahrbar sind, um die Höhe der Schmalfläche zu erfassen und so ein Overspray zu verhindern.
  • Nachdem Bedrucken eines Oberflächenabschnitts kann dieser gegebenenfalls durch die Trocknungseinheiten 14 getrocknet werden, und zwar gegebenenfalls auch simultan zum Druckvorgang.
  • Die Verfahrwege der Druckeinrichtung 10 und/oder des Werkstücks 2 sind in Fig. 6 schematisch dargestellt. Die linke Zeichnung in Fig. 6 zeigt einen Betrieb im sogenannten Querdruck, bei welchem sich die Druckeinrichtung 10 zusammen mit der Spindeleinheit 6 entlang des Portals 4 in y-Richtung hin- und herbewegt und das Werkstück 2 durch den Werkstücktisch 20 in x-Richtung weiter getaktet wird.
  • Alternativ ist es ebenso möglich, das in Fig. 6 rechts dargestellte Druckschema einzusetzen, das als Längsdruck bezeichnet werden kann. Bei diesem ist die Druckeinrichtung 10 während des Druckvorganges selbst im Wesentlichen stationär, und das Werkstück 2 wird mit dem Werkstücktisch 20 in x-Richtung hin- und herverfahren. Die Druckeinrichtung 10 muss somit lediglich in y-Richtung weiter getaktet werden, nachdem das Drucken einer Bahn abgeschlossen ist. Darüber hinaus sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch Kombinationen beider Betriebe möglich, und es können beispielsweise auch schräg angeordnete Bahnen oder dergleichen gedruckt werden.

Claims (13)

  1. Vorrichtung (1) zum Bemustern von Werkstücken (2), die bevorzugt zumindest teilweise aus Holz, Holzwerkstoffen oder dergleichen bestehen, mit:
    einer Druckeinrichtung (10), die bevorzugt als Ink-Jet-Druckeinrichtung mit einer Mehrzahl von Düsen (12), aus denen Tintentropfen ausgestoßen werden können, ausgeführt ist,
    einer Werkstücktrageinrichtung (20) zum Tragen des zu bemusternden Werkstücks (2),
    einer Fördervorrichtung zum Herbeiführen einer Relativbewegung zwischen dem zu bemusternden Werkstück (2) und der Druckeinrichtung (10), und
    einer Erfassungseinrichtung (40) zur Erfassung der Relativposition zwischen der Ink-Jet-Druckeinrichtung (10) und mindestens einer zu bemusternden Oberfläche (2') des jeweiligen zu bemusternden Werkstücks (2),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Erfassungseinrichtung (40) derart angeordnet und eingerichtet ist, um zumindest während des Druckens in einer vorbestimmten, festen Beziehung zu der Ink-Jet-Druckeinrichtung (10) zu sein und/oder zumindest den Abstand zwischen der Ink-Jet-Druckeinrichtung (10) und mindestens einer zu bemusternden Oberfläche (2') des jeweiligen zu bemusternden Werkstücks (2) zu erfassen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (40) zumindest teilweise an der Ink-Jet-Druckeinrichtung (10) angeordnet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine Groberfassungseinrichtung (50) aufweist, die bevorzugt stationär angeordnet ist.
  4. Vorrichtung nach einem er vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (40) und/oder die Groberfassungseinrichtung (50) jeweils eine Mehrzahl von Sensoren (42, 52), insbesondere Abstandssensoren, aufweist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Sensoren (52) um mindestens eine Achse drehbar und/oder verfahrbar angeordnet ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Sensoren (42, 52) an der Werkstücktrageinrichtung (20) und/oder zumindest einer der Sensoren an der Druckeinrichtung (10) angeordnet ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sensor (42) an der Druckeinrichtung derart angeordnet ist, dass er in der Richtung erfasst, in welcher die Tintentropfen zumindest einer Düse ausgestoßen werden.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sensor (42) an der Druckeinrichtung über ein verfahrbares und/oder verschwenkbares Element (44) angeordnet und so bevorzugt in eine Position bringbar ist, in welcher der Sensor in einer Richtung erfasst, die im wesentlichen orthogonal zu Richtung ist, in welcher die Tintentropfen zumindest einer Düse ausgestoßen werden.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (40) und/oder die Groberfassungseinrichtung jeweils zumindest einen Bilderfassungssensor (46) aufweist, der bevorzugt an der Druckeinrichtung (10) angeordnet ist.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Düsen der Druckeinrichtung (10) zumindest gruppenweise über Stellmittel verstellbar sind.
  11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner mindestens eine balkenartige Führungseinrichtung (4), insbesondere ein Portal oder einen Ausleger aufweist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine balkenartige Führungseinrichtung mindestens eine Spindeleinheit (6) aufweist, die bevorzugt entlang der balkenartigen Führungseinrichtung (4) verfahrbar und/oder um eine Achse schwenkbar ist.
  13. Verfahren zum Bemustern von Werkstücken (2), die bevorzugt zumindest teilweise aus Holz, Holzwerkstoffen oder dergleichen bestehen, unter Einsatz einer Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen der Ink-Jet-Druckeinrichtung (10) in Abhängigkeit von einem Erfassungsergebnis der Erfassungseinrichtung (40) selektiv verändert werden.
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