Verfahren und eine Anordnung zum Bedrucken einer dreidimensionalen Oberfläche
Technisches Gebiet
[ 0001 ] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Bedrucken einer dreidimensionalen Oberfläche.
Hintergrund der Erfindung
[ 0002 ] Um ein Druckbild auf eine plane Oberfläche zu applizieren, ist es notwendig, dass ein Druckkopf und ein Substrat, dessen Oberfläche zu bedrucken ist, mit konstanter Geschwindigkeit relativ zueinander bewegt werden. Einerseits kann der Druckkopf über die plane Oberfläche bewegt werden, andererseits ist es auch möglich, die plane Oberfläche vor einem statischen Druckkopf zu bewegen. Die Synchronisation zwischen dem Druckkopf und den jeweiligen Linearantrieben erfolgt durch hochauflösende Drehgeber an den jeweiligen Linearantrieben, wobei jeder Impuls den Tintenausstoß einer gesamten Spalte der Drucksequenz auslöst. [ 0003 ] Die Applikation des Druckbilds kann von planen Oberflächen auf zylindrische, rotationssymmetrische Körper übertragen werden. Hierbei werden eine zylindrische Oberfläche und ein bspw. vertikal angeordneter Druckkopf relativ zueinander axial gedreht. Durch eine konstante Winkelgeschwindigkeit bewegt sich die Oberfläche mit konstanter Geschwindigkeit relativ zum Druckkopf oder umgekehrt. In diesem Fall lösen Impulse ei- nes Drehgebers eines Drehantriebs den Druck einer Zeile des Druckbilds aus.
[ 0004 ] Die Druckschrift US 2001/0017085 A1 betrifft ein Gerät und ein Verfahren zum Bedrucken eines dreidimensionalen Objekts. Diese Vorrichtung umfasst ein Modul zum Erfassen einer dreidimensionalen Form des zu bedruckenden dreidimensionalen Ob- jekts. Zum Bedrucken werden diese Informationen, insbesondere Informationen über eine Neigung der dreidimensionalen Form, berücksichtigt. Dabei umfasst das Gerät mehrere zueinander parallel angeordnete Düsen zum Auftragen von Tinte.
[ 0005 ] In der Druckschrift DE 10 2010001 120 A1 ist ein Verfahren zum Bedru- cken eines Behälterverschlusses beschrieben, wobei dieser Behälterverschluss eine strukturierte äußere Oberfläche mit vorspringenden und/oder rückspringenden Bereichen auf-
weist. Hierzu ist in der Druckschrift beschrieben, dass Tintenstrahlen oder Laserstrahlen zum Erzeugen eines Druckbilds senkrecht zu einer Bewegungsrichtung und senkrecht zu einer Oberfläche einer gedachten Schablone abgegeben werden. [ 0006 ] Die Druckschrift DE 10 2006 034 060 A1 betrifft ein Verfahren zum Dekorieren eines Bodens einer Getränkedose, wobei der zu dekorierende Boden und ein digital und berührungslos arbeitender Druckkopf während des Druckvorgangs relativ zueinander bewegt werden und der Druckkopf von einer Steuereinrichtung zur Ausgabe von Farbe angesteuert wird. Hierbei wird ein Steuerprogramm zum Steuern des Druckkopfs in Ab- hängigkeit des Höhenprofils der unebenen Dekorationsfläche erstellt, eine relative Lage der Dekorationsfläche zum Druckkopf erfasst und der digitale Druckkopf mit dem erstellten Steuerprogramm angesteuert.
[ 0007 ] Weitere Einrichtungen zum Bedrucken dreidimensionaler Objekte sind in den Druckschriften US 2005/0195229 A1 , JP 2001/191514 A und DE 10 2005 060 785 A1 beschrieben.
[ 0008 ] Die Druckschrift US 6 538 767 B1 betrifft ein Verfahren zum Bedrucken von sphärischen Oberflächen, bspw. von Golfbällen. Dabei wird eine gekurvte Oberfläche in Tracks (Spuren) unterteilt, auf die eine Druckeinheit positioniert wird. Jede Spur hat eine eigene, dem Umfang in ihrer Bildpunktdichte angepasste Bildvorlage. Nach Applikation einer Spur wird für die nächste Spur die Druckeinheit neu positioniert. Dabei wird der Druckkopf mehrmals tangential zur gekurvten Oberfläche positioniert und jeweils eine konstante Bildpunktdichte in einer Bildvorlage, die den Druckbereich einer jeweiligen Spur ab- deckt, berechnet.
[ 0009 ] Ein weiteres Verfahren zum Berechnen einer sphärischen Oberfläche ist Gegenstand der Druckschrift WO 2004 016438 A1. Hierbei wird eine Formgebung eines zu bedruckenden rotationssymmetrischen Körpers durch CAD oder 3D-Scanner eingele- sen und zur Bedruckung verwendet. Zulässige Bilddaten und digitale Koordinaten werden zur Bedruckung zur Verfügung gestellt. Diese Bilddaten werden genutzt, um einen Druckkopf tangential anhand eines Punkts auszurichten. Hierzu wird das Druckbild in Spuren gleicher Breite unterteilt. Die notwendige Bildpunktdichte wird entsprechend der Oberfläche in der Bildvorlage einer jeweiligen Spur berechnet.
[ 0010 ] Ein Drucker zum Bedrucken von Gegenständen ist in der Druckschrift US 2005 248618 A1 beschrieben. Hier ist vorgesehen, dass Drucktropfen durch das Anlegen eines elektrostatischen Feldes abgelenkt werden, wobei das Prinzip einer Bildröhre zur mehrdimensionalen Ablenkung von Drucktropfen umgesetzt wird.
Zusammenfassung der Erfindung
[ 0011 ] Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren und eine Anordnung mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche vorgestellt. Weitere Ausge- staltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung.
[ 0012 ] Mit dem Verfahren und der Anordnung ist ein Bedrucken von rotationssymmetrischen Gegenständen, die in der Regel als Behälter ausgebildet sind, durch Quellbildvorbereitung in Form einer Zeilenkorrektur (Bildverarbeitung) möglich. Die Erfindung kann im Bereich von Verpackungslösungen mit etikettlosen Behältern und/oder für einen Direktdruck auf Behälter eingesetzt werden.
[ 0013 ] Somit ist eine Bildkorrektur und/oder Druckbildkontrolle für nicht- zylindrische Behälter, bspw. nicht-zylindrische Flaschen, möglich. Mit der Erfindung werden ein Auseinanderlaufen von senkrechten Pixellinien sowie eine lineare Zunahme der Bildpunktdichte bei zunehmendem Umfang kompensiert. Dies betrifft insbesondere die Verwendung von Druckköpfen mit mehreren Druckdüsenreihen. [ 0014 ] Außerdem werden Bildvorlagen an das Format des zu bedruckenden
Gegenstands angepasst, wobei ein Offset bzw. Versatz zwischen den beiden Druckdüsenbzw. Nozzle-Reihen des Druckkopfs ausgeglichen wird, wobei dieser an einen, bspw. maximalen Referenzumfang des zu bedruckenden Bereichs des Gegenstands ausgelegt ist. Dasselbe gilt für die physikalische Bildpunktdichte.
[ 0015 ] Mit Software-Funktionen kann eine Druckbildanpassung an allgemein rotationssymmetrische Formen von Gegenständen, bspw. Flaschen, umgesetzt werden, wobei ein Zeilenversatz ausgeglichen wird, was durch Vorsehen variabler Offsets einzelner Druckdüsen, einer variablen Bildpunktdichte sowie einer Farbtrennung möglich ist. Außer- dem wird eine Form der Flasche bzw. des Behälters eingelesen. Dabei ist es möglich, alle
Formen, auch bspw. konische und gekurvte Formen, Rillen usw. aus technischen Zeichnungen über die Software-Funktionen einzulesen und geeignet zu hinterlegen.
[0016] Eine Positionierung des Druckkopfs wird entsprechend eines Neigungs- Winkels, einer Höhe, eines Abstands und des Formats des Druckbilds an eine Druckmaschine übergeben.
[0017] Eine Anwendung der Erfindung ist in der sogenannten "Prepress Management Software" möglich und kann einen Schritt vor dem Druckprozess erfolgen. Hier- bei werden Bildvorlagen des Druckbilds sowie Steuerungs- und/oder Positionierungsdaten für die Druckmaschine vorbereitet.
[0018] Im Rahmen der Erfindung wird ein digitales Bedruckungsverfahren, bspw. für einen Ink-Jet-Drucker, mit einer Steuerung und einer Software zur softwaretech- nischen Korrektur und/oder Anpassung einer digitalen Druckvorlage an die aktuelle Form einer rotationssymmetrischen Oberfläche eines Gegenstands realisiert. Durch die Anwendung einer Software wird der Offset zwischen mindestens zwei Druckdüsenreihen von mindestens einem Druckkopf an jeweilige Durchmesser des Bereichs und eine Bildpunktdichte angepasst.
[0019] Hierbei kann auf mehrere Druckspuren, die zu repositionieren und auszurichten sind, bei gekurvten Oberflächen verzichtet werden. Stattdessen sind nur eine Drucksequenz und ein einmaliges Ausrichten des Druckkopfs vorgesehen. Dies bedeutet, dass der Druckkopf nur einmal relativ zu dem zu bedruckenden Bereich zu positionieren ist. Während einer Umdrehung des Gegenstands um maximal 360° kann der vom Druckkopf überfahrene Bereich komplett mit dem Druckbild bedruckt werden. Folglich kann während einer Drucksequenz das Druckbild in axialer und/oder horizontaler Richtung vollständig aufgetragen werden. Im Allgemeinen wird innerhalb einer Bewegung eines Behälters ein vollständiges Druckbild von mindestens einem Druckkopf aufgetragen.
[0020] Mit dem Verfahren können CAD Daten über die Positionierung des Druckkopfs hinaus auch zur Bildverarbeitung, d. h. Positionierung der Tintentröpfchen und/oder Anpassung der Tröpfchengröße, verwendet werden. [0021] Somit sind ein softwaregestütztes, automatisiertes Prepress Management und eine Bildvorbereitung von Direktdruckapplikationen auf rotationssymmetrischen
Oberflächen möglich, wobei das Druckbild mit dem bildverarbeitenden Prepress Management an selbige angepasst werden.
[ 0022 ] Das Verfahren kann in Ausgestaltung mit der sogenannten Ink-Jet- Drucktechnologie durchgeführt werden. Beim ebenfalls verwendbaren "Drop-on-demand" Verfahren wird nur auf Anforderung Tinte auf das zu bedruckende Substrat, d. h. den Bereich des Gegenstands, aufgetragen. Dabei werden von den Düsen des Druckkopfs Tintentröpfchen präzise auf dem Substrat positioniert. Hierbei können sowohl "Bubble-Jet"- Druckköpfe, die Tintentröpfchen durch Erzeugung einer Luftblase in den Düsen des Druckkopfs absondern, als auch Piezo-Druckköpfe, die durch Verformung von piezoelektrischen Keramikelementen in den Düsen des Druckkopfs Tintentröpfchen ausstoßen, eingesetzt werden. Üblicherweise werden Piezo-Druckköpfe verwendet, da sie gegenüber "Bubble-Jet"-Druckköpfen das Volumen von Tintentröpfchen durch die Größe der Spannungsimpulse beeinflussen können, bei einer deutlich höheren Frequenz arbeiten und eine längere Lebensdauer haben.
[ 0023 ] Der für die Entwicklung der Bildvorbereitung verwendete Druckkopf kann bis zu tausend aktive Druckdüsen unterstützen und siebenstufige Tröpfchengrößen zwischen 6 und 42 pl (picoliter) erzeugen, was acht Graustufen entspricht. Dabei erreicht der Druckkopf eine physikalische Bildpunktdichte von 360 dpi. Aufgrund der dynamischen acht Graustufen entspricht dies einer optischen Auflösung von 1080 dpi. Um diese hohe Auflösung zu erreichen, sind die Druckdüsen in zwei vertikal versetzten Reihen zu je 500 Düsen angeordnet. Dabei liegen die Druckdüsen der zwei horizontal zueinander versetzten Reihen in gleichen Abständen zueinander. Erst die Kombination beider Reihen ermöglicht die Auflösung von 360 npi (nozzles per inch) mit einem vertikalen Bildpunktabstand von 70,556 pm. Der Abstand, den die Druckdüsenreihen aufweisen, beträgt 4,798 mm. Bewegt sich der Druckkopf mit einer konstanten Relativgeschwindigkeit zu dem zu bedruckenden Substrat, wird durch einen konstanten, zeitlichen Offset der Tintenausstoß der zweiten Druckdüsenreihe verzögert; Diese Verzögerung gleicht die Distanz zwischen den Druckdü- senreihen aus, sodass sich Tröpfchen beider Druckdüsenreihen zu einer Zeile zusammensetzen.
[ 0024 ] Zur kontinuierlichen Versorgung des Druckkopfs wird ein Tintenversorgungssystem verwendet, das Tintendurchflussrate, Temperatur, sowie den präzisen Druck der Tinte an den Druckdüsen des Druckkopfs konditioniert.
[ 0025 ] Um das Druckbild bspw. auf der einer konisch-rotationssymmetrischen Oberfläche aufzutragen, wird die Hochachse des Druckkopfs parallel zur Sekante außenliegender Punkte des Druckbereichs der Oberfläche ausgerichtet, so dass dieser annä- hernd parallel zur Oberfläche angeordnet ist und entsprechend des nächstmöglichen Berührungspunktes, bspw. mit 1 mm Abstand auf Höhe des nächstmöglichen Berührungspunkts, positioniert. Anschließend rotiert ein Drehantrieb den Gegenstand oder Körper vor dem geneigten Druckkopf. Ein Drehgeber, der die Umdrehung des Gegenstands auslöst, aktiviert zudem die Drucksequenz einer Zeile des Druckbilds, während der auf die Oberflä- che Tinte aufgetragen wird. Um die gesamte physikalische Auflösung des Druckkopfs auszuschöpfen, werden beide Druckdüsenreihen verwendet. Mittels eines aus CAD Daten ermittelten Flaschenquerschnitts, können Parameter auf Höhe jeder einzelnen Druckdüse, bspw. Durchmesser und Neigungswinkel zur benachbarten Druckdüse, die zusammen den rotationssymmetrischen Druckbereich beschreiben, ermittelt und zur Anpassung des Off- set einzelner Druckdüsen und der Bildpunktdichte einzelner Zeilen im Druckbild verwendet werden.
[ 002 6 ] Zur Untersuchung hierzu ausgearbeiteter Algorithmen und Verfahren können als mögliche Komponenten der erfindungsgemäßen Anordnung eine Antriebsein- heit zur Bewegung des Behälters, eine Drucktechnik zur Druckbildapplikation und eine Beleuchtungseinheit zur Trocknung der aufgetragenen Tinte verwendet werden.
[ 0027 ] Um einen rotationssymmetrischen Gegenstand, bspw. Behälter, direkt zu bedrucken, wird eine Antriebseinheit verwendet, mit der der Gegenstand mit einer konstan- ten Geschwindigkeit vor den Druckkopf axial gedreht wird. Die hierzu vorgesehene Antriebseinheit umfasst einen Dom und einen kugelgelagerten Teller, zwischen denen der Gegenstand eingespannt wird. Ein Gleichstromgetriebemotor treibt schließlich eine dem mit Dorn verbundene Antriebsachse an. Durch Reibhaftung wird die Drehbewegung vom Dorn auf den eingespannten Gegenstand übertragen. Ein Drehimpulsgeber übergibt TTL- Signale der Drehinkremente an das Steuergerät des Druckkopfs. So wird sichergestellt, dass in gleichmäßigen Drehabständen ein Drucken einer Zeile des Druckbilds ausgelöst wird.
[ 0028 ] Der Druckkopf wird über eine Halterung auf die Rotationsachse der An- triebseinheit ausgerichtet und/oder positioniert, wobei ein Abstand und ein Neigungswinkel zu dem Gegenstand eingestellt werden.
[ 0029 ] Um die aufgetragene Tinte auszuhärten, befindet sich über dem Druckkopf eine wassergekühlte LED-UVA-Beleuchtungseinheit. Falls UV-trocknende Tinte verwendet wird, dient diese zur Anhaftung ("pinning") und Trocknung ("curing"). Durch Poly- merisation bilden sich lange Molekülketten und es entsteht eine feste, unlösliche Schicht.
[ 0030 ] Das Verfahren kann bspw. für einen Behälter, der als Flasche ausgebildet ist, durchgeführt werden. Diese Flasche weist einen konischen, rotationssymmetrischen Bereich für ein aufzudruckendes Etikett bzw. Label mit einem Neigungswinkel von ca. 3° auf. Die Applikation des Druckbilds wird auf eine konische, rotationssymmetrische Oberfläche angepasst. Für die Entwicklung einer geeigneten Bildvorbereitung werden Bildvorlagen bspw. im Bitmap-Dateiformat verwendet. Ein Etikett bzw. Labelbereich dieser Flasche umfasst einen konischen, rotationssymmetrischen Körper mit folgenden Eigenschaften:
Maximaler Durchmesser dmax = 68,5mm
Minimaler Durchmesser dmin = 61 ,0mm
Maximale Differenz des Durchmessers Amax =7, 5mm
Höhe des Etikettbereichs h = 71 ,0mm
Neigungswinkel a = 3,015°
[ 0031 ] Mit einer Auflösung von 3050 * 1000 Pixel ist das Bildformat des Druckbilds auf den maximalen Umfang der Flasche von 215, 199 mm sowie auf die Höhe des Labelbereichs von 71 mm angepasst. Ein Zusammenhang zwischen den Abmessungen des Bildformats und der Auflösung ist nachfolgend dargelegt.
360dpi * 215,119mm * (25,4mm/inchi1 = 3050Pixel
1000 Pixel*215,119 mm*(25,4mm/inch)"1 = 70,556mm
[ 0032 ] Die Bilddaten enthalten RGB-Farbinformationen zum Auftrag eines Mehrfarbendrucks, sowie 8-Bit-Graustufenwerte zum Auftrag mit nur einer Tintenfarbe.
[ 0033 ] Falls das Druckbild bei einem Neigungswinkel des Druckkopfs von 3° auf die Flasche ohne Bildvorbereitung aufgetragen wird, zeigen sich nun folgende Erscheinungen:
[ 0034 ] Tintentropfen versetzter Düsenreihen des Druckkopfs, in diesem Fall der zweiten Düsenreihe, werden mit abnehmendem Flaschenumfang entgegen der Drehrichtung verschoben aufgetragen. Senkrechte Spalten verlaufen bei abnehmendem Flaschen- durchmesser halbzeilig auseinander.
[ 0035 ] Durch die Anpassung der horizontalen Bildpunktdichte auf Höhe des maximalen Umfangs verändern sich aufgrund einer Umfangsänderung die Weginkremente bei konstanter Druckfrequenz proportional. Die physikalische Bildpunktdichte nimmt somit bei abnehmendem Flaschenumfang zu.
[ 0036 ] Beide Effekte können auf die Bauform des Druckkopfs zurückgeführt werden, dessen Tintentröpfchen zweier Druckdüsenreihen sich bei konstanter Relativgeschwindigkeit zwischen Druckkopf und Substrat zu einer gedruckten Zeile zusammenset- zen. Ebenfalls ausschlaggebend ist darüber hinaus der nicht-konstante Flaschenumfang.
[ 0037 ] Um den räumlichen Versatz beider Druckdüsenreihen auszugleichen, wird der Tintenausstoß der zweiten Druckdüsenreihe durch die Druckkopfansteuerung mittels eines konstanten zeitlichen Offset verzögert. Dies ist dazu vorgesehen, um Bild- punkte beider Reihen zu einer Zeile zusammenzusetzen. Bewegt sich das Substrat unter dem gesamten Druckbereich mit einer konstanten Geschwindigkeit relativ zum Druckkopf, führt dieser Ansatz zu dem gewünschten Druckbild.
[ 0038 ] Rotiert die verwendete, konisch- rotationssymmetrische Flaschenform mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit, ist die Relativgeschwindigkeit zwischen Druckkopf und Substrat entsprechend der Umfangsgeschwindigkeit proportional zur Umfangsänderung. Ausgelegt auf einen Referenzumfang, bspw. den maximalen Flaschenumfang wird der konstante, zeitliche Offset zwischen den beiden Druckdüsenreihen des Druckkopfs eingestellt. In diesem Bereich setzen sich die von beiden Druckdüsenreihen appli- zierten Tintentröpfchen zu einer Zeile zusammen. Die Relativgeschwindigkeitsänderung k hervorgerufen durch eine Umfangsänderung wirkt sich proportional auf den konstanten, zeitlichen Offset zwischen den Druckdüsenreihen in einen räumlichen Versatz aus. k(i) = (max(Umax * fp) - (U(i) * fp)) * (70,556pm)"1, mit fp= Druckfrequenz, U(i)= Umfang auf Höhe Druckdüse i. Es ergibt sich ein nicht-konstanter Offset.
[ 0039 ] Bei einer möglichen Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Zusammenhang zwischen einem Offset zweier oder mehrerer Druckdüsenreihen und des Flaschen- umfangs auf Höhe jeder einzelnen Druckdüse berücksichtigt. [ 004 0 ] Jede zweite Zeile des Druckbilds weist daher entsprechend ihrer Differenz zwischen lokaler Relativgeschwindigkeit und Referenzgeschwindigkeit, bspw. auf Höhe des maximalen Flaschenumfangs, den genannten nicht-konstanten räumlichen Versatz bzw. Offset auf. [ 004 1 ] Um eine möglichst hohe physikalische Bildpunktdichte zu erzielen, wird das Druckbild an den maximalen Umfang der Flasche angepasst. Während sich in diesem Bereich eine sowohl vertikal, als auch horizontal konstante physikalische Bildpunktdichte von 360 dpi einstellt, führt bei geringerem Flaschenumfang und konstanter Druckfrequenz, hervorgerufen durch eine konstante Winkelgeschwindigkeit, aufgrund kürzerer zurückge- legter Weginkremente zwischen der Auslösung zweier Druckimpulse zu einer erhöhten horizontalen physikalischen Bildpunktdichte. Wird die Bildpunktdichte auf Höhe des kleinsten Flaschendurchmessers berechnet, ergibt sich bei 3050 gedruckten Zeilen bei einem minimalen Umfang von 191 ,637 mm eine physikalische Bildpunktdichte von 404 dpi, was einer Zunahme von 44 dpi entspricht:
3050 Pixel * 25,4mm/inch * (191 ,637 mm)"1 = 404dpi
[ 00 2 ] Bei einer möglichen Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Zusammenhang zwischen der Bildpunktdichte und des Flaschenumfangs auf Höhe jeder einzelnen Druckdüse berücksichtigt. Zur Ausführung des Verfahrens wird eine Anpassung der Quellbilddaten, die sowohl Bildvorlagen, als auch ein Dateiformat zur Beschreibung der Substratoberfläche, insbesondere als Vektor- oder Pixelgrafik, sowie digitale technische Zeichnung (CAD), umfassen, an die beschriebene Oberfläche vorgenommen. Hierzu wird für jede einzelne Druckdüse oder Druckdüsenreihe des Druckkopfs eine formbeschreibende Kontur abgelegt. Dieser werden geometrische Parameter, bspw. Flaschendurchmesser und -umfang, Neigungswinkel, etc. des zu bedruckenden Bereichs (Labelbereich) entnommen. Es ergeben sich Vektoren der Dimension n, wobei n die Anzahl aktiver Druckdüsen darstellt. Diese Vektoren enthalten jeweilige, o.g. Flaschenparameter für n Druckdüsen. Jedes Element v(i) beschreibt den Flaschenquerschnitt auf Höhe einer Druckdüse i, zusammengesetzt beschreibt der Vektor v den gesamten Druckbereich. Darüber hinaus
ist eine Beschreibung der Formgebung der beschriebenen Oberfläche als approximierte Funktion möglich.
[ 0043 ] Zudem ist vorgesehen, den nicht-konstanten, halbzeiligen Versatz, als auch die Änderung der physikalischen Bildpunktdichte entsprechend einer Umfangsände- rung mittels Bildverarbeitung der Quellbilddatei des Druckbildes anzupassen.
[ 0044 ] Mit dem Verfahren werden digital zu erstellende und zu hinterlegende Bildvorlagen für die Druckbildapplikation auf nicht-zylindrische, konische, gekurvte, oder andere rotationssymmetrische, dreidimensionale Gegenstände bzw. Körper an die Formgebung der Oberfläche angepasst. Dieser Ansatz zeichnet sich gegenüber bekannten Verfahren durch einen Wegfall von Spuren („Tracks") und damit verbundener Repositionie- rung des Druckkopfs während eines Druckprozesses aus, zu einer einzigen Drucksequenz, was der Auslegung auf eine leistungsorientierten Linienproduktion entgegenkommt. Darüber hinaus entfällt ein steuerungstechnischer Hardwareaufwand zur Ansteuerung einzelner Druckdüsen.
[ 0045 ] Die Anpassung mittels Bildverarbeitung umfasst eine korrektur eines durch Relativgeschwindigkeitsänderung hervorgerufenen, nicht-konstanten, räumlichen Offset. Hierzu wird der beschriebene Offset o zunächst für jede einzelne Druckdüse einer versetzten Druckdüsenreihe berechnet. k(i) = (max(Umax * fp) - (U(i) * fp)) * (70,556pmy1
o(i) = k(i) + Offset_const
Überschreitet dieser Offset den Bildpunktabstand bei einer Auflösung von 360 dpi von 70,556pm oder um ein Vielfaches diesen Werts, werden alle Pixel der entsprechenden Pixelzeile in der vorliegenden Bildvorlage um ein Pixel oder ein Vielfaches entgegen dem räumlichen Versatz im Druckbild verschoben („shift"). Es entsteht eine Stufenfunktion, die eine kontinuierliche Offsetänderung approximiert. Verschobene Pixel werden beim im Druckprozess zeitlich früher behandelt. Da betroffene Tintentropfen einer gedruckten Zeile zeitlich eher ausgelöst werden, reduziert sich der räumliche Versatz und die Relativge- schwindigkeitsänderung wird ausgeglichen. Darüber hinaus können nebenstehende Pixel einer Zeile der Bildvorlage unter Einbezug einer Gewichtung zum anteiligen Verschieben von Bildpunkten durch Beeinflussung der Tropfengröße, insbesondere zur Darstellung von Schrift und großflächigen Motiven im Druckbild, als Kombination einbezogen werden.
[ 004 6 ] Die physikalische Bildpunktdichte verändert sich relativ zur Umfangsän- derung der Oberfläche. Mittels Bildverarbeitung wird die Änderung der physikalischen Bildpunktdichte durch Anpassung der optischen Auflösung angeglichen. Hierzu wird für jede einzelne Druckdüse die Bildpunktdichte anhand Druckfrequenz und Umfang errechnet. Darüber hinaus wird die Bildvorlage in ihre Farbkomponenten, insbesondere Cyan, Magen- ta, Gelb und Schwarz, weitere Sonderfarben nicht ausgeschlossen, aufgeteilt. (Folgende Schritte werden in den jeweiligen Farbkomponenten durchgeführt.) Die Werte sämtlicher Pixel einer Zeile einer Farbkomponente der Bildvorlage werden anhand der prozentualen Bildpunktdichteänderung reduziert. Übertreten Pixel aufgrund dieser Änderung einen Schwellwert der Quantisierung der Druckkopfsteuerung in 8 Graustufen (entspricht Tropfengrößen), wird die optische Bildpunktdichte angepasst. Diese Annäherung kann durch Einbezug nebenstehender Pixel einer Zeile dahingehend optimiert werden, dass zusätzlich zur Quantisierung eine Gewichtung anhand anliegender Bildpunkte vorgenommen werden kann.
[ 0047 ] Die erfindungsgemäße Anordnung ist dazu ausgebildet, sämtliche Schritte des vorgestellten Verfahrens durchzuführen. Dabei können einzelne Schritte dieses Verfahrens auch von einzelnen Komponenten der Anordnung durchgeführt werden. Weiterhin können Funktionen der Anordnung oder Funktionen von einzelnen Komponenten der Anordnung als Schritte des Verfahrens umgesetzt werden. Außerdem ist es möglich, dass Schritte des Verfahrens als Funktionen wenigstens einer Komponente der Anordnung oder der gesamten Anordnung realisiert werden. [ 004 8 ] Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. [ 004 9 ] Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Beschreibungen von Ausführungsformen der Erfindung und der entsprechenden Zeichnung.
[ 0050 ] Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels und zwei Zeichnun- gen schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform einer erfindungs- gemäßen Anordnung.
Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung ein Beispiel für einen Druckkopf. Figur 3 zeigt in schematischer Darstellung ein Beispiel für eine Flasche.
Figur 4 zeigt in schematischer Form die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung aus Figur 1 in einer zweiten Perspektive.
Figur 5 zeigt in schematischer Darstellung ein Diagramm, das bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird.
Figur 6 zeigt ein Flussdiagramm zu einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Figur 7 zeigt ein Flussdiagramm zu einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Figur 8 zeigt ein Flussdiagramm zu einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
[ 0051 ] Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
[ 0052 ] Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben, gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Komponenten. [ 0053 ] Die in Figur 1 schematisch dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung 2 umfasst einen Druckkopf 4, der zwei Reihen Druckdüsen aufweist, mit denen auf eine Oberfläche eines rotationssymmetrischen Bereichs 6 einer Außenwandung eines Gegenstands 8, der sich hier um eine Rotationsachse 10 dreht, Tinte 12 aufge-
tragen wird. Es ist vorgesehen, dass der Druckkopf 4 an einer Halterung 14 befestigt ist, über die der Druckkopf 4 relativ zu der Oberfläche 6 des Gegenstands 8 positioniert werden kann. Außerdem umfasst die Anordnung 2 ein Steuergerät 16, das Funktionen des Druckkopfs 4 kontrolliert und somit steuert und/oder regelt. Es ist hier auch dargestellt, dass dieses Steuergerät 16 mit einer Antriebseinheit 18 verbunden ist, an der der Gegenstand 8 um seine Drehachse 10 drehbar angeordnet, üblicherweise befestigt ist.
[ 0054 ] Figur 2 zeigt den bereits anhand von Figur 1 vorgestellten Druckkopf 4 aus einer weiteren Perspektive. Dabei ist zu erkennen, dass der Druckkopf 4 zwei zuei- nander parallel angeordnete Reihen 20, 22 aufweist, wobei jede dieser Reihen 20, 22 eine Vielzahl äquidistant nebeneinander angeordneter Druckdüsen aufweist, aus denen Tinte auf die Oberfläche des Bereichs 6 des Gegenstands 8 gespritzt und/oder appliziert wird.
[ 0055 ] Figur 3 zeigt als Beispiel für einen rotationssymmetrischen Gegenstand mit einer zylindrischen Oberfläche 26 eine Flasche 24. Falls diese Flasche 24 bei konstanter Winkelgeschwindigkeit in Rotation versetzt wird, ergibt sich, dass sämtliche Punkte der zylindrischen Oberfläche 26 der Flasche 24, die alle denselben Abstand zu einer Rotationsachse der Flasche 24 aufweisen, bei einer Drehung dieselbe Tangentialgeschwindigkeit aufweisen.
[ 0056 ] Wie Figur 4 zeigt, verhält sich dies bei dem Gegenstand 8, dessen Oberfläche den konisch-rotationssymmetrischen Bereich 6 aufweist, anders. Hier ergibt sich bei konstanter Winkel- bzw. Rotationsgeschwindigkeit, mit der der Gegenstand 8 hier über die Antriebseinheit 18 der Anordnung 2 angetrieben wird, dass Punkte des Bereichs 6 der Oberfläche, die einen größeren Abstand bzw. Radius zu der Rotationsachse 10 aufweisen, gleichfalls eine höhere Tangentialgeschwindigkeit als jene Punkte des Bereichs 6 an der Oberfläche aufweisen, die einen geringeren Abstand bzw. Radius zu der Rotationsachse aufweisen. Figur 4 zeigt auch, dass mit den beiden Reihen 20, 22 Druckdüsen des Druckkopfs 4 eine gesamte Höhe bzw. vertikale Ausdehnung des Druckbilds, das auf den Be- reich 6 zu drucken ist, abgedeckt wird. Demnach ist es möglich, dass der Druckkopf das Druckbild nach einer vollständigen Umdrehung des Gegenstands 8 auf den Bereich 6 gedruckt hat.
[ 0057 ] Diesem Umstand wird bei einer Ausführungsform des erfindungsgemä- ßen Verfahrens Rechnung getragen. Diesbezüglich wird auf das Diagramm aus Figur 5 verwiesen. Dieses Diagramm umfasst eine Abszisse, entlang der ein Durchmesser des rotationssymmetrischen Bereichs 6 des Gegenstands 8 aufgetragen ist. Auf der Ordinate
ist eine Druckdichte in dpi aufzutragen. Somit ergibt sich in dem Diagramm eine Auftragung einer Druckdichte in Abhängigkeit eines jeweiligen Druckmessers, die sich ergibt, wenn Punkte des Bereichs 6 mit Tinte aus dem Druckkopf 4 bedruckt werden. Dabei ist vorgesehen, dass sämtliche Druckdüsen des Druckkopfs 4 zu der Oberfläche des konisch- rotationssymmetrischen Bereich 6 des Gegenstands 8 denselben Abstand aufweisen, so dass die beiden Reihen 20, 22 des Druckkopfs 4 parallel zu dem rotationssymmetrischen Bereich 6 angeordnet sind. Aufgrund der unterschiedlichen Tangentialgeschwindigkeiten entlang der Oberfläche des rotationssymmetrischen Bereichs 6 ergibt sich der in Figur 5 durch eine Gerade dargestellte Verlauf 28 der Druckdichte in Abhängigkeit des Durchmes- sers.
[ 0058 ] Das Flussdiagramm aus Figur 6 verdeutlicht Schritte zu einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei ist vorgesehen, dass Bilddaten 32 als Informationen zu einem Druckbild 36 und Parameter 30, die einen rotationssymmet- rischen Bereich 6 einer Außenwandung eines Gegenstands 8 beschreiben, wobei die Parameter 30 insb. Oberflächenparameter darstellen, wie bspw. einen Neigungswinkel sowie einen minimalen und einen maximalen Durchmesser des Bereichs 6 umfassen können, einer Prepress-Management-Software und somit einer Software 34 zur Kontrolle einer Druckvorstufe des Druckbilds 36 bereitgestellt werden. Weiterhin werden von der Software 34 einem Steuergerät 16 Betriebsparameter zur Steuerung eines Druckkopfs 4 bereitgestellt, die von dem Steuergerät 16 zum Kontrollieren des Druckkopfs 4 benutzt werden. Daraufhin bedruckt der Druckkopf 4 die Oberfläche 6 als Ausgabe mit dem Druckbild 36.
[ 0059 ] Anhand des Flussdiagramms aus Figur 7 ist eine zweite Ausführungs- form des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. In diesem Flussdiagramm werden ein Designer 40 einer Form des rotationssymmetrischen Bereichs 6 der Außenwandung des Gegenstands 8, ein Designer 42 des Druckbilds 36 sowie ein Nutzer 44 schematisch dargestellt. [ 0060 ] Dabei werden von dem Designer 40 Parameter 30, die den konisch- rotationssymmetrischen Bereich der Außenwandung des Gegenstands 8 beschreiben, bereitgestellt. Diese Parameter 30 werden zu einer Pixelgrafik 46 transformiert, die einer physikalischen Auflösung des Druckkopfs 4 entsprechen. Weiterhin wird eine Position 48 des Druckbilds 36 definiert, wobei diese Position 48 bspw. einen Abstand des Druckbilds 36 von einer Öffnung oder einem Boden des hier als Flasche ausgebildeten Gegenstands 8 umfasst.
[ 0061 ] Von dem Designer 42 des Druckbilds 36 werden die hierzu erforderlichen Bilddaten 32 bereitgestellt, die das Druckbild 36, bspw. als (A x B)-Matrix, mit rechtwinkligen Dimensionen umfasst. Der Prepress-Management-Software 34 werden somit Informa- tionen 50 über die Form des zu bedruckenden Bereichs 6 des Gegenstands 8 sowie Informationen 52 zu dem Druckbild 36 bereitgestellt. Der Nutzer 44 kann über eine grafische Nutzerschnittstelle 54 ggf. weitere Parameter zum Bereitstellen des Druckbilds 36 der Software 34 eingeben. [ 0062 ] Die Software 34 ist dazu ausgelegt, Dimensionen des Druckbilds 36 an eine Fläche und eine Position des zu bedruckenden Bereichs 6 anzupassen. Weiterhin werden mit der Software 34 Bildlinien des Druckbilds 36 entsprechend der Informationen 50 zu der Form des Bereichs 6 verschoben, um bspw. einen konstanten Offset zwischen den Reihen 20, 22 der Druckdüsen des Druckkopfs 4 zu kompensieren. Dabei werden einzelne Pixel des Druckbilds 36 verschoben, sofern der Offset einen normalen Abstand der Pixel überschreiten sollte. Somit ist es nicht erforderlich, jede einzelne Druckdüse zum Verschieben von Punkten der Tinte über einen Offset zu kontrollieren. Außerdem wird mit der Software 34 eine Aufspaltung der Farbkanäle und eine Anpassung einer Tröpfchengröße der Tinte durch Erhöhen oder Erniedrigen einer Intensität jeweiliger Pixel der Bild- vorläge umgesetzt. Üblicherweise wird die Tröpfchengröße und/oder Tröpfchendichte an die jeweiligen Umstände angepasst. Zudem wird mit der Software 34 eine Position des Druckkopfs 4 berechnet. Dabei wird die Software 34 im Steuergerät 16 ausgeführt, die wiederum dem Druckkopf 4 Betriebsparameter zu dessen Betrieb bereitstellt. [ 0063 ] Die dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist durch das Flussdiagramm in Figur 8 verdeutlicht. Dabei ist hier vorgesehen, dass eine Oberfläche eines rotationssymmetrischen Bereichs 6 einer Außenwandung eines als Flasche ausgebildeten Gegenstands mit einem Druckbild 36 bedruckt wird. Dabei wird von einer CAD Software 56 eine Vektorgrafik 58 bereitgestellt und daraus mit der verwendeten Software 34 eine Pixelgrafik 60 ermittelt. Somit werden weiterhin Informationen zu einem Labelbereich 62 und damit zu dem Bereich 6, der mit dem Druckbild 36 als Etikett zu bedrucken ist, bereitgestellt.
[ 0064 ] Aus der Pixelgrafik 60 werden unter Berücksichtigung der Informationen zu dem Labelbereich 62 Informationen zu einem sogenannten Array 64 mit Parametern des als Flasche ausgebildeten Gegenstands 8 bereitgestellt. Von dem Array 64 wird eine
leere Bildinformation 66 erzeugt, die mit Bilddaten 68 einer hier rechteckigen Bilddatei, die als Pixelgrafik vorliegt, fusioniert 70 wird. Daraus wird eine Vorgabe 72 für das Druckbild 36 auf dem Bereich 6 bereitgestellt. Daraus wird wiederum eine Information CMYK 74 ermittelt, aus der wiederum eine Pixelreihenverschiebung 76 und somit ein Offset bestimmt werden kann. Die Information CMYK 74 ist hier derart ausgelegt, dass auch Sonderfarben berücksichtigt werden können. Außerdem wird eine Zuordnung 78 einer Druckdichte zu einer Tröpfchengröße berücksichtigt. Daraus wird wiederum eine zeilenweise Anpassung 80 einer mittleren Helligkeit abgeleitet. Als Ergebnis wird von der Software 34 eine Ausgabe 82 bereitgestellt, die das Array 64 sowie eine Fusion 70 der Pixelreihenverschiebung 76 mit der zeilenweisen Anpassung 80 umfasst.
[ 0065 ] Bei dem Verfahren zum Bedrucken einer Oberfläche eines rotationssymmetrischen Bereichs 6 einer Außenwandung eines Gegenstands 8 mit einem Druckbild 36 ist vorgesehen, dass der Bereich 6 durch mindestens drei Parameter 30, nämlich einen Neigungswinkel sowie einen minimalen und einen maximalen Durchmesser, festgelegt ist und mit einem Druckkopf 4 bedruckt wird. Der Druckkopf 4 umfasst zwei zueinander parallel angeordnete, geradlinige Reihen 22, 24 mit jeweils mehreren Druckdüsen, wobei die zwei zueinander parallel angeordneten Reihen 22, 24 mit Druckdüsen unter Berücksichtigung einer zu erreichenden Bildpunktdichte des Druckbilds 36 gesteuert werden. Eine Druckdichte jeweils einer Druckdüse wird in Abhängigkeit mindestens eines der drei genannten Parameter 30 eingestellt.
[ 0066 ] Mit dem Verfahren wird zwischen Druckdichten der Druckdüsen der zwei zueinander parallel angeordneten Reihen 22, 24 ein linearer Offset eingestellt, wobei der Offset in Abhängigkeit der zu erreichenden Bildpunktdichte eingestellt wird. Hierbei wird der lineare Offset in Abhängigkeit des maximalen und minimalen Durchmessers des Bereichs 6 eingestellt.
[ 0067 ] Das Verfahren wird in der Regel von der Software 34 gesteuert. Hierbei wird das Druckbild 36 bspw. als Bilddateien 32, 68 digital hinterlegt, wobei diese Bilddaten
32, 68 an die Parameter des Bereichs angepasst werden.
[ 0068 ] Der Druckkopf 4 wird entsprechend dem Neigungswinkel des rotationssymmetrischen Bereichs 6 angeordnet, wobei die Reihen 22, 24 parallel zu dem Bereich 6 der Oberfläche angeordnet werden.
[ 0069 ] Um die Oberfläche zu bedrucken, wird der Gegenstand 8 um eine Drehachse 10 des rotationssymmetrischen Bereichs 6 gedreht. Hierbei kann der Bereich 6 mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit gedreht werden. [ 0070 ] Mit einer Ansteuerung des Druckkopfs 4 durch ein Steuergerät 16, bspw. ausgehend von der Software 34, werden Signale für Drehinkremente übergeben, wodurch in gleichmäßigen Drehabständen ein Druck einer Zeile des zu druckenden Druckbilds 36 ausgelöst wird. [ 0071 ] Die genannten Parameter 30 des rotationssymmetrischen Bereichs können vor dem Bedrucken durch eine Messung ermittelt werden. Alternativ oder ergänzend werden diese Parameter 30 digitalisiert bereitgestellt.
[ 0072 ] Die erfindungsgemäße Anordnung 2 weist den Druckkopf 4 sowie das Steuergerät 16 auf, das dazu ausgebildet ist, die zwei zueinander parallel angeordneten Reihen 22, 24 mit Druckdüsen unter Berücksichtigung einer zu erreichenden Bildpunktdichte des Druckbilds 36 zu steuern und eine Druckdichte jeweils einer Druckdüse in Abhängigkeit mindestens eines der drei Parameter 30, in der Regel Oberflächenparameter, einzustellen. Außerdem umfasst die Anordnung 2 eine Antriebseinheit 18 mit einem Dreh- teller für den Gegenstand 8 und eine Halterung 14 für den Druckkopf 4, wobei der Gegenstand 8 an dem Drehteller zu befestigen und durch Drehen des Drehtellers in Rotation zu versetzen ist, und wobei der Druckkopf 4 über die Halterung 14 relativ zu dem Gegenstand 8 zu positionieren ist.
[ 0073 ] Das Steuergerät 16 weist eine Recheneinheit auf, die die Software 34 Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt.