EP3056347A1 - Vorrichtung zum bedrucken wenigstens eines bereichs der oberfläche eines objekts - Google Patents

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EP3056347A1
EP3056347A1 EP16152187.7A EP16152187A EP3056347A1 EP 3056347 A1 EP3056347 A1 EP 3056347A1 EP 16152187 A EP16152187 A EP 16152187A EP 3056347 A1 EP3056347 A1 EP 3056347A1
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EP
European Patent Office
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manipulator
print head
active component
actuator
printing
Prior art date
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EP16152187.7A
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English (en)
French (fr)
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EP3056347B1 (de
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Dr. Steffen Neeb
Dr. Roland Stenzel
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Heidelberger Druckmaschinen AG
Original Assignee
Heidelberger Druckmaschinen AG
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J29/00—Details of, or accessories for, typewriters or selective printing mechanisms not otherwise provided for
    • B41J29/26—Devices, non-fluid media or methods for cancelling, correcting errors, underscoring or ruling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J19/00—Character- or line-spacing mechanisms
    • B41J19/04—Sound-deadening or shock-absorbing devices or measures therein
    • B41J19/06—Resilient mounting of mechanism
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J3/00—Typewriters or selective printing or marking mechanisms characterised by the purpose for which they are constructed
    • B41J3/407—Typewriters or selective printing or marking mechanisms characterised by the purpose for which they are constructed for marking on special material
    • B41J3/4073—Printing on three-dimensional objects not being in sheet or web form, e.g. spherical or cubic objects

Definitions

  • the invention relates to a device having the features of the preamble of claim 1.
  • the invention is in the technical field of printing of so-called 3D surfaces by means of inkjet (ink jet printing). Such surfaces are usually at least partially not flat, but curved.
  • a print head is guided by means of a manipulator, for example an articulated arm robot, in a plurality of adjacent webs and at a printing distance along the surface of the object to be printed.
  • a manipulator for example an articulated arm robot
  • the device comprises a manipulator with three linear axes and a tool head. Vibrations of the manipulator are detected by a sensor and compensated by means of an actuator.
  • the linear actuator is attached to the last linear axis in front of the tool.
  • JP H06 262 583 is also a manipulator with a sensor-controlled vibration compensation of a gripper known.
  • the gripper is attached to a vibration damper and this on the last arm of the manipulator.
  • the vibration damper knows a moving mass.
  • the human eye is very sensitive and perceives even the smallest disturbances in the print image, which is why vibrations of the print head during printing must be avoided.
  • the vibration energy of a system is proportional to its oscillating mass. In direct connection of the active component to the manipulator high restoring forces are necessary to achieve a sufficient vibration reduction.
  • a device according to the invention for printing at least a portion of the surface of an object comprising a manipulator with a printhead, is characterized in that the device comprises a system for vibration compensation for the printhead, the system comprising an active component and a passive component includes.
  • the object is preferably a three-dimensional object (in short: 3D object), i. an object, i) which expands substantially in three spatial directions and whose surface to be printed can be flat or not flat at least in one area or ii) which essentially only expands in two spatial directions and whose surface to be printed at least in one area during printing is not even.
  • the area of the surface of the object is preferably a part of the surface. However, the area can also be the entire surface.
  • the surface preferably has at least one curvature within the range.
  • the object may e.g. a ball, a container, a part of a vehicle body or an outer element of an aircraft fuselage.
  • the manipulator is preferably a robot, in particular an industrial robot.
  • the robot may comprise rotary joints (rotary kinematics) and / or sliding joints (linear kinematics).
  • the robot may be an articulated arm robot, in particular with two to six axes of rotation, preferably with five or six axes of rotation.
  • the robot can be a linear-arm robot, in particular with two or three linear axes, preferably with three linear axes.
  • the robot can be a parallel arm robot.
  • the printhead is preferably an ink-jet printhead having controllable nozzles for ejecting ink drops according to a text, pattern, logo, image, etc. to be printed.
  • the device according to the invention provides the advantage of enabling the printing of 3D objects, whereby all oscillations of the manipulator disturbing the printed image are sufficiently compensated.
  • the device comprises the system according to the invention for vibration compensation with two components: one component for active compensation and one for passive.
  • the split into two components makes it possible to tailor each component to specific disturbances and to reduce them sufficiently.
  • a further development of the invention can provide that the active component compensates for low oscillation frequencies, ie oscillation frequencies smaller than a limit frequency.
  • the cutoff frequency is preferably between about 10 and about 200 Hz or between about 20 and about 50 Hz, more preferably between about 20 and about 30 Hz. B. are at about 20 Hz.
  • the cutoff frequency may correspond to the lowest natural frequency of the manipulator which is relevant to the printed image or its production, ie which would produce (in the case of oscillations at this frequency) perceptible disturbances of the printed image. This division is very advantageous because typical industrial robots with articulated arms have disturbing vibrations in both frequency ranges, but the areas can be compensated more effectively with the separate means of the active and passive components.
  • connection (alternatively: arrangement, attachment, suspension) of the print head to the manipulator is preferably "soft", i. the natural frequencies of the print head are below the lowest natural frequency of the manipulator relevant to the print result.
  • the frequencies relevant to the printing result extend into the range from about 100 Hz to about 200 Hz.
  • the type of connection decouples the print head from the vibrations of the robot at high frequencies. At the same time, only small actuating forces are required for the active compensation since only the vibrations of the print head and not also those of the manipulator are compensated. In this way, the (vibrational) decoupling of the print head or the printing process from the manipulator or the movement process is possible.
  • the active component comprises an active vibration damper with a mass body and an actuator for moving the mass body.
  • the actuator is preferably designed as a force and travel generating actuator connecting the mass body to the vibrating member.
  • the activation of the actuator generates an acceleration of the mass body and the case
  • the resulting inertial forces effectively counteract the oscillation to be compensated (opposing forces).
  • the mass of the mass body preferably corresponds approximately to the mass of the print head or the print head and a portion of a connector between the print head and the manipulator.
  • the mass of the mass body can be in the range between one tenth and ten times this mass, up to the magnitude of the resonating mass of the manipulator.
  • the actuator is a plunger coil or a linear motor.
  • the actuator may be a piezo actuator, in particular a piezo stack actuator.
  • the mass body may be part of the actuator, for. B. whose moving component.
  • a development of the invention can provide that the active component is arranged on the print head on a connector or on the manipulator.
  • the preferred arrangement is directly on the printhead.
  • the active component may comprise one, two or three modules, each module acting in an orthogonal spatial direction.
  • Each module may comprise a mass body and an actuator for moving the mass body.
  • the system for vibration compensation comprises at least one sensor for measuring the vibration of the print head.
  • the sensor may be implemented as an acceleration sensor.
  • the sensor can be arranged directly on the print head.
  • the sensor signals are used to control the actuator.
  • the sensor may comprise one, two or three modules, each module measuring in an orthogonal spatial direction, in particular the three spatial components x, y and z of the acceleration.
  • the system for vibration compensation comprises a regulator and an amplifier (power electronics) connected to the regulator, the input of the regulator being connected to the sensor and the output of the amplifier being connected to the active component.
  • the sensor signals are converted by the controller-amplifier network into control signals for the actuator.
  • the control signals are preferably generated in such a way that, indeed However, the disturbing vibrations are sufficiently compensated, but the web guide necessary for the production of the imprint is not disturbed: The head follows advantageously substantially the calculated, ideal trajectory.
  • a development of the invention may provide that the passive component comprises a connector for attaching the printhead to the manipulator.
  • the connecting piece is designed as a parallelogram suspension.
  • the suspension preferably has four parallel connecting elements between the manipulator and the print head. It allows the movement of the print head at least in two spatial directions, ie in one plane.
  • the plane is preferably perpendicular to the longitudinal direction of a last arm portion of the manipulator.
  • the connecting elements may be designed as bars with a thickness of about 5 to about 10 mm and a length of about 20 to about 200 mm.
  • the suspension in the said plane is preferably "soft" and perpendicular to it "stiff": The print head thus has three degrees of freedom in the plane (two translational and one rotational).
  • a suspension on a body of elastic material is preferably compensated by suitable control of the manipulator statically in dependence on two solid angles.
  • a further development of the invention can provide that the natural frequency of the print head together with the connecting piece is smaller than the smallest natural frequency of the manipulator relevant to the printing result.
  • the processing units can each also have a separate active component.
  • the Printhead has a separate active component, the dryer no active component and both, head and dryer, a common passive component.
  • the printhead preferably has a low mass compared to the manipulator.
  • the electronics of the print head is preferably arranged on the manipulator (printhead "behind” the connector and electronics "before” the connector), so that their masses in the compensation does not have to be moved and the active component can be advantageously dimensioned small.
  • FIG. 1 shows a preferred embodiment of a device 1 for printing on an object 2, in particular at least one region 3 'of the surface 3 of an object.
  • the device comprises a manipulator 4 designed as a robot arm with a connecting piece 5 and an ink-jet printhead 6.
  • the printhead has nozzles 7 which eject ink drops 8 in the direction of the object surface.
  • the print head is guided by the manipulator and thereby performs a web movement 18 at the printing distance along the surface.
  • the print head 6 is connected via the connecting piece 5 to the end of the manipulator 4.
  • the connector forms the passive component of the compensation system.
  • the connecting piece is designed as a parallelogram suspension and comprises four beams 5a to 5d and two mounting plates 5e and 5f. The bars are arranged in the form of a parallelogram (which is to be indicated in the figure by the two closer “thicker” and the two more distant “thinner” bars).
  • the connector allows passive balance movements due to its "softness" the printhead relative to the manipulator in the direction indicated by double arrow 9 direction.
  • the "softness" suitable for the requirements can be achieved by suitable choice of material and dimensioning (thickness, length).
  • a compensation module 10 is arranged as the active component 10 of the compensation system. This comprises a mass body 11 and an actuator 12. Furthermore, a sensor 13 is arranged on the print head. The sensor may e.g. measure the acceleration of the printhead. The sensor sends its signals to a controller 14 and the latter to an amplifier 15. There, the generated control signals are given to the actuator.
  • actuator 12 itself has rigidity and damping properties (compare reference numerals 16 and 17) or if stiffness or spring elements 16 or damping elements 17 are connected in parallel therewith, corresponding spring and damping forces act on a relative movement of mass body 11 and print head 6 parallel to the mass forces. In this case, this must be taken into account when designing the control algorithm of the controller 14.
  • the compensation module 10 can also be arranged on the connecting piece 5 or on the manipulator 4 (see reference numerals 10 'and 10 ").

Abstract

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bedrucken wenigstens eines Bereichs der Oberfläche eines sogenannten 3D-Objekts, z.B. eines gekrümmten Fahrzeug-Karosserieteils, wobei die Vorrichtung (1) einen Manipulator (4), z.B. einen Gelenkarm-Roboter mit sechs Freiheitsgraden, mit einem daran angeordneten (Tintenstrahl-) Druckkopf (6) umfasst, zeichnet sich dadurch aus, dass die Vorrichtung ein System zur Schwingungskompensation für den Druckkopf umfasst, wobei das System eine aktive Komponente (10, 10', 10") und eine passive Komponente (5) umfasst. Das Druckbild störende Schwingungen des Manipulators können auf diese Weise effektiv verhindert werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
  • Die Erfindung liegt auf dem technischen Gebiet des Bedruckens von sogenannten 3D-Oberflächen mittels Inkjet (Tintenstrahldruck). Solche Oberflächen sind in der Regel zumindest bereichsweise nicht eben, sondern gekrümmt.
    • Stand der Technik und Aufgabe
  • Aus der DE 10 2012 006 371 A1 ist eine technische Lösung zum Bedrucken von 3D-Oberflächen bekannt. Dabei wird ein Druckkopf mittels eines Manipulators, z.B. eines Gelenkarm-Roboters, in mehreren benachbarten Bahnen und im Druckabstand entlang der Oberfläche des zu bedruckenden Objekts geführt.
  • Aus der DE 10 2012 006 370 A1 und der DE 10 2013 019 359.1 sind technische Lösungen bekannt, welche jeweils dafür sorgen, dass die Anschlüsse der Bahnen fehlerfrei und somit für das Auge nicht wahrnehmbar sind.
  • Aufgrund von unvermeidbaren Schwingungen des Manipulators und folglich des mitgeführten Druckkopfs kann die Lage benachbarter oder - z.B. zur Erzeugung von CMYK-Farbdrucken - überlagerter Tintentropfen auf der Oberfläche (Druckpunkte) und somit das Druckbild gestört sein. Der Aufwand, solche Schwingungen durch Konstruktionsänderungen am Manipulator selbst zu beseitigen, wäre unverhältnismäßig hoch und kostenintensiv und bei Standard-Industrierobotern als Zukaufteilen schlicht kaum möglich. Zudem ist das Problem abhängig von der Größe des Manipulators, so dass es insbesondere beim Bedrucken von großen Objekten wie z.B. Karosserieteilen auftreten kann.
  • Aus der EP 1 001 184 A2 ist ein Vorrichtung zum Fräßen bekannt. Die Vorrichtung umfasst einen Manipulator mit drei Linearachsen und einen Werkzeugkopf. Schwingungen des Manipulators werden von einem Sensor erfasst und mittels eines Aktors kompensiert. Der Linear-Aktor ist an der letzten Linearachse vor dem Werkzeug befestigt.
  • Aus der JP H06 262 583 ist ebenfalls ein Manipulator mit einer sensorgesteuerten Schwingungskompensation eines Greifers bekannt. Der Greifer ist an einem Schwingungsdämpfer und dieser am letzten Arm des Manipulators befestigt. Der Schwingungsdämpfer weißt eine bewegliche Masse auf.
  • Das menschliche Auge ist sehr empfindlich und nimmt selbst kleinste Störungen im Druckbild wahr, weswegen Schwingungen des Druckkopfes während des Druckens vermieden werden müssen. Die Schwingungsenergie eines Systems ist proportional zu seiner schwingenden Masse. Bei direkter Anbindung der aktiven Komponente an den Manipulator sind hohe Stellkräfte notwendig, um eine ausreichende Schwingungsreduktion zu erreichen.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung zu schaffen, welche es ermöglichen, 3D-Objekte mittels eines Manipulatorgeführten Druckkopfs selbst unter Schwingungen des Manipulators störungsfrei zu bedrucken.
  • Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
    • Lösung der Aufgabe
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bedrucken wenigstens eines Bereichs der Oberfläche eines Objekts, wobei die Vorrichtung einen Manipulator mit einem Druckkopf umfasst, zeichnet sich dadurch aus, dass die Vorrichtung ein System zur Schwingungskompensation für den Druckkopf umfasst, wobei das System eine aktive Komponente und eine passive Komponente umfasst.
  • Das Objekt ist bevorzugt ein dreidimensionales Objekt (kurz: 3D-Objekt), d.h. ein Objekt, i) das sich wesentlich in drei Raumrichtungen ausdehnt und dessen zu bedruckende Oberfläche zumindest in einem Bereich eben oder nicht eben sein kann oder ii) das sich wesentlich nur in zwei Raumrichtungen ausdehnt und dessen zu bedruckende Oberfläche zumindest in einem Bereich während des Bedruckens nicht eben ist. Der Bereich der Oberfläche des Objekts ist bevorzugt ein Teil der Oberfläche. Der Bereich kann jedoch auch die gesamte Oberfläche sein. Die Oberfläche weist innerhalb des Bereichs bevorzugt wenigstens eine Krümmung auf. Das Objekt kann z.B. ein Ball, ein Behälter, ein Teil einer Fahrzeug-Karosserie oder ein Außenelement eines Flugzeugrumpfs sein.
  • Der Manipulator ist bevorzugt ein Roboter, insbesondere ein Industrie-Roboter. Der Roboter kann Drehgelenke (rotatorische Kinematik) und/oder Schubgelenke (lineare Kinematik) umfassen. Der Roboter kann ein Gelenkarmroboter sein, insbesondere mit zwei bis sechs Rotationsachsen, bevorzugt mit fünf oder sechs Rotationsachsen. Der Roboter kann ein Lineararmroboter sein, insbesondere mit zwei oder drei Linearachsen, bevorzugt mit drei Linearachsen. Der Roboter kann ein Parallelarmroboter sein.
  • Der Druckkopf ist bevorzugt ein Tintenstrahl-Druckkopf mit steuerbaren Düsen zum Ausstoßen von Tintentropfen gemäß eines zu druckenden Textes, Musters, Logos, Bildes etc.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung schafft den Vorteil, das Bedrucken von 3D-Objekten zu ermöglichen, wobei alle das Druckbild störende Schwingungen des Manipulators ausreichend kompensiert werden. Hierzu umfasst die Vorrichtung das erfindungswesentliche System zur Schwingungskompensation mit zwei Komponenten: eine Komponente zur aktiven Kompensation und eine zur passiven. Die Aufteilung in zwei Komponenten ermöglicht es, jede Komponente auf spezifische Störungen abzustimmen und diese ausreichend zu verringern.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass die aktive Komponente niedrige Schwingungsfrequenzen, d.h. Schwingungsfrequenzen kleiner als eine Grenzfrequenz kompensiert. Die Grenzfrequenz liegt bevorzugt zwischen etwa 10 und etwa 200 Hz oder zwischen etwa 20 und etwa 50 Hz, besonders bevorzugt zwischen etwa 20 und etwa 30 Hz. Die Grenzfrequenz kann z. B. bei etwa 20 Hz liegen. Die Grenzfrequenz kann der tiefsten Eigenfrequenz des Manipulators entsprechen, welche für das Druckbild bzw. dessen Herstellung relevant ist, d. h. welche (im Fall von Schwingungen bei dieser Frequenz) wahrnehmbare Störungen des Druckbildes erzeugen würde. Diese Aufteilung ist sehr von Vorteil, denn typische Industrieroboter mit Gelenkarmen weisen störende Schwingungen in beiden Frequenzbereichen auf, die Bereiche können aber mit den separaten Mitteln der aktiven und passiven Komponenten wirksamer kompensiert werden. Die Anforderungen der Druckherstellung übersteigen diejenigen anderer Bearbeitungen von 3D-Oberflächen, da das menschliche Auge für Störungen in Mustern sehr empfänglich ist. Daher ist die aus dem Stand der Technik bekannte technische Lösung zur Kompensation beider Bereiche mit einer Komponente - wie sich im Zuge der Entwicklung des 3D-Oberflächen-Bedruckens unerwartet herausgestellt hat - hier nicht tauglich. Die Eigenfrequenz des Druckkopfs (und einem Anteil eines Verbindungsstücks zwischen Druckkopf und Manipulator) liegt unter der genannten Grenzfrequenz.
  • Die Verbindung (alternativ: Anordnung, Befestigung, Aufhängung) des Druckkopfes zum Manipulator erfolgt bevorzugt "weich", d.h. die Eigenfrequenzen des Druckkopfes sind unterhalb der niedrigsten, für das Druckergebnis relevanten Eigenfrequenz des Manipulators. Die für das Druckergebnis relevanten Frequenzen reichen bis in den Bereich von etwa 100 Hz bis etwa 200 Hz. Durch die Art der Verbindung wird der Druckkopf von den Schwingungen des Roboters mit hohen Frequenzen entkoppelt. Gleichzeit sind nur geringe Stellkräfte für die aktive Kompensation erforderlich, da nur die Schwingungen des Druckkopfs und nicht auch die des Manipulators kompensiert werden. Auf diese Weise ist die (schwingungstechnische) Entkopplung des Druckkopfes bzw. des Druckprozesses vom Manipulator bzw. vom Bewegungsprozess möglich.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass die aktive Komponente einen aktiven Schwingungsdämpfer mit einem Masse-Körper und einem Aktor zum Bewegen des Masse-Körpers umfasst. Der Aktor ist bevorzugt als ein Kraft- und Weg-erzeugendes Stellglied ausgeführt, das den Masse-Körper mit dem schwingenden Teil verbindet. Die Ansteuerung des Aktors erzeugt eine Beschleunigung des Masse-Körpers und die dabei entstehenden Trägheitskräfte wirken der zu kompensierenden Schwingung wirksam entgegen (Gegenkräfte). Die Masse des Masse-Körpers entspricht bevorzugt etwa der Masse des Druckkopfs oder des Druckkopfs und einem Anteil eines Verbindungsstücks zwischen Druckkopf und Manipulator. Alternativ kann die Masse des Masse-Körpers im Bereich zwischen einem Zehntel und dem Zehnfachen dieser Masse liegen, bis hin zur Größenordnung der mitschwingenden Masse des Manipulators.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass der Aktor eine Tauchspule oder ein Linearmotor ist. Alternativ kann der Aktor ein Piezo-Aktor, insbesondere ein Piezostapel-Aktor sein. Der Massekörper kann Teil des Aktors sein, z. B. dessen bewegte Komponente.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass die aktive Komponente am Druckkopf an einem Verbindungsstück oder am Manipulator angeordnet ist. Die bevorzugte Anordnung ist direkt am Druckkopf. Die aktive Komponente kann ein, zwei oder drei Module umfassen, wobei jedes Modul in einer orthogonalen Raumrichtung wirkt. Jedes Modul kann einen Masse-Körper und einen Aktor zum Bewegen des Masse-Körpers umfassen.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass das System zur Schwingungskompensation wenigstens einen Sensor zur Messung der Schwingung des Druckkopfs umfasst. Der Sensor kann als ein Beschleunigungssensor ausgeführt sein. Der Sensor kann direkt am Druckkopf angeordnet sein. Die Sensorsignale dienen der Ansteuerung des Aktors. Der Sensor kann ein, zwei oder drei Module umfassen, wobei jedes Modul in einer orthogonalen Raumrichtung misst, insbesondere die drei Raumkomponenten x, y und z der Beschleunigung.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass das System zur Schwingungskompensation einen Regler und einen mit dem Regler verbundenen Verstärker (Leistungselektronik) umfasst, wobei der Eingang des Reglers mit dem Sensor und der Ausgang des Verstärkers mit der aktiven Komponente verbunden sind. Die Sensorsignale werden durch den Regler-Verstärker-Verbund in Steuersignale für den Aktor umgewandelt. Dabei werden die Steuersignale bevorzugt derart erzeugt, dass zwar die störenden Schwingungen ausreichend kompensiert werden, die zur Erzeugung des Aufdruck notwendige Bahnführung jedoch nicht störend beeinflusst wird: Der Kopf folgt in vorteilhafter Weise im Wesentlichen der berechneten, idealen Bahn.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass die passive Komponente ein Verbindungsstück zum Befestigen des Druckkopfs am Manipulator umfasst.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass das Verbindungsstück als Parallelogramm-Aufhängung ausgeführt ist. Die Aufhängung weist bevorzugt vier parallele Verbindungselemente zwischen Manipulator und Druckkopf auf. Sie erlaubt die Bewegung des Druckkopfs zumindest in zwei Raumrichtungen, also in einer Ebene. Die Ebene liegt bevorzugt senkrecht zur Längsrichtung eines letzten Armabschnitts des Manipulators. Die Verbindungselemente können als Balken mit einer Dicke von etwa 5 bis etwa 10 mm und einer Länge von etwa 20 bis etwa 200 mm ausgeführt sein. Die Aufhängung ist in der genannten Ebene bevorzugt "weich" und senkrecht dazu "steif": Der Druckkopf hat somit drei Freiheitsgrade in der Ebene (zwei translatorische und eine rotatorische). Die bei Schrägstellung des Druckkopfes durch die Schwerkraft oder alternativ durch Fliehkräfte verursachte Verformung der Parallelogramm-Aufhängung oder einer anderen Aufhängung, z. B. einer Aufhängung an einem Körper aus elastischem Material wird bevorzugt durch geeignete Ansteuerung des Manipulators statisch in Abhängigkeit von zwei Raumwinkeln kompensiert.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass die Eigenfrequenz des Druckkopfs zusammen mit dem Verbindungsstück kleiner als die kleinste, für das Druckergebnis relevante Eigenfrequenz des Manipulators ist.
  • Sofern an dem Manipulator mehrere Druckköpfe oder ein Kopf und Trockner oder andere Kombinationen mehrerer Bearbeitungseinheiten angeordnet sind, ist es von Vorteil, den Verbund aus diesen Einheiten mit einem gemeinsamen System zur Schwingungskompensation auszustatten. Alternative: Die Bearbeitungseinheiten können jeweils auch eine separate aktive Komponente aufweisen. Weitere Alternative: Der Druckkopf weist eine separate aktive Komponente auf, der Trockner keine aktive Komponente und beide, Kopf und Trockner, eine gemeinsame passive Komponente.
  • Der Druckkopf weist bevorzugt eine geringe Masse im Vergleich zum Manipulator auf. Die Elektronik des Druckkopfs wird bevorzugt am Manipulator angeordnet (Druckkopf "hinter" dem Verbindungsstück und Elektronik "vor" dem Verbindungsstück), so dass deren Massen bei der Kompensation nicht bewegt werden muss und die aktive Komponente in vorteilhafter Weise gering dimensioniert werden kann.
    • Ausführungsbeispiel
  • Die Erfindung und deren vorteilhafte Weiterbildungen werden im Folgenden am Beispiel einer konkreten Ausführungsform und mit Bezug zur Figur beschrieben. Die Figur zeigt:
    • Figur 1
    bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zum Bedrucken eines Objekts.
  • Figur 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zum Bedrucken eines Objekts 2, insbesondere wenigstens eines Bereichs 3' der Oberfläche 3 eines Objekts. Die Vorrichtung umfasst einen als Roboterarm ausgebildeten Manipulator 4 mit einem Verbindungsstück 5 und einem Tintenstrahl-Druckkopf 6. Der Druckkopf weist Düsen 7 auf, welche Tintentropfen 8 in Richtung Objektoberfläche ausstoßen. Der Druckkopf wird von dem Manipulator geführt und führt dabei eine Bahn-Bewegung 18 im Druckabstand entlang der Oberfläche aus.
  • Der Druckkopf 6 ist über das Verbindungsstück 5 mit dem Ende des Manipulators 4 verbunden. Das Verbindungsstück bildet die passive Komponente des Kompensationssystems. Das Verbindungsstück ist als eine Parallelogramm-Aufhängung ausgeführt und umfasst vier Balken 5a bis 5d und zwei Montageplatten 5e und 5f. Die Balken sind in Form eines Parallelogramms angeordnet (was in der Figur durch die beiden näheren "dickeren" und die beiden entfernteren "dünneren" Balken angedeutet werden soll). Das Verbindungsstück erlaubt aufgrund dessen "Weichheit" passive AusgleichsBewegungen des Druckkopfs relativ zum Manipulator in der mit Doppelpfeil 9 angedeuteten Richtung. Die für die Anforderungen passende "Weichheit" kann durch geeignete Materialwahl und Dimensionierung (Dicke, Länge) erreicht werden.
  • Am Druckkopf 6 ist als aktive Komponente 10 des Kompensationssystems ein Kompensations-Modul 10 angeordnet. Dieses umfasst einen Masse-Körper 11 und einen Aktor 12. Weiterhin ist am Druckkopf ein Sensor 13 angeordnet. Der Sensor kann z.B. die Beschleunigung des Druckkopfes messen. Der Sensor gibt seine Signale an einen Regler 14 und letzterer an einen Verstärker 15. Vor dort werden die erzeugten Steuersignale an den Aktor gegeben.
  • Weist der Aktor 12 selbst Steifigkeits- und Dämpfungseigenschaften auf (vgl. Bezugszeichen 16 und 17) oder sind ihm entsprechend Steifigkeits- bzw. Federelemente 16 oder Dämpfungselemente 17 parallelgeschaltet, wirken bei einer Relativbewegung von Masse-Körper 11 und Druckkopf 6 entsprechende Feder- und Dämpfungskräfte parallel zu den Massekräften. Dies muss in diesem Fall bei der Auslegung des Regelalgorithmus des Reglers 14 berücksichtigt werden.
  • Das Kompensations-Modul 10 kann auch am Verbindungsstück 5 oder am Manipulator 4 angeordnet sein (vgl. Bezugszeichen 10' und 10").
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Vorrichtung
    2
    Objekt
    3
    Oberfläche
    3'
    Bereich der Oberfläche
    4
    Manipulator/Roboterarm
    5
    Verbindungsstück
    5a-d
    Balken
    5e-f
    Montageplatten
    6
    Druckkopf
    7
    Düsen
    8
    Tintentropfen
    9
    Richtung
    10, 10', 10"
    Kompensations-Modul
    11
    Masse-Körper
    12
    Aktor
    13
    Sensor
    14
    Regler
    15
    Verstärker
    16
    Steifigkeitselement/Federelement
    17
    Dämpfungselement
    18
    Bahn-Bewegung des Druckkopfs

Claims (10)

  1. Vorrichtung zum Bedrucken wenigstens eines Bereichs der Oberfläche eines Objekts, wobei die Vorrichtung (1) einen Manipulator (4) mit einem Druckkopf (6) umfasst,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Vorrichtung ein System zur Schwingungskompensation für den Druckkopf umfasst, wobei das System eine aktive Komponente (10, 10', 10") und eine passive Komponente (5) umfasst.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die aktive Komponente (10, 10', 10") niedrige Schwingungsfrequenzen, d.h. Schwingungsfrequenzen kleiner als eine Grenzfrequenz kompensiert und die passive Komponente (5) hohe Schwingungsfrequenzen, d.h. Schwingungsfrequenzen größer als eine Grenzfrequenz kompensiert.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die aktive Komponente (10, 10', 10") einen aktiven Schwingungstilger mit einem Masse-Körper (11) und einem Aktor (12) zum Bewegen des Masse-Körpers umfasst.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Aktor ein Linearmotor oder eine Tauchspule ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die aktive Komponente (10, 10', 10") am Druckkopf (6), an der passiven Komponente (5) oder am Manipulator (4) angeordnet ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das System zur Schwingungskompensation wenigstens einen Sensor (13) zur Messung der Schwingung des Druckkopfs (6) umfasst.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das System zur Schwingungskompensation einen Regler (14) und einen mit dem Regler verbundenen Verstärker (15) umfasst, wobei der Eingang des Reglers mit dem Sensor (13) und der Ausgang des Verstärkers mit der aktiven Komponente (10, 10', 10") verbunden sind.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die passive Komponente (5) ein Verbindungsstück (5) zum Befestigen des Druckkopfs (6) am Manipulator (4) umfasst.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Verbindungsstück (5) als Parallelogramm-Aufhängung ausgeführt ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Eigenfrequenz des Druckkopfs (6) zusammen mit dem Verbindungsstück (5) kleiner als die kleinste, für das Druckergebnis relevante Eigenfrequenz des Manipulators ist.
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