EP3810429B1 - Installation d'impression ou de revetement de surfaces de pieces tridimensionnelles - Google Patents

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EP3810429B1
EP3810429B1 EP19730822.4A EP19730822A EP3810429B1 EP 3810429 B1 EP3810429 B1 EP 3810429B1 EP 19730822 A EP19730822 A EP 19730822A EP 3810429 B1 EP3810429 B1 EP 3810429B1
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EP
European Patent Office
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printing
axis
head
support structure
management
Prior art date
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Jérôme BONIFACE
Romuald RICHEBOURG
Michel DEMARCHI
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SMRC Automotive Holdings Netherlands BV
Original Assignee
SMRC Automotive Holdings Netherlands BV
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    • B41J3/407—Typewriters or selective printing or marking mechanisms characterised by the purpose for which they are constructed for marking on special material
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Definitions

  • the present invention generally relates to the field of the treatment and coating of surfaces of parts by an automated installation, in particular the printing by projection of patterns on surfaces of complex shapes, in particular three-dimensional, and relates to an installation of printing and/or coating of such surfaces of parts, preferably by implementing printing means of the ink jet type.
  • the parts concerned may in particular consist of automobile interior trim parts.
  • the printing head which ejects the coating substance, such as ink can be moved by a robotic arm relative to a part which remains fixed.
  • the printing means which most often incorporate a four-color assembly, are generally bulky, and it is then complicated to move them, especially at high speed. This is all the more true when these printing means are, in addition, associated with a module for at least partial drying of the drops of the substance deposited on the surface, placed directly under the printing head.
  • the printheads may be subject to disturbances or position variations due to the rapid movement of the robotic arm. To limit these disturbances, it is then necessary to limit the speed of movement of the robotic arm, which reduces the rate, as well as industrial efficiency.
  • sudden variations in the orientation of the print head have the effect of impacting the quality of the print. Indeed, inside the print head the air is in a slight depression to prevent the substance from flowing out by gravity.
  • sudden variations in orientation have the consequence of modifying the balance between the atmospheric pressure and the pressure inside the printhead, and therefore of disturbing the ejection of the substance.
  • the piece to be decorated is, for its part, moved in front of the printing heads and the drying/cross-linking means, by a support device comprising a first unit for moving in translation and second and third rotational displacement units, around pivot axes which are not parallel to each other and one of which coincides with the translation axis of the first unit.
  • This installation has a complex and relatively bulky structure, with in addition a significant limitation in terms of varieties of shapes of three-dimensional surfaces that can be treated. Finally, it has a multitude of printing and drying positions, corresponding to the different positions of the aforementioned heads and means.
  • the document JP 2002 084407 A discloses an installation for printing surfaces of three-dimensional parts.
  • the installation comprises a part support, capable of receiving and holding a part to be decorated and mounted on a displacement device, and sensor means, capable of detecting the three-dimensional shape of the part.
  • the object of the present invention is to overcome at least the main drawbacks stated above.
  • the printing means 7, the sensor means 8 and any drying means 9 are arranged side by side, superimposed, on a fixed support structure 11, such as a base, an upright, a gantry or the like.
  • the displacement device 4 and the support structure 11 are arranged opposite each other and a spatial reference X, Y, Z is assigned to said fixed support structure 11, with a first axis X determining the distance between the displacement device 4 and said support structure 11, a second axis Z corresponding to the direction of stacking of the printing means, sensors and possibly drying means 5, 8, 9 and a third axis Y perpendicular to the two preceding axes X and Z.
  • the printing means 5 consist of at least two monochromatic 6 or bi-chromatic 7 mobile printing heads, in rotation and/or in translation, with at least one degree of freedom, said heads 6, 7 being able to be moved selectively , one by one, towards a determined spatial position PSD authorizing the printing of the surface 2′ of the part 2, this under the control of the calculation, management and control means 10, and in accordance with preprogrammed data, by example a printing program, also determining the displacement of the part 2 relative to the support structure 11 and to the determined spatial position PSD.
  • the invention makes it possible to overcome the drawbacks associated with a multicolor printhead of large size along the stacking axis of the means 5, 8, 9 (axis Z in the figures) and whose nozzle lines of the same color are consistently spaced.
  • the definition, for the different heads 6, 7 of the means 5, of a single spatial position PSD authorizing printing makes it possible to simplify and make more precise the kinematics of relative displacement and positioning of the different heads 6, 7 with respect to the part 2 in motion during the course of the printing.
  • the printheads 6, 7 remain at least partially in the support structure 11 although they are movable relative to the latter.
  • the printheads 6, 7 can be arranged side by side linearly along the third Y axis and be movable together in sliding along this Y axis, under the effect of a suitable translation actuator controlled by the calculation means 10 , management and control.
  • the different monochrome heads 6 can be part of the same module forming multiple head 5 in the form of a bar, and be arranged in line in a horizontal direction (Y axis in the figures), therefore with a vertical size (Z axis in the figures ) minimum.
  • the guiding of the block of heads 6 in translation can be done using a rail, a slide or the like forming part of the structure 11.
  • the sensor 8 and drying 9 means are normally mounted fixed on said structure 11, but can also be provided to be mobile, like the print heads 6, to further increase the processing precision.
  • THE figures 4A and 4B illustrate two successive operating steps of a process for printing a surface 2' using an installation 1 according to the figure 1 and comprising printing means 5 according to the figures 3A to 3C .
  • the print head 6, 7 assigned to the color cyan is positioned by translation along the Y axis (horizontal direction) vertically and in the axis of the sensor means 8 and of the drying/cross-linking means 9 ( PSD position).
  • the multi-axis robot arm 4 moves the part 2 in front of the said head 6, 7 which projects the cyan-colored ink onto the surface 2' to be printed according to a predefined printing program, executed by the calculation, management and control means 10 which also exploit the information provided by the sensor means 8 concerning the relative position and the displacement parameters of the part 2.
  • the drying/crosslinking means 9 ensure the fixing and at least partial solidification of the deposited drops.
  • the multiple head 5 in the form of a bar is then moved by one notch, by driving via a linear actuator (not shown), in such a way that the head 6, 7 assigned to the magenta color is found in the PSD position.
  • the ink is projected according to a predefined program while the part 2 moves in front of the active head 6, 7 (magenta head) and the drops are dried by the means 9.
  • the whole of the printing cycle can be repeated with a very slight voluntary shift of the printheads 6, 7 (compared to their position during the previous printing cycle), in order to obtain an even higher resolution. better.
  • the printheads 6, 7 are arranged circularly around the second axis Z and are movable together in rotation around this axis Z, under the effect of a suitable rotary actuator (not shown) driven by means 10 of calculation, management and control.
  • the printing process is carried out in successive stages by rotating the module grouping together the different heads 6 by a fraction of a turn (here a quarter turn) around the Z axis.
  • the sensor and drying means 8 and 9 are normally fixed, but can be designed mobile concomitantly with the print heads 6.
  • each of the print heads 6, 7 may also be movable individually, under the effect of a suitable controlled actuator (not shown) , specific to each head 6, 7 or common to all the heads 6, 7, sliding along the first axis X (not shown).
  • the printheads 6, 7 can be arranged linearly side by side along the second axis Z and be, on the one hand, slidably movable together along this Z axis and, on the other hand, individually slidably movable along the first axis X, this under the effect of suitable translational actuators (not shown) controlled by the means 10 of calculation, management and control (for example an automaton), with which can be associated a console 10 'of control and programming.
  • the control sequence of the printheads 6, 7 advantageously comprises, successively, first a sliding along the Z axis for the selection of the color to be applied, then a sliding along the X axis to bring the ejection orifice 13 (nozzle) concerned near the surface to be decorated.
  • the printheads 6, 7 are mounted on or in the support structure 11 with the ability to move slidably, individually, along the three axes X, Y and Z, under the effect of adequate translational actuators controlled by the means 10 of calculation, management and control.
  • the support structure 11 is provided with a cowling 12 with an opening 12' materializing the determined spatial position authorizing PSD printing, this opening 12' authorizing, if necessary, the passage of a print head 6 , 7.
  • the support structure 11 with the cowling 12 advantageously has a columnar shape, simple and compact.
  • the support structure 11 consists of a bay or a shelf for storing a printhead maintenance station 6, 7, and said installation 1 comprises a second displacement device 4' with at least five degrees of freedom, preferably a second six-axis robot arm, configured to selectively move a print head 6, 7 from its location in the bay or the storage shelf 11 to the determined spatial position PSD, and vice versa, this under the control of the means 10 calculation, management and control.
  • Said printhead 6, 7 can be maintained at this position PSD during the progress of the printing or coating operation with this head 6, 7.
  • the second robot arm 4′ is equipped, at its free end, with an automatic tool loader 14, with its automatic piloting device, on which can be mounted, temporarily and interchangeably, the head 6, 7 selected for the intended printing operation, the management of the operation of each print head 6, 7 and of the ink circulation, in line with the possible movements of the robot arm 4' carrier being carried out by the means 10.
  • each printhead 6, 7 is, in this second embodiment of the installation, stored in the support structure 11 (whose size and number of reception slots is adapted to the needs in qualitative and quantitative terms).
  • Each print head 6, 7 can be in ink recirculation or not, the management of the depressions is computerized (means 10) and adapts in real time to the movements of the robot 4 ', and to the orientations of the head 6, 7 concerned.
  • each head 6, 7 on its automatic tool changer 14 allows any orientation of the mounted head to work in the entire sphere of action of the robot 4'.
  • the robot 4' takes the head 6, 7 of the corresponding color from the storage rack 11 thanks to the automatic tool changer 14.
  • the ink and printhead control parameters are advantageously adapted in real time to compensate for the movements of the wrist of the robot 4' when the head is set in motion at the end of the wrist of the robot.
  • the different printheads 6, 7 all have similar constructions and external shapes.
  • the installation 1 preferably comprises four monochromatic printing heads 6, each head 6 comprising at least two parallel rows of orifices 13 for ejecting ink of the same color (see in particular figures 8 and 9 ).
  • each head 6 may alternatively comprise only one row of orifices 13 for a given color.
  • the installation 1 can comprise two bi-chromatic printing heads 7, each head 7 being constituted by the assembly of two monochromatic heads 6 each comprising two rows of orifices 13 for ejecting ink of the same color.
  • the installation 1 can exploit the instantaneous speeds of fractions of the surface 2' of the part 2 in displacement (acquired by the sensor means 8 and exploited by the means 10) to manage the printing cycle, as mentioned in the patent application French n° 18 54024 on behalf of the plaintiff, by way of illustrative example (cf. figure 2 notably).
  • drying/or crosslinking means 9 can advantageously comprise a radiation source with means for adjusting the beam as described and represented in the patent application French n° 17 50260 on behalf of the plaintiff, by way of illustrative example.

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  • Coating Apparatus (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Description

  • La présente invention concerne de manière générale le domaine du traitement et du revêtement de surfaces de pièces par une installation automatisée, en particulier l'impression par projection de motifs sur des surfaces de formes complexes, notamment tridimensionnelles, et a pour objet une installation d'impression et/ou de revêtement de telles surfaces de pièces, préférentiellement en mettant en oeuvre des moyens d'impression du type à jet d'encre.
  • Les pièces concernées peuvent notamment consister en des pièces d'habillage intérieur automobile.
  • De manière connue et comme l'illustrent, par exemple, les publications DE 10 2012 212 469 A1 , US 2009/0167817 A1 , EP 2 873 496 A1 , et EP 0 931 649 A1 , pour imprimer une pièce par des moyens d'impression du type jet d'encre, la tête d'impression qui éjecte la substance de revêtement, telle que de l'encre, peut être déplacée par un bras robotisé relativement à une pièce qui reste fixe.
  • Toutefois, les moyens d'impression, qui incorporent le plus souvent un ensemble quadri-chromique, sont en général volumineux, et il est alors compliqué de les déplacer, surtout à vitesse élevée. Cela est d'autant plus vrai, lorsque ces moyens d'impression sont, en plus, associés à un module de séchage au moins partiel des gouttes de la substance déposées sur la surface, disposé directement sous la tête d'impression. En outre, les têtes d'impression peuvent être soumises à des perturbations ou à des variations de position du fait du déplacement rapide du bras robotisé. Pour limiter ces perturbations, il est alors nécessaire de limiter la vitesse de déplacement du bras robotisé, ce qui réduit la cadence, ainsi que l'efficacité industrielle. Par ailleurs, des variations brutales de l'orientation de la tête d'impression ont pour conséquence d'impacter la qualité de l'impression. En effet, à l'intérieur de la tête d'impression l'air est en légère dépression pour empêcher que la substance ne s'écoule par gravité. Or, des variations brutales d'orientation, ont pour conséquence de modifier l'équilibre entre la pression atmosphérique et la pression à l'intérieur de la tête d'impression, et donc de perturber l'éjection de la substance. Enfin, il est également délicat d'embarquer l'unité d'alimentation en substance de la tête d'impression sur le bras robotisé.
  • Pour pallier ces inconvénients, il a été proposé, en particulier par la demanderesse dans ses demandes de brevets français n° 17 50260 , n° 17 51064 et n° 18 54024 , la mise en oeuvre d'installations dans lesquelles la tête d'impression et les moyens de séchage sont fixes, c'est-à-dire immobiles et statiques, et seule la pièce est déplacée lors de l'impression, en étant montée sur un bras robotisé multiaxe.
  • Dans ces installations également, les moyens d'impression consistent en une unique tête d'impression couleur quadri-chromique qui, vue de face, présente généralement une configuration des buses ou orifices d'éjection des différentes couleurs telle que représentée figure 1 (B = noir ; Y = jaune ; C = cyan ; M = magenta).
  • Ces orifices sont arrangés en lignes superposées verticalement (axe Z) avec une alternance des couleurs projetées et l'écartement « e » entre buses de même couleur, appartenant à deux lignes de buses successives de l'empilement, détermine la résolution de l'impression.
  • Une telle tête d'impression quadri-chromique présente toutefois un certain nombre d'inconvénients comme indiqué ci-après.
  • Ainsi, elle présente un encombrement (hauteur) important dans la direction Z (direction verticale généralement). Cette caractéristique entraîne des problèmes de qualité et d'homogénéité d'impression du fait des variations de vitesse de déplacement de la pièce (arrimée au bras robot). De plus, du fait de l'alternance par couleur des lignes de buses, les distances relativement importantes séparant deux lignes successives délivrant la même couleur rendent difficile la synchronisation mutuelle de ces lignes de buses de même couleur. La qualité d'impression résultante sur les surfaces tridimensionnelles n'est de ce fait pas optimale. Enfin, l'ordre de succession des couleurs est imposé physiquement par l'affectation par couleur des lignes de buses et la résolution limitée de la tête quadri-chromique oblige de réaliser plusieurs passes d'impression pour obtenir une bonne qualité d'impression, d'où il résulte une perte de temps importante.
  • Par le document US 9 266 354 , on connaît une installation d'impression comprenant une pluralité de têtes d'impression bi-chromatiques ou monochromatiques et de moyens de séchage/réticulation montés selon une disposition circulaire sur une structure support fixe.
  • La pièce à décorer est, quant à elle, déplacée devant les têtes d'impression et les moyens de séchage/réticulation, par un dispositif de support comprenant une première unité de déplacement en translation et des deuxième et troisième unités de déplacement en rotation, autour d'axes de pivotement non parallèles entre eux et dont l'un est confondu avec l'axe de translation de la première unité.
  • Cette installation présente une structure complexe et relativement encombrante, avec en plus une limitation importante en termes de variétés de formes de surfaces tridimensionnelles pouvant être traitées. Enfin, elle présente une multitude de positions d'impression et de séchage, correspondant aux différentes positions des têtes et moyens précités.
  • Le document JP 2002 084407 A divulgue une installation d'impression de surfaces de pièces tridimensionnelles. L'installation comprend un support de pièce, apte à recevoir et a maintenir une pièce à décorer et monté sur une dispositif de déplacement, et des moyens capteurs, aptes à détecter la forme tridimensionnelle de la pièce.
  • La présente invention a pour but de pallier au moins les principaux inconvénients énoncés ci-dessus.
  • A cet effet, elle a pour objet une installation d'impression et/ou de revêtement de surfaces de pièces, en particulier de surfaces tridimensionnelles, cette installation comprenant essentiellement :
    • un support de pièce, apte à recevoir et à maintenir une pièce à décorer ou à revêtir et monté sur un dispositif de déplacement à au moins cinq degrés de liberté, tel que par exemple un bras robot six axes,
    • des moyens d'impression par projection d'encre ou analogue, consistant en au moins une tête d'impression,
    • des moyens capteurs, aptes à mesurer des paramètres de positionnement et/ou de déplacement de la pièce, en particulier des vitesses de déplacement et/ou des coordonnées de positionnement,
    • éventuellement des moyens de séchage et/ou de réticulation, au moins partiel(le), des substances projetées sur la surface de la pièce à décorer,
    • des moyens de calcul, de gestion et de commande aptes et destinés à exploiter les signaux délivrés par les moyens capteurs et à commander au moins les moyens d'impression et le dispositif de déplacement,
    • les moyens d'impression, les moyens capteurs et les éventuels moyens de séchage étant arrangés côte à côte, de manière superposée, sur une structure support fixe, tel qu'un socle, un montant, un portique ou analogue,
    • le dispositif de déplacement et la structure de support étant disposés mutuellement en regard et un repère spatial étant affecté à ladite structure support fixe, avec un premier axe déterminant la distance entre le dispositif de déplacement et ladite structure de support, un deuxième axe correspondant à la direction d'empilement des moyens d'impression, capteurs et éventuellement de séchage et un troisième axe perpendiculaire aux deux axes précédents,
    • dans laquelle les moyens d'impression consistent en au moins deux têtes d'impression monochromatiques ou bi-chromatiques mobiles, en rotation et/ou en translation, avec au moins un degré de liberté, lesdites têtes pouvant être déplacées sélectivement, une par une, vers une position spatiale déterminée autorisant l'impression de la surface de la pièce, ce sous le contrôle des moyens de calcul, de gestion et de commande, et en accord avec des données préprogrammées, par exemple un programme d'impression, déterminant également le déplacement de la pièce relativement à la structure support et à la position spatiale déterminée.
  • L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à des modes de réalisation préférés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels :
    • la figure 2 est une vue schématique d'ensemble en élévation latérale d'une installation d'impression selon un mode de réalisation de l'invention ;
    • les figures 3A à 3C sont des vues partielles en élévation latérale (3A), en élévation frontale (3B) et de dessus (3C) du détail A de la figure 2, correspondant à la partie de l'installation regroupant les moyens d'impression, capteurs et de séchage, en accord avec une première variante de réalisation de l'invention (déplacement en translation, selon un axe, des têtes d'impression alignées) ;
    • les figures 4A et 4B illustrent, avec des vues similaires à celle de la figure 3B, deux séquences consécutives d'impression avec deux têtes monochromatiques de couleurs différentes ;
    • les figures 5A à 5C sont des vues partielles en élévation latérale (5A), en élévation frontale (5B) et de dessus (5C) du détail A de la figure 2, en accord avec une seconde variante de réalisation de l'invention (répartition circulaire et déplacement en rotation autour d'un axe des têtes d'impression) ;
    • les figures 6A et 6B sont des vues partielles en élévation latérale (6A) et frontale (6B) du détail A de la figure 2, en accord avec une troisième variante de réalisation de l'invention (déplacement en translation, selon deux directions perpendiculaires, des têtes d'impression alignées) ;
    • la figure 7 est une vue en perspective et par transparence d'une partie du détail A de la figure 2, montrant les moyens d'impression et leur logement dans la structure support, en accord avec une quatrième variante de réalisation de l'invention (les têtes d'impression étant déplaçables selon trois directions mutuellement orthogonales) ;
    • la figure 8 illustre, schématiquement et de manière comparative, respectivement les distances D et d entre rangées de buses de projection d'une même couleur, en relation avec une tête d'impression quadri-chromique selon l'état de la technique et en relation avec une tête d'impression monochromatique selon l'invention ;
    • les figures 9A et 9B illustrent schématiquement les écarts entre deux rangées de buses et les écarts résultants en termes de résolution d'impression sur une surface non plane, pour une tête quadri-chromique de l'état de la technique (9A) et pour une tête monochromatique selon l'invention (9B) ;
    • la figure 10 illustre schématiquement, au moyen de vues de face des structures supports d'une illustration d'impression, les différences d'encombrement vertical entre une tête quadri-chromique de l'état de la technique (à gauche) et une tête monochromatique, simple ou double (bi-chromatique), selon l'invention (à droite), et,
    • la figure 11 illustre schématiquement sous la forme d'une vue d'ensemble partielle un autre mode de réalisation d'une installation d'impression selon l'invention.
  • Les figures 2 et 11 montrent une installation 1 d'impression et/ou de revêtement de surfaces 2' de pièces 2, en particulier de surfaces non planes ou tridimensionnelles, cette installation 1 comprenant essentiellement :
    • un support de pièce 3, apte à recevoir et à maintenir une pièce 2 à décorer ou à revêtir et monté sur un dispositif de déplacement 4 à au moins cinq degrés de liberté, tel que par exemple un bras robot six axes,
    • des moyens 5 d'impression par projection d'encre ou analogue, consistant en au moins une tête d'impression 6 ou 7,
    • des moyens capteurs 8, aptes à mesurer des paramètres de positionnement et/ou de déplacement de la pièce 2, en particulier des vitesses de déplacement et/ou des coordonnées de positionnement,
    • éventuellement des moyens 9 de séchage et/ou de réticulation, au moins partiel(le), des substances projetées sur la surface 2' de la pièce 2 à décorer,
    • des moyens 10 de calcul, de gestion et de commande aptes et destinés à exploiter les signaux délivrés par les moyens capteurs 8 et à commander au moins les moyens d'impression 7 et le dispositif de déplacement 4.
  • Les moyens d'impression 7, les moyens capteurs 8 et les éventuels moyens de séchage 9 sont arrangés côte à côte, de manière superposée, sur une structure support 11 fixe, tel qu'un socle, un montant, un portique ou analogue.
  • Le dispositif de déplacement 4 et la structure de support 11 sont disposés mutuellement en regard et un repère spatial X, Y, Z est affecté à ladite structure support 11 fixe, avec un premier axe X déterminant la distance entre le dispositif de déplacement 4 et ladite structure de support 11, un deuxième axe Z correspondant à la direction d'empilement des moyens d'impression, capteurs et éventuellement de séchage 5, 8, 9 et un troisième axe Y perpendiculaire aux deux axes précédents X et Z.
  • Conformément à l'invention et comme cela ressort des figures 3 à 10, les moyens d'impression 5 consistent en au moins deux têtes d'impression monochromatiques 6 ou bi-chromatiques 7 mobiles, en rotation et/ou en translation, avec au moins un degré de liberté, lesdites têtes 6, 7 pouvant être déplacées sélectivement, une par une, vers une position spatiale déterminée PSD autorisant l'impression de la surface 2' de la pièce 2, ce sous le contrôle des moyens 10 de calcul, de gestion et de commande, et en accord avec des données préprogrammées, par exemple un programme d'impression, déterminant également le déplacement de la pièce 2 relativement à la structure support 11 et à la position spatiale déterminée PSD.
  • Grâce aux dispositions précitées, l'invention permet de s'affranchir des inconvénients liés à une tête d'impression multicouleurs de grand encombrement selon l'axe d'empilement des moyens 5, 8, 9 (axe Z sur les figures) et dont les lignes de buses de même couleur sont espacées de manière conséquente.
  • En outre, la définition, pour les différentes têtes 6, 7 des moyens 5, d'une unique position spatiale PSD autorisant l'impression permet de simplifier et de rendre plus précise la cinématique de déplacement et de positionnement relatifs des différentes têtes 6, 7 par rapport à la pièce 2 en mouvement lors du déroulement de l'impression.
  • Enfin, en permettant un rapprochement des lignes de buses ou d'orifices d'éjection 13 analogues, allouées à la même couleur, la résolution obtenue sera nettement plus élevée (cf. figures 8 à 10). La position PSD est normalement alignée et immédiatement adjacente avec celles des moyens capteurs et de séchage 8 et 9 pour une plus grande simplicité constructive et une meilleure efficacité.
  • Dans le mode de réalisation de la figure 2, et dans les variantes des figures 3 à 7, les têtes d'impression 6, 7 demeurent au moins partiellement dans la structure support 11 bien qu'étant mobiles par rapport à cette dernière.
  • En accord avec une première variante de réalisation et comme illustré sur les figures 3, les têtes d'impression 6, 7 peuvent être arrangées côte à côte linéairement selon le troisième axe Y et être mobiles ensemble en coulissement selon cet axe Y, ce sous l'effet d'un actionneur translatif adéquat piloté par les moyens 10 de calcul, de gestion et de commande.
  • Les différentes têtes monochromes 6 peuvent faire partie d'un même module formant tête multiple 5 en forme de barre, et être arrangées en ligne selon une direction horizontale (axe Y sur les figures), donc avec un encombrement vertical (axe Z sur les figures) minimal. Le guidage du bloc de têtes 6 en translation peut se faire à l'aide d'un rail, d'une glissière ou analogue faisant partie de la structure 11.
  • Les moyens capteurs 8 et de séchage 9 sont normalement montés fixes sur ladite structure 11, mais peuvent également être prévus mobiles, à l'instar des têtes d'impression 6, pour augmenter d'avantage encore la précision de traitement.
  • Les figures 4A et 4B illustrent deux étapes opératoires successives d'un processus d'impression d'une surface 2' à l'aide d'une installation 1 selon la figure 1 et comportant des moyens d'impression 5 selon les figures 3A à 3C.
  • Dans la première étape (figure 4A), la tête d'impression 6, 7 affectée à la couleur cyan vient se positionner par translation selon l'axe Y (direction horizontale) à la verticale et dans l'axe du moyen capteur 8 et du moyen de séchage/réticulation 9 (position PSD). Le bras robot multiaxe 4 déplace la pièce 2 devant ladite tête 6, 7 qui projette l'encre couleur cyan sur la surface 2' à imprimer selon un programme d'impression prédéfini, exécuté par les moyens 10 de calcul, de gestion et de commande qui exploitent aussi les informations fournies par les moyens capteurs 8 concernant la position relative et les paramètres de déplacement de la pièce 2.
  • Les moyens de séchage/réticulation 9 assurent la fixation et la solidification au moins partielle des gouttes déposées.
  • Sous la commande des moyens 10, la tête multiple 5 en forme de barre est alors déplacée d'un cran, par entraînement par l'intermédiaire d'un actionneur linéaire (non représenté), de telle manière que la tête 6, 7 affectée à la couleur magenta se retrouve en position PSD. A nouveau, l'encre est projetée selon un programme prédéfini alors que la pièce 2 se déplace devant la tête 6, 7 active (tête magenta) et les gouttes sont séchées par les moyens 9. Ces étapes se répètent ensuite pour les deux autres couleurs, pour achever le cycle d'impression.
  • Eventuellement, l'ensemble du cycle d'impression peut être répété avec un très faible décalage volontaire des têtes d'impression 6, 7 (par rapport à leur position durant le cycle précédent d'impression), ce afin d'obtenir une résolution encore meilleure.
  • Selon une deuxième variante de réalisation, illustrée aux figures 5, il peut être prévu que les têtes d'impression 6, 7 soient arrangées circulairement autour du deuxième axe Z et soient mobiles ensemble en rotation autour de cet axe Z, ce sous l'effet d'un actionneur rotatif adéquat (non représenté) piloté par les moyens 10 de calcul, gestion et de commande.
  • A l'instar de la variante précitée, le processus d'impression est réalisé par étapes successives en faisant pivoter le module regroupant les différentes têtes 6 d'une fraction de tour (ici un quart de tour) autour de l'axe Z.
  • Comme précédemment, les moyens capteurs et de séchage 8 et 9 sont normalement fixes, mais peuvent être conçus mobiles concomitamment avec les têtes d'impression 6.
  • Conformément à une caractéristique additionnelle par rapport aux deux variantes précitées, et compatible avec elles, il peut être prévu que chacune des têtes d'impression 6, 7 soit également mobile individuellement, sous l'effet d'un actionneur piloté adéquat (non représenté), propre à chaque tête 6, 7 ou commun à toutes les têtes 6, 7, en coulissement selon le premier axe X (non représenté).
  • Il en résulte une plus grande flexibilité de manoeuvre et d'application, ainsi qu'une plus grande maîtrise, un meilleur contrôle et une plus grande souplesse en termes de distance de projection.
  • En accord avec une troisième variante constructive de l'invention, représentée sur les figures 6, les têtes d'impression 6, 7 peuvent être arrangées côte à côte linéairement selon le deuxième axe Z et être, d'une part, mobiles ensemble en coulissement selon cet axe Z et, d'autre part, mobiles individuellement en coulissement selon le premier axe X, ce sous l'effet d'actionneurs translatifs adéquats (non représentés) pilotés par les moyens 10 de calcul, de gestion et de commande (par exemple un automate), auxquels peut être associée une console 10' de commande et de programmation.
  • La séquence de commande des têtes d'impression 6, 7 comporte avantageusement, de manière successive, d'abord un coulissement selon l'axe Z pour la sélection de la couleur à appliquer, puis un coulissement selon l'axe X pour amener l'orifice d'éjection 13 (buse) concerné près de la surface à décorer.
  • Enfin, et comme illustré sur la figure 7, il peut aussi être prévu que les têtes d'impression 6, 7 soient montées sur ou dans la structure de support 11 avec faculté de déplacement en coulissement, individuellement, selon les trois axes X, Y et Z, ce sous l'effet d'actionneurs translatifs adéquats pilotés par les moyens 10 de calcul, de gestion et de commande.
  • L'homme du métier comprend que les orientations verticale Z et horizontale XY représentées sur les figures ne le sont qu'à titre d'exemple le plus courant. En effet, et en accord avec une construction et une orientation adéquate du dispositif 4 de déplacement de la pièce 2, ces axes X, Y et Z peuvent être intervertis, l'axe Z ne correspondant alors plus à la direction verticale (variante non représentée).
  • De manière avantageuse, la structure de support 11 est pourvue d'un capotage 12 avec une ouverture 12' matérialisant la position spatiale déterminée autorisant l'impression PSD, cette ouverture 12' autorisant le cas échéant le passage d'une tête d'impression 6, 7.
  • Par ailleurs, compte tenu de l'arrangement superposé verticalement des moyens 5, 8 et 9, la structure support 11 avec le capotage 12 présente avantageusement une forme en colonne, simple et peu encombrante.
  • En accord avec un second mode de réalisation de l'installation 1, illustré schématiquement sur la figure 11, la structure support 11 consiste en une baie ou une étagère de stockage d'une station de maintenance des têtes d'impression 6, 7, et ladite installation 1 comprend un second dispositif de déplacement 4' à au moins cinq degrés de liberté, préférentiellement un second bras robot six axes, configuré pour déplacer sélectivement une tête d'impression 6, 7 depuis son emplacement dans la baie ou l'étagère de stockage 11 vers la position spatiale déterminée PSD, et vice versa, ce sous le contrôle des moyens 10 de calcul, de gestion et de commande. Ladite tête d'impression 6, 7 peut être maintenue à cette position PSD durant le déroulement de l'opération d'impression ou de revêtement avec cette tête 6, 7.
  • Avantageusement, le second bras robot 4', est équipé, au niveau de son extrémité libre, d'un chargeur d'outil automatique 14, avec son dispositif de pilotage automatique, sur lequel peut être montée, temporairement et de manière interchangeable, la tête d'impression 6, 7 sélectionnée pour l'opération d'impression prévue, la gestion du fonctionnement de chaque tête d'impression 6, 7 et de la circulation d'encre, en adéquation avec les éventuels mouvements du bras robot 4' porteur étant réalisée par les moyens 10.
  • Quand elle n'est pas en utilisation, chaque tête d'impression 6, 7 est, dans ce deuxième mode de réalisation de l'installation, stockée dans la structure support 11 (dont la taille et le nombre d'emplacements de réception est adapté aux besoins en termes qualitatifs et quantitatifs).
  • Chaque tête d'impression 6, 7 peut être en recirculation d'encre ou pas, la gestion des dépressions est informatisée (moyens 10) et s'adapte en temps réel aux mouvements du robot 4', et aux orientations de la tête 6, 7 concernée.
  • Le montage de chaque tête 6, 7 sur son changeur d'outil automatique 14 autorise une orientation quelconque de la tête montée pour travailler dans l'ensemble de la sphère d'action du robot 4'.
  • Pour mettre en oeuvre une couleur d'impression, le robot 4' prend la tête 6, 7 de la couleur correspondante dans le rack de stockage 11 grâce au changeur d'outil automatique 14.
  • Les paramètres de contrôle de l'encre et de la tête d'impression sont avantageusement adaptés en temps réel pour compenser les mouvements du poignet du robot 4' lorsque la tête est mise en mouvement au bout du poignet du robot.
  • Dans le cadre de ce second mode de réalisation de l'invention, l'homme du métier comprend que chaque tête d'impression 6, 7 peut être utilisée dans les deux configurations suivantes, à savoir :
    • la tête mise en oeuvre est positionnée par le robot en tant que tête d'impression fixe (principe Impression Pièce Portée, la pièce sera déplacée devant la tête fixe par l'autre robot 4). La possibilité de faire varier la position de travail fixe pour morphologie de pièce à traiter permet de simplifier grandement la programmation des trajectoires du robot chargé de réaliser les trajectoires d'impression,
    • la pièce 2 est portée par un premier robot 4, la tête d'impression est portée par un second robot 4' et les deux robots 4 et 4' travaillent en collaboration sous le contrôle des moyens 10. Cela ouvre la possibilité de traiter des pièces beaucoup plus volumineuses, et sur toutes leurs faces.
  • Préférentiellement, les différentes têtes d'impression 6, 7 présentent toutes des constructions et des formes extérieures similaires.
  • Selon un premier mode de réalisation, ressortant des figures 3 à 7, l'installation 1 comporte de manière préférée, quatre têtes d'impression 6 monochromatiques, chaque tête 6 comportant au moins deux rangées parallèles d'orifices 13 d'éjection d'encre de la même couleur (voir notamment figures 8 et 9). Lorsqu'une résolution d'impression très élevée est recherchée, chaque tête 6 peut en variante ne comporter qu'une seule rangée d'orifices 13 pour une couleur donnée.
  • Conformément à un second mode de réalisation, représenté partiellement sur la figure 10, l'installation 1 peut comporter deux têtes d'impression 7 bi-chromatiques, chaque tête 7 étant constituée par l'assemblage de deux têtes monochromatiques 6 comportant chacune deux rangées d'orifices 13 d'éjection d'encre de même couleur.
  • La réalisation pratique des moyens 4, 4', 5, 8, 9 et 12, ainsi que la conception des programmes de pilotage et d'impression, sont à la portée de l'homme du métier, en particulier des spécialistes de l'automatisme et des systèmes d'impression automatisée.
  • De manière avantageuse, l'installation 1 peut exploiter les vitesses instantanées de fractions du surface 2' de la pièce 2 en déplacement (acquises par les moyens capteurs 8 et exploités par les moyens 10) pour gérer le cycle d'impression, comme mentionné dans la demande de brevet français n° 18 54024 au nom de la demanderesse, à titre d'exemple illustratif (cf. figure 2 notamment).
  • De même, les moyens 9 de séchage/ou de réticulation peuvent avantageusement comprendre une source de rayonnement avec des moyens de réglage du faisceau comme décrits et représentés dans la demande de brevet français n° 17 50260 au nom de la demanderesse, à titre d'exemple illustratif.
  • Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments.

Claims (11)

  1. Installation (1) d'impression et/ou de revêtement de surfaces de pièces, en particulier de surfaces tridimensionnelles, cette installation (1) comprenant essentiellement :
    - un support de pièce (3), apte à recevoir et à maintenir une pièce (2) à décorer ou à revêtir et monté sur un dispositif de déplacement (4) à au moins cinq degrés de liberté, tel que par exemple un bras robot six axes,
    - des moyens (5) d'impression par projection d'encre ou analogue, consistant en au moins une tête d'impression (6 ou 7),
    - des moyens capteurs (8), aptes à mesurer des paramètres de positionnement et/ou de déplacement de la pièce (2), en particulier des vitesses de déplacement et/ou des coordonnées de positionnement,
    - éventuellement des moyens (9) de séchage et/ou de réticulation, au moins partiel(le), des substances projetées sur la surface (2') de la pièce (2) à décorer,
    - des moyens (10) de calcul, de gestion et de commande aptes et destinés à exploiter les signaux délivrés par les moyens capteurs (8) et à commander au moins les moyens d'impression (7) et le dispositif de déplacement (4),
    les moyens d'impression (7), les moyens capteurs (8) et les éventuels moyens de séchage (9) étant arrangés côte à côte, de manière superposée, sur une structure support (11) fixe, tel qu'un socle, un montant, un portique ou analogue,
    le dispositif de déplacement (4) et la structure de support (11) étant disposés mutuellement en regard et un repère spatial (X, Y, Z) étant affecté à ladite structure support (11) fixe, avec un premier axe (X) déterminant la distance entre le dispositif de déplacement (4) et ladite structure de support (11), un deuxième axe (Z) correspondant à la direction d'empilement des moyens d'impression, capteurs et éventuellement de séchage (5, 8, 9) et un troisième axe (Y) perpendiculaire aux deux axes précédents (X et Z),
    dans laquelle les moyens d'impression (5) consistent en au moins deux têtes d'impression monochromatiques (6) ou bi-chromatiques (7) mobiles, en rotation et/ou en translation, avec au moins un degré de liberté, lesdites têtes (6, 7) pouvant être déplacées sélectivement, une par une, vers une position spatiale déterminée (PSD) autorisant l'impression de la surface (2') de la pièce (2), ce sous le contrôle des moyens (10) de calcul, de gestion et de commande, et en accord avec des données préprogrammées, par exemple un programme d'impression, déterminant également le déplacement de la pièce (2) relativement à la structure support (11) et à la position spatiale déterminée (PSD).
  2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les têtes d'impression (6, 7) sont arrangées côte à côte linéairement selon le troisième axe (Y) et sont mobiles ensemble en coulissement selon cet axe (Y), ce sous l'effet d'un actionneur translatif adéquat piloté par les moyens (10) de calcul, de de gestion et de commande.
  3. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les têtes d'impression (6, 7) sont arrangées circulairement autour du deuxième axe (Z) et sont mobiles ensemble en rotation autour de cet axe (Z), ce sous l'effet d'un actionneur rotatif adéquat piloté par les moyens (10) de calcul, gestion et de commande.
  4. Installation selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que chacune des têtes d'impression (6, 7) est également mobile individuellement, sous l'effet d'un actionneur piloté adéquat, propre à chaque tête (6, 7) ou commun à toutes les têtes (6, 7), en coulissement selon le premier axe (X).
  5. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les têtes d'impression (6, 7) sont arrangées côte à côte linéairement selon le deuxième axe (Z) et sont, d'une part, mobiles ensemble en coulissement selon cet axe (Z) et, d'autre part, mobiles individuellement en coulissement selon le premier axe (X), ce sous l'effet d'actionneurs translatifs adéquats pilotés par les moyens (10) de calcul, de gestion et de commande.
  6. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les têtes d'impression (6, 7) sont montées sur ou dans la structure de support (11) avec faculté de déplacement en coulissement, individuellement, selon les trois axes (X, Y et Z), ce sous l'effet d'actionneurs translatifs adéquats pilotés par les moyens (10) de calcul, de gestion et de commande.
  7. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la structure de support (11) est pourvue d'un capotage (12) avec une ouverture (12') matérialisant la position spatiale déterminée autorisant l'impression (PSD), cette ouverture (12') autorisant le cas échéant le passage d'une tête d'impression (6, 7).
  8. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la structure support (11) consiste en une baie ou une étagère de stockage d'une station de maintenance des têtes d'impression (6, 7), et en ce que ladite installation (1) comprend un second dispositif de déplacement (4') à au moins cinq degrés de liberté, préférentiellement un second bras robot six axes, configuré pour déplacer sélectivement une tête d'impression (6, 7) depuis son emplacement dans la baie ou l'étagère de stockage (11) vers la position spatiale déterminée (PSD), et vice versa, ce sous le contrôle des moyens (10) de calcul, de gestion et de commande, ladite tête d'impression (6, 7) étant maintenue à cette position (PSD) durant le déroulement de l'opération d'impression ou de revêtement avec cette tête (6, 7).
  9. Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que le second bras robot (4'), est équipé, au niveau de son extrémité libre, d'un chargeur d'outil automatique (14), avec son dispositif de pilotage automatique, sur lequel peut être montée, temporairement et de manière interchangeable, la tête d'impression (6, 7) sélectionnée pour l'opération d'impression prévue, la gestion du fonctionnement de chaque tête d'impression (6, 7) et de la circulation d'encre, en adéquation avec les éventuels mouvements du bras robot (4') porteur étant réalisée par les moyens (10).
  10. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle comporte quatre têtes d'impression (6) monochromatiques, chaque tête (6) comportant au moins deux rangées parallèles d'orifices (13) d'éjection d'encre de la même couleur.
  11. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle comporte deux têtes d'impression (7) bi-chromatiques, chaque tête (7) étant constituée par l'assemblage de deux têtes monochromatiques (6) comportant chacune deux rangées d'orifices (13) d'éjection d'encre de même couleur.
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