JP2005313146A - 立体物彩色方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】立体物の屈曲部分と微小領域を容易に彩色することが可能な立体物彩色方法を提供する。
【解決手段】形状データに基づいて立体物または色素噴射ノズルの移動経路を設定し（Ｓ１１）、前記形状データ予及び色彩データに基づいて、曲率が大きくて彩色範囲が狭い微小彩色領域と、曲率が小さくて彩色範囲が広い広彩色領域とを決定し（Ｓ１２）、前記設定された移動経路に沿って前記立体物または色素噴射ノズルを移動させながら、前記決定された微小彩色領域と広彩色領域を、大きさの異なる色素噴射ノズルを選択的に用いて彩色する（Ｓ１３）。
【選択図】図１

Description

本発明は、立体物を彩色する方法及び装置に関し、さらに詳しくは、立体物の微細領域をより正確且つ繊細に彩色するための立体物彩色方法及び装置に関する。

一般に、立体物に対する彩色方法は殆ど手作業に依存している。このような手作業を減らすために、最近、インクジェット方式を用いた立体物彩色方法又は装置が提案された。
特許文献１は、平面的立体物を彩色する装置を開示している。この特許文献１の考案は、インクを噴射するヘッドユニットを移動させて立体素材を立体的に彩色する装置であって、立体素材とインクヘッドユニットとの高さ差を用いて彩色する。ところが、このような方式は、ヘッドユニットが２次元的に移動するだけで、立体素材がプリンタ上に固定されているため、一方の面の彩色作業が終わると、他方の面がヘッドユニットに向かうように一々手で立体素材を回さなければならないという不便さがある。また、この考案は彩色を行うヘッドユニットの移動領域が平面的であって、曲率の大きい立体物には適していない。

大きい曲率を有する立体物を彩色する彩色装置としては特許文献２がある。この特許文献２の彩色装置は、インク噴射装置が立体物と一定の距離及び角度を保ちながら彩色作業を行う。したがって、特許文献２の彩色装置は前述した考案より精密な彩色が可能である。ところが、特許文献２の彩色装置は、インク噴射装置が常に立体物の表面から一定の距離を維持したまま移動するので、立体物の屈曲が激しい場合にはインク噴射装置と立体物が干渉するという問題点がある。しかも、このような干渉により、特許文献２ではインク噴射ノズルを立体物の表面に対して垂直にすることが難しい。

立体物を彩色する別の発明としては特許文献３がある。ところが、この特許文献３の発明は、制御システムを用いて球形の物体に絵または字をプリントする方法であって、球形以外の物体に対してプリントを行うことは難しく、任意の３次元自由曲面を有する物体に対しては精密な彩色が不可能である。
大韓民国実用新案登録第２８４７６６号明細書 大韓民国公開特許第２００３−６９９１６号明細書 大韓民国特許登録第３３０９４５号明細書

前記で幾つかの例を考察したように、従来の彩色方法は、立体物表面の曲率に応じて多くの制約を受け、自由曲面に対する正確且つ細密な彩色が難しい。
本発明は、かかる問題点を解決するためのもので、その目的は、立体物の屈曲部分と微小領域を容易に彩色することが可能な立体物彩色方法を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、前記の方法を容易に行うことが可能な立体物彩色装置を提供することにある。

本発明の一態様によれば、立体物の形状データ及び色彩データに基づいて立体物または色素噴射ノズルを移動させながら立体物を彩色する方法であって、ａ）前記形状データに基づいて前記立体物または色素噴射ノズルの移動経路を設定する段階と、ｂ）前記形状データ予及び色彩データに基づいて、曲率が大きくて彩色範囲が狭い微小彩色領域と、曲率が小さくて彩色範囲が広い広彩色領域とを決定する段階と、ｃ）前記段階ａ）で設定された移動経路に沿って前記立体物または色素噴射ノズルを移動させながら、前記段階ｂ）で決定された微小彩色領域と広彩色領域を、大きさの異なる色素噴射ノズルを選択的に用いて彩色する段階とを含む立体物彩色方法が提供される。

また、本発明の他の態様によれば、立体物の形状データと色彩データに基づいて前記立体物の表面を彩色する装置であって、前記立体物の大面積を彩色する色素噴射ノズルと、前記色素噴射ノズルより狭い噴射領域を有し、前記立体物の微細領域を彩色する補助噴射ノズルと、前記色素噴射ノズルと補助噴射ノズルを、互いに直交する３方向に自由に移動させる移送装置と、前記移送装置、前記色素噴射ノズル及び補助噴射ノズルを、前記立体物の形状データと色彩データに基づいて動作させる制御装置とを含む立体物彩色装置が提供される。

最近、コンピュータを用いたデザイン及び設計技術の発展に伴い、大部分の物品設計はＣＡＤ等のコンピュータプログラムによって行われている。したがって、大抵の立体物は外部形状に対する比較的正確な形状データと色彩データを持っている。本発明はこのようなデータを用いて立体物を彩色する方法を提示する。

本発明は、立体物を曲率と彩色領域によって細分化し、それぞれ領域の特性に合う色素噴射ノズルで彩色するので、彩色の正確度を高めることができる。また、本発明では、インデキシングテーブルに固定された立体物が互いに直交する２軸を中心として旋回するので、立体物の彩色作業をより速く且つ簡便に行うことができる。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の立体物彩色方法の一実施形態に係る概略的な処理段階を示すフローチャート、図２は、立体物彩色方法による色素噴射ノズルの使用概念図、図３は、本発明の立体物彩色方法の他の実施形態に係る概略的な処理段階を示すフローチャートである。

図１に示すように、本発明の一実施形態は次の順序で行われる。
第１段階（Ｓ１０）：彩色する対象となる立体物を選定し、選定された立体物の形状データと色彩データを演算装置に入力する。ここで、演算装置は、通常のコンピュータまたは彩色装置に設けられた補助装置を意味する。入力されたデータは、形状データと色彩データがマッチされて立体物の表面を構成する情報になる。

第２段階（Ｓ１１）：形状データと色彩データに基づいて色素噴射ノズルまたは立体物の移動経路を設定する。ここで、移動経路とは、色素噴射ノズルが立体物の表面を完全に彩色するために移動する経路を意味するもので、実質的には色素噴射ノズルまたは立体物が設置された移送装置の移動経路をいう。移動経路は、色素噴射ノズルと立体物とが最短距離を保つように設定する。これは、色素噴射ノズル及び立体物間の距離が近ければ近いほど、彩色の正確度が高くなるからである。色素噴射ノズル及び立体物間の最短距離の算定方法としては様々な方法があるが、その一例を紹介すると、次の通りである。

まず、立体物の表面を基準として色素噴射ノズルの移動経路と噴射角度を算定する。次に、色素噴射ノズルの最短有効彩色距離を算定し、この値を、噴射角度を考慮したベクトル値に変換する。最後に、このベクトル値を一律的に色素噴射ノズルの移動経路値に加えて新しい移動経路を設定する。すると、立体物の表面を基準として、設定された移動経路から一定の距離（有効彩色距離）だけ離れて移動する色素噴射ノズルの移動経路が算出される。

別の方法は、色素噴射ノズルに距離測定センサを取り付け、距離測定センサに測定誤差を任意に与える。すなわち、距離測定センサに任意の誤差値（例えば、色素噴射ノズルの最短有効彩色距離）を入力し設定すると、色素噴射ノズルが設定誤差だけ立体物から離れた状態で移動する。したがって、誤差値を適切に調節すると、色素噴射ノズルが立体物から常に一定の距離をおいて移動させることができる。

第３段階（Ｓ１２）：形状データと色彩データに基づいて立体物の彩色領域を微小彩色領域と広彩色領域に分ける。微小彩色領域は、一般に彩色装置に取り付けられるマクロサイズの色素噴射ノズルが円滑且つ細密に彩色することが難しい領域（例えば、曲率が非常に大きい或いは彩色領域が非常に狭い領域）を意味し、広彩色領域は、色素噴射ノズルで容易に彩色することが可能な広くて曲率の小さい部分を意味する。微小彩色領域と広彩色領域の決定は、第１段階（Ｓ１０）で入力された情報に基づいて彩色開始点を基準として曲率と色彩面積の計算によって行われる。例えば、曲率が所定の曲率閾値以上である彩色領域と、彩色面積が所定の面積閾値以下である彩色領域とを微小彩色領域に設定し、微小彩色領域以外の彩色領域を広彩色領域に設定する。また、色素噴射ノズルと立体物の彩色表面とが成す角度を計算し、算出された色素噴射ノズルの噴射角度に応じて微小彩色領域と広彩色領域を区分することもできる。例えば、色素噴射ノズルと立体物の彩色表面とが成す角度が色素噴射ノズルの有効噴射範囲を外れる彩色領域を、微小彩色領域に追加（設定）してもよい。

第４段階（Ｓ１３）：色素噴射ノズルで立体物を彩色する。立体物の主な彩色作業は、色素噴射ノズルを、第２段階（Ｓ１１）で設定された移動経路に沿って移動させつつ行う。但し、微小彩色領域をマクロサイズの色素噴射ノズルで彩色すると正確度が低下するので、マイクロサイズの補助噴射ノズルで彩色する。すなわち、色素噴射ノズル１０と補助噴射ノズル２０の両方を、図２の（ａ）に示すように、第２段階（Ｓ１１）で設定された移動経路に沿って移送させながら、彩色する領域の特性に応じて色素噴射ノズル１０と補助噴射ノズル２０を選択的に用いて立体物１００を彩色する。このような方法で立体物を彩色すると、曲率が大きくて狭い領域を、色素噴射ノズル１０よりも精密な補助噴射ノズル２０を用いて細密に彩色することができる。

噴射ノズル１０、２０が立体物１００の表面に対して傾いたままで色素を噴射すると、彩色の正確度が低下し、色相の濃度差が発生する。したがって、噴射ノズル１０、２０の噴射角度は図２の（ｂ）に示すように立体物１００の表面に対してほぼ垂直に維持されることが好ましい。

次に、本発明の他の実施形態に係る彩色方法について説明する。
本実施形態は、図３に示すように５段階で行われる。
第１段階（Ｓ２０）：彩色する対象となる立体物を選定し、選定された立体物の形状データと色彩データを演算装置に入力する。この段階は前記実施形態の第１段階（Ｓ１０）と同様である。

第２段階（Ｓ２１）：形状データと色彩データに基づいて立体物の彩色領域を微小彩色領域と広彩色領域に分ける。微小彩色領域と広彩色領域の区分は前記実施形態と同様である。

第３段階（Ｓ２２）：第２段階（Ｓ２１）で決定された広彩色領域のみを彩色するための色素噴射ノズルの移動経路を設定する。
第４段階（Ｓ２３）：第２段階（Ｓ２１）で決定された微小彩色領域のみを彩色するための補助噴射ノズルの移動経路を設定する。

第５段階（Ｓ２４）：第３段階（Ｓ２２）と第４段階（Ｓ２３）でそれぞれ設定された移動経路に沿って色素噴射ノズルを移動させながら立体物を彩色する。彩色順序について説明すると、マクロサイズの色素噴射ノズルを第３段階（Ｓ２２）の移動経路に沿って移動させながら広彩色領域を彩色した後、マイクロサイズの補助噴射ノズルを第４段階（Ｓ２３）の移動経路に沿って移動させながら微小彩色領域を彩色する。本実施形態は、前記実施形態とは異なり、各噴射ノズルについての移動経路をそれぞれ設定して、広彩色領域を彩色する段階と、微小彩色領域を彩色する段階とに区分して行う。

次に、様々な実施形態を達成するための彩色装置を説明する。
図４は、本発明の立体物彩色装置の一実施形態の斜視図、図５は、図４のインデキシングテーブルを示す図、図６は、図４の彩色装置を用いた彩色過程を示す図である。

図４に示すように、彩色装置２００は、噴射ノズル１０、２０、第１移送装置２１１、第２移送装置２１２、第３移送装置２１３、インデキシングテーブル２２０及び制御装置３００から構成されている。

彩色装置２００の一部に設けられた第１移送装置２１１には、立体物１００が固定されるインデキシングテーブル２２０が取り付けられている。第１移送装置２１１は、このインデキシングテーブル２２０を水平方向（Ｘ軸方向）に動かす役割を果たす。第２移送装置２１２は、第１移送装置２１１から所定の高さだけ離れた彩色装置２００の一部分に設置され、第３移送装置２１３を、第１移送装置２１１の移送方向と直交する方向（Ｙ軸方向）である水平に移動させる役割を果たす。第３移送装置２１３は、第２移送装置２１２に設置される。第３移送装置２１３にはサイズの異なる噴射ノズル１０、２０が設置されている。第３移送装置２１３は、第２移送装置２１２の移送方向に対して垂直方向（Ｚ軸方向）に噴射ノズル１０、２０を移動させる役割を果たす。

第３移送装置２１３に設置された噴射ノズル１０、２０は、第２移送装置２１２と第３移送装置２１３の動作に応じて、第１移送装置２１１の移送方向と水平面で直交する方向に移動するか、或いは垂直な方向に移動する。したがって、噴射ノズル１０、２０は、インデキシングテーブル２２０を移動させる第１移送装置２１１によってＸ軸方向の移動領域が確保され、第２移送装置２１２と第３移送装置２１３によってＹ軸とＺ軸方向の移動領域が確保されることにより、インデキシングテーブル２２０に固定された立体物１００を中心として３次元の彩色領域を有する。各移送装置２１１、２１２、２１３とインデキシングテーブル２２０は、有線或いは無線で接続された制御装置３００によってそれぞれ定められた経路に沿って動く。

インデキシングテーブル２２０は、彩色装置２００に対して水平方向に移動可能に設置され、立体物１００を固定する役割を果たす。更に、インデキシングテーブル２２０は、噴射ノズル１０、２０が立体物１００の各面を容易に彩色し得るように、立体物１００を互いに異なる２つの垂直な軸方向に旋回させる。制御装置３００は、噴射ノズル１０、２０、移送装置２１１、２１２、２１３及びインデキシングテーブル２２０の移動経路を設定し制御する役割を果たす。

図５に示すように、インデキシングテーブル２２０は、支持枠１１０、定着部材１２０及び真空チャック１３０で構成されている。支持枠１１０は、第１移送装置２１１に設置されており、定着部材１２０は、支持枠１１０に設置されている。支持枠１１０の両側上には直立した支持腕１１１が設けられている。この支持腕１１１には、定着部材１２０が結合軸を中心として回転可能に軸支されている。定着部材１２０は、前記支持腕１１１が容易に連結できるように両端が直角に曲げられている。定着部材１２０の中心部には真空チャック１３０が設けられている。

前記支持腕１１１と定着部材１２０には、軸支された定着部材１２０と真空チャック１３０をそれぞれ回転させ得るように第１モータ１４０と第２モータ１５０が取り付けられている。立体物１００は、真空チャック１３０を介して定着部材１２０に固定され、第２モータ１５０によってＹ軸を中心として３６０°回転し且つ第１モータ１４０によってＸ軸を中心として旋回する。したがって、第２モータ１５０が立体物１００を所定の角度で回転させると、立体物１００のある面が噴射ノズル１０、２０の噴射領域に配置されて彩色が可能になる。また、第１モータ１４０が定着部材１２０を時計方向に回転させると、立体物１００の上面或いは下面が噴射ノズル１０、２０の噴射領域に位置して立体物１００の上面或いは下面の彩色が可能になる。

次に、彩色装置２００の動作順序を簡略的に説明する。
図６に示すように、まず、立体物１００の上面を彩色し、続いて、インデキシングテーブル２２０をｙ軸を基準として９０°旋回させて立体物１００の後面を彩色する。その後、インデキシングテーブル２２０をｘ軸を基準として９０°ずつ旋回させながら立体物１００の各側面と前面を彩色する。このようにして立体物１００の各面を彩色するが、曲率の大きい部分と曲率の小さい部分はそれぞれ異なる噴射ノズルを選択的に用いて彩色する。

前記実施形態では、微小領域を彩色するためにマイクロサイズの噴射ノズルを別途に備える場合を例として説明したが、これとは逆に、広い領域を一度に彩色することが可能な噴射ノズルをさらに取り付けることができる。噴射領域の大きい噴射ノズルをさらに取り付けると、単色彩色作業をより速く行うことができるという利点がある。

以上、立体物彩色方法及び装置についての技術思想を添付図面に基づいて述べたが、これは本発明の一実施形態を例示的に説明したもので、本発明を限定するものではない。また、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、本発明の技術思想の範疇から逸脱することなく様々な変形及び改良が可能なのは明らかなことである。

本発明の立体物彩色方法の一実施形態に係る処理段階を示す概略的なフローチャートである。 本発明の立体物彩色方法に係る色素噴射ノズルの使用概念図である。 本発明の立体物彩色方法の他の実施形態に係る処理段階を示す概略的なフローチャートである。 本発明の立体物彩色装置の一実施形態の斜視図である。 図４のインデキシングテーブルを示す斜視図である。 図４の彩色装置を用いた彩色過程を示す図である。

符号の説明

１０、２０ 噴射ノズル
１００ 立体物
２００ 彩色装置
２１１ 第１移送装置
２１２ 第２移送装置
２１３ 第３移送装置
２２０ インデキシングテーブル
３００ 制御装置

Claims (6)

1. 立体物の形状データ及び色彩データに基づいて立体物または色素噴射ノズルを移動させながら立体物を彩色する方法であって、
   ａ）前記形状データに基づいて前記立体物または色素噴射ノズルの移動経路を設定する段階と、
   ｂ）前記形状データ及び色彩データに基づいて、曲率が大きくて彩色範囲が狭い微小彩色領域と、曲率が小さくて彩色範囲が広い広彩色領域を決定する段階と、
   ｃ）前記段階ａ）で設定された移動経路に沿って前記立体物または色素噴射ノズルを移動させながら、前記段階ｂ）で決定された微小彩色領域と広彩色領域を、大きさの異なる色素噴射ノズルを選択的に用いて彩色する段階とを含む立体物彩色方法。
2. 前記段階ａ）は、前記色素噴射ノズルが前記立体物の彩色表面に対して常にほぼ垂直となるように、前記立体物または色素噴射ノズルの移動経路を設定することを特徴とする請求項１記載の立体物彩色方法。
3. 前記色素噴射ノズルと前記立体物の表面とが成す角度が、前記色素噴射ノズルの有効噴射範囲を外れると、前記色素噴射ノズルより有効噴射範囲の狭い他の色素噴射ノズルで前記立体物の表面を彩色することを特徴とする請求項２記載の立体物彩色方法。
4. 前記段階ａ）の移動経路は、前記色素噴射ノズルと前記立体物とが最短距離を保つように設定されることを特徴とする請求項１記載の立体物彩色方法。
5. 立体物の形状データと色彩データに基づいて前記立体物の表面を彩色する装置であって、
   前記立体物の大面積を彩色する色素噴射ノズルと、
   前記色素噴射ノズルより狭い噴射領域を有し、前記立体物の微細領域を彩色する補助噴射ノズルと、
   前記色素噴射ノズルと補助噴射ノズルを、互いに直交する３方向に移動させる移送装置と、
   前記移送装置、前記色素噴射ノズル及び前記補助噴射ノズルを、前記立体物の形状データと色彩データに基づいて動作させる制御装置とを含む立体物彩色装置。
6. 直立した支持腕を有する支持枠と、
   前記支持腕に軸支され、移送装置の３つの軸方向のいずれかを中心に回転が可能な定着部材と、
   前記定着部材に設置され、前記立体物の一部分を把持し且つ前記定着部材の回転軸と直交する軸を中心に回転可能な固定チャックとを含むインデキシングテーブルをさらに備え、
   前記立体物を互いに直交する２つの軸を中心に旋回させることを特徴とする請求項５記載の立体物彩色装置。

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