JP2014111307A - 3次元の物体上に印刷するための装置および方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】湾曲した表面上に画像を印刷する。
【解決手段】物体14を支持する支持固定具22と、複数のノズルを有するインクジェットプリントヘッド18と、ロボットアームとを含む。支持固定具22およびプリントヘッド18の一方が、ロボットアームに取り付けられる。ロボットアームは、湾曲した表面の表面輪郭に追従する一連の走査経路30に沿ってプリントヘッド18を移動可能である。コントローラは、ロボットアームに連結され、プリントヘッド18がその一連の走査経路30に沿って移動するように構成される。コントローラにより、プリントヘッド18が走査経路30に沿って移動するときに、ロボットアームがプリントヘッド18を物体の湾曲した表面に関して印刷に適した配置に連続して配置する。コントローラはさらに、基体の湾曲した表面上に画像を形成するように、複数のノズルが印刷媒体を所定の位置で走査経路30に沿って噴出させる。
【選択図】図4
【解決手段】物体14を支持する支持固定具22と、複数のノズルを有するインクジェットプリントヘッド18と、ロボットアームとを含む。支持固定具22およびプリントヘッド18の一方が、ロボットアームに取り付けられる。ロボットアームは、湾曲した表面の表面輪郭に追従する一連の走査経路30に沿ってプリントヘッド18を移動可能である。コントローラは、ロボットアームに連結され、プリントヘッド18がその一連の走査経路30に沿って移動するように構成される。コントローラにより、プリントヘッド18が走査経路30に沿って移動するときに、ロボットアームがプリントヘッド18を物体の湾曲した表面に関して印刷に適した配置に連続して配置する。コントローラはさらに、基体の湾曲した表面上に画像を形成するように、複数のノズルが印刷媒体を所定の位置で走査経路30に沿って噴出させる。
【選択図】図4
Description
本発明は、概して、3次元の対象物上の印刷に関する。より詳細には、本発明は、インクジェットプリントヘッドを組み込んだロボットシステムを用いて湾曲した基体上に高品質の画像を印刷する装置および方法に関する。
成型プラスチック製の物体が金属製およびガラス製の物体の代替品として広く受け入れられている。例えば、ポリカーボネート(PC)やポリメチルメタクリレート(PMMA)などのプラスチック材料製のパネルは現在、Bピラー、ヘッドランプ、窓、ムーンルーフおよびサンルーフなどの構成要素を含む、様々な自動車の用途で従来のガラス窓および金属ボディパネルの代わりに用いられている。自動車の窓システムは、特に様式/設計、軽量化、安全性およびセキュリティの領域の多くの特定される利点により、これらのプラスチック材料にとって特に望ましい用途である。より具体的には、プラスチック材料により、全体的な設計および形状が複雑になることによって自動車の製造業者が彼らの車両を区別できるようになる。従来のガラス窓システムと比べて重量が軽くなるので、プラスチック製の窓システムおよび構成要素を車両に組み込むと、車両の重心を低くする(したがって車両の操作性および安全性が向上する)と共に燃費を向上させることを容易にすることができる。さらに、乗員または乗客が車両内に留まる可能性が高いので、安全性、具体的には転覆事故での安全性の強化が実現される。プラスチック製の窓システムと関連する他の利点は、いくつかの構成要素が1つの物体中に一体化し(前もって互いに結合または連結され)、それにより組立て動作の回数を減少できることである。
固有の問題の1つは、プラスチック製の窓システムでは、結果として生じる物体の複雑な表面形状(凹所、凸所、湾曲の繰り返しなど)上に高品質の画像を簡単に印刷できないことである。複雑な3次元の物体の表面上に画像を作る他の手段は時間を浪費するので印刷が望ましい。残念ながら、スクリーン印刷およびパッド印刷などの一般的な2次元の印刷方法は、こうした必要性を満たすのに限定的にしか成果を挙げていない。
インクまたはペーストを使用して2次元の物体のどちらの表面上にも画像を印刷することができる、様々な方法が当業者に知られている。上記で言及した方法に加えて、他の方法には、スクリーン印刷、インクジェット印刷および(ドリップ・アンド・ドラッグ、ストリーミング、および単純なフロー分配法などの)自動的な分配法が含まれる。上記の例ではそれぞれ、パネルの形状は印刷する画像の質に影響し、例えば、スクリーン印刷および他の方法は非平面のパネル上では非常に難しくなる。印刷を行う速度も、個々に印刷される線または構成、したがって結果として生じる画像の質に影響を及ぼす。速度が遅く、インクまたはペーストの流速が高いと、画像の構成が幅広くなり厚くなる可能性がある。逆に、速度が速く、流速が遅いと、構成が細く薄くなる可能性がある。さらに、印刷装置と物体の表面との間に適切なオフセット距離を維持することは、表面形状が複雑になるにつれて難しくなるが、適切なオフセットを維持することは、高品質の画像を保証するために必要である。さらなる課題の1つは、それぞれ新しい物体の設計に関して特定の物体専用の新しい印刷システムを構築しなければならないのとは逆に、印刷システムを異なる形状の物体に簡単に適合可能であることである。
したがって、プラスチック製の自動車の窓など、3次元の物体または基体の表面上に画像を印刷するための改良型の装置および方法を提供する必要がある。
上記の必要性を満たし、かつ関連の技術の列挙した欠点および他の制限を克服する際に、本発明は、概して、限定されないがプラスチック製の自動車の窓を含む3次元の物体の湾曲した表面上に画像を印刷するための装置および方法を提供する。その印刷装置は、3次元の物体を支持するように適合された支持固定具を含むロボットシステムである。印刷する物体の湾曲した表面の反対側にアームの端部を位置決めできるように、支持固定具に対して関節結合可能なアームを位置決めする。インクジェットプリントヘッドがアームの端部によって担持されそれに取り付けられる。自由度4以上でアームが移動可能であるという点で、アームは、物体の湾曲した表面に対してどの向きでもどの位置にもインクジェットプリントヘッドを位置決めすることができる。インクジェットプリントヘッドは、インク源または印刷に適した他の媒体の源に連結された複数のノズルを含み、コントローラまたはコントロールシステムからのコマンドに従ってノズルからインクを分配するための適切な制御構造も含む。
画像を生成するためには、特定の形状の波形、振幅およびパルス時間を、物体の表面上の画素の位置に対応する、正確な時点でプリントヘッド内の噴射それぞれに個別に加えなければならない。これは、ノズルから噴出されるインクの量を、部分的に結果として生じる物体上のインクの画素の特徴、最終的には画像全体の質を制御する。従来のインクジェット印刷用途は、プリントヘッドの位置を、対象物に対して自由度2(x軸およびy軸)、場合によっては3(X、Y、およびZ軸)の移動で操作する。本発明では、物体の湾曲した表面に対してプリントヘッドを位置決めする際に4以上(最大6)の自由度を用いる。X、Y、およびZ軸に沿った移動によって行われる平行移動の位置決めに加えてプリントヘッドの向きの位置決めを行うように、これらの追加の自由度は、3つの軸、すなわちA、BおよびC(Xr、YrおよびZrと呼ばれることもある)の周りの回転運動を含む。このようにして、プリントヘッドの向きを、常に物体の表面に対して垂直に維持することができる。
本発明では、アームは、走査経路または方向として知られる投影された直線に沿ってプリントヘッドを物体の表面にわたって移動させる。物体の表面上の各位置およびプリントヘッドの配置に関して、プリントヘッドの各ノズルは、ノズルがインクを噴出するか否かを命令し、噴射することを命令する場合は、正確に噴出するその量のインクを命令する、関連の組の値、制御信号または波形を有する。制御信号は、物体の湾曲した表面上に所望の画像を生成するために必要な印刷された画素に対応する。
アームの端部の配置を制御することによって、プリントヘッドの配置(位置および向き)が印刷される物体の表面に対して制御される。様々な方法を用いて、物体の表面に対するプリントヘッドの実際の配置を判定することができる。プリントヘッドの実際の配置が分かると、様々な方法を用いて、物体に対する実際の各配置で、ノズルのための発射パルスの生成を制御することができる。これは、走査経路に対して定められるかまたは推定される画像データと組み合わせた、プリントヘッドが例えば走査パスの開始時からの距離など走査経路に沿って移動した相対距離と、プリントヘッドの移動速度のレプリケーションおよびリアルタイムの知識に関する画像と組み合わせた、印刷を開始した時期の知識と、同じ座標に関連して予め決められた画像データと組み合わせた、プリントヘッドの絶対座標とに基づいて発射パルスを決定するステップと、レーザまたは他のセンサでパーツ構成を感知するステップと、構成の絶対または相対位置に基づいてパルスを発生するステップとを含む。
したがって、本発明の一態様では、3次元の物体の湾曲した表面上に画像を印刷するための装置であって、物体を支持するように適合された支持固定具と、複数のノズルが印刷媒体源に連結されたインクジェットプリントヘッドと、関節結合可能なロボットアームであって、物体を支持する支持固定具およびプリントヘッドの一方が、ロボットアームに取り付けられロボットアームによって担持され、プリントヘッドが一連の走査経路に沿って物体の湾曲した表面の表面輪郭に追従して相対的に移動するように、移動の自由度が4以上であり、移動可能である、ロボットアームと、ロボットアームに連結され、プリントヘッドが一連の走査経路に沿って移動するようにロボットアームを関節結合させるように構成されたコントローラであって、プリントヘッドが一連の走査経路に沿って移動するときに、ロボットアームが、プリントヘッドを物体の湾曲した表面に関して印刷に適した配置に連続して配置し、プリントヘッドに連結され、さらに、基体の湾曲した表面上の画像を形成するように複数のノズルが走査経路に沿った所定の位置で印刷媒体を噴出するように構成されるコントローラとを備える装置が提供される。
本発明の他の態様では、走査経路は直線である。
本発明のさらなる態様では、複数のノズルはある配列で設けられる。
本発明の追加の態様では、複数のノズルは直線の配列で設けられる。
本発明のさらに他の態様では、複数のノズルは2次元の配列で設けられる。
本発明の他の態様では、コントローラは、コントローラのメモリに格納された画像位置データと互いに関連する走査経路上の既知の点からの距離に基づいて、複数のノズルが印刷媒体を噴出するように構成される。
本発明のさらなる態様では、コントローラは、走査経路に沿った移動の開始点でロボットアームから開始信号を受信し、走査経路に沿った追加の距離で開始点に関連する追加の距離信号を受信するように構成される。
本発明の追加の態様では、コントローラは、所望の走査経路に関連する実際の走査経路に基づいてエラーを修正するように構成され、複数のノズルからの印刷媒体の噴出の制御が、実際の走査経路に対応するように修正される。
本発明のさらに他の態様では、センサが、パーツの湾曲した表面上のパーツ構成を感知するように構成され、コントローラは、センサによるパーツ構成の感知に基づいて複数のノズルが印刷媒体を噴出するように構成される。
本発明の他の態様では、センサは光学センサである。
本発明のさらに他の態様では、センサはレーザセンサである。
本発明の追加の態様では、コントローラは、複数のノズルそれぞれから印刷媒体を噴出するための1組の値をメモリに格納するように構成され、その1組の値が、パーツ構成の各位置に対応する。
本発明の他の態様では、コントローラは、プリントヘッドの実際の配置を物体の表面上の3次元の画像に対応する格納された画像データと比較し、それに基づいて複数のノズルからの印刷媒体の噴出を制御するように構成される。
本発明のさらなる態様では、プリントヘッド高さセンサが、物体の湾曲した表面に対するプリントヘッドの高さを監視するように構成される。
本発明の追加の態様では、アクチュエータが、プリントヘッドの前記監視した高さに基づいて、プリントヘッドを物体の湾曲した表面からある距離まで移動するように構成される。
本発明のさらに他の態様では、プリントヘッド高さセンサはレーザを含む。
本発明のさらなる態様では、コントローラは、ロボットアームの関節結合がプリントヘッドを物体の湾曲した表面に垂直な向きに位置決めするように構成される。
本発明の追加の態様では、3次元の物体の湾曲した表面上に画像を印刷するための方法であって、その上に印刷する湾曲した表面を有する3次元の物体を設けるステップと、物体の表面近傍に複数のノズルを有するインクジェットプリントヘッドを配置するステップと、走査経路に沿って物体の表面を横切るようにインクジェットプリントヘッドを移動させ、その間に物体の表面によって示される湾曲に対してインクジェットプリントヘッドを位置決めするステップと、物体に対するプリントヘッドの配置、およびコントローラのメモリに格納され物体の表面と互いに関係する画像データに従って、複数のノズルからインクを噴出するステップとを含む方法が提供される。
本発明の他の態様では、インクを噴出するステップがさらに、インクジェットプリントヘッドの移動に関する開始位置を決定し、プリントヘッドが走査経路に沿って移動した、開始点からの距離に基づいて、インクジェットプリントヘッドからインクを噴出するステップを含む。
本発明のさらに他の態様では、インクを噴出するステップがさらに、インクの噴出の開始からの経過時間、および走査経路に沿って移動するプリントヘッドの速度に基づいて、インクを最初に噴出する時間を決定してインクジェットプリントヘッドからインクを噴出するステップを含む。
本発明の追加の態様では、インクを噴出するステップがさらに、物体の表面に対するプリントヘッドの絶対座標を決定し、コントローラのメモリに格納された前記座標を画像データと互いに関係させるステップを含む。
本発明のさらに他の態様では、インクを噴出するステップがさらに、センサでパーツ構成を感知し、コントローラのメモリに格納された画像データと互いに関係する感知したパーツ構成の位置に基づいて、インクジェットプリントヘッドからインクを噴出するステップを含む。
本発明のさらなる態様では、物体の実際の表面に対するプリントヘッドの高さを感知し、物体の実際の表面に対するオフセット高さにプリントヘッドの高さを調節するステップが提供される。
本明細書で説明する図面は、単に例示のためのものであり、決して本発明の範囲を限定するものではない。
以下の説明は、本質的に単なる代表的なものであり、決して本発明あるいはその適用または使用を限定するものではない。説明および図面を通して、一致する参照番号は同様のまたは一致する部分および特徴を指すことを理解されたい。
本発明は、概して、3次元(3−D)の物体の湾曲した表面上に印刷する方法を提供する。より詳細には、本発明は、移動の自由度が4以上のロボットアームと連動したインクジェットプリントヘッドを用いることによって、3−D物体の湾曲した表面上に高品質の画像を印刷する方法を提供する。
次に図1を参照すると、そこに示すように、ロボットシステム10が、3−D物体14上に画像12を印刷するように構成され、その3−D物体14は、自動車両のプラスチック製リアウィンドウアセンブリ(バックライト)として示されている。プラスチック製の自動車用ウィンドウアセンブリは、一般に、剛体で透明の基体から構築され、その基体上に1つ以上の保護コーティングが施される。
基体自体は、熱可塑性の高分子樹脂あるいはそれらの混合物または組み合わせから形成することができる。適切な熱可塑性樹脂には、限定されないが、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエステル樹脂、およびポリスルホン樹脂、ならびにそれらの共重合体および混合物が含まれる。基体は、成型、熱成形、または押出し成形など、様々な既知の技術の1つを使用することによって所望の形状に形成することができる。
保護コーティングは、紫外線放射、酸化、および磨耗の作用を受けることなど、自然の出来事から物体14を保護するように選択および設計される。これは、基体の片面または両面(外面および内面)上に単一の保護コーティングまたは複数の保護コーティングを使用することによって実現することができる。実際には、保護コーティングは、プラスチック製フィルム、有機コーティング、無機コーティング、またはそれらの混合物でよい。プラスチック製フィルムは、基体と同じ組成でも異なる組成でもよい。フィルムおよびコーティングは、耐摩耗性を強化するために紫外線吸収(UVA)分子、分散剤などの流動性を制御する添加剤、界面活性剤、および透明の充填剤(例えば、シリカ、酸化アルミニウムなど)、ならびに結果として生じる物体14の光学的、化学的、または物理的特性を修正するために他の添加剤を含むことができる。保護コーティングは、当業者に知られた任意の適切な技術によって施すことができる。これらの技術は、真空アシスト蒸着プロセスで用いられるような、反応種からの蒸着、およびゾルゲルコーティングを基体に施すために用いられるような大気圧コーティングプロセスを含む。真空アシスト蒸着プロセスの例には、限定されないが、プラズマ促進化学蒸着、イオンアシストプラズマ蒸着、マグネトロンスパッタリング、電子ビーム蒸着、およびイオンビームスパッタリングが含まれる。大気圧コーティングプロセスの例には、限定されないが、カーテンコーティング、スプレーコーティング、スピンコーティング、ディップコーティング、およびフローコーティングが含まれる。
画像12は、ブラックアウトまたはフェードアウトの縁部、ロゴまたは規則的な記号など、任意の所望の画像でよく、基体に保護コーティングを施す前に印刷してもよく後に印刷してもよい。したがって、画像12を基体の表面上に直接印刷し、(1つ以上の)保護コーティングによって封入することができる。代わりに、画像を、保護コーティングのうち任意の1つによって定められた表面上に印刷することができ、その保護コーティングはそれらのコーティングのうちの最も外側のコーティングを含む。
画像12は、インクジェット印刷、具体的にはシステム10で用いるプリントヘッドで使用するために処方されたオペークインクから形成される。限定されないが、固形物含有率、粒子の分布、流動性の特性、および硬化の特徴が含まれる、インクのタイプおよびインクのパラメータは、ノズルオリフィスの寸法、動作温度および圧力など、プリントヘッドに関する動作パラメータに合うように選択する必要があることを当業者は認識するであろう。さらに、インクは(インクに対する付着性とインクの非劣化性の両方の点から)基体を形成する材料および(1つ以上の)保護コーティングと融和性でなければならない。
ロボットシステム10はロボットアーム16を含み、そのロボットアーム16は、自由度4以上、好ましくは6で移動可能であり、その結果物体14が物体14を固定式に保持する据置き型支持固定具22中に位置決めされるときに、インクジェットプリントヘッド18が取り付けられたロボットアーム16の端部を、物体14の湾曲した表面20に対して任意の配置に(位置および向きに)配置することができる。したがって、ロボットアーム16の端部上のプリントヘッド18によって定められる工具中心点(TCP)を、X、YおよびZ座標系の任意の点まで平行移動し、Rx、RyおよびRzでの回転軸のうちいずれかの周りを回転して方向付けすることができる。ここでRx、Ry、Rzは自由度6の位置の方向成分を示す(本明細書で用いられるように、これは一般的な用語であり、これらの回転軸は、出典によっては例えばA、B、Cを含む異なる学術用語で呼ばれることが多いことに留意されたい)。Rx、RyおよびRzでの回転軸は、以下でさらに検討するようにプリントヘッド18によって定められる(図4に示す)印刷面36に対して垂直な軸を定める。このようにして、プリントヘッド18が印刷プロセス中に表面20にわたって走査する(走査経路に沿って移動する)ときに、TCPの位置および向きは、常に、物体14の表面20からの指定の距離と、物体14の表面20に対して垂直であることの両方を維持することができる。
ロボットシステム10は、支持表面24に静止して取り付けられ、上記で記載したように、ロボットアーム16の端部に取り付けられたプリントヘッド18を含む。プリントヘッド18は、当業者によって一般に知られているように構築され、3−D物体14の表面20上に印刷するように構成される。インクを噴出するために、プリントヘッド18は一連のノズル28を含み、それらのノズル28は、図2Aに見られるような直線の配列、図2Bに見られるように2次元の配列、または特定の印刷用途に適切な他の構成で位置決めされる。
印刷中に、コントローラ26が、ロボットアーム16の動きを制御し、図1、図3および図4に概略的に30で示される一連の走査経路または走査パスを通るようにプリントヘッド18を動かす。走査経路30は、特定の印刷用途に適切に定められたオフセット距離(d)の位置で物体14を横切って進むときに、プリントヘッド18が物体14の表面20の輪郭に追従するようになっている。走査経路30は、物体14の表面20の輪郭に追従する間は、物体14上に一連の平行で直線の投影を定めるような方向になっている。これは図3の平面図で簡単に見られる。一般に、ロボットアーム16は、プリントヘッド18が物体14の一端部にある状態で開始し、物体の反対側の端部に達するまでそれぞれ連続する走査パス30を通って前進する。
物体14の表面20上の全ての点が、物体14の表面20上への画像12の塗布に従ってノズル28からのインクの噴出を制御するための1組の値を表す画素を定めるものと考えられる。したがって、各画素の位置に関して、コントローラ26のメモリに格納された1組の値が、画像12の画素をその位置で印刷するようにプリントヘッド18上の所定のノズル28がインクを噴出するかどうかを決定する。プリントヘッド18が各走査パス30を通って移動するときに、各画素の位置に関して、プリントヘッド18のノズル28はそれぞれ、規定(すなわち特定の量など)されたようにしてインクを噴出するか、またはインクを噴出しない。1組の値を各画素の位置に関連付けることによって、画像12は物体14上の適切な領域に印刷される。図1および図3に見られるように、画像12は物体14の縁部周りにもたらされるブラックアウトの構成である。
上記で言及したように、コントローラ26は、ロボットアーム16に電気的に接続され、アーム16、したがってプリントヘッド18の動きを制御する。同じコントローラ26、または追加のコントローラが、プリントヘッド18およびTCPの配置に対応する物体14上の画素の位置によって表される値の組に従って、プリントヘッド18およびノズルからのインクの噴出を制御する。したがって、コントローラ26は、インクジェットプリントヘッド18と共通に関連付けられた必要な機構または構造を制御する。その機構または構造は(1つ以上の)任意の流量調節装置を含み、その流量調節装置は、ノズル28と関連し、印刷媒体(インク)源32をノズル28に流体接続する。インクジェットプリントヘッド18に関連する様々な構造が当業者には周知であり、したがって本明細書でさらに詳細に検討する必要はない。
物体14を形成するときに、CAD情報を用いて物体14の理想の形状を定めることができる。しかし、製造中に物体14が様々なプロセスにかけられるので、物体14の実際の形状は物体14の理想の形状とはわずかに異なる。物体14上に高品質の画像12を生成するためには、これを考慮にいれなければならない。画像12を生成するために、特定の形状、振幅およびパルス時間の波形を、非常に正確な時間に各ノズル28に加えなければならず、その時間は、物体14の実際の表面20上のある画素の位置およびその画素の位置に関する関連の組の値とTCPを合わせるのに対応する。
物体14の表面20からのプリントヘッド18の適切なオフセット(d)を確保するために、システム10は、全体を本願に引用して援用する米国特許出願第11/321,567号に記載されているような、アクティブ高さ制御機構を用いることができる。一般に、こうした高さ制御機構では、(三角測量レーザ、光センサ、気圧センサ、超音波センサ、磁気センサなどの)センサ34が、プリントヘッド18のノズル28によって定められた、物体14の表面20からの平面36の距離を直接または間接的に測定する。この測定の結果、コントローラ26は、物体14の表面20からの所望のオフセット距離(d)にプリントヘッド18を移動させるように、ロボットアーム16の配置を修正する。代わりに、プリントヘッド18の配置、したがってノズル28の配置を、ロボットアーム16の端部上のプリントヘッド18と関連したアクチュエータを使用して、センサ34からの入力に基づいてアクティブに制御することができる。こうしたアクチュエータは、プリントヘッド18およびノズル28を(表面20に向けてまたはそこから離れる方に)所定のオフセット距離(d)まで、ノズル平面36に対して垂直な軸に沿って特定の用途によって規定される通りに移動させる。アクチュエータは、リニアモータおよび電気、油圧、気圧、圧電性、電磁気、または他のアクチュエータなど、速い応答および高い正確性が可能な様々な装置のうちいずれか1つでよい。
上記に記載したように、様々な方法を用いて、物体14の実際の表面20に対するプリントヘッド18の実際の配置を判定することができる。プリントヘッド18の実際の配置が分かると、様々な方法を用いて、物体14の表面20の実際の各配置で、ノズル28のための発射パルス(所定の画素の位置の、各ノズルに関して上記で言及した組の値)の生成を制御することができる。本明細書で説明する様々な方法は、走査経路30に対して定められるかまたは推定される画像データと組み合わせた、プリントヘッド18が例えば走査経路30の開始時からの距離など走査経路30に沿って移動した相対距離と、プリントヘッドの移動速度のレプリケーションおよびリアルタイムの知識に関する画像と組み合わせた、走査パス中に走査経路30に沿って印刷を開始した時期の知識と、同じ座標に関連して予め決められた画像データと組み合わせた、プリントヘッド18の絶対座標とに基づいて発射パルスを決定するステップと、レーザまたは他のセンサで物体14の表面20上の構成を感知するステップと、それらの構成の絶対または相対位置に基づいてパルスを発生するステップとを含む。
上記の方法の第1のステップ、すなわち走査パス30の開始点からの相対距離に基づいて発射パルスを決定するステップでは、少なくとも第1の走査経路30の、場合によってはそれに続く各走査経路30の開始点は、支持固定具22の物体14の位置に関して決定される。ロボットアーム16によって走査経路30に沿ってプリントヘッド18の移動を開始する際に信号が出力される。開始信号から、走査経路30に沿ったプリントヘッド18の配置を記録する距離信号が連続して出力される。これらの距離は、コントローラ26のメモリに格納された画像データと互いに関係があり、適切なノズル28は、プリントヘッド18が走査経路30に沿って移動した距離に対応する、物体14の表面20上の画素の位置に関連した値の組によって起動される。好ましくは、プリントヘッド18は、最初に加速し、物体14上の印刷が必要な第1の画素の位置に達する前に一定の速度に達する。プリントヘッド18が加速する間に印刷が必要な画素の位置に出合う場合は、値の組およびノズル28の発射パルスは、物体14の表面上に印刷された画素の適切な配置が実現するように、プリントヘッド18のそのときの加速と互いに関係がある。走査経路の開始時の適切な位置決めを様々な手段によって補償することができる。こうした手段の1つは、物体14の表面20上に印刷することなしに、走査経路30に沿ってプリントヘッド18を延ばすことであり、その間に、物体14の表面20に対する走査経路30のおおよその位置決めを補償するように、本当の配置のデータをロギングし、次いで本当の配置のデータに補正/フィルタリングアルゴリズムを適用する。
ある程度類似した方法では、走査経路30の開始時に開始信号を出力する代わりに、印刷が必要な物体14の表面20上の第1の画素の位置で、開始信号を出力することもできる。これにより、メモリに格納された画像データと併せて、印刷が必要なそれに続く画素の位置が、印刷開始位置、および好ましくは一定の速度である走査経路に沿ったプリントヘッド18の移動速度に対して出合う時期を計算することが可能になる。
上記の方法の他の方法では、発射パルス(物体14の表面20上の所定の画素の位置に関する値の組)は、プリントヘッド18の絶対座標に基づいている。これらの座標は、物体14の実際の表面20に対して1つ以上センサによって判定され、物体14の実際の表面20上の画素の位置と互いに関係している。次いで、この座標は、コントローラ26のメモリに格納された予め決められた画像データと組み合わせそれらの同じ座標と関連して、各画素の位置に関して適切にノズル28からインクを噴出させるために使用される。
最後に、発射パルスは、物体14の表面20上に形成された構成を感知することに基づいて判定することができる。したがって、物体14の表面20上の周囲フレームまたは他の印であってよい成型された構成または一連の構成はレーザまたは他のセンサで感知される。次いで、感知された構成または一連の構成は、コントローラ26のメモリに格納された構成のデータと比較され、1つ以上の構成に関する画素の位置に対応する1組の値と関係している。したがって、発射パルスは、物体14の表面20上の感知された構成の絶対または相対位置に基づいて発生する。
上記の代わりとして、ロボットアーム16を、物体を支持する支持固定具22に連結し、それを担持することができる。したがって、ロボットアーム16により、この代替の実施形態では静止することになるプリントヘッド18の動きと反対に物体14が動く。しかし、物体14の表面20に対するプリントヘッド18の相対的な動きは、上記で説明したようにやはり生じることになる。
当業者は簡単に理解するように、上記の説明は本発明の原理の実装の例示として言及している。本発明が以下の特許請求の範囲で定義される本発明の精神から逸脱することなく変形、改変および変更できるという点で、この説明は本発明の範囲または適用を限定するものではない。
Claims (21)
- 3次元の物体の湾曲した表面上に画像を印刷するための装置であって、
前記物体を支持するように適合された支持固定具と、
複数のノズルが印刷媒体源に連結されたインクジェットプリントヘッドと、
関節結合可能なロボットアームであって、前記プリントヘッドおよび前記支持固定具の一方が、ロボットアームに取り付けられロボットアームによって担持され、前記プリントヘッドが一連の走査経路に沿って前記物体の湾曲した表面の表面輪郭に追従して相対的に移動するように、移動の自由度が4以上であり、移動可能である、ロボットアームと、
前記ロボットアームに連結され、前記プリントヘッドが前記一連の走査経路に沿って相対的に移動するように前記ロボットアームを関節結合させるように構成されたコントローラであって、前記プリントヘッドが前記一連の走査経路に沿って移動するときに、前記ロボットアームが、前記プリントヘッドを前記物体の湾曲した表面に関して印刷に適した配置に連続して配置し、前記プリントヘッドに連結され、さらに、前記基体の湾曲した表面上の画像を形成するように前記複数のノズルが前記走査経路に沿った所定の位置で印刷媒体を噴出するように構成されるコントローラと
を備えることを特徴とする装置。 - 請求項1に記載の装置であって、前記走査経路が直線であることを特徴とする装置。
- 請求項1に記載の装置であって、前記複数のノズルが直線の配列および2次元の配列のうち一方で設けられることを特徴とする装置。
- 請求項1に記載の装置であって、前記コントローラが、前記コントローラのメモリに格納された画像位置データと互いに関係する前記走査経路上の既知の点からの距離に基づいて、前記複数のノズルが印刷媒体を噴出するように構成されることを特徴とする装置。
- 請求項4に記載の装置であって、前記コントローラが、前記走査経路に沿った移動の開始点で開始信号を受信し、前記走査経路に沿った追加の距離で前記開始点に関連する追加の距離信号を受信するように構成されることを特徴とする装置。
- 請求項5に記載の装置であって、前記コントローラが、所望の走査経路に関連する実際の走査経路に基づいてエラーを修正するように構成され、前記複数のノズルからの印刷媒体の噴出の制御が、前記実際の走査経路に対応するように修正されることを特徴とする装置。
- 請求項1に記載の装置であって、パーツの湾曲した表面上の前記パーツの構成を感知するように構成されたセンサをさらに備え、前記コントローラが、前記センサによるパーツ構成の感知に基づいて前記複数のノズルが印刷媒体を噴出するように構成されることを特徴とする装置。
- 請求項7に記載の装置であって、前記センサが光学センサであることを特徴とする装置。
- 請求項7に記載の装置であって、前記センサがレーザセンサであることを特徴とする装置。
- 請求項7に記載の装置であって、前記コントローラが、前記複数のノズルそれぞれから印刷媒体を噴出するための1組の値をメモリに格納するように構成され、前記1組の値が、前記パーツ構成の各位置に対応することを特徴とする装置。
- 請求項1に記載の装置であって、前記コントローラが、前記プリントヘッドの実際の配置を前記物体の表面上の3次元の画像に対応する格納された画像データと比較し、それに基づいて前記複数のノズルからの印刷媒体の噴出を制御するように構成されることを特徴とする装置。
- 請求項1に記載の装置であって、前記物体の湾曲した表面に対する前記プリントヘッドの高さを監視するように構成されたプリントヘッド高さセンサをさらに備えることを特徴とする装置。
- 請求項12に記載の装置であって、前記プリントヘッドの前記監視した高さに基づいて、前記プリントヘッドおよび前記物体の表面の一方が互いに向かってまたは互いから離れる方に移動するように構成されたアクチュエータをさらに備えることを特徴とする装置。
- 請求項12に記載の装置であって、前記プリントヘッド高さセンサがレーザを含むことを特徴とする装置。
- 請求項1に記載の装置であって、前記コントローラが、前記ロボットアームの関節結合が前記プリントヘッドを前記物体の湾曲した表面に垂直な向きに位置決めするように構成されることを特徴とする装置。
- 3次元の物体の湾曲した表面上に画像を印刷するための方法であって、
その上に印刷する湾曲した表面を有する3次元の物体を設けるステップと、
前記物体の表面近傍に複数のノズルを有するインクジェットプリントヘッドを配置するステップと、
走査経路に沿って前記物体の表面を横切るように前記インクジェットプリントヘッドを相対的に移動させ、その間に前記物体の表面によって示される湾曲に対して前記インクジェットプリントヘッドを位置決めするステップと、
前記物体に対する前記プリントヘッドの配置、およびコントローラのメモリに格納され前記物体の表面と互いに関係する画像データに従って、前記複数のノズルからインクを噴出するステップと
を含むことを特徴とする方法。 - 請求項16に記載の方法であって、インクを噴出する前記ステップがさらに、前記インクジェットプリントヘッドの相対的な移動に関する開始位置を決定し、前記プリントヘッドが前記走査経路に沿って移動した、開始点からの距離に基づいて、前記インクジェットプリントヘッドからインクを噴出するステップを含むことを特徴とする方法。
- 請求項16に記載の方法であって、インクを噴出する前記ステップがさらに、インクの噴出の開始からの経過時間、および前記走査経路に沿って移動する前記プリントヘッドの速度に基づいて、インクを最初に噴出する時間を決定して前記インクジェットプリントヘッドからインクを噴出するステップを含むことを特徴とする方法。
- 請求項16に記載の方法であって、インクを噴出する前記ステップがさらに、前記物体の表面に対する前記プリントヘッドの絶対座標を決定し、コントローラのメモリに格納された前記座標を画像データと互いに関係させるステップを含むことを特徴とする方法。
- 請求項16に記載の方法であって、インクを噴出する前記ステップがさらに、センサでパーツ構成を感知し、コントローラのメモリに格納された画像データと互いに関係する前記感知したパーツ構成の位置に基づいて、前記インクジェットプリントヘッドからインクを噴出するステップを含むことを特徴とする方法。
- 請求項16に記載の方法であって、前記物体の実際の表面に対する前記プリントヘッドの高さを感知し、前記物体の実際の表面に対するオフセット高さに前記プリントヘッドの高さを調節するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
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