JP2014221515A - 印刷装置および印刷方法 - Google Patents

Abstract

【課題】治具を用いずに被印刷物に印刷する印刷装置および印刷方法を提供する。
【解決手段】フラットベッドタイプの印刷装置において、略直方体形状の被印刷物が載置され、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動可能なテーブルと、Ｘ軸方向に移動可能な印刷ヘッドと、テーブルにグレイコードパターンを投影する手段と、投影されたグレイコードパターンを撮影する手段と、被印刷物を載置しない状態で撮影した画像から第１空間コード画像を作成する手段と、被印刷物を載置した状態で撮影した画像を用いて第２空間コード画像を作成する手段と、第１空間コード画像と第２空間コード画像から印刷面の画像を作成する手段と、印刷面の画像において印刷面の輪郭に四辺形を当てはめ、印刷面の姿勢を計算し、印刷面を正規化する手段と、正規化された印刷面において編集された印刷データを、正規化前の印刷面に印刷可能なように変換する手段とを有するようにした。
【選択図】 図３

Description

本発明は、印刷装置および印刷方法に関し、さらに詳細には、立体形状の被印刷物の印刷面に所望の印刷を行う印刷装置および印刷方法に関する。

従来より、マイクロコンピューターによって全体の動作を制御され、テーブルに載置された被印刷物に対して印刷ヘッドを同一平面内の直交する２方向に変位させるようにした、所謂、フラットベッドタイプの印刷装置が知られている。

また、通常、印刷面が平坦な立体形状の被印刷物に印刷を行う際には、こうしたフラットヘッドタイプの印刷装置が用いられる。

このフラットベッドタイプの印刷装置により立体形状の被印刷物に印刷を行うときには、立体形状の被印刷物をテーブルの所定の位置に載置した後、当該被印刷物の印刷面に印刷データに基づいて印刷を行うようになされている。

ここで、こうした印刷装置においては、被印刷物の印刷面の所定の位置に印刷を行うために、当該被印刷物を予め決められた位置に正確に載置する必要がある。このため、事前に被印刷物の寸法を測定したりして、被印刷物を載置する位置を正確に決定しておく必要があった。

こうした作業により、印刷装置による被印刷物への印刷において、作業工程が増えてしまい、作業者の負担が増大することが問題点として指摘されていた。

こうした問題点を解決するための手法として、例えば、特許文献１に開示された技術が提案されている。

即ち、特許文献１に開示された技術においては、テーブルに固定可能であって、立体形状の被印刷物を複数収容可能な治具を作製し、印刷時には、テーブルに治具を固定するとともに、当該治具に複数の被印刷物を収容するようにしたものである。なお、治具において被印刷物を収容する位置は、予め決められた位置となっており、この位置は、印刷装置を制御するマイクロコンピューターに予め入力されていることとなる。

これにより、特許文献１に開示された技術では、治具により立体形状の被印刷物の位置決めがなされることとなり、当該被印刷物の印刷面の所定の位置に印刷を行うことが可能となるものとされている。

しかしながら、特許文献１に開示された技術においては、被印刷物の形状や大きさ似合わせて治具を作製しなければならず、治具作製の手間が係るとともに、少量生産の際にコスト高を招来することが問題点として指摘されていた。

特開２００７−１３６７６４号公報

本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、作業者への負担が増大することなく、かつ、治具を用いずに被印刷物における印刷面の所望の位置に印刷することが可能な印刷装置および印刷方法を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明による印刷装置は、印刷データに基づいて所定の印刷を行うフラットベッドタイプの印刷装置において、印刷面が平坦な略直方体形状の被印刷物が載置されるとともに、ＸＹＺ直交座標系のＹ軸方向およびＺ軸方向に移動自在に配設されたテーブルと、上記テーブルの上方側において、Ｘ軸方向に移動自在に配設された印刷ヘッドと、上記テーブルにグレイコードパターンを投影する投影手段と、上記投影手段により上記テーブルに投影されたグレイコードパターンを撮影する撮影手段と、Ｚ軸方向における所定の位置に位置する上記テーブルに上記被印刷物を載置していない状態で、上記投影手段からグレイコードパターンを投影して、上記撮影手段により該グレイコードパターンを撮影した後に、撮影した画像を用いて第１の空間コード画像を作成する第１の作成手段と、上記被印刷物の印刷面が上記所定の位置に位置するようにして上記テーブルに上記被印刷物を載置した状態で、上記投影手段からグレイコードパターンを投影して、上記撮影手段により該グレイコードパターンを撮影した後に、撮影した画像を用いて第２の空間コード画像を作成する第２の作成手段と、上記第１の空間コード画像と上記第２の空間コード画像との差分をとり、上記被印刷物の上記印刷面の画像を作成する画像作成手段と、上記被印刷物の上記印刷面の画像において、上記印刷面の輪郭に四辺形を当てはめ、上記印刷面の姿勢を計算し、上記印刷面の姿勢を所定の姿勢にする正規化を行う正規化手段と、正規化された上記印刷面において編集された印刷データを、正規化前の上記印刷面に印刷可能なように変換する変換手段とを有するようにしたものである。

また、本発明による印刷装置は、印刷データに基づいて所定の印刷を行うフラットベッドタイプの印刷装置において、印刷面が平坦な略直方体形状の被印刷物が載置されるとともに、ＸＹＺ直交座標系のＺ軸方向に移動自在に配設されたテーブルと、上記テーブルの上方側において、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動自在に配設された印刷ヘッドと、上記テーブルにグレイコードパターンを投影する投影手段と、上記投影手段により上記テーブルに投影されたグレイコードパターンを撮影する撮影手段と、Ｚ軸方向における所定の位置に位置する上記テーブルに上記被印刷物を載置していない状態で、上記投影手段からグレイコードパターンを投影して、上記撮影手段により該グレイコードパターンを撮影した後に、撮影した画像を用いて第１の空間コード画像を作成する第１の作成手段と、上記被印刷物の印刷面が上記所定の位置に位置するようにして上記テーブルに上記被印刷物を載置した状態で、上記投影手段からグレイコードパターンを投影して、上記撮影手段により該グレイコードパターンを撮影した後に、撮影した画像を用いて第２の空間コード画像を作成する第２の作成手段と、上記第１の空間コード画像と上記第２の空間コード画像との差分をとり、上記被印刷物の上記印刷面の画像を作成する画像作成手段と、上記被印刷物の上記印刷面の画像において、上記印刷面の輪郭に四辺形を当てはめ、上記印刷面の姿勢を計算し、上記印刷面の姿勢を所定の姿勢にする正規化を行う正規化手段と、正規化された上記印刷面において編集された印刷データを、正規化前の上記印刷面に印刷可能なように変換する変換手段とを有するようにしたものである。

また、本発明による印刷装置は、上記した印刷装置において、上記投影手段は、８ビットのグレイコードパターンを投影するようにしたものである。

また、本発明による印刷装置は、上記した印刷装置において、上記印刷ヘッドは、インクジェット方式によりインクを吐出するインクヘッドであるようにしたものである。

また、本発明による印刷方法は、印刷面が平坦な略直方体形状の被印刷物が載置されるとともに、ＸＹＺ直交座標系のＹ軸方向およびＺ軸方向に移動自在に配設されたテーブルと、上記テーブルの上方側において、Ｘ軸方向に移動自在に配設された印刷ヘッドと、上記テーブルにグレイコードパターンを投影する投影手段と、上記投影手段により上記テーブルに投影されたグレイコードパターンを撮影する撮影手段とを有し、印刷データに基づいて所定の印刷を行うフラットベッドタイプの印刷装置における印刷方法であって、Ｚ軸方向における所定の位置に位置する上記テーブルに上記被印刷物を載置していない状態で、上記投影手段からグレイコードパターンを投影して、上記撮影手段により該グレイコードパターンを撮影した後に、撮影した画像を用いて第１の空間コード画像を作成する第１の工程と、上記被印刷物の印刷面が上記所定の位置に位置するようにして上記テーブルに上記被印刷物を載置した状態で、上記投影手段からグレイコードパターンを投影して、上記撮影手段により該グレイコードパターンを撮影した後に、撮影した画像を用いて第２の空間コード画像を作成する第２の工程と、上記第１の空間コード画像と上記第２の空間コード画像との差分をとり、上記被印刷物の上記印刷面の画像を作成する第３の工程と、上記被印刷物の上記印刷面の画像において、上記印刷面の輪郭に四辺形を当てはめ、上記印刷面の姿勢を計算し、上記印刷面の姿勢を所定の姿勢にする正規化を行う第４の工程と、正規化された上記印刷面において編集された印刷データを、正規化前の上記印刷面に印刷可能なように変換する第５の工程とを上記印刷装置が実行するようにしたものである。

また、本発明による印刷方法は、印刷面が平坦な略直方体形状の被印刷物が載置されるとともに、ＸＹＺ直交座標系のＺ軸方向に移動自在に配設されたテーブルと、上記テーブルの上方側において、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動自在に配設された印刷ヘッドと、上記テーブルにグレイコードパターンを投影する投影手段と、上記投影手段により上記テーブルに投影されたグレイコードパターンを撮影する撮影手段とを有し、印刷データに基づいて所定の印刷を行うフラットベッドタイプの印刷装置における印刷方法であって、Ｚ軸方向における所定の位置に位置する上記テーブルに上記被印刷物を載置していない状態で、上記投影手段からグレイコードパターンを投影して、上記撮影手段により該グレイコードパターンを撮影した後に、撮影した画像を用いて第１の空間コード画像を作成する第１の工程と、上記被印刷物の印刷面が上記所定の位置に位置するようにして上記テーブルに上記被印刷物を載置した状態で、上記投影手段からグレイコードパターンを投影して、上記撮影手段により該グレイコードパターンを撮影した後に、撮影した画像を用いて第２の空間コード画像を作成する第２の工程と、上記第１の空間コード画像と上記第２の空間コード画像との差分をとり、上記被印刷物の上記印刷面の画像を作成する第３の工程と、上記被印刷物の上記印刷面の画像において、上記印刷面の輪郭に四辺形を当てはめ、上記印刷面の姿勢を計算し、上記印刷面の姿勢を所定の姿勢にする正規化を行う第４の工程と、正規化された上記印刷面において編集された印刷データを、正規化前の上記印刷面に印刷可能なように変換する第５の工程とを上記印刷装置が実行するようにしたものである。

また、本発明による印刷方法は、上記した印刷方法において、上記投影手段は、８ビットのグレイコードパターンを投影するようにしたものである。

本発明は、以上説明したように構成されているので、作業者への負担が増大することなく、かつ、治具を用いずに被印刷物における印刷面の所望の位置に印刷することが可能であるという優れた効果を奏するものである。

図１は、本発明による印刷装置を示す概略構成説明図である。 図２は、カメラにより撮影したチェッカー間隔をプリンタの解像度でのピクセル数に変換し、カメラ撮影画像をテーブルの基準の座標系に射影変換する説明図である。 図３は、本発明による印刷装置において、印刷を行う手順を説明するためのフローチャートである。 図４（ａ）は、初期位置にテーブルの上面が位置した状態を示す説明図であり、また、図４（ｂ）は、初期位置にベースシートの上面が位置した状態を示す説明図であり、また、図４（ｃ）は、初期位置に被印刷物の印刷面が位置した状態を示す説明図であり、また、図４（ｄ）は、ベースシートの上面に決められた間隔のグリッドを示すための線分が描かれた状態を示す説明図である。 図５（ａ）は、被印刷物がない状態でベースシートに垂直方向のグレイコードパターンを投影した際に撮影した撮影画像および当該撮影画像に基づいて作成した垂直空間コード画像を示す説明図であり、また、図５（ｂ）は、被印刷物がない状態でベースシートに水平方向のグレイコードパターンを投影した際に撮影した撮影画像および当該撮影画像に基づいて作成した水平空間コード画像を示す説明図である。 図６（ａ）は、被印刷物がある状態で被印刷物の印刷面に垂直方向のグレイコードパターンを投影した際に撮影した撮影画像および当該撮影画像に基づいて作成した垂直空間コード画像を示す説明図であり、また、図６（ｂ）は、被印刷物がある状態で被印刷物の印刷面に水平方向のグレイコードパターンを投影した際に撮影した撮影画像および当該撮影画像に基づいて作成した水平空間コード画像を示す説明図である。 図７（ａ）は、被印刷物がない状態の垂直空間コード画像および水平空間コード画像の印刷領域をそれぞれ印刷領域基準へ射影変換した画像を示す説明図であり、また、図７（ｂ）は、被印刷物がある状態の垂直空間コード画像および水平空間コード画像の印刷領域をそれぞれ印刷領域基準へ射影変換した画像を示す説明図であり、また、図７（ｃ）は、図７（ａ）（ｂ）に示す画像を利用して作成した被印刷物の印刷面の画像を示す説明図である。 図８（ａ）は、被印刷物の印刷面の画像を分割した状態を示す説明図であり、また、図８（ｂ）は、被印刷物の印刷面の画像において、各印刷面の輪郭に四辺形を当てはめた状態を示す説明図であり、また、図８（ｃ）は、印刷面の姿勢を正規化した状態を示す説明図である。 図９（ａ）（ｂ）（ｃ）は、印刷面の姿勢を正規化する手順を示した説明図であり、図９（ａ）は、印刷面の白く塗りつぶした状態を示す説明図であり、また、図９（ｂ）は、回転キャリパー法（ローテーティング・キャリパーズ・アルゴリズム：Ｒｏｔａｔｉｎｇ Ｃａｌｉｐｅｒｓ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）により印刷面の輪郭に四辺形を当てはめた状態を示す説明図であり、また、図９（ｃ）は、印刷面の姿勢を正規化した状態を示す説明図である。 図１０（ａ）は、正規化した印刷面において印刷データを編集した状態を示す説明図であり、また、図１０（ｂ）（ｃ）は、図１０（ａ）の印刷データを正規化前の印刷面に印刷可能な状態とした印刷データを示す説明図である。 図１１は、本発明による印刷装置の変形例を示す概略構成説明図である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明による印刷装置および印刷方法の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。

まず、図１には、本発明による印刷装置の概略構成説明図が示されている。

この図１に示す印刷装置１０は、所謂、フラットベッドタイプのインクジェットプリンタであって、固定系のベース部材１２と、ベース部材１２上において上面１４ａに立体形状の被印刷物２００が載置されるテーブル１４と、Ｘ軸方向に延設された棒状部材１６を備え、棒状部材１６がテーブルの上方側をＹ軸方向に摺動自在に配設された移動部材１８と、棒状部材１６においてＸ軸方向に摺動自在に設けられ、テーブル１４に載置された被印刷物２００の印刷面２００ａに対して印刷を行う印刷ヘッド２０と、ベース部材１２の後方側において立設された立設部材２２と、立設部材２２に配設され、テーブル１４の上面１４ａ全体に対してグレイコードパターンを投影するプロジェクタ２４と、立設部材２２に配設され、テーブル１４の上面１４ａ全体を撮影可能なカメラ２６とを有して構成されている。

なお、こうした印刷装置１０の全体の動作は、マイクロコンピューター３００によって制御される。

より詳細には、テーブル１４は、ベース部材１２上に設けられており、図示しない移動機構によってＺ軸方向を所定の範囲で移動することが可能となっている。

これにより、テーブル１４の上面１４ａに載置された被印刷物２００をＺ軸方向で移動することができる。

なお、テーブル１４が昇降する範囲としては、例えば、印刷装置１０において印刷可能な被印刷物２００の厚さの範囲と一致する。

また、テーブル１４は上面１４ａが平坦となっており、この上面１４ａに被印刷物２００が載置される。なお、この被印刷物２００は、略直方体形状であり、かつ、印刷面２００ａが平坦となっている。また、被印刷物２００をテーブル１４の上面１４ａに載置した際には、印刷面２００ａは略水平となる。

さらに、テーブル１４のＺ軸方向での移動については、作業者の入力に基づいて移動機構（図示せず。）が制御されて移動するようになされている。

なお、テーブル１４をＺ軸方向で移動させる移動機構については、ギアとモーターとの組合せなどによる従来より公知の技術を用いればよい。

ベース部材１２にはＹ軸方向にガイド溝２８ａ、２８ｂが延設されており、移動部材１８は、このガイド溝２８ａ、２８ｂに沿って図示しない移動機構によりＹ軸方向に移動する。

なお、移動部材１８をＹ軸方向に移動させる移動機能については、ギアとモーターとの組合せなどによる従来より公知の技術を用いればよい。

そして、移動部材１８は、棒状部材１６の前面に設けられたガイドレール（図示せず。）に摺動自在に印刷ヘッド２０が設けられている。

この印刷ヘッド２０は、インクジェット方式によりインクを吐出するインクヘッドである。

印刷ヘッド２０には、Ｘ軸方向に移動自在にベルト（図示せず。）が設けられており、このベルトが図示しない移動機構によって巻き取られることにより当該ベルトが移動し、このベルトの移動に伴って、印刷ヘッドがＸ軸方向を左方側から右方側、右方側から左方側に移動することとなる。

なお、ベルト（図示せず。）を巻き取って印刷ヘッド２０をＸ軸方向に移動させる移動機構については、ギアとモーターとの組合せなどによる従来より公知の技術を用いればよい。

なお、本明細書において「インクジェット方式」とは、二値偏向方式あるいは連続偏向方式などの各種の連続方式や、サーマル方式あるいは圧電素子方式などの各種のオンデマンド方式を含む、従来より公知の各種の手法によるインクジェット技術による印刷方式を意味するものとする。

プロジェクタ２４は、立設部材２２に固定的に配設されており、テーブル１４の上面１４ａに垂直方向および水平方向でそれぞれ８ビット（ｂｉｔ）のグレイコードパターンを投影する。

また、カメラ２６は、プロジェクタ２８の投影方向とは異なる方向から、テーブル１４の上面１４ａ全体を撮影することができるように立設部材２２に固定的に配設されている。

また、印刷装置１０の全体の動作を制御するマイクロコンピューター３００においては、カメラ２６において撮影されたグレイコードパターンの撮影画像に基づいて空間コード画像を作成する空間コード画像作成部５０と、空間コード画像作成部５０で作成された空間コード画像を用いて、被印刷物２００の印刷面２００ａの画像を作成する画像作成部５２と、画像作成手段において作成された印刷面２００ａの画像における印刷面の姿勢を所定の姿勢として印刷面２００ａを正規化する正規化部５４と、正規化部５４により正規化された印刷面において編集された印刷データを正規化前の印刷面に印刷可能なように変換する変換部５６とが備えられている。

以上の構成において、印刷装置１０により立体形状の被印刷物２００の平坦な印刷面２００ａに所望の印刷を行う場合について説明するが、まず、印刷装置１０においては、工場出荷時やカメラ２６の交換時などの所定のタイミングで、カメラキャリブレーションと、カメラ２６とテーブル１４の上面１４ａ（印刷座標系）とのキャリブレーションが行われる。

ここで、カメラキャリブレーションは、印刷装置１０とは独立した状態で、別途ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：液晶ディスプレイ）を用いて行うこととなる。

そして、カメラキャリブレーションを行った後に、カメラ２６を印刷装置１０に設置し、カメラ２６とテーブル１４の上面１４ａとの位置、姿勢の関係を求めるキャリブレーション（つまり、カメラ２６とテーブル１４の上面１４ａとのキャリブレーションである。）を行う。

具体的には、カメラキャリブレーションでは、カメラ２６の画角一杯にチェッカーパターンを撮影し、Ｚｈａｎｇの手法によりカメラパラメータを算出する。

ここで、このチェッカーパターンは、テーブル１４の上面１４ａに描かれているものではなく、別途、ＬＣＤ上に表示したものを使用する。

なお、Ｚｈａｎｇの手法によりカメラパラメータを算出する手法については、例えば、特開２００７−３０９６６０号公報に開示されている技術を用いるため、その詳細な説明は、省略することとする。

そして、印刷装置１０を使用する際には、Ｚｈａｎｇの手法により算出された下記の（１）（２）式より、レンズ歪み係数（ｋ_１、ｋ_２）を含むカメラの内部パラメータ（Ａ）のみを使用する。

また、カメラ２６とテーブル１４の上面１４ａとのキャリブレーションでは、カメラ撮影画像から印刷領域画像への射影変換行列Ｈ_ｃ２ｐを算出する。

まず、テーブル１４に何も載せていない状態を撮影する。なお、このとき、テーブル上には、既知の間隔の市松模様が描かれたチェッカーパターンが描かれている。

次に、上記（２）式を利用して、撮影した画像（つまり、テーブル１４上に描かれたチェッカーパターンの画像である。）のレンズ歪みを補正する。

その後、チェッカー交点座標をサブピクセル精度で推定する。

そして、チェッカー間隔をプリンタの解像度でのピクセル数に変換し（図２を参照する。）、チェッカー交点座標をそれらピクセル座標に変換するための射影変換行列Ｈ_ｃ２ｐを求める。

ここで、市松模様の１マスの寸法をｎ（ｍｍ）、プリンタの解像度をｒ（ｄｐｉ）とすると、変換後の１マスのピクセル数は、ｒ×ｎ／２５．４となる。

そして、上記（３）式にｎ組の変換前後の画像座標値を当てはめる。

これをＢ・ｈ＝０とおくと、ｈはＢの最小特異値に対応する右特異ベクトル、またはＢ^ＴＢの最小固有値に対応する固有ベクトルとして求められる（例えば、ＯｐｅｎＣＶ ２．ｘ，ＳＶＤ：：ｓｏｌｖｅＺ（）関数を利用）。

また、こうしたカメラ２６とテーブル１４の上面１４ａとのキャリブレーションについては、例えば、従来より公知の技術（例えば、近代科学社「写真から作る３次元ＣＧ」徐剛著を参照する。）を用いるため、その詳細な説明は、省略することとする。

こうしたキャリブレーション済みの印刷装置１０により、被印刷物２００の印刷面２００ａに印刷を行う印刷の手順を、図３を参照しながら説明することとする。

まず、移動部材１８が立設部材２２の真下に位置した状態で、作業者が、起動した印刷装置１０のテーブル１４の上面１４ａにベースシート３０を載置する（ステップＳ３０２）。

その後、作業者が図示しない操作子を操作することによって、ベースシート３０の厚みｔ１だけテーブル１４を下方側に移動する（ステップＳ３０４）。

即ち、キャリブレーション時に位置したテーブル１４の上面１４ａの位置（以下、「キャリブレーション時に位置したテーブル１４の上面１４ａの位置」を「初期位置」と適宜に称することとする。）に、ベースシート３０の上面３０ａが位置するようにテーブル１４を下方側に移動する（図４（ａ）（ｂ）を参照する。）。

具体的には、ベースシート３０の厚みｔ１が２ｍｍであるとすると、上面１４ａが初期位置に位置したテーブル１４にベースシート３０を載置した後に、作業者がテーブル１４を下方側に２ｍｍだけ移動させることとなる。

なお、このベースシート３０は、粘着シートとなっており、上面３０ａに被印刷物２００が載置されると、被印刷物２００が容易に移動しないようになされている。

また、移動部材１８が立設部材２２の真下に位置した状態とは、移動部材１８や印刷ヘッド２０の影が生じることなく、プロジェクタ２４によりテーブル１４へグレイコードパターンを投影することができる状態であり、かつ、カメラ２６により当該グレイコードパターンを撮影する際に移動部材１８や印刷ヘッド２０が映らない状態である。

従って、こうした状態であれば、移動部材１８は立設部材２２の真下に位置するようにしなくてもよい。

その後、マイクロコンピューター３００の制御により、プロジェクタ２４から８ビットのグレイコードパターンを投影し、カメラ２６により投影されたグレイコードパターンを撮影するとともに、空間コード画像作成部５０において、撮影した各画像から空間コード画像を作成する（ステップＳ３０６）。

即ち、プロジェクタ２４から垂直方向のグレイコードパターンを投影し、その様子をカメラ２６により撮影する。そして、こうして撮影した各画像より、空間コード画像作成部５０において被印刷物２００がない状態の垂直空間コード画像を作成する（図５（ａ）を参照する。）。

また、プロジェクタ２４から水平方向のグレイコードパターンを投影し、その様子をカメラ２６により撮影する。そして、こうして撮影した各画像より、空間コード画像作成部５０において被印刷物２００がない状態の水平空間コード画像を作成する（図５（ｂ）を参照する。）。

こうして、被印刷物２００がない状態の垂直空間コード画像および水平空間コード画像を取得すると、作業者は、ベースシート３０の上面３０ａに被印刷物２００を載置する（ステップＳ３０８）。

このとき、作業者は、複数の被印刷物２００をＸ軸方向およびＹ軸方向に沿って大まかに並べればよく、被印刷物２００は、Ｘ軸またはＹ軸に対してある程度傾いた姿勢であってもよい。

また、ベースシート３０の上面３０ａに並べられた複数の被印刷物２００は、互いに隣り合う被印刷物２００と間隔を開けて並べられる。

つまり、複数の被印刷物２００は、ベースシート３０の上面３０ａにおいて、予め決められた間隔のグリッド上に配置されているようになる。

なお、予め決められた間隔はマイクロコンピューター３００に記憶されており、ベースシート３０の上面３０ａには、この間隔の目安となる線分（図４（ｄ）を参照する。）や目印などが描かれるようにしてもよい。

そして、ベースシート３０の上面３０ａに被印刷物２００を載置した後に、作業者が図示しない操作子を操作することによって、被印刷物２００の厚みｔ２だけテーブル１４を下方側に移動させる（ステップＳ３１０）。

即ち、初期位置に、被印刷物２００の印刷面２００ａが位置するようにテーブル１４を下方側に移動する（図４（Ａａ）（ｃ）を参照する。）。

具体的には、被印刷物２００の厚みｔ２が１０ｍｍであるとすると、ベースシート３０の上面３０ａが初期位置に位置した状態で、上面３０ａに被印刷物２００を載置した後に、作業者がテーブル１４を下方側に１０ｍｍだけ移動させることとなる。

その後、マイクロコンピューター３００の制御により、プロジェクタ２４から８ビットのグレイコードパターンを投影し、カメラ２６により投影されたグレイコードパターンを撮影するとともに、空間コード画像作成部５０において、撮影した各画像から空間コード画像を作成する（ステップＳ３１２）。

即ち、プロジェクタ２４から垂直方向のグレイコードパターンを投影し、その様子をカメラ２６により撮影する。そして、こうして撮影した各画像より、空間コード画像作成部５０において被印刷物２００がある状態の垂直空間コード画像を作成する（図５（ａ）を参照する。）。

また、プロジェクタ２４から水平方向のグレイコードパターンを投影し、その様子をカメラ２５により撮影する。そして、こうして撮影した各画像より、空間コード画像作成部５０において被印刷物２００がある状態の２００ａの水平空間コード画像を作成する（図６（ｂ）を参照する。）。

こうして、被印刷物２００がある状態の垂直空間コード画像および水平空間コード画像を取得すると、次に、画像作成部５２において被印刷物２００の印刷面２００ａの画像の作成を行う（ステップＳ３１４）。

ここで、ステップＳ３０６の処理で作成した空間コード画像（被印刷物２００がない状態の垂直空間コード画像および水平空間コード画像）とステップＳ３１０の処理で作成した空間コード画像（被印刷物２００がある状態の垂直空間コード画像および水平空間コード画像）とでは、初期位置に位置する面だけが同じコード値を持つこととなる。

従って、画像作成部５２においては、ステップＳ３０６の処理で作成した空間コード画像とステップＳ３１０の処理で作成した空間コード画像との差分をとり、これにより、被印刷物２００の印刷面２００ａの画像を抜き出して、被印刷物２００の印刷面２００ａの画像を作成する。

具体的には、被印刷物２００の印刷面２００ａの画像「ｄｉｆｆ」においては、画素ｉは、下記の式に基づいて、白または黒で表される（図７（ｃ）を参照する。）。

ここで、「ｂｕ」は、被印刷物がない状態の垂直空間コード画像から印刷領域のみを射影変換した画像であり、「ｂｕ_ｉ」は、画像「ｂｕ」におけるｉ番目の画素を表し、「ｂｖ」は、被印刷物がない状態の水平空間コード画像から印刷領域のみを、テーブル１４の上面１４ａにおいて印刷可能な領域たる印刷領域基準へ射影変換した画像であり、「ｂｖ_ｉ」は、画像「ｂｖ」におけるｉ番目の画素を表す〈図７（ａ）を参照する。）。

また、「ｍｕ」は、被印刷物がある状態の垂直空間コード画像から印刷領域のみを投影変換した画像であり、「ｍｕ_ｉ」は、画像「ｍｕ」におけるｉ番目の画素を表し、「ｍｖ」は、被印刷物がある状態の水平空間コード画像から印刷領域のみを印刷領域基準へ射影変換した画像であり、「ｍｖ_ｉ」は、画像「ｍｖ」におけるｉ番目の画素を表す（図７（ｂ）を参照する。）。

さらに、「２５５」は白を表し、「０」は黒を表し、ＴＨＲＥＳＨについては、例えば、「２」と設定される。

次に、被印刷物２００は、ベースシート３０の上面３０ａ上において、予め決められた間隔のグリッド上に配置されているため、正規化部５４において、ステップＳ３１４の処理で作成した被印刷物２００の印刷面２００ａの画像を当該間隔で分割する（ステップＳ３１６、図８（ａ）を参照する。）。

その後、正規化部５４において、回転キャリパー法（ローテーティング・キャリパーズ・アルゴリズム：Ｒｏｔａｔｉｎｇ Ｃａｌｉｐｅｒｓ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）により、各印刷面２００ａの画像の輪郭に四辺形を当てはめ（図８（ｂ）を参照する。）、各印刷面２００ａの姿勢と原点とを計算し、各印刷面２００ａを投影変換し、印刷面２００ａが所定の姿勢となるように印刷面２００ａを正規化する（ステップＳ３１８、図８（ｃ）を参照する。）。なお、「所定の姿勢」とは、例えば、印刷面２００ａの辺がそれぞれＸ軸あるいはＹ軸と平行となっている姿勢である。

具体的には、まず、印刷面２００ａの中身を白く（＝２５５）塗りつぶす（図９（ａ）を参照する。）。

即ち、印刷面２００ａの領域の原点から順に黒（＝０）の画素を探し、そこを起点に黒画素が連続する領域を別の同サイズの画像バッファに白画素（＝２５５）を設定して、それを白黒反転する。なお、印刷面２００の領域の原点は、予め決められた間隔のグリッドにおける左上端の点とする。

次に、中身を白く塗りつぶした印刷面２００の輪郭に回転キャリパー法により四辺形を当てはめる（図９（ｂ）を参照する。）。なお、この回転キャリバー法は従来より公知の技術であるため、その詳細の説明は省略する。

そして、四辺形の左上端の点Ｉと、四辺形右上端の点ＩＩとを結ぶ直線をＹ軸に平行にするための回転行列Ｒを求める。

点Ｉと点ＩＩとを結ぶ直線とＹ軸とのなす角をθとすると、回転行列Ｒは下記のように表される。

この回転行列Ｒで点Ｉ、点ＩＩ、四辺形の左下端の点ＩＩＩおよび四辺形の右下端点ＩＶの４点の座標値を変換する。

変換後の点Ｉの座標（ｍｉｎＸ、ｍｉｎＹ）を原点へ移動する並進変換行列Ｔを求める。

回転行列Ｒから並進変換行列Ｔの順で変換行列を合成すると、印刷領域画像座標系（ｐ）から、Ｎｏ．ｎの被印刷物２００（被印刷物２００は、それぞれ配置位置によりナンバリングされている。）の編集用画像座標系（ｅ_ｎ）への変換行列Ｈ_ｐ２ｅｎが求められる。
Ｈ_ｐ２ｅｎ＝Ｔ・Ｒ

この変換行列Ｈ_ｐ２ｅｎにより、図９（ａ）に示すような印刷面２００ａを変換すると、図９（ｃ）に示すように印刷面２００ａを所定の姿勢とすることができ、印刷面２００ａを正規化することができる。つまり、正規化した印刷面２００ａの画像データを取得することができる。

印刷面２００ａの正規化がなされると、作業者は、正規化した印刷面２００ａにおいて、印刷面２００ａ上に印刷するための印刷データを編集する（ステップＳ３２０）。

即ち、印刷データを編集することが可能な編集ソフトを利用して作業者が印刷データを編集する際に、正規化した印刷面２００ａの画像データ上で編集を行うようにする。

これにより、印刷面２００ａのどの位置に、どのような模様（図形、文字、絵など）の印刷するのかを決定する（図１０（ａ）を参照する。）。

作業者による印刷データの編集が完了すると、変換部５６において、印刷データを正規化前の印刷面２００ａに印刷可能な印刷データに変換する（ステップＳ３２２）。

即ち、印刷面２００ａを正規化する前に算出した変換行列Ｈ_ｐ２ｅｎの逆変換行列により、ステップＳ３２０の処理において作業者が編集した印刷データを変換し、変換した印刷データを実際に印刷に用いる印刷データとして記憶する（図１０（ｂ）（ｃ）を参照する。）。

そして、ステップＳ３２２の処理において印刷データが作成された後に、作業者により印刷の開始が指示されると、マイクロコンピューター３００の制御により、当該印刷データに基づいて印刷がなされる（ステップＳ３２４）。

以上において説明したように、本発明による印刷装置１０は、被印刷物２００をベースシート３０上に載置しない状態でベースシート３０に８ビットのグレイコードパターンを投影して撮影し、撮影した画像から、空間コード画像作成部５０において垂直空間コード画像と水平空間コード画像とを取得するようにした。

さらに、被印刷物２００をベースシート３０上に載置した状態で、被印刷物２００に８ビットのグレイコードパターンを投影して撮影し、撮影した画像から、空間コード画像作成部５０において垂直空間コード画像と水平空間コード画像とを取得するようにした。

なお、このとき、被印刷物２００をベースシート３０上に載置しない状態のときのベースシート３０の上面３０ａと、被印刷物２００をベースシート３０上に載置した状態のときの被印刷物２００の印刷面２００ａとは、キャリブレーション時に位置したテーブル１４の上面１４ａとＺ軸方向における位置と一致するようにした。

そして、画像作成部５２において、被印刷物２００のない状態の垂直空間コード画像および水平空間コード画像と、被印刷物のある状態の垂直空間コード画像および水平空間コード画像との差分をとって、被印刷物２００の印刷面２００ａの画像を取得するようにした。

その後、正規化部５４において、被印刷物２００の印刷面２００ａの画像における各印刷面２００ａの輪郭に四辺形を当てはめ、姿勢と原点を計算して、印刷面２００ａを正規化するようにした。

こうして取得した正規化した印刷面２００ａにおいて、作業者により印刷面２００ａに印刷したい印刷データの編集がなされると、変換部５６において、作業者が編集した印刷データを正規化前の印刷面２００ａに印刷可能なように変換して記憶するようにした。

そして、こうした印刷データを用いて、被印刷物２００の印刷面２００ａに印刷を行うようにした。

このため、本発明による印刷装置１０においては、作業者がテーブル１４を下げたりする必要はあるが、正確な位置決めを行うような細かい作業がなく、従来の技術による印刷装置と比較して、簡単な操作により、立体形状の被印刷物２００に印刷することができるようになる。

また、本発明による印刷装置１０においては、治具を用いることなく立体形状の被印刷物２００を印刷することができるようになる。

これにより、本発明による印刷装置１０によれば、少量生産であってもコスト高を招来することなく被印刷物２００に対して印刷することが可能となる。

なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（５）に示すように変形するようにしてもよい。

（１）上記した実施の形態においては、印刷装置１０をインクジェットプリンタとして記載したが、これに限られるものではないことは勿論であり、印刷装置１０としては、ドットインパクトプリンタやレーザープリンタなどの各種のプリンタを用いるようにしてもよい。

（２）上記した実施の形態においては、テーブル１４にベースシート３０を介して被印刷物２００を載置するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、ベースシート３０を介することなく、テーブル１４に直接被印刷物２００を載置するようにしてもよい。

この際には、テーブル１４の上面１４ａにおいて被印刷物２００が滑りにくい加工がなされるようにしてもよい。

（３）上記した実施の形態においては、６つの被印刷物２００をベースシート３０上に載置して、各被印刷物２００の印刷面２００ａに印刷を行うようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、被印刷物２００を１、２、３、４または５つベースシート３０上に載置してもよい。

さらに、予め決められた間隔のグリッドの間隔の設定を変更して、より大きな被印刷物に対して印刷を行うようにしてもよいし、より小さな被印刷物に対して印刷を行うようにしてもよい。

（４）上記した実施の形態においては、印刷装置１０は、印刷ヘッド２０が移動部材１８に備えられた棒状部材１６においてＸ軸方向に移動するとともに移動部材１８によりＹ軸方向に移動し、テーブル１４がＺ軸方向に移動するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論である。

即ち、印刷装置としては、図１１に示すように、Ｚ軸方向で昇降可能なテーブル１４がＹ軸方向に移動するとともに、印刷ヘッド２０がＸ軸方向に移動するような構成としてもよい。

具体的には、図１１に示す印刷装置６０は、ベース部材１２上に配設されたガイドレール６２にテーブル１４が摺動自在に設けられるとともに、ベース部材１２上に固定的に配設された固定部材６６に印刷ヘッド２０を摺動自在に配設する点において、印刷装置１０と異なっている。

このガイドレール６２は、ベース部材１２上においてＹ軸方向に延設された１対のガイドレール６２−１、６２−２により形成されている。

なお、テーブル１４には、ガイドレール６２のＹ軸方向で移動することができるように、マイクロコンピューター３００により制御される駆動手段（図示せず。）がもうけられており、これにより、Ｚ軸方向に移動可能なテーブル１４は、ベース部材１２上でＹ軸方向に移動することができるようになる。

また、固定部材６６は、ベース部材１２に固定的に配設された立設部材６８−１、６８−２と、立設部材６８−１、６８−２を連結するようにＸ軸方向に延設された棒状部材６４と、により構成されている。

そして、棒状部材６４においてＸ軸方向に沿って摺動自在に印刷ヘッド２０が配設されている。

これにより、印刷ヘッド２０は、固定部材６６においてＸ軸方向に移動することとなる。

（５）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（４）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。

本発明は、略直方体形状の被印刷物に対して所望の印刷を行う印刷装置に用いて好適である。

１０、６０ 印刷装置、１２ ベース部材、１４ テーブル、１６、６４ 棒状部材、１８ 移動部材、２０ 印刷ヘッド、２２、６８−１、６８−２ 立設部材、２４ プロジェクタ、２６ カメラ、５０ 空間コード画像作成部、５２ 画像作成部、５４ 正規化部、５６ 変換部

Claims (7)

1. 印刷データに基づいて所定の印刷を行うフラットベッドタイプの印刷装置において、
   印刷面が平坦な略直方体形状の被印刷物が載置されるとともに、ＸＹＺ直交座標系のＹ軸方向およびＺ軸方向に移動自在に配設されたテーブルと、
   前記テーブルの上方側において、Ｘ軸方向に移動自在に配設された印刷ヘッドと、
   前記テーブルにグレイコードパターンを投影する投影手段と、
   前記投影手段により前記テーブルに投影されたグレイコードパターンを撮影する撮影手段と、
   Ｚ軸方向における所定の位置に位置する前記テーブルに前記被印刷物を載置していない状態で、前記投影手段からグレイコードパターンを投影して、前記撮影手段により該グレイコードパターンを撮影した後に、撮影した画像を用いて第１の空間コード画像を作成する第１の作成手段と、
   前記被印刷物の印刷面が前記所定の位置に位置するようにして前記テーブルに前記被印刷物を載置した状態で、前記投影手段からグレイコードパターンを投影して、前記撮影手段により該グレイコードパターンを撮影した後に、撮影した画像を用いて第２の空間コード画像を作成する第２の作成手段と、
   前記第１の空間コード画像と前記第２の空間コード画像との差分をとり、前記被印刷物の前記印刷面の画像を作成する画像作成手段と、
   前記被印刷物の前記印刷面の画像において、前記印刷面の輪郭に四辺形を当てはめ、前記印刷面の姿勢を計算し、前記印刷面の姿勢を所定の姿勢にする正規化を行う正規化手段と、
   正規化された前記印刷面において編集された印刷データを、正規化前の前記印刷面に印刷可能なように変換する変換手段と
   を有することを特徴とする印刷装置。
2. 印刷データに基づいて所定の印刷を行うフラットベッドタイプの印刷装置において、
   印刷面が平坦な略直方体形状の被印刷物が載置されるとともに、ＸＹＺ直交座標系のＺ軸方向に移動自在に配設されたテーブルと、
   前記テーブルの上方側において、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動自在に配設された印刷ヘッドと、
   前記テーブルにグレイコードパターンを投影する投影手段と、
   前記投影手段により前記テーブルに投影されたグレイコードパターンを撮影する撮影手段と、
   Ｚ軸方向における所定の位置に位置する前記テーブルに前記被印刷物を載置していない状態で、前記投影手段からグレイコードパターンを投影して、前記撮影手段により該グレイコードパターンを撮影した後に、撮影した画像を用いて第１の空間コード画像を作成する第１の作成手段と、
   前記被印刷物の印刷面が前記所定の位置に位置するようにして前記テーブルに前記被印刷物を載置した状態で、前記投影手段からグレイコードパターンを投影して、前記撮影手段により該グレイコードパターンを撮影した後に、撮影した画像を用いて第２の空間コード画像を作成する第２の作成手段と、
   前記第１の空間コード画像と前記第２の空間コード画像との差分をとり、前記被印刷物の前記印刷面の画像を作成する画像作成手段と、
   前記被印刷物の前記印刷面の画像において、前記印刷面の輪郭に四辺形を当てはめ、前記印刷面の姿勢を計算し、前記印刷面の姿勢を所定の姿勢にする正規化を行う正規化手段と、
   正規化された前記印刷面において編集された印刷データを、正規化前の前記印刷面に印刷可能なように変換する変換手段と
   を有することを特徴とする印刷装置。
3. 請求項１または２のいずれか１項に記載の印刷装置において、
   前記投影手段は、８ビットのグレイコードパターンを投影する
   ことを特徴とする印刷装置。
4. 請求項１、２または３のいずれか１項に記載の印刷装置において、
   前記印刷ヘッドは、インクジェット方式によりインクを吐出するインクヘッドである
   ことを特徴とする印刷装置。
5. 印刷面が平坦な略直方体形状の被印刷物が載置されるとともに、ＸＹＺ直交座標系のＹ軸方向およびＺ軸方向に移動自在に配設されたテーブルと、
   前記テーブルの上方側において、Ｘ軸方向に移動自在に配設された印刷ヘッドと、
   前記テーブルにグレイコードパターンを投影する投影手段と、
   前記投影手段により前記テーブルに投影されたグレイコードパターンを撮影する撮影手段と
   を有し、印刷データに基づいて所定の印刷を行うフラットベッドタイプの印刷装置における印刷方法であって、
   Ｚ軸方向における所定の位置に位置する前記テーブルに前記被印刷物を載置していない状態で、前記投影手段からグレイコードパターンを投影して、前記撮影手段により該グレイコードパターンを撮影した後に、撮影した画像を用いて第１の空間コード画像を作成する第１の工程と、
   前記被印刷物の印刷面が前記所定の位置に位置するようにして前記テーブルに前記被印刷物を載置した状態で、前記投影手段からグレイコードパターンを投影して、前記撮影手段により該グレイコードパターンを撮影した後に、撮影した画像を用いて第２の空間コード画像を作成する第２の工程と、
   前記第１の空間コード画像と前記第２の空間コード画像との差分をとり、前記被印刷物の前記印刷面の画像を作成する第３の工程と、
   前記被印刷物の前記印刷面の画像において、前記印刷面の輪郭に四辺形を当てはめ、前記印刷面の姿勢を計算し、前記印刷面の姿勢を所定の姿勢にする正規化を行う第４の工程と、
   正規化された前記印刷面において編集された印刷データを、正規化前の前記印刷面に印刷可能なように変換する第５の工程と
   を前記印刷装置が実行する
   ことを特徴とする印刷方法。
6. 印刷面が平坦な略直方体形状の被印刷物が載置されるとともに、ＸＹＺ直交座標系のＺ軸方向に移動自在に配設されたテーブルと、
   前記テーブルの上方側において、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動自在に配設された印刷ヘッドと、
   前記テーブルにグレイコードパターンを投影する投影手段と、
   前記投影手段により前記テーブルに投影されたグレイコードパターンを撮影する撮影手段と
   を有し、印刷データに基づいて所定の印刷を行うフラットベッドタイプの印刷装置における印刷方法であって、
   Ｚ軸方向における所定の位置に位置する前記テーブルに前記被印刷物を載置していない状態で、前記投影手段からグレイコードパターンを投影して、前記撮影手段により該グレイコードパターンを撮影した後に、撮影した画像を用いて第１の空間コード画像を作成する第１の工程と、
   前記被印刷物の印刷面が前記所定の位置に位置するようにして前記テーブルに前記被印刷物を載置した状態で、前記投影手段からグレイコードパターンを投影して、前記撮影手段により該グレイコードパターンを撮影した後に、撮影した画像を用いて第２の空間コード画像を作成する第２の工程と、
   前記第１の空間コード画像と前記第２の空間コード画像との差分をとり、前記被印刷物の前記印刷面の画像を作成する第３の工程と、
   前記被印刷物の前記印刷面の画像において、前記印刷面の輪郭に四辺形を当てはめ、前記印刷面の姿勢を計算し、前記印刷面の姿勢を所定の姿勢にする正規化を行う第４の工程と、
   正規化された前記印刷面において編集された印刷データを、正規化前の前記印刷面に印刷可能なように変換する第５の工程と
   を前記印刷装置が実行する
   ことを特徴とする印刷方法。
7. 請求項５または６のいずれか１項に記載の印刷方法において、
   前記投影手段は、８ビットのグレイコードパターンを投影する
   ことを特徴とする印刷方法。