JP2021079384A - 三次元プリント方法 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｘ−Ｙテーブルに取り付けたノズルヘッドを備えたインクジェットプリンタによって三次元形状の物体にプリントしたい画像が未塗装領域を生じることなく連続的に三次元ボディにプリントすることが可能な三次元プリント方法を提供する。【解決手段】既に被塗装物Ｍにプリントされたプリント済み画像Ｉに連続するようにしてプリントすべき描画対象画像Ａとの連結部分となるプリント済み画像Ｉの端縁部が含まれるようにカメラ４によってプリント面を所定の範囲を複数の細分割画像として撮影し、撮影された細分割画像に基づいて平面ではないプリント面を平面に投影した合成プリント面Ｃを作成し、合成プリント面Ｃに描画対象画像Ａを重ね合わせて描画対象編集画像Ｂを作成し、描画対象編集画像Ｂに基づいてプリント済み画像Ｉに連続するように隣接してプリントを行う。【選択図】図４

Description

本発明は、三次元プリント方法に関し、さらに詳しくは、インクジェットプリンタによって三次元形状の物体の表面に複数の画像を隣接してプリントする場合に、隣接する画像同士の端縁を連続してプリントすることが可能な三次元プリント方法に関する。

自動車の車体などに塗装を行う場合に、インクジェット方式を利用した描画方法が提案されている（特許文献１）。しかしながら、Ｘ軸移動機構とＹ軸移動機構で構成されるＸ−Ｙテーブルに支持されて被塗装面上をＸＹ方向に移動するインクジェットノズルによって自動車の車体や航空機等の三次元形状の物体の表面に複数の画像を隣接してプリントする方法はこれまで提供されておらず、そのような場合には人手により直接絵を描くか、あるいは印刷済みのフィルムを貼り合わせて施工することが行われていた。

特開平９−１５６０８８号公報

すなわち、Ｘ−Ｙテーブルに搭載されたインクジェットノズルによって三次元形状の物体の表面に複数の画像を隣接してプリントする場合、例えば、図７（ａ）に示すように、球状物の表面（球面）にインクジェットノズルによって二次元の四角形をプリントするような場合にはノズルヘッド１００に搭載された各インクジェットノズルから噴射されるインクはノズルヘッド１００に対して垂直方向に吐出されるので被塗装物１０１の表面には、図７（ｂ）に示すような周辺が歪んだ形状の四角形がプリントされることになる。そして、このプリント済みのプリント画像１０２ａにさらに別の四角形の画像をＸ方向に隣接してプリントした場合には、図７（ｃ）に示すように、プリント画像１０２ａとプリント画像１０２ｂとの間にはプリントされない塗り残し部分である非プリント領域１０３が生じることとなる。即ち、プリント画像１０２ａとプリント画像１０２ｂとの隣接する端縁部を連続してプリントすることができないという問題がある。また、三次元形状の物体の表面の形状によっては２つのプリント画像の境界部分が重複してしまう場合もある。そのため、従来、インクジェット方式で三次元の被塗装物に複数の画像を隣接して連続的にプリントする方法は存在せず、三次元ボディに画像をプリントしたい場合には人手により直接絵を描くか、印刷済みのフィルムを人手で貼り合わせて施工するなどしか方法がなかった。

そこで、本発明は、かかる問題点に鑑みなされたもので、Ｘ−Ｙテーブルに搭載されたインクジェットノズルによって三次元形状の物体の表面に複数の画像を隣接してプリントした場合でもプリントされた各画像の隣接する側面部分に塗り残しや重複部分などを生じることなく連続的にプリントすることができる三次元プリント方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために請求項１に記載の発明は、平面ではない部分を含む被プリント面にＸＹテーブルに取り付けたインクジェットノズルによって複数の画像を隣接してプリントすることにより全体として連続性のある画像をプリントする三次元プリント方法において、前記ＸＹテーブルに取り付けられた撮影手段を前記被プリント面と対向するように位置させた状態でＸＹ方向に走査させながら既に前記被プリント面にプリントされているプリント済み画像に連続するようにプリントされるべき画像との連結部分となる当該プリント済み画像の端縁部が含まれるように前記被プリント面の所定の範囲を一定の微小な間隔で撮影することにより複数の細分割画像を撮影するステップと、前記撮影手段によって撮影された複数の前記細分割画像を合成することにより、平面ではない前記プリント面を平面に投影した合成プリント面を作成するステップと、前記プリント済み画像に連続するようにプリントされるべき画像（以下、「描画対象画像」という。）を前記合成プリント面に重ねると共に、前記プリント済み画像の縁端部と連続するように前記描画対象画像を編集するステップと、前記描画対象画像を画像編集した描画対象編集画像に基づいて、前記ＸＹテーブルに取り付けられたプリントヘッドによって、前記プリント面にインクを吐出してプリントを行うステップと、を含み構成されたことを特徴とする。

本発明に係る三次元プリント方法によれば、ＸＹテーブルに取り付けた撮影手段によって撮影された三次元形状のプリント面の細分割画像を平面に投影した合成プリント面を作成し、この合成プリント面に描画対象画像を重ねるように編集した描画対象編集画像に基づいてインクジェットプリンタでプリントすることとしたので、三次元形状の物体の表面に複数の画像を隙間や重複を生じることなく連続してプリントすることができるという効果がある。

本発明に係る三次元プリント方法を実施するインクジェットプリンタの一実施形態を示す構成図である。 プリント対象である自動車Ｍに対する図１に示すインクジェットプリンタの配置例を示す説明図である。 プリント対象の自動車Ｍに対する図１に示すインクジェットプリンタの他の配置例を示す説明図である。 （ａ）はカメラによる細分割画像の撮影を示す説明図、（ｂ）は合成プリント面を示す図である。 （ａ）は描画対象画像を示す図、（ｂ）は描画対象編集画像を示す図である。 （ａ）は最初のプリントが終了した領域を説明する図、（ｂ）は次にプリントする画像の説明図である。 （ａ）インクジェットプリンタで球面に画像をプリントした場合の説明図、（ｂ）は球面に四角形をプリントした場合の結果を示す説明図、（ｃ）は球面にインクジェットプリンタで四角形を連続してプリントした場合の説明図である。

［インクジェットプリンタの全体構成］
本発明に係る三次元プリント方法について、好ましい一実施形態に基づいて以下詳細に説明する。初めに、本発明に係る三次元プリント方法を実施するインクジェットプリンタの構成について説明する。図１は本発明に係る三次元プリント方法が適用されるインクジェットプリンタの構成を示す構成図である。図示されたインクジェットプリンタ１は、概略として、インクジェット方式によるプリントヘッド２と、プリントヘッド２の近傍に配設された撮影手段としてのカメラ４と、プリントヘッド２及びカメラ４をＸ方向及びＹ方向へ移動させるＸ−Ｙテーブル３と、カメラ４で撮影した画像を編集する画像編集ソフトウエアＳ及び予め設定した制御プログラムに基づいてＸ−Ｙテーブル３を動作させてプリントヘッド２からインクを吐出して被プリント面に対するプリントを制御する制御部９と、制御部９からの制御に基づいてカメラ４及びプリントヘッド２を所定の位置に位置させて撮影やプリントの動作を行う駆動部１１を備えて構成されている。

［各部の構成］
プリントヘッド２は、被塗装物Ｍの被塗装面に向けてインクを吐出する複数のノズル（図示せず）を備えて構成されている。尚、ここでいう「インク」には「塗料」も含まれるものとする。インクは各ノズルからプリントヘッド２に対して垂直に吐出される。即ち、プリントヘッド２のインクの吐出面は、Ｘ−Ｙテーブル３の移動によって形成されるＸ−Ｙ平面と平行であり、各ノズルから吐出されるインクドットはＸ−Ｙ平面に対して垂直な方向に吐出される。また、各ノズルから吐出されるインクの吐出方向はそれぞれ平行に吐出される。各ノズルは、それぞれ所定の色のインクタンクと連結され、インクタンクは図示しない加圧装置によって加圧されており、各ノズルと被塗装物Ｍのプリント面との距離は２０ｃｍ程度であれば問題なくインクドットをプリント面に吐出することができるようになっている。

Ｘ−Ｙテーブル３は、概略として、直線移動機構を備えて形成されたＸ軸５と、Ｘ軸５を２つのアームで保持しつつＸ軸をＹ方向へ移動するＹ軸６を備えて構成されており、Ｘ軸の図示しないスライダにプリントヘッド２及び後述するカメラ４が取り付けられている。また、Ｙ軸６にはシャフト７が設けられており、このシャフト７をロボットアーム８で保持することで、プリントヘッド２を被塗装物Ｍに対してプリントを行うべき所定位置に自由に配置できるようになっている。例えば、被塗装物Ｍが自動車である場合に、図２に示すような横位置に配置したり、図３に示すような上部に配置したりすることができる。尚、ロボットアーム８は、予め制御部９に格納されたプログラムに基づいてその動作が制御される。

カメラ４は、プリントヘッド２の近傍であるＸ軸６の図示しないスライダに配設されてＸ−Ｙ方向に移動しながら被塗装物Ｍの被プリント面の所定の範囲を一定の微小な間隔で撮影を行う。カメラ４はいわゆるデジタルカメラであり、上述のように、被プリント面の所定の範囲について複数の細分割画像の撮影が可能なレンズの仕様や解像度等の仕様が適宜に選択される。カメラ４による被プリント面の複数の細分割画像の撮影については、制御部９に予め設けられたプログラムに従って連続的、且つ、自動的に行われる。

制御部９は、各種のプログラム及び撮影済みの画像のデータやプリントすべき画像のデータ等を記録保存する記憶装置、プログラムに従って各種の処理を実行する中央処理装置、キーボードやマウス等の入力装置、必要に応じてＤＶＤプレイヤー等を備えたいわゆるマイクロコンピュータによって構成され、さらにモニタ１０を備えており、制御部９への入力情報や制御部９による処理結果等を表示する。制御部９は、後述するように、カメラ４で撮影された複数の細分割画像データを画像処理ソフトを用いて画像処理を行い、平面ではない被塗装物Ｍの被プリント面を平面に投影した合成プリント面の生成を行うと共に、既に被プリント面にプリント済み画像に連続するようにプリントされるべき画像である描画対象画像Ａを合成プリント面に重ね、プリント済み画像の縁端部と連続するように描画対象画像Ａの編集を行うことにより描画対象編集画像Ｂの生成を行う。例えば、図７（ｃ）に示したプリント画像１０２ｂ（描画対象画像Ａに相当）について、隣接するプリント画像１０２ａとの間に非プリント領域１０３が形成されないようにプリント画像１０２ｂを合成プリント面に整合するように編集（変形）することにより描画対象編集画像Ｂを生成する。そして、この描画対象編集画像Ｂに基づいて実際にプリントヘッド２によってプリントすることでプリント済みのプリント画像１０２ａとの間に隙間なくプリント画像１０２ｂをプリントすることが可能となる。尚、カメラ４による複数の細分割画像の撮影やプリントヘッド２の各ノズルからのインクの吐出によるプリントの実施は制御部９によって動作制御された駆動部１１によって行われる。

［インクジェットプリンタの動作及びその塗装方法］
次に、本発明に係る三次元プリント方法について上述のように構成されたインクジェットプリンタ１の動作と共に説明する。ここでは、被塗装物Ｍが自動車の車体であり、ある画像が被塗装物Ｍである自動車の側面にプリントされており、既にプリントされたプリント済み画像Iと連続するように次の画像をプリントすることを想定する。

［ステップ１］
最初にプリントする画像については特にプリント位置に関する制約はなく、ある程度決まった位置に適宜にプリントすればよい。具体的には、制御部９を介してプリント開始を指示すると駆動部１１はロボットアーム８を動作させてＸ−Ｙテーブル３を被塗装物Ｍの側面にプリントヘッド２を位置させて最初のプリントを実施する。例えば、図６（ａ）に示すプリント画像Ｉをプリントする。このプリント済み画像Ｉが次のプリント画像、即ち、描画対象編集画像Ｂ（図６（ｂ）参照）をプリントする際の基準画像となる。

［ステップ２］
上述した最初のプリントが終了したら、プリント済み画像Ｉに隣接、且つ、連続するように次の画像をプリントする。具体的には、制御部９を介してロボットアーム８を動作させ、Ｘ−Ｙテーブル３をプリント済み画像Ｉに隣接する位置、すなわち、次にプリントしたい領域が含まれるようにしてＸ−Ｙテーブル３を被プリント面と対向するように位置させる。このとき、カメラ４がプリント済み画像Ｉと連続させる側、本実施形態ではプリント済み画像Ｉの右側端部１３が含まれ、且つ、次の画像である描画対象画像Ａ（図５（ａ）参照）がプリントされるべき範囲よりもやや広い領域が含まれるように位置させる。そして、この領域をカメラ４で、小さな範囲、例えば１つの分割領域ｄのサイズとして例えば２０ｍｍ×２０ｍｍに分割した細分割画像として撮影する（図４（ａ）参照）。プリントすべき範囲をｍ×ｎとした場合、約２，０００〜３，０００枚に分割した細分割画像が撮影される。そして、細分割画像の画像データＤを取得する。尚、撮影された細分割画像は制御部９によってモニタ１０に表示することができる。

［ステップ３］
次に、制御部９は、カメラ４によって撮影されたｍ×ｎの細分割画像を合成して１枚の画像を合成する。すなわち、細分割画像は平面ではない被塗装物Ｍの被プリント面を撮影したものであり、これらの細分割画像を平面に投影した合成プリント面Ｃを作成する。尚、細分割画像の大きさは２０ｍｍ×２０ｍｍに限定されるものではなく、これよりもさらに小さくすれば精度のよい合成プリント面Ｃを作成することができる。また、被塗装物Ｍの被プリント面の凹凸があまりないような場合にはこれよりも大きなサイズの細分割画像としてもよい。

［ステップ４］
次に、プリント済み画像Ｉに連続するようにして次にプリントされるべき画像である描画対象画像Ａを合成プリント面Ｃに重ね、プリント済み画像Ｉの縁端部と連続するように描画対象画像Ａの編集を行う。例えば、図７（ｃ）に示すプリント画像１０２ｂが描画対象画像Ａであるとした場合、非プリント領域１０３に相当する部分がカバーされるようにプリント画像１０２ｂの左側端縁部を伸長するように画像編集を行い、描画対象編集画像Ｂを生成する。つまり、プリント画像１０２ｂをプリント済み画像１０２ａと連続するような画像に編集した画像が描画対象編集画像Ｂである。描画対象編集画像Ｂの生成（編集）はモニタ１０を見ながら画像編集ソフトウエアＳによって制御部９が実行する。

さらに説明すると、制御部９は、カメラ４によって撮影した「ｍ×ｎ枚」の複数の細分割画像を合成して平面に投影した１枚の合成プリント面Ｃ（図５（ｂ）参照）を生成する。次に、制御部９はプリント済み画像Ｉに連続してプリントしたい画像である描画対象画像Ａ（図５（ａ）参照）を図５（ｂ）に示すように合成プリント面Ｃに重ね合わせ、さらにプリント済み画像Ｉの右端部１３の境界に描画対象画像Ａの左端部分が接するように伸張した補正部１２が形成されるように画像編集して描画対象編集画像Ｂを生成する。尚、描画対象画像Ａから描画対象編集画像Ｂを生成する画像処理ソフトウエアＳとして、例えば、アドビシステムズ株式会社の「Adobe Photoshop」（登録商標）を用いることができる。

［ステップ５］
次に、作成された描画対象編集画像Ｂに基づいて被塗装物Ｍの被プリント面にインクジェットプリンタの各ノズルからインクを吐出してプリントを行う。尚、カメラ４による細分割画像の撮影開始から描画対象編集画像Ｂのプリントが終了するまではＸ−Ｙテーブル３は同じ位置に保持されている。

［ステップ６］
描画対象編集画像Ｂのプリントが終わったら、プリント済み画像Ｗ（図６（ｂ）参照）を基準としてさらに上記ステップ１〜ステップ５の処理を繰り返すことで被塗装物Ｍに連続して複数の画像をプリントすることができる。また、最初のプリント済み画像Ｉの上方、下方、あるいは右側に連続して画像をプリントしたい場合にも同様にして上記ステップ１〜ステップ５の処理を繰り返すことで被塗装物Ｍに連続して複数の画像をプリントすることができる。

［実施形態の効果］
以上のように、本発明に係る三次元プリント方法によれば、複数の画像を三次元の被塗装物Ｍの表面に連続してプリントする場合であっても隙間や重複のない連続性のある画像をプリントすることができる。その結果、三次元の表面形状を有する自動車の車体や航空機のボディに対してインクジェットプリンタによるプリントを行うことが可能になる。

［他の実施の形態］
尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱あるいは変更しない範囲内で種々な変形が可能である。例えば、上記実施の形態においてはプリント対象の被塗装物は自動車の車体であるとしたが、三次元のプリント面を有する航空機、船舶、鉄道車両、産業機器等にも適用できることはいうまでもない。

また、本発明に係る三次元プリント方法は、三次元の表面形状を有する被塗装物の表面を複数の領域に分割してプリントした場合でも塗り残しや重複を生じることがないので均一な塗装が可能となる。従って、デザイン画等のようなプリントに限らず、単色で塗装するような場合にも広く採用可能である。また、プリントヘッド２から吐出されるインクの種類は、被塗装物を組成する材料等に応じて水性、油性を適宜選択することができる。

１ インクジェットプリンタ
２ プリントヘッド
３ Ｘ−Ｙテーブル
４ カメラ
５ Ｘ軸
６ Ｙ軸
７ シャフト
８ ロボットアーム
９ 制御部
１０ モニタ
１１ 駆動部
１２ 補正部
１３ 右端部
Ａ 描画対象画像
Ｂ 描画対象編集画像
Ｃ 合成プリント面
Ｄ 細分割画像の画像データ
ｄ １つの分割領域
Ｉ，Ｗ プリント済み画像
Ｍ 被塗装物
Ｓ 画像編集ソフトウエア

Claims (1)

1. 平面ではない部分を含む被プリント面にＸＹテーブルに取り付けたインクジェットノズルによって複数の画像を隣接してプリントすることにより全体として連続性のある画像をプリントする三次元プリント方法において、
   前記ＸＹテーブルに取り付けられた撮影手段を前記被プリント面と対向するように位置させた状態でＸＹ方向に走査させながら既に前記被プリント面にプリントされているプリント済み画像に連続するようにプリントされるべき画像との連結部分となる当該プリント済み画像の端縁部が含まれるように前記被プリント面の所定の範囲を一定の微小な間隔で撮影することにより複数の細分割画像を撮影するステップと、
   前記撮影手段によって撮影された複数の前記細分割画像を合成することにより、平面ではない前記プリント面を平面に投影した合成プリント面を作成するステップと、
   前記プリント済み画像に連続するようにプリントされるべき画像（以下、「描画対象画像」という。）を前記合成プリント面に重ねると共に、前記プリント済み画像の縁端部と連続するように前記描画対象画像を編集するステップと、
   前記描画対象画像を画像編集した描画対象編集画像に基づいて、前記ＸＹテーブルに取り付けられたプリントヘッドによって、前記プリント面にインクを吐出してプリントを行うステップと、
   を含み構成されたことを特徴とする三次元プリント方法。

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