JP2022127795A - 立体物印刷装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】様々の形状の立体的なワークに対して広範囲に印刷する。【解決手段】基台に固定され、撮像範囲の内側に位置する物体を撮像する撮像装置と、液体を吐出するノズルを有するヘッドを支持し、ヘッドの位置および姿勢を変化させる第1ロボットと、立体的なワークを支持し、ワークの位置および姿勢を変化させる第2ロボットと、を有し、第2ロボットがワークを撮像範囲の外側から内側に移動させる給材ステップと、第1ロボットおよび第2ロボットのうちの少なくとも一方がヘッドおよびワークを撮像範囲の内側で相対的に移動させつつ、ヘッドがワークに対して液体を吐出する印刷ステップと、を実行する、立体物印刷装置。【選択図】図1
Description
本発明は、立体物印刷装置に関する。
立体的なワークの表面にインクジェット方式により印刷を行う立体物印刷装置が知られている。例えば、特許文献1には、多関節ロボットを用いて被印刷体とプリントヘッドとの相対位置を変化させながら印刷を行う印刷装置が記載される。
特許文献1に記載の印刷装置では、被印刷体の位置および姿勢が固定された状態であるため、被印刷体の形状等によっては、多関節ロボットの動作のみではプリントヘッドを被印刷体に接近させることができない領域が存在しやすい。このため、特許文献1に記載の印刷装置では、様々の形状の立体的な被印刷体に対して好適に印刷することができないという課題がある。
以上の課題を解決するために、本発明に係る立体物印刷装置の一態様は、立体的なワークに対して印刷を行う立体物印刷装置であって、基台に固定され、撮像範囲の内側に位置する物体を撮像するビジョンセンサーと、液体を吐出するノズルを有するヘッドを支持し、前記ヘッドの位置および姿勢を変化させる第1ロボットと、前記ワークを支持し、前記ワークの位置および姿勢を変化させる第2ロボットと、を有し、前記第2ロボットが前記ワークを前記撮像範囲の外側から内側に移動させる給材ステップと、前記第1ロボットおよび前記第2ロボットのうちの少なくとも一方が前記ヘッドおよび前記ワークを前記撮像範囲の内側で相対的に移動させつつ、前記ヘッドが前記ワークに対して液体を吐出する印刷ステップと、を実行する。
以下、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態を説明する。なお、図面において各部の寸法または縮尺は実際と適宜に異なり、理解を容易にするために模式的に示している部分もある。また、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られない。
以下の説明は、互いに交差するX軸、Y軸およびZ軸を適宜に用いて行う。また、X軸に沿う一方向をX1方向といい、X1方向と反対の方向をX2方向という。同様に、Y軸に沿って互いに反対の方向をY1方向およびY2方向という。また、Z軸に沿って互いに反対の方向をZ1方向およびZ2方向という。
ここで、X軸、Y軸およびZ軸は、後述の第1ロボット3および第2ロボット4が設置される空間に設定されるワールド座標系の座標軸である。典型的には、Z軸が鉛直な軸であり、Z2方向が鉛直方向での下方向に相当する。第1ロボット3および第2ロボット4のそれぞれの基部を基準とするベース座標系は、キャリブレーションにより当該ワールド座標系に対応付けられる。以下では、便宜上、ワールド座標系をロボット座標系として用いて第1ロボット3および第2ロボット4のそれぞれの動作を制御する場合が例示される。
なお、Z軸は、鉛直な軸でなくともよい。また、X軸、Y軸およびZ軸は、典型的には互いに直交するが、これに限定されず、直交しない場合もある。例えば、X軸、Y軸およびZ軸が80°以上100°以下の範囲内の角度で互いに交差すればよい。
1.第1実施形態
1-1.立体物印刷装置の概略
図1は、第1実施形態に係る立体物印刷装置1の概略を示す斜視図である。立体物印刷装置1は、第1ロボット3および第2ロボット4を用いて立体的なワークWの表面にインクジェット方式により印刷を行う装置である。
1-1.立体物印刷装置の概略
図1は、第1実施形態に係る立体物印刷装置1の概略を示す斜視図である。立体物印刷装置1は、第1ロボット3および第2ロボット4を用いて立体的なワークWの表面にインクジェット方式により印刷を行う装置である。
図1に示す例では、ワークWは、長球状をなすラグビーボールである。なお、ワークWの形状または大きさ等の態様は、図1に示す例に限定されず、任意である。
図1に示すように、立体物印刷装置1は、基台2と、第1ロボット3と、第2ロボット4と、液体吐出ユニット5と、インク供給ユニット6と、撮像ユニット7と、メンテナンスユニット8と、載置部9と、硬化ユニット10と、コントローラー11と、制御モジュール12と、コンピューター13と、を有する。以下、まず、図1に示す立体物印刷装置1の各部を順次簡単に説明する。
基台2は、第1ロボット3および第2ロボット4を支持する面2aを有する台である。面2aは、Z1方向を向く面である。本実施形態では、面2aは、第1ロボット3および第2ロボット4のほか、インク供給ユニット6、撮像ユニット7、メンテナンスユニット8、載置部9および硬化ユニット10を支持する。ここで、第1ロボット3、第2ロボット4、インク供給ユニット6、撮像ユニット7、メンテナンスユニット8、載置部9および硬化ユニット10のそれぞれは、基台2に対して、ネジ止め等により直接的または他の部材を介して間接的に固定される。
図1に示す例では、基台2は、箱状をなしており、基台2の内部には、コントローラー11および制御モジュール12が収容される。また、基台2の面2aには、排気口2bが設けられる。排気口2bには、図示しない排気機構が接続される。当該排気機構は、排気口2bから面2a上の気体を吸引し、吸引した気体を浄化処理等の処理後に外部へ排出する。
基台2に対してZ1方向の位置には、詳細な図示を省略するが、図1中の二点鎖線で示すように、ケース20が配置される。ケース20は、基台2に支持される第1ロボット3および第2ロボット4等の構造物を収容する空間を面2aとの間に形成する構造体である。ケース20は、例えば、金属等で構成される複数の柱および複数の梁と、アクリル樹脂等の透明材料で構成される天板および壁板等の複数の板材と、を有する。また、ケース20には、載置部9へのワークWの供給および取り出しのための窓が設けられる。
なお、基台2の構成は、図1に示す例に限定されず、任意である。また、基台2は、必要に応じて設ければよく、省略されてもよい。この場合、立体物印刷装置1の各構成要素は、例えば、建物の床、壁または天井等に設置される。言い換えると、基台2は、立体物印刷装置1の構成要素でなくともよく、例えば、建物の床、壁または天井等でもよい。本実施形態では、立体物印刷装置1の基台2を除く各構成要素が同一平面である面2aに支持されるが、当該各構成要素が互いに異なる方向を向く面に支持されてもよい。例えば、床、壁および天井のうち、1つに、第1ロボット3が設置され、他の1つに、第2ロボット4が設置されてもよい。また、互いに異なる方向を向く複数の壁のうち、1つに、第1ロボット3が設置され、他の1つに、第2ロボット4が設置されてもよい。
第1ロボット3は、ワールド座標系での液体吐出ユニット5の位置および姿勢を変化させるロボットである。図1に示す例では、第1ロボット3は、いわゆる6軸の垂直多関節ロボットであり、第1ロボット3のアームの先端には、エンドエフェクターとして液体吐出ユニット5がネジ止め等により固定された状態で装着される。なお、第1ロボット3の構成については、図3に基づいて後述する。
液体吐出ユニット5は、「液体」の一例であるインクをワークWに向けて吐出するヘッド5aを有する機器である。本実施形態では、液体吐出ユニット5は、ヘッド5aのほか、圧力調整弁5bと仮硬化用光源5cとを有する。なお、液体吐出ユニット5の構成については、図4に基づいて後述する。
当該インクとしては、特に限定されず、例えば、水系溶媒に染料または顔料等の色材を溶解させた水系インク、紫外線硬化型等の硬化性樹脂を用いた硬化性インク、および、有機溶剤に染料または顔料等の色材を溶解させた溶剤系インク等が挙げられる。中でも、硬化性インクが好適に用いられる。硬化性インクは、特に限定されず、例えば、熱硬化型、光硬化型、放射線硬化型および電子線硬化型等のいずれでもよいが、紫外線硬化型等の光硬化型が好適である。なお、当該インクは、溶液に限定されず、分散媒に色材等を分散質として分散させたインクでもよい。また、当該インクは、色材を含むインクに限定されず、例えば、配線等を形成するための金属粒子等の導電性粒子を分散質として含むインクでもよいし、クリアインクでもよいし、ワークWの表面処理のための処理液でもよい。
一方、第2ロボット4は、ワールド座標系でのワークWの位置および姿勢を変化させるロボットである。図1に示す例では、第2ロボット4は、6軸の垂直多関節ロボットであり、第2ロボット4のアームの先端には、エンドエフェクターとしてハンド機構40がネジ止め等により固定された状態で装着される。
なお、第2ロボット4は、装着されるエンドエフェクターが異なる以外は、第1ロボット3と同様に構成される。ただし、第1ロボット3および第2ロボット4は、互いに異なる構成であってもよく、本実施形態では、アーム長または可搬重量等の構成が必要に応じて互いに異なる。また、第1ロボット3および第2ロボット4の関節数が互いに異なってもよい。
ハンド機構40は、ワークWを着脱可能に保持するロボットハンドである。ここで、「保持」とは、吸着および把持の双方を含む概念である。図1に示す例では、ハンド機構40は、ワークWを負圧により吸着する機構である。なお、ハンド機構40の構成は、ワークWの形状、大きさまたは材質等に応じて適宜に決められる。ハンド機構40は、負圧による吸着機構に限定されず、例えば、磁力による吸着機構であってもよいし、複数本の指または爪等を有する把持ハンド機構であってもよい。
インク供給ユニット6は、インクを液体吐出ユニット5に供給するための機構である。図1に示す例では、インク供給ユニット6は、インクタンク6aと供給管6bとサブタンク6cと供給管6dとを有する。インクタンク6aは、インクを貯留する容器であり、例えば、可撓性のフィルムで構成される。供給管6bは、インクタンク6aとサブタンク6cとを接続する管体であり、例えば、ゴム材料またはエラストマー材料で構成される。サブタンク6cは、インクタンク6aから供給管6bを介して供給されたインクを貯留する容器であり、例えば、樹脂材料または金属材料等で構成される。例えば、供給管6bの途中に設けられた図示しないポンプ等によって、インクタンク6aからサブタンク6cへとインクを供給することができる。供給管6dは、サブタンク6cと液体吐出ユニット5とを接続する管体であり、例えば、ゴム材料またはエラストマー材料で構成される。供給管6dが可撓性を有することにより、液体吐出ユニット5の位置および姿勢の変化が許容される。
ここで、サブタンク6cは、液体吐出ユニット5の移動領域よりも鉛直方向での上方に位置するように、ケース20に固定される。このため、サブタンク6cが常に液体吐出ユニット5もZ1方向に位置するので、ポンプ等の機構を用いなくても、サブタンク6cから液体吐出ユニット5に所定の加圧力でインクを供給することができる。なお、サブタンク6cを省略してもよい。この場合、例えば、ポンプを用いて、インクタンク6aからのインクを液体吐出ユニット5に所定の圧力で供給すればよい。
撮像ユニット7は、ワークWの位置および姿勢を検出するための装置である。撮像ユニット7は、撮像装置7aと照明部7bとを有する。撮像装置7aは、一般にビジョンセンサーとも呼ばれ、撮像光学系および撮像素子を含むカメラであり、撮像範囲の内側に位置する物体を撮像する。撮像光学系は、少なくとも1つの撮像レンズを含む光学系であり、プリズム等の各種の光学素子を含んでもよいし、ズームレンズまたはフォーカスレンズ等を含んでもよい。撮像素子は、例えば、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサーまたはCMOS(Complementary MOS)イメージセンサー等である。撮像装置7aには、撮像画像の任意の点を基準とする2軸または3軸の撮像座標系が設定される。この撮像座標系は、前述のベース座標系またはワールド座標系とキャリブレーションにより対応付けされる。照明部7bは、LED(light emitting diode)等の発光素子を含む光源であり、撮像装置7aの撮像範囲に向けて光を出射する。このような照明部7bの照明により、当該物体としてワークWを撮像した場合、撮像装置7aの撮像画像のコントラストを高めることができる。この結果、撮像装置7aの撮像結果に基づくワークWの位置および姿勢の検出精度を向上させることができる。なお、照明部7bには、光の出射方向または出射範囲等を調整するためのレンズまたは反射板等の光学部品が適宜に設けられる。なお、照明部7bの光の出射方向はY1方向であり、照明部7bから出射した光は照明部7bからY1方向に向かうにつれてX方向、Z方向に拡散する。
メンテナンスユニット8は、液体吐出ユニット5のヘッド5aのメンテナンスを行うための機構である。図1に示す例では、メンテナンスユニット8は、ユニット8aとユニット8bとに区分される。ユニット8aは、図示しないが、キャップとワイパーと吸引機構とを有する。当該キャップはゴムなどの弾性部材によって形成され、後述するヘッド5aのノズルおよびノズル面を覆うことにより、ヘッド5aのノズル付近のインクの乾燥を防止する。また、当該キャップはインクが光硬化型である場合に、ヘッド5aのノズル面を覆い外光を遮断することにより、ヘッド5aのノズル付近のインクの増粘や固化を防止する。当該ワイパーは、ヘッド5aのノズル面をワイピングすることにより、当該ノズル面を清掃する。当該吸引機構は、当該キャップにノズル面が覆われた状態のヘッド5aのノズルからインクを吸引することにより、当該ノズル内のインクをリフレッシュする。ユニット8bは、ヘッド5aのインク吐出機能を検査するための機構である。例えば、ユニット8bは、検査用のパターンを印刷するための紙またはフィルム等の媒体を支持する。なお、メンテナンスユニット8の構成は、前述の構成に限定されず、例えば、ユニット8bを省略してもよい。
載置部9は、給材および除材のため、ワークWが載置される面9aを有する台である。載置部9は、ケース20の外部からワークWの供給および取り出しが可能な位置に配置される。図1に示す例では、面9aは、2つのワークWを載置可能である。このように面9aが複数のワークWを載置可能であることにより、面9aに、印刷中のワークWを取り出すための領域を空けた状態で、次の印刷のためのワークWを載置しておくことができる。面9aには、図示しないが、載置されるワークWの位置および姿勢を安定させるための凹部または凸部等の形状が適宜に形成される。なお、載置部9の構成は、図1に示す例に限定されず、任意である。
硬化ユニット10は、ワークW上のインクを硬化または固化させるための機構である。図1に示す例では、硬化ユニット10は、遮光部材10aと光源10bとを有する。遮光部材10aは、ワークWが進入し得るようZ1方向に開口する箱状をなす遮光性の部材であり、例えば、樹脂材料または金属材料で構成される。遮光部材10aの内側には、光源10bが配置される。光源10bは、インクを硬化または固化させるための光、熱、電子線または放射線等のエネルギーを出射する。例えば、インクが紫外線硬化型である場合、当該エネルギーは、紫外線であり、紫外線を出射するLED(light emitting diode)等の発光素子等で構成される。なお、光源10bは、エネルギーの出射方向または出射範囲等を調整するためのレンズ等の光学部品等を有してもよい。また、遮光部材10aの内側には、光源10bのほか、光源10bからの光を反射するためのミラー等が設けられてもよい。
コントローラー11は、第1ロボット3および第2ロボット4の駆動を制御するロボットコントローラーである。制御モジュール12は、コントローラー11に通信可能に接続され、液体吐出ユニット5を制御する回路モジュールである。コントローラー11および制御モジュール12には、コンピューター13が通信可能に接続される。図1に示す例では、コンピューター13がノート型であるが、これに限定されず、例えば、コンピューター13がデスクトップ型等であってもよい。以下、図2に基づいて、立体物印刷装置1の電気的な構成について説明する。
1-2.立体物印刷装置の電気的な構成
図2は、第1実施形態に係る立体物印刷装置1の電気的な構成を示すブロック図である。図2では、立体物印刷装置1の構成要素のうち、電気的な構成要素が示される。なお、図1に示す電気的な各構成要素は、適宜に分割されてもよいし、一部が他の構成要素に含まれてもよいし、他の構成要素と一体で構成されてもよい。例えば、コントローラー11または制御モジュール12の機能の一部または全部は、コンピューター13により実現されてもよいし、LAN(Local Area Network)またはインターネット等のネットワークを介してコントローラー11に接続されるPC(personal computer)等の他の外部装置により実現されてもよい。
図2は、第1実施形態に係る立体物印刷装置1の電気的な構成を示すブロック図である。図2では、立体物印刷装置1の構成要素のうち、電気的な構成要素が示される。なお、図1に示す電気的な各構成要素は、適宜に分割されてもよいし、一部が他の構成要素に含まれてもよいし、他の構成要素と一体で構成されてもよい。例えば、コントローラー11または制御モジュール12の機能の一部または全部は、コンピューター13により実現されてもよいし、LAN(Local Area Network)またはインターネット等のネットワークを介してコントローラー11に接続されるPC(personal computer)等の他の外部装置により実現されてもよい。
コントローラー11は、第1ロボット3および第2ロボット4の駆動を制御する機能と、液体吐出ユニット5でのインクの吐出動作を第1ロボット3の動作に同期させるための信号D3を生成する機能と、を有する。コントローラー11は、記憶回路11aと処理回路11bとを有する。
記憶回路11aは、処理回路11bが実行する各種プログラムと、処理回路11bが処理する各種データと、を記憶する。記憶回路11aは、例えば、RAM(Random Access Memory)等の揮発性のメモリーとROM(Read Only Memory)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)またはPROM(Programmable ROM)等の不揮発性メモリーとの一方または両方の半導体メモリーを含む。なお、記憶回路11aの一部または全部は、処理回路11bに含まれてもよい。
記憶回路11aには、経路情報Daと経路情報Dbとが記憶される。経路情報Daは、液体吐出ユニット5の移動すべき経路と当該経路における液体吐出ユニット5の姿勢とを示す情報である。経路情報Dbは、ハンド機構40の移動すべき経路と当該経路におけるハンド機構40の姿勢とを示す情報である。これらの情報のそれぞれは、例えば、ベース座標系またはワールド座標系の座標値を用いて表される。また、これらの情報のそれぞれは、ワークWの形状等に基づいて決められる。ワークWの形状は、例えば、ワークWの3次元形状を示すCAD(computer-aided design)データにより得られる。
ここで、経路情報Dbには、印刷時におけるワークWの位置および姿勢に関する情報が含まれる。また、経路情報Daには、印刷時における液体吐出ユニット5の位置および姿勢に関する情報が含まれる。印刷時における液体吐出ユニット5の位置および姿勢は、ワークWのCADデータ等の情報と、印刷時におけるワークWの位置および姿勢と、に基づいて決められる。以上の経路情報Daおよび経路情報Dbのそれぞれは、コンピューター13から記憶回路11aに入力される。
処理回路11bは、経路情報Daに基づいて第1ロボット3のアーム駆動機構3aの動作を制御するとともに、信号D3を生成する。また、処理回路11bは、経路情報Dbに基づいて第2ロボット4のアーム駆動機構4aの動作を制御する。ここで、処理回路11bは、撮像ユニット7の撮像結果に基づいて、印刷時におけるアーム駆動機構3aおよびアーム駆動機構4aのうちの少なくとも一方の動作を補正する。本実施形態では、処理回路11bは、撮像ユニット7の撮像結果に基づいて、印刷時におけるアーム駆動機構4aの動作を補正する。処理回路11bは、例えば、1個以上のCPU(Central Processing Unit)等のプロセッサーを含む。なお、処理回路11bは、CPUに代えて、または、CPUに加えて、FPGA(field-programmable gate array)等のプログラマブルロジックデバイスを含んでもよい。
アーム駆動機構3aは、第1ロボット3の各関節を駆動するためのモーターと、第1ロボット3の各関節の回転角度を検出するエンコーダーと、を有する。同様に、アーム駆動機構4aは、第2ロボット4の各関節を駆動するためのモーターと、第2ロボット4の各関節の回転角度を検出するエンコーダーと、を有する。
処理回路11bは、経路情報Daを第1ロボット3の各関節の回転角度および回転速度等の動作量に変換する演算である逆運動学計算を行う。そして、処理回路11bは、当該各関節の実際の回転角度および回転速度等の動作量が前述の演算結果となるように、アーム駆動機構3aの各エンコーダーからの出力D1に基づいて、制御信号Sk1を出力する。制御信号Sk1は、アーム駆動機構3aのモーターの駆動を制御する。
同様に、処理回路11bは、経路情報Dbを第2ロボット4の各関節の回転角度および回転速度等の動作量に変換する演算である逆運動学計算を行う。そして、処理回路11bは、当該各関節の実際の回転角度および回転速度等の動作量が前述の演算結果となるように、アーム駆動機構4aの各エンコーダーからの出力D2に基づいて、制御信号Sk2を出力する。制御信号Sk2は、アーム駆動機構4aのモーターの駆動を制御する。
ここで、処理回路11bは、撮像ユニット7の撮像装置7aの撮像結果に基づいて、印刷時におけるワークWの位置および姿勢を検出する。そして、処理回路11bは、その検出結果および経路情報Dbに基づいて、その検出結果と経路情報Dbの示す位置および姿勢との差が低減されるよう、印刷時の制御信号Sk2を補正する。ワークWの位置および姿勢は、例えば、撮像装置7aの撮像画像内のワークWの位置および姿勢を撮像座標系からワールド座標系に変換することにより得られる。また、撮像座標系でのワークWの位置および姿勢は、例えば、当該撮像画像内のワークWの特徴点の位置とワークWの形状情報とに基づいて算出される。なお、撮像装置7aの撮像結果に基づくワークWの位置および姿勢の検出は、撮像装置7aに含まれる画像処理回路で行ってもよいし、コンピューター13で行ってもよい。
また、処理回路11bは、アーム駆動機構3aの複数のエンコーダーのうちの少なくとも1つからの出力D1に基づいて、信号D3を生成する。例えば、処理回路11bは、当該複数のエンコーダーのうちの1つからの出力D1が所定値となるタイミングのパルスを含むトリガー信号を信号D3として生成する。
制御モジュール12は、コントローラー11から出力される信号D3とコンピューター13からの印刷データとに基づいて、液体吐出ユニット5でのインクの吐出動作を制御する回路である。制御モジュール12は、タイミング信号生成回路12aと電源回路12bと制御回路12cと駆動信号生成回路12dとを有する。
タイミング信号生成回路12aは、信号D3に基づいてタイミング信号PTSを生成する。タイミング信号生成回路12aは、例えば、信号D3の検出を契機としてタイミング信号PTSの生成を開始するタイマーで構成される。
電源回路12bは、図示しない商用電源から電力の供給を受け、所定の各種電位を生成する。生成した各種電位は、制御モジュール12および液体吐出ユニット5の各部に適宜に供給される。例えば、電源回路12bは、電源電位VHVとオフセット電位VBSとを生成する。オフセット電位VBSは、液体吐出ユニット5に供給される。また、電源電位VHVは、駆動信号生成回路12dに供給される。
制御回路12cは、タイミング信号PTSに基づいて、制御信号SIと波形指定信号dComとラッチ信号LATとクロック信号CLKとチェンジ信号CNGとを生成する。これらの信号は、タイミング信号PTSに同期する。これらの信号のうち、波形指定信号dComは、駆動信号生成回路12dに入力され、それ以外の信号は、液体吐出ユニット5のスイッチ回路5dに入力される。
制御信号SIは、液体吐出ユニット5のヘッド5aが有する駆動素子の動作状態を指定するためのデジタルの信号である。具体的には、制御信号SIは、当該駆動素子に対して後述の駆動信号Comを供給するか否かを指定する。この指定により、例えば、当該駆動素子に対応するノズルからインクを吐出するか否かを指定したり、当該ノズルから吐出されるインクの量を指定したりする。波形指定信号dComは、駆動信号Comの波形を規定するためのデジタル信号である。ラッチ信号LATおよびチェンジ信号CNGは、制御信号SIと併用され、当該駆動素子の駆動タイミングを規定することにより、当該ノズルからのインクの吐出タイミングを規定する。クロック信号CLKは、タイミング信号PTSに同期した基準となるクロック信号である。
以上の制御回路12cは、例えば、1個以上のCPU(Central Processing Unit)等のプロセッサーを含む。なお、制御回路12cは、CPUに代えて、または、CPUに加えて、FPGA(field-programmable gate array)等のプログラマブルロジックデバイスを含んでもよい。
駆動信号生成回路12dは、液体吐出ユニット5のヘッド5aの有する各駆動素子を駆動するための駆動信号Comを生成する回路である。具体的には、駆動信号生成回路12dは、例えば、DA変換回路と増幅回路とを有する。駆動信号生成回路12dでは、当該DA変換回路が制御回路12cからの波形指定信号dComをデジタル信号からアナログ信号に変換し、当該増幅回路が電源回路12bからの電源電位VHVを用いて当該アナログ信号を増幅することで駆動信号Comを生成する。ここで、駆動信号Comに含まれる波形のうち、当該駆動素子に実際に供給される波形の信号が駆動パルスPDである。駆動パルスPDは、液体吐出ユニット5のスイッチ回路5dを介して、駆動信号生成回路12dから当該駆動素子に供給される。スイッチ回路5dは、制御信号SIに基づいて、駆動信号Comに含まれる波形のうちの少なくとも一部を駆動パルスPDとして供給するか否かを切り替える。
コンピューター13は、コントローラー11に経路情報Daおよび経路情報Db等の情報を供給する機能と、制御モジュール12に印刷データ等の情報を供給する機能と、を有する。なお、前述の撮像装置7aは、コンピューター13を介してコントローラー11に接続されてもよい。この場合、コンピューター13は、撮像装置7aの撮像結果をそのままコントローラー11に入力してもよいし、撮像装置7aの撮像結果に基づいてワークWの位置および姿勢を算出し、その算出結果を示す情報をコントローラー11に入力してもよい。
1-3.第1ロボットの構成
図3は、第1ロボット3の斜視図である。以下、第1ロボット3の構成を説明する。なお、第2ロボット4の構成については、装着されるエンドエフェクターが異なる以外は、第1ロボット3と同様であるため、その説明を省略する。ただし、既述のように、第1ロボット3および第2ロボット4の構成が互いに異なってもよく、この点については、後述の1-5.等において適宜に説明する。
図3は、第1ロボット3の斜視図である。以下、第1ロボット3の構成を説明する。なお、第2ロボット4の構成については、装着されるエンドエフェクターが異なる以外は、第1ロボット3と同様であるため、その説明を省略する。ただし、既述のように、第1ロボット3および第2ロボット4の構成が互いに異なってもよく、この点については、後述の1-5.等において適宜に説明する。
図3に示すように、第1ロボット3は、「第1基部」の一例である基部310と、アーム320と、を有する。
基部310は、アーム320を支持する台である。図3に示す例では、基部310は、前述の基台2の面2aに対してはZ方向に取り付けられ、ネジ止め等により固定される。
アーム320は、基部310に取り付けられる基端と、当該基端に対して3次元的に位置および姿勢を変化させる先端と、を有する6軸のロボットアームである。具体的には、アーム320は、アーム321、322、323、324、325および326を有し、これらがこの順に連結される。
アーム321は、基部310に対して回動軸O1まわりに回動可能に関節部330_1を介して連結される。アーム322は、アーム321に対して回動軸O2まわりに回動可能に関節部330_2を介して連結される。アーム323は、アーム322に対して回動軸O3まわりに回動可能に関節部330_3を介して連結される。アーム324は、アーム323に対して回動軸O4まわりに回動可能に関節部330_4を介して連結される。アーム325は、アーム324に対して回動軸O5まわりに回動可能に関節部330_5を介して連結される。アーム326は、アーム325に対して回動軸O6まわりに回動可能に関節部330_6を介して連結される。
関節部330_1~330_6のそれぞれは、基部310およびアーム321~326のうち隣り合う2つの部材の一方を他方に対して回動可能に連結する機構である。図3では図示しないが、関節部330_1~330_6のそれぞれには、当該隣り合う2つの部材の一方を他方に対して回動させる駆動機構が設けられる。当該駆動機構は、例えば、当該回動のための駆動力を発生させるモーターと、当該駆動力を減速して出力する減速機と、当該回動の角度等の動作量を検出するロータリーエンコーダー等のエンコーダーと、を有する。なお、関節部330_1~330_6の当該駆動機構の集合体は、前述の図2に示すアーム駆動機構3aに相当する。
回動軸O1は、基部310が固定される面2aに対して垂直な軸である。回動軸O2は、回動軸O1に対して垂直な軸である。回動軸O3は、回動軸O2に対して平行な軸である。回動軸O4は、回動軸O3に対して垂直な軸である。回動軸O5は、回動軸O4に対して垂直な軸である。回動軸O6は、回動軸O5に対して垂直な軸である。
なお、これらの回動軸について、「垂直」とは、2つの回動軸のなす角度が厳密に90°である場合のほか、2つの回動軸のなす角度が90°から±5°程度の範囲内でずれる場合も含む。同様に、「平行」とは、2つの回動軸が厳密に平行である場合のほかに、2つの回動軸の一方が他方に対して±5°程度の範囲内で傾斜する場合も含む。
以上のアーム320の最も先端に位置するアーム、すなわち、アーム326には、エンドエフェクターとして、液体吐出ユニット5が装着される。
1-4.液体吐出ユニットの構成
図4は、液体吐出ユニット5の概略構成を示す斜視図である。以下の説明は、互いに交差するa軸、b軸およびc軸を適宜に用いて行う。また、a軸に沿う一方向をa1方向といい、a1方向と反対の方向をa2方向という。同様に、b軸に沿って互いに反対の方向をb1方向およびb2方向という。また、c軸に沿って互いに反対の方向をc1方向およびc2方向という。
図4は、液体吐出ユニット5の概略構成を示す斜視図である。以下の説明は、互いに交差するa軸、b軸およびc軸を適宜に用いて行う。また、a軸に沿う一方向をa1方向といい、a1方向と反対の方向をa2方向という。同様に、b軸に沿って互いに反対の方向をb1方向およびb2方向という。また、c軸に沿って互いに反対の方向をc1方向およびc2方向という。
ここで、a軸、b軸およびc軸は、液体吐出ユニット5に設定されるツール座標系の座標軸であり、前述の第1ロボット3の動作により前述のX軸、Y軸およびZ軸との相対的な位置および姿勢の関係が変化する。図4に示す例では、c軸が前述の回動軸O6に平行な軸である。なお、a軸、b軸およびc軸は、典型的には互いに直交するが、これに限定されず、例えば、80°以上100°以下の範囲内の角度で交差すればよい。なお、ツール座標系と前述のベース座標系とは、キャリブレーションにより対応付けされる。また、ツール座標系は、例えば、後述のノズル面Fの中心が基準(ツールセンターポイント)となるように設定される。
液体吐出ユニット5は、前述のように、ヘッド5aと圧力調整弁5bと仮硬化用光源5cとを有する。これらは、図4中の二点鎖線で示される支持体5eに支持される。なお、図4に示す例では、液体吐出ユニット5が有するヘッド5aおよび圧力調整弁5bのそれぞれの数が1個であるが、当該数は、図4に示す例に限定されず、2個以上でもよい。また、圧力調整弁5bの設置位置は、アーム326に限定されず、例えば、他のアーム等でもよいし、基部310に対して固定の位置でもよい。
支持体5eは、例えば、金属材料等で構成されており、実質的な剛体である。なお、図4では、支持体5eが扁平な箱状をなすが、支持体5eの形状は、特に限定されず、任意である。
以上の支持体5eは、前述のアーム326に装着される。このように、ヘッド5a、圧力調整弁5bおよび仮硬化用光源5cが支持体5eにより一括してアーム326に支持される。このため、アーム326に対するヘッド5a、圧力調整弁5bおよび仮硬化用光源5cのそれぞれの相対的な位置が固定される。
ヘッド5aは、ノズル面Fと、ノズル面Fに開口する複数のノズルNと、を有する。図4に示す例では、ノズル面Fの法線方向がc2方向であり、当該複数のノズルNは、a軸に沿う方向に互いに間隔をあけて並ぶ第1ノズル列Laと第2ノズル列Lbとに区分される。第1ノズル列Laおよび第2ノズル列Lbのそれぞれは、b軸に沿う方向に直線状に配列される複数のノズルNの集合である。ここで、ヘッド5aにおける第1ノズル列Laの各ノズルNに関連する要素と第2ノズル列Lbの各ノズルNに関連する要素とがa軸に沿う方向で互いに略対称な構成である。
ただし、第1ノズル列Laにおける複数のノズルNと第2ノズル列Lbにおける複数のノズルNとのb軸に沿う方向での位置が互いに一致してもよいし異なってもよい。また、第1ノズル列Laおよび第2ノズル列Lbのうちの一方の各ノズルNに関連する要素が省略されてもよい。以下では、第1ノズル列Laにおける複数のノズルNと第2ノズル列Lbにおける複数のノズルNとのb軸に沿う方向での位置が互いに一致する構成が例示される。
図示しないが、ヘッド5aは、ノズルNごとに、駆動素子である圧電素子と、インクを収容するキャビティと、有する。ここで、当該圧電素子は、当該圧電素子に対応するキャビティの圧力を変化させることにより、当該キャビティに対応するノズルからインクを吐出させる。このようなヘッド5aは、例えば、エッチング等により適宜に加工したシリコン基板等の複数の基板を接着剤等により貼り合わせることにより得られる。なお、ノズルからインクを吐出させるための駆動素子として、当該圧電素子に代えて、キャビティ内のインクを加熱するヒーターを用いてもよい。
図4に示す例では、圧力調整弁5bは、ヘッド5aに対してc1方向に位置する。仮硬化用光源5cは、ヘッド5aに対してa2方向に位置する。
圧力調整弁5bは、前述のインク供給ユニット6の供給管6dを介してサブタンク6cに接続される。圧力調整弁5bは、ヘッド5a内のインクの圧力に応じて開閉する弁機構である。この開閉により、ヘッド5aとサブタンク6cとの位置関係が変化しても、ヘッド5a内のインクの圧力が所定範囲内の負圧に維持される。このため、ヘッド5aのノズルNに形成されるインクのメニスカスの安定化が図られる。この結果、ノズルN内に気泡が入り込んだり、ノズルNからインクが溢れ出したりすることが防止される。なお、圧力調整弁5bからのインクは、図示しない分岐流路を介してヘッド5aの複数箇所に適宜に分配される。
仮硬化用光源5cは、ワークW上のインクを半硬化または半固化させるための光、熱、電子線または放射線等のエネルギーを出射する。「半硬化」とは、完全硬化に至らずに部分的に硬化した状態をいう。同様に、「半固化」とは、完全固化に至らずに部分的に固化した状態をいう。仮硬化用光源5cは、前述の硬化ユニット10の光源10bと同様、例えば、紫外線を出射するLED(light emitting diode)等の発光素子等で構成される。なお、仮硬化用光源5cは、エネルギーの出射方向または出射範囲等を調整するためのレンズ等の光学部品等を有してもよい。なお、仮硬化用光源5cは、必要に応じて設ければよく、省略されてもよい。また、仮硬化用光源5cを用いてワークW上のインクを完全硬化させてもよい。
1-5.硬化ユニットおよびメンテナンスユニットの配置
図5は、第1実施形態に係る立体物印刷装置1の平面図である。図5では、Z2方向にみた立体物印刷装置1が示される。
図5は、第1実施形態に係る立体物印刷装置1の平面図である。図5では、Z2方向にみた立体物印刷装置1が示される。
前述のように、第1ロボット3は、基台2に固定される「第1基部」の一例である基部310と、アーム320と、を有し、アーム320の先端には、ヘッド5aが装着される。一方、図5に示すように、第2ロボット4は、基台2に固定される「第2基部」の一例である基部410と、アーム420と、を有し、アーム420の先端には、ワークWを支持するハンド機構40が装着される。なお、基部410は、基部310と同様に、基台2の面2aに対してはZ方向に取り付けられ、ネジ止め等により固定される。
基台2の平面視で、X軸に沿う方向における基部310および基部410の位置は、互いに異なっており、基部310は、基部410よりもX1方向に位置する。したがって、基台2の平面視で、基部310と基部410とを結ぶ仮想線分LVは、主に、X軸に沿って延びる。なお、仮想線分LVは、基台2の平面視で、基部310の任意の位置と基部410の任意の位置とを結んでいればよい。図5に示す例では、仮想線分LVが第1ロボット3および第2ロボット4のそれぞれの最も基台2に近い関節の回動軸である第1軸を通る。
ただし、図5に示す例では、Y軸に沿う方向にける基部310および基部410の位置が若干互いに異なっており、基部310は、基部410よりもY1方向に位置する。したがって、基台2の平面視で、仮想線分LVは、X軸に対して若干傾斜する。なお、本実施形態では、基台2の平面視で仮想線分LVがX軸と平行であるとみなしてもよい。また、基台2の平面視で仮想線分LVがX軸と平行であってもよい。
仮想線分LVに対してY1方向の位置には、メンテナンスユニット8が配置される。一方、仮想線分LVに対してY2方向の位置には、インク供給ユニット6、撮像ユニット7、メンテナンスユニット8および載置部9が配置される。
したがって、基台2の平面視で、仮想線分LVは、硬化ユニット10とメンテナンスユニット8との間を通過する。また、基台2の平面視で、仮想線分LVは、撮像範囲RIを通過する。このため、仮想線分LVに近い位置の物体を撮像ユニット7により撮像することができる。
また、メンテナンスユニット8は、第1ロボット3の動作範囲RR1の内側に位置し、かつ、第2ロボット4の動作範囲RR2の外側に位置する。ここで、第1ロボット3はヘッド5aのメンテナンスを行うのにメンテナンスユニット8を用いるので、メンテナンスユニット8を第1ロボット3の動作範囲RR1の内側に位置させる必要がある。一方、第2ロボット4はメンテナンスユニット8を用いないので、メンテナンスユニット8を第2ロボット4の動作範囲RR2の内側に位置させる必要がない。なお、メンテナンスユニット8は、第2ロボット4の動作に支障がない場合、第2ロボット4の動作範囲RR2の内側に位置してもよい。
ここで、動作範囲RR1は、基台2の平面視で、基部310の任意の部位を中心とし、アーム320の長さLR1を半径とする円の内側の領域である。長さLR1は、直線状に伸ばした状態のアーム320の両端間の距離である。同様に、動作範囲RR2は、基台2の平面視で、基部410の任意の部位を中心とし、アーム420の長さLR2を半径とする円の内側の領域である。長さLR2は、直線状に伸ばした状態のアーム420の両端間の距離である。
長さLR1および長さLR2は、互いに等しくても異なってもよい。図5に示す例では、第1ロボット3のアーム320の長さLR1は、第2ロボット4のアーム420の長さLR2よりも短い。これは、第2ロボット4によるワークWのハンドリングの自由度を高めるとともに、第1ロボット3の動作時の振動を低減するためである。ここで、第1ロボット3の動作時の振動を低減する観点から、第1ロボット3の可搬重量は、第2ロボット4の可搬重量よりも大きいことが好ましい。
また、メンテナンスユニット8は、撮像範囲RIの外側に位置する。これは、メンテナンスユニット8が撮像装置7aにより撮像されると、撮像装置7aの撮像結果を用いた処理が複雑化するので、これを防止するためである。また、メンテナンスユニット8は、照明部7bの照明範囲RLの外側に位置する。これは、照明部7bからの光がメンテナンスユニット8によるメンテナンス中のヘッド5aに当たらないようにするためである。なお、本実施形態における照明範囲RLとは照明部7bに対してY1方向側に位置する範囲である。
また、基台2の平面視で、載置部9は、仮想線分LVに対してメンテナンスユニット8と同じ側に位置するが、撮像範囲RIの外側に配置される。これは、載置部9に位置するワークWを撮像装置7aにより撮像する必要がないだけでなく、撮像されると、撮像装置7aの撮像結果を用いた処理が複雑化するので、これを防止するためである。
また、基台2の平面視で、硬化ユニット10およびメンテナンスユニット8のそれぞれは、第1ロボット3の基部310を通り仮想線分LVに直交する第1直線LS1と、第2ロボット4の基部410を通り仮想線分LVに直交する第2直線LS2と、の間に位置する。これは、立体物印刷装置1の小型化のためである。
1-6.立体物印刷装置の動作
図6は、第1実施形態に係る立体物印刷装置1の動作の流れを示すフローチャートである。立体物印刷装置1は、図6に示すように、給材ステップS10と情報取得ステップS20と調整ステップS30と第1印刷ステップS40と退避ステップS50と移動ステップS60と第2印刷ステップS70と後処理ステップS80と除材ステップS90とをこの順で実行する。
図6は、第1実施形態に係る立体物印刷装置1の動作の流れを示すフローチャートである。立体物印刷装置1は、図6に示すように、給材ステップS10と情報取得ステップS20と調整ステップS30と第1印刷ステップS40と退避ステップS50と移動ステップS60と第2印刷ステップS70と後処理ステップS80と除材ステップS90とをこの順で実行する。
ここで、給材ステップS10は、保持ステップS11を含む。また、後処理ステップS80は、硬化ステップS81およびメンテナンスステップS82を含んでおり、硬化ステップS81は、第1硬化ステップS81aおよび第2硬化ステップS81bを含む。以下、各ステップについて順次説明する。
1-6-1.給材ステップS10
図7は、給材ステップS10を説明するための図である。給材ステップS10では、まず、保持ステップS11が実行される。保持ステップS11では、図7中の実線で示すように、第2ロボット4がハンド機構40を載置部9に近づけた状態で、ハンド機構40が載置部9に位置するワークWを保持する。これにより、ハンド機構40が載置部9からワークWの供給を受ける。その後、図7中の二点鎖線で示すように、第2ロボット4がワークWを撮像範囲RIの外側から内側に移動させる。
図7は、給材ステップS10を説明するための図である。給材ステップS10では、まず、保持ステップS11が実行される。保持ステップS11では、図7中の実線で示すように、第2ロボット4がハンド機構40を載置部9に近づけた状態で、ハンド機構40が載置部9に位置するワークWを保持する。これにより、ハンド機構40が載置部9からワークWの供給を受ける。その後、図7中の二点鎖線で示すように、第2ロボット4がワークWを撮像範囲RIの外側から内側に移動させる。
本ステップでは、第1ロボット3の動作状態は、特に限定されず、任意である。また、本ステップでは、撮像ユニット7および硬化ユニット10のそれぞれの動作状態も、特に限定されないが、ヘッド5aがメンテナンスユニット8により覆われていない場合、ヘッド5aの位置または姿勢によっては、撮像ユニット7の照明部7bを消灯したり、硬化ユニット10の光源10bを消灯したりすることが好ましい。
1-6-2.情報取得ステップS20
情報取得ステップS20は、第2ロボット4が図7中の二点鎖線で示すようにワークWを保持した状態で、コントローラー11が、撮像装置7aの撮像結果に基づいて、基台2に対するワークWの相対的な位置に関する情報を取得する。
情報取得ステップS20は、第2ロボット4が図7中の二点鎖線で示すようにワークWを保持した状態で、コントローラー11が、撮像装置7aの撮像結果に基づいて、基台2に対するワークWの相対的な位置に関する情報を取得する。
本ステップでは、照明部7bが点灯する。したがって、ノズルN付近のインクが照明部7bからの光により硬化または固化するのを防止する観点から、第1ロボット3は、ノズル面Fを照明部7bの照明範囲RLの外側に位置させるか、または、ノズル面Fを照明部7bからの光の陰となる方向を向けることが好ましい。同様の観点から、本ステップでは、ノズルNがメンテナンスユニット8で被覆されることが好ましい。
また、本ステップでは、撮像装置7aの撮像結果に基づく位置に関する情報の精度を向上させる観点から、ヘッド5aが撮像範囲RIの外側に位置することが好ましい。ここで、本ステップでは、第1ロボット3および第2ロボット4の少なくとも一方が撮像範囲RIの内側に位置する部分を有してもよい。ただし、この場合は、当該位置に関する情報の精度を向上させる観点から、ワークWの色と第1ロボット3および第2ロボット4の当該部分の色とは、互いに異なることが好ましい。例えば、第1ロボット3および第2ロボット4の当該部分をワークWとは異なる色に塗装することにより、撮像装置7aによる撮像画像においてワークWと、その背景となる当該部分との間でコントラストを高めることができる。これにより、処理回路11bにおける撮像結果の処理が容易となるため、当該位置に関する情報の精度が向上する。なお、当該部分を黒色とすれば、ワークWによって色が異なる場合においても撮像画像におけるコントラストを維持しやすくなる。
1-6-3.調整ステップS30
調整ステップS30では、コントローラー11が、情報取得ステップS20で取得した情報に基づいて、第2ロボット4の動作を制御することにより、撮像範囲RIの内側に位置するワークWの位置が調整される。
調整ステップS30では、コントローラー11が、情報取得ステップS20で取得した情報に基づいて、第2ロボット4の動作を制御することにより、撮像範囲RIの内側に位置するワークWの位置が調整される。
本ステップによる調整後のワークWの位置および姿勢は、第1状態であり、第1印刷ステップS40の実行時のワークWの位置および姿勢である。ここで、基台2の平面視で、本ステップによる調整後のワークWの位置は、前述の保持ステップS11の実行時におけるワークWの位置よりも仮想線分LVに近い。また、基台2の平面視で、本ステップによる調整後のワークWの位置は、硬化ステップS81およびメンテナンスステップS82の実行時よりも仮想線分LVに近い。
1-6-4.第1印刷ステップS40
図8は、第1印刷ステップS40での第1ロボット3の動作を説明するための図である。第1印刷ステップS40では、図8に示すように、第2ロボット4がワークWの位置および姿勢を第1状態に固定した状態で、第1ロボット3がヘッド5aおよびワークWを撮像範囲RIの内側で相対的に移動させつつ、ヘッド5aがワークWに対してインクを吐出する。図8に示す例では、第1ロボット3がヘッド5aをワークWの長軸に沿う方向に移動させる。なお、第1印刷ステップS40でのワークWの姿勢は、特に限定されず、任意である。
図8は、第1印刷ステップS40での第1ロボット3の動作を説明するための図である。第1印刷ステップS40では、図8に示すように、第2ロボット4がワークWの位置および姿勢を第1状態に固定した状態で、第1ロボット3がヘッド5aおよびワークWを撮像範囲RIの内側で相対的に移動させつつ、ヘッド5aがワークWに対してインクを吐出する。図8に示す例では、第1ロボット3がヘッド5aをワークWの長軸に沿う方向に移動させる。なお、第1印刷ステップS40でのワークWの姿勢は、特に限定されず、任意である。
このように、本ステップでは、第2ロボット4が動作せずに、第1ロボット3が動作する。このため、ワークWの振動を防止することができる。なお、当該振動はワークWがハンド機構40によって脱着可能に保持されているために生じやすく、第1印刷ステップにおいて第2ロボット4が動作する場合には顕著となって、インク滴の着弾位置にずれが生じて画質の低下につながる。また、材質や形状が原因でワークWの剛性が低い場合においても、ワークWの振動が顕著となって、同様に画質の低下につながる。これに対して、第1ロボットに装着されたヘッド5aは、ハンド機構などによって保持されておらず、ワークWに比べて振動が生じにくい。このため、本ステップでは、第2ロボット4が動作せずに、第1ロボット3が動作することで、以上のような振動による画質の低下を抑制することができる。ここで、ヘッド5aの移動経路の蛇行を低減する観点から、本ステップでの第1ロボット3の動作させる関節の数ができる限り少ないほうがよく、また、互いに平行な3つの回動軸の関節の動作により第1ロボット3を動作させることが好ましい。図8に示す例では、当該3つの回動軸は、回動軸O2、回動軸O3および回動軸O5である。
本ステップでは、ノズルN付近のインクが照明部7bからの光により硬化または固化するのを防止する観点から、照明部7bを消灯させることが好ましい。
図9は、第1印刷ステップS40でのワークWの印刷領域を説明するための図である。図9に示すように、本ステップでは、第1ロボット3がヘッド5aをワークWの互いに異なる第1領域RP1および第2領域RP2のうち第1領域RP1に沿って走査させつつ、ヘッド5aが第1領域RP1に対してインクを吐出する。図9に示す例では、第1領域RP1と第2領域RP2との一部同士が重なる。なお、第1領域RP1と第2領域RP2とが重ならなくてもよい。例えば、第1領域RP1および第2領域RP2が表裏の関係であってもよい。
本ステップでは、仮硬化用光源5cが点灯してもよい。この場合、ワークW上のインクを仮硬化させることができる。なお、本ステップの後に、ヘッド5aからインクを吐出させない状態で、第1ロボット3が仮硬化用光源5cを第1領域RP1に沿って走査させつつ、仮硬化用光源5cが点灯してもよい。
1-6-5.退避ステップS50
図10は、退避ステップS50を説明するための図である。退避ステップS50では、図10に示すように、第1ロボット3がヘッド5aとワークWとの間の距離を第1印刷ステップS40の実行時に比べて大きくする。図10に示す例では、ヘッド5aがメンテナンスユニット8により覆われる状態が例示される。なお、本ステップでは、ヘッド5aがメンテナンスユニット8により覆われなくてもよい。ただし、この場合、ヘッド5aの位置または姿勢によっては、撮像ユニット7の照明部7bを消灯したり、硬化ユニット10の光源10bを消灯したりすることが好ましい。
図10は、退避ステップS50を説明するための図である。退避ステップS50では、図10に示すように、第1ロボット3がヘッド5aとワークWとの間の距離を第1印刷ステップS40の実行時に比べて大きくする。図10に示す例では、ヘッド5aがメンテナンスユニット8により覆われる状態が例示される。なお、本ステップでは、ヘッド5aがメンテナンスユニット8により覆われなくてもよい。ただし、この場合、ヘッド5aの位置または姿勢によっては、撮像ユニット7の照明部7bを消灯したり、硬化ユニット10の光源10bを消灯したりすることが好ましい。
1-6-6.移動ステップS60
図11は、移動ステップS60を説明するための図である。移動ステップS60では、第2ロボット4がワークWの位置および姿勢を第1状態から第1状態とは異なる第2状態に変化させる。図11に示す例では、当該第1状態が図11中の二点鎖線で示す状態であり、当該第2状態が図11中の実線で示す状態である。当該第2状態は、第2印刷ステップS70の実行時のワークWの位置および姿勢の状態である。なお、本ステップは、ワークWの位置を前述の調整ステップS30と同様に調整するステップを含んでもよい。
図11は、移動ステップS60を説明するための図である。移動ステップS60では、第2ロボット4がワークWの位置および姿勢を第1状態から第1状態とは異なる第2状態に変化させる。図11に示す例では、当該第1状態が図11中の二点鎖線で示す状態であり、当該第2状態が図11中の実線で示す状態である。当該第2状態は、第2印刷ステップS70の実行時のワークWの位置および姿勢の状態である。なお、本ステップは、ワークWの位置を前述の調整ステップS30と同様に調整するステップを含んでもよい。
1-6-7.第2印刷ステップS70
第2印刷ステップS70では、図11に示すように、第2領域RP2に対して印刷を行う以外は、前述の第1印刷ステップS40と同様に、印刷が行われる。ここで、第2印刷ステップS70では、第2ロボット4がワークWの位置および姿勢を第2状態に固定した状態で、第1ロボット3がヘッド5aおよびワークWを撮像範囲RIの内側で相対的に移動させつつ、ヘッド5aがワークWに対してインクを吐出する。また、本ステップにおける第1ロボット3の動作は、前述の第1印刷ステップS40における第1ロボット3の動作と同一である。
第2印刷ステップS70では、図11に示すように、第2領域RP2に対して印刷を行う以外は、前述の第1印刷ステップS40と同様に、印刷が行われる。ここで、第2印刷ステップS70では、第2ロボット4がワークWの位置および姿勢を第2状態に固定した状態で、第1ロボット3がヘッド5aおよびワークWを撮像範囲RIの内側で相対的に移動させつつ、ヘッド5aがワークWに対してインクを吐出する。また、本ステップにおける第1ロボット3の動作は、前述の第1印刷ステップS40における第1ロボット3の動作と同一である。
本ステップでは、仮硬化用光源5cが点灯してもよい。この場合、ワークW上のインクを仮硬化させることができる。なお、本ステップの後に、ヘッド5aからインクを吐出させない状態で、第1ロボット3が仮硬化用光源5cを第2領域RP2に沿って走査させつつ、仮硬化用光源5cが点灯してもよい。
1-6-8.後処理ステップS80
図12は、硬化ステップS81およびメンテナンスステップS82を説明するための図である。記述のように、後処理ステップS80は、硬化ステップS81およびメンテナンスステップS82を含む。
図12は、硬化ステップS81およびメンテナンスステップS82を説明するための図である。記述のように、後処理ステップS80は、硬化ステップS81およびメンテナンスステップS82を含む。
硬化ステップS81では、図12に示すように、第2ロボット4がワークWを硬化ユニット10に近づけた状態で、硬化ユニット10がワークW上のインクにエネルギーを照射する。ここで、本実施形態では、記述のように、硬化ステップS81は、第1硬化ステップS81aおよび第2硬化ステップS81bを含む。
第1硬化ステップS81aでは、第2ロボット4が硬化ユニット10およびワークWの相対的な位置および姿勢を変化させつつ、硬化ユニット10が第1領域RP1上のインクにエネルギーを照射する。第2硬化ステップS81bでは、第2ロボット4が硬化ユニット10およびワークWの相対的な位置および姿勢を変化させつつ、硬化ユニット10が第2領域RP2上のインクにエネルギーを照射する。これらのステップにおいてはインクにエネルギーを照射することができればよく、第1印刷ステップS40や第2印刷ステップS70のようなワークWの振動に起因する課題は生じない。ここで、第1硬化ステップS81aおよび第2硬化ステップS81bは、この順で実行されることが好ましい。これは、第1領域RP1上のインクと第2領域RP2上のインクとの間において、それぞれインクが吐出されてから、エネルギーが照射されるまでの時間の差を小さくすることにより、第1領域RP1の画質と第2領域RP2の画質との差を低減できるためである。なお、第1硬化ステップS81aおよび第2硬化ステップS81bは、実質的に同時に行われてもよい。
メンテナンスステップS82では、図12に示すように、第1ロボット3がヘッド5aをメンテナンスユニット8に近づけた状態で、メンテナンスユニット8によるヘッド5aのメンテナンスが行われる。なお、メンテナンスとは、ユニット8aのキャップによってノズルおよびノズル面を被覆すること、当該キャップにノズルおよびノズル面が覆われた状態のヘッド5aのノズルからインクを吸引すること、ユニット8aのワイパーによってヘッド5aのノズル面を清掃すること、ユニット8bにおいてヘッド5aが検査用のパターンを印刷することなどである。しかしながら、メンテナンスステップS82の実行中に照明部7bや硬化ユニット10が発光する場合には、当該メンテナンスはノズルおよびノズル面がキャップに覆われる動作であることが好ましい。ここで、処理時間の短縮の観点等から、メンテナンスステップS82は、第1硬化ステップS81aの実行中に実行されることが好ましい。
また、ワークW上のインクを直ちに硬化することで、ワークW上におけるインクの流動による画像の滲みを低減する観点から、硬化ステップS81の実行時におけるワークWの位置は、第1印刷ステップS40または第2印刷ステップS70の実行時におけるワークWの位置に近いことが好ましい。このため、第1印刷ステップS40または第2印刷ステップS70から硬化ステップS81へ移行するのに必要なワークWの移動距離であるワーク移動距離DWは、第1印刷ステップS40または第2印刷ステップS70からメンテナンスステップS82へ移行するのに必要なヘッド5aの移動距離であるヘッド移動距離DHよりも短いことが好ましい。
なお、ワーク移動距離DWは、基台2の平面視で、第1印刷ステップS40または第2印刷ステップS70の実行時におけるワークWと硬化ステップS81の実行時におけるワークWとの間の距離である。ヘッド移動距離DHは、基台2の平面視で、第1印刷ステップS40または第2印刷ステップS70の実行時におけるヘッド5aとメンテナンスステップS82の実行時におけるヘッド5aとの間の距離である。
1-6-9.除材ステップS90
図13は、除材ステップS90を説明するための図である。除材ステップS90では、まず、図13に示すように、第2ロボット4がワークWを載置部9に移動させる。その状態で、ハンド機構40がワークWを離脱させることにより、印刷済みのワークWを載置部9に載置する。載置部9に載置された印刷済みのワークWは、例えば、ユーザーによりケース20の外部に取り出される。
図13は、除材ステップS90を説明するための図である。除材ステップS90では、まず、図13に示すように、第2ロボット4がワークWを載置部9に移動させる。その状態で、ハンド機構40がワークWを離脱させることにより、印刷済みのワークWを載置部9に載置する。載置部9に載置された印刷済みのワークWは、例えば、ユーザーによりケース20の外部に取り出される。
本ステップでは、第1ロボット3の動作状態は、特に限定されず、任意である。また、本ステップでは、撮像ユニット7および硬化ユニット10のそれぞれの動作状態も、特に限定されないが、ヘッド5aがメンテナンスユニット8により覆われていない場合、ヘッド5aの位置または姿勢によっては、撮像ユニット7の照明部7bを消灯したり、硬化ユニット10の光源10bを消灯したりすることが好ましい。なお、本ステップにおいてもメンテナンスステップS82を実行してもよい。
以上のように立体物印刷装置1は、立体的なワークWに対して印刷を行う。ここで、立体物印刷装置1は、前述のように、撮像装置7aと第1ロボット3と第2ロボット4とを有する。撮像装置7aは、基台2に固定され、撮像範囲RIの内側に位置する物体を撮像する。第1ロボット3は、「液体」の一例であるインクを吐出するノズルNを有するヘッド5aを支持し、ヘッド5aの位置および姿勢を変化させる。第2ロボット4は、ワークWを支持し、ワークWの位置および姿勢を変化させる。
そして、立体物印刷装置1は、前述のように、給材ステップS10と、「印刷ステップ」の一例である第1印刷ステップS40または第2印刷ステップS70と、を実行する。給材ステップS10では、第2ロボット4がワークWを撮像範囲RIの外側から内側に移動させる。第1印刷ステップS40または第2印刷ステップS70では、第1ロボット3および第2ロボット4のうちの少なくとも一方がヘッド5aおよびワークWを撮像範囲RIの内側で相対的に移動させつつ、ヘッド5aがワークWに対してインクを吐出する。
以上の立体物印刷装置では、第1ロボット3および第2ロボット4を用いることにより、ヘッド5aおよびワークWのそれぞれの位置および姿勢を独立して変化させることができる。したがって、ヘッド5aおよびワークWのうちの一方のみの位置および姿勢を変化させる構成に比べて、ワークWの広範囲にわたりヘッド5aを接近させることができる。この結果、ワークWが様々な立体的な形状であっても、ワークWに好適に印刷することができる。
そのうえで、第1印刷ステップS40または第2印刷ステップS70では、第1ロボット3および第2ロボット4のうちの少なくとも一方がヘッド5aおよびワークWを撮像装置7aの撮像範囲RIの内側で相対的に移動させる。このため、撮像装置7aの撮像結果に基づいて、第1印刷ステップS40または第2印刷ステップS70の実行時のワークWの位置および姿勢を検出することができる。したがって、第1印刷ステップS40または第2印刷ステップS70では、第2ロボット4によるワークWの支持位置がずれても、撮像装置7aの撮像結果に基づいて第1ロボット3および第2ロボット4のうちの少なくとも一方の動作を制御することにより、ヘッド5aおよびワークWの相対的な位置および姿勢の関係に生じる誤差を補正により低減することができる。以上から、第1印刷ステップS40または第2印刷ステップS70では、撮像装置7aの撮像結果を用いずに第1ロボット3および第2ロボット4の動作を制御する構成に比べて、画質低下を低減することができる。
前述のように、第2ロボット4は、ワークWを着脱可能に保持するハンド機構40を有する。ハンド機構40を第2ロボットに用いる場合、第2ロボット4によるワークWの支持位置が所望の位置からずれやすい。したがって、この場合、撮像装置7aの撮像結果に基づいて第1ロボット3および第2ロボット4のうちの少なくとも一方の動作を制御することにより得られる効果が顕著となる。
また、前述のように、第1ロボット3および第2ロボット4のそれぞれは、垂直多関節ロボットである。このため、水平多関節ロボット等の他の機構を用いる構成に比べて、ヘッド5aおよびワークWの位置および姿勢を様々に変更することができる。
ここで、前述のように、第1ロボット3のアーム320の長さLR1は、第2ロボット4のアーム420の長さLR2よりも短いことが好ましい。この場合、第1ロボット3の動作時の振動を第2ロボット4に比べて小さくしやすいという利点がある。当該利点は、画質の向上に寄与する。また、第2ロボット4のアーム420の長さを第1ロボット3のアーム320の長さよりも長くすることにより、第2ロボット4の動作範囲を大きくすることができる。このため、広い範囲内の任意の地点で、ワークWの給材または除材を行ったり、ワークW上のインクを硬化または固化する処理を行ったりすることができる。
また、前述のように、第1ロボット3の可搬重量は、第2ロボット4の可搬重量よりも大きいことが好ましい。この場合、第1ロボット3の動作時の振動を第2ロボット4に比べて小さくしやすいという利点がある。当該利点は、画質の向上に寄与する。特に、第1ロボット3のエンドエフェクターの重量が大きくなるほど、当該利点により得られる効果が顕著となる。
立体物印刷装置1は、前述のように、載置部9をさらに有する。載置部9は、撮像範囲RIの外側に配置され、ワークWを載置可能である。ハンド機構40は、載置部9からワークWの供給を受ける。このように載置部9が撮像装置7aの撮像範囲RIの外側に配置されるので、載置部9でのワークWの有無または変更等による撮像装置7aの撮像条件の変動が防止される。このため、載置部9が撮像範囲RIの内側に配置される構成に比べて、撮像装置7aの撮像結果を用いた処理を簡単化することができる。なお、本実施形態では、載置部9をワークWの供給および取り出しの双方に用いる構成が例示されるが、当該構成に限定されず、例えば、載置部9は、ワークの供給のみに用いてもよい。この場合、例えば、載置部9とは別にワークWを載置可能な台またはコンベアー等が設けられる。
また、立体物印刷装置1は、前述のように、給材ステップS10と第1印刷ステップS40または第2印刷ステップS70との間に、情報取得ステップS20を実行する。情報取得ステップS20は、撮像装置7aの撮像結果に基づいて、基台2に対するワークWの相対的な位置に関する情報を取得する。このため、情報取得ステップS20で取得した情報に基づいて、給材ステップS10の後のワークWの位置を検出し、その検出位置に基づいて、調整ステップS30や、第1印刷ステップS40または第2印刷ステップS70を実行することができる。
ここで、情報取得ステップS20では、前述のように、ヘッド5aが撮像範囲RIの外側に位置する。このため、情報取得ステップS20では、基台2に対するワークWの相対的な位置に関する情報を取得するのにヘッド5aの存在を考慮する必要がない。この結果、撮像装置7aの撮像範囲RIの内側にヘッド5aが位置する構成に比べて、情報取得ステップS20での処理を簡単化したり、情報取得ステップS20で取得される情報の精度を高めたりすることができる。
また、立体物印刷装置1は、前述のように、ノズルNを被覆するメンテナンスユニット8をさらに有する。メンテナンスユニット8は、撮像範囲RIの外側に位置する。このため、メンテナンスユニット8が撮像装置7aにより撮像されないので、撮像装置7aの撮像結果を用いた処理を簡単化することができる。また、情報取得ステップS20では、ノズルNがメンテナンスユニット8で被覆される。このため、撮像装置7aの撮像のための照明によるノズルN付近のインクの硬化または固化を防止することができる。
ここで、メンテナンスユニット8は、前述のように、第1ロボット3の動作範囲RR1の内側に位置し、かつ、第2ロボット4の動作範囲RR2の外側に位置する。このため、メンテナンスユニット8が第2ロボット4の動作の障害になることを防止することができる。また、硬化ステップS81の実行時の硬化ユニット10からのエネルギーによりノズルN付近のインクが硬化または固化することを防止しやすいという利点もある。
また、立体物印刷装置1は、前述のように、情報取得ステップS20と第1印刷ステップS40または第2印刷ステップS70との間に、調整ステップS30をさらに実行する。調整ステップS30では、撮像範囲RIの内側に位置するワークWの位置を調整する。ここで、調整ステップS30では、情報取得ステップS20で取得した情報に基づいて、第2ロボット4の動作を制御する。このため、第2ロボット4によるワークWの支持位置が所望の位置からずれても、当該ずれを補正することができる。なお、前述の移動ステップS60が調整ステップS30と同様の処理を含んでもよい。
さらに、立体物印刷装置1は、前述のように、撮像範囲RIの内側を照らす照明部7bをさらに有する。ここで、情報取得ステップS20では、照明部7bが点灯する。このため、情報取得ステップS20では、照明部7bの照明によりワークWのコントラストが高められるので、情報取得ステップS20で得られる情報の精度を高めることができる。これに対し、第1印刷ステップS40または第2印刷ステップS70では、照明部7bが消灯する。このため、第1印刷ステップS40または第2印刷ステップS70では、照明部7bの照明によるノズルN付近のインクの硬化または固化を防止することができる。
ここで、メンテナンスユニット8は、前述のように、照明部7bの照明範囲RLの外側に位置する。このため、照明部7bの照明によるノズルN付近のインクの硬化または固化を防止することができる。
また、前述のように、ヘッド5aは、ノズルNが設けられるノズル面Fを有する。ノズル面Fは、照明部7bの点灯時に、照明部7bの照明範囲RLの外側に位置するか、または、照明部7bからの光の陰となる方向を向く。このため、照明部7bの照明によるノズルN付近のインクの硬化または固化を防止することができる。
ここで、前述のように、情報取得ステップS20では、撮像範囲RIの内側に位置する第1ロボット3の少なくとも一部の色がワークWの色とは異なることが好ましい。この場合、情報取得ステップS20では、照明部7bの照明によりワークWのコントラストが高められるので、情報取得ステップS20で得られる情報の精度を高めることができる。
同様に、情報取得ステップS20では、撮像範囲RIの内側に位置する第2ロボット4の少なくとも一部の色がワークWの色とは異なることが好ましい。この場合、情報取得ステップS20では、照明部7bの照明によりワークWのコントラストが高められるので、情報取得ステップS20で得られる情報の精度を高めることができる。
また、前述のように、第1ロボット3は、基台2に固定される「第1基部」の一例である基部310を有する。同様に、第2ロボット4は、基台2に固定される「第2基部」の一例である基部410を有する。ここで、基台2の平面視で、基部310と基部410とを結ぶ仮想線分LVは、撮像範囲RIを通過する。このため、基台2の平面視で仮想線分LVが撮像範囲RIを通過しない場合に比べて、撮像範囲RIでのワークWおよびヘッド5aのそれぞれの位置および姿勢の自由度を高めることができる。
前述のように、第1ロボット3の基部310と第2ロボット4の基部410との基台2に対する当該取り付け方向は本実施形態の例に限定されず、適宜変更することができる。例えば、第1ロボット3と第2ロボット4との両方または一方をX方向やY方向に沿って設けた天井や梁などから天吊りするように固定したり、第1ロボット3と第2ロボット4との両方または一方をZ方向に沿って設けた壁面などに固定したりしてもよい。
ここで、「基台2の平面視」について説明する。本実施形態のように、第1ロボット3の基部310と第2ロボット4の基部410とが基台2に対して同じ取り付け方向で固定されている場合においては、「基台2の平面視」とは、当該取り付け方向に沿う方向にみた状態をいう。例えば、本実施形態においては、当該取り付け方向はZ方向であり、「基台2の平面視」とは、Z方向にみた状態である。一方で、本実施形態とは異なり、第1ロボット3の基部310と第2ロボット4の基部410とが基台2に対して互いに異なる取り付け方向で固定されている場合においては、「基台2の平面視」とは、第1ロボット3および第2ロボット4のうち、任意に選択される一方のロボットの当該取り付け方向に沿う方向でみた状態をいう。
また、前述のように、ヘッド5aから吐出されるインクが光硬化性を有する場合、硬化ユニット10等を用いてワークW上のインクを硬化させることにより所望の位置に留めることができる。この結果、立体的なワークWに高精度に印刷を行うことができる。
立体物印刷装置1は、前述のように、第1印刷ステップS40を実行する。第1印刷ステップS40は、第1ロボット3がヘッド5aをワークWの第1領域RP1に沿って走査させつつ、ヘッド5aが第1領域RP1に対してインクを吐出する。このため、ワークWの第1領域RP1に印刷を行うことができる。ここで、第1印刷ステップS40では、第2ロボット4がワークWの位置および姿勢を第1状態に固定する。このため、第1印刷ステップS40でのワークWの振動が防止される。この結果、第1印刷ステップS40で第2ロボット4を動作させる構成に比べて、画質を向上させることができる。
また、立体物印刷装置1は、前述のように、硬化ユニット10をさらに有する。硬化ユニット10は、基台2に固定され、ヘッド5aからのインクを硬化または固化させるエネルギーを出射する。立体物印刷装置1は、第1印刷ステップS40の実行後、第1硬化ステップS81aを実行する。第1硬化ステップS81aでは、第2ロボット4が硬化ユニット10およびワークWの相対的な位置および姿勢を変化させつつ、硬化ユニット10が第1領域RP1上のインクにエネルギーを照射する。このため、第1硬化ステップS81aでは、第1印刷ステップS40でワークWに吐出されたインクを硬化ユニット10からのエネルギーにより硬化または固化することができる。
ここで、第1硬化ステップS81aでは、第2ロボット4が硬化ユニット10およびワークWの相対的な位置および姿勢を変化させるので、硬化ユニット10が基台2に固定されていても、硬化ユニット10からのエネルギーをワークW上のインクに好適に照射することができる。なお、第1硬化ステップS81aでは、ワークWが振動したとしても、印刷時のような問題はない。また、第1硬化ステップS81aにおけるワークWの位置および姿勢の制御精度は、第1印刷ステップS40におけるヘッド5aの位置および姿勢の制御精度に比べて低くて済む。
立体物印刷装置1は、前述のように、第1硬化ステップS81aの実行中に、メンテナンスステップS82を実行することが好ましい。メンテナンスステップS82では、メンテナンスユニット8によるヘッド5aのメンテナンスを行う。このように、硬化ステップS81の実行期間とメンテナンスステップS82の実行期間との少なくとも一部が互いに重なることにより、第1硬化ステップS81aの実行中にメンテナンスステップS82を実行しない場合に比べて、これらのステップに要する時間を短縮することができる。
ここで、第1硬化ステップS81aが第1ロボット3を用いずに第2ロボット4を用いて行うのに対し、メンテナンスステップS82が第2ロボット4を用いずに第1ロボット3を用いて行う。このため、第1硬化ステップS81aの実行中にメンテナンスステップS82を実行することができる。また、メンテナンスステップS82の実行時には、ヘッド5aがメンテナンスユニット8により覆われるので、第1硬化ステップS81aでの硬化ユニット10からのエネルギーによりノズルN付近のインクが硬化または固化することを防止することもできる。
また、立体物印刷装置1は、前述のように、第1印刷ステップS40の実行後、移動ステップS60を実行する。移動ステップS60では、第2ロボット4がワークWの位置および姿勢を前述の第1状態から第1状態とは異なる第2状態に変化させる。このため、移動ステップS60の実行後に、ワークWの第1印刷ステップS40の印刷領域とは異なる領域に対して、第1印刷ステップS40と同じ第1ロボット3の動作で印刷を行うことができる。なお、移動ステップS60では、必要に応じて、前述の調整ステップS30と同様のワークWの位置調整が行われる。
ここで、立体物印刷装置1は、前述のように、移動ステップS60の実行後、第2印刷ステップS70を実行する。第2印刷ステップS70では、第1ロボット3がヘッド5aをワークWの第1領域RP1とは異なる第2領域RP2に沿って走査させつつ、ヘッド5aが第2領域RP2に対してインクを吐出する。このため、ワークWの第2領域に印刷を行うことができる。ここで、第2印刷ステップS70では、第2ロボット4がワークWの位置および姿勢を前述の第2状態に固定する。このため、第2印刷ステップS70でのワークWの振動が防止される。この結果、第2印刷ステップS70で第2ロボット4を動作させる構成に比べて、画質を向上させることができる。
本実施形態では、前述のように、第1印刷ステップS40における第1ロボット3の動作と第2印刷ステップS70における第1ロボット3の動作とが互いに同一である。このため、これらのステップでの第1ロボット3の動作が互いに異なる場合に比べて、これらのステップでのヘッド5aの移動経路の差を低減することができる。これは、第1ロボット3が同じ動作を繰り返すことにより、ヘッド5aの移動経路の再現性が高まるからである。このように、これらのステップでのヘッド5aの移動経路の差を低減することにより、第1印刷ステップS40および第2印刷ステップS70による画質を高めることができる。
ここで、互いに平行な3つの回動軸の関節の動作により第1ロボット3を動作させることにより、ヘッド5aの移動経路の蛇行を低減することもできる。
また、立体物印刷装置1は、前述のように、第2印刷ステップの実行後、第2硬化ステップS81bを実行する。第2硬化ステップS81bでは、第2ロボット4が硬化ユニット10およびワークWの相対的な位置および姿勢を変化させつつ、硬化ユニット10が第2領域RP2上のインクにエネルギーを照射する。このため、第2硬化ステップS81bでは、第2印刷ステップS70でワークWに吐出されたインクを硬化ユニット10からのエネルギーにより硬化または固化することができる。
ここで、第2硬化ステップS81bでは、第2ロボット4が硬化ユニット10およびワークWの相対的な位置および姿勢を変化させるので、硬化ユニット10が基台2に固定されていても、硬化ユニット10からのエネルギーをワークW上のインクに好適に照射することができる。なお、第2硬化ステップS81bでは、ワークWが振動したとしても、印刷時のような問題はない。また、第2硬化ステップS81bにおけるワークWの位置および姿勢の制御精度は、第2印刷ステップS70におけるヘッド5aの位置および姿勢の制御精度に比べて低くて済む。
立体物印刷装置1は、前述のように、第2硬化ステップS81bの実行中に、メンテナンスステップS82を実行することが好ましい。メンテナンスステップS82では、メンテナンスユニット8によるヘッド5aのメンテナンスを行う。このように、硬化ステップS81の実行期間とメンテナンスステップS82の実行期間との少なくとも一部が互いに重なることにより、第2硬化ステップS81bの実行中にメンテナンスステップS82を実行しない場合に比べて、これらのステップに要する時間を短縮することができる。
ここで、第2硬化ステップS81bが第1ロボット3を用いずに第2ロボット4を用いて行うのに対し、メンテナンスステップS82が第2ロボット4を用いずに第1ロボット3を用いて行う。このため、第2硬化ステップS81bの実行中にメンテナンスステップS82を実行することができる。また、メンテナンスステップS82の実行時には、ヘッド5aがメンテナンスユニット8により覆われるので、第2硬化ステップS81bでの硬化ユニット10からのエネルギーによりノズルN付近のインクが硬化または固化することを防止することもできる。
立体物印刷装置1は、前述のように、第1印刷ステップS40、第2印刷ステップS70、第1硬化ステップS81aおよび第2硬化ステップS81bをこの順で実行することが好ましい。この場合、第1印刷ステップS40および第2印刷ステップS70を連続的に行うことができる。このため、第1印刷ステップS40および第2印刷ステップS70でのヘッド5aの移動経路の差を低減しやすいという利点がある。また、第1硬化ステップS81aおよび第2硬化ステップS81bをこの順で実行することにより、逆順で実行する場合に比べて、各印刷ステップでインクが吐出されてから、各硬化ステップでエネルギーが照射されるまでの時間の差を小さくすることができる。これによれば、異なる印刷ステップで形成された画像の間における画質の差を低減できる。なお、第1硬化ステップS81aおよび第2硬化ステップS81bが実質的に同時であってもよい。
また、立体物印刷装置1は、前述のように、第1印刷ステップS40と移動ステップS60との間に退避ステップS50を実行する。退避ステップS50では、第1ロボット3がヘッド5aとワークWとの間の距離を第1印刷ステップS40の実行時に比べて大きくする。このため、退避ステップS50の実行後に第2ロボット4を第1ロボット3に干渉させずに動作させやすいという利点がある。また、退避ステップS50の実行後に、第1印刷ステップS40の実行時よりも退避した位置でヘッド5aのメンテナンス等を行うこともできる。
また、立体物印刷装置1では、基台2の平面視で、仮想線分LVは、硬化ユニット10とメンテナンスユニット8との間を通過する。つまり、仮想線分LVによって区分される2つの領域のうち、一方の領域に硬化ユニット10が配置され、他方の領域にメンテナンスユニット8が配置される。このため、硬化ユニット10およびメンテナンスユニット8による処理を同時に行う場合に、第1ロボット3および第2ロボット4の干渉を防止することができる。具体的に説明すると、第1ロボット3および第2ロボット4は、第1印刷ステップS40または第2印刷ステップS70から硬化ステップS81に移行する場合、ヘッド5aおよびワークWを互いに離れる方向に移動させる。このため、第1印刷ステップS40または第2印刷ステップS70の実行後に、第1ロボット3および第2ロボット4の干渉を防止することができる。なお、本実施形態では、前述のように、硬化ステップS81が第1硬化ステップS81aおよび第2硬化ステップS81bを含む。
ここで、前述のように、基台2の平面視で、印刷ステップである第1印刷ステップS40または第2印刷ステップS70の実行時におけるワークWの位置は、硬化ステップS81の実行時よりも仮想線分LVに近いことが好ましい。ワークWの位置が仮想線分LVに近いほど、第1印刷ステップS40または第2印刷ステップS70の実行時における第1ロボット3および第2ロボット4の動作の自由度が高い。このため、第1印刷ステップS40または第2印刷ステップS70の実行時におけるワークWの位置を硬化ステップS81の実行時よりも仮想線分LVに近くすることにより、第1印刷ステップS40または第2印刷ステップS70におけるワークWおよびヘッド5aの姿勢の自由度を高めることができる。
同様の観点から、前述のように、基台2の平面視で、第1印刷ステップS40または第2印刷ステップS70の実行時におけるワークWの位置は、メンテナンスステップS82の実行時におけるワークWの位置よりも仮想線分LVに近いことが好ましい。この場合も、第1印刷ステップS40または第2印刷ステップS70におけるワークWおよびヘッド5aの姿勢の自由度を高めることができる。
また、立体物印刷装置1では、前述のように、ワーク移動距離DWは、ヘッド移動距離DHよりも短い。なお、ワーク移動距離DWは、基台2の平面視で、第1印刷ステップS40または第2印刷ステップS70の実行時におけるワークWと硬化ステップS81の実行時におけるワークWとの間の距離である。ヘッド移動距離DHは、基台2の平面視で、第1印刷ステップS40または第2印刷ステップS70の実行時におけるヘッド5aとメンテナンスステップS82の実行時におけるヘッド5aとの間の距離である。
このようにワーク移動距離DWをヘッド移動距離DHよりも短くすることにより、ワークWの移動速度を速めなくても、第1印刷ステップS40または第2印刷ステップS70から硬化ステップS81への移行を迅速に行うことができる。この結果、画質および生産性の両立を図ることができる。また、ワークWの移動速度を速めなくて済むので、ワークWがハンド機構40により第2ロボット4に支持されていても、第2ロボット4からのワークWの離脱または位置ずれ等を防止することができる。なお、ヘッド5aは、第1ロボット3にネジ止め等により固定されるので、ヘッド5aの移動速度を速めても、問題ない。このため、ヘッド移動距離DHが長くても、ヘッド5aの移動速度を速めることにより、第1印刷ステップS40または第2印刷ステップS70からメンテナンスステップS82への移行を迅速に行うことができる。
また、前述のように、基台2の平面視で、載置部9およびメンテナンスユニット8は、仮想線分LVに対して同じ側に位置する。すなわち、基台2の平面視で仮想線分LVにより区分される2つの領域のうちの一方の領域に載置部9およびメンテナンスユニット8が配置される。このため、基台2の平面視で載置部9およびメンテナンスユニット8が仮想線分LVに対して互いに反対側に位置する構成に比べて、装置全体を小型化しやすい。
また、立体物印刷装置1は、前述のように、ハンド機構40が載置部9からワークWの供給を受ける保持ステップS11を実行する。ここで、基台2の平面視で、第1印刷ステップS40または第2印刷ステップS70の実行時におけるワークWの位置は、保持ステップS11の実行時におけるワークWの位置よりも仮想線分LVに近い。ワークWの位置が仮想線分LVに近いほど、第1印刷ステップS40または第2印刷ステップS70の実行時における第1ロボット3および第2ロボット4の動作の自由度が高い。このため、第1印刷ステップS40または第2印刷ステップS70の実行時におけるワークWの位置を保持ステップS11の実行時よりも仮想線分LVに近くすることにより、第1印刷ステップS40または第2印刷ステップS70におけるワークWおよびヘッド5aの姿勢の自由度を高めることができる。なお、前述のように、保持ステップS11は、給材ステップS10に含まれる。
さらに、立体物印刷装置1では、前述のように、基台2の平面視で、硬化ユニット10およびメンテナンスユニット8のそれぞれは、第1ロボット3の基部310を通り仮想線分LVに直交する第1直線LS1と、第2ロボット4の基部410を通り仮想線分LVに直交する第2直線LS2と、の間に位置する。このため、立体物印刷装置1全体の小型化を図ることができる。
2.第2実施形態
以下、本発明の第2実施形態について説明する。以下に例示する形態において作用や機能が第1実施形態と同様である要素については、第1実施形態の説明で使用した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。
以下、本発明の第2実施形態について説明する。以下に例示する形態において作用や機能が第1実施形態と同様である要素については、第1実施形態の説明で使用した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。
図14は、第2実施形態に係る立体物印刷装置1の動作の流れを示すフローチャートである。本実施形態は、第1硬化ステップS81a、第2硬化ステップS81bおよびメンテナンスステップS82の実行順が異なる以外は、前述の第1実施形態と同様である。
本実施形態では、第1印刷ステップS40と退避ステップS50との間に、第1硬化ステップS81aおよびメンテナンスステップS82を含む後処理ステップS80Aが実行される。また、第2印刷ステップS70と除材ステップS90との間に、第2硬化ステップS81bおよびメンテナンスステップS82を含む後処理ステップS80Bが実行される。なお、退避ステップS50の一部が後処理ステップS80Aを兼ねてもよいし、退避ステップS50が省略されてもよい。
以上の第2実施形態によっても、前述の第1実施形態と同様、ワークWが様々な立体的な形状であっても、ワークWに好適に印刷することができる。本実施形態では、立体物印刷装置1は、第1印刷ステップS40、第1硬化ステップS81a、第2印刷ステップS70および第2硬化ステップS81bをこの順で実行する。このため、第1印刷ステップS40および第1硬化ステップS81aを連続的に行うことができる。この結果、第1印刷ステップS40でワークWに吐出したインクを第1硬化ステップS81aで直ちに硬化できるため、ワークW上でインクが流動することによる画像の滲みを低減することができる。同様に、第2印刷ステップS70および第2硬化ステップS81bを連続的に行うことができる。この結果、第2印刷ステップS70でワークWに吐出したインクを第2硬化ステップS81bで直ちに硬化できるため、ワークW上でインクが流動することによる画像の滲みを低減することができる。
3.変形例
以上の例示における各形態は多様に変形され得る。前述の各形態に適用され得る具体的な変形の態様を以下に例示する。なお、以下の例示から任意に選択される2以上の態様は、互いに矛盾しない範囲で適宜に併合され得る。
以上の例示における各形態は多様に変形され得る。前述の各形態に適用され得る具体的な変形の態様を以下に例示する。なお、以下の例示から任意に選択される2以上の態様は、互いに矛盾しない範囲で適宜に併合され得る。
3-1.変形例1
図15は、変形例1に係る立体物印刷装置1の動作の流れを示すフローチャートである。変形例1は、調整ステップS30を省略するとともに、第1印刷ステップS40および第2印刷ステップS70に代えて、第1印刷ステップS40Aおよび第2印刷ステップS70Aを実行する以外は、前述の第1実施形態と同様である。
図15は、変形例1に係る立体物印刷装置1の動作の流れを示すフローチャートである。変形例1は、調整ステップS30を省略するとともに、第1印刷ステップS40および第2印刷ステップS70に代えて、第1印刷ステップS40Aおよび第2印刷ステップS70Aを実行する以外は、前述の第1実施形態と同様である。
第1印刷ステップS40および第2印刷ステップS70のそれぞれでは、情報取得ステップS20で取得した情報に基づいて、第1ロボット3がヘッド5aを移動させる経路を調整する。このため、第2ロボット4によるワークWの支持位置が所望の位置からずれても、ヘッド5aおよびワークWの相対的な位置および姿勢の関係に生じる誤差を当該調整により低減することができる。以上の変形例1によっても、前述の第1実施形態と同様、ワークWが様々な立体的な形状であっても、ワークWに好適に印刷することができる。
3-2.変形例2
図16は、変形例2に係る立体物印刷装置1Aの平面図である。立体物印刷装置1Aは、撮像ユニット7の数が3個である以外は、前述の第1実施形態の立体物印刷装置1と同様である。具体的には、立体物印刷装置1Aは、第1実施形態と同様にY1方向に向けて撮像する撮像ユニット7のほか、Z1方向に向けて撮像する撮像ユニット7と、X1方向に向けて撮像する撮像ユニット7と、を有する。
図16は、変形例2に係る立体物印刷装置1Aの平面図である。立体物印刷装置1Aは、撮像ユニット7の数が3個である以外は、前述の第1実施形態の立体物印刷装置1と同様である。具体的には、立体物印刷装置1Aは、第1実施形態と同様にY1方向に向けて撮像する撮像ユニット7のほか、Z1方向に向けて撮像する撮像ユニット7と、X1方向に向けて撮像する撮像ユニット7と、を有する。
以上の変形例2によっても、前述の第1実施形態と同様、ワークWが様々な立体的な形状であっても、ワークWに好適に印刷することができる。変形例2では、第1実施形態に比べて、撮像ユニット7の数が多いので、撮像ユニット7の撮像結果によるワークWの位置および姿勢の検出精度を高めやすいという利点がある。ここで、印刷時のワークWは、これらの撮像ユニット7の撮像装置7aの撮像範囲が重なる領域の内側に位置することが好ましい。
3-3.変形例3
前述の形態では、移動機構として6軸の垂直多軸ロボットを用いる構成が例示されるが、当該構成に限定されない。移動機構は、ワークに対して液体吐出ヘッドの相対的な位置および姿勢を3次元的に変化させることが可能であればよい。したがって、移動機構は、例えば、6軸以外の垂直多軸ロボットでもよいし、水平多軸ロボットでもよい。また、ロボットアームは、回動機構で構成される関節部に加えて、伸縮機構等を有してもよい。ただし、印刷動作での印刷品質と非印刷動作での移動機構の動作の自由度とのバランスの観点から、移動機構は、6軸以上の多軸ロボットであることが好ましい。また、双腕ロボットを用いてもよく、この場合、一方の腕を第1ロボットとし、他方の腕を第2ロボットとして用いることができる。
前述の形態では、移動機構として6軸の垂直多軸ロボットを用いる構成が例示されるが、当該構成に限定されない。移動機構は、ワークに対して液体吐出ヘッドの相対的な位置および姿勢を3次元的に変化させることが可能であればよい。したがって、移動機構は、例えば、6軸以外の垂直多軸ロボットでもよいし、水平多軸ロボットでもよい。また、ロボットアームは、回動機構で構成される関節部に加えて、伸縮機構等を有してもよい。ただし、印刷動作での印刷品質と非印刷動作での移動機構の動作の自由度とのバランスの観点から、移動機構は、6軸以上の多軸ロボットであることが好ましい。また、双腕ロボットを用いてもよく、この場合、一方の腕を第1ロボットとし、他方の腕を第2ロボットとして用いることができる。
3-4.変形例4
前述の形態では、第1ロボットに対するヘッドの固定方法としてネジ止め等を用いる構成が例示されるが、当該構成に限定されない。例えば、第1ロボットのエンドエフェクターとして装着されるハンド等の把持機構によりヘッドを把持することにより、第1ロボットに対してヘッドを固定してもよい。
前述の形態では、第1ロボットに対するヘッドの固定方法としてネジ止め等を用いる構成が例示されるが、当該構成に限定されない。例えば、第1ロボットのエンドエフェクターとして装着されるハンド等の把持機構によりヘッドを把持することにより、第1ロボットに対してヘッドを固定してもよい。
3-5.変形例5
前述の形態では、1種類のインクを用いて印刷を行う構成が例示されるが、当該構成に限定されず、2種以上のインクを用いて印刷を行う構成にも本発明を適用することができる。
前述の形態では、1種類のインクを用いて印刷を行う構成が例示されるが、当該構成に限定されず、2種以上のインクを用いて印刷を行う構成にも本発明を適用することができる。
3-6.変形例6
本発明の立体物印刷装置の用途は印刷に限定されない。例えば、色材の溶液を吐出する立体物印刷装置は、液晶表示装置のカラーフィルターを形成する製造装置として利用される。また、導電材料の溶液を吐出する立体物印刷装置は、配線基板の配線や電極を形成する製造装置として利用される。また、立体物印刷装置は、接着剤等の液体をワークに塗布するジェットディスペンサーとしても利用できる。
本発明の立体物印刷装置の用途は印刷に限定されない。例えば、色材の溶液を吐出する立体物印刷装置は、液晶表示装置のカラーフィルターを形成する製造装置として利用される。また、導電材料の溶液を吐出する立体物印刷装置は、配線基板の配線や電極を形成する製造装置として利用される。また、立体物印刷装置は、接着剤等の液体をワークに塗布するジェットディスペンサーとしても利用できる。
1…立体物印刷装置、1A…立体物印刷装置、2…基台、2a…面、2b…排気口、3…第1ロボット、3a…アーム駆動機構、4…第2ロボット、4a…アーム駆動機構、5…液体吐出ユニット、5a…ヘッド、5b…圧力調整弁、5c…仮硬化用光源、5d…スイッチ回路、5e…支持体、6…インク供給ユニット、6a…インクタンク、6b…供給管、6c…サブタンク、6d…供給管、7…撮像ユニット、7a…撮像装置、7b…照明部、8…メンテナンスユニット、8a…ユニット、8b…ユニット、9…載置部、9a…面、10…硬化ユニット、10a…遮光部材、10b…光源、11…コントローラー、11a…記憶回路、11b…処理回路、12…制御モジュール、12a…タイミング信号生成回路、12b…電源回路、12c…制御回路、12d…駆動信号生成回路、13…コンピューター、20…ケース、40…ハンド機構、310…基部、320…アーム、321…アーム、322…アーム、323…アーム、324…アーム、325…アーム、326…アーム、330_1…関節部、330_2…関節部、330_3…関節部、330_4…関節部、330_5…関節部、330_6…関節部、410…基部、420…アーム、CLK…クロック信号、CNG…チェンジ信号、Com…駆動信号、D1…出力、D2…出力、D3…信号、DH…ヘッド移動距離、DW…ワーク移動距離、Da…経路情報、Db…経路情報、F…ノズル面、LAT…ラッチ信号、LS1…第1直線、LS2…第2直線、LV…仮想線分、La…第1ノズル列、Lb…第2ノズル列、N…ノズル、O1…回動軸、O2…回動軸、O3…回動軸、O4…回動軸、O5…回動軸、O6…回動軸、PD…駆動パルス、PTS…タイミング信号、RI…撮像範囲、RL…照明範囲、RP1…第1領域、RP2…第2領域、RR1…動作範囲、RR2…動作範囲、S10…給材ステップ、S11…保持ステップ、S20…情報取得ステップ、S30…調整ステップ、S40…第1印刷ステップ、S40A…第1印刷ステップ、S50…退避ステップ、S60…移動ステップ、S70…第2印刷ステップ、S70A…第2印刷ステップ、S80…後処理ステップ、S80A…後処理ステップ、S80B…後処理ステップ、S81…硬化ステップ、S81a…第1硬化ステップ、S81b…第2硬化ステップ、S82…メンテナンスステップ、S90…除材ステップ、SI…制御信号、Sk1…制御信号、Sk2…制御信号、VBS…オフセット電位、VHV…電源電位、W…ワーク、dCom…波形指定信号。
Claims (16)
- 立体的なワークに対して印刷を行う立体物印刷装置であって、
基台に固定され、撮像範囲の内側に位置する物体を撮像する撮像装置と、
液体を吐出するノズルを有するヘッドを支持し、前記ヘッドの位置および姿勢を変化させる第1ロボットと、
前記ワークを支持し、前記ワークの位置および姿勢を変化させる第2ロボットと、を有し、
前記第2ロボットが前記ワークを前記撮像範囲の外側から内側に移動させる給材ステップと、
前記第1ロボットおよび前記第2ロボットのうちの少なくとも一方が前記ヘッドおよび前記ワークを前記撮像範囲の内側で相対的に移動させつつ、前記ヘッドが前記ワークに対して液体を吐出する印刷ステップと、を実行する、
ことを特徴とする立体物印刷装置。 - 前記第2ロボットは、前記ワークを着脱可能に保持するハンド機構を有する、
ことを特徴とする請求項1に記載の立体物印刷装置。 - 前記撮像範囲の外側に配置され、前記ワークを載置可能な載置部をさらに有し、
前記ハンド機構は、前記載置部から前記ワークの供給を受ける、
ことを特徴とする請求項2に記載の立体物印刷装置。 - 前記給材ステップと前記印刷ステップとの間に情報取得ステップを実行し、
前記情報取得ステップは、前記撮像装置の撮像結果に基づいて、前記基台に対する前記ワークの相対的な位置に関する情報を取得する、
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の立体物印刷装置。 - 前記情報取得ステップでは、前記ヘッドが前記撮像範囲の外側に位置する、
ことを特徴とする請求項4に記載の立体物印刷装置。 - 前記ノズルを被覆するメンテナンスユニットをさらに有し、
前記メンテナンスユニットは、前記撮像範囲の外側に位置し、
前記情報取得ステップでは、前記ノズルが前記メンテナンスユニットで被覆される、
ことを特徴とする請求項4または5に記載の立体物印刷装置。 - 前記メンテナンスユニットは、前記第1ロボットの動作範囲の内側に位置し、かつ、前記第2ロボットの動作範囲の外側に位置する、
ことを特徴とする請求項6に記載の立体物印刷装置。 - 前記印刷ステップでは、前記情報取得ステップで取得した情報に基づいて、前記第1ロボットが前記ヘッドを移動させる経路を調整する、
ことを特徴とする請求項4から7のいずれか1項に記載の立体物印刷装置。 - 前記情報取得ステップと前記印刷ステップとの間に、前記撮像範囲の内側に位置する前記ワークの位置を調整する調整ステップをさらに実行し、
前記調整ステップでは、前記情報取得ステップで取得した情報に基づいて、前記第2ロボットの動作を制御する、
ことを特徴とする請求項4から7のいずれか1項に記載の立体物印刷装置。 - 前記撮像範囲の内側を照らす照明部をさらに有し、
前記情報取得ステップでは、前記照明部が点灯し、
前記印刷ステップでは、前記照明部が消灯する、
ことを特徴とする請求項4から9のいずれか1項に記載の立体物印刷装置。 - 前記ノズルを被覆するメンテナンスユニットをさらに有し、
前記メンテナンスユニットは、前記照明部の照明範囲の外側に位置する、
ことを特徴とする請求項10に記載の立体物印刷装置。 - 前記ヘッドは、前記ノズルが設けられるノズル面を有し、
前記ノズル面は、前記照明部の点灯時に、前記照明部の照明範囲の外側に位置するか、または、前記照明部からの光の陰となる方向を向く、
ことを特徴とする請求項10または11に記載の立体物印刷装置。 - 前記情報取得ステップでは、前記撮像範囲の内側に位置する前記第1ロボットの少なくとも一部の色が前記ワークの色とは異なる、
ことを特徴とする請求項4から12のいずれか1項に記載の立体物印刷装置。 - 前記情報取得ステップでは、前記撮像範囲の内側に位置する前記第2ロボットの少なくとも一部の色が前記ワークの色とは異なる、
ことを特徴とする請求項4から13のいずれか1項に記載の立体物印刷装置。 - 前記第1ロボットは、前記基台に固定される第1基部を有し、
前記第2ロボットは、前記基台に固定される第2基部を有し、
前記基台の平面視で、前記第1基部と前記第2基部とを結ぶ仮想線分は、前記撮像範囲を通過する、
ことを特徴とする請求項1から14のいずれか1項に記載の立体物印刷装置。 - 前記ヘッドから吐出される液体は、光硬化性を有する、
ことを特徴とする請求項1から15のいずれか1項に記載の立体物印刷装置。
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