JP4216355B2 - 彫刻された領域の体積の計測システムと方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【関連出願の参照】
この出願は、現在では許可されている米国特許第５４２４８４５号である１９９２年２月２５日に出願された一部継続出願第０２２１２７号であり、現在では許可されている米国特許第５４３８４２２号である１９９３年３月２６日に出願された一部継続出願第０３８６７９号であって、１９９５年４月３日に出願された継続中の特許出願第０８／４１５６３８号の一部継続出願、および、現在では許可されている米国特許第５４９２０５７号である１９９４年５月１２日に出願された一部継続出願第０８／２４２０１２号であり、これらの全てが参照によってこの明細書に組み入れられかつその一部をなしている。
【０００２】
【発明の属する技術分野】
この発明は、彫刻に関し、さらに詳細には、彫刻された領域の画像を用いて彫刻された領域の体積計測値を決定するためのシステムおよび方法に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
従来、彫刻機は、複数のセルを彫刻するために彫刻機内の針を振動させる彫刻信号に応じて、シリンダのようなワークの表面を彫刻していた。
ワークを彫刻する前に、ワークに「試験カット」と呼ばれる選択された濃淡段階(tone steps)を彫刻することにより、彫刻機に配置された彫刻ヘッドの較正を行うことはまれではない。残念ながら、切断された領域の計測は、彫刻された領域の実際の体積ではなくて、むしろ、彫刻された領域に対する理論的な面積または幅のみに頼っていいたために正確なものではないので、彫刻ヘッドの較正手続は、時折、失敗し、不正確な較正に終わっていた。例えば、ワウチ(Wouch) 他に付与された米国特許５２９３４２６号は、試験カットにおける各個別のセルの形態学的特徴の計測と、平均セル寸法および単位面積当たりの体積の計算とを開示している。その平均は、所望の平均値と比較され、その比較結果に応じて彫刻ヘッドが調節される。所望の平均値は、新たなインク、紙、インクおよび紙におけるバッチバリエーション、および彫刻ヘッドにおけるダイヤモンドの摩耗を考慮に入れて調節することができる。ワウチの特許明細書に示されたマイクロプロセッサによって計算された体積は、例えば、錐体のための通常の公式を用いた理論的な計算値である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の計測システムにおける問題点は、それらが幅を用いて体積を近似するために体積の不正確かつ不一致の近似値を与えていたことである。例えば、新たな針を用いて彫刻領域を彫刻するための彫刻駆動信号による彫刻ヘッドの作動は、１つの体積に帰結する。しかし、同一の彫刻駆動信号によっても、摩耗した針を用いた場合の彫刻ヘッドの作動を想定するならば、別の、より小さい体積に帰結する。残念ながら、従来技術のシステムは、体積計測値を、典型的には、体積ではなくむしろ彫刻された領域の幅として決定し、それによって、不正確な計測値に帰結していた。このことは、また、これらの不正確な計測値が彫刻機を較正するために用いられたときに彫刻機の不正確な較正にも帰結していた。
【０００５】
また、例えば、彫刻された領域の複数の断面画像を生成し、その後、続いて各画像と関連した面積を計算することにより、彫刻された領域の実際の計測値を生成することについての試みもなされている。各画像に関連する面積は、全面積の計測値を付与するために、その後、合計される。この技術の欠点は、複数の画像およびこの方式において体積を計測するために必要な複数のスライスを生成するために、レーザマイクロスコープやその他のこれに類するようなかなりの技術が必要とされるということである。
【０００６】
また、従来技術の装置における他の問題点は、針が許容レベルを超えて摩耗した時点を検知するための正確かつ適切な手段を提供していないことである。典型的には、彫刻機の針は、たとえ許容摩耗レベルを超えて摩耗していないとしても、数時間の使用後に交換される。他の極端な場合には、しばしば、針が許容レベルを超えて摩耗した事実にも関わらず、所定期間の満了する前には交換されない。
【０００７】
したがって、簡易ではあるが効果的な、彫刻領域の画像を捕獲しかつそれに対応した実際の体積計測値を生成させるための方法および装置が必要である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
それゆえに、この発明の主な目的は、彫刻された領域の実際の体積計測値を生成するためのシステムおよび方法を提供することである。
この発明の他の目的は、彫刻されたセルまたは一群のセルのような彫刻された領域の画像と関連した複数の体積を決定するための方法および装置を提供することである。
【０００９】
この発明の他の目的は、彫刻された領域の単一の画像を捕獲し、かつ、その後、その単一の画像を用いて彫刻された領域の体積を決定するためのシステムおよび方法を提供することである。
さらに、この発明の他の目的は、彫刻領域を彫刻するために用いられる針の輪郭形状を生成するためのシステムおよび方法を提供することである。
【００１０】
また、この発明の他の目的は、彫刻された領域の実際の体積の計測値を生成するために、彫刻された領域の画像といっしょに、針の輪郭を利用するためのシステムおよび方法を提供することである。
【００１１】
さらに、この発明の他の目的は、彫刻された領域の実際の計測値に応じて、ガンマ補正(gamma correction)を用いて、彫刻駆動信号を調節するためのシステムおよび方法を提供することである。
【００１２】
さらに、この発明の他の目的は、例えば、彫刻駆動信号の調節から生ずる「スカムドット」のような望ましくない効果を消滅させながら、所望の濃度を有するセルを彫刻機に彫刻させるように、彫刻機を較正するためのシステムおよび方法を提供することである。
【００１３】
この発明の他の目的は、針が所望の摩耗レベルを超えて摩耗したときにオペレータに警報を発するためのシステムおよび方法を提供することである。
【００１４】
一側面において、この発明は、彫刻された領域の画像を用いて複数の体積を決定し、彫刻機により彫刻された彫刻領域に対する複数の断面体積スライスに対応した複数の体積を決定するステップと、総体積を与えるために複数の体積を合計するステップと、該総体積を用いて彫刻機を電気的に調節するステップとを具備する彫刻機の調節方法を含んでいる。
【００１５】
他の側面において、この発明は、切削工具を用いて、複数の彫刻領域を彫刻するステップと、複数の彫刻領域を用いて切削工具の形状を決定するステップと、その形状の少なくとも一部を所望の形状と比較するステップと、その形状の少なくとも一部が所望の形状に対して所定量以上変化している場合に切削工具を交換するステップとを具備する彫刻機において使用される切削工具の有効寿命を改善するための方法を含んでいる。
【００１６】
この発明の他の側面においては、この発明は、彫刻された領域の計測値を生成する方法を含み、その方法は、複数の断面スライスよりなる彫刻領域の画像を形成し、それに対応した画素画像を生成するステップと、前記画素画像を用いて彫刻領域の複数の断面スライスの内の少なくとも１つに対して体積計測値を決定するステップと、前記決定ステップを複数の断面スライスの全てに対して繰り返すステップと、体積計測値を与えるために、複数の体積を合計するステップとを具備している。
【００１７】
さらに、他の側面において、この発明は、ワークに彫刻されるべき画像に対応した彫刻領域のパターンを彫刻するための方法を含み、該方法は、複数の試験彫刻領域を彫刻するステップと、少なくとも１つの試験彫刻領域であって、複数の断面スライスを具備するものの画像を形成し、それらに対応した画素画像を生成するステップと、前記画素画像を用いて複数の断面スライスの内の少なくとも１つに対する体積計測値を決定するステップと、当該決定ステップを複数の断面スライスの全てに対して繰り返すステップと、体積計測値を与えるために複数の体積を合計するステップと、ワークを彫刻すべく該ワークと接触するように彫刻ヘッドを移動するステップと、前記画像に対応した彫刻ヘッド駆動信号を発生するステップと、調節された彫刻ヘッド駆動信号を提供するために体積計測値に応じて彫刻ヘッド駆動信号を調節するステップと、調節された彫刻ヘッド駆動信号に応じてワークの上に彫刻領域のパターンを彫刻するために彫刻ヘッドを作動させるステップとを具備している。
【００１８】
さらに、他の側面において、この発明は、彫刻ベッドと、該彫刻ベッド上に配置された彫刻ヘッドと、ワークを彫刻するために該ワークが彫刻ベッド上に配置されたときに、ワークに対して彫刻ヘッドを駆動するために彫刻ヘッドに連結されたドライバと、ワーク上の彫刻ヘッドによって彫刻される、複数の断面スライスよりなる彫刻領域の画像を発生し、それに対応した画素グリッドを生成するために彫刻ベッド上にワークが据え付けられるときにワークと結合される画像形成手段と、前記画素画像を用いて彫刻領域の複数の断面スライスの少なくとも１つに対して体積計測値を決定するために彫刻ヘッドと連結された処理手段とを具備するワークを彫刻するための彫刻システムを含んでいる。
【００１９】
他の側面において、この発明は、彫刻領域の画像を捕獲するためのイメージャ(imager)と、画像の画素グリッドを生成し、画素グリッドを用いた画像についての異なる複数のセグメントに対して複数のセグメント体積を生成し、かつ、複数の異なるセグメントを用いた実際の体積計測値をも生成するために、前記イメージャに連結されたプロセッサとを具備する彫刻機によって彫刻された、彫刻領域の体積を計測するための体積計測システムを含んでいる。
この発明のこれらの目的や他の目的および利点は、以下の説明、添付図面、特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明に係るシステムを示している。
図２は、図１に示された彫刻機上に配置された彫刻ヘッドの詳細を示す断片的な図である。
図３は、図２に示された彫刻ヘッドを他の方向から見た図である。
図４〜図６は、彫刻針をそれから生ずる彫刻動作において制御するためのＡＣ信号およびビデオ信号を時間との関係において示す概略図である。
図７は、変化する濃度を有する複数の彫刻された領域が彫刻されたシリンダの断片的な図である。
図８は、ＣＣＤアレイを重ね合わせて示した彫刻された領域の画像を示している。
図９は、対称的でない彫刻された領域の画像を示す図８と同様の図である。
図１０は、図６に示された画像に関連する「スライス」または列を示す図である。
図１１は、摩耗した針を示す断片的な図である。
図１２は、所望の濃度と実際の濃度との差および関連するガンマ補正曲線を示すグラフである。
図１３は、この発明により利用される体積計測手順を示す概略図である。
図１４は、特に、この発明に係る針の摩耗検知ルーチンを示す図である。
図１５は、「負のオフセット」を組み込んだ補正された作動信号を示すグラフである。
【００２１】
ここで、図１を参照すると、主軸台（図示略）と心押し台（図示略）との間の彫刻ベッド１４に回転可能に据え付けられたシリンダ１２の表面１２ａを彫刻するための彫刻システムを示している。シリンダ１２は、駆動モータ１６によって回転されるように据え付けられ、彫刻ヘッド２０に配置された彫刻針１８（図３および図６参照）によって、彫刻される。彫刻ヘッド２０は、彫刻ベッド１４上に配置された可調節サポート３２（図３参照）上に配置されている。
【００２２】
彫刻動作の間に、針１８は、彫刻軌跡２２を生成するように、一連のセルまたは彫刻領域を生成すべく、印刷シリンダ１２に対して接離する方向に彫刻するよう移動する。送りねじモータ２４は、針１８をシリンダ１２の軸線に平行な方向に移動させるように送りねじ２６を回転させる。送りねじモータ２４が継続的に動作する場合には、軌跡２２は螺旋形状となる。モータ２４の間欠的な作動は、一連の間隔をあけた円形または円筒状の軌跡２２を形成する。
【００２３】
ここで、針１８は、この発明と同一の譲受人に譲渡され、参照によってこの明細書に組み入れられてかつその一部を形成している米国特許出願第０８／４１５６３８号に示されかつ開示されている形式の彫刻ヘッドに据え付けられていることに注目する。図１〜図３に示されているように、彫刻システム１０は、彫刻ヘッド２０を表面１２ａに対して接離させかつシリンダ１２の回転軸に平行な方向へも移動させるための往復台・ヘッド用ドライバ２８を具備している。
【００２４】
図２および図３に最もよく示されているように、彫刻ヘッド２０は、軌跡２２の所望の位置における少なくとも１つの画像を視覚化しかつ捕獲するための画像またはビデオ手段３０を具備している。
【００２５】
図２に示されるように、彫刻ヘッド２０は、上述され、かつ、彫刻ヘッド２０および画像形成手段３０をシリンダ１２に対して接離させることができる、往復台・ヘッド用ドライバ２８によって駆動される往復台３４に連結された可調節サポート３２上に調節可能に据え付けられている。
【００２６】
図２に示されるように、画像形成手段、ビデオ手段、イメージャまたは画像システム３０は、シリンダ１２の表面１２ａ上に自動的に焦点合わせされ得るレンズ３８を有するカメラ３６（図３）を具備している。一般には、針１８を表面１２ａに対して実質的に直交する角度でシリンダ１２に噛み合わせることが好ましいことに一言しておく。図３に注目すると、画像システム３０のカメラ３６のレンズ３８は、シリンダ１２の表面１２ａに彫刻された直後に、彫刻領域又はセルの彫刻軌跡２２（図１および図２）の少なくとも１部の画像形成を容易にするために、針１８の上方に直接的に、かつ、針１８と実質的に一列に、配置されている。
【００２７】
イメージャまたは画像形成手段３０は、カメラ３６を予め設定された傾斜角度θで調節可能に支持するための少なくとも１つの可調節傾斜サポートを具備している（図２）。角度θは、カメラ３６の傾斜角度を表し、シリンダ１２の直径に応じて変更され得る。例えば、可調節サポートは、カメラ３６を調節可能に支持するための可調節ブラケット（図示略）またはカメラシュラウド（図示略）を具備していてもよい。
【００２８】
イメージャ３０は、レンズ３８（図３）をシリンダ１２に対して接離させるように駆動するためのドライバ４０（図２）をも具備している。
【００２９】
前記イメージャ３０は、さらに、複数の光度レベルでシリンダ１２の表面１２ａを照らすことができるストロボまたは発光体４２（図２）を具備している。この発光体４２は、光学的組立体およびプリズム配列４６を通して閃光を照射するためにイメージャ３０と協動するストロボおよび光ファイバ入力４４を具備しており、それによって、カメラ３６のレンズ３８（図３）を通してストロボ４２を光らせることができる。ストロボ４２のためのストロボ信号は、正確な周波数で同期して、セルカウンタ４８（図１）によってビデオプロセッサ７８に提供される。
【００３０】
針１８は、図１に示された針ドライバ５０からの彫刻信号（図１）に応じて、作動する電気磁気的ドライバによってシリンダ１２を彫刻すべく接触するように駆動される。彫刻信号および針ドライバ５０は、参照によりこの明細書に組み込まれかつその一部を形成している、ビュエシュラー(Buechler)の米国特許第４４５０４８６号明細書に概括的に開示されているように構成されている。
【００３１】
針１８の駆動信号およびその結果として生ずる針１８の垂直動作は図４〜図６に示されている。駆動信号は、ＡＣ信号５２（図４）をビデオ信号５４（図５）に加えることにより得られる。図示されたビデオ信号５４は、例においては、白色ビデオレベル５６と、黒色ビデオレベル５８と、ハイライトビデオレベル６０とを有している。ビデオ信号５４およびＡＣ信号５２は、ビデオ信号５４が白色レベル５６を有する全期間にわたって、針１８をシリンダ表面１２ａとの接触から外れて上昇させる複合彫刻駆動信号７２を提供するためにオフセット（図示略）と組み合わせられている。この複合彫刻駆動信号７２は、さらに、例えば、以下に説明されるように３％より少ない濃度を有する領域の彫刻を終わらせまたは防止するように調節されてもよい。
【００３２】
複合彫刻駆動信号７２は、シリンダ１２の表面速度に応じた波長で、シリンダ１２に対して正弦波状に針１８を振動させる。
コンピュータ７４は、送りねじ制御信号を送りねじモータ２４に伝送する。この信号は、送りねじモータ２４が針１８を軸方向に離れた位置に進行させるように調節されている。
【００３３】
ＡＣ成分信号５２は、クロック７６によって発生されたＡＣ入力信号から提供され、コンピュータ７４に供給される。ＡＣ入力信号は、参照によりこの明細書に組み入れられかつその一部をなしている、現在では許可された米国特許第５４２４８４５号である、米国特許出願第０８／０２２１２７号に詳細に開示されているように操作されまたは調節される。
【００３４】
他の問題点はドリフトである。たとえ、コンピュータ７４が適正にプログラムされ、最初に正確な濃度を有する彫刻領域を生成するものであったとしても、ゲイン変化、アナログ成分または針１８を支持しているシュー７１（図３）の位置決めにおける機械的な変化により、米国特許第５４２４８４５号明細書に開示されているように、種々のアルゴリズムに調節用補正項を組み込むことが必要である。
【００３５】
ここに説明される実施形態では、ビデオカメラ３６は、あらゆる大きさのシリンダ１２に焦点合わせすることを可能とするための自動焦点カメラまたは付属品を含んでいてもよい。前記カメラ３６およびコンピュータ７４に接続されたビデオプロセッサ７８は、例えば、シリンダ１２が異なる半径を有するシリンダに変更された場合に、ビデオプロセッサ７８が、任意の捕獲された画像が結焦された状態にあることを保証するための回路を含んでいるように、自動焦点特性を制御することができる。セルカウンタ４８は、ＡＣ周波数の４倍の周波数でクロック７６によって発生されたパルスを計数する。この周波数では、クロックパルスは、彫刻針の振動の１／４波長ごとに発生される。
【００３６】
図１に示されるように、コンピュータ７４は針ドライバ５０、ビデオプロセッサ７８、セルカウンタ４８、往復台・ヘッド用ドライバ２８のみならずモータ１６，２４に接続されている。加えて、キーボード７９は黒色セル幅ＢＷ、ハイライトセル幅ＨＷ、溝幅ＣＷ、ビデオ電圧Ｖｈ、針定数ＫＳおよび黒色セル電圧Ｖｍａｘのような種々の彫刻パラメータをオペレータが入力することを可能とするようにコンピュータ７４に接続されている。シューオフセットＳも、所望の場合には入力され得る。
【００３７】
コンピュータ７４は、参照によりこの明細書に組み込まれかつその一部を形成している米国特許第５４３８４２２号明細書および米国特許第５４２４８４５号明細書に開示されているように種々の彫刻パラメータを生成する。カメラ３６を自動的に焦点合わせしかつ調節するための種々の方法が、この発明と同一の譲受人に譲渡され、参照によりこの明細書に組み入れられかつその一部をなしている米国特許出願台０８／４１５６３８号に概括的に開示されているように実施される。
【００３８】
変化する濃度の軌跡２２における彫刻領域のパターンについての試験カットの代表的な幾何学的形状が、図７に示されており、ここでは、変化する濃度を有する複数の彫刻された領域が示されている。開示された図では、１００％の濃度または「完全黒色」を有する彫刻領域８０（図７）が、矢印８０ａによって表される幅Ｗ₁₀₀を有するように示されている。同様に、一対の中間色(midtone)セル８２，８４は、幅Ｗ₇₅，Ｗ₅₀（それぞれ、図７における矢印８２ａ，８４ａ）を有している。また、完全黒色の約２５％の濃度を有する彫刻領域８６が、矢印８６ａで表される幅Ｗ₂₅を有するように示されている。
【００３９】
図１２は、駆動信号７２と彫刻領域８０〜８６の所望の濃度との間の所望の相互関係または応答を示している。これに対して、図１２に破線８８で示されているのは、例えば、彫刻システム１０に所望よりも少ない濃度または体積を有する領域を彫刻させる、摩耗した針１８の効果を示す彫刻駆動信号７２に応じて彫刻された一連の彫刻領域の実際の濃度である。この発明は、図７の彫刻領域８０〜８６のような彫刻された領域の実際の体積および濃度を計測するために好適なプロセスを提供するものであり、以下に説明される。
【００４０】
このプロセスは図１３との関連において説明される。図１３では、コンピュータ７４は、軌跡２２における彫刻領域８０〜８６のテストパターンを彫刻するために、ＡＣ信号５２（図４）、ビデオ信号５４（図５）および所望により上述したオフセットよりなる複合彫刻駆動信号７２によって、針ドライバ５０を作動する（図１３におけるブロック１００）。このことについては、コンピュータ７４は、彫刻領域８０〜８６の通常のテストパターンの彫刻を実施するために、往復台・ヘッド用ドライバ２８、針ドライバ５０のみならず、駆動モータ２４，１６を選択的に作動する。テストパターンは種々の濃度を有する複数の彫刻領域８０〜８６を具備していることが好ましい。以下に説明する実施形態では、彫刻領域８０〜８６は、１００％完全黒色から完全黒色の約２５％の濃度レベルまで変化する濃度を有している。彫刻システム１０が、０％完全黒色から１００％完全黒色までの範囲の濃度をそれぞれ評価することを可能にする、０．０（または０．０に近いレベル）から１００％の信号レベルを複合駆動信号が有していることも一言しておく。
【００４１】
試験カットが実施された後に、イメージャまたは画像形成手段３０は、図７の彫刻領域８０のような彫刻領域の少なくとも１つの画像を捕獲するように、ビデオプロセッサ７８によって作動される。この点において、ビデオプロセッサ７８および／またはコンピュータ７４は、画像化された彫刻領域８０のＣＣＤアレイ１２０を生成し、それを図１３のブロック１０２において好適なメモリ（図示略）に格納する。図８は、複数の画素１２２を有するＣＣＤアレイ１２０を示している。図解の目的のために、図８は、前に言及したように１００％黒色の所望の濃度を有する彫刻領域８０についてのＣＣＤアレイ１２０を示している。図８に見られるように、画像は、ＣＣＤアレイ１２０の画素１２２の複数の列Ｒ１〜Ｒ３０を消費していることがわかる。
【００４２】
図９は、非対称の他の彫刻領域８０′を示している。有利なことに、この発明の特徴は、この彫刻領域について正確な体積計測値を獲得することを可能としている。
【００４３】
彫刻領域８０の形状が図８または図９に示された形式のものであるかどうかに関わらず、この方法は、彫刻領域８０の画素１２２の最初の列Ｒ１に始まって、各「スライス」または列Ｒ１〜Ｒ３０の幅を連続的に計測し続ける（図１３のブロック１０４）。計測方法は図１０に最も良く示されている。ここでは、最初の１４列Ｒ１〜Ｒ１４についての計測値が既に決定され、列Ｒ１５の計測値が現在決定されていると仮定している。計測値が、彫刻領域８０を形成しまたは構成する各列Ｒ１〜Ｒ３０に対して決定されることを一言しておく。
【００４４】
図１０に示されるように、各列が複数の画素１２２より構成される幅を具備していることがわかる。初期的には、針１８が摩耗しておらずかつ距離Ｄがわかっているので、針１８の形状は既知である。開示された実施形態では各画素は約０．７ミクロンの距離を表しており、幅Ｗは、列内の画素数に０．７ミクロンを乗ずることにより決定される。このように、幅Ｗは０．７ミクロン×２１画素すなわち１４．７ミクロンであると決定される。
【００４５】
距離Ｄは、以下の式１を適用することにより決定され得る。
Ｄ＝Ｗ（ｔａｎ（（１８０−針の角度）／２））／２
この「スライス」または列Ｒ１５の体積は、次式２を適用することにより決定される。

【００４６】
したがって、列Ｒ１５の体積は、説明される図において、
0.7×(14.7)²×(tan((180-120)/2))/4、または、２１．８３立方ミクロンである。
【００４７】
説明される実施形態において、この図における針１８の先端角度は１２０゜と仮定されているが、この方法は、異なる角度を有する針にも使用され得ることを特筆しておく。
【００４８】
ブロック１０８（図１０）において、ビデオプロセッサ７８またはコンピュータ７４のいずれかに配置された体積値レジスタが、最初に「ゼロ化」され、列Ｒ１５についてブロック１０６において計算された体積はそこに加算される。
【００４９】
ブロック１１０において、プロセッサ７８は、列（例えば、列Ｒ１５から列Ｒ１６まで、その他）からの列データを連続的に処理する。ブロック１１２において、ブロック１０４において決定された計測値と同様の幅計測値が、新たな列Ｒ１６について計算され、体積計測値は、ブロック１０６において決定されたと同様にして決定される。ブロック１１４において、この体積計測値がプロセッサ７８またはコンピュータ７４の体積値レジスタ内の体積とともに蓄積される。
【００５０】
決定ブロック１１６では、最後列または最下列（図８における列Ｒ３０）が処理されたかどうかについて決定される。処理されていない場合には、ルーチンは図示されたようにブロック１１０に戻る。処理されている場合には、計測プロセスは完了し、彫刻領域についての評価された総体積が、体積値レジスタ内の体積値として決定され、適当なディスプレイ（図示略）に表示される（ブロック１１８）。総体積計測値は、彫刻領域８０の濃度と直接関連していることが見いだされている。その後、ルーチンは完了する。
【００５１】
この発明の方法および装置は、彫刻領域８０（図５）のような彫刻された領域の体積計測値を、当該領域８０の単一の画像を用いて決定することができるという利点を有する。この発明は、また、針１８が摩耗したか否かを判定し、かつ摩耗した針または工具を用いて彫刻された彫刻領域に対する体積を計算するための手段を提供するので有利である。この点において、図１１は、最初の切削または彫刻エッジ１８ａと摩耗した切削または彫刻エッジ１８ｂを有する針１８を示している。
【００５２】
彫刻システム１０は、切削工具または針１８の輪郭を発生するための輪郭形成手段を具備している。針の輪郭が一旦生成されると、各断面「スライス」または列についての実際の体積計測値が決定される。各「スライス」または「列」ごとの実際の体積計測値は、実際の総体積計測値を付与するために、その後、合計される。実際の総体積計測値が、所定のまたは所望の計測値から変動している場合には、彫刻システム１０は、そのような変動を考慮に入れるために、以下に説明されるように線形化され、調節されまたは較正される。
【００５３】
図１４に示されるように、彫刻システム１０は変化する濃度の複数の彫刻領域の試験カットを実施する（図１４のブロック１２４）。ブロック１２６においては、ブロック１２４において試験カットされた各彫刻領域についての最大幅が図１３のブロック１０４において発生された計測値と同様の方法によって計測される。コンピュータ７４および／またはビデオプロセッサ７８は、複数の幅計測値を用いて、針の断面の輪郭（図１１）を生成する。この点において、針１８の輪郭の概括的な図が、図７に示される彫刻領域についての幅の計測値を用いてコンピュータ７４によって発生されることを一言しておく。比較のために、最初の針の形状は破線で示されている。ポイント８０ｂ，８０ｃにより表される彫刻領域８０の幅Ｗ₁₀₀（図７）のような各彫刻領域に対する最大幅が用いられることに注目する。これらの点８０ｂ，８０ｃは、図１１に示される針の輪郭を提供するように、点８２ｂ〜８６ｂ，８２ｃ〜８６ｃとともにプロットされる。説明される実施形態において点８７は、針１８の先端を表している。この点８７は、予め知られた点を用いて補間することにより、または、５％のようなゼロに近い濃度を有する彫刻領域を彫刻することによって決定される。
【００５４】
針の断面輪郭形状が一旦決定されると、彫刻領域８０，８２，８４，８６（図７）のような実際の彫刻領域についての実際の総体積計測値が、この断面輪郭形状を用いて決定される。この点において、複数の台形または不等辺四辺形や三角形が図１１に示される断面輪郭形状によって表されることに注目しておく。すなわち、点８０ｂ，８０ｃ，８２ｂ，８２ｃにより表される不等辺四辺形は、これらの点に対応する領域Ｔ１を決定するために用いられる。同様に、点８２ｂ，８２ｃ，８４ｂ，８４ｃによって画定される領域Ｔ２に付いての面積計測値および点８４ｂ，８４ｃ，８６ｂ，８６ｃにより画定される領域Ｔ３についての面積計測値が、コンピュータ７４によって決定される。
【００５５】
次いで、コンピュータ７４および／またはビデオプロセッサ７８は、点８６ｂ，８６ｃ，８７により画定される三角形についての領域Ｔ４を決定する。
台形、不等辺四辺形または三角形についての面積計算または値は、従来より公知の等式または公式を用いてコンピュータ７４によって決定される。
【００５６】
コンピュータ７４および／またはビデオプロセッサ７８は、その後、総断面積値または摩耗した針１８についての濃度を提供するために領域Ｔ１〜Ｔ４を合計する。断面積が一旦決定されると、コンピュータ７４および／またはプロセッサ７８は、図８〜図１０との関連で前に説明した技術を用いて試験彫刻領域８０〜８６（図７）の各々についての体積を決定するために輪郭形状を用いて進行する（図１４のブロック１３０）。ここで、コンピュータ７４および／またはビデオプロセッサ５６は、前に述べたように、彫刻領域８０のような各彫刻領域について最大幅Ｗを決定するためにＣＣＤアレイ１２０を利用する。すなわち、彫刻領域８０と関連する最大幅は、図８に示される列Ｒ１５と相互に関連している。対応する体積は、前に説明したように列Ｒ１５に対して決定される。
【００５７】
前述の列および後続の列Ｒ１５について、コンピュータ７４および／またはビデオプロセッサ７８は、生成されかつ図１１に示された断面輪郭形状データを用いて距離Ｄ（図１０）を補間する。その後、彫刻領域８０についての体積計測値が決定される。
【００５８】
コンピュータ７４および／またはビデオプロセッサ７８が上述したように各列についての体積計測値を決定した後に、彫刻領域８０についての総体積計測値を付与するために合計される。
【００５９】
ここで、コンピュータ７４および／またはビデオプロセッサ７８は、上述した針の断面輪郭形状（図１１）を用いて各列Ｒ１〜Ｒ３０（図８）についての断面積を決定する。これが一旦決定されると、上述したように、彫刻領域についての実際の総体積が決定される。
【００６０】
前に述べた図１２は、針ドライバ５０により発生された彫刻駆動信号７２と対応する所望の印刷濃度との相互関係を示す印刷濃度のグラフである。種々の実際の総体積が、各彫刻領域８０，８２，８４，８６について一旦決定されると、それらの関連する濃度を図１２にライン８８によって示されるように描くことができる。彫刻領域内のインク量は、大まかに印刷濃度に対応するので、体積が印刷濃度と直接関連し、その逆も同様であることは特筆すべきである。
【００６１】
説明される実施形態では、コンピュータ７４は、ライン８８によって表される実際の体積計測値とライン７２により表される対応する所望の体積計測値とを比較しかつそれらに対応する差（図１２に領域９３で示される）を計算するための比較器または比較手段５４（図１）を具備している。ブロック１３２において（図１４）、コンピュータ７４は実際の体積と所望の体積とを比較し、その差を決定する。差が所定の量（説明される実施形態においてライン７２下の領域により表される所望の量の３％のような量）より大きい場合には、コンピュータ７４はそのような差を補正し、調節しまたはオフセットするようにガンマ補正を適用する。そのような差を補正するために、コンピュータ７４は、彫刻駆動信号７２に対してオフセットしたガンマ補正９５（図１２）を生成しかつ適用する。
【００６２】
彫刻システム１０が、例えば、完全黒色の７５％の濃度を有する彫刻領域を実質的に彫刻するときに、コンピュータ７４は、彫刻システム１０に彫刻領域を所望の濃度に補正させるために適当な量に信号レベルを変更するガンマ曲線９５を適用する。
【００６３】
図１４の決定ブロック１３４において、この差が、所望の体積の３％のような許容レベル内にあるかどうかについての決定がなされる。許容レベル内にない場合には、手続は、コンピュータ７４がその差を考慮に入れるためにガンマ補正を生成するブロック１３６に続く。
【００６４】
図１４のブロック１４０において、コンピュータ７４は、点８０ｃ，８２ｃ（または同じラインの他の任意のセグメント）を通って延び、かつ、針１８の最初の切断エッジ２０ａと同一軸線上にあるラインと交差する想像線により画定される角度である角度Ｂ（図１１）を決定する。この角度Ｂは、針の摩耗した角度を表しており、説明される実施形態においては、この摩耗した角度が３゜より大きい場合には（図１４のブロック１４２）、コンピュータ７４は、オペレータに摩耗した針１８を交換すべきことを通報するために、アラーム３５（図１）を作動する（図１４のブロック１４４）。
その後、彫刻システム１０の調節および線形化と針の摩耗検知とが完了する。
【００６５】
このシステム、方法および装置は、彫刻領域の単一の画像を用いて彫刻領域についての実際の体積を決定するための手段を提供するという利点を有する。体積計測値は、その後、彫刻機１０の線形化または調節、摩耗した針１８の検知のみならず針１８の実際の輪郭形状の決定に用いられる。針１８の実際の輪郭形状によって、実際の体積計測値が得られ、かつ、彫刻システム１０がそれによって調節される。
【００６６】
さらに、この彫刻システム１０および方法は、針１８の摩耗を検知する手段および針１８が許容制限値を超えて摩耗したときにオペレータに警報を発する手段を提供するものである。この発明は、正確な幅が容易に決定できない図９の彫刻領域８０′のような非対称形状の彫刻領域の計測に特に有用である。
【００６７】
この発明の特徴は、彫刻システムのリアルタイム動作の間に実施され、それによって、彫刻システムが、概略の所望濃度により近い濃度を有する彫刻領域を彫刻できるように、彫刻システム１０を調節することが可能であることは評価されるべきである。
【００６８】
摩耗した針１８が体積誤差に影響を与えるものであることは理解できる。このことは、次には、シリンダ１２が印刷システムに配置されたときにシリンダ１２によって究極的に印刷される画像の品質に悪影響を与えるものである。したがって、この発明は、システムに、針の寿命を最大化させ、かつ、そのような体積誤差を考慮に入れるように彫刻システム１０を調節させることを許容するものである。
【００６９】
説明される実施形態において、信号がゼロまたはその近傍にあるときには、時折、好ましくない「スイムドット(swim dots)」が表面１２ａ上に形成されることが見られた。これらは、摩耗した針、設定パラメータの変わり易さ、切断特性の非線形性およびその他により生ずるものである。この好ましくない彫刻領域濃度９１（図１２）が、小さい「スカムドット」または小さい彫刻領域がシリンダ１２の表面１２ａに彫刻されることは発見されている。この問題を回避するために、彫刻システム１０は、さらに、３％以下の濃度のような所望の濃度に対して、彫刻駆動信号７２または調節された駆動信号９５（図１２）を故意にひずませる手段を具備する。そのようなひずみを達成するために、針ドライバ５０（図１）は、彫刻駆動信号７２，９５が彫刻駆動信号の最大値の約３％に近づいたときに、針１８をシリンダ１２の表面１２ａから離れる方向に迅速に引くために、負のオフセット１０１（図１５）を彫刻駆動信号７２または９５に加える。この点において、針ドライバ５０は、彫刻駆動信号またはガンマ補正された彫刻駆動信号を検知し、それが信号最大値の３％より少ないかまたは等しいかどうかを決定する、比較器のようなセンサを具備している。３％以下である場合には、それを考慮するために、負のオフセット１０１が彫刻駆動信号の一部分に加えられる。
【００７０】
図１４に関連して説明されたように、彫刻駆動信号がガンマ曲線により調節される前またはその後のいずれかに、コンピュータ７４が、この調節を実施することは評価されるべきである。図１５は、彫刻駆動信号７２，９５および、前に説明したガンマ補正によって調節された後であってかつ負のオフセット１０１も加えられた後の関連する濃度レベルを示している。
【００７１】
図１５を見ると、３％より小さい濃度を有する領域を確実に彫刻しないように、前に説明したガンマ補正曲線で修正された後であってかつ負のオフセットも加えられた後の彫刻駆動信号７２，９５が示されている。
上述した調節は、好ましくない「スカムドット」または小さい濃度の領域を消滅させる手段を提供している。
【００７２】
この実施形態は、針の摩耗が所定量より大きくなったときにアラームを発生するものとして説明されている。しかし、この発明は、所望の針寸法を超える針寸法の検知のためにも好適であることを一言しておく。このことは、例えば、寸法のわからない新たな針が彫刻ヘッド２０に据え付けられる場合等、まれなことではない。
【００７３】
このように、ここで説明された方法はこの発明の好適な実施形態を較正するものであるが、この発明はこれらの寸分違わない方法に限定されるものではなく、請求の範囲に定義された、この発明の範囲から逸脱しない範囲で変更してもよいことは理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明に係る彫刻システムを示す概要図である。
【図２】 図１に示された彫刻機に配置された彫刻ヘッドの詳細を示す断片的な斜視図である。
【図３】 図２に示された彫刻ヘッドの正面図である。
【図４】 彫刻針を彫刻動作において制御するためのＡＣ信号を時間との関係において示す図である。
【図５】 彫刻針を彫刻動作において制御するためのビデオ信号を時間との関係において示す図である。
【図６】 図４および図５の信号を組み合わせた信号による彫刻針の彫刻動作を示す図である。
【図７】 変化する濃度を有する複数の彫刻領域が彫刻されたシリンダを断片的に示す斜視図である。
【図８】 ＣＣＤアレイを重ね合わせて示した彫刻領域の画像を示す図である。
【図９】 非対称の彫刻領域の画像を示す図８と同様の図である。
【図１０】 図６に示された画像に関連する「スライス」または列を示す斜視図である。
【図１１】 摩耗した針を示す断片的な正面図である。
【図１２】 所望の濃度と実際の濃度との差および関連するガンマ補正曲線のグラフを示す図である。
【図１３】 この発明により利用される体積計測手順を示す概略図である。
【図１４】 この発明に係る針の摩耗検知ルーチンを示す図である。
【図１５】 「負のオフセット」を組み込んだ補正された作動信号のグラフを示す図である。
【符号の説明】
１０ 彫刻システム，彫刻機
１２ シリンダ
１２ａ 表面
１４ 彫刻ベッド
１６ 駆動モータ
１８ 針
２０ 彫刻ヘッド
２２ 軌跡
２４ 送りねじモータ
２６ 送りねじ
２８ 往復台・ヘッド用ドライバ
３０ 画像形成手段、イメージャ
３２ 可調節サポート
３４ 往復台
３６ カメラ
３８ レンズ
４０ ドライバ
４２ ストロボ
４８ セルカウンタ
５０ 針ドライバ
５４ 比較器
７２，９５ 彫刻駆動信号
７４ コンピュータ
７６ クロック
７８ ビデオプロセッサ
８０，８２，８４，８６ 彫刻領域
１２０ ＣＣＤアレイ
１２２ 画素
Ｒ１〜Ｒ３０ 列

Claims (44)

1. 彫刻機により彫刻される彫刻領域の画像を生成するステップであって、画像が生成された彫刻領域は複数の画素列を含んでいる、画像を生成するステップと、
   前記画素列それぞれの幅を測定するステップと、
   前記彫刻機により彫刻された前記彫刻領域の複数の断面体積スライスに対応した複数の体積を、それぞれ測定された前記幅のうち１つを用いて決定するステップと、
   総体積を付与するために、これら複数の体積を合計するステップと、
   前記総体積を用いて前記彫刻機を調節するステップと、
   を備えることを特徴とする彫刻機の調節方法。
2. 前記画素列それぞれの各画素の間隔を決定するステップと、
   前記間隔を用いて前記複数の体積のそれぞれを決定するステップと、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記間隔は、約１ミクロンより小さいことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 幾何学的寸法が既知である針により、前記彫刻領域を彫刻するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記彫刻領域を彫刻するために用いられる針の輪郭形状を決定するステップと、
   針の輪郭形状が、所望の輪郭形状に対して、予め選択された量よりも大きく変動している場合に、オフセットするガンマ補正を行うステップと、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
6. 異なる濃度を有する複数の彫刻領域を彫刻するステップと、
   前記複数の彫刻領域を用いて針の輪郭形状を決定するステップと、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３又は５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記複数の彫刻領域の各々に対して寸法を決定すること、及び前記寸法の決定された値を用いて前記針の輪郭形状を決定することを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記寸法は、幅であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記針の輪郭形状を複数の異なるセグメントに分割するステップと、
   該複数の異なるセグメントの各々に対応する複数の面積を決定するステップと、
   総断面積の値を得るために前記複数の面積を合計するステップと、
   前記複数の体積の少なくとも１つを決定するために前記総断面積の値を使用するステップと、
   をさらに備えることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記複数の異なるセグメントの少なくとも１つが不等辺四辺形であることを特徴とする請求項９記載の方法。
11. 前記総断面積の値が所望の総断面積の値と等しくない場合に、アラーム信号を発生するステップをさらに備えることを特徴とする請求項９又は１０に記載の方法。
12. 前記複数の体積の少なくとも１つを決定するために、前記複数の体積を決定する際に前記針の輪郭形状を使用することを特徴とする請求項６〜１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記針の本来の切削エッジに関連する摩耗した切削エッジの角度を決定するステップと、
    該摩耗した切削エッジの角度が、本来の切削エッジの角度から、予め設定された角度より大きく変化している場合にアラーム信号を発生するステップと、
    をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記予め設定された角度は、少なくとも３度であることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 前記彫刻機を調節するステップは、
    前記総体積を所望の体積と比較するステップと、
    該比較ステップにおいて実施された比較結果に応じて、彫刻信号に補正信号を適用するステップと、
    をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 前記彫刻機のリアルタイム動作の間に前記彫刻機を調節するステップを行うことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
17. 前記彫刻領域の単一の画像が捕獲されること、及び該単一の画像を用いて前記複数の体積を決定することを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
18. 前記調節ステップは、彫刻駆動信号のゲインを調節するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載の方法。
19. 前記調節ステップは、電気的に実施されることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１項に記載の方法。
20. 前記断面体積スライスの前記複数の体積の各々は、次式を用いて計算されることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１項に記載の方法。
    体積＝ｈ×ｗ²×ｔａｎ３０／４
    ここで、ｈは画素間隔であり、ｗは画素列の幅とする。
21. 既知の濃度信号に応じて、前記彫刻領域を彫刻するステップをさらに備えることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
22. 前記既知の濃度信号は、２０％から８０％の間であることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
23. 彫刻ベッドと、
    該彫刻ベッド上に位置させられる彫刻ヘッドと、
    前記彫刻ベッド上にワークが据え付けられたときに、該ワークに対して前記彫刻ヘッドを駆動するために前記彫刻ヘッドに連結されたドライバと、
    前記彫刻ヘッドによって前記ワーク上に彫刻された彫刻領域の画像を生成し、かつ、それに対応する画素グリッドを生成するために前記ワークに対応させる画像形成手段であって、画像が生成された前記彫刻領域は複数の画素列を含む、画素形成手段と、
    前記画素列の各々の幅を測定して、この測定した幅のうち少なくとも１つを用いて前記彫刻領域の前記複数の断面スライスの少なくとも１つについての体積計測値を決定する、前記彫刻ヘッドに結合されるプロセッサと、
    を備えることを特徴とする、ワークを彫刻するための彫刻システム。
24. 前記プロセッサは、前記画素グリッドの各画素によって表現される間隔を決定し、かつ、該間隔を用いて前記体積計測値をも決定する決定手段を備えることを特徴とする請求項２３に記載の彫刻システム。
25. 前記間隔が１ミクロンより小さいことを特徴とする請求項２４に記載の彫刻システム。
26. 前記彫刻領域を彫刻するために前記彫刻ヘッド上に位置させられた工具の針の輪郭形状を決定する輪郭形成手段をさらに備え、前記プロセッサは、前記体積計測値を決定するために、前記針の輪郭形状を使用することができることを特徴とする請求項２３〜２５のいずれか１項に記載の彫刻システム。
27. 前記プロセッサは、前記針の輪郭形状が、所望の輪郭形状から予め選択された量より大きく変動している場合に、オフセットするガンマ修正を行うことを特徴とする請求項２６に記載の彫刻システム。
28. 前記プロセッサは、
    前記彫刻領域の寸法を決定するための決定手段と、
    前記寸法を用いて前記針の輪郭形状を決定する手段と、
    を備えることを特徴とする請求項２７に記載の彫刻システム。
29. 前記寸法は、前記彫刻領域の幅であることを特徴とする請求項２８に記載の彫刻システム。
30. 前記プロセッサは、前記針の輪郭形状を複数の異なるセグメントに分割する分割手段をさらに備え、
    前記決定手段は、前記複数の異なるセグメントの各々に対応する複数の面積計測値を決定し、計測された針の面積を提供するために、前記複数の面積計測値を合計するように設定されるとともに、前記複数の面積計測値の少なくとも１つを決定するために、前記計測された針の面積を使用するように設定されていることを特徴とする請求項２７〜２９のいずれか１項に記載の彫刻システム。
31. 前記針の輪郭形状の前記複数の異なるセグメントの少なくとも１つは、不等辺四辺形であることを特徴とする請求項３０に記載の彫刻システム。
32. 前記計測された針の面積が所望の針の面積より小さい場合にアラーム信号を発生するように前記プロセッサに連結されたアラームをさらに備えることを特徴とする請求項３０又は３１に記載の彫刻システム。
33. 前記彫刻領域を彫刻するために使用される切削工具の本来の切削エッジに対して、摩耗した切削エッジの角度を決定する決定手段と、
    前記摩耗した切削エッジの角度が、本来の切削エッジの角度から予め設定された角度よりも大きく変化している場合にアラーム信号を発生するアラームと、
    をさらに備えることを特徴とする請求項２３〜３２のいずれか１項に記載の彫刻システム。
34. 前記予め設定された角度は、少なくとも３度であることを特徴とする請求項３３に記載の彫刻システム。
35. 前記プロセッサは、
    前記体積計測値を所望の体積値と比較する比較器と、
    前記体積計測値が所望の体積値から予め設定された量より大きく変化している場合に前記彫刻機を調節する調節手段と、
    をさらに備えることを特徴とする請求項２３又は２４に記載の彫刻システム。
36. 前記プロセッサは、リアルタイム動作中の前記彫刻機を、前記体積計測値に応じて調節することを特徴とする請求項２３〜２５のいずれか１項に記載の彫刻システム。
37. 彫刻領域の画像を捕獲するためのイメージャをさらに備え、
    前記イメージャは、前記彫刻機の彫刻ヘッドに配置されたカメラを含むことを特徴とする請求項２３〜３６のいずれか１項に記載の彫刻システム。
38. 前記プロセッサは、前記体積計測値を受け取り、この体積計測値に応じて彫刻駆動信号を調節する信号発生器をさらに備えることを特徴とする請求項２３〜３７のいずれか１項に記載の彫刻システム。
39. 前記彫刻駆動信号は、前記信号発生器によって生成された補正曲線に応じて調節されることを特徴とする請求項３８に記載の彫刻システム。
40. 前記プロセッサは、前記彫刻領域を彫刻するために使用される切削工具の輪郭形状を決定する輪郭発生器をさらに備えることを特徴とする請求項２３〜３９のいずれか１項に記載の彫刻システム。
41. 前記輪郭発生器は、複数の試験カットから生成された複数の計測値を用いて切削工具の輪郭計測値を生成することを特徴とする請求項４０に記載の彫刻システム。
42. 前記プロセッサは、前記輪郭計測値に応じて前記体積計測値を決定する装置をさらに備えることを特徴とする請求項４１に記載の彫刻システム。
43. 前記プロセッサは、彫刻領域が予め設定された濃度より小さい濃度よりなる場合に、彫刻駆動信号を調節するスカムドット回路をさらに備えることを特徴とする請求項２３〜４２のいずれか１項に記載の彫刻システム。
44. 前記予め設定された濃度は、完全黒色の５％より小さいことを特徴とする請求項４３に記載の彫刻システム。

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