JP4667834B2 - プリンタ - Google Patents

Description

本発明は、テーブル上にプリント基板などの厚みのある印字対象物を載置し、記録ヘッドを搭載したヘッド部と前記テーブルとをコントローラの制御によってＸＹ軸方向に相対移動し、前記ヘッド部から前記印字対象物にインク滴を吐出し、印字対象物上に記録を行うプリンタに関する。

従来、テーブル上にプリント基板などの厚みのある印字対象物を載置し、記録ヘッドを搭載したヘッド部と前記テーブルとをコントローラの制御によってＸＹ軸方向に相対移動し、前記ヘッド部から前記印字対象物にインク滴を吐出し、印字対象物上に記録を行う大型プリンタが知られている（例えば特許文献１参照）。また、レーザーを用いた高さ検出センサを使用して、物体の高さを検出する測定装置が従来知られている（例えば特許文献２〜４参照）。
特開２００４−１３２９号公報（第１ページ、第１図） 特開平５−１１６２７３号公報（第１ページ、第１図） 特開平６−７７６８９号公報（第１ページ、第１図） 特開平８−３２７３３２号公報（第１ページ、第１図）

厚みのあるプリント基板などの印字対象物上に精密にインクジェット記録ヘッドによって印字を行う場合、テーブル上のプリント基板の表面位置及びその高さを機械が精確に認識する必要があり、また、記録ヘッドとプリント基板表面との対向間隔（ギャップ）を精密に設定する必要がある。しかし基板の表面では凹凸や材質の違う部分が多数存在し、レーザーを用いたセンサで検出を行った場合に測定値のばらつきが実際の面の状態よりも大きく生じる。
本発明の目的は、インクジェットによる印字において、印字対象物の厚さを精確に測定できるようにし、測定した厚さのデータに基づいて、記録ヘッドを適正な高さに設定できるようにし、精確にテーブル上の印字対象物の表面に印字できるようにし、印字品質を高めることである。

上記目的を達成するため本発明は、テーブルと、レーザーを用いた高さ検出センサと、記録ヘッドを搭載したヘッド部と、前記テーブルと前記ヘッド部とのＸＹ軸方向における相対移動及び印字動作を制御するコントローラとを備え、前記テーブル上に板状の厚みのある印字対象物を載置し、前記印字対象物を前記高さ検出センサで直線ライン方向に走査し、該走査の連続サンプリング結果から前記印字対象物の高さを測定するようにしたプリンタにおいて、前記コントローラが、前記走査データに基づいてデータの重み付けを行う手段と、前記重み付けで求めた特定領域内の１番多いデータ又はその平均値から前記印字対象物の高さを求める手段とを備えたものである。
また本発明は、前記走査データをその前方又はその前後の走査データで平均化し、該平均化したデータに基づいて前記データの重み付けを行うようにしたものである。
また本発明は、前記印字対象物の高さを求める手段は、ある特定のレベルで閾値を設け、その閾値以下の場合は前記印字対象物に所定の平面部分が無いと判断し、エラーとするようにしたものである。
また本発明は、前記ヘッド部の前記テーブルに対する高さを調整するためのヘッドギャップ調整機構を設け、前記印字対象物の高さの測定結果から前記ヘッド部の前記印字対象物に対するギャップを適正な値に調整するようにしたものである。
また本発明は、前記コントローラは、前記印字対象物の高さを求める手段がエラーを判断したとき、ディスプレイの画面にエラーになったデータを表示するようにしたものである。

本発明は印字対象物の厚さを精確に判定することができ、これに基づいて記録ヘッドの印字対象物に対する高さを適正な値に設定することができる。

以下に本発明の構成を添付した図面を参照して詳細に説明する。
図１１において、符号２は床面に対して水平方向に延びる大型インクジェットプリンタのＹ軸レールであり、プリンタの基台（図示省略）に架設されている。４はヘッド部であり、Ｙ軸レール２に、キャリッジ６を介して、Ｙ軸レール２の長手方向に沿って往復動可能に連結している。前記ヘッド部４の基板４ａには、複数個のインクジェット記録ヘッド８が内蔵され、各記録ヘッド８のインク吐出ノズルが前記ヘッド部４の底部の開口部に、同一平面上に配列されて配置されている。前記ヘッド部４は、前記キャリッジ６に、昇降ガイド（図示省略）を介して、図１２中、昇降自在に支承され、基板４ａの上位水平部にねじ穴が形成されている。１０はステッピングモータであり、前記キャリッジ６側に取り付けられている。

ステッピングモータ１０の出力軸１６は、キャリッジ６側に固設された軸受け部材１２にスプリングワッシャ１４を介して回転自在に支持され、該出力軸１６に形成されたねじ部が前記基板４ａの上位水平部のねじ穴に螺合している。コントローラの制御により、前記モータ１０の出力軸１６が回転すると、前記ヘッド部４は、キャリッジ６の垂直ガイド面に沿って昇降方向に移動し、ヘッド部４の、印字対象物に対するギャップを決定する、テーブルの基準面からの高さの調整が行われるように構成されている。１８は光反射式のレーザーを用いた高さ検出センサであり、前記ヘッド部４のカバー４ｂの側面に、そのレーザー投射部が下方を向いて、取り付けられている。

２０，２０は、市販の物体検出用エリアビームセンサであり、一方の投光部２０と他方の受光部２０からなり、Ｙ軸レール２の両端に位置して、互いに向き合って、ブラケットを介し、プリンタ基台の両側に取り付けられている。２２はテーブルであり、床面に対して水平な支持面を有している。この支持面には、プリント基板などの厚さのある板状の印字対象物２４を取り付けるためのバキューム機構（図示省略）が設けられている。前記テーブル２２の支持面には、これと同一平面上に基準面が形成されている。２６はＸ軸レールであり、プリンタ基台に、床面に対して水平に且つ前記Ｙ軸レール２と直交する方向に固設されている。

前記テーブル２２は、前記Ｘ軸レール２６上に、これに沿ってＸ軸方向に移動可能に支持されている。前記センサ２０，２０の物体検出エリアは、センサ２０，２０間に形成されるエリアビーム２８の幅によって決定される。このエリアビーム２８の幅の中に、前記プリント基板２４の上面と、前記ヘッド部４の下面が若干入るように設定されている。このエリアビームを用いたセンサ２０，２０の特徴は、センサの位置決めの調整が容易なことである。

通常のスポット光のセンサを用いることは可能であるが、スポット光は物体検出範囲がせまく、その位置調整が容易でない。一方、エリアビームの場合には、たとえその範囲に、印字対象物２４の上面とヘッド部４の下面が検出されても、エリアビーム２８の幅の全域が遮断されない限り、光ビームは受光部に届くので、ビームの届いた状態を異常なし、ビームが届かない状態を異常ありとすれば良く、センサ２０，２０の位置をラフに調整できる。前記プリンタは、コントローラによって制御されて、プリント基板上に印字動作を行うように構成され、このコントローラの記憶装置には、印字対象物の板厚測定データを処理するための各種のプログラムが格納されている。

次に、図１に示すフローチャートを参照して、テーブル２２上にセッティングしたプリント基板などの印字対象物２４の厚さを測定する動作の流れについて説明する。
まず、テーブル２２上にプリント基板２４をセッティングし、ヘッド部４を最上昇位置に移動させておき、コントローラの制御により、ヘッド部４をテーブル２２に対して移動し、高さ検出センサ１８を、テーブル２２の基準面の直上に移動する（ステップ１）。ここでコントローラは、高さ検出センサ１８により、テーブル２２の基準面の高さを読み取る。コントローラは、テーブル２２の基準面のデータを、プリンタ出荷時の基準面のデータと比較し、誤差があれば、この誤差に基づいて、以降の高さ検出センサ１８の読み取りデータを補正する（ステップ２）。

次に、コントローラはテーブル２２をＸ軸方向に移動し、エリアセンサ２０で、テーブル２２上に、ヘッド部４に衝突する障害物が存在しないことを確認し、データの取得動作に移行する。
まず、コントローラの制御により、ヘッド部４をテーブル２２に対してＸＹ２軸の中の、１軸方向に移動し、高さ検出センサ１８で、テーブル２２上の印字対象物２４を走査する。これにより、コントローラは、走査線上のテーブル面と印字対象物２４の表面の高さデータを、図６のグラフに示すように、連続的に取得する（ステップ３）。取得したセンサ値は、図５（Ａ）に示すように、そのサンプリングデータの値ａ〜ｊがぶれているため、コントローラは、図５（Ｂ）に示すように、サンプリング値の補正を行う（ステップ４）。この補正は、時間軸をｘ、センサ値をｙ、ｎをサンプリングＮｏ．、補正値をｙ［ｎ］とすると、次の式で行われる。

ｙ［ｎ］＝（ｘ［ｎ−４］＋ｘ［ｎ−３］＋ｘ［ｎ−２］＋ｘ［ｎ−１］＋ｘ［ｎ］／５
ただし、ｎ＜５のときは以下の通りの値となる。
ｎ＝１の時： ｙ［ｎ］＝ｘ［ｎ］
ｎ＝２の時： ｙ［ｎ］＝（ｘ［ｎ−１］＋ｘ［ｎ］）／２
ｎ＝３の時： ｙ［ｎ］＝（ｘ［ｎ−２］＋ｘ［ｎ−１］＋ｘ［ｎ］）／３
ｎ＝４の時： ｙ［ｎ］＝（ｘ［ｎ−３］＋ｘ［ｎ−２］＋ｘ［ｎ−１］＋ｘ［ｎ］）／４
尚、補正値は、その値の前後のデータ値の平均値としても良い。

次にコントローラは、補正した高さデータを解析し、印字対象物平面部の判定及び厚みを演算するために、データのヒストグラムを作成する（ステップ５）。図７にこのヒストグラムの一例が示されている。本実施形態では、誤差がプラスマイナス０．０５ｍｍの範囲ということで、検査幅Ｈを０．０５ｍｍ、検査ポイントＰを０．０５ｍｍピッチで設定している。尚、図６中、横軸のｔは、走査時間即ち、ヘッド部の走査移動距離を示している。

上記のヒストグラムを作成することにより、即ちデータの重み付けを行うことにより、テーブル面と印字対象物（プリント基板）の面の判定を行う（ステップ６）。コントローラは、先に求めたヒストグラムの分布から、あるサンプル数以上の値を累算し、平均を求め、その値より大きいか小さいかで、「テーブル面」か「基板面」かの大まかな識別を行う。これは、最終的な基板厚を計算する時の有効サンプル数の閾値を算出するために行う。次に、コントローラは、ステップ６で求めた面判定結果を元に基板の端点を検出する（ステップ７）。コントローラは、図９に示すように、右方向と左方向から端点Ａ，Ｂの検出を実行し、端点Ａ，Ｂ間のサンプル数を計算する。この端点の検出は、基板面を１，テーブル面を０とした場合に１から０、又は０から１に変化した点を単に求めるのではなく、あるサンプル数以上（任意に変更可能）に連続で続いた実績のある部分を前後で確認をすることで判断する。そうすることにより、ノイズで一時的に値が変わった部分などがあっても連続することはないのでその部分の除外ができる。

次にコントローラは、上記の処理結果を元に、基板の厚さの判定を行う（ステップ８）。基板厚は、基板面の値からテーブル面の値を引くことで求めることができる。ここで、基板面とテーブル面の値は、図７に示す結果から、ヒット数、即ち、ポイントＰの範囲に属するサンプルデータの数の多いポイントＰのセンサ値（サンプリングデータ）の平均を求めることにより得られる。図８に示すように、あるヒット数以上（閾値）のデータがない場合には、コントローラは平面と認識される場所が存在しないと判断する。この場合には、コントローラは、ステップ６で否定を判断する。この閾値の値は端点Ａ，Ｂ間のサンプル数に対して何％以上（任意に変更可能）であれば基板面であるという値を計算で求めてその値を用いる。そうすることにより、基板の大きさによりサンプル数も追従して変化するので、いろいろな大きさの基板に対応ができる。

また、コントローラは、ステップ８で求めた基板厚を基準とし、基板面を図１０に示すように、複数の領域に分割し、それぞれの領域が基板厚に対して指定した範囲に入っているかどうかチェックする（ステップ９）。このチェックにより、基板の一部分に極端な反り２４ａがある状態の基板を判定できる。コントローラは、ステップ６とステップ９で否定を判断すると、処理動作の失敗を判断し、処理動作を中止する（ステップ１２）。ステップ９で肯定を判断すると、コントローラは、ステップ８で得た板厚測定の数値を確定する（ステップ１０）。次に、コントローラは、１ラインの走査では、全体の状態がわからないので、印字対象物２４の他の場所でも、上記と同じ動作を実行する（ステップ１１）。本実施形態では、最終的には、６ライン走査し、各ラインごとの処理で、安全をみて１番高い値を採用する。

上記ステップ１１における基板厚さの確定処理は、図２のフローチャートに示すように、６本のライン１〜６（図示省略）の中、最初のライン１の走査終了後、ライン２〜６の走査を行い、各走査ごとにデータを取得する（ステップ１）。次に、コントローラは、６個所のライン１〜６の走査で得られた基板の厚さのデータを比較し、最大値を求め（ステップ２）、その最大値を基板の厚さと確定する（ステップ３）。
次に、コントローラによるヘッド部の自動高さ調整の動作について図３に示すフローチャートを参照して説明する。

コントローラに格納されている自動高さ調整プログラムのコマンドが開始すると、プリンタの操作パネルのディスプレイに、マニュアルで板厚を指定するか否かの確認画面３０が表示される（ステップ１）。数値入力による任意指定の場合は、操作者は「はい」を選び、「いいえ」でコントローラは、板厚の測定を開始する。この板厚測定は、最大６個所の走査ラインごとに行われる（ステップ２）。板厚測定が完了すると、コントローラは、操作パネルのディスプレイに確認画面３２を表示し、自動／任意にかかわらず、一旦、この画面で最終確認をする。「実行」のボタン３４が押されると、コントローラはステッピングモータ１０を駆動し、指定高さにヘッド部４を移動させる（ステップ４）。

ステップ２で、何らかの理由で板厚の算出ができなかった場合、図４に示すように、コントローラは、操作パネルのディスプレイに、板厚の算出ができなかった旨のメッセージ画面３６を表示し（ステップ１）、その後、センサ読み取り情報の画面３８を表示する（ステップ２）。ヘッド部４の高さ調整が完了するとコントローラは、印字を実行する。

本発明に係るプリンタの動作を示すフローチャートである。 本発明に係るプリンタの動作を示すフローチャートである。 本発明に係るプリンタの動作を示すフローチャートである。 本発明に係るプリンタの動作を示すフローチャートである。 本発明に係るプリンタの動作を示すフローチャートである。 走査データの分布説明図である。 本発明に用いられるヒストグラムの説明図である。 本発明の説明図である。 本発明の説明図である。 本発明の説明図である。 プリンタの側面説明図である。 プリンタの側面説明図である。 プリンタの側面説明図である。

符号の説明

２ Ｙ軸レール
４ ヘッド部
６ キャリッジ
８ 記録ヘッド
１０ モータ
１２ 軸受部材
１４ スプリングワッシャ
１６ 出力軸
１８ センサ
２０ センサ
２２ テーブル
２４ 印字対象物
２６ Ｘ軸レール
２８ エリアビーム

Claims (5)

1. 印字対象物を支持する支持面を有するテーブルと、記録ヘッドを搭載したヘッド部と、前記記録ヘッド側に設けられたレーザーを用いた高さ検出センサと、前記テーブルと前記ヘッド部とのＸＹ軸方向における相対移動及び印字動作を制御するコントローラとを備え、前記テーブルの支持面上に板状の厚みのある印字対象物を載置し、前記印字対象物を前記高さ検出センサで直線ライン方向に走査し、該走査の連続サンプリング結果から前記印字対象物の高さを測定するようにしたプリンタにおいて、前記コントローラが、前記走査データのサンプリング出現回数によるデータの重み付けを行う手段と、前記重み付けに基づいて、あるサンプリング出現回数以上の走査データを累積し、平均を求め、その値より大きいか小さいかで特定領域を判断する手段と、前記特定領域内の１番多いデータ又はその平均値から前記印字対象物の高さを求める手段とを備え、前記コントローラは、前記印字対象物を前記高さ検出センサで直線ライン方向に走査する制御を複数ライン行い、各ライン毎に求めた印字対象物のデータを比較し、最大値を求め、その最大値に基づいて印字対象物の厚さを確定するようにしたことを特徴とするプリンタ。
2. 前記走査データをその前方又はその前後の走査データで平均化し該平均化したデータに基づいて前記データの重み付けを行うようにしたことを特徴とする請求項１に記載のプリンタ。
3. 前記印字対象物の高さを求める手段は、あるサンプリング出現回数以上のデータがない場合は、前記印字対象物に所定の平面部分が無いと判断し、エラーとするようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプリンタ。
4. 前記ヘッド部の前記テーブルに対する高さを調整するためのヘッドギャップ調整機構を設け、前記印字対象物の厚さの測定結果から前記ヘッド部の前記印字対象物に対するギャップを適正な値に調整するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のプリンタ。
5. 前記コントローラは、前記印字対象物の高さを求める手段がエラーを判断したとき、ディスプレイの画面にエラーのメッセージ画像を表示し、且つセンサ読み取り情報の画面を表示するようにしたことを特徴とする請求項３に記載のプリンタ。

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