JP6440877B2 - 立体物印刷システムおよび立体物印刷方法 - Google Patents

Description

本発明は、立体物印刷システムおよび立体物印刷方法に関するものである。

従来、立体物上に画像を印刷する立体物印刷装置として、インクジェット式の記録ヘッドと、立体物の側面を記録ヘッドのノズル面に対向させた状態でその立体物を回転可能に支持する立体物支持部とを備え、立体物支持部によって立体物を回転させながら記録ヘッドによって立体物の側面に画像を印刷するプリンタが知られている（特許文献１参照）。

特開２００６−３３５０１９号公報

ところが、従来技術に係る立体物印刷装置では、立体物支持部で回転できる立体物は単一であるため、複数の立体物への印刷を行う場合の生産効率が低いという不都合があった。

また、従来技術では、印刷品質を向上させるためには、印刷対象として立体物の回転を適切に制御する必要であった。そのため、複雑で精密な制御技術を要し、コストが嵩むという難点もあった。

さらに、立体物印刷方法として、印刷用治具を用いる方法も提案されている。しかしながら、このような印刷方法では、異なる形状の立体物毎に印刷用治具を必要とし、また印刷用治具に立体物を固定する手間が必要であった。そのため、印刷に要する費用が嵩むなどの問題があった。

本発明は上記の事情に鑑み、立体物の回転制御が不要で、また固定治具を用いることなく高精細な印刷を行うことができる立体物印刷システムおよび立体物印刷方法を提供することを目的としている。

前記課題を解決するため、本発明に係る立体物印刷システムは、印刷対象としての複数の立体物を載置する印刷テーブルと、該印刷テーブルに印刷された複数の検出基準と、該各検出基準の位置および前記各立体物の表面に設定された複数の検出ポイントの位置を検出する検出手段と、前記各立体物に対応させた印刷データを生成する印刷データ生成手段と、該印刷データ生成手段で生成された印刷データにより、前記各立体物への印刷を実行する印刷手段と、前記検出手段、前記印刷データ生成手段および前記印刷手段の動作を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記検出手段によって検出された前記各検出基準の位置および前記各検出ポイントの位置に基づいて前記各立体物の位置と回転角を算出し、前記印刷データ生成手段は、算出された前記各立体物の位置と回転角に基づいて前記各立体物に対応させた印刷データを生成することを要旨とする。

他の発明に係る立体物印刷方法は、印刷テーブル上に載置した複数の立体物の表面に設定された複数の検出ポイントの位置および前記印刷テーブルに印刷された複数の検出基準を検出する検出過程と、検出された前記各検出基準の位置および前記各検出ポイントの位置に基づいて前記各立体物の位置と回転角を算出する算出過程と、算出された前記各立体物の位置と回転角に基づいて、前記各立体物に対応させた印刷データを生成する印刷データ生成過程と、生成された印刷データにより、前記各立体物への印刷を実行する印刷過程とを有することを要旨とする。

本発明によれば、立体物の回転制御が不要で、また固定治具を用いることなく高精細な印刷を行うことができる立体物印刷システムおよび立体物印刷方法を提供することができる。

第１の実施形態に係る立体物印刷システムの全体構成を示す機能ブロック図である。 第１の実施形態に係る立体物印刷システムの構成例を示す説明図である。 印刷レンダリングデータの生成手順を示す説明図である。 印刷レンダリングデータの生成手順の続きを示す説明図である。 印刷レンダリングデータの生成手順の続きを示す説明図である。 パターンマッチングで検出基準点を発見する手順を示す説明図である。 印刷データの生成手順の例を示す説明図（ａ）〜（ｃ）である。 検出基準マークの実施例を示す撮像図である。 立体物への印刷例を示す説明図（ａ）、（ｂ）である。 立体物への印刷例を示す一部拡大図（ａ）、（ｂ）である。 第１の実施形態に係る立体物印刷システムに適用されるベルトコンベア式の印刷テーブルを示す概略構成図である。 第２の実施形態に係る立体物印刷システムの全体構成を示す機能ブロック図である。 第２の実施形態に係る立体物印刷システムの要部の構成を示すブロック図である。 第２の実施形態に係る立体物印刷システムの構成例を示す説明図である。 第２の実施形態に係る立体物印刷システムの要部の構成例を示す概略構成図（ａ）、（ｂ）である。 立体姿勢の検出原理を示す説明図である。 立体姿勢の検出における照明角と姿勢角の例を示す説明図である。 立体姿勢の検出における照明角と姿勢角の他の例を示す説明図である。 第２の実施形態に係る立体物印刷システムで実行される補正処理の処理手順を示すフローチャートである。 補正処理における補正データの生成手順を示す説明図である。 補正処理における補正データの生成手順を示す説明図である。 補正処理における補正データの生成手順を示す説明図である。 印刷データ群の格納例を示す説明図である。 走査印刷ヘッドの走査方向とインクドロップレットの飛翔角等の関係を示す説明図である。 走査印刷ヘッドの走査方向と印刷例を示す説明図である。

以下、本発明の一例としての実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、ここでの説明は本発明が実施される最良の形態であることから、本発明は当該形態に限定されるものではない。

（第１の実施の形態）
図１および図２を参照して、第１の実施形態に係る立体物印刷システムＳ１の構成例について説明する。

ここで、図１は、第１の実施形態に係る立体物印刷システムＳ１の全体構成を示す機能ブロック図、図２は、第１の実施形態に係る立体物印刷システムＳ１の構成例を示す説明図である。

図１に示すように、立体物印刷システムＳ１は、印刷対象としての複数の立体物１０を載置する印刷テーブルＴと、この印刷テーブルＴ上に載置した各立体物１０、１０…の位置および向きを検出する検出手段１０１と、この検出手段１０１による検出結果に基づいて各立体物１０に対応させた印刷データを生成する印刷データ生成手段１０２と、この印刷データ生成手段１０２で生成された印刷データにより、各立体物１０への印刷を実行する印刷手段１０３と、検出手段１０１、印刷データ生成手段１０２および印刷手段（例えば、フラットベッド型のＵＶインクジェットプリンタ等）１０３の動作を制御する制御手段１０４とを備えている。

検出手段１０１は、所定の光学センサや印刷テーブルＴに載置された各立体物１０の３次元の姿勢情報を取得する３次元センサ２００で構成することができる。

印刷テーブルＴには、光学センサ（３次元センサ）２００で検出可能な検出基準１５が四隅に印刷して形成されている。

検出手段１０１は、立体物１０の表面について予め複数の検出ポイントを指示するＸＹスライダ３０１等で構成される指示手段１０５を備える。なお、図２おいて符号Ｂは、光線を示し、符号３００はプリンタの筐体を示す。

また、検出手段１０１は、各立体物１０について指示手段で指示された検出ポイントの位置および検出基準の位置を検出し、ワークステーション１０４Ａ、１０４Ｂ等で構成される制御手段１０４は、検出された検出ポイントの位置および検出基準の位置に基づいて、印刷テーブルＴ上における各立体物１０の位置および回転角を算出する。

また、制御手段１０１は、算出された各立体物１０の位置および回転角に関するデータと、予め取得した立体物１０の姿勢に関するデータとに基づくパターンマッチングによって、各立体物１０の姿勢を判定するようにできる。

印刷データ生成手段１０２は、ハードウェアとしてのワークステーション１０４Ｂおよび所定のデータ処理ソフトウェア等で構成することができる。

印刷データ生成手段１０２は、制御手段１０４で判定された各立体物１０の姿勢と、各立体物１０の表面に印刷する描画情報とに基づいて、第１の印刷データ（描画データ）を生成する第１生成手段１０２Ａと、検出手段１０１で検出された各立体物１０の位置と回転角に応じて第１の印刷データに回転処理を施して適正化した第２の印刷データを生成する第２生成手段１０２Ｂとを有する。

なお、印刷テーブルＴに載置された各立体物１０について高さを検出する高さ検出手段をさらに備えるようにしてもよい。

この場合には、印刷データ生成手段は、高さ検出手段で検出された各立体物１０の高さ情報に基づいて、第２の印刷データを補正するようにできる。

また、光学センサが、印刷テーブルＴに載置された各立体物１０の３次元の姿勢情報を取得する３次元センサで構成される場合には、第１生成手段１０２Ａは、３次元センサによる検出結果に基づいて第１の印刷データを生成し、第２生成手段１０２Ｂは、３次元センサ或いは他の検出手段で取得される各立体物１０の位置と回転角に応じて第１の印刷データに回転処理を施して適正化した第２の印刷データを生成するようにしてもよい。

また、光学センサ２００は、各立体物１０の表面への印刷状態を検出し、制御手段１０４は、印刷状態の検出結果に基づいて印刷の良否を判定するようにしてもよい。

（第１生成手段の処理について）
ここで、第１生成手段１０２Ａの処理の詳細について説明する。

まず、立体物１０についての３次元形状情報を有する３ＤＣＡＤデータと、立体物１０の表面に施す彩色および描画に関する情報を有するデザインデータとを第１生成手段１０２Ａに入力する。

第１生成手段１０２Ａには、３ＤＣＡＤデータに印刷テーブルＴ上の姿勢情報を含めて入力する。

なお、第１生成手段１０２Ａを構成するワークステーション１０４Ｂの操作画面上で、３ＤＣＡＤデータから印刷テーブルＴ上で最も安定する姿勢を指示決定するようにできる。

次いで、印刷テーブルＴ上の立体物姿勢情報に対応した３ＤＣＡＤデータと描画情報を合成し、平行光透視像の条件で２次元レンダリングデータを抽出する。

次に、抽出した２次元レンダリングデータと、レンダリングデータに対応する奥行情報から第１の印刷データ（描画データ）を生成する。

より具体的には、一般的に印刷装置は平面に２次元データを印刷するので、平面から離れた奥行に対する印刷特性は平面上への印刷特性とは異なっている。この平面とは異なる奥行印刷特性を予め保存しておき、保存した特性を参照して、レンダリングデータに対応する奥行情報からの最適な描画データを生成する。

例えば、インクジェット印刷装置の場合には、インクドロップレットの飛翔特性に応じて奥行に対する印刷特性に依存する。そこで、比較的遠くの位置へのインクドロップレットの着弾精度は悪くなることによる印刷特性の乱れを補うために、奥行のある輪郭部はレンダリングデータを拡張して最適な描画データとする。

（印刷レンダリングデータの生成手順）
図３から図５を参照して、第１の実施形態に係る立体物印刷システムＳ１における印刷レンダリングデータの生成手順について説明する。

なお、本実施形態では、印刷対象としての立体物１０として、マスコット人形Ｄ１を例示する。

図３に示す生成手順では、第１生成手段１０２Ａを構成するワークステーション１０４Ｂの操作画面４００上で、マウス等のポインティングデバイスなどを用いて、マスコット人形Ｄ１ａ〜Ｄ１ｄの向き等を操作して、マスコット人形Ｄ１の姿勢を決定する。

次いで、図４に示す生成手順では、決定した姿勢におけるマスコット人形Ｄ１の３ＤＣＡＤデータとデザインデータ（図４等に示す例では、服のデザインデータ）Ｗ１を操作画面４００上で合成する。

図５に示す生成手順では、平行光透視像の条件で２次元レンダリングデータを抽出し、この２次元レンダリングデータと、このレンダリングデータに対応する奥行情報から描画データＷ１ａを生成する。

（検出手段の具体例について）
次に、図２等を参照して、検出手段１０１としての読取り装置の実施例について説明する。

図２に示す実施例では、読取り装置（検出手段）１０１は、フラットベッド型のＵＶインクジェットプリンタ１０３等を収容する筐体３００の上面側に配置されるＸＹスライダ３０１と、このＸＹスライダ３０１によってＸＹ方向に移動可能なデジタルカメラから成る３次元センサ２００とから構成されている。

ここで、ＵＶインクジェットプリンタ１０３の印刷データは、立体物１０の印刷テーブルＴ上の位置に合致した位置に生成される必要がある。

描画位置精度は、事前の調査結果に基づく目標値として２００μとし、ＵＶインクジェットプリンタ１０３の印刷テーブルＴ上の立体物１０の位置を１００μの精度、回転角度を１度で検出可能としている。

また、３次元センサ２００は、画素数２４７８万のデジタルカメラで構成され、ＸＹスライダ３０１は印刷テーブルＴ上を８分割した検出エリアＡ１〜Ａ８（図７等参照）で撮影するように前記デジタルカメラを移動させる。

そして、ワークステーション１０４Ｂにインストールされている読取用ソフトウェアの処理により、デジタルカメラによる立体物１０の基準点（具体例は後述する）の指定と、読み取り結果から印刷テーブル上の位置と回転角度を演算する。

なお、撮影時の振動等の影響で読み取り画像に誤差が発生しないようにＸＹスライダ３０１の加速減速制御を行い、検出時間短縮と、読取り精度とを両立するために各検出エリア間の移動時間は１〜４秒とすることが望ましい。

また、上述のように画素数２４７８万のデジタルカメラを用いた場合において、印刷テーブルＴの大きさは、３０ｃｍ×４２ｃｍとした。

このような条件において、読み取り領域に相当する印刷テーブルＴの大きさと読み取り解像度の関係から、１回の撮影における検出エリアＡ１〜Ａ８の大きさは、１５ｃｍ×１０．５ｃｍとした。

そして、デジタルカメラを印刷テーブルＴの平面と平行な平面を移動させるＸＹスライダ３０１を印刷テーブルＴから約８０ｃｍの高さに配置した。

なお、印刷テーブルＴ上に配置される立体物１０の高さ寸法が撮影視野角により印刷テーブルＴ上の位置と一致しないことによる誤差を小さくすることが印刷精度上、重要である。

予め把握できる高さについては補正演算が可能であるが、立体物１０の寸法誤差や立体姿勢誤差等の影響を排除するには原理的に視野角を小さくする必要がある。

即ち、高さ誤差０．５ｍｍの影響が読み取り誤差０．０５ｍｍの範囲となるよう視野角５．７度以下を満たすように設計することが好ましい。

（印刷基準に基づく読み取り基準マークおよびパターンマッチングについて）
デジタルカメラで読み取る立体物１０の印刷テーブルＴ上の位置情報の基準点は印刷基準と高精度に一致させる必要がある。

そのため、印刷テーブルＴ上に印刷用シートを固定し、その印刷用シート上に図８に例示するような基準マーク（検出基準）１５を印刷した。

この基準マーク１５との位置関係を撮影情報から決定し、印刷データを生成し、印刷を行うようにしている。

より具体的には、例えばＡ３（２９７ｍｍ×４２０ｍｍ）サイズの印刷テーブルＴ上にテーブルと同等サイズのＰＥＴフイルムを固定し、検出マークをエリアＡ１〜Ａ８毎に印刷した（図７〜図１０参照）。

図８、図１０等に示す例では、各エリアＡ１〜Ａ８の基準点を交点とする十字線上に等距離で４つの円を印刷した。

そして、検出手段１０１で、この４つの円をパターンマッチングで検出し、４つの円の中心点を求め、対向する中心点を直線で結びその交点を基準点として決定する。

これにより、高精度に印刷手段１０３の印刷基準と検出基準を一致させることができる。

また、デジタルカメラによる撮影情報から各立体物１０の位置と回転角（印刷テーブルＴ平面内での回転角）を高精度で、且つ短時間で決定するために、立体物１０の輪郭情報の２か所以上の特徴点を検出ポイントとして指示し、パターンマッチング処理を行う。

即ち、例えば図６（ａ）に示すように、予め立体物１０の輪郭情報を取得し、２か所の輪郭の特徴点Ｐ１、Ｐ２を検出ポイントとして指示する。

次いで、デジタルカメラの読み取り画像情報からパターンマッチングによって読み取り基準点Ｑ１、Ｑ２を抽出する（図６（ｂ）参照）。

そして、２点の読み取り基準点Ｑ１、Ｑ２を抽出した後に、その立体物の重心位置Ｃと回転角θ１を決定する。

この輪郭データを用いて、図６（ｂ）、図７で示すように、立体物１０の印刷テーブルＴ上の位置と姿勢（印刷テーブルＴの平面内での回転角θ１）を検出するように、読み取り基準点を２点以上指示する。

図７（ａ）に示す例では、印刷テーブルＴのエリアＡ１〜Ａ８に、２〜３個の立体物１０がランダムな方向で載置されている。

ここで、エリアＡ４を例にすると、各立体物１０ａ〜１０ｃについて、図７（ａ）の脇に示す手法で、読み取り基準点に基づいて、位置（ｘ１，ｙ１）および回転角（θ１）を決定する（図７（ｂ）参照）。

そして、上述のようにして取得した印刷テーブルＴ上に配置した全ての立体物１０の各々の位置と回転角θ１の情報を、第１の印刷データ（描画データ）を生成する第１生成手段１０２Ａに転送する。

次いで、第２生成手段１０２Ｂにより、各立体物１０の位置（ｘ１，ｙ１）および回転角（θ１）に応じて第１の印刷データに回転処理を施して適正化した第２の印刷データを生成する。

なお、第２の印刷データを生成は、前記読み取り基準点を印刷した際のデータ基準点との位置関係を一致あるいは規定の値とするようにできる。これにより、読み取り判定位置と印刷位置との高精度な一致を行うことができる。

また、図７（ａ）に示す例では各立体物は印刷テーブルＴのエリアＡ１〜Ａ８の各エリア内に載置されているが、エリアＡ１〜Ａ８を跨った位置であっても各処理をエリア結合させることで可能となる。

さらに、立体物もしくは描画データが複数有る場合であっても、本発明の適用により同様に高精度の印刷を行うことが可能である。

（印刷の実行例）
まず、図９（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、複数の立体物１０を印刷テーブルＴ上に配置する。

この際に、各立体物１０の配置は事前に決めた印刷テーブルＴ上での姿勢を維持していれば印刷テーブルＴの平面内での回転角や位置は自由である。また、立体物１０の数量も印刷テーブルＴ上に配置できる範囲内であれば制限はない。

そして、各立体物１０について、上述の手法により、位置と回転角を検出し、その検出結果に基づいて生成した印刷データにより印刷手段１０３を駆動して、各立体物１０への印刷を実行する。これにより、図９（ｂ）、図１０（ａ）に示すような印刷物１０Ａを得ることができる。

また、第１の実施形態に係る立体物印刷システムＳ１において、図１１に示すように、印刷テーブルＴを、立体物１０を載置して上流側から下流側に移動可能なベルト（例えば、無限軌道状のベルト）Ｂを備えるベルトコンベア７００で構成することができる。

ベルトＢは、図示しない駆動装置によって、Ｄ１０方向（図上は、右方向）に移動される。

ベルトＢの表面には、検出手段２００で検出可能な検出基準（読取り基準マーク）１５が複数にわたって印刷されている。

ここで、検出手段２００は、印刷手段としてのインクジェット式の印刷装置１３０よりも上流側に配置されている。なお、図１１において、符号１０Ａは、印刷手段１３０によって所定の印刷が施された立体物を示す。

（第２の実施の形態）
図１２〜図２５を参照して、第２の実施形態に係る立体物印刷システムＳ２の構成例について説明する。

なお、第１の実施形態に係る立体物印刷システムＳ１と同様の構成については、同一符号を付して重複した説明は省略する。

ここで、図１２は、第２の実施形態に係る立体物印刷システムＳ２の全体構成を示す機能ブロック図、図１３は、立体物印刷システムＳ２の要部の構成を示すブロック図である。

図１２に示すように、第２の実施形態に係る立体物印刷システムＳ２は、印刷データ生成手段１０２が、第１生成手段１０２Ａ、第２生成手段１０２Ｂに加えて第３生成手段１０２Ｃを備え。印刷手段１０３が走査印刷ヘッド１３０を備える点が、第１の実施形態に係る立体物印刷システムＳ１と異なっている。

この走査印刷ヘッド１３０は、印刷テーブル上を順次高速に走査して移動を行うことによって印刷テーブル上の全面を高速に印刷することを可能としている。

ここで、図２４に示すように、走査印刷ヘッド１３０が高速に走査（例えば、走査方向Ｄ２０）する印刷手段である場合には、吐出されたインクドロップレット３００Ａは斜めに飛翔する。

なお、インク粒子の飛翔角の概算（想定値）は、例えば突出速度：５ｍ／ｓｅｃ、ヘッド走査速度：０．５ｍ／ｓｅｃ、ａｔａｎ０．１＝５．７ｄｅｇなどである。

また、インクドロップレット２００Ａは、走査印刷ヘッド１３０の走査に伴う気流の影響により、インクドロップレット３００Ｂのように、飛翔軌道が曲線状となる場合もある。

このように、インク飛翔角の影響により立体表面が曲面である場合に、インクドロップレット３００Ｂの着弾位置が平面上とは異なることとなり、直線性や寸法精度に影響を及ぼしてしまう。

図２５に示す例では、走査印刷ヘッド１３０の走査方向がＤ２０の場合に、９０度ごとに向きを変えた立体物１０ａ〜１０ｄに対して、線状の印刷Ｐ２０ａ〜Ｐ２０ｄを施した。

その結果、走査方向がＤ２０と略平行な線状の印刷Ｐ２０ａ、Ｐ２０ｃでは直線性が維持されている。

一方、走査方向がＤ２０と略直交する線状の印刷Ｐ２０ｂ、Ｐ２０ｄでは直線性が失われていることが分かる。

そこで、第２の実施形態に係る立体物印刷システムＳ２では、印刷手段１０３は、インクジェット式の走査印刷ヘッド１３０を備えた印刷装置で構成され、印刷データ生成手段１０２は、走査印刷ヘッド１３０から射出されるインク粒子（インクドロップレット）の飛翔角と、各立体物の描画面の形状とに基いて、最適化した印刷データを生成する第３生成手段１０２Ｃを設けた。

そして、ワークステーション等で構成される制御手段１０４は、第３生成手段１０２Ｃで最適化した印刷データに基いて印刷装置（印刷手段１０３）を制御するようになっている。

これにより、走査印刷ヘッド１３０から吐出されるインクドロップレットを所望の位置に着弾させて、印刷精度を向上させることができる。

なお、第３生成手段１０２Ｃは、図１３のブロック図に示すように、描画面の立体形状データの記憶手段（例えば、フラッシュメモリ等）５０１と、印刷データ最適化手段５０２とを備えている。第３生成手段１０２Ｃは、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ等のハードウェアと、後述の補正処理等を実行するソフトウェアとの協働によって実現される。また、補正処理の詳細については、後述する。

また、第２の実施形態に係る立体物印刷システムＳ２において、前出の図１１に示すように、印刷テーブルＴを、立体物１０を載置して上流側から下流側に移動可能なベルト（例えば、無限軌道状のベルト）Ｂを備えるベルトコンベア７００で構成するようにしてもよい。

第２の実施形態に係る立体物印刷システムＳ２において、検出手段としての３次元センサ２００は、デジタルカメラ等で構成される２次元センサ２００Ａと、立体物１０を照らすＬＥＤライト等で構成される照明手段２５０とから構成されている。

図１４および図１５（ａ）に示す構成例では、照明手段２５０としてのＬＥＤライトは、２次元センサ２００Ａの周囲に、アーム部材２５１によって９０度毎に４つ設けられている。

なお、照明手段２５０としてのＬＥＤライトは、立体物の姿勢を把握するために所定の陰影をつける観点から複数個であることが好ましく、例えば５個以上設けるようにしてもよい。

また、図１５（ｂ）に示すように、複数のＬＥＤ等をリング状に配置した照明手段２６０をアーム部材２５１によって２次元センサ２００Ａの周囲に取り付けるようにしてもよい。

そして、２次元センサ２００Ａは、照明手段２５０（２６０）によって形成される立体物１０の描画面の陰影を検出して立体物１０の３次元姿勢を取得する。

ここで、図１６は、立体姿勢の検出原理を示す説明図、図１７は、立体姿勢の検出における照明角と姿勢角の例を示す説明図、図１８は、立体姿勢の検出における照明角と姿勢角の他の例を示す説明図である。

図１６に示すように、照明手段２５０のライトの位置が図上右側（ＬZ＋方向）に有る場合の立体物１０への照射角を−θ、照明手段２５０のライトの位置が図上左側（ＬZ−方向）に有る場合の立体物（例えば、人形の顔部）１０への照射角を＋θとする。

そして、所定の照明角度（例えば、−４５度、０度、＋４５度）による立体物１０の凹凸陰影パターン（照明角と姿勢角の組み合わせによる）を図１７のように取得してデータベース化してフラッシュメモリ等に格納する。

これにより、例えば図１１に示すベルトコンベア７００のベルトＢ上に載置された立体物１０の凹凸陰影を検出手段２００で取得し、データベース化されたパターンと照合することにより、各立体物１０の立体角（立体姿勢）を検出することができる。

なお、図示は省略するが、立体物１０の上下方向および横方向（いわゆるＸＹＺ方向）の陰影変化のパターンを取得してデータベース化して格納するようにしてもよい。これにより、各立体物の立体角（立体姿勢）をより高精度に検出することができる。

また、図１８（ａ）、（ｂ）に示すように、所定の明暗パターン８０１を立体物１０に照射し、その立体物１０の明暗パターンの変化によって各立体物１０の立体角（立体姿勢）を検出するようにしてよい。

（印刷データの最適化について）
ここで、補正処理の詳細について説明する前に、第２の実施形態に係る立体物印刷システムＳ２における印刷データの補正（最適化）の仕組みについて説明する。

第２の実施形態に係る立体物印刷システムＳ２では、印刷手段１０３としてインクジェット式の印刷ヘッド１３０を備えた印刷装置を用いている。

そのため、印刷ヘッド１３０の走査方向への移動および気流の影響により、印刷ヘッド１３０から射出されるインク粒子が飛翔する軌道は垂直直下への軌道とは異なる。

なお、インク粒子の飛翔角の概算（想定値）は、例えば突出速度：５ｍ／ｓｅｃ、ヘッド走査速度：０．５ｍ／ｓｅｃ、ａｔａｎ０．１＝５．７ｄｅｇなどである。

また、立体物１０への印刷では、高さの異なる位置（即ち、凹凸を有する立体物の表面）にインク粒子を正確に着弾させる必要がある。

即ち、２次元の印刷対象（例えば、印刷用紙等）用に生成された印刷データを立体物にそのまま投影して印刷を実行してしまうと、インク粒子の着弾位置が当初の目標位置とズレてしまい、所望の印刷結果を得られないという問題を生じる。

したがって、立体物１０に対して所望の印刷結果を得るためには、インク粒子の軌道および高さの異なる位置への着弾位置のズレ等を考慮した補正を行って最適化した印刷データを生成する必要がある。

そこで、第３生成手段１０２Ｃ等において、印刷ヘッド１３０から射出されるインク粒子の飛翔角と、各立体物１０の描画面の形状とに基いて、最適化した印刷データを生成する補正処理を行う。

（補正処理について）
次に、図１９のフローチャートおよび図２０〜図２３の説明図を参照して、第２の実施形態に係る立体物印刷システムＳ２で実行される補正処理の処理手順について説明する。

補正処理が開始されると、まず、検出手段１０１によって立体物１０の平面回転角を取得してステップＳ１１に移行する。

ステップＳ１１では、画素単位の３次元データと対になった元デザインデータを制御手段１０４の記憶装置等から読み出す。

ここで、元デザインデータは、立体物１０の標準姿勢における平面投影法で得た基本印刷データに相当する。図２０に例示する座標では、ハッチを付した画素（領域）ＰＤ１が基本印刷データに該当する。

基本印刷データは、１画素毎（図２０に示す例では、画素（ｘ７，ｙ９））に、高さ情報Ｈと、隣接画素を含む曲面情報（図２０に示す例では、画素（ｘ７，ｙ９）のｙ９切片における曲面情報）とを紐付けしたデータであり、制御手段１０４の記憶装置等に格納されている。

ステップＳ１２では、立体物１０の立体姿勢を標準姿勢の変位角から検出してステップＳ１３に移行する。

ステップＳ１３では、画素毎に、インク飛翔角によるインク着弾位置を予測する。

図２１（ａ）、（ｂ）に示す例は、立体物１０の平面回転角１８０度、立体姿勢の変位角（ｘ軸上で５度）の変位を検出した場合のインク着弾位置の予測例である。

この予測例に示すように、平面回転角が１８０°で立体姿勢が５°である場合には、インクの飛翔距離が長くなり着弾位置が基準位置よりも遠くまで及んでいることが分かる。

図２１（ａ）、（ｂ）に示す例では、立体物１０の印刷面の形状が、図示するように凸面の形状になっていることと、高さ（インク吐出面４００からの距離）が異なることによって、インクの飛翔軌道３００Ｃ、３００Ｄおよび着弾位置に違いが生じる。

このようなインク着弾位置の予測を各画素について実行して、インク着弾位置の予測データを生成する。

次いで、ステップＳ１４では、各画素毎にインク着弾位置のインク着弾位置の予測データと目標着弾位置とのズレを算出する。

図２２に示す例では、図２２（ａ）に示す元デザインデータＰＤ１について、図２２（ｂ）に示すようにインク着弾位置はＤ１１方向にズレる予測となっている。

次に、ステップＳ１５では、目標着弾位置となるようにインク着弾位置を補正した補正印刷データ（例えば、図２２（ｃ）に示す補正印刷データＰＤ２）を生成して処理を終了する。

なお、インク着弾位置のズレの予測や、インク着弾位置を補正の演算に関し処理時間を高速に行うために、予め演算結果をフラッシュメモリ等に格納するようにしてもよい。

即ち、例えば図２３に示すように、立体姿勢角ごとに平面回転角と印刷データを関連付けした演算結果を印刷データ群（補正印刷データ）としてテーブル形式等でフラッシュメモリ等の不揮発性メモリやハードディスク装置等に格納できる。

また、格納した演算結果の量を実用的な規模で十分な演算精度を得るために、複数の格納された演算結果に補完処理を加えるようにしてもよい。

このようにして生成した補正印刷データを用いて、各立体物１０への印刷を実行することにより、ベルトコンベア７００で順次搬送されて来るランダムな方向や傾きで載置された複数の立体物１０に対して、所望の印刷を正確に施すことが可能となる。

ここで、インク飛翔角と立体物１０の描画面形状との関係に応じた最適な印刷データは、予め準備された各姿勢に対応する最適印刷データ群を生成して記憶装置等に格納するようにしてもよい。

また、準備された各姿勢に対応する最適印刷データ群に、検出された立体姿勢と平面回転角に対応するデータが欠落している場合は、その立体物に限って白紙印刷データ（例えば、立体物に何も印刷しない状態）とするようにしてもよい。

また、欠落データが生じたジョブの履歴に応じて、欠落データの演算と格納を並行して行うようにしてもよい。この場合には、最適印刷データ群の成長を自己学習によって進めて、生産性の向上を図ることができる。

以上述べたように、本実施の形態に係る立体物印刷システムおよび立体物印刷方法によれば、従来のように印刷物を得るまでの試行錯誤を不要とすることができ、生産効率を高めることができる。

また、印刷用治具を用いることなく、複数の立体物に高精度で高精細な印刷を施すことができ、印刷コストを低廉化することができる。

以上本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって開示された技術に限定されるものではないと考えるべきである。すなわち、本発明の技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載に従って解釈すべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、印刷手段１０３は、ＵＶインクジェットプリンタに限定されず、種々の印刷方式のプリンタを適用することができる。

また、制御手段１０４もワークステーションに限定されず、パーソナルコンピュータ等を用いるようにしてもよい。

また、３次元センサを、照明手段と２次元カメラで構成する場合に、立体物１０の３次元姿勢の決定は、描画面の陰影データと予め記憶してある立体物の３次元姿勢に対応した陰影データとの比較演算によって行うようにしてもよい。

また、立体物に対する照射角が異なる複数の照明手段（ＬＥＤライト２５０、２６０等）を設け、順次、照明工程と２次元カメラによる撮影工程を繰り返して行い、得られた複数の撮影結果から立体物の立体姿勢を検出するようにしてもよい。

Ｓ１、Ｓ２…立体物印刷システム
１０…立体物
１５…基準マーク（検出基準）
１０１…検出手段
１０２…印刷データ生成手段
１０２Ａ…第１生成手段
１０２Ｂ…第２生成手段
１０２Ｃ…第３生成手段
１０３…印刷手段
１０４…制御手段
１０５…指示手段
１３０…走査印刷ヘッド
２００…光学センサ（３次元センサ）
７００…ベルトコンベア
Ｔ…印刷テーブル

Claims (14)

1. 印刷対象としての複数の立体物を載置する印刷テーブルと、
   該印刷テーブルに印刷された複数の検出基準と、
   該各検出基準の位置および前記各立体物の表面に設定された複数の検出ポイントの位置を検出する検出手段と、
   前記各立体物に対応させた印刷データを生成する印刷データ生成手段と、
   該印刷データ生成手段で生成された印刷データにより、前記各立体物への印刷を実行する印刷手段と、
   前記検出手段、前記印刷データ生成手段および前記印刷手段の動作を制御する制御手段と
   を備え、
   前記制御手段は、
   前記検出手段によって検出された前記各検出基準の位置および前記各検出ポイントの位置に基づいて前記各立体物の位置および回転角を算出し、
   前記印刷データ生成手段は、算出された前記各立体物の位置および回転角に基づいて前記各立体物に対応させた印刷データを生成することを特徴とする立体物印刷システム。
2. 前記検出手段は、光学センサで構成されることを特徴とする請求項１に記載の立体物印刷システム。
3. 前記各立体物は、前記印刷テーブル上に任意な方向、傾きで載置され、
   前記制御手段は、当該任意な方向、傾きで載置された各立体物毎に位置および回転角を算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の立体物印刷システム。
4. 前記検出手段は、前記検出ポイントを予め指示する指示手段を備えることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の立体物印刷システム。
5. 前記制御手段は、算出された前記各立体物の位置および回転角に関するデータと、予め取得した前記立体物の姿勢に関するデータとに基づくパターンマッチングによって、前記各立体物の姿勢を判定することを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の立体物印刷システム。
6. 前記印刷データ生成手段は、
   前記制御手段で判定された前記各立体物の姿勢と、前記各立体物の表面に印刷する描画情報とに基づいて、第１の印刷データを生成する第１生成手段と、
   前記検出手段で検出された前記各立体物の位置と回転角に応じて前記第１の印刷データに回転処理を施して適正化した第２の印刷データを生成する第２生成手段と、
   を有することを特徴とする請求項５に記載の立体物印刷システム。
7. 前記印刷テーブルに載置された前記各立体物について高さを検出する高さ検出手段をさらに備え、
   前記印刷データ生成手段は、前記高さ検出手段で検出された前記各立体物の高さ情報に基づいて、前記第２の印刷データを補正することを特徴とする請求項６に記載の立体物印刷システム。
8. 前記光学センサは、前記印刷テーブルに載置された前記各立体物の３次元の姿勢情報を取得する３次元センサで構成され、
   前記第１生成手段は、前記３次元センサによる検出結果に基づいて前記第１の印刷データを生成し、
   前記第２生成手段は、前記３次元センサ或いは他の検出手段で取得される前記各立体物の位置と回転角に応じて前記第１の印刷データに回転処理を施して適正化した第２の印刷データを生成することを特徴とする請求項７に記載の立体物印刷システム。
9. 前記光学センサは、前記各立体物の表面への印刷状態を検出し、
   前記制御手段は、前記印刷状態の検出結果に基づいて印刷の結果を評価することを特徴とする請求項２から請求項８の何れか１項に記載の立体物印刷システム。
10. 前記印刷テーブルは、前記立体物を載置して上流側から下流側に移動可能なベルトを備えるベルトコンベアで構成されることを特徴とする請求項１から請求項９の何れか１項に記載の立体物印刷システム。
11. 前記検出手段は、前記印刷手段よりも上流側に配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の立体物印刷システム。
12. 前記印刷手段は、インクジェット式の印刷ヘッドを備えた印刷装置で構成され、
    前記印刷データ生成手段は、
    前記印刷ヘッドから射出されるインク粒子の飛翔角と、前記各立体物の描画面の形状とに基いて、最適化した印刷データを生成する第３生成手段をさらに有し、
    前記制御手段は、前記第３生成手段で最適化した印刷データに基いて前記印刷装置を制御することを特徴とする請求項１から請求項１１の何れか１項に記載の立体物印刷システム。
13. 前記３次元センサは、２次元センサと、前記立体物を照らす照明手段とから構成され、
    前記２次元センサは、前記照明手段によって形成される前記立体物の描画面の陰影を検出して該立体物の３次元姿勢を取得することを特徴とする請求項８から請求項１２の何れか１項に記載の立体物印刷システム。
14. 印刷テーブル上に載置した複数の立体物の表面に設定された複数の検出ポイントの位置および前記印刷テーブルに印刷された複数の検出基準を検出する検出過程と、
    検出された前記各検出基準の位置および前記各検出ポイントの位置に基づいて前記各立体物の位置と回転角を算出する算出過程と、
    算出された前記各立体物の位置と回転角に基づいて、前記各立体物に対応させた印刷データを生成する印刷データ生成過程と、
    生成された印刷データにより、前記各立体物への印刷を実行する印刷過程と
    を有することを特徴とする立体物印刷方法。