JP7041605B2

JP7041605B2 - 物体の印刷中にダイレクトトゥオブジェクトプリンタ内の印刷ヘッドを枢動するためのシステム及び方法

Info

Publication number: JP7041605B2
Application number: JP2018199741A
Authority: JP
Inventors: リチャード・エイ・キャンベル
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2017-11-14
Filing date: 2018-10-24
Publication date: 2022-03-24
Anticipated expiration: 2038-10-24
Also published as: DE102018128226A1; JP2019089320A; US10226951B1

Description

本開示は、概して、３次元（３Ｄ）物体上に印刷するためのシステムに関し、より具体的には、卵形または不規則形状の物体上に印刷するシステムに関する。

商業用物品印刷は、物品の製造中に典型的に発生する。例えば、ボールの表皮は、ボールが完成して膨らまされる前にパターンまたはロゴが印刷される。その結果、例えば、潜在的な製品顧客が複数のプロフェッショナルチームまたは大学チームを支持する地域において、物流現場または小売店等の非製造組織は、その領域内で人気のある種々のチームのロゴを有する製品の在庫を保管する必要がある。在庫を維持するため、各異なるロゴ用に正確な数の製品を発注することが、問題となり得る。

非生産直販店においてこれらの問題に対処する１つの方法が、印刷されていないバージョンの製品を保管し、物流現場または小売店でそれらにパターンまたはロゴを印刷することである。ダイレクトトゥオブジェクト（ＤＴＯ）プリンタとして既知のプリンタが、個々の物体を印刷するために、開発されている。これらのＤＴＯプリンタは、別の印刷ヘッド毎に１つの印刷ヘッドを伴う垂直構造で典型的に配置される、複数の印刷ヘッドを有する。これらの印刷ヘッドは、配向が固定される。ボール、水ボトル、及び同様のもの等、印刷される物体が卵形であるとき、物体の表面の一部が印刷ヘッドの平面から外れるため、完全な画像を表面に印刷することはできない。ＤＴＯプリンタが卵形物体の全部または一部上に画像を印刷することが可能になることは、有益であろう。

新規の３次元（３Ｄ）物体印刷システムは、卵形または不規則な形状の物体の表面の大部分または全てが印刷されることを可能にするために、システム内の印刷ヘッドの柔軟性のある配向を提供する。印刷システムは、フレームと、フレームに取り付けられ、マーキング材料を吐出するように構成された少なくとも１つの印刷ヘッドと、フレームに操作可能に接続され、フレームを枢軸を中心に回転させるように構成されている第１のアクチュエータと、フレーム及び少なくとも１つの印刷ヘッドの反対側の物体を保持するように構成されているホルダと、第１のアクチュエータ及び少なくとも１つの印刷ヘッドに操作可能に接続されたコントローラと、を含む。コントローラは、第１のアクチュエータを操作して、フレーム及び少なくとも１つの印刷ヘッドを枢軸を中心に枢動させ、少なくとも１つの印刷ヘッドを操作して、ホルダによって保持された物体上にマーキング材料を吐出するように構成される。

卵形または不規則形状の物体の表面の大部分または全てを印刷することを可能とする、３Ｄ物体印刷システムを操作する３Ｄ物体印刷システム及び方法の前述の態様及び他の特徴が、以下の説明において、添付の図面に関連して説明される。

卵形または不規則形状の物体の表面の大部分または全てを印刷することを可能にする、印刷ヘッド枢動サブシステムを有するＤＴＯ印刷システムの背面を通した概略図である。図１に示されるＤＴＯ印刷システムの側面図の概略図である。図１及び図２に示されるシステムの上面図である。フットボールの表面を印刷するために使用された一連の印刷ヘッド位置を図示する。フットボールの表面を印刷するために使用された一連の印刷ヘッド位置を図示する。フットボールの表面を印刷するために使用された一連の印刷ヘッド位置を図示する。印刷ヘッド枢動サブシステムを有するプリンタによって印刷され得る種々の形状を図示する。図１の印刷システムの操作のためのプロセスを図示する。

本実施形態の一般的な理解のために、図面を参照する。図面において、同様の参照番号は、同様の要素を示すために全体を通して使用されている。

図１は、システムの後部を通して印刷されている物体に向かうダイレクトトゥオブジェクト（ＤＴＯ）印刷システム１００の図を図示する。システム１００は、物体回転サブシステム１０８内に固定される物体１０４の表面を印刷するための印刷ヘッド１１８のアレイを伴って構成される。本文書内で使用される場合、「印刷ヘッド」という用語は、マーキング材料を吐出するように構成された複数のイジェクタを有する構成部品を意味する。イジェクタによって吐出されるマーキング材料は、イジェクタが流体接続されるマーキング材料源に依存する。本文書内で使用される場合、「サブシステム」という用語は、より大きなシステム内で特定の機能を実行するように操作される２つ以上の構成部品を指す。印刷ヘッド１１８は、互いに対して平行であり、物体１０４の縦軸に対して平行な縦軸を有する。物体回転サブシステム１０８は、２つの垂直部材１５８が取り付けられてＵ字型フレームの脚部を形成するベース部材１５４を有するＵ字型フレームを含む。各垂直部材１５８は、開口部１６２を含み、その各々はシャフト１２６を支持する。開口部１６２は、開口部内のシャフト１２６の回転を容易にするベアリングまたは他の構成部品を含むことができる。各シャフト１２６の端部には、印刷のための物体１０４の１つの端部または側面を保持するように構成された把持部１６６がある。把持部１６６は、シャフト１２６から着脱可能であり、異なる形状の物体を保持するための異なる構成を有する把持部はシャフトから取り外し及びシャフトに取り付けることができる。少なくとも１つのシャフト１２６は、図内の矢印によって示されるように少なくとも１つのシャフト１２６を双方向に回転させ、及びシャフト１２６を双方向に並進させるように構成された１つ以上のアクチュエータ１２２に操作可能に接続される。把持部１６６が物体１０４の一部を保持するとき、駆動シャフト１２６もまた回転し、２つの軸と整列した軸に沿って他方のシャフト１２６を並進させる。コントローラ１２４は、アクチュエータ１２２に操作可能に接続され、アクチュエータ１２２を操作して、物体１０４がサブシステム１０８内に取り付けられた後に、物体回転サブシステム１０８を移動させるように構成される。コントローラ１２４によるアクチュエータ１２２の操作は、印刷ヘッド１１８を基準として物体を横方向及び回転方向に位置決めする。

印刷ヘッド１１８は、キャリッジフレーム１３０内に取り付けられる。クロスフレーム部材は、平行な側面部材１３２に対して垂直であり、長方形のフレームを形成するが、他のフレーム構成も可能である。クロスフレーム部材１３８は、ねじ付き開口部１４２を伴って構成され、各対の開口部は、リードスクリュー１３４を受容する。リードスクリュー１３４は、リードスクリュー１３４上でフレーム１３０を上下させるために双方向に回転するように構成された１つ以上のアクチュエータ１４６に操作可能に接続される。代替的に、フレーム１３０は、無端ベルト及びフレームの各側面上に一対のプーリを伴って構成され、プーリはベルトを回転させるためにアクチュエータによって駆動されて、フレーム１３０を上下させる。このフレーム１３０の垂直方向の調整は、印刷及びＵＶ材料の硬化のために、物体１０４の表面の反対側の種々の位置において、印刷ヘッド１１８及び紫外線（ＵＶ）光硬化装置１５０を位置決めする。キャリッジフレーム１３０は、枢動フレーム１７０内に取り付けられる。フレーム１７０は、横部材１７４及び垂直部材１７８を含む。下部横部材１７４は、双方向回転のためにアクチュエータ１８６に操作可能に接続される回転シャフト１８２に取り付けられる。コントローラ１２４はまた、アクチュエータ１８６に操作可能に接続され、アクチュエータ１８６を操作して、フレーム１７０及びフレーム１３０をシャフト１８２を中心に枢動させて、印刷ヘッド１１８を物体１０４の表面を基準とする角度で配向させるように構成される。コントローラ１２４はまた、アレイ内の印刷ヘッド１１８を操作して、マーキング材料を物体１０４の表面上に吐出するように構成される。アレイ１１２内の１つ以上の印刷ヘッド１１８が紫外線（ＵＶ）マーキング材料を吐出する場合、次いでＵＶ硬化装置１５０が、ＵＶ材料を硬化させるためにコントローラ１２４によって操作される。本文書内で使用される場合、「ＵＶ光線」は、可視光よりも短いが、Ｘ線よりも長い波長を有する光を指す。このような光の波長は、約１０ｎｍ～４００ｎｍである。ユーザインターフェース１２０は、以下でより十分に説明される目的のためにコントローラ１２４に操作可能に接続される。

図２は、図１に示されるシステム１００の側面図である。この図は、印刷ヘッド１１８の下方の位置に取り付けられた距離測定センサ１９０を示し、センサは、コントローラ１２４に操作可能に接続される。この距離センサは、センサ１９０とセンサの反対側の物体１０４の一部との間の距離を示すデータを生成するように構成される。センサによって作成された距離測定のための基準点が、印刷ヘッド１１８の整列面に対応するので、センサと物体との間の距離を示すデータは、印刷ヘッド面と物体との間の距離を判定するために有用である。フレーム１３０が物体１０４の反対側に垂直移動する際、コントローラ１２４は、センサと物体１０４の表面との間の距離を示すデータを受信し、コントローラは、印刷ヘッド１１８の各フェースプレートと各フェースプレートの反対側の物体１０４の一部との間の距離を識別するように構成される。これらの距離は、印刷ヘッド１１８を操作し、印刷ヘッドによって吐出されたマーキング材料を伴い、物体の表面上に画像を形成するためにコントローラ１２４によって使用される。

引き続き図２を参照すると、印刷ヘッド１１８及びＵＶ硬化装置１５０は、フレーム１３０の側部部材内のスライドまたはチャネル１９８内に取り付けられる。１つ以上のアクチュエータ１９４は、印刷ヘッド１１８及びＵＶ硬化装置１５０に操作可能に接続されて、印刷ヘッド及びＵＶ硬化装置をスライドまたはチャネル内で、物体１０４に向かってまたは物体１０４から離れて双方向に移動させる。付加的に、１つ以上のアクチュエータ１９４は、印刷ヘッド１１８及びＵＶ硬化装置１５０を互いに独立して移動させて、各印刷ヘッド１１８またはＵＶ硬化装置１５０と物体表面との間の距離を、物体１０４の曲率または特性を基準にして調整するように構成される。

図３は、システムの上方から物体１０４上を見下ろす印刷システム１００の図を提供する。矢印は、印刷システム１００によって可能にされた種々の運動の程度を示す。コントローラ１２４は、アクチュエータ１２２を操作することによって物体１０４を双方向に横方向に移動させることができ、物体を同様に双方向に回転させることができる。アクチュエータ１８６を操作することにより、コントローラ１２４は、フレーム１７０を枢動シャフト１８２（図１）を中心に双方向に枢動させることができる。この移動は、図内の曲線矢印によって示される。コントローラ１２４はまた、アクチュエータ１９４（図２）操作して、印刷ヘッド１１８及びＵＶ硬化装置１５０を、物体１０４の表面に向かって、及び物体１０４の表面から離れて移動させる。付加的に、コントローラ１２４は、アクチュエータ１４６（図１）を操作して、フレーム１３０をフレーム１７０内で垂直に移動させて、印刷ヘッド１１８及びＵＶ硬化装置の垂直位置を物体１０４の表面を基準として調整する。

フットボール等の長方形の物体を印刷するためのプロセスは、図４Ａ～４Ｃに示される。物体１０４は、上記で説明されたように、シャフト１２６上の把持部１６６によって保持される。コントローラ１２４は、アクチュエータ１２２を操作して、物体１０４の１つの端部を印刷ヘッド１１８の反対側に並進させ、コントローラは、アクチュエータ１８６を操作して、フレーム１７０及び印刷ヘッド１１８を図４Ａに示される位置に枢動させる。一度物体及び印刷ヘッド位置が確立されると、印刷ヘッドは、コントローラを伴って操作される。画像が、印刷ヘッド１１８のすぐ反対側の部分よりも大きい物体の一部分を覆う場合、コントローラは、アクチュエータ１２２を操作して、印刷ヘッドが、ボールのその部分の外周の周囲に画像を印刷し続けるように操作される際、ボールを適切に回転させることができる。物体の第１の端部が印刷された後、コントローラ１２４は、アクチュエータ１８６を操作して、フレーム１７０及び印刷ヘッド１１８を、印刷ヘッドアレイについてのホーム位置である、図４Ｂに示される角度に枢動させ、コントローラ１２４は、アクチュエータ１２２を操作して、物体を図４Ｂに示される位置に並進させる。一度この第２の位置が確立されると、印刷ヘッド１１８は、コントローラ１２４を伴って操作される。再び、画像が、印刷ヘッド１１８のすぐ反対側の部分よりも大きい物体の一部分を覆う場合、コントローラは、アクチュエータ１２２を操作して、ボールのその部分の外周の周囲に画像を続けるように、ボールを適切に回転させることができる。物体のこの部分が印刷された後、コントローラ１２４は、アクチュエータ１８６を操作して、フレーム１７０及び印刷ヘッド１１８を、図４Ｃに示される角度に枢動させ、コントローラ１２４は、アクチュエータ１２２を操作して、図４Ｃに示される位置で印刷ヘッド１１８にボールの他方の端部を提示するために物体を並進させる。一度この位置が確立されると、印刷ヘッド１１８は、コントローラ１２４を伴って操作される。画像が、印刷ヘッド１１８のすぐ反対側の部分よりも大きい物体の一部分を覆う場合、コントローラは、アクチュエータ１２２を操作して、印刷ヘッドが、ボールのその部分の外周の周囲に画像を印刷し続けるように操作される際、ボールを適切に回転させることができる。物体のこの端部が印刷された後、コントローラ１２４は、アクチュエータ１８６を操作させて、フレーム１７０及び印刷ヘッド１１８を図４Ｃに示される角度まで枢動させて、印刷ヘッドアレイをそのホーム位置に戻す。把持部１６６は、ここで解放されて、システム１００から物体１０４を取り外すことが可能にすることができる。

図５は、図４Ａ～４Ｃに関して上述されたものと同様の様式において印刷システム１００を操作することによって印刷することができる他の卵形形状の実施例を例解する。これらの形状を識別するデータは、ユーザインターフェース１２２（図１）内へ入力することができ、コントローラ１２４は、印刷ヘッドをどのように垂直に移動し、位置決めするか、物体をどのように水平に移動し、位置決めするか、物体をどのように回転させるか、印刷ヘッドをどのように物体に向かって、または物体から離して移動させるか、及び物体を種々の印刷ヘッドアレイ位置で印刷するためにフレーム１７０ならびに印刷ヘッド１１８をどのように枢動させるかを判定するために、物体保持サブシステム１０８内に取り付けられた物体の形状及び寸法を識別するコード等、これらのデータを使用することができる。代替的または付加的に、ユーザインターフェースは、物体の形状及び位置を物体上またはタグ上の印、ならびに物体に取り付けられた、別様に物体に関連付けられたラベルから識別するデータを得ることができる、バーコード読み取り機等の印読み取り機を含む。

プリンタ１００を操作するためのプロセスが、図６に示される。プロセスの説明において、プロセスがいくつかのタスクまたは機能を実行しているという記述は、コントローラまたはプロセッサに操作可能に接続されて、データを操作するか、プリンタ内の１つ以上の構成部品を操作してタスクまたは機能を実行するために、非一時的コンピュータ可読記憶媒体内に格納されたプログラム命令を実行するコントローラまたは汎用プロセッサを指す。上述されたコントローラ１２４は、そのようなコントローラまたはプロセッサであり得る。代替的に、コントローラは、２つ以上のプロセッサ及び関連付けられた回路ならびに構成部品を伴って実装することができ、その各々は、本明細書で説明された１つ以上のタスクまたは機能を形成するように構成される。付加的に、本方法のステップは、図に示される順序または処理が説明される順序に関わらず、任意の実現可能な経時的順序において実行されてもよい。

図６は、物体保持サブシステム１０８内に保持された物体１０４を印刷するためにフレーム１７０及び印刷ヘッド１１８を枢動させるために印刷システム１００を操作するプロセス５００のフロー図である。プロセス５００は、物体保持サブシステム１０８が物体１０４を固定するように操作されることから始まる（ブロック５０４）。コントローラ１２４は、センサ１９０を操作して、物体がホーム位置内の印刷ヘッドアレイの反対側にあるとき、コントローラが印刷ヘッド１１８の面と物体の部分との間の距離を識別することを可能にするようにアクチュエータ１４６を操作する（ブロック５０８）。コントローラ１２４はまた、ユーザインターフェースからデータを受信し、印刷される物体の形状及び寸法を識別する（ブロック５１２）。コントローラ１２４は、形状及び寸法データならびに識別された距離を基準としてアクチュエータ１２２、１４６、１８６、及び１９４を操作して、物体及び印刷ヘッド１１８を物体の輪郭及び特性に対応するように移動させる（ブロック５１６）。コントローラ１２４は、次いでインク画像データを基準として印刷ヘッドを操作して、印刷ヘッドに面する物体の部分を印刷する（ブロック５２０）。この物体の印刷は、印刷ヘッドに面する物体の部分の外周に沿って印刷するための物体の回転を含むことができ、また、任意の印刷ヘッドが物体上に画像を形成するためにＵＶ硬化性マーキング材料を吐出する場合、ＵＶ硬化装置１５０の反対側に物体を移動させること及びＵＶインクを硬化させるために装置１５０を操作することを含む。物体の別の部分が印刷される場合（ブロック５２４）、次いでコントローラ１２４は、アクチュエータ１２２、１４６、１８６、及び１９４を操作して、物体１０４及び印刷ヘッド１１８を次の物体部分を印刷するために再度位置決めする（ブロック５１６）。プロセスは、次いで印刷ヘッドを操作して、物体の別の部分を印刷する（ブロック５２０）。プロセスのこの部分は、物体の印刷が完了するまで続く（ブロック５２４）。印刷が完了するとき、コントローラ１２４は、アクチュエータ１４６、１８６、及び１９４を操作して、印刷ヘッド１１８をそれらのホーム位置に戻し（ブロック５２８）、物体を、物体保持サブシステム１０８から解放することができる。

Claims

印刷システムであって、
枢動フレームであって、
一対の第１の横部材であって、各第１の横部材が前記少なくとも１つの印刷ヘッドの縦軸に平行である、一対の第１の横部材と、
前記一対の第１の横部材に対して垂直であり、前記枢動フレームを長方形として形成する一対の第１の垂直部材と、
前記第１の横部材のうちの少なくとも１つに操作可能に接続された、前記第１の横部材のうちの前記少なくとも１つ内のねじ穴を通じて延在するリードスクリューと、
前記リードスクリューに操作可能に接続された第１のアクチュエータと、を含む前記枢動フレームと、
前記枢動フレーム内に取り付けられたキャリッジフレームと、
少なくとも１つの印刷ヘッドであって、前記キャリッジフレームに取り付けられ、マーキング材料を吐出するように構成されている少なくとも１つの印刷ヘッドと、
前記枢動フレームに操作可能に接続された第２のアクチュエータであって、前記枢動フレームを、枢軸を中心に回転させるように構成されている第２のアクチュエータと、
前記キャリッジフレーム及び前記少なくとも１つの印刷ヘッドの反対側の物体を保持するように構成されているホルダと、
前記第１のアクチュエータ、前記第２のアクチュエータ及び前記少なくとも１つの印刷ヘッドに操作可能に接続されたコントローラであって、前記第１のアクチュエータを操作して、前記リードスクリューを回転させて、前記キャリッジフレーム及び前記少なくとも一つの印刷ヘッドを前記枢動フレームに対して平行な平面において双方向に移動させ、前記第２のアクチュエータを操作して、前記枢動フレーム及び前記少なくとも１つの印刷ヘッドを前記枢軸を中心に枢動させ、前記少なくとも１つの印刷ヘッドを操作して、前記ホルダによって保持された前記物体上にマーキング材料を吐出するように構成されているコントローラと、を備える、印刷システム。
前記キャリッジフレームが、
前記少なくとも１つの印刷ヘッド内の各印刷ヘッド用の一対のチャネルであって、前記少なくとも１つの印刷ヘッド内の各印刷ヘッドは、前記印刷ヘッドに対応する前記一対のチャネル内で双方向に摺動するように構成されている、一対のチャネルと、
前記少なくとも１つの印刷ヘッドに操作可能に接続された第３のアクチュエータと、をさらに備え、
前記コントローラが、前記第３のアクチュエータに操作可能に接続されており、前記コントローラが、前記第３のアクチュエータを操作して、前記印刷ヘッドに対応する前記チャネル内で前記少なくとも１つの印刷ヘッド内の各印刷ヘッドを双方向に移動させるようにさらに構成されている、請求項１に記載の印刷システム。
前記少なくとも１つの印刷ヘッドが、
複数の印刷ヘッドをさらに備え、各印刷ヘッドが前記印刷ヘッドに対応する前記一対のチャネル内に位置決めされており、
前記コントローラが、前記第３のアクチュエータを操作して、各印刷ヘッドを前記複数の印刷ヘッド内の他の印刷ヘッドから独立して移動させるようにさらに構成されている、請求項２に記載の印刷システム。
データを生成するように構成されたセンサをさらに備え、前記データが、前記センサと前記センサの反対側の前記ホルダ内の前記物体の一部との間の距離を示し、
前記コントローラが、前記センサによって生成された前記データを受信するために前記センサに操作可能に接続されており、前記コントローラが、前記センサによって生成された前記データを基準として、前記複数の印刷ヘッド内の各印刷ヘッドと各印刷ヘッドの反対側の前記物体の一部との間の距離を識別し、前記第３のアクチュエータを操作して、各印刷ヘッドについて前記識別された距離を基準として、前記複数の印刷ヘッド内の各印刷ヘッドを移動させるように構成されている、請求項３に記載の印刷システム。
前記コントローラが、前記第１のアクチュエータを操作して、前記キャリッジフレーム及び前記複数の印刷ヘッドを前記各印刷ヘッドについて識別された距離を基準として枢動するようにさらに構成されている、請求項４に記載の印刷システム。
前記ホルダが、
第２の横部材と、
前記第２の横部材に対して垂直であり、Ｕ字型フレームを形成する一対の第２の垂直部材であって、各第２の垂直部材が開口部を有する、一対の第２の垂直部材と、
一対のシャフトであって、各シャフトが第１の端部及び第２の端部を有し、各シャフトの前記第２の端部が、把持部内で終端し、各シャフトの前記第１の端部が、互いに排他的な様式で前記第２の垂直部材のうちの１つ内の前記開口部を通じて延在し、各把持部が前記物体を前記ホルダ内で固定するために前記物体の一部を保持するように構成されている、一対のシャフトと、
前記シャフトのうちの１つの前記第１の端部に操作可能に接続された第４のアクチュエータであって、前記１つのシャフトを回転させるように構成されている、第４のアクチュエータと、をさらに備え、
前記コントローラが、前記第４のアクチュエータに操作可能に接続され、前記コントローラが、前記第４のアクチュエータを操作して、前記１つのシャフト及び前記把持部の間に保持された前記物体を回転させるようにさらに構成されている、請求項５に記載の印刷システム。
前記第４のアクチュエータが、前記１つのシャフトを他方のシャフトに向かって、及び他方の軸から離れて移動させるようにさらに構成され、
前記コントローラが、前記第４のアクチュエータを操作して、前記シャフト及び前記物体を前記２つのシャフトと整列した軸に沿って双方向に移動させるようにさらに構成されている、請求項６に記載の印刷システム。
前記コントローラに操作可能に接続されたユーザインターフェースをさらに備え、前記ユーザインターフェースが、前記把持部間の前記物体についての形状及び寸法を識別するデータを受信するように構成されており、
前記コントローラが、前記ユーザインターフェースから受信した前記ホルダ内の前記物体の前記形状及び寸法を識別する前記データを基準として、前記第１のアクチュエータ、前記第２のアクチュエータ、前記第３のアクチュエータ、及び前記第４のアクチュエータを操作するようにさらに構成されている、請求項７に記載の印刷システム。
前記ユーザインターフェースが、
前記物体に関連付けられた印の読み取り機をさらに備え、前記印が、前記ホルダ内の前記物体の前記形状及び寸法を識別する前記データに対応する、請求項８に記載の印刷システム。