JP7159030B2 - インクジェットプリンタ、及び、その制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェットプリンタに関する。

従来、産業用インクジェットプリンタは、設備導入時にテスト印字などの設定工程が必要である。この工程には専門のサービス員が必要であり、コストの増加につながっている。

本技術分野の背景技術として、特開２０１２－１４８３０９号公報（特許文献１）がある。特許文献１報には、印字対象物に対して印字条件の異なる複数のシンボルを印字可能なレーザマーキング装置と、レーザマーキング装置で印字対象物に印字された印字条件の異なる複数のシンボルを撮像した撮像画像に基づいて各シンボルの印字品質を評価するための印字品質評価装置とを含む印字品質評価システムが記載されている。

特開２０１２－１４８３０９号公報

特許文献１では、レーザマーキング装置で印字対象物に印字された個々の評価パターンを、ユーザによる目視読み取りではなく、光学情報読取装置による読み取りに基づいて印字条件を設定することで読取安定度を向上させるとしている。しかしながら、印字対象物へのテスト印字が必要であり、そのための設定工程が必要でありコスト増加につながる点について考慮されていない。

本発明は、その一例を挙げるならば、インクジェットプリンタ本体と、印字ヘッドと、画像撮像装置を有し、印字ヘッドに組み付けられたノズルから吐出されるインク粒子を帯電、偏向させて印字対象物へ付着させて印字を行うインクジェットプリンタであって、インクジェットプリンタ本体は、ノズルから吐出されるインク粒子への帯電量と帯電タイミングを制御する制御装置と、表示装置を有し、制御装置は、画像撮像装置により印字対象物の画像を撮像すると共に印字対象物の距離情報を取得し、取得した距離情報を元にインク粒子の着弾位置を予測し、予測した着弾位置と印字対象物の撮像画像を合わせた印字予測画像を生成し、表示装置に生成した印字予測画像を表示する。

本発明によれば、テスト印字が不要であり、設備導入を効率的に行なうことが可能なインクジェットプリンタを提供できる。

実施例１におけるインクジェットプリンタの使用状態を示す平面図である。 実施例１におけるインクジェットプリンタの機能ブロック図である。 実施例１におけるインクジェットプリンタのハード構成ブロック図である。 実施例１におけるカメラ一体型印字ヘッドをインク噴出孔側から見た図である。 実施例１におけるカメラと印字ヘッドを治具で固定した例である。 実施例１における印字対象物の形状を計算する方法を説明する図である。 実施例１における印字予測画像を作成する方法を説明する図である。 実施例１における印字予測画像の例である。 実施例２における印字対象物が曲面の場合の曲面補正を説明する図である。 実施例４における印字予測画像と修正印字予測画像を示す図である。 実施例４における文字高さ及び文字サイズ調整のための治具の一例を示す図である。 実施例５におけるステレオカメラ一体型印字ヘッドの例である。

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

本実施例では、インクジェットプリンタ本体に備わるカメラ（画像撮像装置）を用いて印字予測画像を表示する例について説明する。

図１は本実施例におけるインクジェットプリンタの使用状態を示す平面図である。図１に示すように、インクジェットプリンタ１００は、インクジェットプリンタ本体１１０と、インクジェットプリンタ本体１１０と導管１３１で接続された印字ヘッド１３０と、インクジェットプリンタ本体１１０とケーブル１４１で接続されたカメラ１４０とを備える。

インクジェットプリンタ１００は、例えば、食品や飲料などが生産される工場内の生産ラインに据え付けられ、インクジェットプリンタ本体１１０は定期的な保守作業などに必要なスペースが確保可能な場所に設置されている。印字ヘッド１３０は、ベルトコンベア２００などの生産ライン上を矢印の方向に給送される印字対象物２０１に近接する位置に設置されている。また、カメラ１４０も同様に、印字対象物２０１に近接する位置に設置されている。

そして、ベルトコンベア２００により、印字対象物２０１が搬送され、印字ヘッド１３０に組み付けられたノズルから吐出されるインク粒子への帯電量や帯電タイミングを制御し、印字対象物２０１が印字ヘッド１３０近傍を通過する間に帯電、偏向されたインク粒子を印字対象物２０１へ付着させて印字を行う。

通常インクジェットプリンタを設置する際には、テスト印字により印字ヘッド１３０の位置を決定する。しかし本実施例では、インクジェットプリンタに備わるカメラ１４０を用いることにより、テスト印字することなく印字された状態を推定し、その画像を表示することでテスト印字の工数を削減することができる。

図２は、本実施例におけるインクジェットプリンタ１００の機能ブロック図である。図２において、インクジェットプリンタ本体１１０は、インク噴出機構１１２と、噴出制御装置１１１と、印字生成部１１４と、印字補正部１１３と、画像処理部１１５と、プレビュー生成部１１６と、表示装置１１７を備える。なお、表示装置１１７は印字内容や設定値等を入力する透明なタッチパネルを兼ねるタッチ入力式表示パネルでもよい。

また、印字ヘッド１３０は、図示しないが、ノズルから吐出されるインク粒子へ電荷を帯電させる帯電電極と、その帯電量に応じてインク粒子を偏向させる偏向電極、及び、インク粒子の帯電量を測定する電荷検出手段、及び、印字に使用されないインク粒子を捕捉するためのガター等を有している。

インク噴出機構１１２は、インク容器や、インク容器内のインクを吸引、加圧してノズルに供給するポンプや、調圧弁、主インク容器とノズルを接続したインク供給経路等からなる。噴出制御装置１１１は、インク噴出機構１１２を制御する装置であり、ポンプの駆動制御や調圧弁の圧力制御等を行う。

印字生成部１１４は、印字内容に応じてインク粒子に電荷を帯電させる帯電電極への帯電信号を発生させる。

印字補正部１１３は、検出したインク粒子の帯電量に応じて帯電電極への帯電信号の帯電量や帯電タイミングを制御し、印字状態を補正する。

画像処理部１１５はカメラ１４０から取り込んだ撮像画像を画像処理し、プレビュー生成部１１６で、カメラ１４０から取り込んだ画像処理された画像と、印字生成部１１４からの印字すべき画像を合成した画像を生成する。そして、表示装置１１７に合成した画像を表示する。

図３は、本実施例における図２の機能ブロック図に対応するハード構成ブロック図である。図３において、１１８はインクジェットプリンタ１００全体を制御する制御部であるマイクロプロセッシングユニット（以下、ＭＰＵという）である。１１９はバスラインであり、ＭＰＵ１１８のデータ信号、アドレス信号およびコントロール信号を伝送する。１２０は、ＭＰＵ１１８が動作するのに必要な制御用プログラムおよびデータを記憶する読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）である。１２１は、ＭＰＵ１１８がプログラム実行中に必要となるデータを一時的に記憶する書き換え可能メモリ（ＲＡＭ）である。また、１２２は、デジタル信号処理プロセッサ（ＤＳＰ）である。１１２は図２と同様のインク噴出機構、１１７は図２と同様の表示装置である。

図３において、図２における、噴出制御装置１１１、印字生成部１１４、印字補正部１１３、プレビュー生成部１１６の機能は、ＭＰＵ１１８でソフトウェア処理により行う。また、画像処理部１１５の機能はＤＳＰ１２２で行う。なお、ＭＰＵ１１８の処理能力が高ければ、ＤＳＰ１２２を用いずに、画像処理部１１５の機能をＭＰＵ１１８で行ってもよい。

ここで、テスト印字することなく印字された状態を推定し印字予測画像を生成するためには、カメラ１４０と印字対象物２０１との距離は、印字ヘッド１３０と印字対象物２０１との距離を同じにするか、それぞれの距離の差を正しく計測する必要がある。この方法には複数あるが、例えば、カメラと印字ヘッドを一体にした構成が考えられる。

図４は本実施例におけるカメラと印字ヘッドを一体にしたカメラ一体型印字ヘッドをインク噴出孔側から見た図である。図４において、カメラ一体型印字ヘッド１５０は、インク噴出孔１５１とカメラ１５２を備えている。これにより、カメラと印字ヘッドの印字対象物２０１との距離の差は固定され、印字予測画像を生成することが出来る。

また、図５は本実施例におけるカメラと印字ヘッドを治具で固定した例である。図５において、カメラ１４０と印字ヘッド１３０が固定治具１６０により固定されており、カメラ１４０と印字ヘッド１３０の距離は固定される。そのため、カメラ１４０のカメラレンズ１４２と印字ヘッド１３０のインク噴出孔１３２と印字対象物２０１との距離の差は固定され、印字予測画像を生成することが出来る。

次に、印字予測画像の生成方法について説明する。まず、ベルトコンベア２００を停止し、静止した状態でカメラ１４０の前に印字対象物２０１を設置する。そして、カメラ１４０により印字対象物２０１の静止画像を撮像する。カメラ１４０にはオートフォーカス機能が備わっており、カメラ１４０と印字対象物２０１の距離を測定することが可能である。この測定結果を元に、印字対象物２０１の形状を計算する。図６に計算方法を示す。

図６において、印字対象物２０１として断面が円形のペットボトルの場合について説明する。まず上記測定によりカメラ１４０のカメラレンズ１４２とペットボトル２０１の間の距離２０３が求められる。これをａとする。次に撮像された画像からペットボトルの幅２０２が求まるこれを２ｒとする。ペットボトルの断面が真円であることを仮定する。するとペットボトルの断面の半径はｒとなる。これにより、ペットボトルの任意の地点との間の距離２０４は、その地点の角度２０５をθとすると√（（ａ＋ｒ）＾２＋ｒ＾２－２ｒ（ａ＋ｒ）ｃｏｓθ）と求められる。また、これは上下方向にずれている場合でも同じく計算することが可能である。

任意の地点との距離が計算できれば、印字の予測が可能である。印字は、ある距離にある平面に正しく印字されるようになっている。図７にこの様子を示す。印字ヘッド１３０からペットボトル２０１に印字する際、インクジェットプリンタは印字面２０６に対して正しく印字されるように設定される。その印字面２０６におけるインク粒子の着弾位置と、先に求めた印字対象物との距離２０４から、実際の着弾点２０７が計算される。すなわち、カメラ１４０と印字ヘッド１３０の印字対象物２０１との距離の差を加味して距離２０４から着弾点２０７が計算される。

この計算をすべての印字点に対して行うことで、図８に示すような印字予測画像を作成することができる。すなわち、図８において、ペットボトル２０１の画像は、カメラから取り込んだ画像であり、インク粒子の着弾位置予測画像３００は、上記インク粒子の着弾点の計算により求めた画像であり、これらを図２のプレビュー生成部１１６で合成することで印字予測画像を生成する。

この印字予測画像をインクジェットプリンタが備える表示装置１１７に表示し、その画像を見ながら印字ヘッドの位置調整や、インクジェットプリンタ本体の設定変更などが可能となる。

以上により、本実施例によれば、テスト印字を行うことなくインクジェットプリンタの設備導入に伴う設置を効率的に行うことが可能となる。

本実施例では、実施例１における印字予測画像を表示するだけでなく、インクジェットプリンタ本体の設定を自動調整する例について説明する。

印字対象物が曲面の場合、印字の際に曲面補正を掛ける必要がある。図９において、上図は印字対象物２０１を上から見た平面図、下図は横から見た側面図である。インクジェットプリンタは、垂直な印字面２０６に正しく文字が印字されるように印字ヘッド１３０のインク噴出孔１３２からインクを噴出するが、実際の印字対象物２０１が曲面の場合、印字が正常にされない。理想的な印字の縦幅（文字高さ）２０８に対し、曲面の分、印字面がインクを噴出方向の奥になるため、実際の印字の縦幅（文字高さ）２０９は理想的な縦幅に対して拡大してしまう。そこでこの拡大比率に合わせて、印字の縦幅を小さく補正する、例えばフォントサイズを小さくする、のが曲面補正である。

拡大比率は印字対象物までの距離と、印字対象物の曲面によって決定される。実施例１で示したように、印字対象物までの距離と曲面は自動的に測定される。よってこの値を用いることで、曲面補正を自動で掛けることが可能である。

また、曲面補正のみならず、画像から対象物の材質を判断し、対象物の材質に応じた補正、例えばインク粒子の大きさを変える等の材質補正も可能である。

また、インクジェットプリンタに備わる温度計や湿度計を用いて、インクの粘度変化に対する温度・湿度補正を掛けることも可能である。

また、印字ヘッドの角度を調節することも可能である。

以上のように、本実施例によれば、テスト印字を行うことなくインクジェットプリンタ本体の設定を調整することが可能となる。

本実施例は、印字開始タイミングを自動調整する例について説明する。

インクジェットプリンタは、ベルトコンベアに設置された赤外線センサやエンコーダの情報をトリガに、印字を開始する。しかし、印字対象物がセンサを通過した後何秒後に印字を開始するかは、従来はテスト印字により手動で調整される。

これに対し、本実施例では、インクジェットプリンタ本体に備わるカメラを用いて印字対象物を確認することで、印字開始タイミングを自動で調整可能である。実施例１のように静止した印字対象物をカメラで撮像するのに加え、ベルトコンベアを作動させ、印字対象物が流れている状態で２度目の撮像を行う。センサのトリガが入力されてからカメラで印字対象物を捕らえるまでの時間を測定し、印字開始タイミングを決定する。このとき、カメラと印字ヘッドの距離が正しくわかる必要がある。そのために実施例１と同様にカメラ一体型印字ヘッドや固定治具を用いるのがよい。

また、センサの代わりにカメラを用いることも可能である。この場合カメラで印字対象物を捕らえてから印字を開始するため、印字開始タイミングの事前設定そのものが不要となる。

以上のように、本実施例によれば、テスト印字を行うことなく印字開始タイミングの設定が可能となる。

本実施例では、自動で印字ヘッドの位置を調節する例について説明する。

実施例１においては、印字予測画像を元にして印字ヘッドの位置を手動で調整していた。しかし印字ヘッドに位置調整機構を持たせることで、カメラで撮像した画像と、そこから得られる距離情報を元に、印字ヘッドの位置を自動調節することが可能である。

図１０は、本実施例における印字予測画像と修正印字予測画像を示す図である。図１０において、左側の４０１は調整前の印字予測画像である。インクジェットプリンタのユーザはこれを右側の修正印字予測画像４０２に示す様に調整したい。つまり、文字を小さくし、印字位置を上へと修正したい。

本実施例では、ユーザはインクジェットプリンタの表示装置に表示されている印字予測画像の中のインク粒子の着弾位置予測画像を直接編集できる。すなわち、インク粒子の着弾位置予測画像を編集し、文字サイズの変更と位置の調整を行う。

文字サイズを変更するためには、印字自体のサイズを変更する方法と、印字ヘッドの位置を前後に移動させる方法がある。印字自体のサイズを変更する場合、細かい調整ができず、ドットの構成も変更される。印字ヘッドの位置を移動させる場合、細かい調整ができるが、大きな変更はできない。

印字の高さを変えるためには、印字ヘッドの位置を移動させる方法と印字ヘッドの角度を調整する方法がある。角度の調整では大きな調整ができない。

図１１に本実施例における文字高さ及び文字サイズ調整のための治具の一例を示す。高さ方向の調整のために、垂直固定治具１８０に沿って、水平固定治具１７０が移動する。文字サイズ調整のために水平固定治具１７０の上を印字ヘッド１３０がインク噴出孔１３２方向の前後方向に移動する。

移動する機構は着脱式でも構わない。インクジェットプリンタ導入時にのみ調整する場合は、コストの観点から着脱式が好ましい。

以上のように、本実施例によれば、テスト印字することなく印字ヘッドの位置を調整することが可能となる。

本実施例では、印字対象物の断面が真円でなくても印字予測画像を表示する例について説明する。

実施例１においては、印字対象物が真円であるという仮定の下、印字予測画像を表示した。印字対象物が真円でない場合は、印字対象物の情報をあらかじめインクジェットプリンタ本体に入力しておく必要がある。

本実施例では、実施例１のカメラの代わりにカメラを２つ使うステレオカメラにより対象物の形状情報を得る。

図１２に本実施例におけるステレオカメラ一体型印字ヘッドの例を示す。図１２において、ステレオカメラ一体型印字ヘッド１９０は、インク噴出孔１９１とステレオカメラ１９２を備えている。ステレオカメラ１９２は二つのカメラから得た撮像データの視差を用いて、印字対象物までの距離情報を得る。これは、単眼のカメラで得られた情報と異なり、印字対象物の各点までの距離が測定できるため、それを直接使用して印字予測画像を表示することができる。また、実施例４での印字ヘッド位置の自動調整にも、ステレオカメラからのデータを用いることで、複雑な形状の印字対象物に合わせて印字ヘッド位置を調整することができる。

以上のように、本実施例によれば、断面が真円でない印字対象物に対しても印字予測画像を表示することができる。

以上実施例について説明したが、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。

１００：インクジェットプリンタ、１１０：インクジェットプリンタ本体、１１１：噴出制御装置、１１２：インク噴出機構、１１３：印字補正部、１１４：印字生成部、１１５：画像処理部、１１６：プレビュー生成部、１１７：表示装置、１１８：ＭＰＵ、１１９：バスライン、１２０：ＲＯＭ、１２１：ＲＡＭ、１２２：ＤＳＰ、１３０：印字ヘッド、１３１：導管、１３２、１５１：インク噴出孔、１４０、１５２：カメラ、１４１：ケーブル、１４２：カメラレンズ、１５０：カメラ一体型印字ヘッド、１６０：固定治具、２００：ベルトコンベア、２０１：印字対象物（ペットボトル）、２０２：印字対象物の幅、２０３：印字対象物との距離、２０４：印字点との距離、２０５：印字点の角度、２０６：印字面、２０７：着弾点、３００：インク粒子の着弾位置予測画像、２０８：印字面における印字の縦幅（文字高さ）、２０９：実際の印字の縦幅（文字高さ）、４０１：印字予測画像、４０２：修正印字予測画像、１８０：垂直固定治具、１７０：水平固定治具、１９０：ステレオカメラ一体型印字ヘッド、１９１：インク噴出孔、１９２：ステレオカメラ

Claims (10)

1. インクジェットプリンタ本体と、印字ヘッドと、画像撮像装置を有し、前記印字ヘッドに組み付けられたノズルから吐出されるインク粒子を帯電、偏向させて印字対象物へ付着させて印字を行うインクジェットプリンタであって、
   前記インクジェットプリンタ本体は、前記ノズルから吐出されるインク粒子への帯電量と帯電タイミングを制御する制御装置と、表示装置を有し、
   前記制御装置は、前記画像撮像装置により前記印字対象物の画像を撮像すると共に該印字対象物の距離情報を取得し、取得した距離情報を元にインク粒子の着弾位置を予測し、予測した着弾位置と前記印字対象物の撮像画像を合わせた印字予測画像を生成し、前記表示装置に前記生成した印字予測画像を表示することを特徴とするインクジェットプリンタ。
2. 請求項１に記載のインクジェットプリンタであって、
   前記制御装置は、前記画像撮像装置から取得した前記印字対象物の距離情報を元に、前記印字対象物が曲面の場合の印字の曲率補正を行うことを特徴とするインクジェットプリンタ。
3. 請求項１に記載のインクジェットプリンタであって、
   前記制御装置は、前記画像撮像装置が前記印字対象物を捕らえる時間を測定し、該測定した時間を元に前記インクジェットプリンタの印字開始タイミングを自動で設定することを特徴とするインクジェットプリンタ。
4. 請求項１に記載のインクジェットプリンタであって、
   前記印字ヘッドの位置調整が可能な位置調整機構を有し、
   前記制御装置は、前記画像撮像装置から取得した距離情報を元に、前記位置調整機構を制御して前記印字ヘッドの位置を自動調整することを特徴とするインクジェットプリンタ。
5. 請求項１から４の何れか１項に記載のインクジェットプリンタであって、
   前記画像撮像装置はステレオカメラであることを特徴とするインクジェットプリンタ。
6. インクジェットプリンタ本体と、印字ヘッドと、画像撮像装置を有し、印字ヘッドに組み付けられたノズルから吐出されるインク粒子を印字対象物へ付着させて印字を行うインクジェットプリンタの制御方法であって、
   前記画像撮像装置により印字対象物の画像を撮像すると共に印字対象物の距離情報を取得し、取得した距離情報を元にインク粒子の着弾位置を予測し、予測した着弾位置と印字対象物の撮像画像を合わせて印字予測画像を生成することを特徴とするインクジェットプリンタの制御方法。
7. 請求項６のインクジェットプリンタの制御方法であって、
   前記画像撮像装置から取得した前記印字対象物の距離情報を元に、前記印字対象物が曲面の場合の印字の曲率補正を行うことを特徴とするインクジェットプリンタの制御方法。
8. 請求項６に記載のインクジェットプリンタの制御方法であって、
   前記画像撮像装置が前記印字対象物を捕らえる時間を測定し、該測定した時間を元に前記インクジェットプリンタの印字開始タイミングを自動で設定することを特徴とするインクジェットプリンタの制御方法。
9. 請求項６に記載のインクジェットプリンタの制御方法であって、
   前記印字ヘッドの位置調整が可能な位置調整機構を用いて、前記画像撮像装置から取得した距離情報を元に、前記印字ヘッドの位置を自動調整することを特徴とするインクジェットプリンタの制御方法。
10. 請求項６から９の何れか１項に記載のインクジェットプリンタの制御方法であって、
    前記画像撮像装置はステレオカメラであって、前記印字対象物の距離情報は、２つのカメラから得た撮像データの視差を用いて取得することを特徴とするインクジェットプリンタの制御方法。

Images