JP7455132B2 - 立体物印刷システム及び立体物印刷方法 - Google Patents
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Description
本発明は、立体物印刷システム及び立体物印刷方法に関する。
立体物上に画像を印刷する従来の立体物印刷装置は、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立体物を回転可能に支持する立体物支持部とを有する。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（例えば、特開２００６－３３５０１９号公報）。
従来の立体物印刷装置では、立体物支持部は単一の立体物を回転するため、複数の立体物への印刷を行う場合の生産効率が低い。
そこで、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立体物印刷システムが提案されている。
具体的には、印刷テーブル上に載置した各立体物の位置および向きを検出し、検出結果に基づいて各立体物に対応させた印刷データを生成し、生成された印刷データにより、各立体物への印刷を行う立体物印刷システムが提案されている。
具体的には、印刷テーブル上に載置した各立体物の位置および向きを検出し、検出結果に基づいて各立体物に対応させた印刷データを生成し、生成された印刷データにより、各立体物への印刷を行う立体物印刷システムが提案されている。
しかし、上述の立体物印刷システムでは、例えば検出基準マークと立体物の位置情報から正確な印刷データを生成するため、検出基準マークを立体物が隠すような位置に立体物を載置できない。
そのため、立体物の大きさと読み取りエリアの大きさとの関係で、立体物を印刷テーブルに高密度で配置できない場合がある。このとき、１回で印刷できる立体物の数量が限定され、印刷効率が低下する。
そのため、立体物の大きさと読み取りエリアの大きさとの関係で、立体物を印刷テーブルに高密度で配置できない場合がある。このとき、１回で印刷できる立体物の数量が限定され、印刷効率が低下する。
また、立体物を印刷テーブルに高密度で配置できる場合も、検出基準マークを隠さないように立体物を配置する必要がある。そのため、立体物を印刷テーブル上に配置する際の手間が掛かり、生産効率が低下する。
本発明は、立体物を印刷テーブルに高密度で配置し、印刷効率を向上できる立体物印刷システム及び立体物印刷方法を提供することを目的とする。
本発明の第１の観点は、
複数の立体物を載置する印刷テーブルであって、複数の検出基準マークを有する印刷テーブルと、
前記印刷テーブル上に載置した前記立体物の位置および向きと、前記検出基準マークとを検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された前記立体物の位置及び向きと前記検出基準マークとに基づいて、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手段であって、複数の前記検出基準マークの一部に基づいて、前記検出基準マークの基準座標を求める印刷データ生成手段と、
前記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、
を有する、立体物印刷システムである。
複数の立体物を載置する印刷テーブルであって、複数の検出基準マークを有する印刷テーブルと、
前記印刷テーブル上に載置した前記立体物の位置および向きと、前記検出基準マークとを検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された前記立体物の位置及び向きと前記検出基準マークとに基づいて、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手段であって、複数の前記検出基準マークの一部に基づいて、前記検出基準マークの基準座標を求める印刷データ生成手段と、
前記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、
を有する、立体物印刷システムである。
本発明の第２の観点は、
複数の検出基準マークを有する印刷テーブル上に、複数の前記検出基準マークのうちの一部が隠れるように複数の立体物を載置し、
前記立体物の位置および向きと、前記検出基準マークとを検出手段で検出し、
検出された前記立体物の位置および向きと前記検出基準マークとに基づいて、印刷データ生成手段が前記立体物に対応させた印刷データを生成し、
前記印刷データにより、印刷手段が前記立体物への印刷を実行する、
立体物印刷方法である。
複数の検出基準マークを有する印刷テーブル上に、複数の前記検出基準マークのうちの一部が隠れるように複数の立体物を載置し、
前記立体物の位置および向きと、前記検出基準マークとを検出手段で検出し、
検出された前記立体物の位置および向きと前記検出基準マークとに基づいて、印刷データ生成手段が前記立体物に対応させた印刷データを生成し、
前記印刷データにより、印刷手段が前記立体物への印刷を実行する、
立体物印刷方法である。
本発明の立体物印刷システム及び立体物印刷方法によれば、立体物を印刷テーブルに高密度で配置し、印刷効率を向上できる。
以下、本発明の実施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る。なお、本発明は実施形態に限定されるものではない。
（実施形態）
図１および図２を参照して、実施形態の立体物印刷システムＳ１の構成例について説明する。
図１は、実施形態の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である。図２は、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および図２を参照して、実施形態の立体物印刷システムＳ１の構成例について説明する。
図１は、実施形態の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である。図２は、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、印刷テーブルＴと、検出手段１０１と、印刷データ生成手段１０２と、印刷手段１０３と、制御手段１０４と、を有する。印刷テーブルＴには、印刷対象である複数の立体物１０が載置される。検出手段１０１は、印刷テーブルＴ上に載置した各立体物１０の位置および向きを検出する。印刷データ生成手段１０２は、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。印刷手段１０３は、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は、例えば、フラットベッド型のＵＶインクジェットプリンタである。制御手段１０４は、検出手段１０１、印刷データ生成手段１０２および印刷手段１０３の動作を制御する。
検出手段１０１は、例えば、光学センサ（３次元センサ）２００である。光学センサ２００は、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。
印刷テーブルＴには、光学センサ２００で検出可能な検出基準マークｍ（ｍ１、ｍ２）が形成される。検出基準マークｍ（ｍ１、ｍ２）の具体例については、図６等を参照して後述する。
複数の検出基準マークｍ（ｍ１、ｍ２）は、印刷テーブルＴに設定される所定の読取エリアＡ１０内において、検出手段１０１によって検出可能である。
印刷テーブルＴには、光学センサ２００で検出可能な検出基準マークｍ（ｍ１、ｍ２）が形成される。検出基準マークｍ（ｍ１、ｍ２）の具体例については、図６等を参照して後述する。
複数の検出基準マークｍ（ｍ１、ｍ２）は、印刷テーブルＴに設定される所定の読取エリアＡ１０内において、検出手段１０１によって検出可能である。
なお、光学センサ２００は、ＸＹスライダ３０１によって移動可能である。そのため、図２に示すように、プリンタの筐体３００の内部に配置された印刷テーブルＴに対する光学センサ２００の視野Ｂも移動可能となる。
立体物１０を印刷テーブルＴ上に任意に載置した際に、検出手段１０１により、複数の立体物１０同士の隙間を介して検出基準マークｍ（ｍ１、ｍ２）の一部又は全部を検出可能に、検出基準マークｍ（ｍ１、ｍ２）の形状、大きさ、位置および数が設定される。
検出基準マークｍ（ｍ１、ｍ２）は、例えば、直径約３ｍｍ～３０ｍｍ程度の円形で、検出手段１０１の視野内に３つ以上である。
図６に示す例では、検出手段１０１の視野内に２３個の円形の検出基準マークｍを設ける。
検出基準マークｍ（ｍ１、ｍ２）は、例えば、直径約３ｍｍ～３０ｍｍ程度の円形で、検出手段１０１の視野内に３つ以上である。
図６に示す例では、検出手段１０１の視野内に２３個の円形の検出基準マークｍを設ける。
なお、検出基準マークｍ（ｍ１、ｍ２）は、印刷手段１０３によって印刷テーブルＴ上に印刷して形成してもよい。これにより、立体物１０の大きさや数等の状況に応じて、形状、大きさ、位置および数に変更した検出基準マークｍ（ｍ１、ｍ２）を印刷できる。
検出基準マークｍの好ましい大きさは、印刷テーブルＴの大きさと印刷対象物の立体物１０、５００の大きさと、検出手段１０１の視野の大きさによって異なる。
例えば、図６に示す例では、検出手段１０１の視野の大きさ（１回の画像撮影によって検出する対象エリアの大きさ）が７５ｍｍ×７０ｍｍであり、検出基準マークｍ（ｍ１、ｍ２）の直径は６ｍｍである。この場合に、円形の検出基準マークｍは、直径が約３ｍｍ～３０ｍｍ程度、検出手段１０１の視野の範囲に３～６０個程度の検出基準マークｍが配置されることが好ましい。
例えば、図６に示す例では、検出手段１０１の視野の大きさ（１回の画像撮影によって検出する対象エリアの大きさ）が７５ｍｍ×７０ｍｍであり、検出基準マークｍ（ｍ１、ｍ２）の直径は６ｍｍである。この場合に、円形の検出基準マークｍは、直径が約３ｍｍ～３０ｍｍ程度、検出手段１０１の視野の範囲に３～６０個程度の検出基準マークｍが配置されることが好ましい。
検出基準マークｍの形状は、一部の輪郭からでもそのマークの中心点等の基準座標を求めることが可能な円形が最も望ましい。
なお、例えば、図１２（ａ）に示すような星形マークｍ３を用いた場合も、図１２（ｂ）に示すように各頂点５５０を結ぶ円５５１を想定し、円中心点ｃ２を求めることができる。
なお、例えば、図１２（ａ）に示すような星形マークｍ３を用いた場合も、図１２（ｂ）に示すように各頂点５５０を結ぶ円５５１を想定し、円中心点ｃ２を求めることができる。
同様に、円中心点を求め得る形状であれば、検出基準マークｍは、円形や星形以外の形状でもよい。例えば、図４（ｂ）に示す「×」印であっても、その一部が隠されていて、交わる２つの直線の一部が検出できれば、延長線上の交わる位置を演算で求める等して検出基準座標を取得できる。
検出手段１０１は、指示手段１０５を有する。指示手段１０５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ための表示手段（不図示）と指示ポイント（不図示）を移動および決定指示するマウス等のポインティングデバイスを有する。
検出手段１０１は、各立体物１０について指示手段１０５で指示された検出ポイントの位置および検出基準マークｍ（ｍ１、ｍ２）の位置を検出する。
制御手段１０４は、例えば、ワークステーション１０４Ａ、１０４Ｂ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マークｍ（ｍ１、ｍ２）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。
制御手段１０４は、例えば、ワークステーション１０４Ａ、１０４Ｂ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マークｍ（ｍ１、ｍ２）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。
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される。
印刷データ生成手段１０２は、第１生成手段１０２Ａと、第２生成手段１０２Ｂとを有する。第１生成手段１０２Ａ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２生成手段１０２Ｂは、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。
印刷データ生成手段１０２は、第１生成手段１０２Ａと、第２生成手段１０２Ｂとを有する。第１生成手段１０２Ａ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２生成手段１０２Ｂは、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。
なお、光学センサ２００は、印刷テーブルＴに載置された各立体物１０の高さを検出する高さ検出手段をさらに有してもよい。この場合、印刷データ生成手段１０２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。
また、光学センサ（３次元センサ）２００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場合、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する。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。
また、検出手段１０１は、各立体物１０の表面への印刷状態を検出する。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。
（第１生成手段の処理）
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、３ＤＣＡＤデータと、デザインデータとを第１生成手段１０２Ａに入力する。３ＤＣＡＤデータは、立体物１０の３次元形状情報を有する。デザインデータは、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。
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。
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、３ＤＣＡＤデータと、デザインデータとを第１生成手段１０２Ａに入力する。３ＤＣＡＤデータは、立体物１０の３次元形状情報を有する。デザインデータは、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。
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してもよい。
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。
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る。平面とは異なる奥行印刷特性を予め保存し、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、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が依存する。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が悪くなることによる印刷特性の乱れを補うため、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。
（印刷基準に基づく読み取り基準およびパターンマッチング）
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、印刷用シート上に図６に例示するような複数の検出基準マークｍ１を印刷する。検出基準マークｍ１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。
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、印刷用シート上に図６に例示するような複数の検出基準マークｍ１を印刷する。検出基準マークｍ１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。
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毎に印刷する（図４（ａ）参照）。
図６（ａ）に示す例では、エリアＡ１０内に、直径６ｍｍの２３個の円形の検出基準マークｍ１が、ほぼ均等な配列で印刷される。
図６（ｂ）に示す例では、エリアＡ１０内に、直径６ｍｍの２３個の塗り潰した円形の検出基準マークｍ２が、ほぼ均等な配列で印刷される。
図６（ａ）に示す例では、エリアＡ１０内に、直径６ｍｍの２３個の円形の検出基準マークｍ１が、ほぼ均等な配列で印刷される。
図６（ｂ）に示す例では、エリアＡ１０内に、直径６ｍｍの２３個の塗り潰した円形の検出基準マークｍ２が、ほぼ均等な配列で印刷される。
検出手段１０１で撮影する検出エリアは７０ｍｍ×７５ｍｍであり、このエリア内に２３個の検出基準マークｍ１、ｍ２が配置される。検出基準マークｍ１、ｍ２の数は、前述の通り、最低３～６０程度とすることが好ましい。
また、検出基準マークｍ１、ｍ２の配列は、特別な規則性は必要ではない。但し、各検出エリアで等しい配列とすることが処理時間の観点では望ましい。
また、検出基準マークｍ１、ｍ２の配列は、特別な規則性は必要ではない。但し、各検出エリアで等しい配列とすることが処理時間の観点では望ましい。
検出手段１０１は、検出基準マークｍ１、ｍ２をパターンマッチング等で検出し、検出基準マークｍ１、ｍ２の中心点を求めて、基準点を決定する。
ここで、図１３を参照して、検出基準マークｍ１、ｍ２によって、基準点（或いは、基準座標）を決定する手法について簡単に説明する。まず、図１３（ａ）に示すように、各検出基準マークｍ１には、印刷基準としての座標が予め定義される。例えば、図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、検出手段１０１によって取得した画像内の３つの検出基準マークｍ１ａ～ｍ１ｃを検出し、この３点ｍ１ａ～ｍ１ｃより、印刷データ生成手段１０２は、読み取りエリアの基準座標軸ｘ、ｙ（図１３（ｂ）参照）を決定する。これにより、読み取りエリア内に載置される立体物の正確な位置を検出できる。このようにして、印刷手段１０３の印刷基準と検出基準を高精度に一致させる。
ここで、図１３を参照して、検出基準マークｍ１、ｍ２によって、基準点（或いは、基準座標）を決定する手法について簡単に説明する。まず、図１３（ａ）に示すように、各検出基準マークｍ１には、印刷基準としての座標が予め定義される。例えば、図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、検出手段１０１によって取得した画像内の３つの検出基準マークｍ１ａ～ｍ１ｃを検出し、この３点ｍ１ａ～ｍ１ｃより、印刷データ生成手段１０２は、読み取りエリアの基準座標軸ｘ、ｙ（図１３（ｂ）参照）を決定する。これにより、読み取りエリア内に載置される立体物の正確な位置を検出できる。このようにして、印刷手段１０３の印刷基準と検出基準を高精度に一致させる。
なお、検出基準マークには印刷基準としての座標が定義されていることから、基準座標を求める行為は、印刷基準としての座標と検出基準マークの位置との関係を結び付けることである。従って、基準座標を求めずに、前記検出基準マークｍの一部に基づいて印刷基準としての座標と検出基準マークの位置との関係を結び付けて、立体物１０の位置及び向きと検出基準マークの検出結果に基づいて印刷データを生成しても良い。
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読み取り参照点として指示し、パターンマッチング処理を行う。
例えば、図３（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を読み取り基準点として指示する。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３（ｂ）参照）。２点の読み取り基準点Ｑ１、Ｑ２を抽出した後に、立体物１０の重心位置Ｃと回転角θ１を決定する。
例えば、図３（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を読み取り基準点として指示する。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３（ｂ）参照）。２点の読み取り基準点Ｑ１、Ｑ２を抽出した後に、立体物１０の重心位置Ｃと回転角θ１を決定する。
輪郭情報を用いて、図３（ｂ）、図４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４（ａ）に示す例では、印刷テーブルＴの各エリアＡ１～Ａ８に、２～３個の立体物１０がランダムな方向で載置される。図４（ａ）に示す印刷テーブルＴのエリアＡ１～Ａ８の各画像は、例えばＡ１→Ａ８→Ａ７→Ａ２→Ａ３…のように、検出手段１０１を往復走査することにより取得する。
図４（ａ）に示す例では、印刷テーブルＴの各エリアＡ１～Ａ８に、２～３個の立体物１０がランダムな方向で載置される。図４（ａ）に示す印刷テーブルＴのエリアＡ１～Ａ８の各画像は、例えばＡ１→Ａ８→Ａ７→Ａ２→Ａ３…のように、検出手段１０１を往復走査することにより取得する。
ここで、エリアＡ４を例にすると、各立体物１０ａ～１０ｃについて、図４（ａ）の脇に示すように、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４（ｂ）参照）。
なお、図４（ｂ）における読取り基準点は「×」印で示される。
なお、図４（ｂ）における読取り基準点は「×」印で示される。
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、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を高精度に一致できる。
また、図４（ａ）に示す例では、各立体物１０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。
また、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に印刷できる。
また、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に印刷できる。
（比較例）
図５を参照して、比較例の立体物印刷システムの検出基準マークおよび立体物の載置例について説明する。
比較例の立体物印刷システムでは、図５に示すように、印刷テーブルＴには、光学センサ（３次元センサ）で検出可能な検出基準マーク１５が四隅に印刷される。そして、検出基準マーク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。
図５を参照して、比較例の立体物印刷システムの検出基準マークおよび立体物の載置例について説明する。
比較例の立体物印刷システムでは、図５に示すように、印刷テーブルＴには、光学センサ（３次元センサ）で検出可能な検出基準マーク１５が四隅に印刷される。そして、検出基準マーク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。
比較例の立体物印刷システムでは、検出基準マーク１５と立体物５００の位置情報から正確な印刷データを生成するために、検出基準マーク１５を立体物５００が隠すような位置に立体物５００を載置することはできない。そのため、立体物５００の大きさと読み取りエリアの大きさとの関係で、立体物５００を印刷テーブルＴに高密度で配置できない場合がある。そのため、１回で印刷できる立体物５００の数量が限定され、印刷効率が低い。
（検出基準マークの具体例）
図６から図１１を参照して、本実施形態の立体物印刷システムＳ１に適用される検出基準マークの具体例等について説明する。
図６（ａ）、（ｂ）は、本実施形態の立体物印刷システムＳ１の検出基準マークｍ１の形成例を示す平面図である。図７は、立体物印刷システムＳ１における立体物５００の載置例を示す平面図である。図８（ａ）、（ｂ）は、検出基準マークｍ１から中心点を求める例を示す説明図である。図９（ａ）、（ｂ）は、検出基準マークｍ１から中心点を求める他の例を示す説明図である。図１０は、検出基準マークｍ１から中心点を求める他の例を示す説明図である。図１１は、立体物印刷システムＳ１における立体物５００の他の載置例を示す平面図である。
図６から図１１を参照して、本実施形態の立体物印刷システムＳ１に適用される検出基準マークの具体例等について説明する。
図６（ａ）、（ｂ）は、本実施形態の立体物印刷システムＳ１の検出基準マークｍ１の形成例を示す平面図である。図７は、立体物印刷システムＳ１における立体物５００の載置例を示す平面図である。図８（ａ）、（ｂ）は、検出基準マークｍ１から中心点を求める例を示す説明図である。図９（ａ）、（ｂ）は、検出基準マークｍ１から中心点を求める他の例を示す説明図である。図１０は、検出基準マークｍ１から中心点を求める他の例を示す説明図である。図１１は、立体物印刷システムＳ１における立体物５００の他の載置例を示す平面図である。
図６（ａ）、（ｂ）に示すように、印刷テーブルＴに設定される所定の読取エリアＡ１０（例えば、７０ｍｍ×７５ｍｍ）内には、例えば、直径６ｍｍの円形の検出基準マークｍ１または塗り潰しの円形の検出基準マークｍ２が、２３個に亘って、ほぼ均等な配列で印刷される。
なお、検出基準マークｍ１、ｍ２は、任意の色とすることができる。
なお、検出基準マークｍ１、ｍ２は、任意の色とすることができる。
図６（ａ）、（ｂ）に示す例では、検出基準マークｍ１、ｍ２の大きさは、例えば直径約６ｍｍである。
検出エリアの面積が、例えば７０ｍｍ×７５ｍｍの場合、３つ以上の検出基準マークｍ１、ｍ２が、この範囲における検出に必要となる。そのため、検出基準マークｍ１、ｍ２の直径は、約３ｍｍ～３０ｍｍ程度が好ましく、最大でも約６０ｍｍ程度とされる。
検出エリアの面積が、例えば７０ｍｍ×７５ｍｍの場合、３つ以上の検出基準マークｍ１、ｍ２が、この範囲における検出に必要となる。そのため、検出基準マークｍ１、ｍ２の直径は、約３ｍｍ～３０ｍｍ程度が好ましく、最大でも約６０ｍｍ程度とされる。
検出基準マークｍ１、ｍ２の好ましい数は直径に依存する。
即ち、比較的小さい検出基準マークｍ１、ｍ２の場合、載置する立体物によって多くの輪郭情報が隠される確率が高い。そのため、多数の検出基準マークｍ１、ｍ２が必要となる。
一方、比較的大きい検出基準マークｍ１、ｍ２の場合、載置する立体物の隙間から検出基準マークｍ１、ｍ２の輪郭の一部が見える確率が高い。そのため、検出基準マークｍ１、ｍ２の数は比較的少なくても、最低３点の基準点を決定するのに必要な輪郭を取得し易い。
即ち、比較的小さい検出基準マークｍ１、ｍ２の場合、載置する立体物によって多くの輪郭情報が隠される確率が高い。そのため、多数の検出基準マークｍ１、ｍ２が必要となる。
一方、比較的大きい検出基準マークｍ１、ｍ２の場合、載置する立体物の隙間から検出基準マークｍ１、ｍ２の輪郭の一部が見える確率が高い。そのため、検出基準マークｍ１、ｍ２の数は比較的少なくても、最低３点の基準点を決定するのに必要な輪郭を取得し易い。
但し、一部の輪郭からその円の中心点を求める場合、高精度に中心点を求めるには、望ましくは円全周の１／８程度の輪郭情報が必要である。そのため、検出基準マークｍ１、ｍ２の大きさが直径３０ｍｍ程度の場合には、数は４～８個が好ましい。
一方、検出基準マークｍ１、ｍ２の大きさが直径６ｍｍである場合、載置した立体物間の隙間に検出基準マークｍ１、ｍ２の輪郭が見える確率を上げるため、密度を高めて配置することが望ましい。
一方、検出基準マークｍ１、ｍ２の大きさが直径６ｍｍである場合、載置した立体物間の隙間に検出基準マークｍ１、ｍ２の輪郭が見える確率を上げるため、密度を高めて配置することが望ましい。
各検出基準マークｍ１、ｍ２に定義された座標情報を基準にするため、検出エリアの位置精度（検出手段１０１の移動精度）に応じて、好ましい間隔を決定する。
例えば、検出エリアの位置精度が±５ｍｍの場合、検出基準マークｍ１、ｍ２の間隔は約１０ｍｍ以上とすることが望ましい。従って、検出エリアは７０ｍｍ×７５ｍｍで、検出基準マークｍ１、ｍ２は、直径６ｍｍ程度の場合、設置数は３０～５０程度が好ましい。
例えば、検出エリアの位置精度が±５ｍｍの場合、検出基準マークｍ１、ｍ２の間隔は約１０ｍｍ以上とすることが望ましい。従って、検出エリアは７０ｍｍ×７５ｍｍで、検出基準マークｍ１、ｍ２は、直径６ｍｍ程度の場合、設置数は３０～５０程度が好ましい。
このように、検出基準マークｍ１、ｍ２は、立体物５００を印刷テーブルＴ上に任意に載置した際に、検出手段１０１により、立体物５００同士の隙間から、検出基準マークｍ１、ｍ２の一部又は全部が検出されるように、形状、大きさ、位置および数が設定される。
検出基準マークｍ１、ｍ２の形状は円形に限られないが、円形の場合、円の輪郭から中心位置を求め易く、また他の形状に比べて位置特定の精度を保ちや易い。
検出基準マークｍ１、ｍ２の形状は円形に限られないが、円形の場合、円の輪郭から中心位置を求め易く、また他の形状に比べて位置特定の精度を保ちや易い。
ここで、立体物５００が隠していない箇所で検出できる検出基準マークの一部ｍ１ａ、ｍ１ｂ等から、検出基準マークｍ１の位置情報を検出する例を図８および図９に示す。
図８（ａ）および図９（ａ）に示すように、検出基準マークの円弧の一部ｍ１ａ、ｍ１ｂの円弧情報に基づいて、立体物５００で隠れている部分の円弧ｍ１ａ’、ｍ１ｂ’を推定する。そして、円弧の一部ｍ１ａ、ｍ１ｂに、円弧ｍ１ａ’、ｍ１ｂ’を補完して得られる円形の検出基準マークｍ１について、中心点Ｃ１、Ｃ２を求める。
このような処理を各検出基準マークについて行うことにより、各検出基準マークｍ１の中心点Ｃ１、Ｃ２に基づいて、各立体物５００の位置情報を取得する。
図８（ａ）および図９（ａ）に示すように、検出基準マークの円弧の一部ｍ１ａ、ｍ１ｂの円弧情報に基づいて、立体物５００で隠れている部分の円弧ｍ１ａ’、ｍ１ｂ’を推定する。そして、円弧の一部ｍ１ａ、ｍ１ｂに、円弧ｍ１ａ’、ｍ１ｂ’を補完して得られる円形の検出基準マークｍ１について、中心点Ｃ１、Ｃ２を求める。
このような処理を各検出基準マークについて行うことにより、各検出基準マークｍ１の中心点Ｃ１、Ｃ２に基づいて、各立体物５００の位置情報を取得する。
図１０に示す例では、検出手段１０１で読取った円形マークの輪郭画像ｍ１ｃ～ｍ１ｅと、予め格納した検出基準マークｍ１の円弧形状の情報との一致度に基づいて、円形マークｍ１の中心点Ｃ３の座標を算出して求める。
このような処理を各検出基準マークについて行うことにより、各検出基準マークｍ１の中心点Ｃ３に基づいて、各立体物５００の位置情報を取得する。
塗り潰しの円形マークｍ２を用いた場合の処理も同様である。
このような処理を各検出基準マークについて行うことにより、各検出基準マークｍ１の中心点Ｃ３に基づいて、各立体物５００の位置情報を取得する。
塗り潰しの円形マークｍ２を用いた場合の処理も同様である。
また、立体物の輪郭情報の一部と検出マークの一部の画像情報が類似して誤判定されることが無いように、立体物の輪郭情報に含まれる円弧情報との関係から検出マークの円の大きさ、配置、塗りつぶしの色度情報を決定してもよい。
また、直線の方が立体物の輪郭情報と区別し易い場合もあり、この場合、検出マークは「×」印等の交点を持つ複数の直線とすることが好ましい。
また、直線の方が立体物の輪郭情報と区別し易い場合もあり、この場合、検出マークは「×」印等の交点を持つ複数の直線とすることが好ましい。
全ての検出基準マークｍ１の位置情報を取得できなくとも、取得できた検出基準マークｍ１の位置情報と予め定めた規則に従って配列した情報との照合によって、検出基準を取得してもよい。
例えば、図１４に示すように、１つの読み取りエリアＡ１内に各検出基準マークｍ１Ａ～ｍ１Ｍの位置の座標（Ｘａ、Ｙａ）等を予め定める。これにより、２つ以上の検出マークｍ１Ａ～ｍ１Ｍの中心点を検出することで、エリアＡ１内の基準座標軸を決定できる。
例えば、図１４に示すように、１つの読み取りエリアＡ１内に各検出基準マークｍ１Ａ～ｍ１Ｍの位置の座標（Ｘａ、Ｙａ）等を予め定める。これにより、２つ以上の検出マークｍ１Ａ～ｍ１Ｍの中心点を検出することで、エリアＡ１内の基準座標軸を決定できる。
また、図１１に示すように、検出基準マークｍ３、ｍ４の色または明度は、立体物５００の輪郭コントラストに影響を与えないことが望ましい。
検出基準マークｍ３、ｍ４は、適当な色（例えば、青色と赤色等）とすることで、検出基準と立体物５００の輪郭と共に、正確な画像情報を取得できる。
検出基準マークｍ３、ｍ４は、適当な色（例えば、青色と赤色等）とすることで、検出基準と立体物５００の輪郭と共に、正確な画像情報を取得できる。
なお、実施形態では、立体物５００等は検出基準マークの全てを覆い隠すことの無いように載置されているが、立体物５００等の大きさや形状と載置位置や回転角によって検出基準マークの全てを覆い隠す場合には、周辺の読み取りエリアの座標情報を元に当該エリア座標を決定してもよい。
また、読み取りエリアの印刷は禁止する等の処理判断過程を設けてもよい。
また、読み取りエリアの印刷は禁止する等の処理判断過程を設けてもよい。
また、本実施形態において、検出基準マークｍ（ｍ１～ｍ４）、ｍ２、ｍ３の一部又は全部とは、各検出基準マークｍ（ｍ１～ｍ４）、ｍ２、ｍ３の一部又は全部を含むほか、複数個から成る検出基準マークｍ（ｍ１～ｍ４）、ｍ２、ｍ３の内の１個または複数個との概念を含む。
また、図１５に示すように、読み取りエリアＡ１の四隅に、中心点Ｍ２（例えばシアン色）と、中心点Ｍ２と同心円状の円環部Ｍ３（例えば、マゼンタ色）とから成るドーナッツ状の検出基準マークｍ１Ｐをそれぞれ配置してもよい。これにより、立体物により高精度の印刷を行うことができる。
尚、上述の説明では、検出基準マークが輪郭で囲まれ中心点を有するが、直線の様な図形の場合、その交点を基準座標とすることもできる。
尚、上述の説明では、検出基準マークが輪郭で囲まれ中心点を有するが、直線の様な図形の場合、その交点を基準座標とすることもできる。
以上、本発明を実施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。本発明の技術的な範囲は、実施形態の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、検出手段１０１は、バックライトを用いて、立体物１０の輪郭情報を取得してもよい。特に立体物１０の素材が金属等のように光沢を有する場合、反射照明を用いると輪郭情報を正確に取得できない可能性がある。検出手段１０１がバックライトによる透過光を用いる場合、金属製の立体物１０の輪郭情報を正確に取得できる。
また、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できる。
また、制御手段１０４は、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でもよい。
また、３次元センサに代えて、２次元センサを用いてもよい。
また、印刷テーブルは、無端ベルト等の様に立体物を移送する手段と兼用されているものに本発明を適用してもよい。
また、制御手段１０４は、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でもよい。
また、３次元センサに代えて、２次元センサを用いてもよい。
また、印刷テーブルは、無端ベルト等の様に立体物を移送する手段と兼用されているものに本発明を適用してもよい。
また、本実施形態では印刷テーブルＴ上に複数の立体物１０を直接載置する構成を説明したが、これに限られるものではない。例えば、印刷テーブルＴ上の全ての検出基準マークｍが覆い隠されることが無いように、印刷テーブルＴ上に複数の固定治具を配置し、各固定治具に１つ又は複数の立体物１０が載置されてもよい。すなわち、１つ又は複数の立体物１０が載置された固定治具を用いる場合、複数の検出基準マークｍのうち一部の検出基準マークｍが固定治具によって覆い隠されてもよい。
ここで、１つの検出基準マークｍが固定治具によって完全に覆い隠されてもよいし、１つの検出基準マークｍが固定治具によって部分的に覆い隠されてもよい。
なお、固定治具に載置された立体物１０は、印刷テーブルＴよりも固定治具の高さだけ高い位置に配置される。そのため、印刷データ生成手段１０２は、固定治具の高さも考慮して、各立体物１０の印刷データを生成することが好ましい。
ここで、１つの検出基準マークｍが固定治具によって完全に覆い隠されてもよいし、１つの検出基準マークｍが固定治具によって部分的に覆い隠されてもよい。
なお、固定治具に載置された立体物１０は、印刷テーブルＴよりも固定治具の高さだけ高い位置に配置される。そのため、印刷データ生成手段１０２は、固定治具の高さも考慮して、各立体物１０の印刷データを生成することが好ましい。
また、固定治具（第１固定治具）に検出基準マークｍを直接印刷してもよい。ここで、第１固定治具は、より小さいサイズの固定治具（第２固定治具）を固定する凹部を有してもよい。１つ又は複数の凹部は、第１固定治具に印刷された検出基準マークｍ以外の位置に配置される。各第２固定治具には、１つ又は複数の立体物１０が載置される。
このとき、立体物１０は、第１固定治具に印刷された検出基準マークｍよりも低い位置に配置されてもよい。そのため、印刷データ生成手段１０２は、検出基準マークｍを基準とする立体物１０の高さ（深さ）も考慮して、各立体物１０の印刷データを生成することが好ましい。
このとき、立体物１０は、第１固定治具に印刷された検出基準マークｍよりも低い位置に配置されてもよい。そのため、印刷データ生成手段１０２は、検出基準マークｍを基準とする立体物１０の高さ（深さ）も考慮して、各立体物１０の印刷データを生成することが好ましい。
また、光学センサ２００は、更に、立体物１０の凹凸に応じた陰影情報を取得する為に、好ましい陰影が生じる照明手段を有してもよい。光学センサ２００は、例えば、立体物１０に対して斜め方向から光を照射する照明手段である。照明手段が立体物１０に対して斜めから光を照射することにより、立体物１０の陰影情報を取得することができる。これにより、印刷テーブルＴや固定治具に配置された立体物１０の立体姿勢のばらつきを取得することができる。例えば、立体物１０の表面が凹凸形状を有する場合、検出基準マークｍだけでなく、図３（ａ）、図３（ｂ）を参照して説明した立体物１０の輪郭情報に代えて、又は、立体物１０の輪郭情報に加えて、立体物１０の陰影情報に基づいて、印刷データ生成手段１０２は、各立体物１０の印刷データを生成することができる。これにより、載置された各立体物１０の立体姿勢にばらつきが生じたとしても、より高精度の印刷を行うことができる。
Ｓ１ 立体物印刷システム
ｍ（ｍ１～ｍ４）、ｍ１Ｐ、ｍ２、ｍ３ 検出基準マーク
Ａ１～Ａ８ 読み取りエリア
Ｔ 印刷テーブル
１０、５００ 立体物
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
１０３ 印刷手段
１０４ 制御手段
１０５ 指示手段
２００ 光学センサ（３次元センサ）
ｍ（ｍ１～ｍ４）、ｍ１Ｐ、ｍ２、ｍ３ 検出基準マーク
Ａ１～Ａ８ 読み取りエリア
Ｔ 印刷テーブル
１０、５００ 立体物
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
１０３ 印刷手段
１０４ 制御手段
１０５ 指示手段
２００ 光学センサ（３次元センサ）
Claims (9)
- 複数の立体物を載置する印刷テーブルであって、複数の検出基準マークを有する印刷テーブルと、
少なくとも一つの前記検出基準マークの全部が隠れるとともに、他の少なくとも一つの前記検出基準マークの一部が隠れるように載置した前記立体物の位置および向きと、前記検出基準マークとを検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された前記立体物の位置及び向きと前記検出基準マークとに基づいて、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手段であって、前記複数の立体物同士の隙間から露出する前記検出基準マークの一部に基づいて、前記検出基準マークの基準座標を求める印刷データ生成手段と、
前記印刷データ生成手段で生成された前記印刷データにより、前記各立体物への印刷を実行する印刷手段と、
を有する、立体物印刷システム。 - 前記立体物を前記検出基準マークの一部の上に載置した状態で、前記印刷手段は前記立体物への印刷を実行する、
請求項１に記載の立体物印刷システム。 - 前記立体物を載置する固定治具を更に有し、
前記印刷テーブルは、前記固定治具を介して、複数の前記立体物を載置し、
前記印刷データ生成手段は、前記固定治具の高さを考慮して、前記印刷データを生成し、
前記固定治具を前記検出基準マークの一部の上に載置した状態で、前記印刷手段は前記立体物への印刷を実行する、
請求項１に記載の立体物印刷システム。 - 前記検出基準マークは円形であり、
前記印刷データ生成手段は、前記検出手段が検出した前記検出基準マークの輪郭画像と、予め格納した前記検出基準マークの円弧形状の情報との一致度に基づいて、前記検出基準マークの前記基準座標を求める、
請求項１～３の何れかに記載の立体物印刷システム。 - 前記検出基準マークは、前記立体物の輪郭情報の一部と前記検出基準マークの一部の画像情報が誤判定されないように、前記立体物の輪郭情報に基づいて、前記印刷手段によって前記印刷テーブル上に形成される、
請求項１～４の何れかに記載の立体物印刷システム。 - 複数の検出基準マークを有する印刷テーブル上に、少なくとも一つの前記検出基準マークの全部が隠れるとともに、他の少なくとも一つの前記検出基準マークの一部が隠れるように複数の立体物を載置し、
前記立体物の位置および向きと、前記検出基準マークとを検出手段で検出し、
検出された前記立体物の位置および向きと前記検出基準マークとに基づいて、印刷データ生成手段が前記立体物に対応させた印刷データを生成し、
前記印刷データにより、印刷手段が前記立体物への印刷を実行する、
立体物印刷方法。 - 前記複数の立体物同士の隙間から露出する前記検出基準マークの一部に基づいて、印刷データ生成手段が前記検出基準マークの基準座標を求める、
請求項６に記載の立体物印刷方法。 - 前記立体物の輪郭情報の一部と前記検出基準マークの一部の画像情報が誤判定されないように、前記立体物の輪郭情報に基づいて、前記印刷手段は、前記検出基準マークを前記印刷テーブル上に印刷する、
請求項６又は７に記載の立体物印刷方法。 - 複数の前記立体物は、固定治具を介して印刷テーブル上に載置され、
前記固定治具の高さを考慮して、前記印刷データを生成する、
請求項６～８の何れかに記載の立体物印刷方法。
Applications Claiming Priority (3)
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