TWI770301B - 立體物印刷系統以及立體物印刷方法 - Google Patents

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Abstract

立體物印刷系統(S1、S2)係具備有：印刷台(T)，係用以載置作為印刷對象的立體物(10)；複數個檢測基準(15)，係被印刷至印刷台(T)；檢測部(101)，係用以檢測複數個檢測基準(15)的位置與設定在已載置於印刷台(T)上的立體物(10)的表面之複數個檢測點(P1、P2)的位置；印刷資料生成部(102)，係用以依據檢測部(101)所為之立體物的位置與方向的檢測結果生成與立體物(10)對應的印刷資料；印刷部(103)，係藉由印刷資料生成部(102)所生成的印刷資料執行對於各個立體物(10)的印刷；以及控制部(104)，係用以控制檢測部(101)、印刷資料生成部(102)以及印刷部(103)的動作；控制部(104)係依據檢測部(101)所檢測的複數個檢測基準(15)的位置與複數個檢測點(P1、P2)的位置算出立體物(10)的位置與旋轉角度；印刷資料生成部(102)係依據所算出的立體物(10)的位置與旋轉角度生成與立體物(10)對應的印刷資料。

Description

立體物印刷系統以及立體物印刷方法
本發明係有關於一種立體物印刷系統以及立體物印刷方法。
作為用以於立體物上印刷圖像之習知例的立體物印刷裝置，已知有一種列印機(printer)(參照專利文獻1)，係具備有：噴墨(ink jet)式的記錄頭；以及立體物支撐部，係在已使立體物的側面與記錄頭的噴嘴面對向的狀態下可旋轉地支撐該立體物；該列印機係一邊藉由立體物支撐部使立體物旋轉一邊藉由記錄頭對立體物的側面印刷圖像。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：日本特開2006-335019號公報(JP2006-335019A)。
在習知例的立體物印刷裝置中，由於能藉由立體物支撐部旋轉之立體物為單一個，因此在對複數個立體物進行 印刷時的生產效率低。
此外，在習知例的立體物印刷裝置中，為了提升印刷品質，需要適當地控制作為印刷對象的立體物的旋轉。因此，亦會有需要複雜且精密的控制技術且成本高之問題。
再者，作為習知例的立體物印刷方法，亦提案有一種使用印刷用治具之方法。然而，在此種印刷方法中，需要於每個不同形狀的立體物使用印刷用治具，且需要將立體物固定於印刷用治具之動作。因此，會有印刷所需的費用高昂等問題。
本發明乃有鑑於上述問題而研創，目的在於提供一種無須立體物的旋轉控制且無須使用固定治具即能進行高精細的印刷之立體物印刷系統以及立體物印刷方法。
為了解決上述課題，本發明第一態樣的立體物印刷系統係具備有：印刷台，係用以載置作為印刷對象的立體物；複數個檢測基準，係被印刷至印刷台；檢測部，係用以檢測複數個檢測基準的位置與設定在已載置於印刷台上的立體物的表面之複數個檢測點的位置；印刷資料生成部，係用以依據檢測部所為之立體物的位置與方向的檢測結果生成與立體物對應的印刷資料；印刷部，係藉由印刷資料生成部所生成的印刷資料執行對於各個立體物的印刷；以及控制部，係 用以控制檢測部、印刷資料生成部以及印刷部的動作。控制部係依據檢測部所檢測的複數個檢測基準的位置與複數個檢測點的位置算出立體物的位置與旋轉角度。印刷資料生成部係依據所算出的立體物的位置與旋轉角度生成與立體物對應的印刷資料。
本發明第二態樣的立體物印刷方法係包含有：檢測工序，係檢測設定在已載置於印刷台上的立體物的表面的複數個檢測點與已印刷至前述印刷台的複數個檢測基準；算出工序，係依據所檢測的前述複數個檢測點的位置與前述複數個檢測基準的位置算出前述立體物的位置與旋轉角度；印刷資料生成工序，係依據所算出的前述立體物的位置與旋轉角度生成與前述立體物對應的印刷資料；以及印刷工序，係藉由所生成的前述印刷資料對前述立體物執行印刷。
依據本發明的態樣，能提供一種無須立體物的旋轉控制且無須使用固定治具即能進行高精細的印刷之立體物印刷系統以及立體物印刷方法。
10、10a至10c、10A:立體物
15:基準標記(檢測基準)
101:檢測部(讀取裝置)
102:印刷資料生成部
102A:第一資料生成部
102B:第二資料生成部
102C:第三資料生成部
103:印刷部(UV噴墨列印機)
104:控制部
104A、104B:工作站
105:指示部
130:掃描印刷頭
200:光學感測器(三次元感測器)
200A:二次元感測器
250、260:照明部
251:臂構件
300:框體
300A、300B:墨滴
300C、300D:飛翔軌道
301:XY滑動器
400:操作畫面
501:記憶部
502:印刷資料最佳化部
700:輸送帶
801:明暗圖案
A1至A8:檢測區域
B:帶
C:重心位置
D1、D1a至D1d:吉祥物人偶
D11:方向
D20:掃描方向
E:光線
H:高度資訊
P1、P2:特徵點(檢測點)
P20a至P20d:印刷
PD1:像素
PD2:補正印刷資料
Q1、Q2:基準點
S1、S2:立體物印刷系統
T:印刷台
Lz+、Lz-:方向
W1:設計資料
W1a:描繪資料
θ 1:旋轉角度
圖1係用以顯示第一實施形態的立體物印刷系統的整體構成之功能方塊圖。
圖2係用以顯示第一實施形態的立體物印刷系統的構成例之說明圖。
圖3係用以顯示印刷繪圖資料的生成順序之說明圖。
圖4係用以顯示印刷繪圖資料的生成順序的接續之說明圖。
圖5係用以顯示印刷繪圖資料的生成順序的接續之說明圖。
圖6中的(a)與(b)係用以顯示以圖案匹配(pattern matching)發現檢測基準點的順序之說明圖。
圖7中的(a)至(c)係用以說明印刷資料的生成順序的例子之說明圖。
圖8係用以顯示檢測基準標記的實施例之攝像圖。
圖9中的(a)與(b)係用以顯示對於立體物的印刷例之說明圖。
圖10中的(a)與(b)係用以顯示對於立體物的印刷例之局部放大圖。
圖11係用以顯示應用於第一實施形態的立體物印刷系統之輸送帶(belt conveyer)式的印刷台之概略構成圖。
圖12係用以顯示第二實施形態的立體物印刷系統的整體構成之功能方塊圖。
圖13係用以顯示第二實施形態的立體物印刷系統的主要部分的構成之方塊圖。
圖14係用以顯示第二實施形態的立體物印刷系統的構成例之說明圖。
圖15中的(a)與(b)係用以顯示第二實施形態的立體物印刷系統的主要部分的構成例之概略構成圖。
圖16係用以顯示立體姿勢的檢測原理之說明圖。
圖17係用以說明立體姿勢的檢測中的照明角度與姿勢角度的例子之說明圖。
圖18中的(a)與(b)係用以顯示立體姿勢的檢測中的照明角度與姿勢角度的另一例之說明圖。
圖19係用以顯示在第二實施形態的立體物印刷系統所執行的補正處理的處理順序之流程圖。
圖20係用以顯示補正處理中的補正資料的生成順序之說明圖。
圖21中的(a)與(b)係用以顯示補正處理中的補正資料的生成順序之說明圖。
圖22中的(a)至(c)係用以顯示補正處理中的補正資料的生成順序之說明圖。
圖23係用以顯示印刷資料群組的儲存例之說明圖。
圖24係用以顯示掃描印刷頭的掃描方向與墨滴(ink droplet)的飛翔角度等的關係之說明圖。
圖25係用以顯示掃描印刷頭的掃描方向與印刷例之說明圖。
以下，依據圖式詳細地說明實施形態。在此，於隨附的圖式中的相同的構件附上相同的元件符號並省略重複的說明。
(第一實施形態)
參照圖1以及圖2，說明第一實施形態的立體物印刷系統S1的構成例。
圖1係用以顯示第一實施形態的立體物印刷系統S1的整體構成之功能方塊圖，圖2係用以顯示第一實施形態的立體物印刷系統S1的構成例之說明圖。
如圖1所示，第一實施形態的立體物印刷系統S1係具備有：印刷台T，係用以載置作為印刷對象的一個以上的立體物10；檢測部101，係用以檢測已載置於印刷台T上的各個立體物10的位置與方向；印刷資料生成部102，係用以依據檢測部101的檢測結果生成與各個立體物10對應的印刷資料；印刷部103，係藉由印刷資料生成部102所生成的印刷資料執行對於各個立體物10的印刷；以及控制部104，係用以控制檢測部101、印刷資料生成部102以及印刷部(例如平台(flatbed)型的UV(Ultra Violet；紫外線)噴墨列印機(ink jet printer))103的動作。
檢測部101係具備有例如預定的光學感測器或者用以取得已載置於印刷台T的各個立體物10的三次元的姿勢資訊之光學感測器(三次元感測器)200。
於印刷台T的四個角落印刷並形成有光學感測器200 可檢測的檢測基準15。
檢測部101係具備有：指示部105，係由XY滑動器(slider)301等所構成，該XY滑動器301係用以針對立體物10的表面預先指示複數個檢測點。此外，圖2中的元件符號E係顯示光線E，元件符號300係顯示印刷部103的框體300。
檢測部101係檢測指示部105針對各個立體物10所指示的檢測點的位置與檢測基準的位置。由工作站(workstation)104A、104B等所構成的控制部104係依據所檢測的檢測點的位置與檢測基準的位置算出印刷台T上的各個立體物10的位置與旋轉角度。
控制部104係能藉由依據關於所算出的各個立體物10的位置與旋轉角度之資料以及關於預先取得的立體物10的姿勢之資料的圖案匹配來判定各個立體物10的姿勢。
印刷資料生成部102係能由作為硬體的工作站104B與預定的資料處理軟體等所構成。
印刷資料生成部102係具備有：第一資料生成部102A，係用以依據控制部104所判定的各個立體物10的姿勢與印刷至各個立體物10的表面之描繪資訊來生成第一印刷資 料(描繪資料)；以及第二資料生成部102B，係用以因應檢測部101所檢測的各個立體物10的位置與旋轉角度對第一印刷資料施予旋轉處理且生成已最佳化的第二印刷資料。
立體物印刷系統S1亦可進一步具備有：高度檢測部(未圖式)，係用以檢測已載置於印刷台T的各個立體物10的高度。
在此情形中，印刷資料生成部102係能依據高度檢測部所檢測的各個立體物10的高度資訊來補正第二印刷資料。
在光學感測器200由用以取得已載置於印刷台T的各個立體物10的三次元的姿勢資訊之三次元感測器所構成之情形中，亦可為第一資料生成部102A係依據三次元感測器的檢測結果生成第一印刷資料，第二資料生成部102B係因應三次元感測器或三次元感測器以外的檢測手段所取得的各個立體物10的位置與旋轉角度對第一印刷資料施予旋轉處理並生成已最佳化的第二印刷資料。
光學感測器200亦可檢測對於各個立體物10的表面之印刷狀態，控制部104亦可依據印刷狀態的檢測結果判定印刷是否良好。
(關於第一資料生成部的處理)
接著，詳細地說明第一資料生成部102A的處理。
首先，將具有針對立體物10的三次元形狀資訊之3DCAD(three-dimensional computer-aided design；三維電腦輔助設計)資料以及具有有關於施予至立體物10的表面的色彩與描繪的資訊之設計資料輸入至第一資料生成部102A。
對第一資料生成部102A輸入包含有印刷台T上的姿勢資訊之3DCAD資料。
此外，能在用以構成第一資料生成部102A之工作站104B的操作畫面上從3DCAD資料指示決定在印刷台T上最穩定的姿勢。
接著，第一資料生成部102A係將與印刷台T上的立體物姿勢資訊對應的3DCAD資料與描繪資訊予以合成，並以平行光透視影像的條件抽出二次元繪圖資料。
接著，第一資料生成部102A係從已抽出的二次元繪圖資料以及與該二次元繪圖資料對應的深層資訊生成第一印刷資料(描繪資料)。
更具體而言，一般而言由於印刷裝置係用以印刷二次元資料，因此對於偏離平面的深層之印刷特性係與針對平面上的印刷特性不同。預先保存與該平面不同的深層印刷特性，參照所保存的特性生成來自與繪圖資料對應的深層資訊之最適當的描繪資料。
例如，在噴墨印刷裝置的情形中，因應墨滴的飛翔特性依存於針對深層的印刷特性。因此，為了彌補朝向較遠位置的墨滴的著墨精度變差所導致的印刷特性的不良，具有深層的輪廓部係需要將繪圖資料擴張並作為最適當的描繪資料。
(印刷繪圖資料的生成順序)
參照圖3至圖5，說明第一實施形態的立體物印刷系統S1中的印刷繪圖資料的生成順序。
此外，在第一實施形態中，例示吉祥物(mascot)人偶D1作為印刷對象的立體物10。
在圖3所示的生成順序中，在用以構成第一資料生成部102A之工作站104B的操作畫面400上使用滑鼠等指向裝置(pointing device)等操作吉祥物人偶D1a至D1d的方向等，決定吉祥物人偶D1的姿勢。
接著，在圖4所示的生成順序中，在工作站104B的操作畫面400上將所決定的姿勢中的吉祥物人偶D1的3DCAD資料與設計資料(在圖4等所示的例子中為衣服的設計資料)W1予以合成。
在圖5所示的生成順序中，以平行光透視影像的條件抽出二次元繪圖資料，以第一資料生成部102A從該二次元繪圖資料以及與該二次元繪圖資料對應的深層資訊生成描繪資料W1a。
(檢測部的具體例)
接著，參照圖2等說明作為檢測部101的讀取裝置的實施例。
在圖2所示的實施例中，讀取裝置(檢測部)101係具備有：XY滑動器301，係配置於用以收容平台型的UV噴墨列印機(印刷部)103等之框體300的上表面側；以及光學感測器200，係由可藉由該XY滑動器301於XY方向移動的數位相機所構成。
在此，UV噴墨列印機103的印刷資料係需要生成在已配合立體物10的印刷台T上的位置之位置。
將UV噴墨列印機103的描繪位置精度設為200μm並作 為基於事前的調查結果之目標值；讀取裝置101係可以100μm的精度檢測印刷台T上的立體物10的位置，且可以1°的精度檢測旋轉角度。
光學感測器200係具備有例如2478萬像素的數位相機。XY滑動器301係以拍攝已將印刷台T上分割成八等分的檢測區域A1至A8(參照圖7等)之方式移動數位相機。
藉由安裝至工作站104B的讀取用軟體的處理，從數位相機所為之立體物10的基準點(具體例係容後述)之指定與讀取結果運算印刷台上的位置與旋轉角度。
較佳為以拍攝時的振動等的影響不會於讀取影像產生誤差之方式進行XY滑動器301的加速減速控制，且為了兼具檢測時間縮短與讀取精度而將各個檢測區域之間的移動時間設成1秒至4秒。
此外，在使用2478萬像素的數位相機之情形中，印刷台T的大小係設成30cm×42cm。
在此種條件下，從相當於讀取區域之印刷台T的大小與讀取解析度之間的關係可知，一次的拍攝中的各個檢測區域A1至A8的大小係設成15cm×10.5cm。
數位相機係以成為距離印刷台T約80cm的高度之方式配置於用以使與印刷台T的平面平行的平面移動之XY滑動器301。
縮小因為拍攝視野角度導致配置於印刷台T上的立體物10的高度尺寸未與印刷台T上的位置一致所產生的誤差對於印刷精度而言非常重要。
雖然可針對能預先掌握的高度進行補正運算，但是為了排除立體物10的尺寸誤差以及/或者立體姿勢誤差等的影響，需要原理性地縮小視野角度。
亦即，較佳為以高度誤差0.5mm的影響變成讀取誤差0.05mm的範圍之方式滿足視野角度5.7°以下來設計。
(關於基於印刷基準之讀取基準標記與圖案匹配)
以數位相機讀取的立體物10的印刷台T上的位置資訊的基準點需要高精度地與印刷基準一致。
因此，將印刷用片固定於印刷台T上，並於該印刷用片上印刷圖8所例示的基準標記(檢測基準)15。
接著，從拍攝資訊決定這些基準標記15與印刷台T上的立體物10之間的位置關係並生成印刷資料，對印刷台 T上的立體物10進行印刷。
更具體而言，例如圖7所示，將與印刷台T相同尺寸的PET(polyethylene terephthalate；聚對苯二甲酸乙二酯)膜固定於A3(297mm×420mm)尺寸的印刷台T上，並將檢測標記印刷至每一個檢測區域A1至A8。
此外，在圖8至圖10所示的例子中，於將各個檢測區域的基準點作為交點之十字線上以等距離印刷四個圓。
藉此，能使印刷部103的印刷基準與已印刷至固定於印刷台T上的印刷用片上的基準標記15(檢測基準)高度度地一致。
此外，為了從數位相機所為之拍攝資訊高精度且短時間地決定各個立體物10的位置與旋轉角度(在印刷台T平面內的旋轉角度)，指示立體物10的輪廓資訊中的兩處以上的特徵點作為檢測點並進行圖案匹配處理。
亦即，在如圖6中的(a)所示的例子中，預先取得立體物10的輪廓資訊，指示兩處的輪廓的特徵點P1、P2作為檢測點。
接著，藉由圖案匹配從數位相機的讀取影像資訊抽出 讀取基準點Q1、Q2(參照圖6中的(b))。
接著，在抽出兩點的讀取基準點Q1、Q2後，決定該立體物的重心位置C與旋轉角度θ 1。
如圖6中的(b)以及圖7中的(a)所示，使用此種輪廓資料，以檢測立體物10的印刷台T上的位置與姿勢(在印刷台T的平面內的旋轉角度θ 1)之方式指示兩點以上的讀取基準點。
在圖7中的(a)所示的例子中，兩個至三個立體物10係以隨機的方向載置於印刷台T的檢測區域A1至A8。
在此，以檢測區域A4作為例子，能以圖7中的(a)的右側所示的方法針對各個立體物10a至10c依據讀取基準點決定例如立體物10a的位置(x1,y1)與旋轉角度(θ 1)(參照圖7中的(b))。
接著，將如上述方式所取得之配置在印刷台T上的全部的立體物10的各個位置與旋轉角度θ 1的資訊轉送至用以生成第一印刷資料(描繪資料)之第一資料生成部102A。
接著，藉由第二資料生成部102B，因應各個立體物10的位置(x1,y1)與旋轉角度(θ 1)對第一印刷資料施予旋轉處 理並生成已最佳化的第二印刷資料。
生成第二印刷資料係能將與印刷了讀取基準點時的資料基準點之間的位置關係設成一致或規定的值。藉此，能高精度地使讀取判定位置與印刷位置一致。
在圖7中的(a)所示的例子中，雖然各個立體物載置於印刷台T的各個檢測區域A1至A8的內部，但即使在跨越檢測區域A1至A8的位置亦可藉由結合檢測區域而進行各種處理。
即使在具有複數個立體物或描繪資料之情形中，亦能藉由應用本實施形態同樣地進行高精度的印刷。
(印刷的執行例)
首先，如圖9中的(a)以及圖10中的(a)所示，將複數個立體物10配置於印刷台T上。
此時，各個立體物10的配置只要維持事前所決定之在印刷台T上的姿勢，則在印刷台T的平面內的旋轉角度與位置係自由。此外，立體物10的數量亦只要在能配置於印刷台T上的範圍內則無限制。
接著，藉由上述方法檢測各個立體物10的位置與旋轉 角度，並藉由依據檢測結果所生成的印刷資料驅動印刷部103，執行對於各個立體物10的印刷。藉此，能獲得如圖9中的(b)以及圖10中的(b)所示的印刷物10A。
此外，如圖11所示，在第一實施形態的立體物印刷系統S1中，能以輸送帶700構成印刷台T，輸送帶700係具備有用以載置立體物10並可從上游側移動至下游側之帶(例如無限軌道狀的帶)B。
帶B係藉由驅動裝置(未圖示)於方向D11(在圖11上為右方向)移動。
於帶B的表面印刷有複數個檢測部(光學感測器)200可檢測的檢測基準(讀取基準標記)15。
在此，檢測部200係配置於比噴墨式的印刷裝置(印刷部)103還上游側。此外，在圖11中，元件符號10A係顯示藉由印刷部103施予了預定印刷的立體物10A。
(第二實施形態)
參照圖12至圖25，說明第二實施形態的立體物印刷系統S2的構成例。
此外，在第二實施形態的立體物印刷系統S2中，針對 與第一實施形態的立體物印刷系統S1同樣的構成附上相同的元件符號並省略重複的說明。
在此，圖12係用以顯示第二實施形態的立體物印刷系統S2的整體構成之功能方塊圖，圖13係用以顯示立體物印刷系統S2的主要部分的構成之方塊圖。
如圖12所示，與第一實施形態的立體物印刷系統S1的差異點在於：在第二實施形態的立體物印刷系統S2中，印刷資料生成部102除了具備有第一資料生成部102A與第二資料生成部102B之外還具備有第三資料生成部102C，且印刷部103具備有掃描印刷頭130。
掃描印刷頭130係可藉由依序高速地掃描印刷台上並進行移動而高速地印刷印刷台上的整面。
在此，如圖24所示，在掃描印刷頭130例如為用以高速地掃描掃描方向D20之印刷部的情形中，所噴出的墨滴300A係傾斜地飛翔。
此外，墨料粒子的飛翔角度的概算值(設想值)係在例如墨料粒子的突出速度為5.0m/秒、掃描印刷頭130的掃描速度為0.5m/秒的情形中變成tan-1(0.5/5.0)=tan-10.1=5.7deg。
此外，如圖24所示，亦會有墨滴300A因為掃描印刷頭130的掃描所伴隨的氣流的影響而如墨滴300B般飛翔軌道變成曲線狀之情形。
如此，在因為墨料飛翔角度的影響使立體表面成為曲面之情形中，飛翔軌道為曲線狀的墨滴300B的著墨位置係變成與平面上不同，會影響到直線性以及尺寸精度。
在圖25所示的例子中，在掃描印刷頭130的掃描方向為掃描方向D20之情形中，針對每90°改變方向的立體物10a至10d施予線狀的印刷P20a至P20d。
結果，在掃描方向為與掃描方向D20略平行的線狀的印刷P20a、P20c中維持直線性。
另一方面，可知在掃描方向為與掃描方向D20大致正交的線狀的印刷P20b、P20d中失去直線性。
因此，在第二實施形態的立體物印刷系統S2中，印刷部103係具備有噴墨式的掃描印刷頭130，印刷資料生成部102係具備有第三資料生成部102C，第三資料生成部102C係依據從掃描印刷頭130射出的墨料粒子(墨滴)的飛翔角度與各個立體物的描繪面的形狀生成已最佳化的印刷 資料。
接著，由工作站等所構成的控制部104係依據已在第三資料生成部102C最佳化的印刷資料來控制印刷部103。
藉此，在第二實施形態的立體物印刷系統S2中，能使從掃描印刷頭130噴出的墨滴著墨至期望的位置而使印刷精度提升。
如圖13的方塊圖所示，第三資料生成部102C係具備有用以記憶描繪面的立體形狀資料之記憶部(例如快閃記憶體等)501以及印刷資料最佳化部502。第三資料生成部102C係例如藉由CPU(Central Processing Unit；中央處理器)、RAM(Random Access Memory；隨機存取記憶體)等硬體與用以執行補正處理等之軟體之間的協同動作而實現。關於補正處理的詳細說明係容後述。
如圖11所示，在第二實施形態的立體物印刷系統S2中，亦可由輸送帶700構成印刷台T，輸送帶700係具備有用以載置立體物10並可從上游側朝下游側移動之帶(例如無限軌道狀的帶)B。
在第二實施形態的立體物印刷系統S2中，三次元感測器200係具備有：二次元感測器200A，係由數位相機等所 構成；以及照明部250，係由用以照亮立體物10之LED(Light Emitting Diode；發光二極體)燈等所構成。
在圖14以及圖15中的(a)所示的構成例中，作為照明部250的LED燈係藉由臂構件251以每90°於二次元感測器200A的周圍設置四個。
從為了掌握立體物的姿勢而附加預定的陰影之觀點而言，作為照明部250的LED燈較佳為複數個，但亦可設置例如五個以上。
此外，如圖15中的(b)所示，亦可藉由臂構件251將已將複數個LED等配置成環狀的照明部260安裝至二次元感測器200A的周圍。
二次元感測器200A係檢測藉由照明部250(260)所形成的立體物10的描繪面的陰影並取得立體物10的三次元姿勢。
在此，圖16係用以顯示立體姿勢的檢測原理之說明圖，圖17係用以顯示立體姿勢的檢測中的照明角度與姿勢角度的例子之說明圖，圖18係用以顯示立體姿勢的檢測中的照明角度與姿勢角度的其他例子之說明圖。
如圖16所示，將照明部250的燈的位置位於圖上右側(方向Lz+)的情形時之對於立體物10的照射角度設成-θ，將照明部250的燈的位置位於圖上左側(方向Lz-)的情形時之對於立體物(例如人偶的臉部)10的照射角度設成+θ。
接著，如圖17所示取得預定的照明角度(例如-45°、0°、+45°)所為之(照明角度與姿勢角度的組合所為之)立體物10的凹凸陰影圖案並進行資料庫化且儲存至快閃記憶體等。
藉此，以檢測部200取得已載置於例如圖11所示的輸送帶700的帶B上的立體物10的凹凸陰影並與已資料庫化的圖案對照，藉此能檢測各個立體物10的立體角度(立體姿勢)。
此外，雖然省略圖示，但亦可作成為取得立體物10的上下方向與橫方向(亦即XYZ方向)的陰影變化的圖案並進行資料庫化且予以儲存。藉此，能更高精度地檢測各個立體物的立體角度(立體姿勢)。
此外，如圖18中的(a)與(b)所示，亦可將預定的明暗圖案801照射至立體物10並藉由該立體物10的明暗圖案的變化檢測各個立體物10的立體角度(立體姿勢)。
(關於印刷資料的最佳化)
在此，在說明補正處理的詳細內容之前先說明第二實施形態的立體物印刷系統S2中的印刷資料的補正(最佳化)的機制。
在第二實施形態的立體物印刷系統S2中，使用具備有噴墨式的掃描印刷頭130作為印刷部103之印刷裝置。
因此，因為掃描印刷頭130朝向掃描方向的移動與氣流的影響，從掃描印刷頭130射出的墨料粒子飛翔的軌道係與朝向垂直正下方的軌道不同。
此外，墨料粒子的飛翔角度的概算值(設想值)係在例如墨料粒子的突出速度為5.0m/秒、掃描印刷頭130的掃描速度為0.5m/秒的情形中變成tan-1(0.5/5.0)=tan-10.1=5.7deg。
此外，在對於立體物10的印刷中，需要使墨料粒子正確地著墨至高度不同的位置(亦即具有凹凸之立體物的表面)。
亦即，當將已生成於二次元的印刷對象(例如印刷用紙等)用的印刷資料直接投影至立體物並執行印刷時，墨料粒 子的著墨位置會與當初的目標位置偏離從而產生無法獲得期望的印刷結果之問題。
因此，為了針對立體物10獲得期望的印刷結果，需要進行已考慮到朝向與墨料粒子的軌道不同高度的位置之著墨位置的偏離等之補正並產生已最佳化的印刷資料。
因此，在第二實施形態的立體物印刷系統S2中，在第三資料生成部102C等中進行用以依據從掃描印刷頭130射出的墨料粒子的飛翔角度與各個立體物10的描繪面的形狀來生成已最佳化的印刷資料之補正處理。
(關於補正處理)
參照圖19的流程圖與圖20至圖23的說明圖，說明在第二實施形態的立體物印刷系統S2中所執行的補正處理的處理順序。
當開始補正處理時，首先，藉由檢測部101取得立體物10的平面旋轉角度，移行至步驟S11。
在步驟S11中，從控制部104的記憶裝置等讀出與像素單位的三次元資料成對的原始設計資料。
在此，原始設計資料係相當於立體物10的標準姿勢中 之以平面投影法所獲得的基本印刷資料。在圖20所例示的座標中，附加有陰影線(hatching)的像素(區域)PD1係相當於基本印刷資料。
基本印刷資料係已對每一個像素(在圖20所示的例子中為像素(x7,y9))將高度資訊H與包含有鄰接像素的曲面資訊(在圖20所示的例子中為像素(x7,y9)的y9的切片中的曲面資訊)賦予對應之資料，並儲存至控制部104的記憶裝置等。
在步驟S12中，從標準姿勢的變位角度檢測立體物10的立體姿勢並移行至步驟S13。
在步驟S13中，對每個像素預測墨料飛翔角度的墨料著墨位置。
圖21中的(a)與(b)所示的例子係已檢測到立體物10的平面旋轉角度180°、立體姿勢的變位角度(x軸上為5°)的變位之情形的墨料著墨位置的預測例子。
如該預測例子所示，可知在平面旋轉角度為180°且立體姿勢為5°之情形中墨料的飛翔距離變長且著墨位置達至比基準位至還遠。
在圖21中的(a)與(b)所示的例子中，由於立體物10的印刷面的形狀係如圖示般變成凸面的形狀且高度(相距墨料噴出面400的距離)不同，因此於墨料的飛翔軌道300C、300D與著墨位置產生差異。
針對各個像素執行此種墨料著墨位置的預測，生成墨料著墨位置的預測資料。
接著，在步驟S14中，對各個像素算出墨料著墨位置的預測資料與目標著墨位置之間的偏離。
例如，針對圖22中的(a)所示的原始設計資料的像素(區域)PD1，如圖22中的(b)所示般墨料著墨位置係變成朝方向D11偏離之預測。
接著，在步驟S15中，生成以變成目標著墨位置之方式已將墨料著墨位置補正的補正印刷資料(例如圖22中的(c)所示的補正印刷資料PD2)並結束處理。
此外，針對墨料著墨位置的預測資料與目標著墨位置之間的偏離之算出以及/或者已將墨料著墨位置補正的補正印刷資料的生成的運算，為了高速地進行這些處理，亦可預先將運算結果儲存至快閃記憶體等。
亦即，例如圖23所示，能將已針對每個立體姿勢角度將平面旋轉角度與印刷資料賦予關聯的運算結果以表單形式等作為印刷資料群組(補正印刷資料)儲存至快閃記憶體等非揮發性記憶體或硬碟裝置等。
此外，為了以實用性的規模獲得已儲存的運算結果的量且獲得充分的運算精度，亦可對已儲存的複數個運算結果施加補足處理。
使用以此種方式生成的補正印刷資料執行對於各個立體物10的印刷，藉此可對輸送帶700依序搬送而來之以隨機的方向載置或者傾斜度載置的複數個立體物10正確地施予期望的印刷。
在此，亦可作成為已因應了墨料飛翔角度與立體物10的描繪面形狀之間的關係之最佳的印刷資料係生成與預先準備的各個姿勢對應之最佳印刷資料群組並儲存至記憶裝置等。
此外，在與已準備的各個姿勢對應之最佳印刷資料群組缺少與所檢測的立體姿勢以及平面旋轉角度對應之資料的情形中，亦可僅對該立體物設成白紙印刷資料(例如未對立體物進行任何印刷的狀態)。
此外，亦可因應產生缺少資料之工作的歷程並行地進行缺少資料的運算與儲存。在此情形中，能藉由自我學習發展最佳印刷資料群組的成長而謀求生產性的提升。
如上所述，依據實施形態的立體物印刷系統以及立體物印刷方法，無須以往般直至獲得印刷物為止的試作錯誤，能提高生產效率。
此外，無須使用印刷用治具即能以高精度對複數個立體物施予高精細的印刷，並能將印刷成本低價化。
以上雖然已依據實施形態具體地說明本案發明人所為的發明，但本說明書所揭示的實施形態的所有內容皆為例示且非被限定於所揭示的技術。亦即，本發明的技術性內容並未被侷限性地解釋成上述實施形態的說明，而是應遵從申請專利範圍的記載來進行解釋，且亦包含了與申請專利範圍所記載的技術均等的技術以及申請專利範圍內的全部的變化。
例如，印刷部103並未限定於UV噴墨列印機，而是能應用各種印刷方式的列印機。
此外，控制部104並未限定於工作站，亦可使用個人電腦等。
此外，在以照明部與二次元相機構成三次元感測器之情形中，立體物10的三次元姿勢的決定亦可藉由描繪面的陰影資料以及與預先記憶的立體物的三次元的姿勢對應的陰影資料之間的比較運算來進行。
此外，亦可設置對於立體物的照明角不同之複數個照明部(LED燈250、260等)，並依序反復地進行照明工序以及二次元相機所為之拍攝工序，並從所獲得的複數個拍攝結果檢測立體物的立體姿勢。
10‧‧‧立體物
15‧‧‧基準標記(檢測基準)
101‧‧‧檢測部(讀取裝置)
102‧‧‧印刷資料生成部
102A‧‧‧第一資料生成部
102B‧‧‧第二資料生成部
103‧‧‧印刷部(UV噴墨列印機)
104‧‧‧控制部
105‧‧‧指示部
200‧‧‧光學感測器(三次元感測器)
S1‧‧‧立體物印刷系統
T‧‧‧印刷台

Claims (14)

  1. 一種立體物印刷系統，係具備有：印刷台，係用以載置作為印刷對象的立體物；複數個檢測基準，係被印刷至前述印刷台；檢測部，係用以檢測前述複數個檢測基準的位置與設定在已載置於前述印刷台上的前述立體物的表面之複數個檢測點的位置；印刷資料生成部，係用以依據前述檢測部所為之前述立體物的位置與方向的檢測結果生成與前述立體物對應的印刷資料；印刷部，係藉由前述印刷資料生成部所生成的前述印刷資料執行對於前述立體物的印刷；以及控制部，係用以控制前述檢測部、前述印刷資料生成部以及前述印刷部的動作；前述控制部係依據前述檢測部所檢測的前述複數個檢測基準的位置與前述複數個檢測點的位置算出前述立體物的位置與旋轉角度；前述印刷資料生成部係依據所算出的前述立體物的位置與旋轉角度生成與前述立體物對應的印刷資料。
  2. 如請求項1所記載之立體物印刷系統，其中前述檢測部係具備有光學感測器。
  3. 如請求項1所記載之立體物印刷系統，其中複數個前述立體物係以任意的方向與傾斜度被載置於前述印刷台上；前述控制部係算出以任意的方向與傾斜度被載置的複數個前述立體物各者的位置與旋轉角度。
  4. 如請求項1所記載之立體物印刷系統，其中前述檢測部係具備有：指示部，係用以指示前述複數個檢測點。
  5. 如請求項1所記載之立體物印刷系統，其中前述控制部係藉由依據關於所算出的前述立體物的位置與旋轉角度之資料以及關於預先取得的前述立體物的姿勢之資料的圖案匹配來判定前述立體物的姿勢。
  6. 如請求項5所記載之立體物印刷系統，其中前述印刷資料生成部係具備有：第一資料生成部，係用以依據前述控制部所判定的前述立體物的姿勢與印刷至前述立體物的表面之描繪資訊來生成第一印刷資料；以及第二資料生成部，係用以因應前述檢測部所檢測的前述立體物的位置與旋轉角度對前述第一印刷資料施予旋轉處理且生成已最佳化的第二印刷資料。
  7. 如請求項6所記載之立體物印刷系統，其中進一步具備有：高度檢測部，係用以檢測已載置於前述印刷台的前述立體物的高度；前述印刷資料生成部係能依據前述高度檢測部所檢測的前述立體物的高度資訊來補正前述第二印 刷資料。
  8. 如請求項6所記載之立體物印刷系統，其中前述檢測部係具備有：三次元感測器，係用以取得已載置於印刷台的前述立體物的三次元的姿勢資訊；前述第一資料生成部係用以依據前述三次元感測器的檢測結果來生成前述第一印刷資料；前述第二資料生成部係用以因應前述三次元感測器或其他的檢測部所取得的前述立體物的位置與旋轉角度對前述第一印刷資料施予旋轉處理且生成已最佳化的第二印刷資料。
  9. 如請求項2所記載之立體物印刷系統，其中前述光學感測器係檢測對於前述立體物的表面的印刷狀態；前述控制部係依據前述印刷狀態的檢測結果判定印刷是否良好。
  10. 如請求項1所記載之立體物印刷系統，其中前述印刷台係具備有：輸送帶，係具備有用以載置前述立體物並可從上游側朝下流側移動之帶。
  11. 如請求項10所記載之立體物印刷系統，其中前述檢測部係配置於比前述印刷部還上游側。
  12. 如請求項6所記載之立體物印刷系統，其中前述印刷部係具備有：印刷裝置，係具備有噴墨式的印刷頭；前述印刷資料生成部係進一步具備有：第三資料生成部，係依據從前述印刷頭射出的墨料粒子的飛翔角度與前述立體物的描繪面的形狀生成已最佳化的 印刷資料；前述控制部係依據已在前述第三資料生成部最佳化的印刷資料來控制前述印刷裝置。
  13. 如請求項8所記載之立體物印刷系統，其中前述三次元感測器係具備有：二次元感測器；以及照明部，係用以照亮前述立體物；前述二次元感測器係檢測藉由前述照明部所形成之前述立體物的描繪面的陰影並取得前述立體物的三次元姿勢。
  14. 一種立體物印刷方法，係包含有：檢測工序，係檢測設定在已載置於印刷台上的立體物的表面的複數個檢測點與已印刷至前述印刷台的複數個檢測基準；算出工序，係依據所檢測的前述複數個檢測點的位置與前述複數個檢測基準的位置算出前述立體物的位置與旋轉角度；印刷資料生成工序，係依據所算出的前述立體物的位置與旋轉角度生成與前述立體物對應的印刷資料；以及印刷工序，係藉由所生成的前述印刷資料對前述立體物執行印刷。
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